JP5429153B2 - Gallium nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、窒化ガリウム系半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a gallium nitride based semiconductor light emitting device.

従来、n型クラッド層、n型光ガイド層、活性層、電子ブロック層、p型光ガイド層及びp型クラッド層が半導体基板上にこの順に積層されてなる半導体発光素子が知られている(例えば、下記非特許文献1参照)。非特許文献1に記載された半導体発光素子では、n型光ガイド層及びp型光ガイド層が互いに同じ組成を有している。   Conventionally, a semiconductor light emitting device is known in which an n-type cladding layer, an n-type light guide layer, an active layer, an electron block layer, a p-type light guide layer, and a p-type cladding layer are stacked in this order on a semiconductor substrate ( For example, see Non-Patent Document 1 below). In the semiconductor light emitting device described in Non-Patent Document 1, the n-type light guide layer and the p-type light guide layer have the same composition.

Journal of Applied physics、107、023101(2010)Journal of Applied physics, 107, 023101 (2010)

ところで、近年、窒化ガリウム系半導体発光素子に対しては、光閉じ込め効率を向上させて閾値電流を低減する観点から、クラッド層のIn組成やAl組成を大きくして屈折率を小さくすることや、光ガイド層のIn組成を大きくして屈折率を大きくすることが検討されている。しかしながら、これらの場合、In組成やAl組成の増加に伴い、GaN等からなる半導体基板と各半導体層との格子不整合が大きくなり正孔や電子の移動度が低下するため、各半導体層の比抵抗が増大してしまい動作電圧が高くなる。そのため、窒化ガリウム系半導体発光素子に対しては、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を低減することが求められている。   Incidentally, in recent years, for gallium nitride based semiconductor light emitting devices, from the viewpoint of improving the optical confinement efficiency and reducing the threshold current, the In composition and Al composition of the cladding layer can be increased to reduce the refractive index, It has been studied to increase the refractive index by increasing the In composition of the light guide layer. However, in these cases, as the In composition and Al composition increase, the lattice mismatch between the semiconductor substrate made of GaN or the like and each semiconductor layer increases and the mobility of holes and electrons decreases. The specific resistance increases and the operating voltage increases. Therefore, it is required for gallium nitride based semiconductor light-emitting elements to reduce the threshold current while suppressing an increase in operating voltage.

本発明は、上記課題を解決しようとするものであり、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を低減することが可能な窒化ガリウム系半導体発光素子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a gallium nitride based semiconductor light emitting device capable of reducing the threshold current while suppressing an increase in operating voltage.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の知見を見出した。すなわち、上部InGaN半導体層及び下部InGaN半導体層に活性層が挟まれた積層構造を半導体基板上に有する窒化ガリウム系半導体発光素子において、活性層上に位置する上部InGaN半導体層では、正孔の移動度が低いこと等に起因して、活性層の下に位置する下部InGaN半導体層に比してIn組成の増加に伴い比抵抗が増加し易い。そのため、上部InGaN半導体層では、光閉じ込め効率を向上させて閾値電流を低減する観点からIn組成を高めると、比抵抗が顕著に大きくなり動作電圧が高くなる。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found the following findings. That is, in a gallium nitride based semiconductor light-emitting device having a stacked structure in which an active layer is sandwiched between an upper InGaN semiconductor layer and a lower InGaN semiconductor layer on a semiconductor substrate, in the upper InGaN semiconductor layer located on the active layer, movement of holes Due to the low degree, the specific resistance tends to increase as the In composition increases as compared to the lower InGaN semiconductor layer located below the active layer. Therefore, in the upper InGaN semiconductor layer, when the In composition is increased from the viewpoint of improving the optical confinement efficiency and reducing the threshold current, the specific resistance is remarkably increased and the operating voltage is increased.

一方、下部InGaN半導体層では、上部InGaN半導体層に比してIn組成の増加に伴い比抵抗が増加し難く、In組成を高めた場合であっても比抵抗の増加量が少なく、動作電圧が高くなることを抑制することができる。また、このような現象は、下部InGaN半導体層の導電型がn型である場合に顕著に確認される。そのため、このようなn型の下部InGaN半導体層では、In組成を高めることにより、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を低減することができる。   On the other hand, in the lower InGaN semiconductor layer, the specific resistance is less likely to increase as the In composition increases compared to the upper InGaN semiconductor layer, and even if the In composition is increased, the increase in specific resistance is small and the operating voltage is low. It can suppress becoming high. Such a phenomenon is remarkably confirmed when the conductivity type of the lower InGaN semiconductor layer is n-type. Therefore, in such an n-type lower InGaN semiconductor layer, by increasing the In composition, the threshold current can be reduced while suppressing an increase in operating voltage.

すなわち、本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光素子は、半導体基板と、半導体基板上に配置されると共にn型InGa1−xN半導体(0.04≦x≦0.06)からなる第1光ガイド層と、第1光ガイド層上に配置された活性層と、活性層上に配置されると共にInGa1−yN半導体(0.01≦y≦0.03)からなる第2光ガイド層と、を備える。 That is, the gallium nitride based semiconductor light-emitting device according to the present invention includes a semiconductor substrate and a n-type In x Ga 1-x N semiconductor (0.04 ≦ x ≦ 0.06) disposed on the semiconductor substrate. A first light guide layer, an active layer disposed on the first light guide layer, a first layer made of In y Ga 1-y N semiconductor (0.01 ≦ y ≦ 0.03) and disposed on the active layer. Two light guide layers.

本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光素子では、InGa1−yN半導体からなる第2光ガイド層の比抵抗は、n型InGa1−xN半導体からなる第1光ガイド層に比してIn組成の増加に伴い増加し易く、第1光ガイド層の比抵抗は、第2光ガイド層に比してIn組成の増加に伴い比抵抗が増加し難い。本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光素子では、第2光ガイド層のIn組成yを低くして0.01≦y≦0.03の範囲に調整しつつ、第1光ガイド層のIn組成xを高くして0.04≦x≦0.06の範囲に調整している。このようにIn組成の増加に伴う比抵抗の増加の程度に応じて各半導体層のIn組成を調整することで、比抵抗の増加を抑制しつつ光閉じ込め効率を良くすることができる。したがって、本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光素子では、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を低減することができる。 In the gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention, the specific resistance of the second light guide layer made of In y Ga 1-y N semiconductor is the same as that of the first light guide layer made of n-type In x Ga 1-x N semiconductor. Compared to the second light guide layer, the resistivity of the first light guide layer is less likely to increase as the In composition increases. In the gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention, the In composition x of the first light guide layer is adjusted while lowering the In composition y of the second light guide layer so as to be in the range of 0.01 ≦ y ≦ 0.03. Is adjusted to a range of 0.04 ≦ x ≦ 0.06. Thus, by adjusting the In composition of each semiconductor layer in accordance with the degree of increase in specific resistance accompanying the increase in In composition, light confinement efficiency can be improved while suppressing increase in specific resistance. Therefore, in the gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention, the threshold current can be reduced while suppressing an increase in operating voltage.

