JP3449619B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

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JP3449619B2
JP3449619B2 JP2000359818A JP2000359818A JP3449619B2 JP 3449619 B2 JP3449619 B2 JP 3449619B2 JP 2000359818 A JP2000359818 A JP 2000359818A JP 2000359818 A JP2000359818 A JP 2000359818A JP 3449619 B2 JP3449619 B2 JP 3449619B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

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

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

【0003】[0003]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【0014】[0014]

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

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

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p型A
lGaNからなるp型クラッド層とで、InGaNから
なる活性層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記p
型クラッド層のAl比率を一定に保ったまま前記n型ク
ラッド層のAl比率を低減させて、前記活性層のバンド
ギャップエネルギーにより定まる前記p型クラッド層の
Al比率の半分以下とし、前記n型クラッド層のバンド
ギャップエネルギーを、前記活性層のバンドギャップエ
ネルギーとの差が前記p型クラッド層のバンドギャップ
エネルギーと前記活性層のバンドギャップエネルギーと
の差の1/3〜1/2となるように構成したことを特徴
とする。本発明の第2の半導体発光素子は、請求項1記
載の半導体発光素子において、前記n型クラッド層は、
n側電極に接続されており、前記n側電極との間にGa
Nからなるバッファ層が介在せしめられていることを特
徴とする。本発明の第3のダブルヘテロ接合型の半導体
発光素子は、請求項1記載の半導体発光素子において、
n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p型AlG
aNからなるp型クラッド層とで、InGaNからなる
活性層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記p型ク
ラッド層のAl比率を一定に保ったまま前記n型クラッ
ド層のAl比率を低減させて、前記活性層のバンドギャ
ップエネルギーにより定まる前記p型クラッド層のAl
比率の半分以下とし、前記n型クラッド層のバンドギャ
ップエネルギーを、前記活性層のバンドギャップエネル
ギーとの差が前記p型クラッド層のバンドギャップエネ
ルギーと前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差
1/3〜1/2となるようにして、前記n型クラッド
層から前記活性層への電子の注入が、前記n型クラッド
層のバンドギャップエネルギーを前記p型クラッド層の
バンドギャップエネルギーと等しくした場合と比較して
低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電
子の有効質量よりも大きいことを利用して正孔を前記活
性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記活性層から前
記n型クラッド層への正孔の漏れを防止できるようにし
て、無効電流を増大させないようにしたことを特徴とす
る。本発明の第4の半導体発光素子は、請求項3記載の
半導体発光素子において、前記n型クラッド層は、n側
電極に接続されており、前記n側電極との間にGaNか
らなるバッファ層が介在せしめられていることを特徴と
する。本発明の第5のダブルヘテロ接合型の発光ダイオ
ードは、基板と、前記基板上に設けられるn型GaNか
らなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けられるn
型AlGaNからなるn型クラッド層と、前記n型クラ
ッド層上に設けられるInGaNからなる活性層と、前
記活性層上に設けられるp型AlGaNからなるp型ク
ラッド層とを有し、前記p型クラッド層のAl比率を一
定に保ったまま前記n型クラッド層のAl比率を低減さ
せて、前記活性層のバンドギャップエネルギーにより定
まる前記p型クラッド層のAl比率の半分以下とし、前
記n型クラッド層のバンドギャップエネルギーを、前記
活性層のバンドギャップエネルギーとの差が前記p型ク
ラッド層のバンドギャップエネルギーと前記活性層のバ
ンドギャップエネルギーとの差の1/3〜1/2となる
ようにして、前記n型クラッド層から前記活性層への電
子の注入が、前記n型クラッド層のバンドギャップエネ
ルギーを前記p型クラッド層のバンドギャップエネルギ
ーと等しくした場合と比較して低電圧で行えるようにす
ると共に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大き
いことを利用して正孔を前記活性層の価電子帯内に有効
に閉じ込め、前記活性層から前記n型クラッド層への正
孔の漏れを防止できるようにして、無効電流を増大させ
ないようにしたことを特徴とする。本発明の第6の半導
体レーザは、基板と、前記基板上に設けられるn型Ga
N層からなるバッファ層と、前記GaN層上に設けられ
n型AlGaNからなるn型クラッド層と、前記n型
クラッド層上に設けられInGaNからなる活性層
と、前記活性層上に設けられるp型AlGaNからなる
p型クラッド層と、前記p型クラッド層上に設けられる
p型GaNからなるキャップ層とを有し、前記p型クラ
ッド層のAl比率を一定に保ったまま前記n型クラッド
層のAl比率を低減させて、前記活性層のバンドギャッ
プエネルギーにより定まるAl比率とし、前記n型クラ
ッド層のバンドギャップエネルギーを、前記活性層のバ
ンドギャップエネルギーとの差が前記p型クラッド層の
バンドギャップエネルギーと前記活性層のバンドギャッ
プエネルギーとの差の1/3〜1/2となるようにし
て、前記活性層への電子の注入が、前記n型クラッド層
のバンドギャップエネルギーを前記p型クラッド層のバ
ンドギャップエネルギーと等しくした場合と比較して
電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電子
の有効質量よりも大きいことを利用して正孔を前記活性
層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記活性層から前記
n型クラッド層への正孔の漏れを防止できるようにし
て、無効電流を増大させないようにしたことを特徴とす
る。本発明の第7の半導体レーザは、請求項6に記載の
半導体レーザにおいて、前記基板はサファイア基板であ
ることを特徴とする。本発明の第8の半導体発光素子
は、n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p型A
lGaNからなるp型クラッド層とでInGaNからな
る活性層をはさんだサンドイッチ構造を有し、正孔を前
記活性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記活性層か
ら前記n型クラッド層への正孔の漏れを防止することが
出来る程度に、前記n型クラッド層のバンドギャップエ
ネルギーを低くして、電子の前記活性層への注入が、前
記n型クラッド層のバンドギャップエネルギーを前記p
型クラッド層のバンドギャップエネルギーと等しくした
場合と比較して低電圧で行えるように、前記n型クラッ
ド層のAl比率を、前記p型クラッド層のAl比率を一
定に保ったまま前記活性層のバンドギャップエネルギー
により定まる値だけ小さくして、無効電流を増大させな
いようにしたことを特徴とする。本発明の第9の半導体
発光素子は、請求項8記載の半導体発光素子において、
前記n型クラッド層は、n側電極に接続されており、前
記n側電極との間にGaNからなるバッファ層が介在せ
しめられていることを特徴とする。本発明の第10の半
導体発光素子は、請求項1記載の半導体発光素子におい
て、n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p型A
lGaNからなるp型クラッド層とでInGaNからな
る活性層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記p型
クラッド層のAl比率を一定に保ったまま前記n型クラ
ッド層のAl比率を低減させて、前記活性層のバンドギ
ャップエネルギーにより定まる値となるように、前記n
型クラッド層のバンドギャップエネルギーを低くして、
前記n型クラッド層から前記活性層への電子の注入が、
前記n型クラッド層のバンドギャップエネルギーを前記
p型クラッド層のバンドギャップエネルギーと等しくし
た場合 と比較して低電圧で行えるようにすると共に、正
孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいことを利用
して正孔を前記活性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、
前記活性層から前記n型クラッド層への正孔の漏れを防
止できるようにして、無効電流を増大させないようにし
たことを特徴とする。本発明の第11の半導体発光素子
は、請求項10記載の半導体発光素子において、前記n
型クラッド層は、n側電極に接続されており、前記n側
電極との間にGaNからなるバッファ層が介在せしめら
れていることを特徴とする。本発明の第12の半導体レ
ーザは、n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p
型AlGaNからなるp型クラッド層とでInGaNか
らなる活性層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記
p型クラッド層のAl比率を一定に保ったまま前記n型
クラッド層のAl比率を低減させて、前記活性層のバン
ドギャップエネルギーにより定まるAl比率とし、前記
n型クラッド層のバンドギャップエネルギーを低くし
、前記n型クラッド層から前記活性層への電子の注入
、前記n型クラッド層のバンドギャップエネルギーを
前記p型クラッド層のバンドギャップエネルギーと等し
くした場合と比較して低電圧で行えるようにすると共
に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいこと
を利用して正孔を前記活性層の価電子帯内に有効に閉じ
込め、前記活性層から前記n型クラッド層への正孔の漏
れを防止できるようにして、無効電流を増大させないよ
うにし、かつ前記活性層の膜厚レーザ発振が可能とな
る程度にすることを特徴とする。本発明の第13の半導
体レーザは、請求項12記載の半導体レーザにおいて、
前記サンドイッチ構造は基板上に設けられると共に、前
記サンドイッチ構造と前記基板とのあいだに少なくとも
GaNからなるバッファ層が設けられてなる。本発明の
第14の半導体レーザは、請求項12または13記載の
半導体レーザにおいて、前記サンドイッチ構造は基板上
に設けられると共に、前記サンドイッチ構造の前記基板
と反対側の表面側に少なくともGaNからなるギャップ
層が設けられてなることを特徴とする。本発明の第15
の半導体レーザは、請求項14記載の半導体レーザにお
いて、前記キャップ層および前記サンドイッチ構造の一
部がエッチングされてメサ形状にされていることを特徴
とする。本発明の第16の半導体発光素子は、n型Al
GaN層と、p型AlGaN層とで、InGaN層をは
さんだサンドイッチ構造を有し、前記p型クラッド層の
Al比率を一定に保ったまま前記n型AlGaN層のA
l比率を低減させて、前記InGaN層のバンドギャッ
プエネルギーにより定まる前記p型AlGaN層のAl
比率の半分以下とし、前記n型AlGaN層のバンドギ
ャップエネルギーを、前記InGaN層のバンドギャッ
プエネルギーとの差が前記p型AlGaN層のバンドギ
ャップエネルギーと前記InGaN層のバンドギャップ
エネルギーとの差の1/3〜1/2となるように構成し
たことを特徴とする。本発明の第17の半導体発光素子
は、請求項16記載の半導体発光素子において、前記n
型AlGaN層は、n側電極に接続されており、前記n
側電極との間にGaNからなるバッファ層が介在せしめ
られていることを特徴とする。本発明の第18の半導体
発光素子は、n型AlGaN層と、p型AlGaN層と
で、InGaN層をはさんだサンドイッチ構造を有し、
前記p型AlGaN層のAl比率を一定に保ったまま
記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記In
GaN層のバンドギャップエネルギーにより定まる前記
p型AlGaN層のAl比率の半分以下とし、前記n型
AlGaN層のバンドギャップエネルギーを、前記In
GaN層のバンドギャップエネルギーとの差が前記p型
AlGaN層のバンドギャップエネルギーと前記InG
aN層のバンドギャップエネルギーとの差の1/3〜
2となるようにして、前記n型AlGaN層から前記
InGaN層への電子の注入が、前記n型AlGaN層
のバンドギャップエネルギーを前記p型AlGaN層の
バンドギャップエネルギーと等しくした場合と比較して
低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電
子の有効質量よりも大きいことを利用して正孔を前記活
性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記InGaN層
から前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止できる
ようにして、無効電流を増大させないようにしたことを
特徴とする本発明の第19の半導体発光素子は、請求項
18記載の半導体発光素子において、前記n型AlGa
N層は、n側電極に接続されており、前記n側電極との
間にGaNからなるバッファ層が介在せしめられている
ことを特徴とする。本発明の第20の半導体ダイオード
は、基板と、前記基板上に設けられ、n型GaN層から
なるn型バッファ層と、前記n型バッファ層上に設けら
れるn型AlGaN層と、前記n型AlGaN層上に設
けられるInGaN層と、前記InGaN層上に設けら
れるp型AlGaN層とを有し、前記p型AlGaN層
のAl比率を一定に保ったまま前記n型AlGaN層の
Al比率を低減させて、前記InGaN層のバンドギャ
ップエネルギーにより定まる前記p型AlGaN層のA
l比率の半分以下とし、前記n型AlGaN層のバンド
ギャップエネルギーを、前記InGaN層のバンドギャ
ップエネルギーとの差が前記p型AlGaN層のバンド
ギャップエネルギーと前記InGaN層のバンドギャッ
プエネルギーとの差の1/3〜1/2となるようにし
て、前記n型AlGaN層から前記InGaN層への電
子の注入が、前記n型AlGaN層のバンドギャップエ
ネルギーを前記p型AlGaN層のバンドギャップエネ
ルギーと等しくした場合と比較して低電圧で行えるよう
にすると共に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも
大きいことを利用して正孔を前記InGaN層の価電子
帯内に有効に閉じ込め、前記InGaN層から前記n型
AlGaN層への正孔の漏れを防止できるようにして、
無効電流を増大させないようにしたことを特徴とする。
本発明の第21の半導体レーザは、基板と、前記基板上
に設けられるn型GaNからなるバッファ層と、前記バ
ッファ層上に設けられn型AlGaN層と、前記n型
AlGaN層上に設けられInGaN層と、前記In
GaN層上に設けられるp型AlGaN層と、前記p型
AlGaN層上に設けられp型GaNからなるキャッ
プ層とを有し、前記p型AlGaN層のAl比率を一定
に保ったまま前記n型AlGaN層のAl比率を低減さ
せて、前記InGaN層のバンドギャップエネルギーに
より定まるAl比率とし、前記n型AlGaN層のバン
ドギャップエネルギーを、前記InGaN層のバンドギ
ャップエネルギーとの差が前記p型AlGaN層のバン
