JPH09331116A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物半導体発光素子Info
- Publication number
- JPH09331116A JPH09331116A JP18157396A JP18157396A JPH09331116A JP H09331116 A JPH09331116 A JP H09331116A JP 18157396 A JP18157396 A JP 18157396A JP 18157396 A JP18157396 A JP 18157396A JP H09331116 A JPH09331116 A JP H09331116A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light emitting
- emitting device
- nitride semiconductor
- active layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化物半導体を用いた発光素子の出力をさら
に高める。 【構成】 量子構造の窒化物半導体よりなる活性層を発
光層として備える窒化物半導体発光素子において、活性
層表面に凹凸を設けることにより、活性層とクラッド層
との界面で縦横両方向にキャリアが閉じ込められ量子箱
効果が発生し、それにより発光素子の発光スペクトル中
に、複数の発光ピークが出現して、結果として発光出力
が向上する。
に高める。 【構成】 量子構造の窒化物半導体よりなる活性層を発
光層として備える窒化物半導体発光素子において、活性
層表面に凹凸を設けることにより、活性層とクラッド層
との界面で縦横両方向にキャリアが閉じ込められ量子箱
効果が発生し、それにより発光素子の発光スペクトル中
に、複数の発光ピークが出現して、結果として発光出力
が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる発
光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等
の発光素子に係り、特に発光出力に優れた発光素子に関
する。
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる発
光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等
の発光素子に係り、特に発光出力に優れた発光素子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】紫外〜赤色の領域に発光する発光素子の
材料として窒化物半導体が知られており、現在この材料
で既に青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤが実用化されたばかりで
ある。現在、市販されている窒化物半導体よりなる青
色、青緑色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮよりなる活性層が、ｎ
型およびｐ型の窒化物で挟まれたダブルへテロ構造を有
しており、例えば、青色ＬＥＤで発光出力は、およそ４
ｍＷとＬＥＤとしては十分な出力が得られている。しか
しこのＬＥＤは活性層の発光が、活性層に添加されたア
クセプター不純物とドナー不純物によるドナー−アクセ
プターのペア発光によって得られているため、発光スペ
クトルの半値幅が広い。半値幅が広いと、発光色が白っ
ぽく見えて、視感度がよいためＬＥＤ自体の輝度は高い
が、色純度が悪い。
材料として窒化物半導体が知られており、現在この材料
で既に青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤが実用化されたばかりで
ある。現在、市販されている窒化物半導体よりなる青
色、青緑色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮよりなる活性層が、ｎ
型およびｐ型の窒化物で挟まれたダブルへテロ構造を有
しており、例えば、青色ＬＥＤで発光出力は、およそ４
ｍＷとＬＥＤとしては十分な出力が得られている。しか
しこのＬＥＤは活性層の発光が、活性層に添加されたア
クセプター不純物とドナー不純物によるドナー−アクセ
プターのペア発光によって得られているため、発光スペ
クトルの半値幅が広い。半値幅が広いと、発光色が白っ
ぽく見えて、視感度がよいためＬＥＤ自体の輝度は高い
が、色純度が悪い。
【０００３】また、本出願人は、活性層に不純物をドー
プせず、ＩｎＧａＮのバンド間発光で青色〜緑色に発光
するＬＥＤを発表した（例えば、Jpn.J.Appl.Phys. Vol
34 1995 pp.L1332-L1335）。このＬＥＤはノンドープの
ＩｎＧａＮよりなる単一量子井戸構造の活性層を有する
ダブルへテロ構造を有しており、発光出力はピーク波長
４５０ｎｍの青色ＬＥＤで５ｍＷ、５２０ｎｍの緑色Ｌ
ＥＤで３ｍＷ、しかも発光スペクトルの半値幅は２０〜
３０ｎｍしかないので、色純度がよく、非常に高出力の
ＬＥＤが実現された。
プせず、ＩｎＧａＮのバンド間発光で青色〜緑色に発光
するＬＥＤを発表した（例えば、Jpn.J.Appl.Phys. Vol
34 1995 pp.L1332-L1335）。このＬＥＤはノンドープの
ＩｎＧａＮよりなる単一量子井戸構造の活性層を有する
ダブルへテロ構造を有しており、発光出力はピーク波長
４５０ｎｍの青色ＬＥＤで５ｍＷ、５２０ｎｍの緑色Ｌ
ＥＤで３ｍＷ、しかも発光スペクトルの半値幅は２０〜
３０ｎｍしかないので、色純度がよく、非常に高出力の
ＬＥＤが実現された。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように青色〜緑色
のＬＥＤに関しては、ほぼ実用域の素子が完成されてい
るが、ＬＤのような発光素子を実現するためには、さら
に発光素子の出力を高める必要がある。従って本発明は
このような事情を鑑みて成されたものであって、その目
的とするところは、窒化物半導体を用いた発光素子の出
力をさらに高めることにある。
のＬＥＤに関しては、ほぼ実用域の素子が完成されてい
るが、ＬＤのような発光素子を実現するためには、さら
に発光素子の出力を高める必要がある。従って本発明は
このような事情を鑑みて成されたものであって、その目
的とするところは、窒化物半導体を用いた発光素子の出
力をさらに高めることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】我々は単一量子井戸構
造、多重量子井戸構造等の量子井戸構造を有する活性層
を用いた窒化物半導体積層構造について、数々の実験を
重ねた結果、特有の発光スペクトルを有する発光素子に
より発光出力が高くなることを新規に見出し、本発明を
成すに至った。即ち、本発明の窒化物半導体発光素子
は、主として二つの態様からなり、第１の態様は、少な
くともインジウムを含む量子井戸構造の窒化物半導体よ
りなる井戸層を有する活性層を備える窒化物半導体発光
素子において、その発光素子の発光スペクトル中には、
等間隔でない複数の発光ピークを有することを特徴とす
る。
造、多重量子井戸構造等の量子井戸構造を有する活性層
を用いた窒化物半導体積層構造について、数々の実験を
重ねた結果、特有の発光スペクトルを有する発光素子に
より発光出力が高くなることを新規に見出し、本発明を
成すに至った。即ち、本発明の窒化物半導体発光素子
は、主として二つの態様からなり、第１の態様は、少な
くともインジウムを含む量子井戸構造の窒化物半導体よ
りなる井戸層を有する活性層を備える窒化物半導体発光
素子において、その発光素子の発光スペクトル中には、
等間隔でない複数の発光ピークを有することを特徴とす
る。
【０００６】さらに、前記複数の発光ピークの間隔は１
ｍｅＶ〜１００ｍｅＶの間隔であることを特徴とする。
なお本発明では、必ずしも隣り合った全ての発光ピーク
の間隔が前記範囲の間にあることを指すものではない。
ｍｅＶ〜１００ｍｅＶの間隔であることを特徴とする。
なお本発明では、必ずしも隣り合った全ての発光ピーク
の間隔が前記範囲の間にあることを指すものではない。
【０００７】また本発明の発光素子の第２の態様は、少
なくともインジウムを含む量子井戸構造の窒化物半導体
よりなる井戸層を有する活性層の上に、活性層よりもバ
ンドギャップが大きいクラッド層が成長されてなる窒化
物半導体発光素子であって、前記活性層とクラッド層と
の界面には凹凸を有することを特徴とする。さらに、活
性層と前記クラッド層とは格子不整合で接していること
が好ましい。
なくともインジウムを含む量子井戸構造の窒化物半導体
よりなる井戸層を有する活性層の上に、活性層よりもバ
ンドギャップが大きいクラッド層が成長されてなる窒化
物半導体発光素子であって、前記活性層とクラッド層と
の界面には凹凸を有することを特徴とする。さらに、活
性層と前記クラッド層とは格子不整合で接していること
が好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例に係る発