半導体基板の主面は、半極性主面であってもよく、当該半極性主面は、窒化ガリウム系半導体のc軸に直交する面(c面({0001}面))から窒化ガリウム系半導体のm軸方向に傾斜していることが好ましい。この場合、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を更に低減することができる。   The main surface of the semiconductor substrate may be a semipolar main surface, and the semipolar main surface extends from a surface (c surface ({0001} surface)) perpendicular to the c-axis of the gallium nitride semiconductor to the gallium nitride semiconductor. It is preferable to incline in the m-axis direction. In this case, the threshold current can be further reduced while suppressing an increase in operating voltage.

半極性主面のm軸方向への傾斜角度は、63°以上80°未満であることが好ましい。この場合、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を更に低減することができる。   The inclination angle of the semipolar main surface in the m-axis direction is preferably 63 ° or more and less than 80 °. In this case, the threshold current can be further reduced while suppressing an increase in operating voltage.

活性層は、510〜550nmの光を発生可能な量子井戸構造を有していてもよい。   The active layer may have a quantum well structure capable of generating light of 510 to 550 nm.

活性層における井戸層の数は、3以下であってもよい。   The number of well layers in the active layer may be 3 or less.

第1光ガイド層の膜厚は、30〜200nmであることが好ましい。この場合、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を更に低減することができる。   The film thickness of the first light guide layer is preferably 30 to 200 nm. In this case, the threshold current can be further reduced while suppressing an increase in operating voltage.

第2光ガイド層の膜厚は、30〜200nmであることが好ましい。この場合、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を更に低減することができる。   The film thickness of the second light guide layer is preferably 30 to 200 nm. In this case, the threshold current can be further reduced while suppressing an increase in operating voltage.

本発明によれば、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を低減することが可能な窒化ガリウム系半導体発光素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a gallium nitride based semiconductor light emitting device capable of reducing the threshold current while suppressing an increase in operating voltage.

本発明の一実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. 比抵抗とIn組成との関係を示す図面である。It is drawing which shows the relationship between specific resistance and In composition. 窒化ガリウム系半導体発光素子の内部ロスとIn組成との関係を示す図面である。It is drawing which shows the relationship between the internal loss and In composition of a gallium nitride semiconductor light-emitting device. 動作電圧とIn組成との関係を示す図面である。It is drawing which shows the relationship between an operating voltage and In composition. レーザの縦方向広がり角とIn組成との関係を示す図面である。It is drawing which shows the relationship between the vertical divergence angle of a laser, and In composition. 閾値電流及びIn組成の関係と、スロープ効率及びIn組成の関係とを示す図面である。It is drawing which shows the relationship between a threshold current and In composition, and the relationship between slope efficiency and In composition.

以下、本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示す模式断面図である。本実施形態に係る半導体レーザ(窒化ガリウム系半導体発光素子)1は、半導体基板10、半導体領域20、活性層30及び半導体領域40を備えている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to this embodiment. A semiconductor laser (gallium nitride based semiconductor light emitting device) 1 according to this embodiment includes a semiconductor substrate 10, a semiconductor region 20, an active layer 30, and a semiconductor region 40.

半導体基板10は、例えば、GaN基板等の窒化ガリウム系半導体基板である。半導体基板10は、互いに対向する表面10aと裏面10bとを有している。半導体基板10の表面10aは、例えば、窒化ガリウム系半導体のc軸に直交する面から窒化ガリウム系半導体のm軸方向に傾斜した半極性主面である。表面10aのm軸方向への傾斜角度は、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を更に低減する観点から、63°以上80°未満が好ましく、70°以上80°未満がより好ましく、71°以上79°以下が更に好ましい。   The semiconductor substrate 10 is a gallium nitride based semiconductor substrate such as a GaN substrate, for example. The semiconductor substrate 10 has a front surface 10a and a back surface 10b facing each other. The surface 10a of the semiconductor substrate 10 is, for example, a semipolar main surface that is inclined in the m-axis direction of the gallium nitride semiconductor from the plane orthogonal to the c-axis of the gallium nitride semiconductor. The inclination angle of the surface 10a in the m-axis direction is preferably 63 ° or more and less than 80 °, more preferably 70 ° or more and less than 80 °, more preferably 71 ° from the viewpoint of further reducing the threshold current while suppressing an increase in operating voltage. More preferably, it is 79 ° or less.

半導体レーザ1は、半導体領域20、活性層30及び半導体領域40を半導体基板10の表面10a上に表面10aの法線方向にエピタキシャル成長させて形成される。半導体基板10の表面10a上にエピタキシャル成長する半導体領域(半導体領域20、活性層30、半導体領域40)の各構成層の主面は、表面10aの結晶方位を引き継ぐ傾向がある。   The semiconductor laser 1 is formed by epitaxially growing the semiconductor region 20, the active layer 30, and the semiconductor region 40 on the surface 10a of the semiconductor substrate 10 in the normal direction of the surface 10a. The main surface of each constituent layer of the semiconductor region (semiconductor region 20, active layer 30, semiconductor region 40) epitaxially grown on the surface 10a of the semiconductor substrate 10 tends to inherit the crystal orientation of the surface 10a.

半導体領域20は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層から構成されており、一又は複数のInGa1−xN半導体層を有している。半導体領域20における少なくとも一つのInGa1−xN半導体層のIn組成xは、0.04≦x≦0.06であり、0.04≦x≦0.05が好ましい。また、半導体領域20における全てのInGa1−xN半導体層のIn組成xが0.04≦x≦0.06であることが好ましい。半導体領域20における全てのInGa1−xN半導体層のIn組成xが0.04未満であると、光閉じ込め効率が充分に向上せず、閾値電流が低減しなくなる。半導体領域20における全てのInGa1−xN半導体層のIn組成xが0.06を超えると、半導体基板10との格子不整合が増大し、動作電圧が増加してしまう。 The semiconductor region 20 is composed of one or a plurality of gallium nitride based semiconductor layers, and has one or a plurality of In x Ga 1-x N semiconductor layers. The In composition x of at least one In x Ga 1-x N semiconductor layer in the semiconductor region 20 is 0.04 ≦ x ≦ 0.06, and preferably 0.04 ≦ x ≦ 0.05. In addition, the In composition x of all In x Ga 1-x N semiconductor layers in the semiconductor region 20 is preferably 0.04 ≦ x ≦ 0.06. When the In composition x of all In x Ga 1-x N semiconductor layers in the semiconductor region 20 is less than 0.04, the optical confinement efficiency is not sufficiently improved, and the threshold current is not reduced. When the In composition x of all In x Ga 1-x N semiconductor layers in the semiconductor region 20 exceeds 0.06, lattice mismatch with the semiconductor substrate 10 increases, and the operating voltage increases.

