JPH04192585A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH04192585A JPH04192585A JP2324588A JP32458890A JPH04192585A JP H04192585 A JPH04192585 A JP H04192585A JP 2324588 A JP2324588 A JP 2324588A JP 32458890 A JP32458890 A JP 32458890A JP H04192585 A JPH04192585 A JP H04192585A
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
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- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 5
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Classifications
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
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- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
-
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- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0218—Substrates comprising semiconducting materials from different groups of the periodic system than the active layer
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、特にレーザ装置に用いられる半導体発光素子
に関する。
に関する。
背景技術
GaN等の■−■ナイトライド系混晶エピタキシャル層
を使った半導体発光素子では、従来、基板結晶としてサ
ファイア(α−A1203)が用いられていた。
を使った半導体発光素子では、従来、基板結晶としてサ
ファイア(α−A1203)が用いられていた。
GaNの結晶構造はウルツ型であり、一方、基板結晶で
あるサファイアはコランダム型である。
あるサファイアはコランダム型である。
ともに大方晶系であるが、サファイアが原子面としては
13回の繰返し周期を持つように、両者は等価ではない
。さらに両者の格子定数が大きく異なり、互いの格子不
整合は14%にも及ぶ。こうした格子不整合のために良
好なエピタキシャル層を形成することが難しく、これら
を使った発光素子において効率の良い発光出力を得るこ
とができなかった。
13回の繰返し周期を持つように、両者は等価ではない
。さらに両者の格子定数が大きく異なり、互いの格子不
整合は14%にも及ぶ。こうした格子不整合のために良
好なエピタキシャル層を形成することが難しく、これら
を使った発光素子において効率の良い発光出力を得るこ
とができなかった。
発明の目的
よって、本発明は上記のような問題点を排除するために
なされたものであり、その目的とするところは、基板結
晶との格子整合のとれた良好なエピタキシャル層を形成
し、発光効率の良い半導体発光素子を提供することであ
る。
なされたものであり、その目的とするところは、基板結
晶との格子整合のとれた良好なエピタキシャル層を形成
し、発光効率の良い半導体発光素子を提供することであ
る。
発明の構成
本発明による半導体発光素子は、複数の■−v族化合物
半導体混晶が基板結晶上にエビタキシャル層として形成
されてなる半導体発光素子であって、前記基板結晶をZ
nOとし、前記エピタキシャル層の組成を AlxGa1−xNl−yA5y (0≦X≦1.0<y<1) としたことを特徴とするものである。
半導体混晶が基板結晶上にエビタキシャル層として形成
されてなる半導体発光素子であって、前記基板結晶をZ
nOとし、前記エピタキシャル層の組成を AlxGa1−xNl−yA5y (0≦X≦1.0<y<1) としたことを特徴とするものである。
発明の作用
本発明による半導体発光素子においては、GaN及びA
INエピタキシャル層の組成中、Nの一部をAsで置換
したので、基板結晶ZnOとの格子整合が得られる。
INエピタキシャル層の組成中、Nの一部をAsで置換
したので、基板結晶ZnOとの格子整合が得られる。
実施例
複数のm−v族化合物半導体GaN、AIN。
GaAs、AlAsに関して、横軸に格子定数、縦軸に
バンドギャップ(禁制帯幅)をとリブロットすると、第
1図のようなGaN、AIN、GaAs、AlAsと記
した4点となる。ここで、混晶系におけるベガード則を
仮定すると、上記4つの2元系半導体を適当な比率で混
合することにより、同図中実線で囲まれた四角形内の領
域において当該4元系混晶の物性値(格子定数とバンド
ギャップ)を実現することができる。なお、第1図にお