光素子の一構造を示す模式的な断面図であり、具体的に
はレーザ素子の構造を示している。このレーザ素子は、
スピネルよりなる基板１０１の上に、ＧａＮよりなるバ
ッファ層１０２と、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト
層１０３と、ｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型光閉じ込め層
１０４、ｎ型ＧａＮ、またはｎ型ＩｎＧａＮよりなる光
ガイド層１０５、ＩｎＧａＮよりなる井戸層と、井戸層
よりもバンドギャップが大きい障壁層とが積層されてな
る多重量子井戸構造の活性層１０６と、ｐ型ＧａＮ、ま
たはｐ型ＩｎＧａＮよりなる光ガイド層１０７、ｐ型Ａ
ｌＧａＮよりなるｐ型光閉じ込め層１０８、ｐ型ＧａＮ
よりなるｐ型コンタクト層１０９とが順に積層された構
造を有しており、ｐ型コンタクト層１０９のほぼ全面に
はストライプ状の正電極２０が、ｎ型コンタクト層１０
３には、正電極と平行な負電極２１が設けられている。
光素子の一構造を示す模式的な断面図であり、具体的に
はレーザ素子の構造を示している。このレーザ素子は、
スピネルよりなる基板１０１の上に、ＧａＮよりなるバ
ッファ層１０２と、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト
層１０３と、ｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型光閉じ込め層
１０４、ｎ型ＧａＮ、またはｎ型ＩｎＧａＮよりなる光
ガイド層１０５、ＩｎＧａＮよりなる井戸層と、井戸層
よりもバンドギャップが大きい障壁層とが積層されてな
る多重量子井戸構造の活性層１０６と、ｐ型ＧａＮ、ま
たはｐ型ＩｎＧａＮよりなる光ガイド層１０７、ｐ型Ａ
ｌＧａＮよりなるｐ型光閉じ込め層１０８、ｐ型ＧａＮ
よりなるｐ型コンタクト層１０９とが順に積層された構
造を有しており、ｐ型コンタクト層１０９のほぼ全面に
はストライプ状の正電極２０が、ｎ型コンタクト層１０
３には、正電極と平行な負電極２１が設けられている。
【０００９】このレーザ素子に各パルス電流を流した際
のスペクトルを図２に示す。図２において（ａ）は２８
０ｍＡ（閾値直後）、（ｂ）は２９５ｍＡ、（ｃ）は３
２０ｍＡ、（ｄ）は３４０ｍＡでの発光スペクトルを示
している。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は発振時のスペクト
ルを示している。
のスペクトルを図２に示す。図２において（ａ）は２８
０ｍＡ（閾値直後）、（ｂ）は２９５ｍＡ、（ｃ）は３
２０ｍＡ、（ｄ）は３４０ｍＡでの発光スペクトルを示
している。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は発振時のスペクト
ルを示している。
【００１０】（ａ）は発振直後のスペクトルを示し、こ
の状態ではおよそ４０４．２ｎｍ付近にある主発光ピー
クの前後に小さな発光ピークが多数（ファブリペローモ
ード）出現してレーザ発振直後の状態であることが分か
る。これがいわゆる縦モードのスペクトルである。電流
値を上げると（ｂ）に示すように、そのスペクトルがシ
ングルモードとなって４０４．２ｎｍ付近のレーザ発振
を示す。さらに電流を増加させると、（ｃ）に示すよう
に、４０３．３ｎｍ（３．０７５ｅＶ）、４０３．６ｎ
ｍ（３．０７２ｅＶ）、４０３．９ｎｍ（３．０７０ｅ
Ｖ）、４０４．２ｎｍ（３．０６８ｅＶ）、４０４．４
ｎｍ（３．０６６ｅＶ）というように、主発光ピークの
他に、強度の大きな発光ピークが１ｍｅＶ〜１００ｍｅ
Ｖの間隔で不規則に出現する。さらに（ｄ）では前記ピ
ークの他に、また新たなピークがはっきりと出現してお
り。これらのスペクトル間隔は等間隔ではなく明らかに
縦モードのスペクトルと異なる。
の状態ではおよそ４０４．２ｎｍ付近にある主発光ピー
クの前後に小さな発光ピークが多数（ファブリペローモ
ード）出現してレーザ発振直後の状態であることが分か
る。これがいわゆる縦モードのスペクトルである。電流
値を上げると（ｂ）に示すように、そのスペクトルがシ
ングルモードとなって４０４．２ｎｍ付近のレーザ発振
を示す。さらに電流を増加させると、（ｃ）に示すよう
に、４０３．３ｎｍ（３．０７５ｅＶ）、４０３．６ｎ
ｍ（３．０７２ｅＶ）、４０３．９ｎｍ（３．０７０ｅ
Ｖ）、４０４．２ｎｍ（３．０６８ｅＶ）、４０４．４
ｎｍ（３．０６６ｅＶ）というように、主発光ピークの
他に、強度の大きな発光ピークが１ｍｅＶ〜１００ｍｅ
Ｖの間隔で不規則に出現する。さらに（ｄ）では前記ピ
ークの他に、また新たなピークがはっきりと出現してお
り。これらのスペクトル間隔は等間隔ではなく明らかに
縦モードのスペクトルと異なる。
【００１１】一般に、半導体レーザの場合、レーザ発振
すると、レーザ光の縦モードによる小さな発光ピークが
主発光ピークの前後に出現する。この場合の発光スペク
トルは、ほぼ等間隔の発光ピークよりなっている。赤色
半導体レーザでは、その発光ピークの間隔はおよそ０．
２ｎｍである。青色半導体レーザではおよそ０．０５ｎ
ｍ（１ｍｅＶ）以下である（但し、青色半導体レーザの
縦モードは共振器長が６００μｍにおいて、本出願人に
より初めて計測された。）。つまり、図２（ａ）、
（ｂ）の状態では通常のレーザ素子の挙動を示してい
る。しかし、（ｃ）、（ｄ）に示すように、明らかに従
来のレーザ素子の縦モードによる発光ピークとは異なっ
た等間隔でないピークが多数出現している。これは図２
の電流値による各スペクトルを比較しても分かる。本発
明の発光素子では、このような発光スペクトルが発生す
ることにより、出力が高くなる。
すると、レーザ光の縦モードによる小さな発光ピークが
主発光ピークの前後に出現する。この場合の発光スペク
トルは、ほぼ等間隔の発光ピークよりなっている。赤色
半導体レーザでは、その発光ピークの間隔はおよそ０．
２ｎｍである。青色半導体レーザではおよそ０．０５ｎ
ｍ（１ｍｅＶ）以下である（但し、青色半導体レーザの
縦モードは共振器長が６００μｍにおいて、本出願人に
より初めて計測された。）。つまり、図２（ａ）、
（ｂ）の状態では通常のレーザ素子の挙動を示してい
る。しかし、（ｃ）、（ｄ）に示すように、明らかに従
来のレーザ素子の縦モードによる発光ピークとは異なっ
た等間隔でないピークが多数出現している。これは図２
の電流値による各スペクトルを比較しても分かる。本発
明の発光素子では、このような発光スペクトルが発生す
ることにより、出力が高くなる。
【００１２】なぜ、このようなピークが発生すると発光
素子の出力が高くなるのかは定かではないが、例えば次
のようなことが推測される。なお、図３は図１の発光素
子において、ｎ型光ガイド層１０５と、活性層１０６
と、ｐ型光ガイド層１０７との界面を拡大して部分的に
示す模式断面図である。活性層が量子井戸構造の場合、
井戸層の膜厚は１００オングストローム以下、好ましく
は７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オン
グストローム以下に調整される。一方、障壁層も１５０
オングストローム以下、好ましくは１００オングストロ
ーム以下に調整される。本発明の発光素子では、このよ
うな単一膜厚が数十オングストロームの薄膜を積層した
場合、井戸層、障壁層共、均一な膜厚で成長しておら
ず、凹凸のある層が幾重にも重なり合った状態となって
いる。図３に示すように、このような凹凸のある活性層
を、活性層よりもバンドギャップの大きいクラッド層で
挟むダブルヘテロ構造を実現すると、活性層に注入され
た電子とホールとが、凹部にも閉じ込められるようにな
って、クラッド層の縦方向と共に縦横の両方向に閉じ込
められる。このため、キャリアが約１０〜７０オングス
トローム凹凸差がある３次元のＩｎＧａＮよりなる量子
箱、あるいは量子ディスクに閉じ込められたようになっ
て、従来の量子井戸構造とは違った量子効果が出現す
る。従って、多数の量子準位に基づく発光が室温でも観
測されるようになり、発光スペクトルの１ｍｅＶ〜１０
０ｍｅＶの間隔で等間隔でない多数の発光ピークが観測
される。また、他の理由としては、三次元のＩｎＧａＮ
よりなる小さな量子箱にキャリアが閉じ込められるの
で、エキシトン効果が顕著に現れてきて多数の発光ピー
クが観測される。
素子の出力が高くなるのかは定かではないが、例えば次
のようなことが推測される。なお、図３は図１の発光素
子において、ｎ型光ガイド層１０５と、活性層１０６
と、ｐ型光ガイド層１０７との界面を拡大して部分的に
示す模式断面図である。活性層が量子井戸構造の場合、
井戸層の膜厚は１００オングストローム以下、好ましく
は７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オン
グストローム以下に調整される。一方、障壁層も１５０
オングストローム以下、好ましくは１００オングストロ
ーム以下に調整される。本発明の発光素子では、このよ
うな単一膜厚が数十オングストロームの薄膜を積層した
場合、井戸層、障壁層共、均一な膜厚で成長しておら
ず、凹凸のある層が幾重にも重なり合った状態となって