ドギャップエネルギーと前記InGaN層のバンドギャ
ップエネルギーとの差の1/3〜1/2となるようにし
て、前記InGaN層への電子の注入が、前記n型Al
GaN層のバンドギャップエネルギーを前記p型AlG
aN層のバンドギャップエネルギーと等しくした場合と
比較して低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効
質量が電子の有効質量よりも大きいことを利用して正孔
を前記InGaN層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前
InGaN層から前記n型AlGaN層への正孔の漏
れを防止できるようにして、無効電流を増大させないよ
うにしたことを特徴とする。本発明の第22の半導体れ
ーザは、請求項21記載の半導体レーザにおいて、前記
基板はサファイア基板であることを特徴とする。本発明
の第23の半導体発光素子は、n型AlGaN層と、p
型AlGaN層とでInGaN層をはさんだサンドイッ
チ構造を有し、正孔を前記InGaN層の価電子帯内に
有効に閉じ込め、前記InGaN層から前記n型AlG
aN層への正孔の漏れを防止することが出来る程度に、
前記n型AlGaN層のバンドギャップエネルギーを低
くして、電子の前記InGaN層への注入が、前記n型
AlGaN層のバンドギャップエネルギーを前記p型A
lGaN層のバンドギャップエネルギーと等しくした場
合と比較して低電圧で行えるように、前記n型AlGa
N層のAl比率を、前記p型AlGaN層のAl比率を
一定に保ったまま前記InGaN層のバンドギャップエ
ネルギーにより定まる値だけ小さくして、無効電流を増
大させないようにしたことを特徴とする。本発明の第2
4の半導体発光素子は、請求項23記載の半導体発光素
子において、前記n型AlGaN層は、n側電極に接続
されており、前記n側電極との間にGaNからなるバッ
ファ層が介在せしめられていることを特徴とする。本発
明の第25の半導体発光素子は、n型AlGaN層と、
p型AlGaN層とでInGaN層をはさんだサンドイ
ッチ構造を有し、前記p型AlGaN層のAl比率を一
体に保ったまま前記n型AlGaN層のAl比率を低減
させて、前記InGaN層のバンドギャップエネルギー
により定まる値となるように、前記n型AlGaN層の
バンドギャップエネルギーを低くして、前記n型AlG
aN層から前記InGaN層への電子の注入が、前記n
型AlGaN層のバンドギャップエネルギーを前記p型
AlGaN層のバンドギャップエネルギーと等しくした
場合と比較して低電圧で行えるようにすると共に、正孔
の有効質量が電子の有効質量よりも大きいことを利用し
正孔を前記活性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前
InGaN層から前記n型AlGaN層への正孔の漏
れを防止できるようにして、無効電流を増大させないよ
うにしたことを特徴とする。本発明の第26の半導体発
光素子は、請求項25記載の半導体発光素子において、
前記n型AlGaN層は、n側電極に接続されており、
前記n側電極との間にGaNからなるバッファ層が介在
せしめられていることを特徴とする。本発明の第27の
半導体発光素子は、請求項1記載の半導体発光素子にお
いて、n型AlGaN層と、p型AlGaN層とでIn
GaN層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記p型
AlGaN層のAl比率を一定に保ったまま前記n型A
lGaN層のAl比率を低減させて、前記InGaN層
のバンドギャップエネルギーにより定まるAl比率と
し、前記n型AlGaN層のバンドギャップエネルギー
を低くして、前記n型AlGaN層から前記InGaN
層への電子の注入が、前記n型AlGaN層のバンドギ
ャップエネルギーを前記p型AlGaN層のバンドギャ
ップエネルギーと等しくした場合と比較して低電圧で行
えるようにすると共に、正孔の有効質量が電子の有効質
量よりも大きいことを利用して正孔を前記活性層の価電
子帯内に有効に閉じ込め、前記InGaN層から前記n
型AlGaN層への正孔の漏れを防止できるようにし
て、無効電流を増大させないようにし、かつ前記InG
aN層の膜厚レーザ発振が可能となる程度にすること
を特徴とする。本発明の第28の半導体レーザは、請求
項27記載の半導体レーザにおいて、前記サンドイッチ
構造は基板上に設けられると共に、前記サンドイッチ構
造と前記基板とのあいだに少なくともGaNからなるバ
ッファ層が設けられていることを特徴とする。本発明の
第29の半導体レーザは、請求項27または28記載の
半導体レーザにおいて、前記サンドイッチ構造は基板上
に設けられると共に、前記サンドイッチ構造の前記基板
と反対側の表面側に少なくともGaNからなるキャップ
層が設けられてることを特徴とする。本発明の第30
の半導体発光素子は、請求項29記載の半導体発光素子
において、前記キャップ層および前記サンドイッチ構造
の一部がエッチングされてメサ形状にされてることを
特徴とする。
A semiconductor light emitting device of the present invention
Is an n-type clad layer made of n-type AlGaN and a p-type A
InGaN with a p-type cladding layer made of lGaN
Has a sandwich structure with an active layerThe p
While keeping the Al ratio of the mold clad layer constantThe n-type
By reducing the Al ratio of the rud layer, the band of the active layer is reduced.
Of the p-type clad layer determined by the gap energy
Band of the n-type cladding layer is set to half or less of Al ratio
The gap energy is defined as the band gap energy of the active layer.
The difference with the energyThe aboveBand gap of p-type cladding layer
Energy and bandgap energy of the active layer
Of the difference1/3 ~1 /2 andCharacterized by being configured to
And The second semiconductor light emitting device according to the present invention is described in claim 1.
In the mounted semiconductor light emitting device, the n-type cladding layer is
It is connected to the n-side electrode and has Ga between it and the n-side electrode.
The buffer layer made of N is intervened.
To collect. Third Double Heterojunction Semiconductor of the Present Invention
The light emitting element is the semiconductor light emitting element according to claim 1,
n-type clad layer made of n-type AlGaN and p-type AlG
With a p-type cladding layer made of aN, made of InGaN
It has a sandwich structure sandwiching the active layer,The p-type
While keeping the Al ratio of the rud layer constantThe n-type crack
The band ratio of the active layer is reduced by reducing the Al ratio of the active layer.
Al of the p-type clad layer determined by the up energy
The ratio of the band gap of the n-type clad layer is less than half of the ratio.
Up energy to the bandgap energy of the active layer.
The difference with GeeThe aboveBand gap energy of p-type cladding layer
Difference between the ruggie and the bandgap energy of the active layer
of1/3 ~1 /2 andTo beWesthand,The n-type cladding
From a layerInjection of electrons into the active layer, The n-type cladding
The bandgap energy of the p-type cladding layer
Compared to the case of equalizing the band gap energy
In addition to making it possible to operate at low voltage, the effective mass of holes is
Utilizing the fact that it is larger than the effective mass of the childPositive holes
Effectively confined in the valence band of the conductive layer,From the active layer
It is possible to prevent holes from leaking into the n-type cladding layer.
It is characterized in that the reactive current is not increased.
It A fourth semiconductor light emitting device according to the present invention is defined in claim 3.
In the semiconductor light emitting device, the n-type cladding layer is on the n-side.
It is connected to the electrode and is GaN between it and the n-side electrode.
It is characterized in that a buffer layer consisting of
To do. The fifth double heterojunction type light emitting diode of the present invention
Is the substrate and n-type GaN provided on the substrate.
And a n provided on the buffer layer.
N-type clad layer made of AlGaN
An active layer made of InGaN provided on the head layer,
A p-type layer made of p-type AlGaN provided on the active layer.
And a rudd layer,The Al ratio of the p-type clad layer is set equal to
Keep it constantThe Al ratio of the n-type cladding layer is reduced.
And the band gap energy of the active layer.
The total Al ratio of the p-type cladding layer is half or less, and
The band gap energy of the n-type cladding layer is
The difference from the bandgap energy of the active layerThe abovep type
The band gap energy of the rud layer and the band gap energy of the active layer.
Of the gap energy1/3 ~1 /2 andBecome
Like thisFrom the n-type cladding layerElectricity to the active layer
Child injectionBand gap energy of the n-type cladding layer
Is the bandgap energy of the p-type cladding layer
Compared to the caseIt can be done at low voltage
And the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons.
Take advantage ofEffective holes in the valence band of the active layer
Trapped inPositive from the active layer to the n-type cladding layer
Increases reactive current by preventing hole leakage
The feature is that it is not. Sixth semiconductor of the present invention
The body laser includes a substrate and an n-type Ga provided on the substrate.
A buffer layer formed of an N layer and provided on the GaN layer
Ruan n-type clad layer made of n-type AlGaN, and the n-type
Provided on the cladding layerRuInGaN active layer
And p-type AlGaN provided on the active layer
Provided on the p-type clad layer and the p-type clad layer
and a cap layer made of p-type GaN,The p-type club
While keeping the Al ratio of the dead layer constantThe n-type cladding
The band gap of the active layer is reduced by reducing the Al ratio of the layer.
The Al ratio determined by the
The bandgap energy of the pad layer is compared with the bandgap energy of the active layer.
And the gap energyThe abovep-type cladding layer
Band gap energy and band gap of the active layer.
The difference between1/3 ~1 /2 andTo beWest
The injection of electrons into the active layerThe n-type cladding layer
Band gap energy of the p-type cladding layer