また、半導体領域20における少なくとも一つのInGa1−xN半導体層の膜厚は、30〜200nmが好ましく、100〜150nmがより好ましい。また、半導体領域20における全てのInGa1−xN半導体層の膜厚が30〜200nmであることが好ましい。半導体領域20における全てのInGa1−xN半導体層の膜厚が30nm未満であると、閾値電流が増加する傾向がある。半導体領域20における全てのInGa1−xN半導体層の膜厚が200nmを超えると、閾値電流が増加する傾向がある。 The thickness of the at least one In x Ga 1-x N semiconductor layer in the semiconductor region 20 is preferably 30 to 200 nm, 100 to 150 nm is more preferable. Further, it is preferable that the thickness of all the In x Ga 1-x N semiconductor layer in the semiconductor region 20 is 30 to 200 nm. When the film thicknesses of all In x Ga 1-x N semiconductor layers in the semiconductor region 20 are less than 30 nm, the threshold current tends to increase. When the film thickness of all In x Ga 1-x N semiconductor layers in the semiconductor region 20 exceeds 200 nm, the threshold current tends to increase.

半導体領域20は、例えば、バッファ層20a、下部クラッド層20b、下部光ガイド層20c及び下部光ガイド層20dを有しており、InGaN半導体層である下部光ガイド層(第1光ガイド層)22として下部光ガイド層20dを有している。   The semiconductor region 20 includes, for example, a buffer layer 20a, a lower cladding layer 20b, a lower light guide layer 20c, and a lower light guide layer 20d, and a lower light guide layer (first light guide layer) 22 that is an InGaN semiconductor layer. The lower light guide layer 20d is included.

バッファ層20aは、半導体基板10の表面10a上に配置されており、例えば、Si等をn型ドーパントとして含有するn型窒化ガリウム系半導体層(GaN層等)である。バッファ層20aのn型ドーパント濃度は、例えば3×1018/cmである。バッファ層20aの膜厚は、例えば1.1μmである。 The buffer layer 20a is disposed on the surface 10a of the semiconductor substrate 10, and is, for example, an n-type gallium nitride semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Si or the like as an n-type dopant. The n-type dopant concentration of the buffer layer 20a is, for example, 3 × 10 18 / cm 3 . The film thickness of the buffer layer 20a is, for example, 1.1 μm.

下部クラッド層20bは、バッファ層20a上に配置されており、例えば、Si等をn型ドーパントとして含有するn型窒化ガリウム系半導体層(In0.03Al0.14Ga0.83N層等)である。下部クラッド層20bのn型ドーパント濃度は、例えば1×1018〜5×1018/cmである。下部クラッド層20bの膜厚は、例えば1.2μmである。 The lower cladding layer 20b is disposed on the buffer layer 20a. For example, an n-type gallium nitride based semiconductor layer (In 0.03 Al 0.14 Ga 0.83 N layer or the like) containing Si or the like as an n-type dopant is used. ). The n-type dopant concentration of the lower cladding layer 20b is, for example, 1 × 10 18 to 5 × 10 18 / cm 3 . The film thickness of the lower cladding layer 20b is, for example, 1.2 μm.

下部光ガイド層20cは、下部クラッド層20b上に配置されており、例えば、Si等をn型ドーパントとして含有するn型窒化ガリウム系半導体層(GaN層等)である。下部光ガイド層20cのn型ドーパント濃度は、例えば1×1018〜3×1018/cmである。下部光ガイド層20cの膜厚は、例えば0.250μmである。 The lower light guide layer 20c is disposed on the lower cladding layer 20b and is, for example, an n-type gallium nitride based semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Si or the like as an n-type dopant. The n-type dopant concentration of the lower light guide layer 20c is, for example, 1 × 10 18 to 3 × 10 18 / cm 3 . The film thickness of the lower light guide layer 20c is, for example, 0.250 μm.

下部光ガイド層20dは、バッファ層20a、下部クラッド層20b及び下部光ガイド層20cを介して半導体基板10上に配置されている。下部光ガイド層20dは、Si等をn型ドーパントとして含有するn型InGa1−xN半導体層(In0.025Ga0。975N半導体層等)である。下部光ガイド層20dの膜厚は、例えば0.115μmである。 The lower light guide layer 20d is disposed on the semiconductor substrate 10 via the buffer layer 20a, the lower cladding layer 20b, and the lower light guide layer 20c. The lower light guide layer 20d is an n-type In x Ga 1-x N semiconductor layer (In 0.025 Ga 0.975 N semiconductor layer or the like) containing Si or the like as an n-type dopant. The film thickness of the lower light guide layer 20d is, for example, 0.115 μm.

下部光ガイド層20dのn型ドーパント濃度は、1×1017〜3×1018/cmが好ましく、2×1017〜1×1018/cmがより好ましい。下部光ガイド層20dのn型ドーパント濃度が1×1017/cm未満であると、動作電圧が増加する傾向がある。下部光ガイド層20dのn型ドーパント濃度が3×1018/cmを超えると、閾値電流が増加する傾向がある。 The n-type dopant concentration of the lower light guide layer 20d is preferably 1 × 10 17 to 3 × 10 18 / cm 3, and more preferably 2 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm 3 . When the n-type dopant concentration of the lower light guide layer 20d is less than 1 × 10 17 / cm 3 , the operating voltage tends to increase. When the n-type dopant concentration of the lower light guide layer 20d exceeds 3 × 10 18 / cm 3 , the threshold current tends to increase.