いる。図３に示すように、このような凹凸のある活性層
を、活性層よりもバンドギャップの大きいクラッド層で
挟むダブルヘテロ構造を実現すると、活性層に注入され
た電子とホールとが、凹部にも閉じ込められるようにな
って、クラッド層の縦方向と共に縦横の両方向に閉じ込
められる。このため、キャリアが約１０〜７０オングス
トローム凹凸差がある３次元のＩｎＧａＮよりなる量子
箱、あるいは量子ディスクに閉じ込められたようになっ
て、従来の量子井戸構造とは違った量子効果が出現す
る。従って、多数の量子準位に基づく発光が室温でも観
測されるようになり、発光スペクトルの１ｍｅＶ〜１０
０ｍｅＶの間隔で等間隔でない多数の発光ピークが観測
される。また、他の理由としては、三次元のＩｎＧａＮ
よりなる小さな量子箱にキャリアが閉じ込められるの
で、エキシトン効果が顕著に現れてきて多数の発光ピー
クが観測される。
【００１３】図４は、活性層成長直後の活性層の表面の
状態を部分的に示す斜視図であり、活性層の表面の結晶
の状態をＡＦＭ（Atomic Force Microscope）で測定し
たものである。図４に示すように活性層の表面には、１
０〜６０オングストロームの高さで無数の凹凸が発生し
ており、活性層はこの状態でクラッド層と接している。
本発明の発光素子では、このように活性層の表面に凹凸
を設けることにより、前述したような小さな発光ピーク
が１ｍｅＶ〜１００ｍｅＶの間隔で現れやすくなる傾向
にあり、結果として、発光出力が向上する。量子井戸構
造の場合、好ましい凹凸差としては５オングストローム
以上、さらに好ましくは１０オングストローム以上、最
も好ましくは１５オングストローム以上あることが望ま
しい。下限は活性層の膜厚以下であれば特に限定しな
い。
状態を部分的に示す斜視図であり、活性層の表面の結晶
の状態をＡＦＭ（Atomic Force Microscope）で測定し
たものである。図４に示すように活性層の表面には、１
０〜６０オングストロームの高さで無数の凹凸が発生し
ており、活性層はこの状態でクラッド層と接している。
本発明の発光素子では、このように活性層の表面に凹凸
を設けることにより、前述したような小さな発光ピーク
が１ｍｅＶ〜１００ｍｅＶの間隔で現れやすくなる傾向
にあり、結果として、発光出力が向上する。量子井戸構
造の場合、好ましい凹凸差としては５オングストローム
以上、さらに好ましくは１０オングストローム以上、最
も好ましくは１５オングストローム以上あることが望ま
しい。下限は活性層の膜厚以下であれば特に限定しな
い。
【００１４】このようにＩｎＧａＮよりなる井戸層を有
する活性層に多数の凹凸が発生する理由の一つとして、
Ｉｎ組成の面内不均一が考えられる。即ち、単一井戸層
内において、Ｉｎ組成の大きい領域と、少ない領域とが
できるために、井戸層表面に多数の凹凸が発生するので
ある。ＩｎＧａＮは混晶を成長させにくい材料であり、
ＩｎＮとＧａＮとが相分離する傾向にある。このためＩ
ｎ組成の不均一な領域ができる。そして、このＩｎ組成
の高い領域に電子と正孔とが局在して、エキシトン発
光、あるいはバイエキシトン発光して、ＬＥＤの出力が
向上し、多数のピークができる。また、レーザ素子で
は、このバイエキシトンレーザ発振することにより、多
数の量子ディスク、量子箱と同等になって多数のピーク
が出現し、この多数のピークによりレーザ素子の閾値が
下がり、出力が向上する。なお、エキシトンとは電子と
正孔とが弱いクーロン力でくっついてペアになったもの
である。
する活性層に多数の凹凸が発生する理由の一つとして、
Ｉｎ組成の面内不均一が考えられる。即ち、単一井戸層
内において、Ｉｎ組成の大きい領域と、少ない領域とが
できるために、井戸層表面に多数の凹凸が発生するので
ある。ＩｎＧａＮは混晶を成長させにくい材料であり、
ＩｎＮとＧａＮとが相分離する傾向にある。このためＩ
ｎ組成の不均一な領域ができる。そして、このＩｎ組成
の高い領域に電子と正孔とが局在して、エキシトン発
光、あるいはバイエキシトン発光して、ＬＥＤの出力が
向上し、多数のピークができる。また、レーザ素子で
は、このバイエキシトンレーザ発振することにより、多
数の量子ディスク、量子箱と同等になって多数のピーク
が出現し、この多数のピークによりレーザ素子の閾値が
下がり、出力が向上する。なお、エキシトンとは電子と
正孔とが弱いクーロン力でくっついてペアになったもの
である。
【００１５】また、図１の発光素子ではＩｎＧａＮより
なる井戸層を有する活性層は、活性層よりもバンドギャ
ップの大きいクラッド層で挟まれている。このように三
元混晶のＩｎＧａＮを二元混晶あるいは三元混晶のＡｌ
XＧａ1-XＮ（０≦X≦１）で挟んだ構造では、活性層と
クラッド層との界面を格子整合させることは理論的に不
可能である。従来では半導体結晶は格子整合で成長させ
るのが常識であった。しかし、本発明の発光素子では、
あえて活性層の界面を格子不整合の状態とすることによ
り、活性層にクラッド層との格子定数不整、熱膨張係数
差による歪みを与え、この歪みにより前記した量子箱の
効果が顕著に出現するようになるので、発光素子の出力
が向上する。
なる井戸層を有する活性層は、活性層よりもバンドギャ
ップの大きいクラッド層で挟まれている。このように三
元混晶のＩｎＧａＮを二元混晶あるいは三元混晶のＡｌ
XＧａ1-XＮ（０≦X≦１）で挟んだ構造では、活性層と
クラッド層との界面を格子整合させることは理論的に不
可能である。従来では半導体結晶は格子整合で成長させ
るのが常識であった。しかし、本発明の発光素子では、
あえて活性層の界面を格子不整合の状態とすることによ
り、活性層にクラッド層との格子定数不整、熱膨張係数
差による歪みを与え、この歪みにより前記した量子箱の
効果が顕著に出現するようになるので、発光素子の出力
が向上する。
【００１６】本発明のレーザ素子の活性層について述べ
たことを、図５のエネルギーバンド図でわかりやすく示
す。図５Ａは多重量子井戸構造の活性層のエネルギーバ
ンドを示しており、図５Ｂは、図５Ａの円で囲まれた単
一井戸層のエネルギーバンドを拡大して示すものであ
る。前記したように、井戸層においてＩｎ組成の面内不
均一があるということは、Ｂに示すように単一のＩｎＧ
ａＮ井戸層幅にバンドギャップの異なるＩｎＧａＮ領域
が存在する。従って、伝導帯にある電子は一度、Ｉｎ組
成の大きいＩｎＧａＮ領域に落ちて、そこから価電子帯
にある正孔と再結合することによりｈνのエネルギーを
放出する。このことは、電子と正孔とが井戸層幅のＩｎ
組成の多い領域に局在化して、局在エキシトンを形成
し、レーザの閾値の低下を助ける。閾値が下がり、出力
が高くなるのはこの局在エキシトンの効果によるもので
ある。多数のピークが出現するのは、この局在エキシト
ンに加えて、三次元的に閉じ込められた量子箱の効果に
より多数の量子準位間の発光が出てくるからである。
たことを、図５のエネルギーバンド図でわかりやすく示
す。図５Ａは多重量子井戸構造の活性層のエネルギーバ
ンドを示しており、図５Ｂは、図５Ａの円で囲まれた単
一井戸層のエネルギーバンドを拡大して示すものであ
る。前記したように、井戸層においてＩｎ組成の面内不
均一があるということは、Ｂに示すように単一のＩｎＧ
ａＮ井戸層幅にバンドギャップの異なるＩｎＧａＮ領域
が存在する。従って、伝導帯にある電子は一度、Ｉｎ組
成の大きいＩｎＧａＮ領域に落ちて、そこから価電子帯
にある正孔と再結合することによりｈνのエネルギーを
放出する。このことは、電子と正孔とが井戸層幅のＩｎ
組成の多い領域に局在化して、局在エキシトンを形成
し、レーザの閾値の低下を助ける。閾値が下がり、出力
が高くなるのはこの局在エキシトンの効果によるもので
ある。多数のピークが出現するのは、この局在エキシト
ンに加えて、三次元的に閉じ込められた量子箱の効果に
より多数の量子準位間の発光が出てくるからである。
【００１７】
【実施例】次に、具体的な実施例により本発明の発光素
子を詳説する。図６は本発明の発光素子を得るために使
用したＭＯＶＰＥ装置の反応容器内を示す模式的な断面
図であり、この装置を用いて図１に示す発光素子を得る
方法を述べる。図６において、３０は例えばステンレス
よりなる反応容器、反応容器３０内には基板５０および
トレイ３４を載置するサセプター３２と、サセプター３
２を回転するシャフト３１と、基板５０を加熱するヒー
タ３３とが設置されている。さらに基板に向かって平行
ないし傾斜して原料ガスを供給するノズル３５がサセプ
ター３２に接近して設けられ、基板の上方には例えば石
英よりなるコニカルチューブ３６が設置されている。窒
化物半導体は、まずチャンバー３０内を真空ポンプ３７
で真空にした後、サセプター３２の上にトレイ３４を介
して載置した基板５０をヒータ３３で高温に加熱し、同
時にノズル３５から原料ガスをキャリアガスと共に供給
して、基板上で原料ガスを分解することによって成長さ
れる。原料ガス供給中は常時、コニカルチューブ３６内
に上から窒素、水素等の不活性ガスよりなる押圧ガスが
基板に向かって垂直に流され、原料ガスが基板の熱対流
によって拡散されるのを防止している。なお本明細書に
おいて示すＩｎXＧａ1-XＮ、ＡｌYＧａ1-YＮ等の一般式