いて、GaAs、AlAsの結晶構造は閃亜鉛型である
ので、ウルツ型であるナイトライドGaN及びAINと
合わせるべく格子定数を換算したものである。また、G
aN、AIN、GaAsは直接遷移型半導体であり、各
伝導帯及び価電子帯のそれぞれエネルギー最小値及び最
大値でのバンドギャップを示し、間接遷移型であるAl
Asについては、r点(波数に−0)における伝導帯及
び価電子帯のそれぞれエネルギー極小値及び極大値での
バンドギャップを示したものである。
バンドギャップ(禁制帯幅)をとリブロットすると、第
1図のようなGaN、AIN、GaAs、AlAsと記
した4点となる。ここで、混晶系におけるベガード則を
仮定すると、上記4つの2元系半導体を適当な比率で混
合することにより、同図中実線で囲まれた四角形内の領
域において当該4元系混晶の物性値(格子定数とバンド
ギャップ)を実現することができる。なお、第1図にお
いて、GaAs、AlAsの結晶構造は閃亜鉛型である
ので、ウルツ型であるナイトライドGaN及びAINと
合わせるべく格子定数を換算したものである。また、G
aN、AIN、GaAsは直接遷移型半導体であり、各
伝導帯及び価電子帯のそれぞれエネルギー最小値及び最
大値でのバンドギャップを示し、間接遷移型であるAl
Asについては、r点(波数に−0)における伝導帯及
び価電子帯のそれぞれエネルギー極小値及び極大値での
バンドギャップを示したものである。
図゛中点線で示した直線11は基板結晶ZnOの格子定
数3.24人のラインである。基板結晶Znoは半導体
GaNと同じウルツ型の結晶構造であり、GaNに近い
格子定数を有していることが分かる。このライン11と
GaN−GaAs間の3元系混晶のラインとの交点A、
及びライン11とAlN−AlAs間の3元系混晶のラ
インとの交点Bの組成をベガード則を用いればそれぞれ
A点:GaN As O,920,0111 8点:AIN As O,850,15 と見積ることができる。
数3.24人のラインである。基板結晶Znoは半導体
GaNと同じウルツ型の結晶構造であり、GaNに近い
格子定数を有していることが分かる。このライン11と
GaN−GaAs間の3元系混晶のラインとの交点A、
及びライン11とAlN−AlAs間の3元系混晶のラ
インとの交点Bの組成をベガード則を用いればそれぞれ
A点:GaN As O,920,0111 8点:AIN As O,850,15 と見積ることができる。
また、線分ABは、混晶A I G a N A s系
で基板結晶ZnOと格子整合がとれる組成範囲を示すも
のであり、これに再びベガード則を仮定すれば、線分A
Bの物性値は、上記A点の組成とB点組成間の混晶(4
元系混晶)により実現されることになるので、 (G a N A s O,920,08)l−ν (AIN As O,850,15)w ””” (1)という概略
の組成範囲にてエピタキシャル層を形成すれば基板結晶
ZnOとの格子整合がなされることになる。
で基板結晶ZnOと格子整合がとれる組成範囲を示すも
のであり、これに再びベガード則を仮定すれば、線分A
Bの物性値は、上記A点の組成とB点組成間の混晶(4
元系混晶)により実現されることになるので、 (G a N A s O,920,08)l−ν (AIN As O,850,15)w ””” (1)という概略
の組成範囲にてエピタキシャル層を形成すれば基板結晶
ZnOとの格子整合がなされることになる。
半導体レーザ素子を形成する場合、エピタキシャル層を
いわゆるダブルへテロ構造とすることが一般的に採用さ
れている。この場合、活性層における光子の閉込めを有
効に行なうため、クラッド層のバンドギャップを、活性
層のバンドギャップより0,3eV程度大きい値に設定
するのが好ましいと言われており、ZnOを基板結晶と
する場合は、上記組成式(1)で表わされる組成範囲の
中から、互いのバンドギャップ差が約Q、 3eVと
なるものを形成すれば良いことになる。例えば第1図中
において、活性層として最もシンプルな組成としてA点
を選択した場合には、当該A点組成におけるバンドギャ
ップよりも0.3eVだけ大きいバンドギャップを有す
るC点組成をクラッド層に適用すれば良い。0点におけ
る混晶の組成は、上述の11線上の4元系混晶の組成式
(1)及びベガード則より算出することができる。
いわゆるダブルへテロ構造とすることが一般的に採用さ
れている。この場合、活性層における光子の閉込めを有
効に行なうため、クラッド層のバンドギャップを、活性
層のバンドギャップより0,3eV程度大きい値に設定
するのが好ましいと言われており、ZnOを基板結晶と
する場合は、上記組成式(1)で表わされる組成範囲の
中から、互いのバンドギャップ差が約Q、 3eVと
なるものを形成すれば良いことになる。例えば第1図中
において、活性層として最もシンプルな組成としてA点
を選択した場合には、当該A点組成におけるバンドギャ
ップよりも0.3eVだけ大きいバンドギャップを有す
るC点組成をクラッド層に適用すれば良い。0点におけ
る混晶の組成は、上述の11線上の4元系混晶の組成式
(1)及びベガード則より算出することができる。
第2図に、上述の如く基板結晶ZnOに格子整合をとっ
たp、 1xGal、Nl−、As、(0≦X≦1.’