Band gap energy compared toLow
In addition to the voltage, the effective mass of holes is
Utilizing the fact that it is larger than the effective mass ofHoles said activity
Effectively confined within the valence band of the layer,From the active layer
to prevent holes from leaking into the n-type cladding layer
It is characterized in that the reactive current is not increased.
It A seventh semiconductor laser according to the present invention is described in claim 6.
In the semiconductor laser, the substrate is a sapphire substrate.
It is characterized by Eighth semiconductor light emitting device of the present invention
Is an n-type clad layer made of n-type AlGaN and a p-type A
With a p-type cladding layer made of lGaN,
Has a sandwich structure sandwiching an active layer,Hole in front
Effectively confined in the valence band of the active layer,Active layer
To prevent leakage of holes into the n-type cladding layer.
To the extent possible, the bandgap of the n-type cladding layer
The energy is lowered so that electrons are injected into the active layer.,Previous
The bandgap energy of the n-type cladding layer is set to p
Equal to the bandgap energy of the clad layer
Compared to the caseThe n-type crack is used so that it can be performed at a low voltage.
The Al ratio of the layerThe Al ratio of the p-type clad layer is set equal to
Keep it constantBand gap energy of the active layer
To increase the reactive current.
It is characterized by doing so. Ninth semiconductor of the present invention
The light emitting element is the semiconductor light emitting element according to claim 8,
The n-type cladding layer is connected to the n-side electrode,
A buffer layer made of GaN should be interposed between the n-side electrode and
It is characterized by being tightened. The tenth half of the invention
The conductor light emitting element is the semiconductor light emitting element according to claim 1.
And an n-type clad layer made of n-type AlGaN and a p-type A
With a p-type cladding layer made of lGaN,
Has a sandwich structure sandwiching an active layer,The p-type
While keeping the Al ratio of the clad layer constantThe n-type club
The Al ratio of the active layer is reduced to reduce the bandgap of the active layer.
In order to obtain a value determined by the cap energy, the n
Lower the bandgap energy of the mold cladding layer,
From the n-type cladding layerInjection of electrons into the active layerBut,
The bandgap energy of the n-type cladding layer is
equal to the bandgap energy of the p-type cladding layer
If Compared toIt can be done at low voltage and
Utilizing that effective mass of hole is larger than effective mass of electron
do itEffectively confine holes in the valence band of the active layer,
The abovePrevents leakage of holes from the active layer to the n-type cladding layer
To prevent the reactive current from increasing.
It is characterized by that. Eleventh semiconductor light emitting device of the present invention
Is the semiconductor light emitting device according to claim 10,
The mold clad layer is connected to the n-side electrode,
A buffer layer made of GaN is interposed between the electrodes.
It is characterized by being. The twelfth semiconductor laser of the present invention
The laser includes an n-type clad layer made of n-type AlGaN and p-type
InGaN with p-type cladding layer made of AlGaN
It has a sandwich structure with an active layer consisting ofThe above
While keeping the Al ratio of the p-type cladding layer constantN-type
By reducing the Al ratio of the clad layer, the band of the active layer is reduced.
The Al ratio is determined by the gap energy,
Lower the bandgap energy of the n-type cladding layer
hand, From the n-type cladding layerInjection of electrons into the active layer
But, The bandgap energy of the n-type cladding layer
Equal to the bandgap energy of the p-type cladding layer
Compared with the caseIf it can be done at low voltage,
In addition, the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons.
UsingEffectively close holes within the valence band of the active layer
Put the aboveLeakage of holes from the active layer to the n-type cladding layer
To prevent this from increasing the reactive current.
Sea lion andThe aboveThickness of active layerToLaser oscillation is possible
DegreeToIt is characterized by Thirteenth semiconductor of the present invention
The body laser is the semiconductor laser according to claim 12,
The sandwich structure is provided on the substrate and
At least between the sandwich structure and the substrate
A buffer layer made of GaN is provided. Of the present invention
The fourteenth semiconductor laser according to claim 12 or 13.
In a semiconductor laser, the sandwich structure is on a substrate
And a substrate having the sandwich structure.
Gap made of at least GaN on the surface side opposite to
It is characterized in that a layer is provided. Fifteenth of the present invention
The semiconductor laser according to claim 14 is the semiconductor laser according to claim 14.
The cap layer and the sandwich structure.
The part is etched into a mesa shapeCharacterized by
AndThe sixteenth semiconductor light emitting device of the present invention is an n-type Al
The InGaN layer is separated from the GaN layer and the p-type AlGaN layer.
It has a sandal sandwich structure,Of the p-type cladding layer
While keeping the Al ratio constantA of the n-type AlGaN layer
1 ratio to reduce the band gap of the InGaN layer.
Al of the p-type AlGaN layer determined by the
The ratio of the n-type AlGaN layer is less than half the ratio.
Band gap of the InGaN layer.
The difference betweenThe aboveBandi of p-type AlGaN layer
-Up energy and band gap of the InGaN layer
Difference of energy1/3 ~1 /2 andConfigured to be
It is characterized by that. Seventeenth semiconductor light emitting device of the present invention
The semiconductor light emitting device according to claim 16, wherein
The AlGaN layer is connected to the n-side electrode,
A buffer layer made of GaN is interposed between the side electrode and
It is characterized by being. 18th semiconductor of the present invention
The light emitting device includes an n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN layer.
Then, it has a sandwich structure sandwiching the InGaN layer,
While keeping the Al ratio of the p-type AlGaN layer constantPrevious
The Al ratio of the n-type AlGaN layer is reduced so that the In
The above is determined by the band gap energy of the GaN layer
The Al ratio of the p-type AlGaN layer is half or less, and the n-type is
The band gap energy of the AlGaN layer is
The difference from the band gap energy of the GaN layerThe abovep type
Band gap energy of AlGaN layer and InG
of the difference from the bandgap energy of the aN layer1/3 ~1
/2 andTo beWesthand,From the n-type AlGaN layerThe above
Injection of electrons into the InGaN layerThe n-type AlGaN layer
Band gap energy of the p-type AlGaN layer
Compared to the case of equalizing the band gap energy
In addition to making it possible to operate at low voltage, the effective mass of holes is
Utilizing the fact that it is larger than the effective mass of the childPositive holes
Effectively confined in the valence band of the conductive layer,InGaN layer
Can prevent holes from leaking from the n-type AlGaN layer to the n-type AlGaN layer.
In order to prevent the reactive current from increasing.