は、単に窒化物半導体の組成式を示しているに過ぎず、
異なる層が同一の式で示されていても、それらの層が同
一の組成を示すものではない。
子を詳説する。図６は本発明の発光素子を得るために使
用したＭＯＶＰＥ装置の反応容器内を示す模式的な断面
図であり、この装置を用いて図１に示す発光素子を得る
方法を述べる。図６において、３０は例えばステンレス
よりなる反応容器、反応容器３０内には基板５０および
トレイ３４を載置するサセプター３２と、サセプター３
２を回転するシャフト３１と、基板５０を加熱するヒー
タ３３とが設置されている。さらに基板に向かって平行
ないし傾斜して原料ガスを供給するノズル３５がサセプ
ター３２に接近して設けられ、基板の上方には例えば石
英よりなるコニカルチューブ３６が設置されている。窒
化物半導体は、まずチャンバー３０内を真空ポンプ３７
で真空にした後、サセプター３２の上にトレイ３４を介
して載置した基板５０をヒータ３３で高温に加熱し、同
時にノズル３５から原料ガスをキャリアガスと共に供給
して、基板上で原料ガスを分解することによって成長さ
れる。原料ガス供給中は常時、コニカルチューブ３６内
に上から窒素、水素等の不活性ガスよりなる押圧ガスが
基板に向かって垂直に流され、原料ガスが基板の熱対流
によって拡散されるのを防止している。なお本明細書に
おいて示すＩｎXＧａ1-XＮ、ＡｌYＧａ1-YＮ等の一般式
は、単に窒化物半導体の組成式を示しているに過ぎず、
異なる層が同一の式で示されていても、それらの層が同
一の組成を示すものではない。
【００１８】洗浄したスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）よりな
る基板１０１をトレイ３４にセットして、反応容器内に
移送し、反応容器内を水素で十分置換した後、水素を流
しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板
のクリーニングを行う。基板にはスピネルの他にＡ面、
Ｃ面、Ｒ面等の面方位を有するサファイアが使用でき、
また、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の単結
晶よりなる、公知の基板が用いられる。
る基板１０１をトレイ３４にセットして、反応容器内に
移送し、反応容器内を水素で十分置換した後、水素を流
しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板
のクリーニングを行う。基板にはスピネルの他にＡ面、
Ｃ面、Ｒ面等の面方位を有するサファイアが使用でき、
また、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の単結
晶よりなる、公知の基板が用いられる。
【００１９】次に、温度を５００℃まで下げ、キャリア
ガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）とを用いてノズル３５より供給し、５００
℃で基板１０１上にＧａＮよりなるバッファ層１０２を
３００オングストローム成長させる。なお成長中はコニ
カルチューブ３６より水素、窒素、アルゴンのような不
活性ガスを２０リットル／分で供給している。バッファ
層１０２は基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和す
るために設けられ、通常、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ
等が１０００オングストローム以下の膜厚で成長される
が、窒化物半導体と格子定数の近い基板、格子整合した
基板を用いる場合、また成長方法、成長条件等の要因に
よっては成長されないこともあるので、省略することも
できる。
ガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）とを用いてノズル３５より供給し、５００
℃で基板１０１上にＧａＮよりなるバッファ層１０２を
３００オングストローム成長させる。なお成長中はコニ
カルチューブ３６より水素、窒素、アルゴンのような不
活性ガスを２０リットル／分で供給している。バッファ
層１０２は基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和す
るために設けられ、通常、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ
等が１０００オングストローム以下の膜厚で成長される
が、窒化物半導体と格子定数の近い基板、格子整合した
基板を用いる場合、また成長方法、成長条件等の要因に
よっては成長されないこともあるので、省略することも
できる。
【００２０】バッファ層成長後、温度を１０３０℃まで
上昇させ、同じく原料ガスにＴＭＧとアンモニアガス、
不純物ガスにＳｉＨ4（シラン）ガスを用いて、Ｓｉド
ープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１０３を４μｍの
膜厚で成長させる。ｎ型コンタクト層１０３はｎ型の窒
化物半導体であればどのような組成でもよいが、好まし
くは、ＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Y≦１）とする。特にｎ型
コンタクト層をＡｌＧａＮとすることにより、活性層と
の屈折率差が大きくでき、光閉じ込め層としてのクラッ
ド層、及び電流を注入するコンタクト層として作用させ
ることができる。さらに、このコンタクト層をＡｌＧａ
Ｎとすることにより、活性層の発光をｎ型コンタクト層
内で広がりにくくできるので、閾値が低下する。さらに
ｎ型コンタクト層をＡｌYＧａ1-YＮとする場合、基板側
のＡｌ混晶比が小さく、活性層側のＡｌ混晶比が大きい
構造、即ち組成傾斜構造とすることが望ましい。前記構
造とすることにより、結晶性の良いｎ型コンタクト層が
得られるので、結晶性の良いｎ型コンタクト層の上に積
層する窒化物半導体の結晶性も良くなるため、素子全体
の結晶性が良くなり、ひいては閾値の低下、素子の信頼
性が格段に向上する。また、活性層側のＡｌ混晶比が大
きいために、活性層との屈折率差も大きくなり光閉じ込
め層として有効に作用する。一方、ＧａＮとすると、ｎ
電極とのオーミック特性については非常に優れている。
コンタクト層をＧａＮとすると、ＧａＮコンタクト層
と、活性層との間にＡｌＧａＮよりなる光閉じ込め層を
設ける必要がある。ｎ型コンタクト層１０３の膜厚は
０．１μｍ以上、５μｍ以下に調整することが望まし
い。
上昇させ、同じく原料ガスにＴＭＧとアンモニアガス、
不純物ガスにＳｉＨ4（シラン）ガスを用いて、Ｓｉド
ープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１０３を４μｍの
膜厚で成長させる。ｎ型コンタクト層１０３はｎ型の窒
化物半導体であればどのような組成でもよいが、好まし
くは、ＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Y≦１）とする。特にｎ型
コンタクト層をＡｌＧａＮとすることにより、活性層と
の屈折率差が大きくでき、光閉じ込め層としてのクラッ
ド層、及び電流を注入するコンタクト層として作用させ
ることができる。さらに、このコンタクト層をＡｌＧａ
Ｎとすることにより、活性層の発光をｎ型コンタクト層
内で広がりにくくできるので、閾値が低下する。さらに
ｎ型コンタクト層をＡｌYＧａ1-YＮとする場合、基板側
のＡｌ混晶比が小さく、活性層側のＡｌ混晶比が大きい
構造、即ち組成傾斜構造とすることが望ましい。前記構
造とすることにより、結晶性の良いｎ型コンタクト層が
得られるので、結晶性の良いｎ型コンタクト層の上に積
層する窒化物半導体の結晶性も良くなるため、素子全体
の結晶性が良くなり、ひいては閾値の低下、素子の信頼
性が格段に向上する。また、活性層側のＡｌ混晶比が大
きいために、活性層との屈折率差も大きくなり光閉じ込
め層として有効に作用する。一方、ＧａＮとすると、ｎ
電極とのオーミック特性については非常に優れている。
コンタクト層をＧａＮとすると、ＧａＮコンタクト層
と、活性層との間にＡｌＧａＮよりなる光閉じ込め層を
設ける必要がある。ｎ型コンタクト層１０３の膜厚は
０．１μｍ以上、５μｍ以下に調整することが望まし
い。
【００２１】次に温度を７５０℃まで下げ、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層（図示せず。）を５
００オングストロームの膜厚で成長させる。クラック防
止層はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎ
ＧａＮで成長させることにより、次に成長させるＡｌを
含む窒化物半導体よりなるｎ型光閉じこめ層１０４を厚
膜で成長させることが可能となる。ＬＤの場合は、光閉
じ込め層となる層を、例えば０．１μｍ以上の膜厚で成
長させる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧａＮ層の