活性層30は、下部光ガイド層20d上に配置されており、下部光ガイド層20dの主面20sに接合している。活性層30は、例えば単一量子井戸構造(SQW構造)や多重量子井戸構造(MQW構造)を有している。活性層30は、例えば510〜550nmの光を発生可能な量子井戸構造を有している。活性層30における井戸層の数は、例えば3以下であり、2以下であってもよい。本実施形態では、活性層30は、単一の井戸層から構成されている。活性層30は、例えばIn0.30Ga0.70N等の窒化ガリウム系半導体層であり、例えばノンドープである。活性層30を構成する井戸層の膜厚は、例えば3nmである。 The active layer 30 is disposed on the lower light guide layer 20d and joined to the main surface 20s of the lower light guide layer 20d. The active layer 30 has, for example, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). The active layer 30 has a quantum well structure capable of generating light of, for example, 510 to 550 nm. The number of well layers in the active layer 30 is, for example, 3 or less, and may be 2 or less. In the present embodiment, the active layer 30 is composed of a single well layer. The active layer 30 is a gallium nitride based semiconductor layer such as In 0.30 Ga 0.70 N, and is non-doped, for example. The film thickness of the well layer constituting the active layer 30 is, for example, 3 nm.

半導体領域40は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層から構成されており、半導体領域40は、一又は複数のInGa1−yN半導体層を有している。半導体領域40における少なくとも一つのInGa1−yN半導体層のIn組成yは、0.01≦y≦0.03であり、0.02≦y≦0.03が好ましい。また、半導体領域40における全てのInGa1−yN半導体層のIn組成yが0.01≦y≦0.03であることが好ましい。半導体領域40における全てのInGa1−yN半導体層のIn組成yが0.01未満であると、光閉じ込め効率が充分に向上せず、閾値電流が低減しなくなる。半導体領域40における全てのInGa1−yN半導体層のIn組成yが0.03を超えると、半導体基板10との格子不整合が増大し、動作電圧が増加してしまう。 The semiconductor region 40 is composed of one or a plurality of gallium nitride based semiconductor layers, and the semiconductor region 40 includes one or a plurality of In y Ga 1-y N semiconductor layers. The In composition y of at least one In y Ga 1-y N semiconductor layer in the semiconductor region 40 is 0.01 ≦ y ≦ 0.03, and preferably 0.02 ≦ y ≦ 0.03. In addition, the In composition y of all In y Ga 1-y N semiconductor layers in the semiconductor region 40 is preferably 0.01 ≦ y ≦ 0.03. If the In composition y of all In y Ga 1-y N semiconductor layers in the semiconductor region 40 is less than 0.01, the optical confinement efficiency is not sufficiently improved, and the threshold current is not reduced. If the In composition y of all In y Ga 1-y N semiconductor layers in the semiconductor region 40 exceeds 0.03, lattice mismatch with the semiconductor substrate 10 increases, and the operating voltage increases.

また、半導体領域40における少なくとも一つのInGa1−yN半導体層の膜厚は、30〜200nmが好ましく、100〜150nmがより好ましい。また、半導体領域40における全てのInGa1−yN半導体層の膜厚が30〜200nmであることが好ましい。半導体領域40における全てのInGa1−yN半導体層の膜厚が30nm未満であると、閾値電流が増加する傾向がある。半導体領域40における全てのInGa1−yN半導体層の膜厚が200nmを超えると、閾値電流が増加する傾向がある。 The thickness of the at least one In y Ga 1-y N semiconductor layer in the semiconductor region 40 is preferably 30 to 200 nm, 100 to 150 nm is more preferable. In addition, the thickness of all In y Ga 1-y N semiconductor layers in the semiconductor region 40 is preferably 30 to 200 nm. When the film thickness of all In y Ga 1-y N semiconductor layers in the semiconductor region 40 is less than 30 nm, the threshold current tends to increase. When the film thickness of all In y Ga 1-y N semiconductor layers in the semiconductor region 40 exceeds 200 nm, the threshold current tends to increase.

半導体領域40は、例えば、上部光ガイド層40a、電子ブロック層40b、上部光ガイド層40c、上部光ガイド層40d、上部クラッド層40e及びコンタクト層40fを有しており、InGaN半導体層である上部光ガイド層(第2光ガイド層)42として上部光ガイド層40a及び上部光ガイド層40cを有している。上部光ガイド層40aがIny1Ga1−y1N半導体層であり、上部光ガイド層40cがIny2Ga1−y2N半導体層であるとした場合に、本実施形態では、上部光ガイド層40a又は上部光ガイド層40cの少なくとも一方のIn組成(y1、y2)が0.01〜0.03であればよい。 The semiconductor region 40 includes, for example, an upper light guide layer 40a, an electron block layer 40b, an upper light guide layer 40c, an upper light guide layer 40d, an upper cladding layer 40e, and a contact layer 40f, and is an upper portion that is an InGaN semiconductor layer. As the light guide layer (second light guide layer) 42, an upper light guide layer 40a and an upper light guide layer 40c are provided. When the upper light guide layer 40a is an In y1 Ga 1-y1 N semiconductor layer and the upper light guide layer 40c is an In y2 Ga 1-y2 N semiconductor layer, in this embodiment, the upper light guide layer 40a is used. Or at least one In composition (y1, y2) of the upper light guide layer 40c should just be 0.01-0.03.

上部光ガイド層40aは、活性層30上に配置されており、活性層30の主面30sに接合している。上部光ガイド層40aは、例えばノンドープのIny1Ga1−y1N半導体層(In0.025Ga0。975N半導体層等)である。上部光ガイド層40aの膜厚は、例えば0.075μmである。 The upper light guide layer 40 a is disposed on the active layer 30 and joined to the main surface 30 s of the active layer 30. The upper light guide layer 40a is, for example, a non-doped In y1 Ga 1-y1 N semiconductor layer (such as In 0.025 Ga 0.975 N semiconductor layer). The film thickness of the upper light guide layer 40a is, for example, 0.075 μm.

電子ブロック層40bは、上部光ガイド層40a上に配置されており、例えば、Mg等をp型ドーパントとして含有するp型窒化ガリウム系半導体層(GaN層等)である。電子ブロック層40bのp型ドーパント濃度は、例えば1×1019/cmである。電子ブロック層40bの膜厚は、例えば20nmである。 The electron block layer 40b is disposed on the upper light guide layer 40a and is, for example, a p-type gallium nitride based semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Mg or the like as a p-type dopant. The electron block layer 40b has a p-type dopant concentration of, for example, 1 × 10 19 / cm 3 . The film thickness of the electron block layer 40b is, for example, 20 nm.

上部光ガイド層40cは、電子ブロック層40b上に配置されている。上部光ガイド層40cは、例えば、Mg等をp型ドーパントとして含有するp型Iny2Ga1−y2N半導体層(In0.025Ga0。975N半導体層等)である。上部光ガイド層40cの膜厚は、例えば0.050μmである。 The upper light guide layer 40c is disposed on the electron block layer 40b. The upper light guide layer 40c is, for example, a p-type In y2 Ga 1-y2 N semiconductor layer (In 0.025 Ga 0.975 N semiconductor layer or the like) containing Mg or the like as a p-type dopant. The film thickness of the upper light guide layer 40c is, for example, 0.050 μm.

上部光ガイド層40cのp型ドーパント濃度は、1×1018〜1×1019/cmが好ましく、2×1018〜7×1018/cmがより好ましい。上部光ガイド層40cのp型ドーパント濃度が1×1018/cm未満であると、動作電圧が増加する傾向がある。上部光ガイド層40cのp型ドーパント濃度が1×1019/cmを超えると、閾値電流が増加する傾向がある。 The p-type dopant concentration of the upper light guide layer 40c is preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 19 / cm 3 and more preferably 2 × 10 18 to 7 × 10 18 / cm 3 . When the p-type dopant concentration of the upper light guide layer 40c is less than 1 × 10 18 / cm 3 , the operating voltage tends to increase. When the p-type dopant concentration of the upper light guide layer 40c exceeds 1 × 10 19 / cm 3 , the threshold current tends to increase.

ここで、p型のInGa1−yN半導体層の比抵抗とIn組成yとの関係の測定結果を図2に示す。縦軸はInGa1−yN半導体層の比抵抗(Ω・cm)を示し、横軸はIn組成yを示す。p型ドーパントとしてMgを用い、p型ドーパント濃度を3×1018/cmに調整して測定を行った。 Here, the measurement result of the relationship between the specific resistance of the p-type In y Ga 1-y N semiconductor layer and the In composition y is shown in FIG. The vertical axis represents the specific resistance (Ω · cm) of the In y Ga 1-y N semiconductor layer, and the horizontal axis represents the In composition y. Measurement was performed using Mg as the p-type dopant and adjusting the p-type dopant concentration to 3 × 10 18 / cm 3 .

図2を参照すると、In組成yの増加に伴い比抵抗が顕著に増加することが確認される。In組成yが増加するに伴い、InGa1−yN半導体層における半導体基板10との格子不整合が増大したため、比抵抗が増加したものと推測される。 Referring to FIG. 2, it is confirmed that the specific resistance increases remarkably as the In composition y increases. As the In composition y increases, the lattice mismatch with the semiconductor substrate 10 in the In y Ga 1-y N semiconductor layer increases, and therefore it is presumed that the specific resistance has increased.

上部光ガイド層40dは、上部光ガイド層40c上に配置されており、例えば、Mg等をp型ドーパントとして含有するp型窒化ガリウム系半導体層(GaN層等)である。上部光ガイド層40dのp型ドーパント濃度は、例えば2×1018〜2×1019/cmである。上部光ガイド層40dの膜厚は、例えば0.250μmである。 The upper light guide layer 40d is disposed on the upper light guide layer 40c and is, for example, a p-type gallium nitride based semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Mg or the like as a p-type dopant. The p-type dopant concentration of the upper light guide layer 40d is, for example, 2 × 10 18 to 2 × 10 19 / cm 3 . The film thickness of the upper light guide layer 40d is, for example, 0.250 μm.

上部クラッド層40eは、上部光ガイド層40d上に配置されており、例えば、Mg等をp型ドーパントとして含有するp型窒化ガリウム系半導体層(In0.03Al0.14Ga0.83N層等)である。上部クラッド層40eのp型ドーパント濃度は、例えば5×1018〜3×1019/cmである。上部クラッド層40eの膜厚は、例えば0.40μmである。 The upper clad layer 40e is disposed on the upper light guide layer 40d, and for example, a p-type gallium nitride based semiconductor layer (In 0.03 Al 0.14 Ga 0.83 N containing Mg or the like as a p-type dopant). Layer). The p-type dopant concentration of the upper cladding layer 40e is, for example, 5 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3 . The film thickness of the upper cladding layer 40e is, for example, 0.40 μm.

コンタクト層40fは、上部クラッド層40e上に配置されており、例えば、Mg等をp型ドーパントとして含有するp型窒化ガリウム系半導体層(GaN層等)である。コンタクト層40fのp型ドーパント濃度は、例えば3×1019/cmである。コンタクト層40fの膜厚は、例えば0.050μmである。 The contact layer 40f is disposed on the upper cladding layer 40e, and is, for example, a p + -type gallium nitride based semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Mg or the like as a p-type dopant. The contact layer 40f has a p-type dopant concentration of 3 × 10 19 / cm 3 , for example. The film thickness of the contact layer 40f is, for example, 0.050 μm.

本発明者の知見によれば、InGaN半導体層である下部光ガイド層22及び上部光ガイド層42に活性層30が挟まれた積層構造を半導体基板10上に有する半導体レーザ1において、活性層30上に位置する上部光ガイド層42では、正孔の移動度が低いことや、上部光ガイド層42がp型半導体である場合にはドーパント(例えばMg)のアクセプタ準位が高いことに起因して、活性層30の下に位置する下部光ガイド層22に比してIn組成の増加に伴い比抵抗が増加し易い。そのため、上部光ガイド層42では、光閉じ込め効率を向上させて閾値電流を低減する観点からIn組成を高めると、比抵抗が顕著に大きくなり動作電圧が高くなる。   According to the knowledge of the present inventors, in the semiconductor laser 1 having the stacked structure in which the active layer 30 is sandwiched between the lower light guide layer 22 and the upper light guide layer 42 which are InGaN semiconductor layers on the semiconductor substrate 10, the active layer 30 In the upper light guide layer 42 located above, the hole mobility is low, and when the upper light guide layer 42 is a p-type semiconductor, the acceptor level of the dopant (for example, Mg) is high. As a result, the specific resistance is likely to increase as the In composition increases as compared with the lower light guide layer 22 located under the active layer 30. Therefore, in the upper light guide layer 42, when the In composition is increased from the viewpoint of improving the light confinement efficiency and reducing the threshold current, the specific resistance is remarkably increased and the operating voltage is increased.

一方、下部光ガイド層22では、上部光ガイド層42に比してIn組成の増加に伴い比抵抗が増加し難く、In組成を高めた場合であっても比抵抗の増加量が少なく、動作電圧が高くなることを抑制することができる。また、このような現象は、下部光ガイド層22の導電型がn型である場合に顕著に確認される。そのため、このような下部光ガイド層22では、In組成を高めることにより、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を低減することができる。   On the other hand, in the lower light guide layer 22, the specific resistance is less likely to increase as the In composition increases as compared to the upper light guide layer 42. An increase in voltage can be suppressed. Such a phenomenon is remarkably confirmed when the conductivity type of the lower light guide layer 22 is n-type. Therefore, in such a lower light guide layer 22, by increasing the In composition, the threshold current can be reduced while suppressing an increase in operating voltage.

