JP2018064061A - Semiconductor light-emitting element, illuminating device, head light, movable body, illuminating device, video device, projection type image display device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子、照明装置、ヘッドライト、移動体、イルミネーション装置、映像装置、投射型映像装置及びプロジェクターに関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting element, a lighting device, a headlight, a moving body, an illumination device, a video device, a projection type video device, and a projector.
従来から、13族窒化物半導体を用いた発光ダイオードや半導体レーザが知られている。半導体レーザとしては、例えば電流狭窄部の側面を誘電体多層膜からなるDBRで覆い、横方向の光の閉じ込めを行うことで光損失を効果的に低減させる構造を具備する面発光レーザが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, light emitting diodes and semiconductor
また、例えば共振器中の定在波のピーク位置に複数の活性層を配置する周期利得構造の面発光レーザが開示されている(例えば、特許文献2参照)。この面発光レーザでは、活性層の間に形成する中間層を、Mgドープ層、Inを含む窒化物半導体の順に積層した構造としている。 Further, for example, a surface-emitting laser having a periodic gain structure in which a plurality of active layers are arranged at peak positions of standing waves in a resonator is disclosed (for example, see Patent Document 2). This surface emitting laser has a structure in which an intermediate layer formed between active layers is laminated in the order of an Mg doped layer and a nitride semiconductor containing In.
また、例えば透光性電極の外周に導電性材料を配置し、活性層への電流注入を均一にする構造を具備した面発光レーザが開示されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, for example, a surface emitting laser having a structure in which a conductive material is disposed on the outer periphery of a translucent electrode to make current injection into an active layer uniform is disclosed (for example, see Patent Document 3).
ところで、従来の面発光レーザでは、p側電極として、ZnO、In2O3、SnO2、ATO、ITO、MgO、Ni/Au等の透光性電極が使用されている。これらの透光性電極は、光を少なからず吸収してしまうため、その厚さを厚くすることができない。そのため、積層構造の積層方向と垂直な方向に電流を流す場合、抵抗が高くなり、動作電圧の上昇を招いていた。 Incidentally, in the conventional surface emitting laser, a p-side electrode, ZnO, In 2 O 3, SnO 2, ATO, ITO, MgO, is translucent electrode such as Ni / Au are used. Since these translucent electrodes absorb light not a little, the thickness cannot be increased. For this reason, when a current is passed in a direction perpendicular to the stacking direction of the stacked structure, the resistance increases and the operating voltage increases.
そこで、上記課題を鑑み、動作電圧を低減することが可能な半導体発光素子を提供することを目的とする。 Then, in view of the said subject, it aims at providing the semiconductor light-emitting device which can reduce an operating voltage.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る半導体発光素子は、13族窒化物半導体により形成された第1の半導体積層構造であって、n型半導体層、活性層及びp型半導体層を含む第1の半導体積層構造と、13族窒化物半導体により形成された第2の半導体積層構造であって、前記第1の半導体積層構造と接続され、二次元正孔ガスを形成する積層構造を有し、前記二次元正孔ガスを電流経路とする第2の半導体積層構造と、前記第1の半導体積層構造に接続されたn側電極と、前記第2の半導体積層構造に接続されたp側電極と、を有する。
In order to achieve the above object, a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention has a first semiconductor stacked structure formed of a
開示の技術によれば、動作電圧を低減することが可能な半導体発光素子を提供することができる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a semiconductor light emitting element capable of reducing the operating voltage.
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the substantially same structure, the duplicate description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
本発明の実施形態の半導体発光素子について説明する。図1は、本発明の実施形態の半導体発光素子の一例を示す概略断面図である。図2及び図3は、第1の半導体積層構造の一例を示す概略断面図である。図4は、第2の半導体積層構造の一例を示す概略断面図である。図5は、p側電極の配置を説明するための概略断面図である。 A semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 are schematic cross-sectional views showing an example of the first semiconductor multilayer structure. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the second semiconductor multilayer structure. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the arrangement of the p-side electrode.