A nineteenth semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized by:
18. The semiconductor light emitting device according to 18, wherein the n-type AlGa
The N layer is connected to the n-side electrode and is connected to the n-side electrode.
A buffer layer made of GaN is interposed between
It is characterized by 20th semiconductor diode of the present invention
From the n-type GaN layer provided on the substrate and the substrate
And an n-type buffer layer formed on the n-type buffer layer.
And an n-type AlGaN layer formed on the n-type AlGaN layer.
And an InGaN layer formed on the InGaN layer.
And a p-type AlGaN layer,The p-type AlGaN layer
While keeping the Al ratio ofOf the n-type AlGaN layer
The band ratio of the InGaN layer is reduced by reducing the Al ratio.
A of the p-type AlGaN layer determined by the up energy
The band of the n-type AlGaN layer is set to half or less of the 1 ratio.
The gap energy is determined by the band gap of the InGaN layer.
The difference with the energyThe aboveBand of p-type AlGaN layer
Gap energy and band gap of the InGaN layer
The difference between1/3 ~1 /2 andTo beWest
hand,From the n-type AlGaN layerElectric power to the InGaN layer
Child injection, The band gap of the n-type AlGaN layer
The bandgap energy of the p-type AlGaN layer
Compared to making it equal to RugeyCan be done at low voltage
And the effective mass of holes is
Take advantage of the bigHoles are valence electrons of the InGaN layer
Effectively confined in the obi,From the InGaN layer to the n-type
By making it possible to prevent holes from leaking to the AlGaN layer,
The feature is that the reactive current is not increased.
A twenty-first semiconductor laser of the present invention is a substrate and a substrate
A buffer layer made of n-type GaN provided in the
Provided on the layerRun-type AlGaN layer and the n-type
Provided on the AlGaN layerRuInGaN layer and the In
A p-type AlGaN layer provided on a GaN layer, and the p-type
Provided on the AlGaN layerRuA cap made of p-type GaN
Has a layerConstant Al ratio in the p-type AlGaN layer
Kept atThe Al ratio of the n-type AlGaN layer is reduced.
The band gap energy of the InGaN layer.
The n-type AlGaN layer van
The gap energy of the InGaN layer
The difference from the cap energyThe abovep-type AlGaN layer van
Gap energy and the band gap of the InGaN layer.
Of energy difference1/3 ~1 /2 andTo beWest
Injecting electrons into the InGaN layer, The n-type Al
The band gap energy of the GaN layer is set to the p-type AlG
When the band gap energy of the aN layer is made equal to
Compared toEnables low voltage and effective hole
Utilizing the fact that the mass is larger than the effective mass of the electronHole
Effectively confined within the valence band of the InGaN layer,
RecordLeakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer
To prevent this from increasing the reactive current.
Characterized by the fact thatItThe 22nd semiconductor according to the present invention
22. The semiconductor laser according to claim 21, wherein the laser is
The substrate is a sapphire substrate. The present invention
The twenty-third semiconductor light emitting device of
Type AlGaN layer and InGaN layer sandwiched
Has a chi structure,Holes in the valence band of the InGaN layer
Effectively trapped,From the InGaN layer to the n-type AlG
To the extent that holes can be prevented from leaking to the aN layer,
The band gap energy of the n-type AlGaN layer is low.
The injection of electrons into the InGaN layer., The n-type
The band gap energy of the AlGaN layer is set to the p-type A
If the bandgap energy of the lGaN layer is made equal
Compared withThe n-type AlGa so that it can be performed at a low voltage
The Al ratio of the N layer isThe Al ratio of the p-type AlGaN layer is
Stay constantBand gap of the InGaN layer
Increase the reactive current by decreasing the value determined by the energy.
The feature is that it is not made big. Second of the present invention
24. The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein
In the child, the n-type AlGaN layer is connected to the n-side electrode
And a bag made of GaN between the n-side electrode and
It is characterized in that the fiber layer is interposed. Starting
The twenty-fifth semiconductor light emitting device of the present invention comprises an n-type AlGaN layer,
Sandwich sandwiching InGaN layer with p-type AlGaN layer
Has a switch structure,The Al ratio of the p-type AlGaN layer is set equal to
Keep it on your bodyReduce the Al ratio of the n-type AlGaN layer
The band gap energy of the InGaN layer
Of the n-type AlGaN layer to obtain a value determined by
Lower the bandgap energy,The n-type AlG
From aN layerInjection of electrons into the InGaN layer, N
The band gap energy of the AlGaN layer of the p-type
It was made equal to the band gap energy of the AlGaN layer.
Compared to the caseIt is possible to operate at a low voltage and holes
Taking advantage of the fact that the effective mass of is larger than the effective mass of electron
handThe holes are effectively confined within the valence band of the active layer,
RecordLeakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer
To prevent this from increasing the reactive current.
Characterized by the fact that The twenty sixth semiconductor invention of the present invention
The optical element is the semiconductor light emitting element according to claim 25,
The n-type AlGaN layer is connected to the n-side electrode,
A buffer layer made of GaN is interposed between the n-side electrode and
It is characterized by being condemned. 27th of the present invention
The semiconductor light emitting device is the semiconductor light emitting device according to claim 1.
In addition, the n-type AlGaN layer and the p-type AlGaN layer are
It has a sandwich structure sandwiching a GaN layer,The p-type
While keeping the Al ratio of the AlGaN layer constantThe n-type A
The Al ratio of the lGaN layer is reduced to reduce the InGaN layer.
Al ratio determined by the band gap energy of
And the bandgap energy of the n-type AlGaN layer
LowerFrom the n-type AlGaN layerInGaN
Electron injection into the layerBandwidth of the n-type AlGaN layer
The gap energy of the p-type AlGaN layer
Compared to the case whereRow at low voltage
And the effective mass of holes is the effective quality of electrons.
Taking advantage of being greater than quantityPositive holes in the active layer
Effectively confined in the baby band,From the InGaN layer to the n
To prevent holes from leaking into the AlGaN layer.
To prevent the reactive current from increasing, andThe aboveInG
Thickness of aN layerToThe extent to which laser oscillation is possibleTothing
Is characterized by. A twenty-eighth semiconductor laser of the present invention is a claim.
Item 28. The semiconductor laser according to Item 27,
The structure is provided on the substrate and the sandwich structure is
Between the structure and the substrate, a bar made of at least GaN.
Is provided with aIs characterized by. Of the present invention
The 29th semiconductor laser according to claim 27.
In a semiconductor laser, the sandwich structure is on a substrate
And a substrate having the sandwich structure.
Cap made of at least GaN on the surface side opposite to
Layers are providedIIt is characterized by 30th of the present invention
31. The semiconductor light emitting device according to claim 29.
In the cap layer and the sandwich structure
Part of is etched into a mesa shapeIThat
Characterize.