また、上部光ガイド層42では、比抵抗を低減する観点から、下部光ガイド層22に比してドーパント濃度を高くする傾向がある。しかしながら、このようにドーパント濃度を高くすると、光の吸収(内部ロス)が大きくなるため閾値電流が高くなる。そのため、このような上部光ガイド層42のIn組成を高めて屈折率を高めると、上部光ガイド層42に光が集中し光が吸収されてしまい易く、閾値電流が更に高くなる。   In the upper light guide layer 42, the dopant concentration tends to be higher than that of the lower light guide layer 22 from the viewpoint of reducing the specific resistance. However, when the dopant concentration is increased in this way, light absorption (internal loss) increases, and the threshold current increases. Therefore, when the In composition of the upper light guide layer 42 is increased to increase the refractive index, the light is likely to be concentrated on the upper light guide layer 42 and absorbed, and the threshold current is further increased.

一方、下部光ガイド層22では、上部光ガイド層42に比して比抵抗が低くなり易いことから、ドーパント濃度を低く抑えることができる。そのため、このような下部光ガイド層22では、In組成を高めて屈折率が増加し下部光ガイド層22に光が集中する場合であっても、光の吸収(内部ロス)が増加することを抑制しつつ、光閉じ込め効率を良くして閾値電流を低減することができる。   On the other hand, since the specific resistance of the lower light guide layer 22 tends to be lower than that of the upper light guide layer 42, the dopant concentration can be kept low. Therefore, in such a lower light guide layer 22, even when the In composition is increased to increase the refractive index and the light is concentrated on the lower light guide layer 22, the light absorption (internal loss) increases. While suppressing, it is possible to improve the optical confinement efficiency and reduce the threshold current.

以上のような半導体レーザ1では、上部光ガイド層42(InGa1−yN半導体層)のIn組成yを低くして0.01≦y≦0.03の範囲に調整しつつ、下部光ガイド層22(InGa1−xN半導体層)のIn組成xを高くして0.04≦x≦0.06の範囲に調整している。このように活性層30を基準として下部光ガイド層22及び上部光ガイド層42のIn組成が非対称となるように調整された半導体レーザ1では、In組成の増加に伴う比抵抗の増加の程度に応じて各半導体層のIn組成を調整することで、比抵抗の増加を抑制しつつ光閉じ込め効率を良くすることができる。したがって、半導体レーザ1では、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を低減することができる。 In the semiconductor laser 1 as described above, while the In composition y of the upper light guide layer 42 (In y Ga 1-y N semiconductor layer) is lowered and adjusted to a range of 0.01 ≦ y ≦ 0.03, The In composition x of the light guide layer 22 (In x Ga 1-x N semiconductor layer) is increased and adjusted to a range of 0.04 ≦ x ≦ 0.06. Thus, in the semiconductor laser 1 adjusted so that the In compositions of the lower light guide layer 22 and the upper light guide layer 42 are asymmetric with respect to the active layer 30, the specific resistance increases as the In composition increases. Accordingly, by adjusting the In composition of each semiconductor layer, the optical confinement efficiency can be improved while suppressing an increase in specific resistance. Therefore, in the semiconductor laser 1, the threshold current can be reduced while suppressing an increase in operating voltage.

本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、上述の実施形態において半導体基板10の表面10aは、窒化ガリウム系半導体のc軸に直交する面から窒化ガリウム系半導体のm軸の方向に傾斜しているが、窒化ガリウム系半導体のc軸に直交する面であってもよく、窒化ガリウム系半導体のc軸に直交する面から窒化ガリウム系半導体のa軸の方向に傾斜していてもよい。これらの場合においても、半導体レーザ1と同様にIn組成の増加に伴う比抵抗の増加の程度に応じて各半導体層のIn組成を調整することで、比抵抗の増加を抑制しつつ光閉じ込め効率を良くすることが可能であり、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を低減することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the surface 10a of the semiconductor substrate 10 is inclined in the direction of the m-axis of the gallium nitride semiconductor from the plane orthogonal to the c-axis of the gallium nitride semiconductor. The surface may be perpendicular to the surface of the gallium nitride semiconductor, and may be inclined in the direction of the a axis of the gallium nitride semiconductor from the surface orthogonal to the c axis of the gallium nitride semiconductor. Also in these cases, the optical confinement efficiency is suppressed while suppressing the increase in specific resistance by adjusting the In composition of each semiconductor layer according to the degree of increase in specific resistance accompanying the increase in In composition as in the semiconductor laser 1. The threshold current can be reduced while suppressing an increase in operating voltage.

また、半導体領域40の表面側に、半導体発光素子の光導波方向に延びるリッジ部が形成されていてもよい。この場合、半導体領域40において電流挟搾されるため、半導体領域40における電圧降下は、格子不整合による高抵抗化の影響を大きく受けて増加し易い。しかしながら、リッジ部を有する半導体発光素子においても、半導体レーザ1と同様にIn組成の増加に伴う比抵抗の増加の程度に応じて各半導体層のIn組成を調整することで、比抵抗の増加を抑制しつつ光閉じ込め効率を良くすることが可能であり、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を低減することができる。   Further, a ridge portion extending in the optical waveguide direction of the semiconductor light emitting element may be formed on the surface side of the semiconductor region 40. In this case, since the current is squeezed in the semiconductor region 40, the voltage drop in the semiconductor region 40 is likely to increase due to a large resistance due to lattice mismatch. However, also in the semiconductor light emitting device having the ridge portion, the specific resistance can be increased by adjusting the In composition of each semiconductor layer in accordance with the degree of increase in the specific resistance accompanying the increase in In composition as in the semiconductor laser 1. It is possible to improve the optical confinement efficiency while suppressing, and the threshold current can be reduced while suppressing an increase in the operating voltage.

また、上記半導体レーザ1では、上部光ガイド層40aはノンドープであるが、Mg等をp型ドーパントとして含有するp型窒化ガリウム系半導体層であってもよい。また、上記半導体レーザ1では、上部光ガイド層40a及び上部光ガイド層40cの間に電子ブロック層40bが配置されているが、電子ブロック層40bが配置されることなく単一の上部光ガイド層が形成されていてもよい。   In the semiconductor laser 1, the upper light guide layer 40a is non-doped, but may be a p-type gallium nitride based semiconductor layer containing Mg or the like as a p-type dopant. In the semiconductor laser 1, the electron block layer 40b is disposed between the upper light guide layer 40a and the upper light guide layer 40c. However, the single upper light guide layer is not disposed without the electron block layer 40b. May be formed.