図1に示されるように、本発明の実施形態の半導体発光素子は、第1の半導体積層構造10と、第2の半導体積層構造20と、n側電極30と、p側電極40とを有する。第1の半導体積層構造10は、n型半導体層11、活性層12及びp型半導体層13を含む。第2の半導体積層構造20は、第1の13族窒化物半導体21及び第2の13族窒化物半導体22を含む。半導体発光素子は、n側電極30とp側電極40と間に電圧が印加されることにより、活性層12に電子と正孔を注入され、電子と正孔との再結合によって発光する。
As shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device of the embodiment of the present invention includes a first
第1の半導体積層構造10は、13族窒化物半導体により形成された半導体積層構造であって、n型半導体層11、活性層12及びp型半導体層13を含む。13族窒化物半導体は、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)の13族金属元素から選択される13族金属と窒素とからなるウルツ鉱型の窒化物半導体である。
The first
本発明の実施形態では、13族窒化物半導体の極性面であるc面の窒素極性面から13族金属極性面に向かう方向を13族金属方向(+c軸方向(<0001>方向))と称する。また、13族窒化物半導体の極性面であるc面の13族金属極性面から窒素極性面に向かう方向を窒素極性方向(−c軸方向(<000−1>方向))と称する。また、+c軸方向に結晶成長させる場合を13族金属面成長(例えばGa面成長)、−c軸方向に結晶成長させる場合を窒素面成長と称する。
In the embodiment of the present invention, the direction from the nitrogen polar face of the c-plane, which is the polar face of the
n型半導体層11、活性層12及びp型半導体層13の積層方向は、活性層12に電子及び正孔が注入され、それらの再結合によって発光する構造であれば、特に限定するものではない。例えば、図2に示されるように、+c軸方向に沿ってn型半導体層11、活性層12及びp型半導体層13の順であってもよく、図3に示されるように、+c軸方向に沿ってp型半導体層13、活性層12及びn型半導体層11の順であってもよい。
The stacking direction of the n-
第2の半導体積層構造20は、13族窒化物半導体により形成された半導体積層構造であって、第1の半導体積層構造10と接続され、二次元正孔ガス23を形成する積層構造を有し、二次元正孔ガス23を電流経路とする。なお、二次元正孔ガスが形成されていることは、第2の半導体積層構造20のバンド計算をすることで確認することができる。第2の半導体積層構造20は、図4(a)に示されるように、+c軸方向に沿って第1の13族窒化物半導体21及び第2の13族窒化物半導体22が連続して積層された構造を含む。
The second
第1の13族窒化物半導体21は、高抵抗なi型半導体である。第2の13族窒化物半導体22は、アンドープのn型又はp型の半導体である。第1の13族窒化物半導体21と第2の13族窒化物半導体22とは格子定数が異なり、第1の13族窒化物半導体21と第2の13族窒化物半導体22との格子歪によって第1の13族窒化物半導体21にはピエゾ電界が発生する。これにより、第1の13族窒化物半導体21は、c面の13族金属極性面21a側が負に、窒素極性面21b側が正になるように分極している。そして、図4(b)に示されるように、第2の13族窒化物半導体22の、第1の13族窒化物半導体21と第2の13族窒化物半導体22との界面近傍には、第1の13族窒化物半導体21の分極によって誘起された高濃度の二次元正孔ガス23が形成されている。
The
第1の13族窒化物半導体21の格子定数及び第2の13族窒化物半導体22の格子定数は、両者の格子定数の差による歪によって第1の13族窒化物半導体21に発生するピエゾ電界を大きくし、二次元正孔ガス23の濃度が大きくなるように適宜調整される。好適には、第1の13族窒化物半導体21の格子定数よりも、第2の13族窒化物半導体22の格子定数の方が大きくなるように調整するのがよい。
The lattice constant of the
第1の13族窒化物半導体21の厚さ及び第2の13族窒化物半導体22の厚さは、クラックが発生しない程度に歪を大きくし、二次元正孔ガス23の濃度が大きくなるように適宜調整される。
The thickness of the
n側電極30は、第1の半導体積層構造10に接続されている。より具体的には、n側電極30は、第1の半導体積層構造10のn型半導体層11に接続されている。
The n-
p側電極40は、第2の半導体積層構造20に接続されている。より具体的には、p側電極40は、図5(a)に示されるように、第2の13族窒化物半導体22上に形成されていてもよく、図5(b)に示されるように、第2の13族窒化物半導体22の上にp型半導体24を介して形成されていてもよい。また、p側電極40は、図5(c)に示されるように、第1の13族窒化物半導体21上に、第1の13族窒化物半導体21と第2の13族窒化物半導体22との界面に接触するように形成されていてもよい。
The p-
そして、図1に示されるように、第2の半導体積層構造20の電流経路の一部が第2の13族窒化物半導体22に形成された二次元正孔ガス23となる。二次元正孔ガス23の部分では、電流は第1の13族窒化物半導体21と第2の13族窒化物半導体22との界面に平行に流れる。二次元正孔ガス23が電流経路になることによって、第2の13族窒化物半導体22の二次元正孔ガスが形成されていないバルク部分やp型半導体層13を横方向(積層方向に垂直な方向)に電流が流れる場合と比較して、半導体発光素子の抵抗を低くすることができる。なお、図1においては、電流の流れを矢印Aで表している。
As shown in FIG. 1, a part of the current path of the second semiconductor stacked
このように、第1の半導体積層構造10及び第2の半導体積層構造20は、n側電極30とp側電極40によって活性層12が挟まれるように接合している。第1の半導体積層構造10と第2の半導体積層構造20との接合の形態については、第1の半導体積層構造10と第2の半導体積層構造20とが電気的に接続され、電流が流れる構造であれば特に限定されるものではない。例えば、第1の半導体積層構造10に含まれるp型半導体層13と、第2の半導体積層構造20に含まれる第2の13族窒化物半導体22とが接合される。このとき、第1の半導体積層構造10の+c軸方向の側に第2の半導体積層構造20が積層されていてもよく、第1の半導体積層構造10の−c軸方向の側に第2の半導体積層構造20が積層されていてもよい。また、第1の半導体積層構造10のc軸方向と第2の半導体積層構造20のc軸方向とは、同一方向であってもよく、反対方向であってもよい。
As described above, the first
図1に示されるように、第1の半導体積層構造10の窒素極性面の側に第2の半導体積層構造20がc軸方向を同一方向にして形成されている場合、第2の半導体積層構造20の第2の13族窒化物半導体22上に、第1の半導体積層構造10を積層してもよい。この構造の半導体発光素子では、n側電極30とp側電極40との間に電圧を印加すると、電流は、p側電極40から第2の半導体積層構造20の第2の13族窒化物半導体22に形成された二次元正孔ガス23を通る。二次元正孔ガス23を通った電流は、第2の13族窒化物半導体22から、第1の半導体積層構造10のp型半導体層13に流れ、活性層12、n型半導体層11及びn側電極30の順に流れる。そして、活性層12に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。
As shown in FIG. 1, when the second
図6から図8は、本発明の実施形態の半導体発光素子の別の例を示す概略断面図である。なお、図6から図8においては、電流の流れを矢印Aで表している。 6 to 8 are schematic cross-sectional views showing other examples of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention. 6 to 8, the current flow is indicated by an arrow A.