上に直接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後から成長
させたＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作製が困難
であったが、このクラック防止層が次に成長させる光閉
じこめ層１０４にクラックが入るのを防止することがで
きる。しかも次に成長させる光閉じこめ層１０３を厚膜
で成長させても膜質良く成長できる。なおクラック防止
層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜
厚で成長させることが好ましい。１００オングストロー
ムよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用し
にくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する
傾向にある。なお、クラック防止層は成長方法、成長装
置によっては省略することもできるので図示していない
が、ＬＤを製造する上では成長させる方が望ましい。
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層（図示せず。）を５
００オングストロームの膜厚で成長させる。クラック防
止層はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎ
ＧａＮで成長させることにより、次に成長させるＡｌを
含む窒化物半導体よりなるｎ型光閉じこめ層１０４を厚
膜で成長させることが可能となる。ＬＤの場合は、光閉
じ込め層となる層を、例えば０．１μｍ以上の膜厚で成
長させる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧａＮ層の
上に直接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後から成長
させたＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作製が困難
であったが、このクラック防止層が次に成長させる光閉
じこめ層１０４にクラックが入るのを防止することがで
きる。しかも次に成長させる光閉じこめ層１０３を厚膜
で成長させても膜質良く成長できる。なおクラック防止
層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜
厚で成長させることが好ましい。１００オングストロー
ムよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用し
にくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する
傾向にある。なお、クラック防止層は成長方法、成長装
置によっては省略することもできるので図示していない
が、ＬＤを製造する上では成長させる方が望ましい。
【００２２】次に、温度を１０５０℃にして、原料ガス
にＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型光閉じこめ層１０４を
０．６μｍの膜厚で成長させる。光閉じ込め層１０４は
Ａｌを含む窒化物半導体、特に好ましくはＡｌYＧａ1 -Y
Ｎ（０＜Y＜１）で構成することにより、結晶性の良い
ものが得られ、また活性層との屈折率差を大きくしてレ
ーザ光の縦方向の閉じ込めに有効である。この層は通常
０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望まし
い。０．１μｍよりも薄いと光閉じ込め層として作用し
にくく、１μｍよりも厚いと、たとえクラック防止層の
上に成長させたＡｌＧａＮでも、結晶中にクラックが入
りやすくなり素子作成が困難となる傾向にある。
にＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型光閉じこめ層１０４を
０．６μｍの膜厚で成長させる。光閉じ込め層１０４は
Ａｌを含む窒化物半導体、特に好ましくはＡｌYＧａ1 -Y
Ｎ（０＜Y＜１）で構成することにより、結晶性の良い
ものが得られ、また活性層との屈折率差を大きくしてレ
ーザ光の縦方向の閉じ込めに有効である。この層は通常
０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望まし
い。０．１μｍよりも薄いと光閉じ込め層として作用し
にくく、１μｍよりも厚いと、たとえクラック防止層の
上に成長させたＡｌＧａＮでも、結晶中にクラックが入
りやすくなり素子作成が困難となる傾向にある。
【００２３】続いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層１０５を５００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。ｎ型光ガイド層１０５は、Ｉｎ
を含むｎ型の窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮ、好まし
くは三元混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦
X≦１）とする。この層は通常１００オングストローム
〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎ
ＧａＮ、ＧａＮとすることにより次の活性層１０６を量
子構造とすることが容易に可能になる。
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層１０５を５００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。ｎ型光ガイド層１０５は、Ｉｎ
を含むｎ型の窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮ、好まし
くは三元混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦
X≦１）とする。この層は通常１００オングストローム
〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎ
ＧａＮ、ＧａＮとすることにより次の活性層１０６を量
子構造とすることが容易に可能になる。
【００２４】次に原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニ
アを用いて活性層１０６を成長させる。活性層は温度を
７５０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を４
回繰り返し、最後に井戸層を成長させ、総膜厚３２５オ
ングストロームの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性
層１０６を成長させる。なお活性層成長後の表面の状態
を示す図が図４である。
アを用いて活性層１０６を成長させる。活性層は温度を
７５０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を４
回繰り返し、最後に井戸層を成長させ、総膜厚３２５オ
ングストロームの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性
層１０６を成長させる。なお活性層成長後の表面の状態
を示す図が図４である。
【００２５】活性層１０６成長後、温度を１０５０℃に
してＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物
源としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる
ｐ型キャップ層（図示せず。）を１００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層は１μｍ以
下、さらに好ましくは１０オングストローム以上、０．
１μｍ以下の膜厚で成長させることにより、ＩｎＧａＮ
よりなる活性層が分解するのを防止するキャップ層とし
ての作用があり、また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化
物半導体、好ましくはＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y＜１）よ
りなるｐ型キャップ層を成長させることにより、発光出
力が格段に向上する。このｐ型キャップ層の膜厚は１μ
ｍよりも厚いと、層自体にクラックが入りやすくなり素
子作製が困難となる傾向にある。なおこのｐ型キャップ
層も成長方法、成長装置等によっては省略可能であるた
め、特に図示していない。
してＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物
源としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる
ｐ型キャップ層（図示せず。）を１００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層は１μｍ以