0<y<1)系混晶で活性層とクラッド層を形成したダ
ブルへテロ構造半導体レーザ素子の構成の一例が示され
ている。
たp、 1xGal、Nl−、As、(0≦X≦1.’
0<y<1)系混晶で活性層とクラッド層を形成したダ
ブルへテロ構造半導体レーザ素子の構成の一例が示され
ている。
ここでは、基板結晶1をn型ZnOとし、上記見積られ
た組成範囲に従って、活性層2を混晶GO,920,0
8とし、クラッド層3及び4aN As をそれぞれn型及びn型の混晶AI GaO,1
20 ,8g 0.9L O,09としてエピタキ
シャル層N As 5を形成したものである。このようにして構成された半
導体レーザ素子では、通常、クラッド層に順方向バイア
スを印加することにより活性層に光子を発生せしめ、層
内部の光共振によって活性層の臂開面より誘導放出され
たレーザ光を得ることができる。
た組成範囲に従って、活性層2を混晶GO,920,0
8とし、クラッド層3及び4aN As をそれぞれn型及びn型の混晶AI GaO,1
20 ,8g 0.9L O,09としてエピタキ
シャル層N As 5を形成したものである。このようにして構成された半
導体レーザ素子では、通常、クラッド層に順方向バイア
スを印加することにより活性層に光子を発生せしめ、層
内部の光共振によって活性層の臂開面より誘導放出され
たレーザ光を得ることができる。
さらに、活性層もAlxGa、、N1−、As。
(0くx≦1.0<y<1)で構成することを考慮すれ
ば、波長400nm〜220nmの短波長半導体レーザ
光を得ることが可能となる。また、同じように基板結晶
ZnOに格子整合をとったAlxGa、、N1−、As
、系混晶でpn接合を形成し、発光ダイオードとするこ
とも可能である。
ば、波長400nm〜220nmの短波長半導体レーザ
光を得ることが可能となる。また、同じように基板結晶
ZnOに格子整合をとったAlxGa、、N1−、As
、系混晶でpn接合を形成し、発光ダイオードとするこ
とも可能である。
発明の詳細
な説明したように、本発明の半導体発光素子においては
、ZnOを基板結晶とし、エピタキシャル層の組成中、
半導体GaN及びAINにおいてNの一部をAsで置換
することにより基板結晶ZnOとの格子整合をなしてい
るので、混晶GaNAs系あるいは混晶AlGaNAs
系の良好なエピタキシャル層が得られ、これらにより発
光効率の優れた半導体発光素子を構成することができる
。
、ZnOを基板結晶とし、エピタキシャル層の組成中、
半導体GaN及びAINにおいてNの一部をAsで置換
することにより基板結晶ZnOとの格子整合をなしてい
るので、混晶GaNAs系あるいは混晶AlGaNAs
系の良好なエピタキシャル層が得られ、これらにより発
光効率の優れた半導体発光素子を構成することができる
。
第1図は■−v族化合物半導体とその混晶についてバン
ドギャップとその格子定数を示す図、第2図は本発明の
実施例におけるダブルへテロ構造半導体レーザ素子の構
成を示す図である。 主要部分の符号の説明 1・・・・・・・・・基板結晶 2・・・・・・・・・活性層 3.4・・・クラッド層 5・・・・・・・・・エピタキシャル層出願人 パ
イオニア株式会社
ドギャップとその格子定数を示す図、第2図は本発明の
実施例におけるダブルへテロ構造半導体レーザ素子の構
成を示す図である。 主要部分の符号の説明 1・・・・・・・・・基板結晶 2・・・・・・・・・活性層 3.4・・・クラッド層 5・・・・・・・・・エピタキシャル層出願人 パ
イオニア株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 複数のIII−V族化合物半導体混晶が基板結晶上にエピ
タキシャル層として形成されてなる半導体発光素子であ
って、前記基板結晶をZnOとし、前記エピタキシャル
層の組成をAl_xGa_1_−_xN_1_−_yA
s_y(0≦x≦1、0<y<1) としたことを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2324588A JPH04192585A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 半導体発光素子 |
EP19910110478 EP0487823A3 (en) | 1990-11-27 | 1991-06-25 | Semiconductor light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2324588A JPH04192585A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04192585A true JPH04192585A (ja) | 1992-07-10 |
Family
ID=18167494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2324588A Pending JPH04192585A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 半導体発光素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0487823A3 (ja) |
JP (1) | JPH04192585A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08222764A (ja) * | 1995-02-14 | 1996-08-30 | Showa Denko Kk | 発光ダイオード |