図6に示されるように、第1の半導体積層構造10の13族金属極性面の側に、第2の半導体積層構造20がc軸方向を第1の半導体積層構造10に対し反対方向にして形成されていてもよい。この場合、第1の半導体積層構造10のp型半導体層13上に第2の半導体積層構造20の第2の13族窒化物半導体22を積層してもよい。そして、第1の半導体積層構造10と第2の半導体積層構造20の界面では、13族金属極性面から窒素極性面に極性が反転している。極性を反転させる方法は、特に限定されず、例えば結晶成長の時に13族金属面成長から窒素極性面成長に反転させる方法、第1の半導体積層構造10及び第2の半導体積層構造20のそれぞれの13族金属極性面を接合面として張り合わせる方法が挙げられる。この構造の半導体発光素子では、n側電極30とp側電極40との間に電圧を印加すると、電流は、p側電極40から第2の半導体積層構造20の第2の13族窒化物半導体22に形成された二次元正孔ガス23を通る。二次元正孔ガス23を通った電流は、第2の13族窒化物半導体22から、第1の半導体積層構造10のp型半導体層13に流れ、活性層12、n型半導体層11及びn側電極30の順に流れる。そして、活性層12に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。
As shown in FIG. 6, the second
また、図7に示されるように、第1の半導体積層構造10の13族金属極性面の側に、第2の半導体積層構造20がc軸方向を第1の半導体積層構造10のc軸方向と同一方向にして積層されていてもよい。この場合、第2の半導体積層構造20の第1の13族窒化物半導体21の一部を除去して、第1の半導体積層構造10のp型半導体層13上に、第2の13族窒化物半導体22を結晶成長させてもよい。この構造の半導体発光素子では、n側電極30とp側電極40との間に電圧を印加すると、電流は、p側電極40から第2の半導体積層構造20の第2の13族窒化物半導体22に形成された二次元正孔ガス23を通る。二次元正孔ガス23を通った電流は、高抵抗の第1の13族窒化物半導体21が除去された領域で第2の13族窒化物半導体22から、第1の半導体積層構造10のp型半導体層13に流れ、活性層12、n型半導体層11及びn側電極30の順に流れる。そして、活性層12に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。
Further, as shown in FIG. 7, the second
また、図8に示されるように、第1の半導体積層構造10の窒素極性面の側に、第2の半導体積層構造20がc軸の向きを第1の半導体積層構造10に対し反対方向にして積層されていてもよい。この場合、第2の半導体積層構造20の第1の13族窒化物半導体21の一部を除去して、第2の13族窒化物半導体22を露出させて第1の半導体積層構造10のp型半導体層13を結晶成長させてもよい。この構造の半導体発光素子では、n側電極30とp側電極40との間に電圧を印加すると、電流は、p側電極40から第2の半導体積層構造20の第2の13族窒化物半導体22に形成された二次元正孔ガス23を通る。二次元正孔ガス23を通った電流は、高抵抗の第1の13族窒化物半導体21が除去された領域で第2の13族窒化物半導体22から、第1の半導体積層構造10のp型半導体層13に流れ、活性層12、n型半導体層11及びn側電極30にこの順に流れる。そして、活性層12に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。
Further, as shown in FIG. 8, the second
なお、第1の半導体積層構造10及び第2の半導体積層構造20は、連続して結晶成長させてもよく、一方を結晶成長させた後、結晶成長を中断させて、ウエハプロセスを行った後に他方を結晶成長させてもよい。また、第1の半導体積層構造10及び第2の半導体積層構造20を、それぞれ別々の基板に結晶成長させた後、両者を接合してもよい。
The first
第1の半導体積層構造10及び第2の半導体積層構造20を結晶成長させる基板の材質は、特に限定されるものではない。好適には、サファイア、GaN、AlN、Ga2O3、SiC、ZnOが使用できる。基板の面方位は、結晶成長させる13族窒化物半導体が非極性面(m面やa面)を成長面とする面方位以外であればよいが、c面を成長面とする面方位が好適である。
The material of the substrate on which the first
また、本発明の実施形態の半導体発光素子には、基板が具備されていてもよいし、発光素子の製造過程で除去されていてもよい。 In addition, the semiconductor light emitting device of the embodiment of the present invention may be provided with a substrate, or may be removed during the manufacturing process of the light emitting device.
以上に説明したように、本発明の実施形態の半導体発光素子では、第2の半導体積層構造20の電流経路の一部が第2の13族窒化物半導体22に形成された二次元正孔ガス23となっている。そして、二次元正孔ガス23の部分では、電流は第1の13族窒化物半導体21と第2の13族窒化物半導体22との界面に平行に流れる。二次元正孔ガス23が電流経路になることによって、第2の13族窒化物半導体22の二次元正孔ガスが形成されていないバルク部分やp型半導体層13を横方向(積層方向に垂直な方向)に電流が流れる場合と比較して、半導体発光素子の抵抗を低くすることができる。その結果、半導体発光素子の動作電圧を低減することができる。
As described above, in the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention, the two-dimensional hole gas in which a part of the current path of the second
なお、本発明の実施形態の半導体発光素子は、発光ダイオードであってもよく、レーザであってもよい。また、端面発光型であってもよく、面発光型であってもよい。面発光型の半導体発光素子としては、例えば面発光型発光ダイオード、ミラー付面発光型発光ダイオード、面発光レーザのいずれであってもよい。また、面発光レーザとしては、活性層12を間に挟んで第1の多層膜反射ミラーと第2の多層膜反射ミラーとを含む垂直共振器構造を有する面発光レーザであってもよい。具体的には、第2の多層膜反射ミラーは、活性層12からみて第2の半導体積層構造20がある側に形成され、第1の多層膜反射ミラーは、第2の半導体積層構造20がある側と反対側に形成されている。第1の多層膜反射ミラーと第2の多層膜反射ミラーの間には、活性層12が含まれ、且つ、第1の半導体積層構造10と第2の半導体積層構造20の全部あるいは一部が含まれて垂直共振器構造が形成されている。第1の多層膜反射ミラー及び第2の多層膜反射ミラーは、半導体多層膜反射ミラーであってもよく、誘電体多層膜反射ミラーであってもよい。また、第1の多層膜反射ミラーを半導体多層膜反射ミラーとし、第2の多層膜反射ミラーを誘電体多層膜反射ミラーとしてもよく、その逆であってもよい。さらに、半導体多層膜反射ミラーに導電性を持たせて、そこに電極を形成してもよい。また、発光ダイオードやレーザは、単一の発光素子であってもよく、複数の発光素子を一次元や二次元にアレイ化したものであってもよい。
The semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention may be a light emitting diode or a laser. Further, it may be an edge-emitting type or a surface-emitting type. As the surface emitting semiconductor light emitting element, for example, any of a surface emitting light emitting diode, a mirrored surface emitting light emitting diode, and a surface emitting laser may be used. The surface emitting laser may be a surface emitting laser having a vertical cavity structure including a first multilayer film reflecting mirror and a second multilayer film reflecting mirror with the
本発明の実施形態の半導体発光素子は、動作抵抗を低くすることができるので、消費電力が低い。そのため、高出力で動作しても発熱を低く抑えることができ、アレイ化による大出力動作も可能である。また、活性層に使用される13族窒化物半導体は、混晶組成を変えることで、紫外〜赤外まで発光させることができる。本発明の実施形態の半導体発光素子は、このような特性を生かして、様々な用途に応用可能である。
Since the semiconductor light emitting device of the embodiment of the present invention can reduce the operating resistance, the power consumption is low. For this reason, even if the operation is performed at a high output, heat generation can be suppressed to a low level, and a large output operation by arraying is also possible. Moreover, the
例えば、自動車や、オートバイ、列車、船舶等の移動体のヘッドライトや、住居、オフィス、ホール等の建物内の室内照明、工事現場や公園、道路、トンネル等の屋外照明、イルミネーション等の光装飾用の照明(イルミネーション装置)、等の照明装置の光源として使用される。 For example, headlights of moving objects such as automobiles, motorcycles, trains, ships, etc., indoor lighting in buildings such as houses, offices, halls, etc., outdoor lighting such as construction sites, parks, roads, tunnels, and light decorations such as illumination It is used as a light source for an illumination device such as an illumination device (illumination device).