下、さらに好ましくは１０オングストローム以上、０．
１μｍ以下の膜厚で成長させることにより、ＩｎＧａＮ
よりなる活性層が分解するのを防止するキャップ層とし
ての作用があり、また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化
物半導体、好ましくはＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y＜１）よ
りなるｐ型キャップ層を成長させることにより、発光出
力が格段に向上する。このｐ型キャップ層の膜厚は１μ
ｍよりも厚いと、層自体にクラックが入りやすくなり素
子作製が困難となる傾向にある。なおこのｐ型キャップ
層も成長方法、成長装置等によっては省略可能であるた
め、特に図示していない。
【００２６】次に温度を１０５０℃に保持しながら、Ｔ
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層１０７を５００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層１０７
は前記したように、ＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることによ
り次のＡｌを含むｐ型光閉じこめ層１０８を結晶性良く
成長できる。
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層１０７を５００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層１０７
は前記したように、ＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることによ
り次のＡｌを含むｐ型光閉じこめ層１０８を結晶性良く
成長できる。
【００２７】続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃ
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
ｐ型光閉じ込め層１０８を０．５μｍの膜厚で成長させ
る。ｐ型光閉じ込め層はｎ型光閉じ込め層と同じく、
０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望まし
く、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化物半導体と
することにより、活性層との屈折率差を大きくして、レ
ーザ光の縦方向の光閉じ込め層として有効に作用する。
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
ｐ型光閉じ込め層１０８を０．５μｍの膜厚で成長させ
る。ｐ型光閉じ込め層はｎ型光閉じ込め層と同じく、
０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望まし
く、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化物半導体と
することにより、活性層との屈折率差を大きくして、レ
ーザ光の縦方向の光閉じ込め層として有効に作用する。
【００２８】最後に、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層１０９を０．２μｍの膜厚で成長させる。ｐ型コンタ
クト層１０９は、特にＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Y≦１）、
その中でもＭｇをドープしたｐ型ＧａＮとすると、最も
キャリア濃度の高いｐ型層が得られて、正電極と良好な
オーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させるこ
とができる。
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層１０９を０．２μｍの膜厚で成長させる。ｐ型コンタ
クト層１０９は、特にＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Y≦１）、
その中でもＭｇをドープしたｐ型ＧａＮとすると、最も
キャリア濃度の高いｐ型層が得られて、正電極と良好な
オーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させるこ
とができる。
【００２９】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出し、図１に示すように、
最上層のｐ型コンタクト層１０９から選択エッチを行
い、負電極を形成すべきｎ型コンタクト層１０３の表面
を露出させる。さらに、ｐ型コンタクト層側からエッチ
ングを行い、ストライプ状のリッジ形状のレーザ素子を
作製した後、リッジに平行な位置に正電極２０と負電極
２１とをストライプ状に形成してレーザ素子とする。
ウェーハを反応容器から取り出し、図１に示すように、
最上層のｐ型コンタクト層１０９から選択エッチを行
い、負電極を形成すべきｎ型コンタクト層１０３の表面
を露出させる。さらに、ｐ型コンタクト層側からエッチ
ングを行い、ストライプ状のリッジ形状のレーザ素子を
作製した後、リッジに平行な位置に正電極２０と負電極
２１とをストライプ状に形成してレーザ素子とする。
【００３０】このレーザ素子を室温でパルス発振させた
ところ、各電流値において図２に示すようなスペクトル
を示し、発光出力は同様にＭＢＥ（分子線気相成長）装
置で成長した同一構造のレーザ素子に比較して閾値電流
が２０％以上低下し、出力は２倍以上であった。なお、
ＭＢＥ装置によると、窒化物半導体層は原子層レベルで
平坦な面が得やすい。
ところ、各電流値において図２に示すようなスペクトル
を示し、発光出力は同様にＭＢＥ（分子線気相成長）装
置で成長した同一構造のレーザ素子に比較して閾値電流
が２０％以上低下し、出力は２倍以上であった。なお、
ＭＢＥ装置によると、窒化物半導体層は原子層レベルで
平坦な面が得やすい。
【００３１】［実施例２］実施例１において、ｎ型コン
タクト層１０３を成長させる際に、ＴＭＡの流量を段階
的に変化させ、バッファ層１０２側のＡｌ混晶比（Y
値）が０でｎ型光閉じ込め層１０４側のＡｌ混晶比が
０．２である組成傾斜した層を成長させる他は同様にし
てレーザ素子を得たところ、閾値電流は実施例１のもの
に比較して４％低下し、出力は１０％向上した。
タクト層１０３を成長させる際に、ＴＭＡの流量を段階
的に変化させ、バッファ層１０２側のＡｌ混晶比（Y
値）が０でｎ型光閉じ込め層１０４側のＡｌ混晶比が
０．２である組成傾斜した層を成長させる他は同様にし
てレーザ素子を得たところ、閾値電流は実施例１のもの
に比較して４％低下し、出力は１０％向上した。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の発光素子で
は、量子構造の窒化物半導体よりなる活性層を発光層と
して備える窒化物半導体発光素子で、その発光素子の発
光スペクトル中に複数の発光ピークを有することにより
発光素子の出力が向上する。特にレーザ素子では、その
特有の発光スペクトルを用いることにより、単一モード
の発振を嫌う光磁気ディスクの光源として用いると非常
に都合がよい。レーザ素子において、このような現象が
出現することを発見したのは本発明が初めてであり、そ
の産業上の利用価値は非常に大きい。
は、量子構造の窒化物半導体よりなる活性層を発光層と
して備える窒化物半導体発光素子で、その発光素子の発
光スペクトル中に複数の発光ピークを有することにより
発光素子の出力が向上する。特にレーザ素子では、その
特有の発光スペクトルを用いることにより、単一モード
の発振を嫌う光磁気ディスクの光源として用いると非常
に都合がよい。レーザ素子において、このような現象が
出現することを発見したのは本発明が初めてであり、そ
の産業上の利用価値は非常に大きい。
【図１】 本発明の一実施例に係る発光素子の構造を示
す模式断面図。
す模式断面図。
【図２】 本発明の一実施例に係る発光素子の発光スペ
クトルを各電流値で比較して示す図。
クトルを各電流値で比較して示す図。
【図３】 図１の発光素子の活性層の界面を拡大して部
分的に示す模式断面図。
分的に示す模式断面図。
【図４】 活性層成長直後の活性層の表面の状態を部分
的に示す斜視図。
的に示す斜視図。
【図５】 本発明の発光素子の井戸層のエネルギーバン
ド図。
ド図。
【図６】 本発明の発光素子を得るために使用したＭＯ
ＶＰＥ装置の反応容器内の構造を示す模式的な断面図。
ＶＰＥ装置の反応容器内の構造を示す模式的な断面図。
１０１・・・・基板 １０２・・・・バッファ層 １０３・・・・ｎ型コンタクト層 １０４・・・・ｎ型光閉じ込め層 １０５・・・・ｎ型光ガイド層 １０６・・・・活性層 １０７・・・・ｐ型光ガイド層 １０８・・・・ｐ型光閉じ込め層 １０９・・・・ｐ型コンタクト層 ２０・・・・正電極 ２１・・・・負電極
