JP2004356141A - Semiconductor optical element - Google Patents

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JP2004356141A
JP2004356141A JP2003148681A JP2003148681A JP2004356141A JP 2004356141 A JP2004356141 A JP 2004356141A JP 2003148681 A JP2003148681 A JP 2003148681A JP 2003148681 A JP2003148681 A JP 2003148681A JP 2004356141 A JP2004356141 A JP 2004356141A
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Youji Yamashita
陽滋 山下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor optical element for which the effective band gap of an active layer can be controlled even under the condition of an element structure other than the active layer. <P>SOLUTION: This semiconductor optical element comprises a substrate, a buffer layer 12 formed on the substrate, and a first-conductivity first contact layer 13 formed on the buffer layer 12. This optical element also comprises a first-conductivity first clad layer 14 formed in a partial area on the contact layer 13, the active layer formed on the clad layer 14 so that an interacting parameter may contain 4,000 or more compounds, and a second-conductivity second clad layer 16 formed on the active layer. In addition, this optical element also comprises a second-conductivity second contact layer 17 formed on the clad layer 16, a first electrode provided on the first contact layer 13, and a second electrode provided on the second contact layer 17. The effective band gap of the active layer is controlled by adjusting the lattice mismatching of the active layer caused by the thickness or composition of the first or second clad layer 14 or 16 or the thickness of the second contact layer 17. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体光学素子に関し、特に歪みを有する活性層を備えた半導体光学素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
発光ダイオード(Light Emitting Diode,LED)を用いて多色発光を行う方法として、蛍光体を利用する方法が知られている。たとえば単色発光するLEDの周囲に蛍光体を塗布し、LEDを励起光源として蛍光体を発光させることにより、LEDが発する光とは異なる波長の光を取り出す。
【0003】
蛍光体を用いない方法も提案されている。異なる波長の光を発光する2つの半導体チップを積み重ねて固定し、両者から発せられる光を、電流及び電圧によって制御して混合することで、たとえば白色の光を取り出す。(たとえば特許文献1参照。)
【0004】
【特許文献1】
実用新案登録第3076567号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
半導体発光素子の場合、通常、発光波長は、活性層(発光層)の組成や厚さで決定される。しかしそれらを制御することは困難である。
【0006】
本発明の目的は、活性層以外の素子構造条件でも活性層の実効バンドギャップを制御することのできる半導体光学素子を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、基板と、前記基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された第1導電型の第1のコンタクト層と、前記第1のコンタクト層上の一部の領域に形成された第1導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上に、相互作用パラメータが4000以上の化合物を含んで形成された活性層と、前記活性層上に形成された、第1導電型とは異なる第2導電型の第2のクラッド層と、前記第2のクラッド層上に形成された、第2導電型の第2のコンタクト層と、前記第1のコンタクト層上に形成された第1の電極と、前記第2のコンタクト層上に形成された第2の電極とを有し、前記第1のクラッド層もしくは前記第2のクラッド層の厚さもしくは組成、または前記第2のコンタクト層の厚さにより生じる、前記活性層の格子不整合を調節することにより、前記活性層の実効バンドギャップが制御される半導体光学素子が提供される。
【0008】
この半導体光学素子には、発光層ではない層の厚さや組成を制御することにより、発光層を形成する材料や発光層の構造等によって定まる発光層の発光波長とは異なる波長の光を発する半導体発光素子が含まれる。
【0009】
また、本発明の他の観点によれば、第1導電型の第1のクラッド層及び前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2のクラッド層と、前記第1のクラッド層と前記第2のクラッド層との間に形成された量子井戸構造の活性層と、前記第2のクラッド層上に形成された第2のコンタクト層と、前記第1のクラッド層に接続形成された第1の電極及び前記第2のコンタクト層に接続形成された第2の電極とを有し、前記第1のクラッド層または前記第2のクラッド層または前記第2のコンタクト層は、少なくともいずれかの層の厚さの異なる複数の領域を有し、前記活性層が同一の厚さとした積層構造の半導体光学素子であって、前記層の厚さの異なる複数の領域に対応する前記活性層の領域に対応して、前記活性層が異なる発光ピークの発光または異なる感光波長をもつ半導体光学素子が提供される。
【0010】
この半導体光学素子は、第1のクラッド層または第2のクラッド層または第2のコンタクト層が、少なくともいずれかの層の厚さの異なる複数の領域を有しているため、その厚さの異なる複数の領域に対応する活性層の複数の領域に異なる量の歪みが生じ、活性層の複数の領域が異なる発光ピークの発光または異なる感光波長をもつ。
【0011】
【発明の実施の形態】
たとえばIn元素を含む窒素化合物結晶を発光層として使用した半導体発光素子においては、発光層内部の状態が発光に大きな影響を与える。たとえば発光層がGaInNを井戸層とした量子構造を有するLEDの場合、光は発光層からスポット状に発せられる。発光がスポット状であることは、GaN−InNの非混和性が高いため、高いIn組成を有したGaInN結晶層(発光層)が組成揺らぎ(In組成の高いGaInN領域とIn組成の低いGaInN領域が混在している状態)を生じ、In組成の高い(バンドギャップの狭い)GaInN領域で選択的に電子とホールの再結合が起きることに起因すると考えられる。キャリアが格子欠陥に捕らわれる前に、In組成の高いGaInN領域に到達すれば、高い量子効率で発光が行われる。高密度で高In組成の揺らぎをつくることができれば、長波長の明るい光を発する半導体発光素子を製造することができるであろう。
【0012】
図1は、化合物の相互作用パラメータを示す表である。表には、相互作用パラメータを単位「cal/mol」で示した。相互作用パラメータは、化合物の非混和性を表し、値が大きいほど混晶結晶の各要素が交わりにくいことを示す。
【0013】
InNを含む化合物(GaN−InN及びAlN−InN)は相互作用パラメータが大きい(それぞれ9223cal/mol及び15340cal/mol)、すなわち非混和性が高いことがわかる。組成揺らぎは、相互作用パラメータが4000cal/mol以上である化合物で生じやすい。
【0014】
In元素材料を多く供給することでは、高密度で高In組成の揺らぎをつくることは難しい。本願発明者は、半導体発光素子の発光層と、発光層を挟むクラッド層との格子定数の差を大きくし、GaN−InNの非混和性を強調することにより、In組成の揺らぎ現象を増大させ、半導体発光素子の発光波長を長波長化させる手法を研究した。本願発明者は、Siを添加しn型としたGaN(GaN:Si)層上に、井戸層(発光層)として不純物を添加しないGaInN(GaInN:un)層を成長させるよりも、Siを添加しn型としたAlGaN(AlGaN:Si)層上にGaInN:unを成長させた方が、格子不整合率が高くなって、GaInNにストレスがかかり、Inの組成揺らぎが起こりやすくなるであろうと考え、以下に記すような実験を行ってその考えの正しさを確認し、GaInN井戸層をAlGaNクラッド層で挟んだ、長波長の光を発することのできる半導体発光素子を作製した。
【0015】