【0017】また、前記n型クラッド層がn型Al
1−x N(0≦x≦0.5)からなり、前記活性層が
In Ga 1−y N(0≦y≦1)からなり、前記p型
クラッド層がp型Al Ga 1−z N(0<z≦1)か
らなり、2x≦zであることが好ましい。
The n-type cladding layer is n-type Al x G.
a 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.5), and the active layer is
In y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1), and the p-type
Whether the clad layer is p-type Al z Ga 1-z N (0 <z ≦ 1)
It is preferable that 2x ≦ z.

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

【0019】本発明の半導体発光素子によれば、n型ク
ラッド層にp型クラッド層よりバンドギャップエネルギ
ーの小さい材料を用いているため、n型クラッド層から
活性層への電子の注入は低電圧で容易になされる。一方
p型クラッド層は従来と同様にバンドギャップエネルギ
ーが大きい材料が用いれているため、活性層からp型ク
ラッド層への電子の逃げは少なく、活性層内での電子と
正孔の再結合に寄与する。また、正孔については電子よ
りも有効質量が大きいため、n型クラッド層のバンドギ
ャップエネルギーが小さくても活性層に注入された正孔
のn型クラッド層側への逃げは少ない。そのため正孔の
ムダもなく活性層内での再結合に寄与し、n型クラッド
層のバンドギャップエネルギーが小さくなった分だけ動
作電圧を低くすることができ、従来と同程度の輝度の発
光をする。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, since the n-type cladding layer is made of a material having a bandgap energy smaller than that of the p-type cladding layer, electrons are injected from the n-type cladding layer into the active layer at a low voltage. Easily done. On the other hand, since the p-type clad layer is made of a material having a large bandgap energy as in the conventional case, the escape of electrons from the active layer to the p-type clad layer is small, and the recombination of electrons and holes in the active layer is suppressed. Contribute. Further, since holes have a larger effective mass than electrons, even if the bandgap energy of the n-type clad layer is small, the holes injected into the active layer do not escape to the n-type clad layer side. Therefore, there is no waste of holes, which contributes to recombination in the active layer, and the operating voltage can be lowered as much as the bandgap energy of the n-type cladding layer is reduced, so that light emission with the same level of brightness as before can be achieved. To do.

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

【0021】[0021]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【0035】前述のバッファ層3やクラッド層4をn型
に形成するためには、Si、Ge、TeをSiH4 、G
eH4 、TeH4 などの不純物原料ガスとして反応ガス
内に混入し、クラッド層6やキャップ層7をp型に形成
するためには、MgやZnをCp2 MgやDMZnの有
機金属ガスとして原料ガスに混入する。ただしn型のば
あいは不純物を混入しなくても、成膜時にNが蒸発し易
く自然にn型になるため、その性質を利用してもよい。
In order to form the above-mentioned buffer layer 3 and cladding layer 4 into an n-type, Si, Ge and Te are replaced with SiH 4 and G.
In order to form a p-type cladding layer 6 or cap layer 7 by mixing impurities such as eH 4 or TeH 4 into the reaction gas, Mg or Zn is used as an organic metal gas of Cp 2 Mg or DMZn. Mix in gas. However, in the case of n-type, even if no impurities are mixed in, N easily evaporates at the time of film formation and naturally becomes n-type, so that property may be utilized.

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

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

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

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

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

【0041】[0041]

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

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

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

【図2】図1の製造工程を示す断面説明図である。2A and 2B are cross-sectional explanatory views showing the manufacturing process of FIG.

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

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

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 4 n型クラッド層 5 活性層 6 p型クラッド層 1 substrate 4 n-type clad layer 5 Active layer 6 p-type clad layer

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−97378(JP,A) 特開 平1−217986(JP,A) 特開 平4−111375(JP,A) 特開 平6−268259(JP,A) M.R.S.Symp.Proc.D iamond,SiC and Nit ride Wide Bandgap Semiconductor,Vol. 339(1994.4),p.443−452 Appl.Phys.Lett.,64 [13](1994),p.1687−1689 Jpn.J.Appl.Phys.P art2,Vol.32 No.1A/B (1993),p.L8−L11 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 Continuation of front page (56) Reference JP-A-4-97378 (JP, A) JP-A 1-217986 (JP, A) JP-A 4-111375 (JP, A) JP-A-6-268259 (JP , A) M.M. R. S. Symp. Proc. Diamond, SiC and Nitride Wide Bandgap Semiconductor, Vol. 339 (1994.4), p. 443-452 Appl. Phys. Lett. , 64 [13] (1994), p. 1687-1689 Jpn. J. Appl. Phys. Part 2, Vol. 32 No. 1A / B (1993), p. L8-L11 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 33/00 H01S 5/00-5/50