US5886367A (en) * | 1996-08-07 | 1999-03-23 | Showa Denko K.K. | Epitaxial wafer device including an active layer having a two-phase structure and light-emitting device using the wafer |
KR100603681B1 (ko) * | 1998-04-22 | 2006-07-20 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 반도체 레이저 소자 |
DE19954242B4 (de) * | 1998-11-12 | 2007-04-26 | Showa Denko K.K. | Lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0617491B1 (de) * | 1993-03-26 | 1996-07-31 | Daimler-Benz Aktiengesellschaft | Lichtemittierendes Halbleiterbauelement |
US6218677B1 (en) | 1994-08-15 | 2001-04-17 | Texas Instruments Incorporated | III-V nitride resonant tunneling |
US6229150B1 (en) * | 1999-07-30 | 2001-05-08 | Matsushita Electronics Corp. | Semiconductor structures using a group III-nitride quaternary material system with reduced phase separation and method of fabrication |
US6472680B1 (en) | 1999-12-31 | 2002-10-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor structures using a group III-nitride quaternary material system with reduced phase separation |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3124456C2 (de) * | 1980-06-23 | 1985-04-25 | Futaba Denshi Kogyo K.K., Mobara, Chiba | Halbleiterbauelement sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
-
1990
- 1990-11-27 JP JP2324588A patent/JPH04192585A/ja active Pending
-
1991
- 1991-06-25 EP EP19910110478 patent/EP0487823A3/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08222764A (ja) * | 1995-02-14 | 1996-08-30 | Showa Denko Kk | 発光ダイオード |
US5886367A (en) * | 1996-08-07 | 1999-03-23 | Showa Denko K.K. | Epitaxial wafer device including an active layer having a two-phase structure and light-emitting device using the wafer |
DE19734034C2 (de) * | 1996-08-07 | 2000-07-13 | Showa Denko Kk | Epitaxiewafer für Licht emittierende Vorrichtung, Verfahren zum Bilden des Wafers und den Wafer verwendende, Licht emittierende Vorrichtung |
US6110757A (en) * | 1996-08-07 | 2000-08-29 | Showa Denko K. K. | Method of forming epitaxial wafer for light-emitting device including an active layer having a two-phase structure |
KR100603681B1 (ko) * | 1998-04-22 | 2006-07-20 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 반도체 레이저 소자 |
DE19954242B4 (de) * | 1998-11-12 | 2007-04-26 | Showa Denko K.K. | Lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0487823A3 (en) | 1992-08-26 |
EP0487823A2 (en) | 1992-06-03 |
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