図2(A)及び(B)は、単一量子井戸を有するLEDの製造工程を示す概略図である。
【0016】
図2(A)を参照する。サファイア基板11を1000℃で10分間サーマルアニールし、サファイア基板11上に不純物を添加しないGaN多結晶(GaN:un)からなるバッファ層12を、たとえば550℃で成長させる。バッファ層12の厚さは、たとえば20nmである。バッファ層12上に、Siを添加してn型としたGaN(GaN:Si)で形成されるn型コンタクト層13を、たとえば1030℃で、厚さ2μmに成長させる。n型コンタクト層13上には、Siの添加によりn型とされた、AlとGaとの組成比が1:9(YS1=0.1)であるGaNより格子定数の小さいAlGaN(Al0.1Ga0.9N:Si)で形成されるn型クラッド層14を、たとえば1030℃で、厚さ50nmに成長させる。n型クラッド層14上に、InとGaとの組成比が2:8(XS1=0.2)で、不純物が添加されていないGaNより格子定数の大きいGaInN(Ga0.8In0.2N:un)層である井戸層15を750℃で形成する。厚さは、たとえば2.5nmである。井戸層15は活性層(発光層)であり、XS1=0.2とはGaInN層中の平均In組成を示す。井戸層15上には、p型クラッド層16、たとえばAlとGaとの組成比が1:9(YS1=0.1)で、Mgを添加することによりp型とした、GaNより格子定数の小さい厚さ50nmのAlGaN(Al0.1Ga0.9N:Mg)層を1000℃で成長させる。p型クラッド層16上に、p型コンタクト層17、たとえばMgを添加することでp型としたGaN(GaN:Mg)層を1000℃で、厚さ250nmに成長させる。
【0017】
図2(B)を参照する。図2(A)に示す積層構造の一部をn型コンタクト層13までエッチングし、露出したn型コンタクト層13の表面上に、TiとAlの合金でn側電極18を形成する。また、p型コンタクト層17表面上に、NiとAuの合金でp側電極19を形成し、LEDを得る。これを第1のサンプル21と呼ぶ。
【0018】
第1のサンプル21に順方向に3.8Vの電圧を印加して20mAの電流を流し、EL測定を行ったところ、発光波長500nm,発光強度1cdのEL光を発した。
【0019】
次に、n型クラッド層14もしくはp型クラッド層16の層厚もしくは組成、またはp型コンタクト層17の層厚が、第1のサンプル21と異なる第2〜第6のサンプルを作製した。
【0020】
図3は、第1〜第6のサンプルについて、発光波長とピーク強度を比較した表である。各サンプルのピーク強度は、第1のサンプルのピーク強度で規格化した。
【0021】
第2のサンプルの欄を参照する。第1のサンプル21と異なる点は、n型クラッド層14及びp型クラッド層16の厚さを、ともに100nmに形成したことである。その他の構成は第1のサンプル21と等しい。
【0022】
第2のサンプルに順方向に20mAの電流を流し、EL測定を行った。発光波長510nm、ピーク強度が0.24である発光が認められた。
【0023】
この実験結果から、発光層の格子定数より格子定数の小さいクラッド層の層厚を厚くすると、発光ピークが長波長側にシフトすることが確認される。クラッド層の格子定数は、クラッド層が薄いほど下地のGaN:Siに近づき、クラッド層が厚いほどクラッド層本来の格子定数に近づく。このため、クラッド層が厚いほどクラッド層と井戸層との格子不整合率が大きくなり、井戸層中のInNの組成揺らぎが大きくなって、発光される光の波長が長くなると考えられる。
【0024】
第3及び第4のサンプルの欄を参照する。第3及び第4のサンプルは、第2のサンプルと、n型クラッド層14及びp型クラッド層16の組成が異なるLEDである。第3のサンプルは両クラッド層の組成がYS1=0.05、第4のサンプルはYS1=0.15である。その他の構成は、第2のサンプルと等しい。両クラッド層の組成がYS1=0.1である第2のサンプルの発光波長が510nmであったのに対して、第3のサンプルの発光波長は500nm、第4のサンプルのそれは530nmであった。また、第3のサンプルのピーク強度は0.9、第4のサンプルのそれは0.065であった。
【0025】
この実験結果から、クラッド層のAlが増大するほど、発光ピークが長波長側にシフトすることがわかる。クラッド層中のAlが増えるほど、クラッド層と井戸層との格子不整合率が高くなり、井戸層中のInNの組成揺らぎが大きくなるためと考えられる。
【0026】
第5のサンプルの欄を参照する。第1のサンプル21と異なる点は、n型クラッド層14が形成されておらず(n型クラッド層14の層厚が0)、n型コンタクト層13上に井戸層15が積層されていることである。その他の構成は第1のサンプル21と等しい。
【0027】
第6のサンプルの欄を参照する。第5のサンプルと異なる点は、p型コンタクト層17の厚さである。第5のサンプルのそれが250nmであるのに対し、第6のサンプルのそれは100nmである。
【0028】
第5のサンプル及び第6のサンプルに、順方向に20mAの電流を流し、EL測定を行った。発光波長は、それぞれ480nm、500nmであった。また、第5のサンプルのピーク強度は1.4、第6のサンプルのそれは0.56であった。
【0029】
p型コンタクト層17が薄いと、発光ピークが長波長化することがわかる。これは、最表面層であるp型コンタクト層17が薄くなるほど、クラッド層が与える井戸層への歪みが増大するためである。よってp型コンタクト層17が薄くなるほど、井戸層中のInNの組成揺らぎが大きくなり、狭いバンドギャップ部で発光するため、発光波長が長くなると考えられる。
【0030】
図3に示した表より、次のことがわかるであろう。まず、井戸層の構成が同一のLEDであっても、井戸層とその上下の層との間で生じる格子不整合の度合いを強調するほど、発光する光の波長は長波長側にシフトする。また、p型コンタクト層17の層厚を薄くすることによっても、発光波長は長波長側にシフトする。
【0031】
なお、本願発明者は、(a)井戸層の上下に積層されるクラッド層を、井戸層との格子定数差を大きくして形成したLED、(b)井戸層の下のクラッド層だけを、井戸層との格子定数差を大きくして形成したLED、(c)井戸層の上のクラッド層だけを、井戸層との格子定数差を大きくして形成したLED、の3つについて、発光波長を調べた。その結果、発光波長は、(a)、(b)、(c)の順で長波長化を起こした。
【0032】
以上より、LEDの活性層(発光層、井戸層)に与える歪み量を制御することにより、LEDの発光波長を制御することができる。
【0033】
本願発明者が、実験を繰り返した結果、図2(B)に示した第1のサンプル21と同様の積層構造を有するLEDにおいて、n型クラッド層14及びp型クラッド層16のAl組成をYS1=0〜0.2の範囲で変化させ、両クラッド層の層厚を0〜100nmの範囲で変化させ、更に、p型コンタクト層17の層厚を10〜500nmの範囲で変化させることによって、発光波長を50nmの範囲で変化させられることがわかった。活性層自身の成長条件を変えることによっても発光波長は制御できるため、波長制御の範囲はより広くすることができる。
【0034】
なお、基板に対する発光位置を揃えるためには、発光層(井戸層)の下方の層ではなく、上方の層の層厚を変化させることが好ましい。
【0035】
図4(A)〜(C)は、第1の実施例による半導体発光素子31の製造工程を示す概略図である。
【0036】
図4(A)を参照する。図4(A)に示す積層構造は、図2(A)に示した積層構造と全く同じものである。まず、図2(A)を用いて説明した製造工程と全く同じ製造工程によって、図2(A)に示した積層構造と全く同じ積層構造を作製する。
【0037】
図4(B)を参照する。次に、図4(A)に示す積層構造の一部(周辺部)をn型コンタクト層13までエッチングする。また、p型コンタクト層17の一部をエッチングし、p型コンタクト層17を厚さの異なる2つの領域17a,17bに分ける。p型コンタクト層17上面における領域17a、領域17bの面積比はたとえば2:1である。p型コンタクト層17の領域17aにおける厚さはたとえば100nm、領域17bにおける厚さはたとえば250nmである。更に、露出したn型コンタクト層13の表面上に、TiとAlの合金でn側電極18を形成し、p型コンタクト層17表面上に、NiとAuの合金でp側電極19を形成して、半導体発光素子31を得る。
【0038】
図4(C)は、図4(B)の4C−4C線に沿った断面図である。井戸層15のうち、p型コンタクト層17の領域17aの下方に位置する領域を領域15aと定義し、領域17bの下方に位置する領域を領域15bと定義する。
【0039】
半導体発光素子31に、順方向に20mAの電流を流し、EL測定を行ったところ、480nmの青発光領域と500nmの青緑発光領域とからなる、ブロードな発光ピークが得られた。また、波形分離計算の結果、480nmの光のピーク強度を1としたとき、500nmの光のピーク強度は0.7であった。発光像を観察した結果、480nmにピーク強度をもつ光は井戸層15の領域15bから発光され、500nmにピーク強度をもつ光は井戸層15の領域15aから発光されることが判明した。
【0040】
半導体発光素子31は、たとえばエッチングにより、p型コンタクト層17に厚さの異なる領域を形成するだけで、発光色の制御を可能にした半導体発光素子である。p型コンタクト層17内に、層厚の異なる複数の領域を設けることによって、井戸層15(発光層)内にそれら複数の領域に対応して、波長の異なる光を発する複数の発光領域(異なる実効バンドギャップをもつ複数の領域)を形成し、複数の波長位置にピーク強度をもつ発光を得ることができる。
【0041】
図5(A)及び(B)は、第2の実施例による半導体発光素子32の概略図である。図4(B)及び(C)に示す半導体発光素子31と異なる点は、p型コンタクト層17の層厚の異なる2つの領域17a,17bが、その下方の層とともに、電気的に分離されていることである。
【0042】
図5(A)を参照する。図4(A)に示す積層構造の一部をn型コンタクト層13までエッチングし、n型クラッド層14からp型コンタクト層17までの積層構造を、2つの電気的に分離された領域に分ける。また、分離されたp型コンタクト層17の一方をエッチングし、p型コンタクト層17を厚さの異なる2つの領域17a,17bに分ける。2つの領域17a,17bの面積比及び層厚は、たとえば図4(B)及び(C)を用いて説明した半導体発光素子31におけるそれらと等しい。更に、p型コンタクト層17のそれぞれの領域17a,17b表面上に、NiとAuの合金でp側電極19a,19bを形成し、露出したn型コンタクト層13の表面上に、TiとAlの合金でn側電極18を形成し、半導体発光素子32を得る。
【0043】
図5(B)は、図5(A)の5B−5B線に沿った断面図である。半導体発光素子32においては、p型コンタクト層17の領域17aの下方に、p型クラッド層16の領域16a、井戸層15の領域15a、n型クラッド層の領域14aが形成され、p型コンタクト層17の領域17bの下方に、各層の領域16b,15b,14bが形成される。
【0044】
半導体発光素子32に、順方向に、20mAの電流を流し、EL測定を行った。n側電極18とp側電極19aとの間に電圧を印加し、p型コンタクト層17の層厚が薄い方の領域17aの下方の井戸層15aに電流を流したとき、波長500nmの青緑発光が観測された。また、n側電極18とp側電極19bとの間に電圧を印加し、p型コンタクト層17の層厚が厚い方の領域17bの下方の井戸層15bに電流を流したとき、波長480nmの青発光が観測された。発光のピーク強度は、480nmの光のピーク強度を1としたとき、500nmの光のそれは0.6であった。前述の半導体発光素子31に比べて、500nmの光のピーク強度が小さいのは、p型コンタクト層17の層厚の異なる2つの領域17a、17bを、その下方の層とともに電気的に分離するためにサンプルにエッチングを施す際のエッチングダメージのためであると思われる。
【0045】
更に、井戸層15の2つの領域15a,15bで同時に発光させたとき、発光ピークが波長480nmの青発光領域と波長500nmの青緑発光領域とからなるブロードな発光ピークを有する発光が得られた。波形分離計算を行ったところ、480nmの光と500nmの光とのピーク強度比は、1:0.6であった。
【0046】
半導体発光素子32は、たとえばエッチングにより、p型コンタクト層17に厚さの異なる領域を形成し、それらの領域及びその下方の井戸層15を分離することによって、井戸層15の各領域から発光される単色光、及びそれらの単色光を合成して得られる光を発光させることができる。上記例では、p型コンタクト層17内に層厚の異なる2つの領域を設け、井戸層15にそれらの層厚の異なる領域に対応して2つの発光領域を形成したが、井戸層15に2より大きい複数の発光領域を形成し、各発光領域から発せられる単色光、及びそれらの単色光を任意に組み合わせて得られる色の光を発光させることができる。
【0047】
図6(A)及び(B)は、第3の実施例による半導体発光素子33の概略図である。図5(A)及び(B)に示した半導体発光素子32から発光される単色光を合成して得られる色を改良するために、井戸層15に、赤(R)、緑(G)、青(B)の各単色を発光する小面積の領域を均等に分布させるテクスチャ構造を採用する。
【0048】
図6(A)は、半導体発光素子33の平面図である。図には、赤(R)、緑(G)、青(B)の発光領域をそれぞれ3つ形成した場合を示したが、形成する発光領域の数は任意である。
【0049】
図6(B)は、図6(A)の6B−6B線に沿った断面図である。赤(R)、緑(G)、青(B)の各発光が得られるように、たとえばエッチングにより、井戸層15の各発光領域の上方に位置するp型コンタクト領域17の層厚を調整している。
【0050】
第1〜第3の実施例においては、エッチングによりp型コンタクト層17の厚さを制御することで、所望の発光波長の光を得たが、p型コンタクト層17またはn型クラッド層14またはp型クラッド層16の層厚を、たとえば選択エッチングや選択成長により制御することで所望の波長の光を発することのできる半導体発光素子を製造することができる。製造工程の簡略化のためには、最上層のp型コンタクト層17の層厚を制御することが望ましい。このように、井戸層15(発光層)以外の層の厚さを制御することにより、異なる発光波長を有する半導体発光素子を作製することができる。また、発光波長の制御は層厚ではなく、n型クラッド層14またはp型クラッド層16のAl組成比を変更することによって行うことも可能である。
【0051】
また、第1〜第3の実施例においては、井戸層15(活性層、発光層)がGaInNで形成される場合を述べたが、井戸層15(活性層、発光層)を形成する材料は、非混和性の高い材料であればよい。相互作用パラメータが4000cal/mol以上の材料であることが望ましい。
【0052】
更に、以上の説明においては、半導体発光素子の発光層(活性層)以外の層の厚さまたは組成を制御することによって、発光層(活性層)からの発光波長が制御できることを述べたが、この技術的思想は実効バンドギャップを制御する観点から半導体受光素子についても応用することができる。活性層が受ける歪みにより活性層の実効バンドギャップが変化し、それによって、半導体発光素子の場合は発光される光の波長が変化し、半導体受光素子の場合は、受光の際に感光する感光波長領域が変化する。
【0053】
図7に、第4の実施例による半導体受光素子を示す。図7(A)は、半導体受光素子34の平面図であり、図7(B)は、図7(A)の7B−7B線に沿った断面図である。半導体受光素子34の構造は、第3の実施例による半導体発光素子33と同様である。共通で使用するn側電極18とp側電極19a,b,cとを論理回路40に接続する。
【0054】
半導体受光素子34に任意のスペクトルをもつ光が入射した場合、そのスペクトルを反映して、分離された各領域に電流が流れる。各電極間に流れる電流を測定することにより、入射光のスペクトルや発光強度分布を測定することができる。
【0055】
半導体受光素子34は、半導体発光素子33と同様に、活性層以外の素子条件(n型クラッド層もしくはp型クラッド層の厚さもしくは組成、またはp型コンタクト層の厚さ)を変化させることで、活性層の実効バンドギャップを変化させ、感光波長領域を調整した半導体受光素子である。半導体受光素子34の活性層は、異なる感光波長領域(実効バンドギャップ)をもつ複数の領域に分けられている。
【0056】
図2(B)に示した半導体発光素子の第1のサンプル21、図4(B)及び(C)に示した半導体発光素子31、図5(A)及び(B)に示した半導体発光素子32に対応する半導体受光素子も、活性層以外の素子条件を変化させることにより、感光波長領域を調整することができる。
【0057】
なお、実施例のn型領域とp型領域とは、反転させてもよい。
【0058】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、活性層以外の素子構造条件でも活性層の実効バンドギャップを制御できる半導体光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】化合物の相互作用パラメータを示す表である。
【図2】(A)及び(B)は、単一量子井戸を有するLEDの製造工程を示す概略図である。
【図3】第1〜第6のサンプルを比較した表である。
【図4】(A)〜(C)は、第1の実施例による半導体発光素子の製造工程を示す概略図である。
【図5】(A)及び(B)は、第2の実施例による半導体発光素子の概略図である。
【図6】(A)は、半導体発光素子33の平面図であり、(B)は、(A)の6B−6B線に沿った断面図である。
【図7】(A)は、半導体受光素子34の平面図であり、(B)は、(A)の7B−7B線に沿った断面図である。
【符号の説明】
11 サファイア基板
12 バッファ層
13 n型コンタクト層
14 n型クラッド層
14a,b 領域
15 井戸層
15a,b 領域
16 p型クラッド層
16a,b 領域
17 p型コンタクト層
17a,b 領域
18 n側電極
19、19a,b,c p側電極
21 第1のサンプル
31、32、33 半導体発光素子
34 半導体受光素子
40 論理回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor optical element, and more particularly, to a semiconductor optical element having a strained active layer.
[0002]
[Prior art]
As a method of performing multicolor light emission using a light emitting diode (Light Emitting Diode, LED), a method using a phosphor is known. For example, a phosphor is applied around an LED that emits monochromatic light, and the phosphor emits light using the LED as an excitation light source, thereby extracting light having a wavelength different from the light emitted by the LED.
[0003]
A method using no phosphor has also been proposed. Two semiconductor chips that emit light of different wavelengths are stacked and fixed, and light emitted from both is controlled and mixed by current and voltage to extract, for example, white light. (For example, see Patent Document 1)
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Registration No. 3076567
[Problems to be solved by the invention]
In the case of a semiconductor light emitting device, the emission wavelength is usually determined by the composition and thickness of the active layer (light emitting layer). But it is difficult to control them.
[0006]
An object of the present invention is to provide a semiconductor optical device capable of controlling the effective band gap of an active layer even under device structure conditions other than the active layer.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a substrate, a buffer layer formed on the substrate, a first contact layer of a first conductivity type formed on the buffer layer, A first cladding layer of a first conductivity type formed in a partial region of the first conductive layer, an active layer formed on the first cladding layer containing a compound having an interaction parameter of 4000 or more, A second cladding layer of a second conductivity type different from the first conductivity type formed on the layer, a second contact layer of a second conductivity type formed on the second cladding layer, A first electrode formed on the first contact layer, and a second electrode formed on the second contact layer, wherein the first clad layer or the second clad layer Thickness or composition, or the thickness of the second contact layer Jill, by adjusting the lattice mismatch of the active layer, a semiconductor optical element effective band gap of the active layer is controlled is provided.
[0008]
By controlling the thickness and composition of a layer other than the light emitting layer, the semiconductor optical element emits light having a wavelength different from the light emitting wavelength of the light emitting layer determined by the material forming the light emitting layer and the structure of the light emitting layer. A light emitting element is included.
[0009]
According to another aspect of the present invention, a first cladding layer of a first conductivity type and a second cladding layer of a second conductivity type different from the first conductivity type; An active layer having a quantum well structure formed between the second cladding layer, a second contact layer formed on the second cladding layer, and a connection formed to the first cladding layer; A first electrode and a second electrode connected to the second contact layer, wherein the first clad layer, the second clad layer, or the second contact layer is at least one of A plurality of regions having different thicknesses of the layers, wherein the active layer is a semiconductor optical element having a laminated structure having the same thickness, wherein the active layer corresponds to the plurality of regions having different thicknesses of the layers. The active layer has different emission peaks depending on the region. Is a semiconductor optical element having a different photosensitive wavelength provided.
[0010]
In this semiconductor optical element, the first clad layer, the second clad layer, or the second contact layer has a plurality of regions having at least one of different thicknesses. Different amounts of strain occur in the regions of the active layer corresponding to the regions, and the regions of the active layer have different emission peak emissions or different photosensitive wavelengths.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
For example, in a semiconductor light emitting device using a nitrogen compound crystal containing an In element as a light emitting layer, the state inside the light emitting layer has a great influence on light emission. For example, in the case of an LED having a quantum structure in which the light emitting layer has GaInN as a well layer, light is emitted from the light emitting layer in a spot shape. The fact that the light emission is in the form of a spot means that the GaInN crystal layer (light-emitting layer) having a high In composition has a composition fluctuation (a GaInN region having a high In composition and a GaInN region having a low In composition) because the GaN-InN has high immiscibility. This is considered to be caused by the occurrence of selective recombination of electrons and holes in the GaInN region having a high In composition (narrow band gap). If the carriers reach the GaInN region having a high In composition before the carriers are trapped by lattice defects, light is emitted with high quantum efficiency. If fluctuations with a high density and a high In composition can be produced, a semiconductor light emitting device that emits long-wavelength bright light could be manufactured.
[0012]
FIG. 1 is a table showing the interaction parameters of the compounds. In the table, the interaction parameters are shown in the unit “cal / mol”. The interaction parameter indicates the immiscibility of the compound, and a larger value indicates that the elements of the mixed crystal are less likely to intersect.
[0013]
It can be seen that compounds containing InN (GaN-InN and AlN-InN) have large interaction parameters (9223 cal / mol and 15340 cal / mol, respectively), that is, high immiscibility. Composition fluctuation is likely to occur in a compound having an interaction parameter of 4000 cal / mol or more.
[0014]
By supplying a large amount of the In elemental material, it is difficult to produce a high density and high In composition fluctuation. The inventor of the present application increased the difference in lattice constant between the light emitting layer of the semiconductor light emitting device and the cladding layer sandwiching the light emitting layer, and emphasized the immiscibility of GaN-InN, thereby increasing the fluctuation phenomenon of the In composition. A technique for increasing the emission wavelength of a semiconductor light emitting device was studied. The inventor of the present application added Si rather than growing a GaInN (GaInN: un) layer without adding an impurity as a well layer (light emitting layer) on an n-type GaN (GaN: Si) layer added with Si. If GaInN: un is grown on an n-type AlGaN (AlGaN: Si) layer, the lattice mismatch will increase, stress will be applied to GaInN, and the composition fluctuation of In will be more likely to occur. The following experiments were conducted to confirm the correctness of the idea, and a semiconductor light emitting device capable of emitting long-wavelength light having a GaInN well layer sandwiched between AlGaN cladding layers was manufactured.
[0015]
FIGS. 2A and 2B are schematic views showing a manufacturing process of an LED having a single quantum well.
[0016]
FIG. 2A is referred to. The sapphire substrate 11 is thermally annealed at 1000 ° C. for 10 minutes, and a buffer layer 12 made of GaN polycrystal (GaN: un) without adding impurities is grown on the sapphire substrate 11 at, for example, 550 ° C. Buffer layer 12 has a thickness of, for example, 20 nm. On the buffer layer 12, an n-type contact layer 13 made of GaN (GaN: Si) made n-type by adding Si is grown at, for example, 1030 ° C. to a thickness of 2 μm. On the n-type contact layer 13, AlGaN (Al 0 ) having a lattice constant smaller than that of GaN having a composition ratio of Al and Ga of 1: 9 (Y S1 = 0.1), which is made n-type by adding Si, is used. An n-type cladding layer 14 made of .1 Ga 0.9 N: Si) is grown at, for example, 1030 ° C. to a thickness of 50 nm. On the n-type cladding layer 14, GaInN (Ga 0.8 In 0 .0) having a composition ratio of In: Ga of 2: 8 (X S1 = 0.2) and having a larger lattice constant than GaN to which no impurity is added . A well layer 15 as a 2N (un) layer is formed at 750.degree. The thickness is, for example, 2.5 nm. The well layer 15 is an active layer (light emitting layer), and X S1 = 0.2 indicates an average In composition in the GaInN layer. On the well layer 15, a p-type cladding layer 16, for example, having a composition ratio of Al and Ga of 1: 9 (Y S1 = 0.1) and having a p-type by adding Mg, has a lattice constant higher than that of GaN. A 50 nm thick AlGaN (Al 0.1 Ga 0.9 N: Mg) layer is grown at 1000 ° C. On the p-type cladding layer 16, a p-type contact layer 17, for example, a p-type GaN (GaN: Mg) layer formed by adding Mg is grown at 1000 ° C. to a thickness of 250 nm.
[0017]
FIG. 2B is referred to. A part of the laminated structure shown in FIG. 2A is etched down to the n-type contact layer 13, and an n-side electrode 18 is formed on the exposed surface of the n-type contact layer 13 using an alloy of Ti and Al. Further, a p-side electrode 19 is formed on the surface of the p-type contact layer 17 using an alloy of Ni and Au to obtain an LED. This is called a first sample 21.
[0018]
When a voltage of 3.8 V was applied to the first sample 21 in the forward direction and a current of 20 mA was passed, and EL measurement was performed, EL light having an emission wavelength of 500 nm and an emission intensity of 1 cd was emitted.
[0019]
Next, second to sixth samples in which the layer thickness or the composition of the n-type cladding layer 14 or the p-type cladding layer 16 or the layer thickness of the p-type contact layer 17 were different from the first sample 21 were produced.
[0020]
FIG. 3 is a table comparing the emission wavelength and the peak intensity for the first to sixth samples. The peak intensity of each sample was normalized by the peak intensity of the first sample.
[0021]
Refer to the column for the second sample. The difference from the first sample 21 is that the thickness of each of the n-type cladding layer 14 and the p-type cladding layer 16 is 100 nm. Other configurations are the same as those of the first sample 21.
[0022]
A current of 20 mA was passed through the second sample in the forward direction, and EL measurement was performed. Emission having an emission wavelength of 510 nm and a peak intensity of 0.24 was observed.
[0023]
From this experimental result, it is confirmed that the emission peak shifts to a longer wavelength side when the thickness of the cladding layer having a smaller lattice constant than the lattice constant of the light emitting layer is increased. The lattice constant of the cladding layer approaches the underlying GaN: Si as the cladding layer becomes thinner, and approaches the original lattice constant of the cladding layer as the cladding layer becomes thicker. Therefore, it is considered that the thicker the clad layer, the larger the lattice mismatch between the clad layer and the well layer, the greater the fluctuation of the composition of InN in the well layer, and the longer the wavelength of emitted light.
[0024]
See the third and fourth sample columns. The third and fourth samples are LEDs in which the compositions of the n-type cladding layer 14 and the p-type cladding layer 16 are different from those of the second sample. In the third sample, the composition of both cladding layers is Y S1 = 0.05, and in the fourth sample, Y S1 = 0.15. Other configurations are equal to the second sample. The emission wavelength of the second sample, in which the composition of both cladding layers is Y S1 = 0.1, was 510 nm, the emission wavelength of the third sample was 500 nm, and that of the fourth sample was 530 nm. Was. The peak intensity of the third sample was 0.9, and that of the fourth sample was 0.065.
[0025]
From this experimental result, it can be seen that the emission peak shifts to the longer wavelength side as the Al in the cladding layer increases. It is considered that as the Al content in the cladding layer increases, the lattice mismatch between the cladding layer and the well layer increases, and the composition fluctuation of InN in the well layer increases.
[0026]
See the fifth sample column. The difference from the first sample 21 is that the n-type cladding layer 14 is not formed (the thickness of the n-type cladding layer 14 is 0) and the well layer 15 is laminated on the n-type contact layer 13. It is. Other configurations are the same as those of the first sample 21.
[0027]
Refer to the column for the sixth sample. The difference from the fifth sample is the thickness of the p-type contact layer 17. That of the fifth sample is 250 nm, whereas that of the sixth sample is 100 nm.
[0028]
A current of 20 mA was applied to the fifth sample and the sixth sample in the forward direction to perform EL measurement. The emission wavelengths were 480 nm and 500 nm, respectively. The peak intensity of the fifth sample was 1.4, and that of the sixth sample was 0.56.
[0029]
It can be seen that when the p-type contact layer 17 is thin, the emission peak becomes longer. This is because, as the p-type contact layer 17 as the outermost surface layer becomes thinner, the strain to the well layer given by the cladding layer increases. Therefore, it is considered that as the p-type contact layer 17 becomes thinner, the fluctuation of the composition of InN in the well layer becomes larger and light is emitted in a narrow band gap portion, so that the emission wavelength becomes longer.
[0030]
The following can be seen from the table shown in FIG. First, even in an LED having the same well layer configuration, the wavelength of emitted light shifts to a longer wavelength side as the degree of lattice mismatch between the well layer and layers above and below the well layer is enhanced. Also, the emission wavelength shifts to a longer wavelength side by reducing the thickness of the p-type contact layer 17.
[0031]
The inventor of the present application has proposed (a) an LED in which a cladding layer formed above and below a well layer is formed by increasing the lattice constant difference from the well layer, and (b) only a cladding layer below the well layer. The emission wavelengths of the LED formed by increasing the lattice constant difference from the well layer and the LED formed by increasing the lattice constant difference between the well layer and the clad layer above the well layer are shown in FIG. Was examined. As a result, the emission wavelength was increased in the order of (a), (b), and (c).
[0032]
As described above, the emission wavelength of the LED can be controlled by controlling the amount of strain applied to the active layer (light emitting layer, well layer) of the LED.
[0033]
As a result of repeating the experiment by the inventor of the present invention, the Al composition of the n-type cladding layer 14 and the p-type cladding layer 16 in the LED having the same laminated structure as the first sample 21 shown in FIG. S1 is changed in the range of 0 to 0.2, the thickness of both cladding layers is changed in the range of 0 to 100 nm, and the layer thickness of the p-type contact layer 17 is changed in the range of 10 to 500 nm. It was found that the emission wavelength could be changed in the range of 50 nm. Since the emission wavelength can be controlled by changing the growth conditions of the active layer itself, the range of the wavelength control can be broadened.
[0034]
In order to align the light emitting position with respect to the substrate, it is preferable to change the thickness of the layer above the light emitting layer (well layer), not the layer below the light emitting layer (well layer).
[0035]
FIGS. 4A to 4C are schematic views showing the steps of manufacturing the semiconductor light emitting device 31 according to the first embodiment.
[0036]
FIG. 4A is referred to. The stacked structure shown in FIG. 4A is exactly the same as the stacked structure shown in FIG. First, a stack structure exactly the same as the stack structure shown in FIG. 2A is manufactured by the same manufacturing process as that described with reference to FIG.
[0037]
Referring to FIG. Next, a part (peripheral portion) of the laminated structure shown in FIG. 4A is etched to the n-type contact layer 13. Further, a part of the p-type contact layer 17 is etched to divide the p-type contact layer 17 into two regions 17a and 17b having different thicknesses. The area ratio between the region 17a and the region 17b on the upper surface of the p-type contact layer 17 is, for example, 2: 1. The thickness of p-type contact layer 17 in region 17a is, for example, 100 nm, and the thickness in region 17b is, for example, 250 nm. Furthermore, an n-side electrode 18 is formed on the exposed surface of the n-type contact layer 13 with an alloy of Ti and Al, and a p-side electrode 19 is formed on the surface of the p-type contact layer 17 with an alloy of Ni and Au. Thus, the semiconductor light emitting device 31 is obtained.
[0038]
FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line 4C-4C in FIG. 4B. In the well layer 15, a region located below the region 17a of the p-type contact layer 17 is defined as a region 15a, and a region located below the region 17b is defined as a region 15b.
[0039]
When a current of 20 mA was passed through the semiconductor light emitting device 31 in the forward direction and EL measurement was performed, a broad emission peak consisting of a blue light emitting region of 480 nm and a blue light emitting region of 500 nm was obtained. Also, as a result of the waveform separation calculation, when the peak intensity of the light of 480 nm was set to 1, the peak intensity of the light of 500 nm was 0.7. Observation of the emission image revealed that light having a peak intensity at 480 nm was emitted from the region 15b of the well layer 15 and light having a peak intensity at 500 nm was emitted from the region 15a of the well layer 15.
[0040]
The semiconductor light emitting device 31 is a semiconductor light emitting device that can control the emission color only by forming regions having different thicknesses in the p-type contact layer 17 by, for example, etching. By providing a plurality of regions having different layer thicknesses in the p-type contact layer 17, a plurality of light-emitting regions (different light-emitting regions) emitting light having different wavelengths correspond to the plurality of regions in the well layer 15 (light-emitting layer). (A plurality of regions having an effective band gap), and light emission having a peak intensity at a plurality of wavelength positions can be obtained.
[0041]
FIGS. 5A and 5B are schematic views of a semiconductor light emitting device 32 according to the second embodiment. The difference from the semiconductor light emitting element 31 shown in FIGS. 4B and 4C is that the two regions 17a and 17b of the p-type contact layer 17 having different layer thicknesses are electrically separated together with the layers below them. It is that you are.
[0042]
Referring to FIG. 4A is etched to the n-type contact layer 13 to divide the laminated structure from the n-type cladding layer 14 to the p-type contact layer 17 into two electrically separated regions. . Further, one of the separated p-type contact layers 17 is etched to divide the p-type contact layer 17 into two regions 17a and 17b having different thicknesses. The area ratio and the layer thickness of the two regions 17a and 17b are equal to those of the semiconductor light emitting element 31 described with reference to FIGS. 4B and 4C, for example. Further, p-side electrodes 19a and 19b are formed of an alloy of Ni and Au on the surfaces of the respective regions 17a and 17b of the p-type contact layer 17, and Ti and Al are formed on the exposed surface of the n-type contact layer 13. The n-side electrode 18 is formed of an alloy, and the semiconductor light emitting device 32 is obtained.
[0043]
FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line 5B-5B in FIG. In the semiconductor light emitting device 32, a region 16a of the p-type cladding layer 16, a region 15a of the well layer 15, and a region 14a of the n-type cladding layer are formed below the region 17a of the p-type contact layer 17. Below the 17 region 17b, regions 16b, 15b, and 14b of each layer are formed.
[0044]
A current of 20 mA was applied to the semiconductor light emitting element 32 in the forward direction, and EL measurement was performed. When a voltage is applied between the n-side electrode 18 and the p-side electrode 19a and a current flows through the well layer 15a below the thinner region 17a of the p-type contact layer 17, a blue-green wavelength of 500 nm is obtained. Light emission was observed. When a voltage is applied between the n-side electrode 18 and the p-side electrode 19b and a current flows through the well layer 15b below the thicker region 17b of the p-type contact layer 17, a wavelength of 480 nm is obtained. Blue emission was observed. Assuming that the peak intensity of light emission is 1 when the peak intensity of light at 480 nm is 1, it is 0.6 at 500 nm. The reason why the peak intensity of the light having a wavelength of 500 nm is smaller than that of the semiconductor light emitting element 31 is that the two regions 17a and 17b of the p-type contact layer 17 having different thicknesses are electrically separated together with the underlying layers. This is probably due to etching damage when the sample is etched.
[0045]
Furthermore, when light was emitted simultaneously in the two regions 15a and 15b of the well layer 15, light emission having a broad emission peak having an emission peak consisting of a blue emission region with a wavelength of 480 nm and a blue-green emission region with a wavelength of 500 nm was obtained. . When the waveform separation calculation was performed, the peak intensity ratio between the light of 480 nm and the light of 500 nm was 1: 0.6.
[0046]
The semiconductor light emitting element 32 emits light from each region of the well layer 15 by forming regions having different thicknesses in the p-type contact layer 17 by, for example, etching and separating those regions and the well layer 15 therebelow. Monochromatic light and light obtained by synthesizing those monochromatic lights can be emitted. In the above example, two regions having different layer thicknesses are provided in the p-type contact layer 17 and two light emitting regions are formed in the well layer 15 corresponding to the regions having different layer thicknesses. A plurality of larger light emitting regions can be formed, and monochromatic light emitted from each light emitting region and light of a color obtained by arbitrarily combining these monochromatic lights can be emitted.
[0047]
FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams of a semiconductor light emitting device 33 according to the third embodiment. In order to improve the color obtained by synthesizing monochromatic light emitted from the semiconductor light emitting element 32 shown in FIGS. 5A and 5B, red (R), green (G), A texture structure is adopted in which a small-area light emitting each single color of blue (B) is evenly distributed.
[0048]
FIG. 6A is a plan view of the semiconductor light emitting element 33. FIG. Although the figure shows a case where three red (R), green (G) and blue (B) light emitting regions are formed, the number of light emitting regions to be formed is arbitrary.
[0049]
FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line 6B-6B in FIG. The layer thickness of the p-type contact region 17 located above each light-emitting region of the well layer 15 is adjusted by, for example, etching so that each light emission of red (R), green (G), and blue (B) is obtained. ing.
[0050]
In the first to third embodiments, light of a desired emission wavelength was obtained by controlling the thickness of the p-type contact layer 17 by etching. However, the p-type contact layer 17 or the n-type cladding layer 14 or By controlling the layer thickness of the p-type cladding layer 16 by, for example, selective etching or selective growth, a semiconductor light emitting device that can emit light of a desired wavelength can be manufactured. In order to simplify the manufacturing process, it is desirable to control the thickness of the uppermost p-type contact layer 17. As described above, by controlling the thickness of the layers other than the well layer 15 (light-emitting layer), semiconductor light-emitting elements having different emission wavelengths can be manufactured. Further, the emission wavelength can be controlled by changing the Al composition ratio of the n-type cladding layer 14 or the p-type cladding layer 16 instead of the layer thickness.
[0051]
In the first to third embodiments, the case where the well layer 15 (active layer, light emitting layer) is formed of GaInN has been described, but the material for forming the well layer 15 (active layer, light emitting layer) is as follows. Any material may be used as long as it is highly immiscible. It is desirable that the material has an interaction parameter of 4000 cal / mol or more.
[0052]
Furthermore, in the above description, it has been described that the emission wavelength from the light emitting layer (active layer) can be controlled by controlling the thickness or composition of the layers other than the light emitting layer (active layer) of the semiconductor light emitting element. This technical idea can also be applied to a semiconductor light receiving element from the viewpoint of controlling the effective band gap. The effective bandgap of the active layer changes due to the strain applied to the active layer, thereby changing the wavelength of emitted light in the case of a semiconductor light emitting element, and the photosensitive wavelength sensitive in receiving light in the case of a semiconductor light receiving element. The area changes.
[0053]
FIG. 7 shows a semiconductor light receiving element according to the fourth embodiment. FIG. 7A is a plan view of the semiconductor light receiving element 34, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line 7B-7B of FIG. 7A. The structure of the semiconductor light receiving element 34 is the same as that of the semiconductor light emitting element 33 according to the third embodiment. The commonly used n-side electrode 18 and p-side electrodes 19a, 19b, 19c are connected to a logic circuit 40.
[0054]
When light having an arbitrary spectrum is incident on the semiconductor light receiving element 34, a current flows through each of the separated regions reflecting the spectrum. By measuring the current flowing between the electrodes, the spectrum and emission intensity distribution of the incident light can be measured.
[0055]
The semiconductor light-receiving element 34, like the semiconductor light-emitting element 33, is obtained by changing the element conditions (thickness or composition of the n-type or p-type cladding layer, or thickness of the p-type contact layer) other than the active layer. And a semiconductor light receiving element in which the effective band gap of the active layer is changed to adjust the photosensitive wavelength region. The active layer of the semiconductor light receiving element 34 is divided into a plurality of regions having different photosensitive wavelength regions (effective band gaps).
[0056]
The first sample 21 of the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2B, the semiconductor light emitting device 31 shown in FIGS. 4B and 4C, and the semiconductor light emitting device shown in FIGS. 5A and 5B. The semiconductor light-receiving element corresponding to No. 32 can also adjust the photosensitive wavelength region by changing element conditions other than the active layer.
[0057]
Note that the n-type region and the p-type region in the embodiment may be inverted.
[0058]
As described above, the present invention has been described with reference to the examples. However, the present invention is not limited to these examples. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor optical element that can control the effective band gap of the active layer even under element structure conditions other than the active layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a table showing the interaction parameters of the compounds.
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams showing a manufacturing process of an LED having a single quantum well.
FIG. 3 is a table comparing first to sixth samples.
FIGS. 4A to 4C are schematic diagrams illustrating a manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
FIGS. 5A and 5B are schematic views of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment.
6A is a plan view of the semiconductor light emitting element 33, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line 6B-6B of FIG.
7A is a plan view of the semiconductor light receiving element 34, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line 7B-7B of FIG.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 11 sapphire substrate 12 buffer layer 13 n-type contact layer 14 n-type cladding layer 14 a, b region 15 well layer 15 a, b region 16 p-type cladding layer 16 a, b region 17 p-type contact layer 17 a, b region 18 n-side electrode 19 , 19a, b, cp p-side electrode 21 first sample 31, 32, 33 semiconductor light emitting element 34 semiconductor light receiving element 40 logic circuit

Claims (5)

基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された第1導電型の第1のコンタクト層と、
前記第1のコンタクト層上の一部の領域に形成された第1導電型の第1のクラッド層と、
前記第1のクラッド層上に、相互作用パラメータが4000以上の化合物を含んで形成された活性層と、
前記活性層上に形成された、第1導電型とは異なる第2導電型の第2のクラッド層と、
前記第2のクラッド層上に形成された、第2導電型の第2のコンタクト層と、
前記第1のコンタクト層上に形成された第1の電極と、
前記第2のコンタクト層上に形成された第2の電極と
を有し、前記第1のクラッド層もしくは前記第2のクラッド層の厚さもしくは組成、または前記第2のコンタクト層の厚さにより生じる、前記活性層の格子不整合を調節することにより、前記活性層の実効バンドギャップが制御される半導体光学素子。
Board and
A buffer layer formed on the substrate,
A first contact layer of a first conductivity type formed on the buffer layer;
A first conductive type first cladding layer formed in a partial region on the first contact layer;
An active layer formed on the first cladding layer and containing a compound having an interaction parameter of 4000 or more;
A second cladding layer formed on the active layer and having a second conductivity type different from the first conductivity type;
A second contact layer of a second conductivity type formed on the second cladding layer;
A first electrode formed on the first contact layer;
A second electrode formed on the second contact layer, and having a thickness or a composition of the first clad layer or the second clad layer, or a thickness of the second contact layer. A semiconductor optical element in which an effective band gap of the active layer is controlled by adjusting a generated lattice mismatch of the active layer.
前記第1のクラッド層または前記第2のクラッド層または前記第2のコンタクト層が各層内に厚さの異なる複数の領域を有し、前記活性層が前記厚さの異なる複数の領域に対応して、異なる実効バンドギャップをもつ複数の領域に分けられる請求項1に記載の半導体光学素子。The first cladding layer or the second cladding layer or the second contact layer has a plurality of regions having different thicknesses in each layer, and the active layer corresponds to the plurality of regions having the different thicknesses. 2. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein the semiconductor optical device is divided into a plurality of regions having different effective band gaps. 前記活性層がGaInNで形成され、前記第1のクラッド層がn型不純物を添加したAlGaNで形成され、前記第2のクラッド層がp型不純物を添加したAlGaNで形成される請求項1または2に記載の半導体光学素子。3. The active layer is formed of GaInN, the first cladding layer is formed of AlGaN doped with an n-type impurity, and the second cladding layer is formed of AlGaN doped with a p-type impurity. 3. The semiconductor optical element according to item 1. 前記第1及び第2のクラッド層の厚さが0〜100nmであり、前記第2のコンタクト層の厚さが10〜500nmであり、前記第1及び第2のクラッド層のAl組成YがY=0〜0.2である請求項3に記載の半導体光学素子。The thickness of the first and second cladding layer is 0 to 100 nm, the thickness of the second contact layer is 10 to 500 nm, Al composition Y S of the first and second clad layers 4. The semiconductor optical device according to claim 3, wherein Y S = 0 to 0.2. 第1導電型の第1のクラッド層及び前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2のクラッド層と、
前記第1のクラッド層と前記第2のクラッド層との間に形成された量子井戸構造の活性層と、
前記第2のクラッド層上に形成された第2のコンタクト層と、
前記第1のクラッド層に接続形成された第1の電極及び前記第2のコンタクト層に接続形成された第2の電極と
を有し、前記第1のクラッド層または前記第2のクラッド層または前記第2のコンタクト層は、少なくともいずれかの層の厚さの異なる複数の領域を有し、前記活性層が同一の厚さとした積層構造の半導体光学素子であって、前記層の厚さの異なる複数の領域に対応する前記活性層の領域に対応して、前記活性層が異なる発光ピークの発光または異なる感光波長をもつ半導体光学素子。
A first cladding layer of a first conductivity type and a second cladding layer of a second conductivity type different from the first conductivity type;
An active layer having a quantum well structure formed between the first cladding layer and the second cladding layer;
A second contact layer formed on the second cladding layer;
A first electrode connected to the first cladding layer and a second electrode connected to the second contact layer; the first cladding layer or the second cladding layer; The second contact layer is a semiconductor optical element having a laminated structure in which at least one of the layers has a plurality of regions having different thicknesses, and the active layer has the same thickness. A semiconductor optical element in which the active layer has light emission of different emission peaks or different photosensitive wavelengths corresponding to regions of the active layer corresponding to a plurality of different regions.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011077109A (en) * 2009-09-29 2011-04-14 Sharp Corp Nitride semiconductor light emitting diode element
JP2012505527A (en) * 2008-10-07 2012-03-01 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング lamp

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0621511A (en) * 1992-07-06 1994-01-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light emitting element
JPH08255932A (en) * 1995-01-19 1996-10-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor light emission element and fabrication thereof
JPH08316528A (en) * 1994-12-02 1996-11-29 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor light emitting device
JPH09321338A (en) * 1996-03-22 1997-12-12 Sumitomo Chem Co Ltd Light emitting device
JPH1056202A (en) * 1996-08-07 1998-02-24 Showa Denko Kk Short wavelength light emitting element
JPH10303458A (en) * 1997-04-24 1998-11-13 Toyoda Gosei Co Ltd Gallium nitride compound semiconductor element
JPH11243227A (en) * 1994-12-02 1999-09-07 Nichia Chem Ind Ltd Manufacture of nitride semiconductor light-emitting element
JP2000353862A (en) * 1999-04-08 2000-12-19 Furukawa Electric Co Ltd:The Manufacture of semiconductor laminated structure
JP2001053339A (en) * 1999-08-11 2001-02-23 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting device and manufacture thereof
JP2002185044A (en) * 2001-11-27 2002-06-28 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor multi-colored light-emitting element

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0621511A (en) * 1992-07-06 1994-01-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light emitting element
JPH08316528A (en) * 1994-12-02 1996-11-29 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor light emitting device
JPH11243227A (en) * 1994-12-02 1999-09-07 Nichia Chem Ind Ltd Manufacture of nitride semiconductor light-emitting element
JPH08255932A (en) * 1995-01-19 1996-10-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor light emission element and fabrication thereof
JPH09321338A (en) * 1996-03-22 1997-12-12 Sumitomo Chem Co Ltd Light emitting device
JPH1056202A (en) * 1996-08-07 1998-02-24 Showa Denko Kk Short wavelength light emitting element
JPH10303458A (en) * 1997-04-24 1998-11-13 Toyoda Gosei Co Ltd Gallium nitride compound semiconductor element
JP2000353862A (en) * 1999-04-08 2000-12-19 Furukawa Electric Co Ltd:The Manufacture of semiconductor laminated structure
JP2001053339A (en) * 1999-08-11 2001-02-23 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting device and manufacture thereof
JP2002185044A (en) * 2001-11-27 2002-06-28 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor multi-colored light-emitting element

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012505527A (en) * 2008-10-07 2012-03-01 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング lamp
KR101612576B1 (en) * 2008-10-07 2016-04-14 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 Lamp
DE102008050643B4 (en) 2008-10-07 2022-11-03 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung bulbs
JP2011077109A (en) * 2009-09-29 2011-04-14 Sharp Corp Nitride semiconductor light emitting diode element

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