Claims (30)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 n型AlGaNからなるn型クラッド層
と、p型AlGaNからなるp型クラッド層とで、In
GaNからなる活性層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、前記p型クラッド層のAl比率を一定に保ったまま
前記n型クラッド層のAl比率を低減させて、前記活性
層のバンドギャップエネルギーにより定まる前記p型ク
ラッド層のAl比率の半分以下とし、前記n型クラッド
層のバンドギャップエネルギーを、前記活性層のバンド
ギャップエネルギーとの差が前記p型クラッド層のバン
ドギャップエネルギーと前記活性層のバンドギャップエ
ネルギーとの差の1/3〜1/2となるように構成した
ことを特徴とするダブルヘテロ接合型の半導体発光素
子。
1. An n-type clad layer made of n-type AlGaN and a p-type clad layer made of p-type AlGaN
It has a sandwich structure sandwiching an active layer made of GaN, and reduces the Al ratio of the n-type cladding layer while keeping the Al ratio of the p-type cladding layer constant to reduce the band of the active layer. and less than half of the Al ratio of the p-type cladding layer defined by gap energy, the band gap energy of the n-type cladding layer, the difference between the band gap energy of the active layer and the band gap energy of the p-type cladding layer wherein the semiconductor light emitting device of double hetero junction type, characterized by being configured so that 1 / 3-1 / 2 of the difference between the band gap energy of the active layer.
【請求項2】 前記n型クラッド層は、n側電極に接続
されており、前記n側電極との間にGaNからなるバッ
ファ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項
1記載の半導体発光素子。
2. The n-type cladding layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type clad layer and the n-side electrode. Semiconductor light emitting device.
【請求項3】 n型AlGaNからなるn型クラッド層
と、p型AlGaNからなるp型クラッド層とで、In
GaNからなる活性層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、前記p型クラッド層のAl比率を一定に保ったまま
前記n型クラッド層のAl比率を低減させて、前記活性
層のバンドギャップエネルギーにより定まる前記p型ク
ラッド層のAl比率の半分以下とし、前記n型クラッド
層のバンドギャップエネルギーを、前記活性層のバンド
ギャップエネルギーとの差が前記p型クラッド層のバン
ドギャップエネルギーと前記活性層のバンドギャップエ
ネルギーとの差の1/3〜1/2となるようにして、
記n型クラッド層から前記活性層への電子の注入が、前
記n型クラッド層のバンドギャップエネルギーを前記p
型クラッド層のバンドギャップエネルギーと等しくした
場合と比較して低電圧で行えるようにすると共に、正孔
の有効質量が電子の有効質量よりも大きいことを利用し
正孔を前記活性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前
活性層から前記n型クラッド層への正孔の漏れを防止
できるようにして、無効電流を増大させないようにした
ことを特徴とするダブルヘテロ接合型の半導体発光素
子。
3. An n-type clad layer made of n-type AlGaN and a p-type clad layer made of p-type AlGaN
It has a sandwich structure sandwiching an active layer made of GaN, and reduces the Al ratio of the n-type cladding layer while keeping the Al ratio of the p-type cladding layer constant to reduce the band of the active layer. and less than half of the Al ratio of the p-type cladding layer defined by gap energy, the band gap energy of the n-type cladding layer, the difference between the band gap energy of the active layer and the band gap energy of the p-type cladding layer wherein of the difference between the band gap energy of the active layer 1/3 as a 1/2, prior
It injected from the serial n-type cladding layer of electrons to the active layer, before
The bandgap energy of the n-type cladding layer is set to p
Equal to the bandgap energy of the clad layer
If compared with to allow a low voltage and a hole effective mass is utilizing larger than the effective mass of the electrons effectively confine holes in the valence band of the active layer, before
And the serial active layer can prevent leakage of holes into the n-type cladding layer, double heterojunction semiconductor light emitting device is characterized in that so as not to increase the reactive current.
【請求項4】 前記n型クラッド層は、n側電極に接続
されており、前記n側電極との間にGaNからなるバッ
ファ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項
3記載の半導体発光素子。
4. The n-type clad layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type clad layer and the n-side electrode. Semiconductor light emitting device.
【請求項5】 基板と、前記基板上に設けられるn型G
aNからなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けら
れるn型AlGaNからなるn型クラッド層と、前記n
型クラッド層上に設けられるInGaNからなる活性層
と、前記活性層上に設けられるp型AlGaNからなる
p型クラッド層とを有し、前記p型クラッド層のAl比
率を一定に保ったまま前記n型クラッド層のAl比率を
低減させて、前記活性層のバンドギャップエネルギーに
より定まる前記p型クラッド層のAl比率の半分以下と
し、前記n型クラッド層のバンドギャップエネルギー
を、前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差が
p型クラッド層のバンドギャップエネルギーと前記活
性層のバンドギャップエネルギーとの差の1/3〜1/
2となるようにして、前記n型クラッド層から前記活性
層への電子の注入が、前記n型クラッド層のバンドギャ
ップエネルギーを前記p型クラッド層のバンドギャップ
エネルギーと等しくした場合と比較して低電圧で行える
ようにすると共に、正孔の有効質量が電子の有効質量よ
りも大きいことを利用して正孔を前記活性層の価電子帯
内に有効に閉じ込め、前記活性層から前記n型クラッド
層への正孔の漏れを防止できるようにして、無効電流を
増大させないようにしたことを特徴とするダブルヘテロ
接合型の発光ダイオード。
5. A substrate and an n-type G provided on the substrate
a buffer layer made of aN, an n-type cladding layer made of n-type AlGaN provided on the buffer layer,
An active layer made of InGaN provided on the clad layer and a p-type clad layer made of p-type AlGaN provided on the active layer, and an Al ratio of the p-type clad layer.
The Al ratio of the n-type cladding layer is reduced while keeping the ratio constant to be half or less of the Al ratio of the p-type cladding layer determined by the bandgap energy of the active layer, and the bandgap of the n-type cladding layer is reduced. the energy difference between the band gap energy of the active layer before
Of the difference between the band gap energy of the serial p-type band-gap energy of the cladding layer and the active layer 1 / 3-1 /
As a 2, electron injection from the n-type cladding layer to the active layer, Bandogya of the n-type cladding layer
Band energy of the p-type cladding layer
The effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons as compared with the case where the energy is equal to the energy, and the holes are used to make holes effective in the valence band of the active layer.
A double-heterojunction type light emitting diode , characterized in that it is effectively confined in the inside to prevent holes from leaking from the active layer to the n-type clad layer, thereby preventing an increase in reactive current.
【請求項6】 基板と、前記基板上に設けられるn型G
aN層からなるバッファ層と、前記GaN層上に設けら
n型AlGaNからなるn型クラッド層と、前記n
型クラッド層上に設けられInGaNからなる活性層
と、前記活性層上に設けられるp型AlGaNからなる
p型クラッド層と、前記p型クラッド層上に設けられる
p型GaNからなるキャップ層とを有し、前記p型クラ
ッド層のAl比率を一定に保ったまま前記n型クラッド
層のAl比率を低減させて、前記活性層のバンドギャッ
プエネルギーにより定まるAl比率とし、前記n型クラ
ッド層のバンドギャップエネルギーを、前記活性層のバ
ンドギャップエネルギーとの差が前記p型クラッド層の
バンドギャップエネルギーと前記活性層のバンドギャッ
プエネルギーとの差の1/3〜1/2となるようにし
て、前記活性層への電子の注入が、前記n型クラッド層
のバンドギャップエネルギーを前記p型クラッド層のバ
ンドギャップエネルギーと等しくした場合と比較して
電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電子
の有効質量よりも大きいことを利用して正孔を前記活性
層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記活性層から前記
n型クラッド層への正孔の漏れを防止できるようにし
て、無効電流を増大させないようにしたことを特徴とす
る半導体レーザ。
6. A substrate and an n-type G provided on the substrate
a buffer layer made of an aN layer and a GaN layer provided on the buffer layer.
ReRuan n-type clad layer made of n-type AlGaN,
Provided on the mold cladding layerRuInGaN active layer
And p-type AlGaN provided on the active layer
Provided on the p-type clad layer and the p-type clad layer
and a cap layer made of p-type GaN,The p-type club
While keeping the Al ratio of the dead layer constantThe n-type cladding
The band gap of the active layer is reduced by reducing the Al ratio of the layer.
The Al ratio determined by the
The bandgap energy of the pad layer is compared with the bandgap energy of the active layer.
And the gap energyThe abovep-type cladding layer
Band gap energy and band gap of the active layer.
The difference between1/3 ~1 /2 andTo beWest
The injection of electrons into the active layerThe n-type cladding layer
Band gap energy of the p-type cladding layer
Band gap energy compared toLow
In addition to the voltage, the effective mass of holes is
Utilizing the fact that it is larger than the effective mass ofHoles said activity
Effectively confined within the valence band of the layer,From the active layer
to prevent holes from leaking into the n-type cladding layer
It is characterized in that the reactive current is not increased.
Semiconductor laser.
【請求項7】 前記基板はサファイア基板であることを
特徴とする請求項6に記載の半導体レーザ。
7. The semiconductor laser according to claim 6, wherein the substrate is a sapphire substrate.
【請求項8】 n型AlGaNからなるn型クラッド層
と、p型AlGaNからなるp型クラッド層とでInG
aNからなる活性層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、正孔を前記活性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、
前記活性層から前記n型クラッド層への正孔の漏れを防
止することが出来る程度に、前記n型クラッド層のバン
ドギャップエネルギーを低くして、電子の前記活性層へ
の注入が、前記n型クラッド層のバンドギャップエネル
ギーを前記p型クラッド層のバンドギャップエネルギー
と等しくした場合と比較して低電圧で行えるように、前
記n型クラッド層のAl比率を、前記p型クラッド層の
Al比率を一定に保ったまま前記活性層のバンドギャッ
プエネルギーにより定まる値だけ小さくして、無効電流
を増大させないようにしたことを特徴とする半導体発光
素子。
8. An InG composed of an n-type clad layer made of n-type AlGaN and a p-type clad layer made of p-type AlGaN.
It has a sandwich structure sandwiching an active layer made of aN and effectively confine holes in the valence band of the active layer,
To the extent that it is possible to prevent leakage of holes into the n-type cladding layer from the active layer, to lower the bandgap energy of the n-type cladding layer, the injection of electrons into the active layer, the n Band gap energy of the mold clad layer
Bandgap energy of the p-type cladding layer
So that the Al ratio of the n-type clad layer can be set to be lower than that of the p-type clad layer.
A semiconductor light emitting device characterized in that the reactive current is prevented from increasing by reducing the value determined by the bandgap energy of the active layer while keeping the Al ratio constant .
【請求項9】 前記n型クラッド層は、n側電極に接続
されており、前記n側電極との間にGaNからなるバッ
