JPH04192586A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH04192586A
JPH04192586A JP2324589A JP32458990A JPH04192586A JP H04192586 A JPH04192586 A JP H04192586A JP 2324589 A JP2324589 A JP 2324589A JP 32458990 A JP32458990 A JP 32458990A JP H04192586 A JPH04192586 A JP H04192586A
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JP
Japan
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crystal
epitaxial layer
zno
semiconductor light
composition
Prior art date
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JP2324589A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Ota
啓之 太田
Atsushi Watanabe
温 渡辺
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Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • 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。

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。
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。
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。
ともに六方晶系であるが、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。
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。
発明の構成 本発明による半導体発光素子は、複数のｍ−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 Ａ　Ｉ、　Ｇａ、−ｘＮ、−、Ｐ。
（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Ｐ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。
ＧａＰ、ＡＬＰ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）をとりプロットすると、第１図
のようなＧａＮ、ＡＩＮ、ＧａＰ。
ＡＩＰ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、ＧａＰ、ＡｌＰ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Ａ
ＩＮと合わせるべく格子定数を換算したものである。ま
た、ＧａＮ、ＡＩＮ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ＧａＰ、
ＡＩＰ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Ｇ
ａＮ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Ｇ
ａＮ−ＧａＰ間の３元系混晶のラインとの交点Ａ１及び
ライン１１とＡ　Ｉ　Ｎ−Ａ　Ｉ　Ｐ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　　　　Ｐ Ｏ，９１０，０９ ８点：ＡＩＮ　　　　Ｐ Ｏ，８２０，１８ と見積ることができる。
また、線分ＡＢは、混晶ＡＩＧａＮＰ系で基板結晶Ｚｎ
Ｏ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ＡＢ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、 （ＧａＮ　　　　Ｐ　　　　） ０．９１　　０．０９　１−ｗ （ＡＩＮ　　　　Ｐ Ｏ，８２０，１８）ｗ　　””’値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Ｚｎ
Ｏ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０．　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因に、上述の如く基板結晶ＺｎＯに格子整合をとっ
たＡｌｘＣａｔ−ｘ　Ｎ、−、ｐ、（０≦ｘ≦１．０＜
ｙ＜ｌ）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ＧａＮ　　　　　
　Ｐ 。、９□　　。、。９とし、クラッド層３及び４をそれ
ぞれｎ型及びｎ型の混晶ＡＩ　　　　ＧａＯ，１２０，
８ ８ＮＯ，９０Ｐｏ、１０としてエピタキシャル層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Ａ　Ｉ　、　Ｇ　ａ　１−８Ｎ　ｌ−
ｙ　Ｐ。
（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Ａ’ｘ　Ｇａ１−ｘ　Ｎ１−
ｙ　”Ｙ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Ｐ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ＧａＮＰ系あるいは混晶ＡＩＧａＮＰ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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

  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＿−＿ｙＰ
    ＿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。
JP2324589A 1990-11-27 1990-11-27 半導体発光素子 Pending JPH04192586A (ja)

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DE69101157T DE69101157T2 (de) 1990-11-27 1991-06-25 Lichtaussendes Halbleiterelement.
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