次に、半導体レーザ1と同様の構成を有する半導体発光素子モデルを用いたデバイスシミュレーションの結果について説明する。半導体発光素子モデルとしては、具体的には下記のモデルを用いた。   Next, a result of device simulation using a semiconductor light emitting element model having the same configuration as that of the semiconductor laser 1 will be described. Specifically, the following model was used as the semiconductor light emitting device model.

(半導体発光素子モデル)
半導体基板10(ノンドープGaN基板、主面:{20−21}面(c面からm軸方向への傾斜角度:75°)
バッファ層20a(n型GaN層、ドーパント:Si、ドーパント濃度:3×1018/cm、膜厚:1.1μm)
下部クラッド層20b(n型In0.03Al0.14Ga0.83N層、ドーパント:Si、ドーパント濃度:2×1018/cm、膜厚:1.2μm)
下部光ガイド層20c(n型GaN層、ドーパント:Si、ドーパント濃度:2×1018/cm、膜厚:0.250μm)
下部光ガイド層20d(n型InGa1−xN半導体層、In組成x:0.025≦x≦0.06、ドーパント:Si、ドーパント濃度:6×1017/cm、膜厚:0.115μm)
活性層30(ノンドープIn0.30Ga0.70N層、膜厚:3nm)
上部光ガイド層40a(ノンドープIn0.025Ga0.975N半導体層、膜厚:0.075μm)
電子ブロック層40b(p型GaN層、ドーパント:Mg、ドーパント濃度:1×1019/cm、膜厚:20nm)
上部光ガイド層40c(p型In0.025Ga0.975N層、ドーパント:Mg、ドーパント濃度:3×1018/cm、膜厚:0.050μm)
上部光ガイド層40d(p型GaN層、ドーパント:Mg、ドーパント濃度:3×1018/cm、膜厚:0.250μm)
上部クラッド層40e(p型In0.03Al0.14Ga0.83N層、ドーパント:Mg、ドーパント濃度:7×1018/cm、膜厚:0.40μm)
コンタクト層40f(p型GaN層、ドーパント:Mg、ドーパント濃度:3×1019/cm、膜厚:0.050μm)
(Semiconductor light emitting device model)
Semiconductor substrate 10 (non-doped GaN substrate, main surface: {20-21} plane (inclination angle from c-plane to m-axis direction: 75 °)
Buffer layer 20a (n-type GaN layer, dopant: Si, dopant concentration: 3 × 10 18 / cm 3 , film thickness: 1.1 μm)
Lower cladding layer 20b (n-type In 0.03 Al 0.14 Ga 0.83 N layer, dopant: Si, dopant concentration: 2 × 10 18 / cm 3 , film thickness: 1.2 μm)
Lower light guide layer 20c (n-type GaN layer, dopant: Si, dopant concentration: 2 × 10 18 / cm 3 , film thickness: 0.250 μm)
Lower light guide layer 20d (n-type In x Ga 1-x N semiconductor layer, In composition x: 0.025 ≦ x ≦ 0.06, dopant: Si, dopant concentration: 6 × 10 17 / cm 3 , film thickness: 0.115 μm)
Active layer 30 (non-doped In 0.30 Ga 0.70 N layer, film thickness: 3 nm)
Upper light guide layer 40a (non-doped In 0.025 Ga 0.975 N semiconductor layer, film thickness: 0.075 μm)
Electron blocking layer 40b (p-type GaN layer, dopant: Mg, dopant concentration: 1 × 10 19 / cm 3 , film thickness: 20 nm)
Upper light guide layer 40c (p-type In 0.025 Ga 0.975 N layer, dopant: Mg, dopant concentration: 3 × 10 18 / cm 3 , film thickness: 0.050 μm)
Upper light guide layer 40d (p-type GaN layer, dopant: Mg, dopant concentration: 3 × 10 18 / cm 3 , film thickness: 0.250 μm)
Upper cladding layer 40e (p-type In 0.03 Al 0.14 Ga 0.83 N layer, dopant: Mg, dopant concentration: 7 × 10 18 / cm 3 , film thickness: 0.40 μm)
Contact layer 40f (p + type GaN layer, dopant: Mg, dopant concentration: 3 × 10 19 / cm 3 , film thickness: 0.050 μm)

図3は、シミュレーションによって提供された半導体発光素子の内部ロスとIn組成との関係を示す図面である。縦軸は半導体発光素子の内部ロス(cm−1)を示し、横軸は下部光ガイド層20dのIn組成を示す。 FIG. 3 is a drawing showing the relationship between the internal loss and In composition of a semiconductor light emitting device provided by simulation. The vertical axis represents the internal loss (cm −1 ) of the semiconductor light emitting device, and the horizontal axis represents the In composition of the lower light guide layer 20d.

図3を参照すると、In組成の増加に伴い内部ロスが低下していることが確認される。このような現象は、以下の要因によるものと推測される。すなわち、下部光ガイド層20dのIn組成が増加するに伴い下部光ガイド層20dの屈折率が増加し、下部光ガイド層20dに光が集中することとなる。これにより、下部クラッド層20bのように下部光ガイド層20dに比してドーパント濃度の高い半導体層に光が集中することが抑制されることとなり、内部ロスが低下したものと推測される。   Referring to FIG. 3, it is confirmed that the internal loss is reduced as the In composition increases. Such a phenomenon is assumed to be caused by the following factors. That is, as the In composition of the lower light guide layer 20d increases, the refractive index of the lower light guide layer 20d increases, and light concentrates on the lower light guide layer 20d. As a result, the concentration of light on the semiconductor layer having a higher dopant concentration than the lower light guide layer 20d, such as the lower cladding layer 20b, is suppressed, and it is estimated that the internal loss is reduced.

図4は、シミュレーションによって提供された動作電圧とIn組成との関係を示す図面である。縦軸は200mAの電流を流すための動作電圧Vf(V)を示し、横軸は下部光ガイド層20dのIn組成を示す。   FIG. 4 is a drawing showing the relationship between operating voltage and In composition provided by simulation. The vertical axis represents the operating voltage Vf (V) for flowing a current of 200 mA, and the horizontal axis represents the In composition of the lower light guide layer 20d.

図4を参照すると、In組成の変化に伴い動作電圧が大きく変動しないことが確認される。この結果より、In組成が0.025〜0.06の範囲では、In組成の変化に伴い下部光ガイド層20dの比抵抗が大きく変動しないことが確認される。   Referring to FIG. 4, it is confirmed that the operating voltage does not fluctuate greatly as the In composition changes. From this result, it is confirmed that when the In composition is in the range of 0.025 to 0.06, the specific resistance of the lower light guide layer 20d does not vary greatly as the In composition changes.

図5は、シミュレーションによって提供されたレーザの縦方向広がり角とIn組成との関係を示す図面である。縦軸はレーザの縦方向広がり角(°)を示し、横軸は下部光ガイド層20dのIn組成を示す。   FIG. 5 is a drawing showing the relationship between the longitudinal divergence angle of the laser and the In composition provided by simulation. The vertical axis represents the vertical spread angle (°) of the laser, and the horizontal axis represents the In composition of the lower light guide layer 20d.

図5を参照すると、In組成の増加に伴いレーザの縦方向広がり角が増加していることが確認される。また、In組成0.025では、レーザの縦方向広がり角が小さいことが確認される。このような現象は、下部クラッド層20bと下部光ガイド層20dとの屈折率差が小さいため、光閉じ込め効率が充分に向上していないことによるものと推測される。一方、In組成0.04〜0.06では、レーザの縦方向広がり角が大きいことが確認される。このような現象は、下部クラッド層20bと下部光ガイド層20dの屈折率差が大きいため、光閉じ込め効率が充分に向上していることによるものと推測される。   Referring to FIG. 5, it is confirmed that the longitudinal spread angle of the laser increases as the In composition increases. In addition, it is confirmed that the longitudinal spread angle of the laser is small at the In composition of 0.025. Such a phenomenon is presumed to be due to the fact that the optical confinement efficiency is not sufficiently improved because the difference in refractive index between the lower cladding layer 20b and the lower light guide layer 20d is small. On the other hand, when the In composition is 0.04 to 0.06, it is confirmed that the longitudinal spread angle of the laser is large. Such a phenomenon is assumed to be due to the fact that the optical confinement efficiency is sufficiently improved because the difference in refractive index between the lower cladding layer 20b and the lower light guide layer 20d is large.

図6は、シミュレーションによって提供された閾値電流及びIn組成の関係と、スロープ効率及びIn組成の関係とを示す図面である。縦軸(左軸)は閾値電流Ith(mA)を示し、縦軸(右軸)はスロープ効率Se(W/A)を示し、横軸は下部光ガイド層20dのIn組成を示す。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the threshold current and the In composition provided by the simulation, and the relationship between the slope efficiency and the In composition. The vertical axis (left axis) represents the threshold current Ith (mA), the vertical axis (right axis) represents the slope efficiency Se (W / A), and the horizontal axis represents the In composition of the lower light guide layer 20d.

図6を参照すると、In組成0.025では、閾値電流が高いと共にスロープ効率が低いのに対し、In組成0.04〜0.06では、閾値電流が低いと共にスロープ効率が高いことが確認される。In組成0.04〜0.06では、In組成0.025に比して光閉じ込め効率が向上して下部光ガイド層20dや活性層30を通る光の割合が増加し、活性層30で誘電放出が起こり易くなることに起因して、閾値電流が低下すると共にスロープ効率が向上しているものと推測される。   Referring to FIG. 6, it is confirmed that the threshold current is low and the slope efficiency is low in the In composition 0.025, while the threshold current is low and the slope efficiency is high in the In composition 0.04 to 0.06. The When the In composition is 0.04 to 0.06, the optical confinement efficiency is improved as compared with the In composition 0.025, and the ratio of light passing through the lower light guide layer 20d and the active layer 30 is increased. It is presumed that the slope efficiency is improved while the threshold current is lowered due to the easy release.

1…半導体レーザ(窒化ガリウム系半導体発光素子)、10…半導体基板、10a…主面、22…下部光ガイド層(第1光ガイド層)、30…活性層、42…上部光ガイド層(第2光ガイド層)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser (gallium nitride based semiconductor light emitting device), 10 ... Semiconductor substrate, 10a ... Main surface, 22 ... Lower light guide layer (first light guide layer), 30 ... Active layer, 42 ... Upper light guide layer (first) 2 light guide layer).

Claims (10)

半導体基板と、
前記半導体基板上に配置されると共にn型InGa1−xN半導体(0.04≦x≦0.06)からなる第1光ガイド層と、
前記第1光ガイド層上に配置された活性層と、
前記活性層上に配置されると共にInGa1−yN半導体(0.01≦y≦0.03)からなる第2光ガイド層と、を備える、窒化ガリウム系半導体発光素子。
A semiconductor substrate;
A first light guide layer disposed on the semiconductor substrate and made of an n-type In x Ga 1-x N semiconductor (0.04 ≦ x ≦ 0.06);
An active layer disposed on the first light guide layer;
A gallium nitride based semiconductor light emitting device, comprising: a second light guide layer disposed on the active layer and made of an In y Ga 1-y N semiconductor (0.01 ≦ y ≦ 0.03).
前記第2光ガイド層がInThe second light guide layer is In y GaGa 1−y1-y N半導体(0.01≦y≦0.025)からなる、請求項1に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。The gallium nitride based semiconductor light-emitting element according to claim 1, comprising an N semiconductor (0.01 ≦ y ≦ 0.025). 前記第2光ガイド層の導電型がp型である、請求項1又は2に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。The gallium nitride based semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein a conductivity type of the second light guide layer is p-type. 前記半導体基板の主面が半極性主面である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 The gallium nitride based semiconductor light-emitting element according to any one of claims 1 to 3 , wherein a main surface of the semiconductor substrate is a semipolar main surface. 前記半極性主面が、窒化ガリウム系半導体のc軸に直交する面から前記窒化ガリウム系半導体のm軸方向に傾斜している、請求項に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 The gallium nitride based semiconductor light-emitting element according to claim 4 , wherein the semipolar principal surface is inclined in a m-axis direction of the gallium nitride based semiconductor from a surface perpendicular to the c-axis of the gallium nitride based semiconductor. 前記半極性主面の前記m軸方向への傾斜角度が63°以上80°未満である、請求項に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 The gallium nitride based semiconductor light-emitting device according to claim 5 , wherein an inclination angle of the semipolar main surface in the m-axis direction is not less than 63 ° and less than 80 °. 前記活性層が、510〜550nmの光を発生可能な量子井戸構造を有する、請求項1〜のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 The active layer has a possible quantum well structure generates light of 510 to 550 nm, gallium nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1-6. 前記活性層における井戸層の数が3以下である、請求項1〜のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 Is the number of well layers is 3 or less in the active layer, the gallium nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1-7. 前記第1光ガイド層の膜厚が30〜200nmである、請求項1〜のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 The thickness of the first optical guide layer is 30 to 200 nm, gallium nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1-8. 前記第2光ガイド層の膜厚が30〜200nmである、請求項1〜のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 The thickness of the second optical guide layer is 30 to 200 nm, gallium nitride-based semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1-9.
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