ファ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項
8記載の半導体発光素子。
9. The n-type cladding layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type clad layer and the n-side electrode. Semiconductor light emitting device.
【請求項10】 n型AlGaNからなるn型クラッド
層と、p型AlGaNからなるp型クラッド層とでIn
GaNからなる活性層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、前記p型クラッド層のAl比率を一定に保ったまま
前記n型クラッド層のAl比率を低減させて、前記活性
層のバンドギャップエネルギーにより定まる値となるよ
うに、前記n型クラッド層のバンドギャップエネルギー
を低くして、前記n型クラッド層から前記活性層への電
子の注入が、前記n型クラッド層のバンドギャップエネ
ルギーを前記p型クラッド層のバンドギャップエネルギ
ーと等しくした場合と比較して低電圧で行えるようにす
ると共に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大き
いことを利用して正孔を前記活性層の価電子帯内に有効
に閉じ込め、前記活性層から前記n型クラッド層への正
孔の漏れを防止できるようにして、無効電流を増大させ
ないようにしたことを特徴とする半導体発光素子。
10. An n-type clad layer made of n-type AlGaN and a p-type clad layer made of p-type AlGaN
It has a sandwich structure sandwiching an active layer made of GaN, and reduces the Al ratio of the n-type cladding layer while keeping the Al ratio of the p-type cladding layer constant to reduce the band of the active layer. as a value determined by the gap energy, by lowering the band gap energy of the n-type cladding layer, the electron injection from the n-type cladding layer to the active layer, the band gap energy of the n-type cladding layer
Is the bandgap energy of the p-type cladding layer
Together to allow as compared with the case of equal over a low voltage, the hole effective mass is utilizing larger than the effective mass of the electron effective holes into the valence band of the active layer
The semiconductor light emitting device is characterized in that it is confined in the above structure so that holes can be prevented from leaking from the active layer to the n-type clad layer so that the reactive current is not increased.
【請求項11】 前記n型クラッド層は、n側電極に接
続されており、前記n側電極との間にGaNからなるバ
ッファ層が介在せしめられていることを特徴とする請求
項10記載の半導体発光素子。
11. The n-type clad layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type clad layer and the n-side electrode. Semiconductor light emitting device.
【請求項12】 n型AlGaNからなるn型クラッド
層と、p型AlGaNからなるp型クラッド層とでIn
GaNからなる活性層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、前記p型クラッド層のAl比率を一定に保ったまま
前記n型クラッド層のAl比率を低減させて、前記活性
層のバンドギャップエネルギーにより定まるAl比率と
し、前記n型クラッド層のバンドギャップエネルギーを
低くして、前記n型クラッド層から前記活性層への電子
の注入が、前記n型クラッド層のバンドギャップエネル
ギーを前記p型クラッド層のバンドギャップエネルギー
と等しくした場合と比較して低電圧で行えるようにする
と共に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きい
ことを利用して正孔を前記活性層の価電子帯内に有効に
閉じ込め、前記活性層から前記n型クラッド層への正孔
の漏れを防止できるようにして、無効電流を増大させな
いようにし、かつ前記活性層の膜厚レーザ発振が可能
となる程度にすることを特徴とする半導体レーザ。
12. An n-type clad layer made of n-type AlGaN and a p-type clad layer made of p-type AlGaN
It has a sandwich structure sandwiching an active layer made of GaN, and reduces the Al ratio of the n-type cladding layer while keeping the Al ratio of the p-type cladding layer constant to reduce the band of the active layer. The Al ratio is determined by the gap energy, and the bandgap energy of the n-type cladding layer is lowered so that electrons are injected from the n-type cladding layer to the active layer by the bandgap energy of the n-type cladding layer.
Bandgap energy of the p-type cladding layer
And the effective mass of the holes is larger than the effective mass of the electrons, so that the holes are effectively transferred to the valence band of the active layer.
Confinement, so as to be prevented from leaking holes into the n-type cladding layer from the active layer, so as not to increase the reactive current, and the film thickness of the active layer to the extent that it becomes possible lasing be A semiconductor laser characterized by:
【請求項13】 前記サンドイッチ構造は基板上に設け
られると共に、前記サンドイッチ構造と前記基板とのあ
いだに少なくともGaNからなるバッファ層が設けられ
いることを特徴とする請求項12記載の半導体レー
ザ。
13. The semiconductor laser according to claim 12, wherein the sandwich structure is provided on a substrate, and a buffer layer made of at least GaN is provided between the sandwich structure and the substrate.
【請求項14】 前記サンドイッチ構造は基板上に設け
られると共に、前記サンドイッチ構造の前記基板と反対
側の表面側に少なくともGaNからなるギャップ層が設
けられていることを特徴とする請求項12または13記
載の半導体レーザ。
14. The sandwich structure according to claim 12 or 13, characterized in that with provided on the substrate, wherein the substrate opposite the gap layer composed of at least GaN on the surface side of the sandwich structure is provided The semiconductor laser described.
【請求項15】 前記キャップ層および前記サンドイッ
チ構造の一部がエッチングされてメサ形状にされている
ことを特徴とする請求項14記載の半導体レーザ。
15. The cap layer and a portion of the sandwich structure are etched into a mesa shape .
15. The semiconductor laser according to claim 14, wherein:
【請求項16】 n型AlGaN層と、p型AlGaN
層とで、InGaN層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、前記p型クラッド層のAl比率を一定に 保ったまま
前記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記I
nGaN層のバンドギャップエネルギーにより定まる前
記p型AlGaN層のAl比率の半分以下とし、前記n
型AlGaN層のバンドギャップエネルギーを、前記I
nGaN層のバンドギャップエネルギーとの差が前記
型AlGaN層のバンドギャップエネルギーと前記In
GaN層のバンドギャップエネルギーとの差の1/3〜
1/2となるように構成したことを特徴とするダブルヘ
テロ接合型の半導体発光素子。
16. An n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN
The p-type cladding layer has a sandwich structure sandwiching an InGaN layer, and the Al ratio of the n-type AlGaN layer is reduced while keeping the Al ratio of the p-type cladding layer constant.
The Al ratio of the p-type AlGaN layer determined by the band gap energy of the nGaN layer is half or less,
The bandgap energy of the AlGaN layer is
the difference between the band gap energy of nGaN layer is the p
Type band gap energy of the AlGaN layer and the In
1/3 of the difference between the band gap energy of GaN layer
A double-heterojunction type semiconductor light-emitting device, which is configured to have a ratio of 1/2 .
【請求項17】 前記n型AlGaN層は、n側電極に
接続されており、前記n側電極との間にGaNからなる
バッファ層が介在せしめられていることを特徴とする請
求項16記載の半導体発光素子。
17. The n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type electrode and the n-side electrode. Semiconductor light emitting device.
【請求項18】 n型AlGaN層と、p型AlGaN
層とで、InGaN層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、前記p型AlGaN層のAl比率を一定に保ったま
前記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記
InGaN層のバンドギャップエネルギーにより定まる
前記p型AlGaN層のAl比率の半分以下とし、前記
n型AlGaN層のバンドギャップエネルギーを、前記
InGaN層のバンドギャップエネルギーとの差が前記
p型AlGaN層のバンドギャップエネルギーと前記I
nGaN層のバンドギャップエネルギーとの差の1/3
1/2となるようにして、前記n型AlGaN層から
前記InGaN層への電子の注入が、前記n型AlGa
N層のバンドギャップエネルギーを前記p型AlGaN
層のバンドギャップエネルギーと等しくした場合と比較
して低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量
が電子の有効質量よりも大きいことを利用して正孔を前
記活性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記InGa
N層から前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止で
きるようにして、無効電流を増大させないようにしたこ
とを特徴とするダブルヘテロ接合型の半導体発光素子。
18. An n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN
The p-type AlGaN layer has a sandwich structure sandwiching an InGaN layer, and the Al ratio of the p-type AlGaN layer is kept constant.
In addition, the Al ratio of the n-type AlGaN layer is reduced to half or less of the Al ratio of the p-type AlGaN layer determined by the bandgap energy of the InGaN layer, and the bandgap energy of the n-type AlGaN layer is set to the InGaN layer. the difference between the band gap energy between the bandgap energy of the p-type AlGaN layer I of
1/3 of the difference from the band gap energy of the nGaN layer
~ As a 1/2, the electron injection from the n-type AlGaN layer to <br/> the InGaN layer, the n-type AlGa
The band gap energy of the N layer is set to the p-type AlGaN
Compared with equalization of layer bandgap energy
Together to allow a low voltage by, before the hole hole effective mass by utilizing larger than the effective mass of the electron
The InGa is effectively confined within the valence band of the active layer.
A double-heterojunction type semiconductor light-emitting device, characterized in that holes can be prevented from leaking from the N layer to the n-type AlGaN layer so that the reactive current is not increased.
【請求項19】 前記n型AlGaN層は、n側電極に
接続されており、前記n側電極との間にGaNからなる
バッファ層が介在せしめられていることを特徴とする請
求項18記載の半導体発光素子。
19. The n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type electrode and the n-side electrode. Semiconductor light emitting device.
【請求項20】 基板と、前記基板上に設けられ、n型
GaN層からなるn型バッファ層と、前記n型バッファ
層上に設けられるn型AlGaN層と、前記n型AlG
aN層上に設けられるInGaN層と、前記InGaN
層上に設けられるp型AlGaN層とを有し、前記p型
AlGaN層のAl比率を一定に保ったまま前記n型A
lGaN層のAl比率を低減させて、前記InGaN層
のバンドギャップエネルギーにより定まる前記p型Al
GaN層のAl比率の半分以下とし、前記n型AlGa
N層のバンドギャップエネルギーを、前記InGaN層
のバンドギャップエネルギーとの差が前記p型AlGa
N層のバンドギャップエネルギーと前記InGaN層の
バンドギャップエネルギーとの差の1/3〜1/2と
るようにして、前記n型AlGaN層から前記InGa
N層への電子の注入が、前記n型AlGaN層のバンド
ギャップエネルギーを前記p型AlGaN層のバンドギ
ャップエネルギーと等しくした場合と比較して低電圧で
行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電子の有効
質量よりも大きいことを利用して正孔を前記InGaN
層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記InGaN層か
ら前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止できるよ
うにして、無効電流を増大させないようにしたことを特
徴とするダブルヘテロ接合型の発光ダイオード。
20. A substrate, an n-type buffer layer provided on the substrate and made of an n-type GaN layer, an n-type AlGaN layer provided on the n-type buffer layer, and the n-type AlG.
an InGaN layer provided on the aN layer and the InGaN layer
And a p-type AlGaN layer provided on the layer, the p-type
While maintaining the Al ratio of the AlGaN layer constant, the n-type A
The p-type Al determined by the band gap energy of the InGaN layer by reducing the Al ratio of the lGaN layer.
The Al ratio of the GaN layer is half or less, and the n-type AlGa
The band gap energy of the N layer, the difference between the band gap energy of the InGaN layer is the p-type AlGa
In the Do <br/> so that the 1 / 3-1 / 2 of the difference between the band gap energy of the N layer and the band gap energy of the InGaN layer, the from the n-type AlGaN layer InGa
The injection of electrons into the N layer causes the band of the n-type AlGaN layer to be
The gap energy of the p-type AlGaN layer
In addition to making the hole energy equal to the cap energy, it can be performed at a lower voltage, and the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons is used to generate holes.
Effectively confined within the valence band of the layer, especially that from said InGaN layer so as to be prevented from leaking holes into the n-type AlGaN layer, and so as not to increase the reactive current
A double-heterojunction type light emitting diode.
【請求項21】 基板と、前記基板上に設けられるn型
GaNからなるバッファ層と、前記バッファ層上に設け
られn型AlGaN層と、前記n型AlGaN層上に
設けられInGaN層と、前記InGaN層上に設け
られるp型AlGaN層と、前記p型AlGaN層上に
設けられp型GaNからなるキャップ層とを有し、
記p型AlGaN層のAl比率を一定に保ったまま前記
n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記InG
aN層のバンドギャップエネルギーにより定まるAl比
率とし、前記n型AlGaN層のバンドギャップエネル
ギーを、前記InGaN層のバンドギャップエネルギー
との差が前記p型AlGaN層のバンドギャップエネル
ギーと前記InGaN層のバンドギャップエネルギーと
の差の1/3〜1/2となるようにして、前記InGa
N層への電子の注入が、前記n型AlGaN層のバンド
ギャップエネルギーを前記p型AlGaN層のバンドギ
ャップエネルギーと等しくした場合と比較して低電圧で
行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電子の有効
質量よりも大きいことを利用して正孔を前記InGaN
層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記InGaN層か
ら前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止できるよ
うにして、無効電流を増大させないようにしたことを特
徴とする半導体レーザ。
21. A substrate, a buffer layer made of n-type GaN provided on the substrate, and the n-type AlGaN layer that <br/> provided on the buffer layer, provided on the n-type AlGaN layer It includes a InGaN layer that includes a p-type AlGaN layer provided on the InGaN layer, and a cap layer made of is that p-type GaN is provided on the p-type AlGaN layer, before
The Al ratio of the n-type AlGaN layer is reduced while keeping the Al ratio of the p-type AlGaN layer constant, and the InG
and Al ratio determined by the band gap energy of aN layer, the band gap of the n-type band gap energy of the AlGaN layer, the difference between the band gap energy of the InGaN layer is the p-type AlGaN layer band gap energy and the InGaN layer of of the difference between energy 1/3 as a 1/2, the InGa
The injection of electrons into the N layer causes the band of the n-type AlGaN layer to be
The gap energy of the p-type AlGaN layer
In addition to making the hole energy equal to the cap energy, it can be performed at a lower voltage, and the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons is used to generate holes.
A semiconductor laser which is effectively confined in a valence band of a layer to prevent holes from leaking from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer so as not to increase a reactive current.
【請求項22】 前記基板はサファイア基板であること
を特徴とする請求項21に記載の半導体レーザ。
22. The semiconductor laser according to claim 21, wherein the substrate is a sapphire substrate.
【請求項23】 n型AlGaN層と、p型AlGaN
層とでInGaN層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、正孔を前記InGaN層の価電子帯内に有効に閉じ
込め、前記InGaN層から前記n型AlGaN層への
正孔の漏れを防止することが出来る程度に、前記n型A
lGaN層のバンドギャップエネルギーを低くして、電
子の前記InGaN層への注入が、前記n型AlGaN
層のバンドギャップエネルギーを前記p型AlGaN層
のバンドギャップエネルギーと等しくした場合と比較し
低電圧で行えるように、前記n型AlGaN層のAl
比率を、前記p型AlGaN層のAl比率を一定に保っ
たまま前記InGaN層のバンドギャップエネルギーに
より定まる値だけ小さくして、無効電流を増大させない
ようにしたことを特徴とする半導体発光素子。
23. An n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN
The layer has a sandwich structure sandwiching an InGaN layer, and holes are effectively closed in the valence band of the InGaN layer.
In order to prevent the leakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer, the n-type A
The band gap energy of lGaN layer was low, injection of electrons into the InGaN layer, the n-type AlGaN
The band gap energy of the layer to the p-type AlGaN layer
Compared to the case where the band gap energy of
Of the n-type AlGaN layer so that it can be performed at a low voltage.
Keep the Al ratio of the p-type AlGaN layer constant.
A semiconductor light emitting device, characterized in that the reactive current is prevented from increasing by keeping the value as determined by the band gap energy of the InGaN layer unchanged .
【請求項24】 前記n型AlGaN層は、n側電極に
接続されており、前記n側電極との間にGaNからなる
バッファ層が介在せしめられていることを特徴とする請
求項23記載の半導体発光素子。
24. The n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type electrode and the n-side electrode. Semiconductor light emitting device.
【請求項25】 n型AlGaN層と、p型AlGaN
層とでInGaN層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、前記p型AlGaN層のAl比率を一体に保ったま
前記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記
InGaN層のバンドギャップエネルギーにより定まる
値となるように、前記n型AlGaN層のバンドギャッ
プエネルギーを低くして、前記n型AlGaN層から
記InGaN層への電子の注入が、前記n型AlGaN
層のバンドギャップエネルギーを前記p型AlGaN層
のバンドギャップエネルギーと等しくした場合と比較し
低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量が
電子の有効質量よりも大きいことを利用して正孔を前記
活性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記InGaN
層から前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止でき
るようにして、無効電流を増大させないようにしたこと
を特徴とする半導体発光素子。
25. An n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN
The p-type AlGaN layer has a sandwich structure sandwiching an InGaN layer with the layer, and the Al ratio of the p-type AlGaN layer is maintained as a unit.
In addition, the band gap energy of the n-type AlGaN layer is lowered to a value determined by the band gap energy of the InGaN layer by reducing the Al ratio of the n-type AlGaN layer, The injection of electrons into the InGaN layer depends on the n-type AlGaN.
The band gap energy of the layer to the p-type AlGaN layer
Compared to the case where the band gap energy of
Together to allow a low voltage, the hole effective mass is the hole by using a larger than the effective mass of electrons the Te
The InGaN is effectively confined within the valence band of the active layer.
A semiconductor light-emitting device, characterized in that it is possible to prevent holes from leaking from the layer to the n-type AlGaN layer so as not to increase the reactive current.
【請求項26】 前記n型AlGaN層は、n側電極に
接続されており、前記n側電極との間にGaNからなる
バッファ層が介在せしめられていることを特徴とする請
求項25記載の半導体発光素子。
26. The n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type electrode and the n-side electrode. Semiconductor light emitting device.
【請求項27】 n型AlGaN層と、p型AlGaN
層とでInGaN層をはさんだサンドイッチ構造を有
し、前記p型AlGaN層のAl比率を一定に保ったま
前記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記
InGaN層のバンドギャップエネルギーにより定まる
Al比率とし、前記n型AlGaN層のバンドギャップ
エネルギーを低くして、前記n型AlGaN層から前記
InGaN層への電子の注入が、前記n型AlGaN層
のバンドギャップエネルギーを前記p型AlGaN層の
バンドギャップエネルギーと等しくした場合と比較して
低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電
子の有効質量よりも大きいことを利用して正孔を前記活
性層の価電子帯内に有効に閉じ込め、前記InGaN層
から前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止できる
ようにして、無効電流を増大させないようにし、かつ
InGaN層の膜厚レーザ発振が可能となる程度
することを特徴とする半導体レーザ。
27. An n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN
The p-type AlGaN layer has a sandwich structure sandwiching an InGaN layer between the layers, and the Al ratio of the p-type AlGaN layer is kept constant.
In addition, the Al ratio of the n-type AlGaN layer is reduced to an Al ratio determined by the bandgap energy of the InGaN layer, and the bandgap energy of the n-type AlGaN layer is lowered to change the n-type AlGaN layer to the InGaN layer. Injection of electrons into the n-type AlGaN layer
Band gap energy of the p-type AlGaN layer
In comparison with the case where the bandgap energy is made equal, it can be performed at a lower voltage, and the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons is used to activate the holes.
Effectively confined valence band of sexual layer, and from the InGaN layer can be prevented leakage of holes into the n-type AlGaN layer, so as not to increase the reactive current, and before
The film thickness of the serial InGaN layer to the extent that it is possible to laser oscillation
A semiconductor laser characterized by:
【請求項28】 前記サンドイッチ構造は基板上に設け
られると共に、前記サンドイッチ構造と前記基板とのあ
いだに少なくともGaNからなるバッファ層が設けられ
いることを特徴とする請求項27記載の半導体レー
ザ。
28. The semiconductor laser according to claim 27, wherein the sandwich structure is provided on a substrate, and a buffer layer made of at least GaN is provided between the sandwich structure and the substrate.
【請求項29】 前記サンドイッチ構造は基板上に設け
られると共に、前記サンドイッチ構造の前記基板と反対
側の表面側に少なくともGaNからなるキャップ層が設
けられていることを特徴とする請求項27または28記
載の半導体レーザ。
29. The sandwich structure according to claim 27 or 28, characterized in that with provided on the substrate, a cap layer composed of at least GaN is provided on the front surface side of the substrate opposite of the sandwich structure The semiconductor laser described.
【請求項30】 前記キャップ層および前記サンドイッ
チ構造の一部がエッチングされてメサ形状にされている
ことを特徴とする請求項29記載の半導体レーザ。
30. A portion of the cap layer and the sandwich structure is etched into a mesa shape .
30. The semiconductor laser according to claim 29, wherein:
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Appl.Phys.Lett.,64[13](1994),p.1687−1689
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M.R.S.Symp.Proc.Diamond,SiC and Nitride Wide Bandgap Semiconductor,Vol.339(1994.4),p.443−452

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