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくともインジウムを含む量子井戸構
造の窒化物半導体よりなる井戸層を有する活性層を備え
る窒化物半導体発光素子において、その発光素子の発光
スペクトル中には、等間隔でない複数の発光ピークを有
することを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記発光ピークの間隔は１ｍｅＶ〜１０
０ｍｅＶの間隔にあることを特徴とする請求項１に記載
の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項３】 少なくともインジウムを含む量子井戸構
造の窒化物半導体よりなる井戸層を有する活性層の上
に、活性層よりもバンドギャップが大きいクラッド層が
成長されてなる窒化物半導体発光素子であって、前記活
性層とクラッド層との界面には凹凸を有することを特徴
とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記活性層と前記クラッド層とは格子不
整合の状態で接していることを特徴とする請求項３に記
載の窒化物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18157396A JP3314620B2 (ja) | 1996-04-11 | 1996-06-21 | 窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8950096 | 1996-04-11 | ||
| JP8-89500 | 1996-04-11 | ||
| JP18157396A JP3314620B2 (ja) | 1996-04-11 | 1996-06-21 | 窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09331116A true JPH09331116A (ja) | 1997-12-22 |
| JP3314620B2 JP3314620B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=26430916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18157396A Expired - Fee Related JP3314620B2 (ja) | 1996-04-11 | 1996-06-21 | 窒化物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3314620B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10321965A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-12-04 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2000068559A (ja) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | ＧａＮ系結晶基材およびその製造方法 |
| JP2000196142A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光素子 |
| JP2003092455A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-03-28 | Japan Science & Technology Corp | 半導体レーザ |
| JP2003530703A (ja) * | 2000-04-12 | 2003-10-14 | サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・レシェルシュ・サイエンティフィーク | ＧａＩｎＮからなる薄い半導体層およびその製造方法ならびにその半導体層を備えたＬＥＤさらにはこのＬＥＤを備えた照明デバイス |
| JP2005244209A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-09-08 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体積層物およびその製造方法 |
| JP2006210962A (ja) * | 2006-05-11 | 2006-08-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2008508720A (ja) * | 2004-07-27 | 2008-03-21 | クリー インコーポレイテッド | インジウムを含むキャッピング構造を有する第ｉｉｉ属窒化物ベースの量子井戸発光デバイス構造 |
| US7348600B2 (en) | 2003-10-20 | 2008-03-25 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device, and its fabrication process |
| JP2010010444A (ja) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子、ランプ及び半導体発光素子の製造方法 |
| KR101028286B1 (ko) * | 2009-12-28 | 2011-04-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| US8227268B2 (en) | 2001-05-30 | 2012-07-24 | Cree, Inc. | Methods of fabricating group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| JP2018006687A (ja) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | 国立大学法人京都大学 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2020021798A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-06-21 JP JP18157396A patent/JP3314620B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10321965A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-12-04 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2000068559A (ja) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | ＧａＮ系結晶基材およびその製造方法 |
| JP2000196142A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光素子 |
| JP2003530703A (ja) * | 2000-04-12 | 2003-10-14 | サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・レシェルシュ・サイエンティフィーク | ＧａＩｎＮからなる薄い半導体層およびその製造方法ならびにその半導体層を備えたＬＥＤさらにはこのＬＥＤを備えた照明デバイス |
| US8227268B2 (en) | 2001-05-30 | 2012-07-24 | Cree, Inc. | Methods of fabricating group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| US9112083B2 (en) | 2001-05-30 | 2015-08-18 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| US9054253B2 (en) | 2001-05-30 | 2015-06-09 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
| US8546787B2 (en) | 2001-05-30 | 2013-10-01 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
| JP2003092455A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-03-28 | Japan Science & Technology Corp | 半導体レーザ |
| US7348600B2 (en) | 2003-10-20 | 2008-03-25 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device, and its fabrication process |