また、映像装置の光源としても使用される。例えば、テレビやディスプレイ等のパネル型の映像装置や、空間投影型の立体テレビ、プロジェクションマッピング、プロジェクター、ヘッドアップディスプレイ、網膜走査ディスプレイ等の投射型映像装置の光源としても使用される。 It is also used as a light source for video devices. For example, it is also used as a light source for panel-type video devices such as televisions and displays, spatial projection-type stereoscopic televisions, projection mapping, projectors, head-up displays, and retinal scanning displays.
(実施例1)
実施例1の半導体発光素子について説明する。図9は、実施例1の半導体発光素子を説明するための図である。図9(a)は、実施例1の半導体発光素子の光出射方向から見た概略断面図である。
Example 1
The semiconductor light emitting device of Example 1 will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of Example 1. FIG. FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of Example 1 as viewed from the light emitting direction.
図9(a)に示されるように、実施例1の半導体発光素子は、端面出射型の半導体レーザであり、リッジストライプSCH LD(Separate Confinement Heterostructure Laser Diode)である。SCH LD構造は、PA−MBE(Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy)で結晶成長を行い形成した。 As shown in FIG. 9A, the semiconductor light emitting device of Example 1 is an edge emitting semiconductor laser, which is a ridge stripe SCH LD (Separate Confinement Heterostructure Laser Diode). The SCH LD structure was formed by crystal growth using PA-MBE (Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy).
半導体レーザの積層構造は、c面のGaN基板100上に、Ga極性方向<0001>方向に、第2の半導体積層構造1002及び第1の半導体積層構造1001がこの順に形成されている。
In the semiconductor laser stacked structure, the second semiconductor stacked
第2の半導体積層構造1002は、GaN基板100上に積層されたアンドープのGaN層101(300nm)、高抵抗Al0.3Ga0.7N層102(50nm)及びp型GaN層103(50nm)を含む。
The second
第1の半導体積層構造1001は、第2の半導体積層構造1002上に積層されたクラッド層であるp型GaN層104(500nm)、電子ブロック層であるp型In0.01Al0.14Ga0.85N層105(20nm)、ガイド層であるIn0.08Ga0.92N層106(40nm)、多重量子井戸活性層である(In0.14Ga0.86N(3nm)/In0.08Ga0.92N(7nm) 3QW)107、ガイド層であるIn0.08Ga0.92N層108(80nm)、クラッド層であるn型GaN層109(500nm)及びn型コンタクト層であるn型GaN層110(100nm)を含む。
The first
そして、半導体レーザの積層構造は、第1の半導体積層構造1001が、レーザの導波路構造を残して、p型GaN層103に到達するまでエッチングされて、p型GaN層103表面が露出している。また、n型コンタクト層110表面から、n型クラッド層109の途中までが、リッジストライプ形状にエッチングで形成されている。リッジ幅は3μmである。レーザの導波路構造の表面は、絶縁膜SiO2111が形成されているリッジ上部のコンタクト層110上の絶縁膜111は、ストライプ形状にエッチングされており、コンタクト層110表面が露出している。導波路構造の上部にはTi/Au電極層113が堆積されており、露出したコンタクト層110には、n側のオーミック電極114が形成されている。また、第2の半導体積層構造1002上部の露出したp型GaN層103には、p側オーミック電極Ni/Au112が形成されている。光出射端面は、へき開で形成され、端面は反射コーティングされている。素子長は、700μmである。
Then, the stacked structure of the semiconductor laser is etched until the first semiconductor stacked
図9(b)は、図9(a)の第2の半導体積層構造1002の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。
FIG. 9B is a diagram for explaining a polarization structure of a portion surrounded by a broken line in the second
図9(b)に示されるように、アンドープのGaN層101上に成長した高抵抗Al0.3Ga0.7N層102は、格子歪によって、Ga極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、GaN層101とAl0.3Ga0.7N層102との界面近傍のGaN層101には二次元電子ガスが形成される。一方、p型GaN層103とAl0.3Ga0.7N層102との界面近傍のGaN層103には二次元正孔ガスが形成される。
As shown in FIG. 9B, the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 102 grown on the
実施例1の半導体レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、p側電極112から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流し、活性層に正孔を注入する。二次元正孔ガスを電流が通るので、p型GaN層103の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低い。n側電極とp側電極との間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、430nmであった。
In the semiconductor laser of Example 1, a two-dimensional hole gas is caused to act as a current path, a current is caused to flow laterally from the p-
(実施例2)
実施例2の半導体発光素子について説明する。図10は、実施例2の半導体発光素子を説明するための図である。図10(a)は、実施例2の半導体発光素子の概略断面図である。
(Example 2)
The semiconductor light emitting device of Example 2 will be described. FIG. 10 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of the second embodiment. FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of Example 2.
図10(a)に示されるように、実施例2の半導体発光素子は、面発光型発光ダイオードである。実施例2の面発光型発光ダイオードの半導体積層構造は、有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)で結晶成長を行い形成した。
半導体積層構造は、c面のサファイア基板200上に、Ga極性方向<0001>方向に、第2の半導体積層構造2002及び第1の半導体積層構造2001がこの順に積層されている。第2の半導体積層構造2002は、サファイア基板200上に積層された低温GaNバッファ層201(50nm)、アンドープのGaN層202(300nm)、高抵抗Al0.3Ga0.7N層203(50nm)及びp型GaN層204(50nm)を含む。第1の半導体積層構造2001は、第2の半導体積層構造2002上に積層されたp型クラッド層であるp型GaN層205(500nm)、電子ブロック層であるp型In0.01Al0.14Ga0.85N層206(20nm)、多重量子井戸活性層である(In0.14Ga0.86N(3nm)/In0.08Ga0.92N(7nm) 3QW)207、クラッド層であるn型GaN層208(500nm)及びn型コンタクト層であるn型GaN層209(100nm)を含む。
As shown in FIG. 10A, the semiconductor light emitting device of Example 2 is a surface emitting light emitting diode. The semiconductor laminated structure of the surface-emitting light-emitting diode of Example 2 was formed by crystal growth by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
In the semiconductor multilayer structure, the second
実施例2の面発光型発光ダイオードは、発光領域が300×300μm2の四角形になるように、第1の半導体積層構造2001が、p型GaN層204に到達するまでエッチングされて、p型GaN層204表面が露出している。発光ダイオードレーザの表面は、絶縁膜SiO2210が形成されている。コンタクト層209の周辺部の絶縁膜210は、エッチングされており、コンタクト層209表面が露出している。露出したコンタクト層209には、Ti/Auが堆積されており、n側のオーミック電極212が形成されている。また、第2の半導体積層構造2002上部の露出したp型GaN層204には、p側オーミック電極Ni/Au211が形成されている。
The surface-emitting light-emitting diode of Example 2 is etched until the first
図10(b)は、図10(a)の第2の半導体積層構造2002の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。
FIG. 10B is a diagram for explaining a polarization structure of a portion surrounded by a broken line in the second
図10(b)に示されるように、アンドープのGaN層202上に成長した高抵抗Al0.3Ga0.7N層203は、格子歪によって、Ga極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、GaN層202とAl0.3Ga0.7N層203との界面近傍のGaN層202には二次元電子ガスが形成される。一方、p型GaN層204とAl0.3Ga0.7N層203との界面近傍のGaN層204には二次元正孔ガスが形成される。
As shown in FIG. 10B, the high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 203 grown on the
実施例2の面発光型発光ダイオードでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、p側電極211から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、p型GaN層204の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低い。n側電極とp側電極と間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。発光ピーク波長は、430nmであった。
In the surface-emitting light emitting diode of Example 2, a two-dimensional hole gas is caused to act as a current path, and a current is allowed to flow laterally from the p-
(実施例3)
実施例3の半導体発光素子について説明する。図11は、実施例3の半導体発光素子を説明するための図である。図11(a)は、実施例3の半導体発光素子の概略断面図である。
(Example 3)
The semiconductor light emitting device of Example 3 will be described. FIG. 11 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of Example 3. FIG. FIG. 11A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of Example 3.
図11(a)に示されるように、実施例3の半導体発光素子は、面発光型発光ダイオードである。面発光型発光ダイオードは、第1の半導体積層構造3001と第2の半導体積層構造3002とを、それぞれ異なる基板にMOCVDで結晶成長し、ウエハ接合している。
As shown in FIG. 11A, the semiconductor light-emitting element of Example 3 is a surface-emitting light-emitting diode. In the surface-emitting light-emitting diode, the first semiconductor multilayer structure 3001 and the second
第1の半導体積層構造3001は、n型のc面GaN基板300上に、Ga極性方向<0001>方向に、n型GaN層301(300m)、n型クラッド層であるn型GaN層302(500nm)、多重量子井戸活性層である(In0.14Ga0.86N(3nm)/In0.08Ga0.92N(7nm) 3QW)303、電子ブロック層であるp型In0.01Al0.14Ga0.85N層304(20nm)及びp型クラッド層であるp型GaN層305(500nm)をこの順に積層することにより形成されている。
The first semiconductor multilayer structure 3001 includes an n-type GaN layer 301 (300 m) and an n-type GaN layer 302 (an n-type cladding layer) in the Ga polarity direction <0001> direction on an n-type c-
第2の半導体積層構造3002は、図11(c)に示されるように、c面サファイア基板310上に、Ga極性方向<0001>方向に、低温GaNバッファ層(50nm)309、アンドープGaN層308(1000nm)、高抵抗Al0.3Ga0.7N層307(50nm)及びp型GaN層306(300nm)をこの順に積層することにより形成されている。
As shown in FIG. 11C, the second
第1の半導体積層構造3001及び第2の半導体積層構造3002は、それぞれの結晶成長の後、p型活性化の熱処理が行なわれる。続いて、第1の半導体積層構造3001のp型GaN層305及び第2の半導体積層構造3002のp型GaN層306を接合面としてウエハ接合される。その後、サファイア基板310、低温GaNバッファ層309及びアンドープGaN層308を、アンドープGaN層308のみ100nm残して研磨除去することにより、発光ダイオードの積層構造が形成される。
The first semiconductor multilayer structure 3001 and the second
このようにして、第1の半導体積層構造3001上には、極性反転したp型GaN層306(300nm)、高抵抗Al0.3Ga0.7N層307(50nm)及びキャップ層であるアンドープGaN層308(100nm)が積層された第2の半導体積層構造3002が形成される。
In this manner, on the first semiconductor multilayer structure 3001, the p-type GaN layer 306 (300 nm) whose polarity is inverted, the high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 307 (50 nm), and the undoped as a cap layer. A second semiconductor stacked
第2の半導体積層構造3002の一部が、p型GaN層306の表面までエッチングされ、露出したp型GaN層306の表面に、Ni/Auから成るp側オーミック電極312が形成されている。第2の半導体積層構造上部のp側オーミック電極312が形成されている部分以外の露出した表面には、絶縁膜SiO2313が形成されている。また、GaN基板300裏面には、Ti/Auが堆積されており、n側のオーミック電極311が形成されている。
Part of the second
図11(b)は、図11(a)の第2の半導体積層構造3002の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。
FIG. 11B is a diagram for explaining a polarization structure of a portion surrounded by a broken line in the second
図11(b)に示されるように、アンドープのGaN層308上に成長した高抵抗Al0.3Ga0.7N層307は、格子歪によって、Ga極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、GaN層308とAl0.3Ga0.7N層307との界面近傍のGaN層308には二次元電子ガスが形成される。一方、p型GaN層306とAl0.3Ga0.7N層307との界面近傍のGaN層306には二次元正孔ガスが形成される。
As shown in FIG. 11B, the high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 307 grown on the
実施例3の面発光型発光ダイオードでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、p側オーミック電極312から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、p型GaN層306の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。n側電極とp側電極との間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。発光ピーク波長は、430nmであった。
In the surface-emitting light-emitting diode of Example 3, a two-dimensional hole gas is caused to act as a current path, and a current is allowed to flow laterally from the p-
(実施例4)
実施例4の半導体発光素子について説明する。図12は、実施例4の半導体発光素子を説明するための図である。図12(a)は、実施例4の半導体発光素子の概略断面図である。
Example 4
The semiconductor light emitting device of Example 4 will be described. FIG. 12 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of Example 4. FIG. FIG. 12A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of Example 4.
図12(a)に示されるように、実施例4の半導体発光素子は、面発光型発光ダイオードである。実施例4の面発光型発光ダイオードの半導体積層構造は、PA−MBEで結晶成長を行い形成した。 As shown in FIG. 12A, the semiconductor light emitting device of Example 4 is a surface emitting light emitting diode. The semiconductor multilayer structure of the surface-emitting light-emitting diode of Example 4 was formed by crystal growth using PA-MBE.
第1の半導体積層構造4001と第2の半導体積層構造4002とは、それぞれ成長する極性が異なる。第1の半導体積層構造4001は、Ga極性面を成長面とし、<0001>方向に結晶成長させ、第2の半導体積層構造4002は、窒素極性面を成長面として、<000−1>方向に結晶成長させている。
The first
第1の半導体積層構造4001は、n型のc面GaN基板400上に、Ga極性方向<0001>方向に、n型GaN層401(300nm)、n型クラッド層であるn型GaN層402(500nm)、多重量子井戸活性層である(In0.14Ga0.86N(3nm)/In0.08Ga0.92N(7nm) 3QW)403、電子ブロック層であるp型In0.01Al0.14Ga0.85N層404(20nm)及びp型クラッド層であるp型GaN層405(500nm)をこの順に積層することにより形成されている。
A first
第2の半導体積層構造4002は、p型GaN層405(500nm)上にアルミニウムを8原子層成長することで極性反転させ、窒素極性方向<000−1>方向に、p型GaN層406(300nm)、高抵抗Al0.3Ga0.7N層407(50nm)及びアンドープGaN層408(100nm)をこの順に積層することにより形成されている。
The second
第2の半導体積層構造4002の一部が、p型GaN層406の表面までエッチングされ、露出したp型GaN層406の表面に、Ni/Auから成るp側オーミック電極410が形成されている。第2の半導体積層構造4002上部のp側オーミック電極410が形成されている部分以外の露出した表面には、絶縁膜SiO2411が形成されている。また、GaN基板400裏面には、Ti/Auが堆積されており、n側のオーミック電極409が形成されている。
Part of the second
図12(b)は、図12(a)の第2の半導体積層構造4002の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。
FIG. 12B is a diagram for explaining a polarization structure of a portion surrounded by a broken line in the second
図12(b)に示されるように、アンドープのGaN層408上に成長した高抵抗Al0.3Ga0.7N層407は、格子歪によって、Ga極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、GaN層408とAl0.3Ga0.7N層407との界面近傍のGaN層408には二次元電子ガスが形成される。一方、p型GaN層406とAl0.3Ga0.7N層407との界面近傍のGaN層406には二次元正孔ガスが形成される。
As shown in FIG. 12B, the high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 407 grown on the
実施例4の面発光型発光ダイオードでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、p側オーミック電極410から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、p型GaN層406の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。n側電極とp側電極との間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。発光ピーク波長は、430nmであった。
In the surface-emitting light-emitting diode of Example 4, a two-dimensional hole gas is caused to act as a current path, and a current is allowed to flow laterally from the p-
(実施例5)
実施例5の半導体発光素子について説明する。図13は、実施例5の半導体発光素子を説明するための図である。図13(a)は、実施例5の半導体発光素子の概略断面図である。
(Example 5)
The semiconductor light emitting device of Example 5 will be described. FIG. 13 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting element of Example 5. FIG. FIG. 13A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light-emitting device of Example 5.
図13(a)に示されるように、実施例5の半導体発光素子は、面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。実施例5の面発光レーザの半導体積層構造は、PA−MBEで結晶成長を行い形成した。 As shown in FIG. 13A, the semiconductor light emitting device of Example 5 is a surface emitting laser (VCSEL). The semiconductor multilayer structure of the surface emitting laser of Example 5 was formed by crystal growth using PA-MBE.
半導体積層構造は、c面のGaN基板500上に、Ga極性方向<0001>方向に、第2の半導体積層構造5002及び第1の半導体積層構造5001がこの順に形成されている。
In the semiconductor multilayer structure, the second
第2の半導体積層構造5002は、c面のGaN基板500上に、Ga極性方向<0001>方向に積層されたAl0.8In0.2N/GaN DBR(41.5ペア)501、アンドープGaN層502(350nm)、高抵抗Al0.3Ga0.7N層503(50nm)及びp型GaN層504(50nm)を含む。
The second
第1の半導体積層構造5001は、第2の半導体積層構造5002上に積層されたp型クラッド層であるp型GaN層505(300nm)、電子ブロック層であるp型Al0.2Ga0.8N層506(20nm)、多重量子井戸活性層であるIn0.10Ga0.90N(5nm)/In0.01Ga0.99N(5nm) 5QW)507、n型クラッド層であるn型GaN層508(250nm)、電流ブロック層であるp型GaN層509(100nm)及びn型コンタクト層であるn型GaN層510(100nm)を含む。
The first semiconductor stacked
電流ブロック層であるp型GaN層509には、φ8μmの孔があいており、その孔を通してn型クラッド層であるn型GaN層508とn型コンタクト層であるn型GaN層510とが連結している。第1の半導体積層構造5001上部には、TiO2/SiO2(7ペア)により形成される誘電体多層膜DBR511が形成されている。
The p-
実施例5の面発光レーザは、第1の半導体積層構造5001が、エッチングされてφ100μmのメサ形状が形成されている。エッチングは、第2の半導体積層構造のp型GaN層504に到達するまで行なわれており、p型GaN層504表面が露出している。面発光レーザの表面は、絶縁膜SiO2512が形成されている。n型コンタクト層510の周辺部の絶縁膜512は、リング状にエッチングされており、コンタクト層510表面が露出している。露出したコンタクト層510には、Ti/Auが堆積されており、n側オーミック電極513が形成されている。そして、n側オーミック電極513上には、Cr/Auからなる配線電極514が形成され、メサ形状の下まで電極が配置されている。また、第2の半導体積層構造5002上部の露出したp型GaN層504には、p側オーミック電極Ni/Au515が形成されている。
In the surface emitting laser of Example 5, the first
図13(b)は、図13(a)の第2の半導体積層構造5002の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。
FIG. 13B is a diagram for explaining a polarization structure of a portion surrounded by a broken line in the second
図13(b)に示されるように、アンドープのGaN層502上に成長した高抵抗Al0.3Ga0.7N層503は、格子歪によって、Ga極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、GaN層502とAl0.3Ga0.7N層503との界面近傍のGaN層502には二次元電子ガスが形成される。一方、p型GaN層504とAl0.3Ga0.7N層503との界面近傍のGaN層504には二次元正孔ガスが形成される。
As shown in FIG. 13B, the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 503 grown on the
実施例5の面発光レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、p側電極515から二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、p型GaN層504の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低い。そして、p型クラッド層であるp型GaN層505、電子ブロック層であるp型Al0.2Ga0.8N層506、活性層507、n型クラッド層であるn型GaN層508、電流ブロック層であるp型GaN層509、n型コンタクト層であるn型GaN層510及びn側オーミック電極513の順に電流を流す。そして、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、420nmであった。
In the surface emitting laser of Example 5, a two-dimensional hole gas is caused to act as a current path, and a current is caused to flow laterally from the p-
(実施例6)
実施例6の半導体発光素子について説明する。図14は、実施例6の半導体発光素子を説明するための図である。図14(a)は、実施例6の半導体発光素子の概略断面図である。
(Example 6)
A semiconductor light emitting device of Example 6 will be described. FIG. 14 is a diagram for explaining the semiconductor light-emitting element of Example 6. FIG. 14A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of Example 6.
図14(a)に示されるように、実施例6の半導体発光素子は、面発光レーザ(VCSEL)である。実施例6の面発光レーザは、第1の半導体積層構造6001と第2の半導体積層構造6002とを、それぞれ異なる基板にMOCVDで結晶成長し、ウエハ接合している。
As shown in FIG. 14A, the semiconductor light emitting device of Example 6 is a surface emitting laser (VCSEL). In the surface emitting laser of Example 6, the first
第1の半導体積層構造6001は、n型のc面GaN基板600上に、Ga極性方向<0001>方向に積層されたSiをドーピングしたn型Al0.8In0.2N/GaN DBR(41.5ペア)601、n型GaN層602(100nm)、n型クラッド層であるn型GaN603(250nm)、多重量子井戸活性層である(In0.10Ga0.90N(5nm)/In0.01Ga0.99N(5nm)5QW)604、電子ブロック層であるp型Al0.2Ga0.8N層605(20nm)及びp型クラッド層であるp型GaN層606(300nm)を含む。また、第1の半導体積層構造6001のp型クラッド層606には、ボロン(B)がインプラされた電流ブロック領域617が形成され、電流狭窄構造が形成されている。これは、φ8μmの円形のマスクを使用して、マスク以外の領域610にボロン(B)をイオン注入し、この領域を高抵抗化して形成されている。第1の半導体積層構造6001は、ボロン(B)がイオン注入された後、p型活性化の熱処理が行なわれる。
The first semiconductor stacked
第2の半導体積層構造6002は、図14(c)に示されるように、c面サファイア基板611上に、Ga極性方向<0001>方向に積層された低温GaNバッファ層(50nm)610、キャップ層であるアンドープGaN層609(1000nm)、高抵抗Al0.3Ga0.7N層608(50nm)及びp型GaN層607(300nm)を含む。第2の半導体積層構造6002は、結晶成長の後、p型活性化の熱処理が行なわれる。続いて、第1の半導体積層構造6001のp型GaN層605及び第2の半導体積層構造6002のp型GaN層607を接合面としてウエハ接合される。その後、サファイア基板611、低温GaNバッファ層610及びアンドープGaN層609を、キャップ層であるアンドープGaN層609のみ130nm残して研磨除去することのより、面発光レーザの積層構造が形成される。
As shown in FIG. 14C, the second semiconductor stacked
このようにして、第1の半導体積層構造6001上には、極性反転したp型GaN層607(300nm)、高抵抗Al0.3Ga0.7N層608(50nm)及びキャップ層であるアンドープGaN層609(130nm)が積層された第2の半導体積層構造6002が形成される。
In this way, on the first
第2の半導体積層構造6002上部には、TiO2/SiO2(7ペア)から成る誘電体多層膜DBR616が形成されている。
A dielectric multilayer film DBR616 made of TiO 2 / SiO 2 (7 pairs) is formed on the second
実施例6の面発光レーザは、第1の半導体積層構造6001と第2の半導体積層構造6002とが、エッチングされてφ100μmのメサ形状が形成されている。エッチングは、第1の半導体積層構造のn型DBR601に到達するまで行なわれており、n型DBR601表面が露出している。また、第2の半導体積層構造6002は、p型GaN層607までエッチングされて、φ20μmのメサ形状が形成されている。面発光レーザの表面は、絶縁膜SiO2612が形成されている。p型GaN層607の周辺部の絶縁膜612は、リング状にエッチングされており、p型GaN層607表面が露出している。露出したp型GaN層607には、Ni/Auが堆積されており、p側オーミック電極613が形成されている。そして、p側オーミック電極613上には、Cr/Auからなる配線電極615が形成され、メサ形状の下まで電極が配置されている。また、GaN基板600裏面には、Ti/Auが堆積されており、n側オーミック電極614が形成されている。
In the surface emitting laser of Example 6, the first
図14(b)は、図14(a)の第2の半導体積層構造6002の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。
FIG. 14B is a diagram for explaining a polarization structure of a portion surrounded by a broken line in the second
図14(b)に示されるように、アンドープのGaN層609上に成長した高抵抗Al0.3Ga0.7N層608は、格子歪によって、Ga極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、GaN層609とAl0.3Ga0.7N層608との界面近傍のGaN層609には二次元電子ガスが形成される。一方、p型GaN層607とAl0.3Ga0.7N層608との界面近傍のGaN層607には二次元正孔ガスが形成される。
As shown in FIG. 14B, the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 608 grown on the
実施例6の面発光レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、p側電極613から二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、p型GaN層607の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。そして、p型GaN層607からp型GaN層606、電子ブロック層であるp型Al0.2Ga0.8N層605(20nm)、活性層604、n型クラッド層であるn型GaN603(250nm)、n型GaN層602、n型Al0.8In0.2N/GaN DBR(41.5ペア)601、GaN基板600及びn側オーミック電極614の順に電流を流す。そして、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、420nmであった。
In the surface emitting laser of Example 6, a two-dimensional hole gas is caused to act as a current path, and a current is caused to flow laterally from the p-
(実施例7)
実施例7の半導体発光素子について説明する。図15は、実施例7の半導体発光素子を説明するための図である。図15(a)は、実施例7の半導体発光素子の概略断面図である。
(Example 7)
A semiconductor light emitting device of Example 7 will be described. FIG. 15 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting element of Example 7. FIG. FIG. 15A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of Example 7.
図15(a)に示されるように、実施例7の半導体発光素子は、面発光レーザ(VCSEL)である。実施例7の面発光レーザの半導体積層構造は、PA−MBEで結晶成長を行い形成した。 As shown in FIG. 15A, the semiconductor light emitting device of Example 7 is a surface emitting laser (VCSEL). The semiconductor laminated structure of the surface emitting laser of Example 7 was formed by crystal growth using PA-MBE.
面発光レーザの半導体積層構造は、c面のn型GaN基板上に、Ga極性方向<0001>方向に、第1の半導体積層構造7001及び第2の半導体積層構造7002がこの順に形成されている。
In the semiconductor multilayer structure of the surface emitting laser, a first
第1の半導体積層構造7001は、c面のn型GaN基板上に、Ga極性方向<0001>方向に積層された結晶成長したn型GaNコンタクト層700(160nm)、n型クラッド層であるn型GaN701(200nm)、多重量子井戸活性層である(In0.10Ga0.90N(5nm)/In0.01Ga0.99N(5nm) 5QW)702、電子ブロック層であるp型Al0.2Ga0.8N層703(20nm)及びp型クラッド層であるp型GaN層704(200nm)を含む。
The first
第2の半導体積層構造7002は、第1の半導体積層構造7001上に積層されたアンドープGaN層705(50nm)、高抵抗Al0.3Ga0.7N層706(50nm)及びp型GaN層707(110nm)を含む。
The second
アンドープGaN層705及び高抵抗Al0.3Ga0.7N層706には、φ8μmの孔があいており、その孔を通してp型クラッド層であるp型GaN層704及びp型GaN層707が連結している。
The
半導体積層構造は、GaN基板から分離されており、n型GaNコンタクト層700下部とp型GaN層707上部には、TiO2/SiO2(7ペア)から成る誘電体多層膜DBR(710、711)が形成されている。n型GaNコンタクト層700には、Ti/Auが堆積されており、n側オーミック電極709が形成されている。また、p型GaN層707には、p側オーミック電極Ni/Au708が形成されている。
図15(b)は、図15(a)の第2の半導体積層構造7002の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。
The semiconductor multilayer structure is separated from the GaN substrate, and a dielectric multilayer film DBR (710, 711) made of TiO 2 / SiO 2 (7 pairs) is formed below the n-type
FIG. 15B is a diagram for explaining a polarization structure of a portion surrounded by a broken line in the second
図15(b)に示されるように、アンドープのGaN層705上に成長した高抵抗Al0.3Ga0.7N層706は、格子歪によって、Ga極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、GaN層705とAl0.3Ga0.7N層706との界面近傍のGaN層705には二次元電子ガスが形成される。一方、p型GaN層707とAl0.3Ga0.7N層706との界面近傍のGaN層707には二次元正孔ガスが形成される。
As shown in FIG. 15B, the high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 706 grown on the
実施例7の面発光レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、p側電極708から二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、p型GaN層707の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。そして、Al0.3Ga0.7N層706とアンドープのGaN層705が除去された領域でp型GaN層707からp型GaN層704に流れ、電子ブロック層p型Al0.2Ga0.8N層703、活性層702、n型GaN701、n型GaNコンタクト層700及びn側オーミック電極709の順に電流が流れる。そして、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、420nmであった。
In the surface emitting laser of Example 7, a two-dimensional hole gas is caused to act as a current path, and a current is caused to flow laterally from the p-
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the said content does not limit the content of invention, Various deformation | transformation and improvement are possible within the scope of the present invention.
10 第1の半導体積層構造
11 n型半導体層
12 活性層
13 p型半導体層
20 第2の半導体積層構造
21 第1の13族窒化物半導体
22 第2の13族窒化物半導体
23 二次元正孔ガス
30 n側電極
40 p側電極
DESCRIPTION OF
Claims (14)
13族窒化物半導体により形成された第2の半導体積層構造であって、前記第1の半導体積層構造と接続され、二次元正孔ガスを形成する積層構造を有し、前記二次元正孔ガスを電流経路とする第2の半導体積層構造と、
前記第1の半導体積層構造に接続されたn側電極と、
前記第2の半導体積層構造に接続されたp側電極と、
を有する、
半導体発光素子。 A first semiconductor multilayer structure formed of a group 13 nitride semiconductor, the first semiconductor multilayer structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer;
A second semiconductor multilayer structure formed of a group 13 nitride semiconductor, wherein the two-dimensional hole gas has a multilayer structure connected to the first semiconductor multilayer structure to form a two-dimensional hole gas; A second semiconductor multilayer structure with a current path as
An n-side electrode connected to the first semiconductor multilayer structure;
A p-side electrode connected to the second semiconductor multilayer structure;
Having
Semiconductor light emitting device.
請求項1に記載の半導体発光素子。 By applying a voltage between the n-side electrode and the p-side electrode, electrons and holes are injected into the active layer, and light is emitted by recombination of the electrons and holes.
The semiconductor light emitting device according to claim 1.
請求項1又は2に記載の半導体発光素子。 The c-axis direction of the second semiconductor multilayer structure is the same direction as the c-axis direction of the first semiconductor multilayer structure.
The semiconductor light emitting element according to claim 1.
請求項1又は2に記載の半導体発光素子。 The c-axis direction of the second semiconductor multilayer structure is opposite to the c-axis direction of the first semiconductor multilayer structure.
The semiconductor light emitting element according to claim 1.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 The second semiconductor multilayer structure includes a first group 13 nitride semiconductor and a second group 13 nitride semiconductor having different lattice constants.
The semiconductor light emitting element according to claim 1.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 Emitting light in a direction in which the first semiconductor multilayer structure and the second semiconductor multilayer structure are stacked;
The semiconductor light emitting element according to claim 1.
請求項6に記載の半導体発光素子。 A surface emitting laser having a vertical cavity structure including a multilayer reflection mirror,
The semiconductor light emitting device according to claim 6.
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