| JP2005244209A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-09-08 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体積層物およびその製造方法 |
| JP4641812B2 (ja) * | 2004-01-29 | 2011-03-02 | 昭和電工株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体積層物およびその製造方法 |
| JP2008508720A (ja) * | 2004-07-27 | 2008-03-21 | クリー インコーポレイテッド | インジウムを含むキャッピング構造を有する第ｉｉｉ属窒化物ベースの量子井戸発光デバイス構造 |
| JP2006210962A (ja) * | 2006-05-11 | 2006-08-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2010010444A (ja) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子、ランプ及び半導体発光素子の製造方法 |
| KR101028286B1 (ko) * | 2009-12-28 | 2011-04-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| US8796705B2 (en) | 2009-12-28 | 2014-08-05 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device, light emitting device package and illumination system |
| US10283673B2 (en) | 2009-12-28 | 2019-05-07 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device, light emitting device package and illumination system |
| JP2018006687A (ja) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | 国立大学法人京都大学 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2020021798A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| US20210296527A1 (en) * | 2018-07-31 | 2021-09-23 | Nikkiso Co., Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting element and method for manufacturing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3314620B2 (ja) | 2002-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5998810A (en) | Semiconductor light-emitting diode having a p-type semiconductor layer formed on a light-emitting layer | |
| US6821800B2 (en) | Semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof | |
| JP3594826B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 | |
| US20020014631A1 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| US6452216B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and apparatus including the same | |
| US20110212560A1 (en) | Method for fabricating nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating epitaxial wafer | |
| JP2002231997A (ja) | 窒化物系半導体発光素子 | |
| JP3660446B2 (ja) | 窒化物半導体素子及びその製造方法 | |
| JPH1012969A (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP2000082676A (ja) | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法、発光素子およびその製造方法 | |
| JP3314620B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2001352098A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP3424465B2 (ja) | 窒化物半導体素子及び窒化物半導体の成長方法 | |
| JP2001308460A (ja) | 窒化物半導体レーザ素子とその光ピックアップ装置 | |
| JPH09148678A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3740744B2 (ja) | 半導体の成長方法 | |
| KR20110084296A (ko) | 발광 소자의 제조 방법 및 발광 소자 | |
| US20060081860A1 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting element and method of manufacturing the same | |
| JPH1041581A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP4683730B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子とこれを含む装置 | |
| JP3371830B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP4936598B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子とその製法 | |
| JP2004095724A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2001077417A (ja) | 窒素化合物半導体発光素子の製造方法 | |
| KR100586975B1 (ko) | 질화물 반도체 소자 및 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090607 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090607 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090607 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100607 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100607 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110607 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110607 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120607 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120607 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130607 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130607 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130607 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |