JPH10126004A - Semiconductor light emitting device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor light emitting device and its manufacturing method

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JPH10126004A
JPH10126004A JP28342296A JP28342296A JPH10126004A JP H10126004 A JPH10126004 A JP H10126004A JP 28342296 A JP28342296 A JP 28342296A JP 28342296 A JP28342296 A JP 28342296A JP H10126004 A JPH10126004 A JP H10126004A
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semiconductor light
semiconductor
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俊一 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a long-life and high luminous-efficiency semiconductor light emitting device which can be manufactured at a low growth temperature suitable for mixed crystal semiconductor including N, and its manufacturing method. SOLUTION: A semiconductor light emitting device 1 is fabricated by sequentially layering a clad layer 3 lattice-matched to a growth substrate 2 as an n-type GaAs layer and formed with an n-type InGaAsP layer having band-gap energy of 1.53eV, an active layer (light emitting layer) 4 as a Gaa In1-a Nb As1-b (0<b<c) layer which is the mixed crystal semiconductor including N, a clad layer 5 formed with a p-type InGaAsP layer, and a cap layer 6 formed with a p<+> type GaAs layer, on the growth substrate 2. The clad layers 3 and 5 is contact with the light emitting layer 4 do not include Al, which reduces occurrence of a non light-emission recombination center as a factor of deterioration, which may occur on the growth surface of a layer including Al by absorption of oxygen in a manufacturing device and a material container into the surface of the growth substrate 2, even at the low growth temperature suitable for the mixed crystal including N. Thus, the long-life and high luminous-efficiency N-V group mixed crystal semiconductor light emitting device 1 can be easily manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子及
び半導体発光素子の製造方法に関し、詳細には、半導体
レーザーや発光ダイオード等に用いる半導体発光素子及
びその半導体発光素子の製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a semiconductor light emitting device used for a semiconductor laser, a light emitting diode, and the like, and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】1.3μm帯、1.5μm帯の半導体レ
ーザーの材料としては、従来、InGaAsP/InP
系の材料が用いられている。また、光加入者システムを
普及させるためには、低コスト化が要望されており、半
導体レーザーの温度特性を改善して、電子冷却素子等を
使用せずに、かつ、注入電流を制御してパワーが一定に
なるように制御するAPC(オートパワーコントロー
ル)フリーのシステムの実現が研究されている。ところ
が、InGaAsP/InP系の材料は、材料的に伝導
帯のバンド不連続をあまり大きくできないため、キャリ
アがオーバーフローしやすく、また、その温度依存性が
大きいため、その実現が困難であった。
2. Description of the Related Art As materials for semiconductor lasers in the 1.3 μm band and the 1.5 μm band, conventionally, InGaAsP / InP is used.
System materials are used. In order to spread the optical subscriber system, cost reduction is demanded. By improving the temperature characteristics of the semiconductor laser, controlling the injection current without using an electronic cooling device or the like. The realization of an APC (auto power control) free system for controlling the power to be constant has been studied. However, since the InGaAsP / InP-based material cannot make the conduction band discontinuity so large in terms of material, carriers easily overflow, and its temperature dependence is large, so that it is difficult to realize the material.

【0003】最近、新規半導体材料として、V族にNを
含んだN系混晶半導体材料の研究が行われており、例え
ば、特開平6−334168号公報には、Si基板上に
III−V族混晶半導体素子を作成する手段として格子整
合系材料であるN系混晶半導体をエピタキシャル成長さ
せる技術が記載されている。この公報では、Si基板に
格子整合するGaN0.030.97クラッド層、GaNPと
GaNAsの歪超格子活性層を用いた半導体レーザーや
フォトダイオードが提案されている。
Recently, N-type mixed crystal semiconductor materials containing N in the V group have been studied as a novel semiconductor material. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-334168 discloses that
As a means for producing a group III-V mixed crystal semiconductor device, a technique for epitaxially growing an N-based mixed crystal semiconductor which is a lattice matching material is described. This publication proposes a semiconductor laser and a photodiode using a GaN 0.03 P 0.97 cladding layer lattice-matched to a Si substrate, and a strained superlattice active layer of GaNP and GaNAs.

【0004】この技術を用いると、Si基板上にIII −
V族混晶半導体素子をミスフィット転位を発生させるこ
となくエピタキシャル成長させることが可能となり、S
i電子素子とのモノリシック化も可能性がある。
[0004] Using this technique, III-
It becomes possible to epitaxially grow a group V mixed crystal semiconductor device without generating misfit dislocations,
Monolithic integration with i-electronic devices is also possible.

【0005】また、GaAs、InP及びGaP基板と
格子整合可能なInGaNAs、AlGaNAs、Ga
NAs等の混晶半導体の例も特開平6−037355公
報に記載されている。
Further, InGaNAs, AlGaNAs, and Ga can be lattice-matched with GaAs, InP, and GaP substrates.
Examples of mixed crystal semiconductors such as NAs are also described in JP-A-6-037355.

【0006】従来、GaAs基板に格子整合するIII −
V族半導体の中で、GaAsよりもバンドギャップエネ
ルギーが小さい材料は、存在しなかった。ところが、例
えば、InGaNAsは、GaAs基板に格子整合可能
であり、しかも少ないN組成では、GaAsよりもバン
ドギャップエネルギーが小さい材料が得られ、従来Ga
As基板上には形成が困難であったGaAsの発光波長
より長波長(1.3μm帯など)の発光素子が形成可能
であることが分かってきた。
Conventionally, III- which is lattice-matched to a GaAs substrate
Among the group V semiconductors, there was no material having a band gap energy lower than that of GaAs. However, for example, InGaNAs can be lattice-matched to a GaAs substrate, and with a small N composition, a material having a smaller band gap energy than GaAs can be obtained.
It has been found that a light-emitting element having a longer wavelength (e.g., 1.3 μm band) than the emission wavelength of GaAs, which has been difficult to form, can be formed on an As substrate.

【0007】しかしながら、InGaNAsは、GaA
sの発光波長よりも長波長の発光素子を形成可能である
が、組成と発光波長の関係等、その物性については、ほ
とんど報告されていない。
[0007] However, InGaNAs is made of GaAs.
Although it is possible to form a light-emitting element having a wavelength longer than the emission wavelength of s, almost no physical properties such as the relationship between the composition and the emission wavelength have been reported.

【0008】ただ、積層構造については、Abstracts of
the 1995 International Conferen-ce on Solid State
Devicies and Materials 予稿集(p1016〜p10
18)に示されている。これによると、InGaNAs
活性層に対してバンドギャップエネルギーの大きいAl
GaAsをクラッド層とする提案が示されている。この
予稿集の中で、InGaNAs活性層とAlGaAsク
ラッド層は、直接接した構造となっている。この材料系
では、伝導帯のバンド不連続が大きいので、注入キャリ
アをInGaNAs活性層に効率よく閉じ込めることが
でき、従来のInGaAsP/InP系材料の長波長レ
ーザーの欠点であった悪い温度特性を著しく改善するこ
とができ、また、高出力(ハイパワー)も可能となっ
た。
However, regarding the laminated structure, the Abstracts of
the 1995 International Conferen-ce on Solid State
Devicies and Materials Proceedings (p1016 ~ p10
18). According to this, InGaNAs
Al having a large band gap energy with respect to the active layer
There is a proposal for using GaAs as a cladding layer. In this proceedings, the InGaNAs active layer and the AlGaAs cladding layer have a direct contact structure. In this material system, since the band discontinuity of the conduction band is large, the injected carriers can be efficiently confined in the InGaNAs active layer, and the bad temperature characteristic which is a disadvantage of the conventional long wavelength laser of the InGaAsP / InP material is remarkably reduced. It was possible to improve, and high output (high power) became possible.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、III −
V族半導体においては、InGaAsは、成長温度が高
いと、Nが基板表面から離脱しやすく、N組成の大きい
膜を形成しにくいので、低温成長(例えば、680℃以
下)する必要があるのに対して、逆に、AlGaAs
は、Alが活性であるので、低温成長では、素子特性に
悪影響を及ぼすO(酸素)不純物が膜中に取り込まれや
すく、高温(例えば、750℃以上)で成長することが
望ましい。
However, III-
In InGaAs, if InGaAs is grown at a high growth temperature, N is easily separated from the substrate surface and it is difficult to form a film having a large N composition. Therefore, it is necessary to perform low-temperature growth (for example, 680 ° C. or lower). On the other hand, on the contrary, AlGaAs
Since Al is active, O (oxygen) impurities, which adversely affect device characteristics, are likely to be taken into the film during low-temperature growth, and it is desirable to grow at a high temperature (for example, 750 ° C. or higher).

【0010】すなわち、InGaNAs活性層とAlG
aAsクラッド層が直接接した構造を成長させようとす
ると、下部のAlGaAsクラッド層の成長後に、In
GaNAsを成長させるために基板の温度を下げたと
き、AlGaAs表面に製造装置内及び原料ボンベ内の
O(酸素)が取り込まれ、発光効率や素子寿命に悪影響
を及ぼすことが分かった。
That is, an InGaNAs active layer and an AlG
If an attempt is made to grow a structure in which the aAs cladding layer is in direct contact, after the growth of the lower AlGaAs cladding layer,
It was found that when the temperature of the substrate was lowered in order to grow GaNAs, O (oxygen) in the manufacturing apparatus and the raw material cylinder was taken into the AlGaAs surface, which had a bad influence on the luminous efficiency and the element life.

【0011】そこで、InGaNAs活性層の成長温度
を高くすると、N組成が低下し、必要なN組成が得られ
なくなる場合が生じるという問題点があった。これは、
V族にNを含んだN系混晶半導体材料特有の問題であ
る。
[0011] Therefore, when the growth temperature of the InGaNAs active layer is increased, there is a problem that the N composition decreases and a required N composition cannot be obtained. this is,
This is a problem peculiar to an N-based mixed crystal semiconductor material containing N in Group V.

【0012】そこで、請求項1記載の発明は、V族にN
を含んだN系混晶半導体材料を活性層とした半導体発光
素子において、発光層を、Nを含む混晶半導体Gaa
1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、0
≦c<1)層で形成し、発光層と直接接するクラッド
層、ガイド層あるいはバリア層を、Alを含まない半導
体層で形成することにより、Nを含む混晶半導体に適し
た低い成長温度においても、Alを含んだ層の成長表面
に製造装置内や原料ボンベ内のO(酸素)が取り込まれ
て素子の劣化の起源となる非発光再結合センターを低減
させ、発光効率が高く、寿命の長い半導体発光素子を提
供することを目的としている。
Therefore, the present invention according to claim 1 provides the group V with N
In a semiconductor light emitting device in which an N-based mixed crystal semiconductor material containing N is used as an active layer, an N-containing mixed crystal semiconductor Ga a I
n 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,0
≦ c <1) layer, and the cladding layer, the guide layer or the barrier layer which is in direct contact with the light emitting layer is formed of a semiconductor layer which does not contain Al at a low growth temperature suitable for a mixed crystal semiconductor containing N. In addition, O (oxygen) in the manufacturing apparatus or the raw material cylinder is taken into the growth surface of the layer containing Al to reduce non-radiative recombination centers which cause deterioration of the device, thereby increasing luminous efficiency and improving lifetime. It is intended to provide a long semiconductor light emitting device.

【0013】請求項2記載の発明は、V族にNを含んだ
N系混晶半導体材料を活性層としGaAs基板上に形成
される半導体発光素子において、発光層を、Nを含む混
晶半導体GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、
0<b<1、0≦c<1)層で形成し、発光層と直接接
するクラッド層、ガイド層あるいはバリア層を、発光層
よりもバンドギャップエネルギーの大きいGadIn1-d
eAsf1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<
1)層で形成することにより、GaAs基板上にAlを
含まない系でヘテロ構造を作製し、発光効率が高く、寿
命の長い半導体発光素子を提供することを目的としてい
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device formed on a GaAs substrate using an N-based mixed crystal semiconductor material containing N in group V as an active layer, wherein the light emitting layer is formed of a mixed crystal semiconductor containing N. Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,
0 <b <1, 0 ≦ c <1) layer, and a clad layer, a guide layer or a barrier layer which is in direct contact with the light emitting layer is made of Ga d In 1-d having a larger band gap energy than the light emitting layer.
N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f <
1) By forming a layer, a heterostructure is formed on a GaAs substrate in a system not containing Al, and an object thereof is to provide a semiconductor light-emitting element having high luminous efficiency and long life.

【0014】請求項3記載の発明は、発光層を、Gaa
In1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、
0≦c<1)層で形成し、バリア層及びガイド層を、G
d 1-deAsf1-e-f(0≦d≦1、0≦e<
1、0≦f<1)層で形成し、クラッド層を、バリア層
及びガイド層よりもバンドギャップエネルギーの大きい
GavIn1-vAsw1-w(0<v≦1、0≦w≦1)層
で形成することにより、Alを含まない系で多重量子井
戸を用いた素子を形成し、GaInNAsP層と接する
層をAlを含まない層、すなわち、活性領域(発光層と
発光層に接する層)に活性なAlを含まない層で形成し
て、発光効率が高く、寿命の長い半導体発光素子を提供
することを目的としている。
According to a third aspect of the present invention, the light emitting layer is made of Gaa
In1-aNbAscP1-bc(0 ≦ a ≦ 1, 0 <b <1,
0 ≦ c <1) layer, and the barrier layer and the guide layer
adI n1-dNeAsfP1-ef(0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <
1, 0 ≦ f <1) layer and the cladding layer is a barrier layer
And higher band gap energy than guide layer
GavIn1-vAswP1-w(0 <v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1) layer
By using a multi-quantum well in an Al-free system
Form an element using a door and make contact with the GaInNAsP layer
A layer containing no Al, that is, an active region (a light emitting layer and
(A layer in contact with the light emitting layer)
To provide semiconductor light emitting devices with high luminous efficiency and long life
It is intended to be.

【0015】請求項4記載の発明は、発光層を、Gaa
In1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、
0≦c<1)層で形成し、バリア層を、GadIn1-d
eAsf1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<
1)層で形成し、ガイド層を、発光層よりもバンドギャ
ップエネルギーの大きいGaxIn1-xAsy1-y(0<
x≦1、0≦y≦1)層で形成し、クラッド層を、バリ
ア層及びガイド層よりもバンドギャップエネルギーの大
きいAluGa1-uAs(0<u≦1)層で形成すること
により、GaInNAsP層と接する層を、Alを含ま
ない層、すなわち、活性領域(発光層と発光層に接する
層)に活性なAlを含んでいない層とし、発光効率が高
く、寿命の長い半導体発光素子を提供するとともに、キ
ャリアと光の閉じ込め効率が良好で、閾電流密度が低
く、発光効率の高い半導体発光素子を提供し、かつ、熱
抵抗率の小さいAlGaAsをクラッド層に用いること
により、素子動作時の活性領域の温度上昇を抑制して、
発光効率の低下等の特性の悪化をさらに低減することの
できる半導体発光素子を提供することを目的としてい
る。
According to a fourth aspect of the present invention, the light emitting layer is made of Ga a
In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,
0 ≦ c <1) layer, and the barrier layer is Ga d In 1-d N
e As f P 1-ef ( 0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f <
1) is formed by layer, the guide layer, than the light emitting layer of the band gap energy larger Ga x In 1-x As y P 1-y (0 <
x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) layers, and the cladding layer is formed of an Al u Ga 1-u As (0 <u ≦ 1) layer having a larger band gap energy than the barrier layer and the guide layer. Thus, the layer in contact with the GaInNAsP layer is a layer containing no Al, that is, a layer not containing active Al in the active region (a layer in contact with the light emitting layer and the light emitting layer). In addition to providing an element, a semiconductor light-emitting element having good carrier and light confinement efficiency, low threshold current density, and high luminous efficiency, and using AlGaAs having a small thermal resistivity for the cladding layer, Suppress the temperature rise of the active region during operation,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device that can further reduce deterioration in characteristics such as reduction in luminous efficiency.

【0016】請求項5記載の発明は、発光層を、Gaa
In1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、
0≦c<1)層で形成し、バリア層を、GadIn1-d
eAsf1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<
1)層で形成し、ガイド層を、発光層よりもバンドギャ
ップエネルギーの大きいGaxIn1-xAsy1-y(0<
x≦1、0≦y≦1)層で形成し、クラッド層を、バリ
ア層及びガイド層よりもバンドギャップエネルギーの大
きいInsGatAl1-s-t (0<s<1、0≦t<
1)層で形成することにより、GaInNAsP層と接
する層を、Alを含まない層、すなわち、活性領域(発
光層と発光層に接する層)に活性なAlを含んでいない
層とし、発光効率が高く、寿命の長い半導体発光素子を
提供するとともに、キャリアと光の閉じ込め効率が良好
で、閾電流密度が低く、発光効率の高い半導体発光素子
を提供し、かつ、AlGaAs系は、わずかにGaAs
基板に対し格子定数がずれるが、InGaAlP系を用
いることで、完全に格子整合させることのできる半導体
発光素子を提供することを目的としている。
According to a fifth aspect of the present invention, the light emitting layer is formed of Ga a
In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,
0 ≦ c <1) layer, and the barrier layer is Ga d In 1-d N
e As f P 1-ef ( 0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f <
1) is formed by layer, the guide layer, than the light emitting layer of the band gap energy larger Ga x In 1-x As y P 1-y (0 <
x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) formed by a layer, the cladding layer, a large In s Ga t Al 1-st P of the band gap energy than the barrier layer and the guide layer (0 <s <1, 0 ≦ t <
1) By forming a layer, the layer in contact with the GaInNAsP layer is a layer containing no Al, that is, a layer containing no active Al in the active region (the layer in contact with the light emitting layer and the light emitting layer), and the luminous efficiency is improved. In addition to providing a semiconductor light emitting device having a high lifetime and a long life, a semiconductor light emitting device having good carrier and light confinement efficiency, a low threshold current density, and a high light emission efficiency is provided, and the AlGaAs system is slightly GaAs.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor light-emitting device that can be completely lattice-matched by using an InGaAlP-based material although the lattice constant is shifted from the substrate.

【0017】請求項6記載の発明は、発光層が、ミスフ
ィット転位の発生する臨界歪量以内の格子歪を有してい
るものとすることにより、N組成を小さくして、作製が
容易で、かつ、N組成の増加に伴う結晶性の低下を抑制
して、発光効率の良好な半導体発光素子を提供すること
を目的としている。
According to a sixth aspect of the present invention, the light emitting layer has a lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocation occurs, thereby reducing the N composition and facilitating fabrication. It is another object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device having good luminous efficiency by suppressing a decrease in crystallinity due to an increase in the N composition.

【0018】請求項7記載の発明は、発光層が、ミスフ
ィット転位の発生する臨界歪量以内の圧縮格子歪を有
し、バリア層が、ミスフィット転位の発生する臨界歪量
以内の引っ張り格子歪を有しているものとすることによ
り、AlGaAsをバリア層とした場合にはできなかっ
た歪補償型の量子井戸素子とし、井戸層(発光層)の歪
を補償して、適正な歪量を持つ組成に制御し、井戸層の
組成の自由度を大きくしたり、井戸層の数を多くして、
発光効率が高く、寿命の長い製造が容易な半導体発光素
子を提供することを目的としている。
According to a seventh aspect of the present invention, the light emitting layer has a compressive lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocations occur, and the barrier layer has a tensile lattice strain at a critical strain amount at which misfit dislocations occur. By having the strain, a strain-compensated quantum well element, which could not be obtained when AlGaAs was used as the barrier layer, is compensated for the strain of the well layer (light emitting layer), and the appropriate amount of strain is obtained. To increase the degree of freedom of the composition of the well layer or increase the number of well layers,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device having a high luminous efficiency and a long life and easy to manufacture.

【0019】請求項8記載の発明は、発光層が、ミスフ
ィット転位の発生する臨界歪量以内の引っ張り格子歪を
有し、バリア層が、ミスフィット転位の発生する臨界歪
量以内の圧縮格子歪を有しているものとすることによ
り、AlGaAsをバリア層とした場合にはできなかっ
た歪補償型の量子井戸素子として、井戸層(発光層)の
歪を補償して、適正な歪量を持つ組成に制御し、井戸層
の組成の自由度を大きくしたり、井戸層の数を多くし
て、発光効率が高く、寿命の長い、製造が容易な半導体
発光素子を提供することを目的としている。
The invention according to claim 8 is characterized in that the light-emitting layer has a tensile lattice strain within a critical strain amount at which a misfit dislocation occurs, and the barrier layer has a compression lattice within a critical strain amount at which a misfit dislocation occurs. By having the strain, the strain of the well layer (light emitting layer) is compensated for as a strain compensation type quantum well element that cannot be obtained when AlGaAs is used as the barrier layer, and an appropriate amount of strain is obtained. The purpose of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that has a high luminous efficiency, a long life, and is easy to manufacture by controlling the composition to have a high degree of freedom and increasing the degree of freedom in the composition of the well layer. And

【0020】請求項9記載の発明は、発光層を、Nを含
む混晶半導体であるGaaIn1-abAs1-b(0<b<
1)層で形成し、該発光層のIn組成(1−a)が、1
1%より大きく、格子定数が、GaAs基板より大き
く、発光波長が、1.3μm帯であるものとすることに
より、格子整合系に比較してN組成を小さくしても一定
波長を形成でき、再生が容易であるとともに、N組成増
加に伴う結晶性の低下を抑制して、発光効率を向上させ
ることができ、光ファイバー通信用光源に適用すること
のできる半導体発光素子を提供することを目的としてい
る。
[0020] The invention of claim 9, wherein the light-emitting layer, Ga a In 1-a N b As 1-b (0 is a mixed crystal semiconductor containing N <b <
1) The light emitting layer is formed of a layer, and the In composition (1-a) of the light emitting layer is 1
By setting the lattice constant larger than 1%, the lattice constant larger than that of the GaAs substrate, and the emission wavelength in the 1.3 μm band, a constant wavelength can be formed even if the N composition is smaller than that of the lattice matching system. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device that can be easily reproduced, suppresses a decrease in crystallinity due to an increase in the N composition, improves luminous efficiency, and can be applied to a light source for optical fiber communication. I have.

【0021】請求項10記載の発明は、Nを含んだGa
dIn1-deAsf1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、
0≦f<1)層からなるクラッド層、ガイド層あるいは
バリア層を、P原料供給の有無あるいはP原料の供給量
の増減して、そのP組成が発光層のP組成よりも大きい
層に形成することにより、他のV族原料に比べて一般に
供給量の多いNの原料を発光層とバリア層の成長時に供
給したり、供給を止めたりする必要がなくなり、例え
ば、気相成長のような場合には、ガスの流れの乱れが抑
えられ、界面の制御を容易に行うことができ、発光効率
が高く、寿命の長い半導体発光素子を容易に製造するこ
とのできる半導体発光素子の製造方法を提供することを
目的としている。
According to a tenth aspect of the present invention, Ga containing N is contained.
d In 1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,
A cladding layer, a guide layer, or a barrier layer composed of 0 ≦ f <1) layers is formed as a layer having a P composition larger than the P composition of the light emitting layer by the presence or absence of the supply of the P material or by increasing or decreasing the supply amount of the P material. By doing so, it is not necessary to supply or stop the supply of the N source, which is generally supplied in a larger amount than the other group V sources, during the growth of the light emitting layer and the barrier layer. In this case, a method of manufacturing a semiconductor light-emitting element capable of easily manufacturing a semiconductor light-emitting element in which turbulence of a gas flow is suppressed, an interface can be easily controlled, a luminous efficiency is high, and a long lifetime is easily achieved. It is intended to provide.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の半
導体発光素子は、発光層とクラッド層、発光層とガイド
層とクラッド層、あるいは、発光層とバリア層とガイド
層とクラッド層が積層された積層構造からなる半導体発
光素子において、前記発光層は、Nを含む混晶半導体G
aIn1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<b<
1、0≦c<1)層で形成され、前記発光層と直接接す
る前記クラッド層、前記ガイド層あるいは前記バリア層
は、Alを含まない半導体層で形成されていることによ
り、上記目的を達成している。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device comprising a light emitting layer and a cladding layer, a light emitting layer and a guide layer and a cladding layer, or a light emitting layer, a barrier layer, a guide layer and a cladding layer. In the semiconductor light emitting device having a stacked structure, the light emitting layer is a mixed crystal semiconductor containing N.
a a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <
1, 0 ≦ c <1), and the cladding layer, the guide layer, or the barrier layer which is in direct contact with the light emitting layer is formed of a semiconductor layer containing no Al, thereby achieving the above object. doing.

【0023】上記構成によれば、V族にNを含んだN系
混晶半導体材料を活性層とした半導体発光素子におい
て、発光層を、Nを含む混晶半導体GaaIn1-ab
c1- b-c (0≦a≦1、0<b<1、0≦c<1)
層で形成し、発光層と直接接するクラッド層、ガイド層
あるいはバリア層を、Alを含まない半導体層で形成し
ているので、Nを含む混晶半導体に適した低い成長温度
においても、Alを含んだ層の成長表面に製造装置内や
原料ボンベ内のO(酸素)が取り込まれて素子の劣化の
起源となる非発光再結合センターを低減させることがで
き、半導体発光素子を発光効率が高く、寿命の長いもの
とすることができる。
According to the above configuration, in a semiconductor light emitting device in which an N-based mixed crystal semiconductor material containing N in Group V is used as an active layer, the light emitting layer is made of an N-containing mixed crystal semiconductor Ga a In 1-a N b. A
s c P 1- bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,0 ≦ c <1)
Since the cladding layer, the guide layer, or the barrier layer which is formed of a layer and is in direct contact with the light emitting layer is formed of a semiconductor layer containing no Al, even at a low growth temperature suitable for a mixed crystal semiconductor containing N, Al O (oxygen) in the manufacturing apparatus or the raw material cylinder is taken into the growth surface of the layer containing the non-radiative recombination center, which is a source of deterioration of the device, and the semiconductor light emitting device has high luminous efficiency. , And have a long life.

【0024】請求項2記載の発明の半導体発光素子は、
発光層とクラッド層、発光層とガイド層とクラッド層、
あるいは、発光層とバリア層とガイド層とクラッド層が
積層された積層構造からなり、GaAs基板上に形成さ
れる半導体発光素子において、前記発光層は、Nを含む
混晶半導体GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦a≦
1、0<b<1、0≦c<1)層で形成され、前記発光
層と直接接する前記クラッド層、前記ガイド層あるいは
前記バリア層は、該発光層よりもバンドギャップエネル
ギーの大きいGadIn1-deAsf1-e-f (0≦d≦
1、0≦e<1、0≦f<1)層で形成されていること
により、上記目的を達成している。
The semiconductor light emitting device according to the second aspect of the present invention
Light emitting layer and cladding layer, light emitting layer and guide layer and cladding layer,
Alternatively, in a semiconductor light emitting device having a stacked structure in which a light emitting layer, a barrier layer, a guide layer, and a clad layer are stacked, and formed on a GaAs substrate, the light emitting layer is a mixed crystal semiconductor containing N, Ga a In 1−. a N b As c P 1- bc (0 ≦ a ≦
1, 0 <b <formed by 1,0 ≦ c <1) layer, the clad layer in direct contact with the luminescent layer, the guide layer or the barrier layer is greater Ga d bandgap energy than the light-emitting layer In 1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦
The object is achieved by being formed of 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f <1) layers.

【0025】上記構成によれば、V族にNを含んだN系
混晶半導体材料を活性層としGaAs基板上に形成され
る半導体発光素子において、発光層を、Nを含む混晶半
導体GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<
b<1、0≦c<1)層で形成し、発光層と直接接する
クラッド層、ガイド層あるいはバリア層を、発光層より
もバンドギャップエネルギーの大きいGadIn1-de
Asf1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<
1)層で形成しているので、GaAs基板上にAlを含
まない系でヘテロ構造を作製することができ、半導体発
光素子を発光効率が高く、寿命の長いものとすることが
できる。
According to the above configuration, in the semiconductor light emitting element formed on a GaAs substrate and the N-based mixed crystal semiconductor material containing N V group and the active layer, the light-emitting layer, a mixed crystal semiconductor Ga a containing N In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <
b <formed by 1,0 ≦ c <1) layer, the light emitting layer directly in contact with the cladding layer, a guide layer or the barrier layer, a large Ga d In 1-d N e of the band gap energy than the light-emitting layer
As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f <
1) Since it is formed of layers, a heterostructure can be formed on a GaAs substrate in a system containing no Al, and the semiconductor light emitting device can have high luminous efficiency and long life.

【0026】請求項3記載の発明の半導体発光素子は、
前記発光層は、GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦
a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成され、前記
バリア層及び前記ガイド層は、GadIn1-deAsf
1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)層で形
成され、前記クラッド層は、前記バリア層及び前記ガイ
ド層よりもバンドギャップエネルギーの大きいGav
1-vAsw1-w(0<v≦1、0≦w≦1)層で形成
されていることにより、上記目的を達成している。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device.
The EML, Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦
It is formed by a ≦ 1,0 <b <1,0 ≦ c <1) layer, the barrier layer and the guide layer, Ga d In 1-d N e As f P
1-ef (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1) layers, and the cladding layer has a Ga v I having a larger band gap energy than the barrier layer and the guide layer.
By being formed in n 1-v As w P 1 -w (0 <v ≦ 1,0 ≦ w ≦ 1) layer, has achieved the above objects.

【0027】上記構成によれば、発光層を、GaaIn
1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、0≦
c<1)層で形成し、バリア層及びガイド層を、Gad
In1-deAsf1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、
0≦f<1)層で形成し、クラッド層を、バリア層及び
ガイド層よりもバンドギャップエネルギーの大きいGa
vIn1-vAsw1-w (0<v≦1、0≦w≦1)層で
形成しているので、Alを含まない系で多重量子井戸を
用いた素子を形成することができ、GaInNAsP層
と接する層をAlを含まない層、すなわち、活性領域
(発光層と発光層に接する層)に活性なAlを含まない
層で形成することができる。したがって、半導体発光素
子を発光効率が高く、寿命の長いものとすることができ
る。
According to the above configuration, the light emitting layer is formed of Ga a In
1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,0 ≦
formed of c <1) layer, the barrier layer and the guide layer, Ga d
In 1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,
0 ≦ f <1) layer, and the clad layer is made of Ga having a band gap energy larger than that of the barrier layer and the guide layer.
v since In 1-v As w P 1 -w are formed by (0 <v ≦ 1,0 ≦ w ≦ 1) layer, to form a device using a multi-quantum well in systems that do not contain Al The layer in contact with the GaInNAsP layer can be formed of a layer containing no Al, that is, a layer containing no active Al in the active region (the light emitting layer and the layer in contact with the light emitting layer). Therefore, the semiconductor light emitting element can have high luminous efficiency and long life.

【0028】請求項4記載の発明の半導体発光素子は、
前記発光層は、GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦
a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成され、前記
バリア層は、GadIn1-deAsf1-e-f (0≦d≦
1、0≦e<1、0≦f<1)層で形成され、前記ガイ
ド層は、前記発光層よりもバンドギャップエネルギーの
大きいGaxIn1-xAsy1-y(0<x≦1、0≦y≦
1)層で形成され、前記クラッド層は、前記バリア層及
び前記ガイド層よりもバンドギャップエネルギーの大き
いAluGa1-uAs(0<u≦1)層で形成されている
ことにより、上記目的を達成している。
The semiconductor light emitting device according to the fourth aspect of the present invention
The EML, Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦
It is formed by a ≦ 1,0 <b <1,0 ≦ c <1) layer, the barrier layer, Ga d In 1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦
Formed by 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f < 1) layer, the guide layer, the larger band gap energy than the light emitting layer Ga x In 1-x As y P 1-y (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
1) The clad layer is formed of an Al u Ga 1-u As (0 <u ≦ 1) layer having a band gap energy larger than that of the barrier layer and the guide layer. You have achieved your goal.

【0029】上記構成によれば、発光層を、GaaIn
1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、0≦
c<1)層で形成し、バリア層を、GadIn1-de
f1- e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)
層で形成し、ガイド層を、発光層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きいGaxIn1-xAsy1-y(0<x≦
1、0≦y≦1)層で形成し、クラッド層を、バリア層
及びガイド層よりもバンドギャップエネルギーの大きい
AluGa1-uAs(0<u≦1)層で形成しているの
で、GaInNAsP層と接する層を、Alを含まない
層、すなわち、活性領域(発光層と発光層に接する層)
に活性なAlを含んでいない層とすることができ、発光
効率が高く、寿命の長い半導体発光素子を提供すること
ができるとともに、キャリアと光の閉じ込め効率が良好
で、閾電流密度が低く、発光効率の高い半導体発光素子
を提供することができ、かつ、熱抵抗率の小さいAlG
aAsをクラッド層に用いているので、素子動作時の活
性領域の温度上昇を抑制することができ、発光効率の低
下等の特性の悪化をさらに低減させることができる。
According to the above configuration, the light emitting layer is formed of Ga a In
1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,0 ≦
formed of c <1) layer, a barrier layer, Ga d In 1-d N e A
s f P 1- ef (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1)
Forming a layer, the guide layer, than the light emitting layer of the band gap energy larger Ga x In 1-x As y P 1-y (0 <x ≦
1, 0 ≦ y ≦ 1) layer, and the clad layer is formed of an Al u Ga 1-u As (0 <u ≦ 1) layer having a larger band gap energy than the barrier layer and the guide layer. , The layer in contact with the GaInNAsP layer is a layer containing no Al, that is, an active region (a layer in contact with the light emitting layer and the light emitting layer).
A layer that does not contain active Al, has a high luminous efficiency, and can provide a semiconductor light-emitting element with a long lifetime, good carrier-light confinement efficiency, low threshold current density, A semiconductor light emitting device having high luminous efficiency can be provided, and AlG having a small thermal resistivity
Since aAs is used for the cladding layer, a rise in the temperature of the active region during operation of the device can be suppressed, and deterioration in characteristics such as a decrease in luminous efficiency can be further reduced.

【0030】請求項5記載の発明の半導体発光素子は、
前記発光層は、GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦
a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成され、前記
バリア層は、GadIn1-deAsf1-e-f (0≦d≦
1、0≦e<1、0≦f<1)層で形成され、前記ガイ
ド層は、前記発光層よりもバンドギャップエネルギーの
大きいGaxIn1-xAsy1-y(0<x≦1、0≦y≦
1)層で形成され、前記クラッド層は、前記バリア層及
び前記ガイド層よりもバンドギャップエネルギーの大き
いInsGatAl1-s-t (0<s<1、0≦t<1)
層で形成されていることにより、上記目的を達成してい
る。
The semiconductor light emitting device according to the invention of claim 5 is
The EML, Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦
It is formed by a ≦ 1,0 <b <1,0 ≦ c <1) layer, the barrier layer, Ga d In 1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦
Formed by 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f < 1) layer, the guide layer, the larger band gap energy than the light emitting layer Ga x In 1-x As y P 1-y (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
Formed by 1) layer, the cladding layer is larger In s Ga t Al 1-st P band gap energy than the barrier layer and the guide layer (0 <s <1, 0 ≦ t <1)
The above object is achieved by being formed of a layer.

【0031】上記構成によれば、発光層を、GaaIn
1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、0≦
c<1)層で形成し、バリア層を、GadIn1-de
f1- e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)
層で形成し、ガイド層を、発光層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きいGaxIn1-xAsy1-y(0<x≦
1、0≦y≦1)層で形成し、クラッド層を、バリア層
及びガイド層よりもバンドギャップエネルギーの大きい
InsGatAl1-s-t (0<s<1、0≦t<1)層
で形成しているので、GaInNAsP層と接する層
を、Alを含まない層、すなわち、活性領域(発光層と
発光層に接する層)に活性なAlを含んでいない層とす
ることができ、半導体発光素子を発光効率が高く、寿命
の長いものとすることができるとともに、キャリアと光
の閉じ込め効率が良好で、閾電流密度が低く、発光効率
の高い半導体発光素子を提供することができ、かつ、A
lGaAs系は、わずかにGaAs基板に対し格子定数
がずれるが、InGaAlP系を用いると、完全に格子
整合させることができる。
According to the above structure, the light emitting layer is formed of Ga a In
1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,0 ≦
formed of c <1) layer, a barrier layer, Ga d In 1-d N e A
s f P 1- ef (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1)
Forming a layer, the guide layer, than the light emitting layer of the band gap energy larger Ga x In 1-x As y P 1-y (0 <x ≦
1,0 ≦ y ≦ 1) formed by a layer, the cladding layer, a large In s Ga t Al 1-st P of the band gap energy than the barrier layer and the guide layer (0 <s <1, 0 ≦ t <1), the layer in contact with the GaInNAsP layer is changed to a layer containing no Al, that is, an active region (a layer in contact with the light emitting layer and the light emitting layer). A layer that does not contain any Al, the semiconductor light emitting element can have a high luminous efficiency and a long life, have a good carrier and light confinement efficiency, a low threshold current density, A highly efficient semiconductor light emitting device can be provided, and A
Although the lattice constant of the lGaAs system slightly deviates from that of the GaAs substrate, complete lattice matching can be achieved by using the InGaAlP system.

【0032】請求項6記載の発明の半導体発光素子は、
前記GaaIn1-abAsc1-b-c(0≦a≦1、0<
b<1、0≦c<1)層で形成された前記発光層は、ミ
スフィット転位の発生する臨界歪量以内の格子歪を有し
ていることにより、上記目的を達成している。
The semiconductor light emitting device according to the invention of claim 6 is:
The Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <
The light-emitting layer formed of b <1, 0 ≦ c <1) achieves the above object by having a lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocation occurs.

【0033】上記構成によれば、発光層が、ミスフィッ
ト転位の発生する臨界歪量以内の格子歪を有しているの
で、N組成を小さくすることができ、作製が容易で、か
つ、N組成の増加に伴う結晶性の低下を抑制することが
できる。したがって、発光効率をより一層向上させるこ
とができる。
According to the above structure, since the light emitting layer has a lattice strain within the critical strain amount at which misfit dislocation occurs, the N composition can be reduced, the fabrication is easy, and the N A decrease in crystallinity with an increase in the composition can be suppressed. Therefore, the luminous efficiency can be further improved.

【0034】請求項7記載の発明の半導体発光素子は、
前記GaaIn1-abAsc1-b-c(0≦a≦1、0<
b<1、0≦c<1)層で形成された前記発光層は、ミ
スフィット転位の発生する臨界歪量以内の圧縮格子歪を
有し、GadIn1-deAsf1-e-f(0≦d≦1、0
≦e<1、0≦f<1)層で形成された前記バリア層
は、ミスフィット転位の発生する臨界歪量以内の引っ張
り格子歪を有していることにより、上記目的を達成して
いる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device comprising:
The Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <
b <1,0 ≦ c <1) layer and the light-emitting layer formed by has a compressive lattice strain within the critical strain amount generated of misfit dislocations, Ga d In 1-d N e As f P 1 -ef (0 ≦ d ≦ 1,0
The barrier layer formed of ≦ e <1, 0 ≦ f <1) achieves the above object by having a tensile lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocation occurs. .

【0035】上記構成によれば、発光層が、ミスフィッ
ト転位の発生する臨界歪量以内の圧縮格子歪を有し、バ
リア層が、ミスフィット転位の発生する臨界歪量以内の
引っ張り格子歪を有しているので、AlGaAsをバリ
ア層とした場合にはできなかった歪補償型の量子井戸素
子とすることができ、井戸層(発光層)の歪を補償し
て、適正な歪量を持つ組成に制御し、井戸層の組成の自
由度を大きくしたり、井戸層の数を多くすることができ
る。したがって、半導体発光素子を、製造が容易で、発
光効率が高く、かつ、寿命の長いものとすることができ
る。
According to the above structure, the light emitting layer has a compressive lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocations occur, and the barrier layer has a tensile lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocations occur. Therefore, it is possible to obtain a strain-compensated quantum well element that could not be obtained when AlGaAs was used as the barrier layer, and to compensate for the strain in the well layer (light-emitting layer) and have an appropriate amount of strain. By controlling the composition, the degree of freedom of the composition of the well layer can be increased, and the number of well layers can be increased. Therefore, the semiconductor light emitting device can be easily manufactured, have high luminous efficiency, and have a long life.

【0036】請求項8記載の発明の半導体発光素子は、
前記GaaIn1-abAsc1-b-c(0≦a≦1、0<
b<1、0≦c<1)層で形成された前記発光層は、ミ
スフィット転位の発生する臨界歪量以内の引っ張り格子
歪を有し、GadIn1-deAsf1-e-f(0≦d≦
1、0≦e<1、0≦f<1)層で形成された前記バリ
ア層は、ミスフィット転位の発生する臨界歪量以内の圧
縮格子歪を有していることにより、上記目的を達成して
いる。
The semiconductor light emitting device of the invention according to claim 8 is:
The Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <
b <1,0 ≦ c <1) layer and the light-emitting layer formed by has a tensile lattice strain within the critical strain amount generated of misfit dislocations, Ga d In 1-d N e As f P 1 -ef (0 ≦ d ≦
The above-mentioned object is achieved because the barrier layer formed of 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f <1) layer has a compression lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocation occurs. doing.

【0037】上記構成によれば、発光層が、ミスフィッ
ト転位の発生する臨界歪量以内の引っ張り格子歪を有
し、バリア層が、ミスフィット転位の発生する臨界歪量
以内の圧縮格子歪を有しているので、AlGaAsをバ
リア層とした場合にはできなかった歪補償型の量子井戸
素子とすることができ、井戸層(発光層)の歪を補償し
て、適正な歪量を持つ組成に制御し、井戸層の組成の自
由度を大きくしたり、井戸層の数を多くすることができ
る。したがって、半導体発光素子を、製造が容易で、発
光効率が高く、かつ、寿命の長いものとすることができ
る。
According to the above configuration, the light emitting layer has a tensile lattice strain within the critical strain amount at which misfit dislocations occur, and the barrier layer has a compressive lattice strain within the critical strain amount at which misfit dislocations occur. Therefore, it is possible to obtain a strain-compensated quantum well element that could not be obtained when AlGaAs was used as the barrier layer, and to compensate for the strain in the well layer (light-emitting layer) and have an appropriate amount of strain. By controlling the composition, the degree of freedom of the composition of the well layer can be increased, and the number of well layers can be increased. Therefore, the semiconductor light emitting device can be easily manufactured, have high luminous efficiency, and have a long life.

【0038】請求項9記載の発明の半導体発光素子は、
前記発光層は、Nを含む混晶半導体であるGaaIn1-a
bAs1-b(0<b<1)層で形成され、該発光層のI
n組成(1−a)が、11%より大きく、格子定数が、
GaAs基板より大きく、発光波長が、1.3μm帯で
あるものとすることにより、上記目的を達成している。
The semiconductor light emitting device according to the ninth aspect of the present invention
The light emitting layer is a Ga a In 1-a which is a mixed crystal semiconductor containing N.
N b As 1-b are formed by (0 <b <1) layer, the light emitting layer I
n composition (1-a) is greater than 11%, and the lattice constant is
The above object is achieved by making the light emitting wavelength larger than that of the GaAs substrate in the 1.3 μm band.

【0039】上記構成によれば、発光層を、Nを含む混
晶半導体であるGaaIn1-abAs1-b(0<b<1)
層で形成し、該発光層のIn組成(1−a)が、11%
より大きく、格子定数が、GaAs基板より大きく、発
光波長が、1.3μm帯であるものとしているので、格
子整合系に比較してN組成を小さくしても一定波長を形
成でき、半導体発光素子を、再生が容易であるととも
に、N組成増加に伴う結晶性の低下を抑制して、発光効
率が良好で、光ファイバー通信用光源に適用することが
できるものとすることができる。
[0039] According to the above configuration, the light-emitting layer, a mixed crystal semiconductor containing N Ga a In 1-a N b As 1-b (0 <b <1)
And the In composition (1-a) of the light emitting layer is 11%
Since it is larger, the lattice constant is larger than that of the GaAs substrate, and the emission wavelength is in the 1.3 μm band, a constant wavelength can be formed even if the N composition is smaller than that of the lattice matching system. Can be easily reproduced and suppressed in crystallinity due to an increase in the N composition, have good luminous efficiency, and can be applied to a light source for optical fiber communication.

【0040】請求項10記載の発明の半導体発光素子の
製造方法は、前記請求項1から請求項9記載の半導体発
光素子の製造方法であって、前記Nを含んだGadIn
1-deAsf1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦
f<1)層からなる前記クラッド層、前記ガイド層ある
いは前記バリア層を、P原料供給の有無あるいはP原料
の供給量の増減により、そのP組成が前記発光層のP組
成よりも大きい層に形成することにより、上記目的を達
成している。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the first to ninth aspects, wherein the N-containing Ga d In is included.
1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0 ≦
f <1) The clad layer, the guide layer, or the barrier layer composed of a layer is converted into a layer whose P composition is larger than the P composition of the light emitting layer by the presence or absence of the supply of the P material or the increase or decrease of the supply amount of the P material. The purpose is achieved by forming.

【0041】上記構成によれば、Nを含んだGadIn
1-deAsf1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦
f<1)層からなるクラッド層、ガイド層あるいはバリ
ア層を、P原料供給の有無あるいはP原料の供給量の増
減して、そのP組成が発光層のP組成よりも大きい層に
形成しているので、他のV族原料に比べて一般に供給量
の多いNの原料を発光層とバリア層の成長時に供給した
り、供給を止めたりする必要がなくなり、例えば、気相
成長のような場合には、ガスの流れの乱れを抑えること
ができ、界面の制御を容易に行うことができる。したが
って、発光効率が高く、寿命の長い半導体発光素子を容
易に製造することができる。
According to the above configuration, Ga d In containing N
1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0 ≦
f <1) A clad layer, a guide layer or a barrier layer composed of a layer is formed as a layer whose P composition is larger than the P composition of the light emitting layer by the presence / absence of P material supply or by increasing or decreasing the supply amount of P material. Therefore, it is not necessary to supply or stop the supply of the N source which is generally supplied in a larger amount than the other group V source during the growth of the light emitting layer and the barrier layer. In this case, the turbulence of the gas flow can be suppressed, and the interface can be easily controlled. Therefore, a semiconductor light emitting device having high luminous efficiency and long life can be easily manufactured.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, and therefore, various technically preferable limitations are added. However, the scope of the present invention is not limited to the following description. The embodiments are not limited to these embodiments unless otherwise specified.

【0043】図1〜図3は、本発明の半導体発光素子及
び半導体発光素子の製造方法の第1の実施の形態を示す
図であり、本実施の形態は、請求項1及び請求項2に対
応するものである。
FIGS. 1 to 3 are views showing a first embodiment of a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention. Corresponding.

【0044】図1は、本発明の半導体発光素子及び半導
体発光素子の製造方法の第1の実施の形態を適用した半
導体発光素子1の正面断面図である。
FIG. 1 is a front sectional view of a semiconductor light emitting device 1 to which a first embodiment of a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.

【0045】図1において、半導体発光素子1は、n型
GaAs層で形成された被成長基板2上にクラッド層
3、活性層4、クラッド層5及びキャップ層6が順次積
層されており、V族にNを含んでN系混晶半導体材料で
あるInGaNAs層をGaAs基板2上に形成したも
のである。
In FIG. 1, a semiconductor light emitting device 1 has a clad layer 3, an active layer 4, a clad layer 5, and a cap layer 6 sequentially laminated on a growth substrate 2 formed of an n-type GaAs layer. An InGaNAs layer, which is an N-based mixed crystal semiconductor material containing N in a group, is formed on a GaAs substrate 2.

【0046】クラッド層3は、GaAsである被成長基
板2に格子整合しバンドギャップエネルギーが1.53
eVであるInGaAsPを用いた構造(n型InGa
AsP層)となっており、Alを含まない材料である。
The cladding layer 3 is lattice-matched to the growth substrate 2 of GaAs and has a band gap energy of 1.53.
eV InGaAsP structure (n-type InGaP)
AsP layer), which is a material that does not contain Al.

【0047】発光層である活性層4は、クラッド層3上
に形成され、InGaNAs層、すなわち、Nを含む混
晶半導体であるGaaIn1-abAs1-b(0<b<1)
層で形成されている。
The active layer 4 is a light-emitting layer is formed on the cladding layer 3, InGaNAs layer, i.e., a mixed crystal semiconductor containing N Ga a In 1-a N b As 1-b (0 <b < 1)
It is formed of layers.

【0048】クラッド層5は、活性層4上に形成され、
InGaAsPを用いた構造(p型InGaAsP層)
となっている。キャップ層6は、p+ 型GaAs層で形
成されている。
The cladding layer 5 is formed on the active layer 4,
Structure using InGaAsP (p-type InGaAsP layer)
It has become. The cap layer 6 is formed of a p + type GaAs layer.

【0049】次に、この半導体発光素子1の製造方法に
ついて、図2に基づいて説明する。図2は、MOCVD
(Metal Organic Chemical Vapor Deposition )装置1
0の反応室部分の概略構成図であり、MOCVD装置1
0は、横型炉である。なお、MOCVD装置10として
は、横型炉に限るものではなく、縦型炉であってもよ
い。
Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows MOCVD
(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) Equipment 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a reaction chamber portion of a MOCVD apparatus 1;
0 is a horizontal furnace. The MOCVD apparatus 10 is not limited to a horizontal furnace, and may be a vertical furnace.

【0050】MOCVD装置10は、内部に反応室11
を有する石英反応管12の周囲に冷却管13が配設され
ており、石英反応管12には、反応室11に原料ガスと
キャリアガスを供給するためのガス供給口14が形成さ
れている。また、石英反応管12には、図示しない排気
装置に接続されて、反応室11内のガスを排気する排気
管15が接続されている。石英反応管12の反応室11
内には、カーボンサセプター16が配設されており、カ
ーボンサセプター16は、高周波加熱コイル17により
加熱される。高周波加熱コイル17により加熱されるカ
ーボンサセプター16の温度は、熱電対18により検出
される。カーボンサセプター16上には、上記被成長基
板2がセットされる。
The MOCVD apparatus 10 has a reaction chamber 11 inside.
A cooling tube 13 is provided around a quartz reaction tube 12 having a gas supply port, and a gas supply port 14 for supplying a raw material gas and a carrier gas to the reaction chamber 11 is formed in the quartz reaction tube 12. Further, an exhaust pipe 15 for exhausting the gas in the reaction chamber 11 is connected to the quartz reaction tube 12 and connected to an exhaust device (not shown). Reaction chamber 11 of quartz reaction tube 12
Inside, a carbon susceptor 16 is provided, and the carbon susceptor 16 is heated by a high-frequency heating coil 17. The temperature of the carbon susceptor 16 heated by the high-frequency heating coil 17 is detected by a thermocouple 18. The substrate 2 to be grown is set on the carbon susceptor 16.

【0051】このMOCVD装置10を使用して半導体
発光素子1を製造するには、カーボンサセプター16に
被成長基板2としてGaAs基板をセットし、図示しな
い排気装置により反応室11内の圧力を1.3×104
Paに減圧する。そして、熱電対18により温度検出を
行いつつ、高周波加熱コイル17によりカーボンサセプ
ター16を加熱して、被成長基板2であるGaAs基板
を所定温度に加熱制御し、原料ガスとキャリアガスを同
時にガス供給口14から反応室11内に供給することに
より、被成長基板2であるGaAs基板上に順次クラッ
ド層3、活性層4、クラッド層5及びキャップ層6を積
層する。
In order to manufacture the semiconductor light emitting device 1 using the MOCVD apparatus 10, a GaAs substrate is set as the substrate 2 to be grown on the carbon susceptor 16, and the pressure in the reaction chamber 11 is set to 1. 3 × 10 4
The pressure is reduced to Pa. Then, while detecting the temperature by the thermocouple 18, the carbon susceptor 16 is heated by the high-frequency heating coil 17 to control the heating of the GaAs substrate, which is the substrate 2 to be grown, to a predetermined temperature, thereby simultaneously supplying the source gas and the carrier gas. The cladding layer 3, the active layer 4, the cladding layer 5, and the cap layer 6 are sequentially stacked on the GaAs substrate, which is the growth target substrate 2, by supplying the solution into the reaction chamber 11 through the port 14.

【0052】まず、上記MOCVD装置10を用いて被
成長基板2であるGaAs層上にInGaNAs層を形
成する場合について説明する。
First, a case where an InGaNAs layer is formed on a GaAs layer, which is the substrate 2 to be grown, using the MOCVD apparatus 10 will be described.

【0053】原料ガスとしては、III 族原料として、T
MG(トリメチルガリウム)、TEG(トリエチルガリ
ウム)、TMI(トリメチルインジウム)、あるいは、
TEI(トリエチルインジウム)を、Asの原料とし
て、AsH3 (アルシン)を、Nの原料として、有機系
窒素化合物であるDMHy(ヂメチルヒドラジン)、M
MHy(モノメチルヒドラジン)、あるいは、TBA
(ターシャリブチルアミン)等を使用し、キャリアガス
としては、H2 を使用する。
As a raw material gas, a group III raw material such as T
MG (trimethylgallium), TEG (triethylgallium), TMI (trimethylindium), or
TEI (triethylindium) as a raw material for As, AsH 3 (arsine) as a raw material for N, DMHy (DMmethylhydrazine) as an organic nitrogen compound, M
MHy (monomethylhydrazine) or TBA
(Tert-butylamine) or the like, and H 2 as a carrier gas.

【0054】上記条件で原料ガスとキャリアガスを同時
にガス供給口14から反応室11内に供給すると、原料
ガスの熱分解とGaAs層である被成長基板2の表面反
応により、結晶成長し、成膜される。
When the raw material gas and the carrier gas are simultaneously supplied from the gas supply port 14 into the reaction chamber 11 under the above conditions, the crystal is grown by the thermal decomposition of the raw material gas and the surface reaction of the substrate 2 which is a GaAs layer. Filmed.

【0055】そして、原料材料としてのTMG:4.0
×10-6mol/min〜4.0×10-5mol/mi
n、TMI:4.4×10-7mol/min〜4.4×
10-6mol/min、AsH3 :6.0×10-5mo
l/min(0.4sccm)〜2.2×10-3mol
/min(46.4sccm)、DMHy:5.0×1
-4mol/minに、キャリアガスであるH2 を加え
て、トータルで6l/minを供給し、AsH3 の分圧
を、0.9〜102Pa、成長温度を、450℃〜70
0℃とする。
Then, TMG as a raw material: 4.0
× 10 −6 mol / min to 4.0 × 10 −5 mol / mi
n, TMI: 4.4 × 10 −7 mol / min to 4.4 ×
10 -6 mol / min, AsH 3 : 6.0 × 10 -5 mo
1 / min (0.4 sccm) to 2.2 × 10 −3 mol
/ Min (46.4 sccm), DMHy: 5.0 × 1
H 2 as a carrier gas is added to 0 −4 mol / min to supply a total of 6 l / min, the partial pressure of AsH 3 is 0.9 to 102 Pa, and the growth temperature is 450 ° C. to 70 ° C.
0 ° C.

【0056】具体的には、例えば、TMG:2.0×1
-5mol/min、TMI:2.2×10-6mol/
min、AsH3 :3.3×10-4mol/min(7
sccm)、DMHy:6.4×10-3mol/min
を原材料ガスとして使用し、AsH3 分圧が、15.4
Paで、成長温度を、630℃としたとき、成長速度、
1.7μm/hで、GaAs層である被成長基板2上
に、In0.11Ga0.890.04As0.96層が形成された。
Specifically, for example, TMG: 2.0 × 1
0 -5 mol / min, TMI: 2.2 × 10 -6 mol /
min, AsH 3 : 3.3 × 10 −4 mol / min (7
sccm), DMHy: 6.4 × 10 −3 mol / min
Was used as a raw material gas, and the AsH 3 partial pressure was 15.4.
When the growth temperature is 630 ° C. in Pa, the growth rate
At 0.1 μm / h, an In 0.11 Ga 0.89 N 0.04 As 0.96 layer was formed on the growth substrate 2 which was a GaAs layer.

【0057】この作製したIn0.11Ga0.890.04As
0.96層を用いて積層構造として形成した半導体発光素子
1は、GaAsである被成長基板2に格子整合してお
り、Arレーザー(448nm)を励起光源、Ge−フ
ォトダイオードを受光器として、この半導体発光素子1
について、室温でPL(フォトルミネッセンス)測定を
行ったところ、中心波長は、約1.3μmであった。こ
の波長帯は、光通信分野に応用することができる。
The produced In 0.11 Ga 0.89 N 0.04 As
The semiconductor light emitting device 1 formed as a laminated structure using 0.96 layers is lattice-matched to the substrate 2 to be grown, which is made of GaAs. The semiconductor laser is formed by using an Ar laser (448 nm) as an excitation light source and a Ge-photodiode as a light receiver. Light emitting element 1
Was subjected to PL (photoluminescence) measurement at room temperature. As a result, the center wavelength was about 1.3 μm. This wavelength band can be applied to the optical communication field.

【0058】また、TMIを減らし、AsH3 を増やし
て成長したところ、In0.06Ga0. 940.02As0.98
が形成された。この層もGaAs基板に格子整合してお
り、PL中心波長は、約1.17μmであった。このよ
うなInGaNAs層の発光波長は、In及びNの組成
を大きくすることで長波長化することができる。
[0058] Also, reducing the TMI, it was grown by increasing the AsH 3, In 0.06 Ga 0. 94 N 0.02 As 0.98 layers were formed. This layer was also lattice-matched to the GaAs substrate, and had a PL center wavelength of about 1.17 μm. The emission wavelength of such an InGaNAs layer can be increased by increasing the composition of In and N.

【0059】すなわち、一般に、GaAsにInを添加
すると、格子定数が、大きくなり、バンドギャップエネ
ルギーが、小さくなる効果がある。これに対して、Ga
AsにNを添加すると、格子定数が、小さくなり、バン
ドギャップエネルギーが、同様に小さくなる効果があ
る。すなわち、InxGa1-xAsにNを添加すると、バ
ンドギャップエネルギーが、InxGa1-xAsより小さ
くなり、さらに格子定数がGaAsと一致する条件が存
在する。このようにInGaNAs層は、GaAs基板
に格子整合可能であるので、GaAsのバンドギャップ
エネルギーに対応する約870nm(室温)の発光波長
より長波長の発光素子を、従来からあるGaAsに格子
整合せずGaAsよりも格子定数が大きいInGaAs
を発光層に用いた場合に比べて、容易に、かつ、高品質
に形成でき、しかも、1.3μm帯、1.5μm帯のよ
り長波長の素子を形成することも可能となる。
That is, generally, when In is added to GaAs, there is an effect that the lattice constant increases and the band gap energy decreases. In contrast, Ga
When N is added to As, the lattice constant is reduced and the band gap energy is similarly reduced. That is, the addition of N in In x Ga 1-x As, the band gap energy becomes smaller than the In x Ga 1-x As, further there are conditions under which the lattice constant matches the GaAs. As described above, since the InGaNAs layer can be lattice-matched to the GaAs substrate, the light-emitting element having a longer wavelength than the emission wavelength of about 870 nm (room temperature) corresponding to the band gap energy of GaAs cannot be lattice-matched to conventional GaAs. InGaAs having a larger lattice constant than GaAs
Can be formed easily and with high quality as compared with the case where is used for the light emitting layer, and it is also possible to form an element having a longer wavelength of 1.3 μm band and 1.5 μm band.

【0060】そこで、上記MOCVD装置10を使用し
て、GaAs層である被成長基板2に格子整合している
In0.06Ga0.940.02As0.98層を用いて、上記図1
に示した積層構造の半導体発光素子1を形成した。この
場合、上述のように、クラッド層3、5には、GaAs
層である被成長基板2に格子整合しバンドキャップエネ
ルギーが、1.35eVであるInGaAsP層を用い
ており、Alを含まない材料で形成されている。
Therefore, using the MOCVD apparatus 10 described above, an In 0.06 Ga 0.94 N 0.02 As 0.98 layer lattice-matched to the substrate 2 to be grown, which is a GaAs layer, is used.
The semiconductor light emitting device 1 having the laminated structure shown in FIG. In this case, as described above, the cladding layers 3 and 5 are made of GaAs.
An InGaAsP layer lattice-matched to the substrate 2 to be grown and having a band cap energy of 1.35 eV is used, and is formed of a material containing no Al.

【0061】上記半導体発光素子1のウエハを用いて、
ストライプ幅が5μmで、素子長が200μmの絶縁膜
ストライプ構造のデバイスを作製し、LED(Light Em
itting Diode)動作をテストしたところ、適切なLED
動作を得た。このときの発光スペクトルは、動作電流
が、50mAで、図3に示すように、中心波長が117
6nmであり、PLスペクトルを反映したスペクトルと
なっている。
Using the semiconductor light emitting device 1 wafer,
A device having an insulating film stripe structure with a stripe width of 5 μm and an element length of 200 μm was manufactured, and an LED (Light Em
Itting Diode) Tested the operation and found that the appropriate LED
Got work. The emission spectrum at this time has an operating current of 50 mA and a center wavelength of 117 as shown in FIG.
6 nm, which is a spectrum reflecting the PL spectrum.

【0062】このように、本実施の形態の半導体発光素
子1は、発光層4であるInGaNAs活性層と接する
クラッド層3、5が、Alを含んでいない、すなわち、
活性領域(発光層4と発光層4に接するクラッド層3、
5)に活性なAlが含まれていないので、Nを含む混晶
半導体に適した低い成長温度においても、Alを含んだ
層の成長表面に形成されやすかった製造装置内及び原料
ボンベ内のO(酸素)がGaAs層である被成長基板2
の表面に取り込まれて発生する劣化の起源となる非発光
再結合センターを低減させることができる。したがっ
て、発光効率が高く、寿命の長いN系V族混晶半導体発
光素子1を容易に製造することができる。
As described above, in the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment, the cladding layers 3 and 5 in contact with the InGaNAs active layer, which is the light emitting layer 4, do not contain Al.
An active region (a light emitting layer 4 and a cladding layer 3 in contact with the light emitting layer 4;
Since active Al is not included in 5), even at a low growth temperature suitable for a mixed crystal semiconductor containing N, O in the production apparatus and the raw material cylinder which are easily formed on the growth surface of the Al-containing layer. Growth substrate 2 in which (oxygen) is a GaAs layer
Non-radiative recombination centers, which are a cause of deterioration caused by being taken into the surface of the semiconductor, can be reduced. Therefore, the N-type group V mixed crystal semiconductor light emitting device 1 having high luminous efficiency and long life can be easily manufactured.

【0063】なお、上記実施の形態においては、InG
aNAs活性層である発光層4が、被成長基板2として
のGaAs層に格子整合している場合について説明した
が、InGaNAs活性層4は、GaAs層である被成
長基板2に完全に格子整合していなくてもよく、歪を持
っていても臨界膜厚以内の厚さであればよい。
In the above embodiment, InG
Although the case where the light emitting layer 4 as the aNAs active layer is lattice-matched to the GaAs layer as the growth substrate 2 has been described, the InGaNAs active layer 4 is completely lattice-matched to the growth substrate 2 as the GaAs layer. It is not necessary that the thickness be within the critical thickness, even if it has strain.

【0064】また、本実施の形態においては、N系V族
混晶半導体としてInGaNAsを使用した場合につい
て説明したが、N系V族混晶半導体としては、上記のも
のに限るものではなく、例えば、Pを含んだInGaN
AsP等の他の混晶半導体についても同様に適用するこ
とができる。
In this embodiment, the case where InGaNAs is used as the N-type group V mixed crystal semiconductor has been described. However, the N-type group V mixed crystal semiconductor is not limited to the above-mentioned one. , P-containing InGaN
The same can be applied to other mixed crystal semiconductors such as AsP.

【0065】さらに、クラッド層3、5としては、活性
層である発光層4よりもバンドギャップエネルギーの大
きいGadIn1-deAsf1-e-f 層(0≦d≦1、0
≦e<1、0≦f≦1)を用いることができ、この場合
にも、同様の効果を得ることができる。
[0065] Further, as the clad layers 3 and 5, a large Ga d In 1-d N e As f P 1-ef layer band gap energy than the light emitting layer 4 is an active layer (0 ≦ d ≦ 1,0
.Ltoreq.e <1, 0.ltoreq.f.ltoreq.1), and in this case, the same effect can be obtained.

【0066】また、光通信に用いられる1.3μm帯
(1.25〜1.35μm)の波長の半導体発光素子1
は、GaAsである被成長基板2に格子整合する材料で
は、発光層4の組成を、ほぼIn0.11Ga0.890.04
0.96とすることで得ることができる。
A semiconductor light emitting device 1 having a wavelength of 1.3 μm band (1.25 to 1.35 μm) used for optical communication.
In a material that is lattice-matched to the substrate 2 to be grown, which is GaAs, the composition of the light emitting layer 4 is set to approximately In 0.11 Ga 0.89 N 0.04 A
It can be obtained by setting s 0.96 .

【0067】図4は、本発明の半導体発光素子及び半導
体発光素子の製造方法の第2の実施の形態を示す図であ
り、本実施の形態は、GaAs基板に格子整合している
In0.14Ga0.860.05As0.95活性層(井戸層)を用
いて積層構造を形成したもので、請求項1〜請求項3に
対応するものである。
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention. In this embodiment, In 0.14 Ga lattice-matched to a GaAs substrate is used. The multilayer structure is formed by using 0.86 N 0.05 As 0.95 active layer (well layer), and corresponds to claims 1 to 3.

【0068】図4は、半導体発光素子20の積層構造を
示した正面断面図であり、半導体発光素子20は、n型
GaAs層である被成長基板21上に、n型InGaA
sP層で形成されたクラッド層22、InGaAsP層
で形成されたガイド層23、InGaNAs層で形成さ
れた井戸層24、InGaAsP層で形成されたガイド
層25、p型InGaAsP層で形成されたクラッド層
26及びp+ 型GaAs層で形成されたキャップ層27
が順次積層されている。
FIG. 4 is a front sectional view showing a laminated structure of the semiconductor light emitting device 20. The semiconductor light emitting device 20 is formed on an n-type GaAs layer on an n-type GaAs layer 21.
a cladding layer 22 formed of an sP layer, a guide layer 23 formed of an InGaAsP layer, a well layer 24 formed of an InGaNAs layer, a guide layer 25 formed of an InGaAsP layer, and a cladding layer formed of a p-type InGaAsP layer 26 and a cap layer 27 formed of a p + -type GaAs layer
Are sequentially laminated.

【0069】発光層である井戸層24は、GaAs層で
ある被成長基板21に格子整合しているIn0.14Ga
0.860.05As0.95層で形成されている。
The well layer 24 as the light emitting layer is formed of In 0.14 Ga lattice-matched to the substrate 21 to be grown as a GaAs layer.
It is formed of 0.86 N 0.05 As 0.95 layer.

【0070】半導体発光素子20は、ガイド層(光導波
層)23、25には、GaAs層である被成長基板21
に格子整合しバンドギャップエネルギーが1.53eV
であるInGaAsPを用い、クラッド層22、26に
は、GaAs層である被成長基板21に格子整合しバン
ドギャップエネルギーが1.85eVであるInGaA
sPを用いたSCH−SQW構造(Separate Confineme
nt Hetero-Structure-Single Quantum Well 構造)とな
っている。
In the semiconductor light emitting device 20, the growth layer 21 made of a GaAs layer is provided on the guide layers (optical waveguide layers) 23 and 25.
Lattice matched and band gap energy is 1.53 eV
Is used, and cladding layers 22 and 26 are made of InGaAs lattice-matched to the growth substrate 21 which is a GaAs layer and having a band gap energy of 1.85 eV.
SCH-SQW structure using sP (Separate Confineme
nt Hetero-Structure-Single Quantum Well structure).

【0071】本実施の形態の半導体発光素子20は、上
述のように、発光層である井戸層(活性層)24と接す
る層(ガイド層23、25)が、Alを含んでいない、
すなわち、活性領域である発光層24とガイド層23、
25に活性なAlを含んでいないので、Nを含む混晶半
導体に適した低い成長温度においても、Alを含んだ層
の成長表面に形成されやすかった製造装置内及び原料ボ
ンベ内のO(酸素)が基板表面に取り込まれて発生する
劣化の起源となるような非発光再結合センターを、低減
させることができ、半導体発光素子20を、発光効率が
高く、寿命の長いものとすることができる。
As described above, in the semiconductor light emitting device 20 of the present embodiment, the layers (guide layers 23 and 25) in contact with the well layers (active layers) 24, which are light emitting layers, do not contain Al.
That is, the light emitting layer 24 and the guide layer 23, which are active regions,
25 does not contain active Al, even at a low growth temperature suitable for an N-containing mixed crystal semiconductor, O (oxygen) in a manufacturing apparatus and a raw material cylinder which are easily formed on the growth surface of the Al-containing layer. ) Can be reduced to reduce the number of non-radiative recombination centers that cause degradation caused by being incorporated into the substrate surface, and the semiconductor light-emitting element 20 can have high luminous efficiency and long life. .

【0072】この半導体発光素子20の発光波長を測定
したところ、発光波長は、約1.3μmであった。この
場合、井戸層24のIn組成を11%よりも大きくする
ことで、バルクの発光波長は、1.3μmより長波長と
なるが、井戸層(発光層)24の膜厚を、例えば、20
nm以下とし、量子効果を利用することで、波長を、
1.3μmに制御することができる。
When the emission wavelength of the semiconductor light emitting device 20 was measured, the emission wavelength was about 1.3 μm. In this case, by making the In composition of the well layer 24 larger than 11%, the emission wavelength of the bulk becomes longer than 1.3 μm, but the thickness of the well layer (light emitting layer) 24 is set to, for example, 20 μm.
nm or less, and by using the quantum effect,
It can be controlled to 1.3 μm.

【0073】なお、本実施の形態においては、InGa
NAs層である井戸層(活性層)24を、In0.14Ga
0.860.05As0.95層としているが、InGaNAs層
である活性層24としては、他の組成であってもよい。
In this embodiment, InGa
The well layer (active layer) 24 as an NAs layer is formed of In 0.14 Ga
Although 0.86 N 0.05 As 0.95 layer is used, the active layer 24, which is an InGaNAs layer, may have another composition.

【0074】また、井戸層(活性層)24は、GaAs
層である被成長基板21に格子整合しているが、完全に
格子整合していなくともよく、歪を持っていても臨界膜
厚以内の厚さであればよい。
The well layer (active layer) 24 is made of GaAs.
Although the lattice matching is performed with the growth substrate 21 as a layer, the lattice matching is not required to be complete, and the thickness may be within the critical film thickness even if it has a strain.

【0075】さらに、本実施の形態においては、N系V
族混晶半導体として、InGaNAsを用いた場合につ
いて説明しているが、N系V族混晶半導体としては、P
を含んだInGaNAsP等他の混晶半導体であって
も、同様に適用することができる。
Further, in the present embodiment, the N system V
The case where InGaNAs is used as a group V mixed crystal semiconductor is described.
The present invention can be similarly applied to other mixed crystal semiconductors such as InGaNAsP containing.

【0076】また、ガイド層23、25としては、Ga
As層である被成長基板21に格子整合可能な組成、あ
るいは、格子整合しておらず歪を持っていても臨界膜厚
以内の厚さのGadIn1-deAsf1-e-f層 (0≦d
≦1、0≦e<1、0≦f≦1)であっても、同様に適
用することができる。
As the guide layers 23 and 25, Ga
As layer and is capable of lattice-matched to the growth substrate 21 composition, or even have a strain not lattice matched the critical film thickness within the thickness of Ga d In 1-d N e As f P 1- ef layer (0 ≦ d
≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f ≦ 1) can be similarly applied.

【0077】さらに、半導体発光素子20は、クラッド
層22、26にAlを含んでいないので、ガイド層2
3、25には、Nを含んでいてもよい。この場合、ガイ
ド層23、25は、クラッド層22、26よりもバンド
ギャップエネルギーの小さい材料である必要がある。
Furthermore, since the semiconductor light emitting device 20 does not contain Al in the cladding layers 22 and 26, the guide layer 2
N may be contained in 3, 25. In this case, the guide layers 23 and 25 need to be made of a material having a smaller band gap energy than the clad layers 22 and 26.

【0078】また、本実施の形態では、SQW構造とし
ているが、井戸層を複数層用いた多重量子井戸構造を用
いてもよい。この場合、ガイド層には、クラッド層より
バンドギャップエネルギーの小さいGadIn1-de
f1-e-f 層(0≦d≦1、0≦e<1、0≦f≦
1)を用いることができる。
Although the SQW structure is used in this embodiment, a multiple quantum well structure using a plurality of well layers may be used. In this case, the guide layer having a small band gap energy than that of the cladding layer Ga d In 1-d N e A
s f P 1-ef layer (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f ≦
1) can be used.

【0079】図5は、本発明の半導体発光素子及び半導
体発光素子の製造方法の第3の実施の形態を示す図であ
り、本実施の形態は、GaAs基板に格子整合している
In0.14Ga0.860.05As0.95活性層を用いて積層構
造を形成したもので、請求項1、請求項2及び請求項4
に対応するものである。
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention. In this embodiment, In 0.14 Ga lattice-matched to a GaAs substrate is used. A laminated structure is formed by using an 0.86 N 0.05 As 0.95 active layer, and the laminated structure is formed.
It corresponds to.

【0080】図5は、半導体発光素子30の積層構造を
示した正面断面図であり、半導体発光素子30は、n型
GaAs層である被成長基板31上に、n型AlGaA
s層で形成されたクラッド層32、InGaAsP層で
形成されたガイド層33、InGaNAs層で形成され
た井戸層(発光層)34、InGaAsP層で形成され
たガイド層35、p型AlGaAs層で形成されたクラ
ッド層36及びp+ 型GaAs層で形成されたキャップ
層37が順次積層されている。そして、井戸層34は、
GaAsである被成長基板31に格子整合しているIn
0.14Ga0.860.05As0.95層により形成されている。
FIG. 5 is a front sectional view showing a laminated structure of the semiconductor light emitting element 30. The semiconductor light emitting element 30 is formed on an n-type GaAs layer on an n-type AlGaAs substrate.
a cladding layer 32 formed of an s layer, a guide layer 33 formed of an InGaAsP layer, a well layer (light emitting layer) formed of an InGaNAs layer, a guide layer formed of an InGaAsP layer, and a p-type AlGaAs layer. The formed clad layer 36 and the cap layer 37 formed of the p + -type GaAs layer are sequentially laminated. And the well layer 34
In lattice-matched to the growth substrate 31 of GaAs
It is formed of a 0.14 Ga 0.86 N 0.05 As 0.95 layer.

【0081】すなわち、半導体発光素子30は、GaA
s層である被成長基板31に格子整合しバンドギャップ
エネルギーが1.53eVのInGaAsP層をガイド
層33、35とし、Al組成0.8のAlGaAs層を
クラッド層32、36としたSCH−SQW構造となっ
ている。
That is, the semiconductor light emitting element 30 is made of GaAs.
SCH-SQW structure in which an InGaAsP layer lattice-matched to the growth substrate 31 which is an s layer and having a band gap energy of 1.53 eV is used as the guide layers 33 and 35, and AlGaAs layers having an Al composition of 0.8 are used as the clad layers 32 and 36. It has become.

【0082】上記半導体発光素子30は、発光層である
InGaNAs層で形成された井戸層34にAlGaA
s層で形成されたクラッド層32、36が直接接してい
ない、すなわち、活性領域(発光層34とガイド層3
3、35)が活性なAlを含んでいないので、Nを含む
混晶半導体に適した低い成長温度においても、Alを含
んだ層の成長表面に形成されやすかった製造装置及び原
料ボンベ内のO(酸素)が基板表面に取り込まれて発生
する劣化の起源となるような非発光再結合センターを、
低減させることができる。したがって、発光効率が高
く、寿命の長いGaAs基板格子整合系長波長半導体レ
ーザーを形成することができる。
The semiconductor light emitting device 30 has a structure in which a well layer 34 formed of an InGaN As layer serving as a light emitting layer has an AlGaAs layer.
The cladding layers 32 and 36 formed of the s layer are not in direct contact with each other.
3, 35) do not contain active Al, so that even at a low growth temperature suitable for a mixed crystal semiconductor containing N, O is easily formed on the growth surface of the Al-containing layer and O in the raw material cylinder. A non-radiative recombination center that causes degradation caused by the incorporation of (oxygen) into the substrate surface,
Can be reduced. Therefore, a GaAs substrate lattice-matched long-wavelength semiconductor laser with high luminous efficiency and long life can be formed.

【0083】この半導体発光素子30の発光波長を測定
したところ、発光波長は、約1.3μmであった。
When the emission wavelength of the semiconductor light emitting device 30 was measured, the emission wavelength was about 1.3 μm.

【0084】本実施の形態においては、半導体発光素子
30は、AlGaAs層をクラッド層32、36に用い
ている。ここで、例えば、InGaPをクラッド層に用
いた場合と比較すると、AlGaAsの熱抵抗率は、I
nGaPの熱抵抗率の約1/2倍である。クラッド層の
厚さは、一般的に、1.5μm程度は必要であり、熱抵
抗率の小さい材料の方が電流注入時の活性領域の温度上
昇が小さいので、効率の低下等の問題を抑えられるので
好ましい。このような観点から本実施の形態の素子にお
いては、AlGaAsをクラッド層32、36に用い
た。
In the present embodiment, the semiconductor light emitting element 30 uses an AlGaAs layer for the cladding layers 32 and 36. Here, for example, as compared with the case where InGaP is used for the cladding layer, the thermal resistivity of AlGaAs is
It is about 1/2 times the thermal resistivity of nGaP. Generally, the thickness of the cladding layer is required to be about 1.5 μm, and a material having a small thermal resistivity causes a small increase in the temperature of the active region at the time of current injection. Is preferred. From such a viewpoint, in the device of the present embodiment, AlGaAs is used for the cladding layers 32 and 36.

【0085】このように膜厚の薄いInGaAsPであ
るガイド層33、35の外側に熱抵抗率が低く屈折率が
低くバンドギャップエネルギーが大きいAlGaAs層
をクラッド層32、36に用いているので、キャリアと
光の閉じ込め効率がさらに向上して、しきい電流密度が
下がり、発光効率も高くなった。このように素子寿命が
長く、しきい電流密度が低く、発光効率が高いGaAs
基板格子整合系長波長半導体レーザーである半導体発光
素子30を形成できた。
Since the AlGaAs layers having a low thermal resistivity, a low refractive index and a large band gap energy are used for the cladding layers 32 and 36 outside the guide layers 33 and 35 made of InGaAsP having a small thickness as described above, carrier The light confinement efficiency further improved, the threshold current density decreased, and the luminous efficiency increased. Thus, GaAs having a long element life, a low threshold current density, and high luminous efficiency.
The semiconductor light emitting device 30, which is a substrate lattice matching long wavelength semiconductor laser, was formed.

【0086】なお、InGaNAs層である井戸層(活
性層)34は、他の組成でもよく、また、GaAs層で
ある被成長基板31に完全に格子整合していなくともよ
く、歪を持っていても臨界膜厚以内の厚さならかまわな
い。また、本実施の形態においては、N系V族混晶半導
体としてInGaNAsの場合について説明したが、P
を含んだInGaNAsP等の他の混晶半導体について
も適用できる。
The well layer (active layer) 34, which is an InGaNAs layer, may have another composition, and may not be perfectly lattice-matched to the growth substrate 31, which is a GaAs layer, and may have strain. The thickness may be within the critical thickness. Further, in the present embodiment, the case where InGaNAs is used as the N-based group V mixed crystal semiconductor has been described.
It can also be applied to other mixed crystal semiconductors such as InGaNAsP containing.

【0087】さらに、ガイド層33、35は、GaAs
層である被成長基板31に格子整合可能な組成、もしく
は、格子整合していなくても歪を持っていても臨界膜厚
以内の厚さであるInxGa1-xAsy1-y(0≦x<
1、0≦y≦1)であればかまわない。また、AlGa
As層であるクラッド層32、35のAl組成は、ガイ
ド層33、35よりも伝導帯のエネルギーが大きけれ
ば、他の組成であってもよい。
Further, the guide layers 33 and 35 are made of GaAs.
Lattice matching possible compositions to be growth substrate 31 with a layer or even be not lattice matched have a strain and a thickness of less than the critical thickness In x Ga 1-x As y P 1-y (0 ≦ x <
1, 0 ≦ y ≦ 1). AlGa
The Al composition of the cladding layers 32 and 35, which are As layers, may be another composition as long as the energy of the conduction band is larger than that of the guide layers 33 and 35.

【0088】図6は、本発明の半導体発光素子及び半導
体発光素子の製造方法の第4の実施の形態を示す図であ
り、本実施の形態は、クラッド層として、GaAs層で
ある被成長基板に格子整合しているInGaAlP層を
用いたもので、請求項1、請求項2及び請求項5に対応
するものである。
FIG. 6 is a view showing a fourth embodiment of the semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention. In this embodiment, the growth substrate in which the cladding layer is a GaAs layer is used. An InGaAlP layer lattice-matched to the above is used, and corresponds to claims 1, 2 and 5.

【0089】図6において、半導体発光素子40は、n
型GaAsで形成された被成長基板41上に、n型In
GaAlP層で形成されたクラッド層42、InGaA
sP層で形成されたガイド層43、InGaNAs層で
形成された井戸層44、InGaAsP層で形成された
ガイド層45、p型InGaAlP層で形成されたクラ
ッド層46及びp+ 型GaAs(キャップ層)47が順
次積層されている。
In FIG. 6, the semiconductor light emitting element 40 has n
N-type In on a growth substrate 41 formed of n-type GaAs.
Cladding layer 42 formed of GaAlP layer, InGaAs
A guide layer 43 formed of an sP layer, a well layer 44 formed of an InGaNAs layer, a guide layer 45 formed of an InGaAsP layer, a cladding layer 46 formed of a p-type InGaAlP layer, and p + -type GaAs (cap layer) 47 are sequentially stacked.

【0090】半導体発光素子40は、クラッド層42、
46が、GaAs層で形成された被成長基板41に格子
整合しているInGaAlP層により形成されている。
InGaAlP系は、AlGaAs系よりも大きなバン
ドギャップエネルギーとなる組成が存在しており、キャ
リア及び光閉じ込め効率を高くすることができる。さら
に、AlGaAs系は、GaAs層である被成長基板4
1に対して、格子定数がわずかにずれるが、InGaA
lP系は、完全に格子整合させることができるというメ
リットがある。
The semiconductor light emitting device 40 includes a cladding layer 42,
Reference numeral 46 denotes an InGaAlP layer lattice-matched to a growth substrate 41 formed of a GaAs layer.
The InGaAlP-based composition has a composition having a larger band gap energy than the AlGaAs-based composition, and can increase the carrier and light confinement efficiency. Further, the AlGaAs-based growth substrate 4 is a GaAs layer.
1, the lattice constant is slightly shifted, but InGaAs
The 1P system has an advantage that the lattice can be perfectly matched.

【0091】したがって、発光効率が高く、寿命の長い
GaAs基板格子整合系長波長半導体レーザーである半
導体発光素子40を形成することができる。
Accordingly, it is possible to form the semiconductor light emitting device 40 which is a GaAs substrate lattice-matched long wavelength semiconductor laser having a high luminous efficiency and a long life.

【0092】図7は、本発明の半導体発光素子及び半導
体発光素子の製造方法の第5の実施の形態を示す図であ
り、本実施の形態は、InGaNAs活性層がGaAs
基板に完全には格子整合せず臨界膜厚以内の厚さで歪を
有しているもので、請求項1、請求項2、請求項4、請
求項6及び請求項10に対応するものである。
FIG. 7 is a diagram showing a fifth embodiment of the semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention. In this embodiment, the InGaNAs active layer is made of GaAs.
It is not completely lattice-matched to the substrate and has a strain within a critical film thickness, and corresponds to claim 1, claim 2, claim 4, claim 6, and claim 10. is there.

【0093】図7において、半導体発光素子50は、n
型GaAsで形成された被成長基板51上に、n型Al
GaAs層で形成されたクラッド層52、InGaAs
P層で形成されたガイド層53、InGaNAs層で形
成された井戸層(圧縮層)54、InGaAsP層で形
成されたガイド層55、p型AlGaAs層で形成され
たクラッド層56及びp+ 型GaAsで形成されたキャ
ップ層57が順次積層されている。
In FIG. 7, the semiconductor light emitting device 50 has n
N-type Al on a growth substrate 51 formed of n-type GaAs.
Cladding layer 52 formed of GaAs layer, InGaAs
A guide layer 53 formed of a P layer, a well layer (compression layer) formed of an InGaNAs layer, a guide layer 55 formed of an InGaAsP layer, a cladding layer formed of a p-type AlGaAs layer, and p + -type GaAs. Are sequentially laminated.

【0094】半導体発光素子50は、そのInGaNA
s層で形成された井戸層54が、第3の実施の形態の半
導体発光素子30のInGaNAs層で形成された井戸
層34に比較して、In組成が大きく、格子定数がGa
As層である被成長基板51よりも大きく、圧縮歪を有
している。また、この半導体発光素子50の発光波長を
測定したところ、発光波長は、約1.3μmであった。
第3の実施の形態のように格子整合する材料で量子効果
を利用するためには、波長1.3μmの場合、In組成
を11%より大きく、N組成を、4%より大きくするこ
とにより、可能である。
The semiconductor light emitting device 50 has the InGaNA
The well layer 54 formed of the s layer has a larger In composition and a lattice constant of Ga than the well layer 34 formed of the InGaNAs layer of the semiconductor light emitting device 30 of the third embodiment.
It is larger than the substrate to be grown 51 which is an As layer and has a compressive strain. Also, when the emission wavelength of the semiconductor light emitting device 50 was measured, the emission wavelength was about 1.3 μm.
In order to use the quantum effect with a lattice-matching material as in the third embodiment, when the wavelength is 1.3 μm, the In composition is larger than 11% and the N composition is larger than 4%. It is possible.

【0095】ところが、Nは、成長中の基板表面から離
脱しやすく、N組成の大きいN系V族混晶半導体を得る
ことが難しい。また、本出願の発明者の実験によると、
N組成が大きくなると、PL(フォトルミネッセンス)
強度が弱くなり、結晶性の悪化が確認された。したがっ
て、波長が長くなるほど作製しにくいのが現状である。
However, N easily separates from the surface of the growing substrate, and it is difficult to obtain an N-based group V mixed crystal semiconductor having a large N composition. Also, according to the experiment of the inventor of the present application,
As the N composition increases, PL (photoluminescence)
The strength was weakened, and deterioration of crystallinity was confirmed. Therefore, at present, the longer the wavelength, the more difficult it is to manufacture.

【0096】ところが、同じN組成のInGaNAsで
は、Inの組成が大きい方が格子定数が大きくなり、発
光波長が、長波長になる。そこで、この性質を利用する
と、例えば、波長1.3μmでGaAs層で形成された
被成長基板51に格子整合させるためには、In0.11
0.890.04As0.96である必要があるが、In組成を
11%より大きくすると、N組成が4%より小さい条件
で、波長1.3μmを得ることができるようになる。こ
の場合、格子定数は、GaAs層である被成長基板51
よりも大きくなる。このように格子定数をGaAs層で
ある被成長基板51よりも大きくすると、格子整合条件
に比べて小さいN組成で目的の波長を得ることができる
ので、作製を容易にすることができ、さらに、発光効率
を高くすることができる。
However, in InGaNAs having the same N composition, the larger the In composition, the larger the lattice constant and the longer the emission wavelength. Therefore, if this property is used, for example, In 0.11 G should be used for lattice matching with the growth substrate 51 formed of a GaAs layer at a wavelength of 1.3 μm.
a 0.89 N 0.04 As 0.96 is required, but when the In composition is larger than 11%, a wavelength of 1.3 μm can be obtained under the condition that the N composition is smaller than 4%. In this case, the lattice constant is the growth substrate 51 which is a GaAs layer.
Larger than. When the lattice constant is larger than that of the growth substrate 51, which is a GaAs layer, a desired wavelength can be obtained with an N composition smaller than the lattice matching condition, so that fabrication can be facilitated. Luminous efficiency can be increased.

【0097】そこで、本実施の形態の半導体発光素子5
0では、Inの組成を11%よりも大きくし、InGa
NAs層である井戸層(活性層)54の格子定数をGa
As層である被成長基板51より大きくしているので、
小さいN組成で形成することができ、半導体発光素子5
0の作製を容易なものとすることができるとともに、発
光効率を高くすることができる。また、本実施の形態の
半導体発光素子50は、歪量子井戸の効果による閾電流
密度が低下する効果もある。このため、光ファイバー通
信用光源として有効である。もちろんInGaNAs層
は、他の波長に設定することもできる。
Therefore, the semiconductor light emitting device 5 of the present embodiment
0, the composition of In is set to be larger than 11% and InGa
The lattice constant of the well layer (active layer) 54 as an NAs layer is Ga
Since it is larger than the growth substrate 51 which is an As layer,
The semiconductor light emitting device 5 can be formed with a small N composition.
0 can be easily manufactured, and the luminous efficiency can be increased. Further, the semiconductor light emitting device 50 of the present embodiment also has an effect that the threshold current density is reduced by the effect of the strained quantum well. Therefore, it is effective as a light source for optical fiber communication. Of course, the InGaNAs layer can be set to another wavelength.

【0098】図8は、本発明の半導体発光素子及び半導
体発光素子の製造方法の第6の実施の形態を適用した半
導体発光素子を示す図であり、本実施の形態は、InG
aNAs活性層がGaAs基板に完全には格子整合せず
に臨界膜厚以内の厚さで歪を持っているもので、請求項
1、請求項2、請求項4、請求項6〜請求項8に対応す
るものである。
FIG. 8 is a view showing a semiconductor light emitting device to which the sixth embodiment of the semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.
The aNAs active layer is not lattice-matched perfectly to the GaAs substrate, but has a strain within a critical thickness, and has a strain within a critical thickness. It corresponds to.

【0099】図8は、本実施の形態の半導体発光素子6
0の正面断面図であり、図8において、半導体発光素子
60は、n型GaAs層で形成された被成長基板61、
n型AlGaAs層で形成されたクラッド層62、In
GaAsP層で形成されたガイド層63、歪補償型MQ
W(多重量子井戸)構造層64、InGaAsPで形成
されたガイド層65、p型AlGaAs層で形成された
クラッド層66及びp+ 型GaAs層で形成されたキャ
ップ層67が順次積層されている。
FIG. 8 shows a semiconductor light emitting device 6 according to this embodiment.
FIG. 8 is a front cross-sectional view of the semiconductor light emitting device 60. In FIG.
Cladding layer 62 formed of n-type AlGaAs layer, In
Guide layer 63 made of GaAsP layer, strain compensation type MQ
A W (multiple quantum well) structure layer 64, a guide layer 65 formed of InGaAsP, a clad layer 66 formed of a p-type AlGaAs layer, and a cap layer 67 formed of a p + -type GaAs layer are sequentially stacked.

【0100】半導体発光素子60は、上記第5の実施の
形態と以下の点で異なる。すなわち、半導体発光素子6
0は、その活性領域が歪補償型MQW(多重量子井戸)
構造層64で形成されており、MQW構造層64のIn
GaNAs井戸層の格子定数が、GaAsで形成された
被成長基板61よりも大きな圧縮歪を有し、さらに、M
QW構造層64のInGaAsPバリア層の格子定数
が、GaAsで形成された被成長基板61よりも小さな
引っ張り歪を有している。
The semiconductor light emitting element 60 differs from the fifth embodiment in the following points. That is, the semiconductor light emitting element 6
0 indicates that the active region is a strain-compensated MQW (multiple quantum well)
The MQW structure layer 64 is formed of the
The lattice constant of the GaNAs well layer has a larger compressive strain than that of the growth substrate 61 made of GaAs.
The lattice constant of the InGaAsP barrier layer of the QW structure layer 64 has a smaller tensile strain than the growth substrate 61 made of GaAs.

【0101】上記MQW構造層64のInGaNAsP
系井戸層とInGaAsP系バリア層は、ともに組成を
変えることで、同じバンドギャップエネルギーを有した
条件で格子定数をGaAsの被成長基板61よりも大き
くしたり、小さくしたり変えることが可能な材料系であ
る。これは、AlGaAs系バリア層ではできない。す
なわち、AlGaAs系バリア層を用いた場合に比べ
て、InGaAsP系バリア層を用いることで、InG
aNAsP系井戸層の歪を補償することが可能となり、
適正な歪量を持つ組成に制御することで、井戸層の組成
の自由度を大きくしたり、井戸層の数を多くすることが
できる。
The InGaNAsP of the MQW structure layer 64
By changing the composition of both the system well layer and the InGaAsP-based barrier layer, a material whose lattice constant can be made larger or smaller than that of the GaAs substrate 61 under the same band gap energy can be changed. System. This cannot be done with an AlGaAs-based barrier layer. That is, compared to the case where an AlGaAs-based barrier layer is used, the use of an InGaAsP-based barrier
It becomes possible to compensate for the strain of the aNAsP-based well layer,
By controlling the composition to have an appropriate amount of strain, the degree of freedom in the composition of the well layer can be increased, and the number of well layers can be increased.

【0102】なお、本実施の形態では、MQW構造64
のInGaNAs井戸層を圧縮層、InGaAsPバリ
ア層を引っ張り歪層としているが、InGaNAs井戸
層を引っ張り歪層、InGaAsPバリア層を圧縮歪層
としても、同様に適正な歪量を持つ組成に制御すること
で、歪量子井戸の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the MQW structure 64
Although the InGaNAs well layer is a compression layer and the InGaAsP barrier layer is a tensile strain layer, the composition should also be controlled to have an appropriate amount of strain even if the InGaNAs well layer is a tensile strain layer and the InGaAsP barrier layer is a compression strain layer. Thus, the effect of the strained quantum well can be obtained.

【0103】図9は、本発明の半導体発光素子及び半導
体発光素子の製造方法の第7の実施の形態を示す図であ
り、本実施の形態は、GaInNAs層を井戸層とし、
GaInNAsPをバリア層とした歪補償型MQW(多
重量子井戸)構造を用いたものに適用したもので、請求
項1、請求項2、請求項4、請求項6、請求項7、請求
項9に対応するものである。
FIG. 9 is a view showing a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, a GaInNAs layer is used as a well layer,
The present invention is applied to a device using a strain-compensated MQW (multiple quantum well) structure using GaInNAsP as a barrier layer, and is described in claim 1, claim 2, claim 4, claim 6, claim 7, or claim 9. Corresponding.

【0104】図9は、本実施の形態の半導体発光素子7
0の正面断面図であり、図9において、半導体発光素子
70は、n型GaAs層で形成された被成長基板71、
n型AlGaAs層で形成されたクラッド層72、In
GaAsP層で形成されたガイド層73、歪補償型MQ
W(多重量子井戸)構造層74、InGaAsPで形成
されたガイド層75、p型AlGaAs層で形成された
クラッド層76及びp+ 型GaAs層で形成されたキャ
ップ層77が順次積層されている。
FIG. 9 shows a semiconductor light emitting device 7 of the present embodiment.
9 is a front cross-sectional view of FIG. 9, and in FIG. 9, a semiconductor light emitting device 70 includes a growth target substrate 71 formed of an n-type GaAs layer;
Cladding layer 72 formed of n-type AlGaAs layer, In
Guide layer 73 formed of GaAsP layer, strain-compensated MQ
A W (multiple quantum well) structure layer 74, a guide layer 75 formed of InGaAsP, a cladding layer 76 formed of a p-type AlGaAs layer, and a cap layer 77 formed of a p + -type GaAs layer are sequentially stacked.

【0105】半導体発光素子70は、その歪補償型MQ
W(多重量子井戸)構造層74のInGaNAs井戸層
の格子定数が、GaAs層である被成長基板71よりも
大きな圧縮歪を有しており、さらに、MQW構造層74
のInGaNAsPバリア層の格子定数が、GaAs層
である被成長基板71よりも小さな引っ張り歪を有して
いる。また、半導体発光素子70は、クラッド層72、
76に、AlGaAs層を用いており、Alを含んだ層
とNを含んだ層が直接接しない構造となっている。
The semiconductor light emitting device 70 has the distortion compensation type MQ
The lattice constant of the InGaNAs well layer of the W (multiple quantum well) structure layer 74 has a larger compressive strain than that of the growth substrate 71 which is a GaAs layer.
The InGaNAsP barrier layer has a smaller tensile strain than the growth substrate 71 which is a GaAs layer. Further, the semiconductor light emitting device 70 includes a cladding layer 72,
An AlGaAs layer 76 is used so that the layer containing Al and the layer containing N are not in direct contact with each other.

【0106】したがって、本実施の形態の半導体発光素
子70においても、歪補償型MQW(多重量子井戸)構
造を用いた効果を得ることができる。
Therefore, also in the semiconductor light emitting device 70 of the present embodiment, it is possible to obtain the effect using the strain-compensated MQW (multiple quantum well) structure.

【0107】本実施の形態においては、InGaNAs
Pバリア層の成長条件は、MQW構造層74のInGa
NAs井戸層の成長条件に対してPの原料(本実施の形
態では、PH3 )を添加したものであり、In、Ga、
N、Asの原料の供給量は変えていない。
In the present embodiment, InGaNAs
The growth condition of the P barrier layer is the InGa of the MQW structure layer 74.
A source material of P (PH 3 in this embodiment) is added to the growth conditions of the NAs well layer, and In, Ga,
The supply amounts of the N and As raw materials were not changed.

【0108】一般に、InGaNAsに対してPを添加
すると、バンドギャップエネルギーは大きくなり、格子
定数は小さくなる効果がある。そして、本実施の形態の
半導体発光素子70のMQW構造層74のInGaNA
s井戸層の格子定数が、GaAs層である被成長基板7
1より大きい場合、Pの添加量を制御することによって
格子定数をGaAs層である被成長基板71に格子整合
させたり、GaAs層である被成長基板71より小さく
したりすることができる。
In general, when P is added to InGaNAs, there is an effect that the band gap energy increases and the lattice constant decreases. The InGaNA of the MQW structure layer 74 of the semiconductor light emitting device 70 of the present embodiment
The growth substrate 7 having a lattice constant of the s-well layer is a GaAs layer.
If it is greater than 1, the lattice constant can be matched to the growth substrate 71, which is a GaAs layer, or made smaller than that of the growth substrate 71, which is a GaAs layer, by controlling the amount of P added.

【0109】また、本実施の形態の半導体発光素子70
のMQW構造層74は、井戸層とバリア層の両方にNを
含んでいるので、他のV族原料に比べ、一般に供給量の
多いNの原料を井戸層とバリア層の成長時に、オン/オ
フ(被成長基板71に供給する、しない)する必要がな
くなるので、界面の制御を容易に行うことができる。
Further, the semiconductor light emitting device 70 of the present embodiment
In the MQW structure layer 74 of this embodiment, N is contained in both the well layer and the barrier layer. Therefore, in general, an N source that is supplied in a larger amount than other group V sources is turned on / off during the growth of the well layer and the barrier layer. Since there is no need to turn off (supply or not supply to the growth target substrate 71), the interface can be easily controlled.

【0110】なお、本実施の形態では、In、Ga、
N、Asの原料の供給量を、変えないで作製したが、変
えても、同様に適用することができる。
In the present embodiment, In, Ga,
Although the N and As raw materials were supplied without changing the supply amount, the same can be applied even if the supply amounts were changed.

【0111】また、本実施の形態においては、MQW構
造層74の井戸層にPを含んでいない場合について説明
したが、井戸層にPを含んでいてもバリア層のP組成を
さらに大きくする等の方法により、バリア層のバンドギ
ャップエネルギーの方を大きくすることにより、適用す
ることができる。
In the present embodiment, the case where the well layer of the MQW structure layer 74 does not contain P has been described. However, even if P is contained in the well layer, the P composition of the barrier layer is further increased. The method can be applied by increasing the band gap energy of the barrier layer by the method described above.

【0112】図10は、本発明の半導体発光素子及び半
導体発光素子の製造方法の第8の実施の形態を示す図で
あり、本実施の形態は、0.8μm帯等の固体レーザ励
起用などの高出力半導体レーザに適用したものである。
FIG. 10 is a view showing an eighth embodiment of the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention. This embodiment is for pumping a solid-state laser in a 0.8 μm band or the like. This is applied to the high-power semiconductor laser.

【0113】図10は、本実施の形態の半導体発光素子
80の正面断面図であり、図10において、半導体発光
素子80は、n型GaAs層で形成された被成長基板8
1、n型InGaP層で形成されたクラッド層82、I
nGaAsP層で形成されたガイド層83、InGaN
AsP層で形成された井戸層(活性層)84、InGa
AsP層で形成されたガイド層85、p型InGaP層
で形成されたクラッド層86及びp+ 型GaAs層で形
成されたキャップ層87が順次積層されている。
FIG. 10 is a front sectional view of a semiconductor light emitting device 80 of the present embodiment. In FIG. 10, the semiconductor light emitting device 80 is a substrate 8 formed of an n-type GaAs layer.
1. Cladding layer 82 formed of n-type InGaP layer, I
Guide layer 83 formed of nGaAsP layer, InGaN
A well layer (active layer) 84 formed of an AsP layer;
A guide layer 85 formed of an AsP layer, a clad layer 86 formed of a p-type InGaP layer, and a cap layer 87 formed of a p + -type GaAs layer are sequentially stacked.

【0114】すなわち、半導体発光素子80は、その活
性層(井戸層)84として、バンドギャップエネルギー
が、1.54eVであるInGaNAsP層を、ガイド
層(光導波層)83、85として、GaAs層である被
成長基板81に格子整合しバンドギャップエネルギーが
1.83eVであるInGaAsP層を、そして、クラ
ッド層82、86として、GaAs層である被成長基板
81に格子整合しバンドギャップエネルギーが1.91
eVであるInGaPを用いたSCH−SQW構造とな
っている。そして、この半導体発光素子80の発振波長
は、約0.81μmである。
That is, in the semiconductor light emitting device 80, an InGaNAsP layer having a band gap energy of 1.54 eV is used as an active layer (well layer) 84, and GaAs layers are used as guide layers (optical waveguide layers) 83 and 85. An InGaAsP layer lattice-matched to a certain growth substrate 81 and having a band gap energy of 1.83 eV, and the cladding layers 82 and 86 are lattice-matched to a growth substrate 81 which is a GaAs layer and have a band gap energy of 1.91.
It has a SCH-SQW structure using InGaP which is eV. The oscillation wavelength of the semiconductor light emitting device 80 is about 0.81 μm.

【0115】従来、0.8μm帯等の固体レーザ励起用
等の高出力半導体レーザにおいては、活性層に接するク
ラッド層やガイド層には、AlGaAsが多く用いられ
ているが、光学損傷が生じやすく、信頼性に問題があっ
た。そこで、従来、InGaAsP系材料によりAlフ
リーの材料系が試作されているが、InGaAsP系材
料は、AlGaAs系材料に比べて、伝導帯のバンドオ
フセットが小さいため、活性層からのキャリアリークが
大きくなり、信頼性は良好であるが、高出力半導体レー
ザとしては、他の素子特性が十分ではなかった。
Conventionally, in a high-power semiconductor laser for exciting a solid-state laser in the 0.8 μm band or the like, AlGaAs is often used for the cladding layer and the guide layer in contact with the active layer, but optical damage is likely to occur. Had a problem with reliability. Therefore, conventionally, an Al-free material based on an InGaAsP-based material has been experimentally manufactured, but the InGaAsP-based material has a smaller conduction band offset than the AlGaAs-based material, so that carrier leakage from the active layer increases. Although the reliability was good, other device characteristics were not sufficient as a high-output semiconductor laser.

【0116】このような従来の高出力半導体レーザに対
して、本実施の形態の半導体発光素子80は、活性層
(井戸層)84がInGaNAsPで形成され、Nが添
加されたものとなっている。このように、Nを添加する
と、バンドギャップを小さくすることができるととも
に、伝導帯及び価電子帯のエネルギーを小さくすること
ができる。したがって、InGaAs系材料をクラッド
層82、86やガイド層83、85に用いても、伝導帯
のバンドオフセットが大きくなり、活性層84からのキ
ャリアリークが小さくなる。その結果、閾値電流密度が
低くなり、高温特性等を良好なものとすることができ
る。
In contrast to such a conventional high-power semiconductor laser, the semiconductor light emitting device 80 of the present embodiment has an active layer (well layer) 84 made of InGaNAsP and doped with N. . Thus, when N is added, the band gap can be reduced and the energy of the conduction band and the valence band can be reduced. Therefore, even when an InGaAs-based material is used for the cladding layers 82 and 86 and the guide layers 83 and 85, the band offset of the conduction band increases and the carrier leak from the active layer 84 decreases. As a result, the threshold current density decreases, and high-temperature characteristics and the like can be improved.

【0117】また、半導体発光素子80は、発光層84
であるInGaNAsP層と接する層には、Alを含ん
でいない、すなわち、活性領域(発光層84とガイド層
83、85)に活性なAlを含んでいないので、Nを含
む混晶半導体に適した低い成長温度においても、Alを
含んだ層の成長表面に形成されやすかった製造装置内及
び原料ボンベ内のO(酸素)が基板表面に取り込まれて
発生する劣化の起源となるような非発光再結合センター
を低減させることができる。したがって、信頼性が高
く、かつ、他の素子特性も良好な高出力半導体レーザで
ある高出力な半導体発光素子80を容易に製造すること
ができる。
Further, the semiconductor light emitting device 80 includes a light emitting layer 84.
The layer in contact with the InGaNAsP layer does not contain Al, that is, does not contain active Al in the active region (the light-emitting layer 84 and the guide layers 83 and 85), and thus is suitable for a mixed crystal semiconductor containing N. Even at a low growth temperature, non-emission light is generated such that O (oxygen) in the manufacturing apparatus and the raw material cylinder which is easily formed on the growth surface of the Al-containing layer is taken into the substrate surface and causes deterioration. Coupling centers can be reduced. Therefore, it is possible to easily manufacture the high-output semiconductor light emitting device 80 which is a high-output semiconductor laser having high reliability and good other device characteristics.

【0118】なお、本実施の形態においては、活性層8
4としてInGaNAsP層を用いているが、他の組成
であってもよい。
In this embodiment, the active layer 8
Although an InGaNAsP layer is used as 4, another composition may be used.

【0119】また、InGaNAsP層である活性層8
4が、被成長基板81としてのGaAs層に完全に格子
接合している場合について説明したが、GaAs層であ
る被成長基板81に完全には格子整合していなくてもよ
く、歪みを持っていても、臨界膜厚以内の厚さであれば
よい。
The active layer 8 which is an InGaNAsP layer
4 has been described as being completely lattice-bonded to the GaAs layer as the substrate 81 to be grown, but may not be perfectly lattice-matched to the substrate 81 to be grown as a GaAs layer, and may have strain. It is sufficient if the thickness is within the critical film thickness.

【0120】さらに、ガイド層83、85としては、G
aAs層である被成長基板81に格子整合可能な組成、
あるいは、格子整合せずに、歪みを持っていても、臨界
膜厚以内の厚さ、すなわち、GadIn1-deAsf
1-e-f層 (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f≦1)であ
っても、同様に適用することができる。
Further, as the guide layers 83 and 85, G
a composition capable of lattice-matching with the growth substrate 81 which is an aAs layer;
Alternatively, without lattice matching, even with a strain, the critical film thickness within the thickness, i.e., Ga d In 1-d N e As f P
The same applies to the 1-ef layer (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f ≦ 1).

【0121】また、半導体発光素子80は、クラッド層
82、86にAlを含んでいないので、ガイド層83、
85には、Nを含んでいてもよい。この場合、ガイド層
83、85は、クラッド層82、86よりもバンドギャ
ップエネルギーの小さい材料である必要がある。
In the semiconductor light emitting device 80, since the cladding layers 82 and 86 do not contain Al, the guide layer 83
85 may include N. In this case, the guide layers 83 and 85 need to be made of a material having a smaller band gap energy than the clad layers 82 and 86.

【0122】さらに、本実施の形態では、SQW構造と
しているが、井戸層を複数層用いた多重量子井戸構造を
用いてもよい。この場合、バリア層には、クラッド層よ
りバンドギャップエネルギーの小さいGadIn1-de
Asf1-e-f 層(0≦d≦1、0≦e<1、0≦f≦
1)を用いることができる。
Further, in the present embodiment, the SQW structure is used, but a multiple quantum well structure using a plurality of well layers may be used. In this case, the barrier layer having a small band gap energy than that of the cladding layer Ga d In 1-d N e
As f P 1-ef layer (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f ≦
1) can be used.

【0123】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。
The invention made by the inventor has been specifically described based on the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. It goes without saying that it is possible.

【0124】[0124]

【発明の効果】請求項1記載の発明の半導体発光素子に
よれば、V族にNを含んだN系混晶半導体材料を活性層
とした半導体発光素子において、発光層を、Nを含む混
晶半導体GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、
0<b<1、0≦c<1)層で形成し、発光層と直接接
するクラッド層、ガイド層あるいはバリア層を、Alを
含まない半導体層で形成しているので、Nを含む混晶半
導体に適した低い成長温度においても、Alを含んだ層
の成長表面に製造装置内や原料ボンベ内のO(酸素)が
取り込まれて素子の劣化の起源となる非発光再結合セン
ターを低減させることができ、半導体発光素子を発光効
率が高く、寿命の長いものとすることができる。
According to the semiconductor light emitting device of the first aspect of the present invention, in a semiconductor light emitting device in which an N-based mixed crystal semiconductor material containing N in group V is used as an active layer, the light emitting layer is formed of a mixed semiconductor containing N. crystal semiconductor Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,
0 <b <1, 0 ≦ c <1) layer, and the cladding layer, the guide layer or the barrier layer which is in direct contact with the light emitting layer is formed of a semiconductor layer containing no Al. Even at a low growth temperature suitable for a semiconductor, O (oxygen) in a manufacturing apparatus or a raw material cylinder is taken into a growth surface of an Al-containing layer to reduce non-radiative recombination centers which cause deterioration of the device. Accordingly, the semiconductor light emitting device can have high luminous efficiency and long life.

【0125】請求項2記載の発明の半導体発光素子によ
れば、V族にNを含んだN系混晶半導体材料を活性層と
しGaAs基板上に形成される半導体発光素子におい
て、発光層を、Nを含む混晶半導体GaaIn1-ab
c1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、0≦c<1)
層で形成し、発光層と直接接するクラッド層、ガイド層
あるいはバリア層を、発光層よりもバンドギャップエネ
ルギーの大きいGadIn1 -deAsf1-e-f (0≦d
≦1、0≦e<1、0≦f<1)層で形成しているの
で、GaAs基板上にAlを含まない系でヘテロ構造を
作製することができ、半導体発光素子を発光効率が高
く、寿命の長いものとすることができる。
According to the semiconductor light emitting device of the second aspect of the present invention, in a semiconductor light emitting device formed on a GaAs substrate using an N-based mixed crystal semiconductor material containing N in group V as an active layer, N-containing mixed crystal semiconductor Ga a In 1-a Nb A
s c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1, 0 <b <1, 0 ≦ c <1)
Forming a layer, the light emitting layer directly in contact with the cladding layer, a guide layer or the barrier layer, a large Ga d In 1 -d N e As f P 1-ef (0 ≦ d band gap energy than the emission layer
≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1), a heterostructure can be formed on a GaAs substrate in a system that does not contain Al, and the semiconductor light emitting device has high luminous efficiency. , And have a long life.

【0126】請求項3記載の発明の半導体発光素子によ
れば、発光層を、GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦
a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成し、バリア
層及びガイド層を、GadIn1-deAsf1-e-f (0
≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)層で形成し、クラ
ッド層を、バリア層及びガイド層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きいGavIn1-vAsw1-w(0<v≦
1、0≦w≦1)層で形成しているので、Alを含まな
い系で多重量子井戸を用いた素子を形成することがで
き、GaInNAsP層と接する層をAlを含まない
層、すなわち、活性領域(発光層と発光層に接する層)
に活性なAlを含まない層で形成することができる。し
たがって、半導体発光素子を発光効率が高く、寿命の長
いものとすることができる。
[0126] According to the semiconductor light-emitting device of the third aspect of the present invention, the light-emitting layer, Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦
a ≦ 1,0 <b <formed by 1,0 ≦ c <1) layer, the barrier layer and the guide layer, Ga d In 1-d N e As f P 1-ef (0
≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f <1) is formed by layer, the cladding layer than the barrier layer and the guide layer of the band gap energy larger Ga v In 1-v As w P 1-w (0 <v ≦
1, 0 ≦ w ≦ 1), the element using the multiple quantum well can be formed in an Al-free system, and the layer in contact with the GaInNAsP layer is an Al-free layer, that is, Active region (light emitting layer and layer in contact with light emitting layer)
Can be formed by a layer containing no active Al. Therefore, the semiconductor light emitting element can have high luminous efficiency and long life.

【0127】請求項4記載の発明の半導体発光素子によ
れば、発光層を、GaaIn1-abAsc1-b-c (0
≦a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成し、バリ
ア層を、GadIn1-deAsf1-e-f (0≦d≦1、
0≦e<1、0≦f<1)層で形成し、ガイド層を、発
光層よりもバンドギャップエネルギーの大きいGax
1-xAsy1-y (0<x≦1、0≦y≦1)層で形成
し、クラッド層を、バリア層及びガイド層よりもバンド
ギャップエネルギーの大きいAluGa1-uAs(0<u
≦1)層で形成しているので、GaInNAsP層と接
する層を、Alを含まない層、すなわち、活性領域(発
光層と発光層に接する層)に活性なAlを含んでいない
層とすることができ、発光効率が高く、寿命の長い半導
体発光素子を提供することができるとともに、キャリア
と光の閉じ込め効率が良好で、閾電流密度が低く、発光
効率の高い半導体発光素子を提供することができ、か
つ、熱抵抗率の小さいAlGaAsをクラッド層に用い
ているので、素子動作時の活性領域の温度上昇を抑制す
ることができ、発光効率の低下等の特性の悪化をさらに
低減させることができる。
[0127] According to the semiconductor light-emitting device of the fourth aspect of the present invention, the light-emitting layer, Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0
≦ a ≦ 1,0 <b <formed by 1,0 ≦ c <1) layer, a barrier layer, Ga d In 1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1,
0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1) layer, and the guide layer is formed of Ga x I having a larger band gap energy than the light emitting layer.
n 1-x As y P 1 -y (0 <x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) formed by a layer, the cladding layer, a large Al u Ga 1-u band gap energy than the barrier layer and the guide layer As (0 <u
≦ 1) The layer in contact with the GaInNAsP layer is a layer containing no Al, that is, a layer containing no active Al in the active region (the layer in contact with the light emitting layer). It is possible to provide a semiconductor light emitting device having a high luminous efficiency and a long life, a good light emitting efficiency, a good carrier and light confinement efficiency, a low threshold current density, and a high luminous efficiency. Since AlGaAs having a small thermal resistivity is used for the cladding layer, it is possible to suppress an increase in the temperature of the active region during operation of the device, and to further reduce deterioration in characteristics such as a decrease in luminous efficiency. it can.

【0128】請求項5記載の発明の半導体発光素子によ
れば、発光層を、GaaIn1-abAsc1-b-c (0
≦a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成し、バリ
ア層を、GadIn1-deAsf1-e-f (0≦d≦1、
0≦e<1、0≦f<1)層で形成し、ガイド層を、発
光層よりもバンドギャップエネルギーの大きいGax
1-xAsy1-y (0<x≦1、0≦y≦1)層で形成
し、クラッド層を、バリア層及びガイド層よりもバンド
ギャップエネルギーの大きいInsGatAl1- s-t
(0<s<1、0≦t<1)層で形成しているので、G
aInNAsP層と接する層を、Alを含まない層、す
なわち、活性領域(発光層と発光層に接する層)に活性
なAlを含んでいない層とすることができ、半導体発光
素子を発光効率が高く、寿命の長いものとすることがで
きるとともに、キャリアと光の閉じ込め効率が良好で、
閾電流密度が低く、発光効率の高い半導体発光素子を提
供することができ、かつ、AlGaAs系は、わずかに
GaAs基板に対し格子定数がずれるが、InGaAl
P系を用いると、完全に格子整合させることができる。
[0128] According to the semiconductor light-emitting device of the fifth aspect of the present invention, the light-emitting layer, Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0
≦ a ≦ 1,0 <b <formed by 1,0 ≦ c <1) layer, a barrier layer, Ga d In 1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1,
0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1) layer, and the guide layer is formed of Ga x I having a larger band gap energy than the light emitting layer.
n 1-x As y P 1 -y (0 <x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) formed by a layer, the cladding layer than the barrier layer and the guide layer of the band gap energy larger In s Ga t Al 1 - st P
(0 <s <1, 0 ≦ t <1), so that G
The layer in contact with the aInNAsP layer can be a layer that does not contain Al, that is, a layer that does not contain active Al in the active region (the layer that is in contact with the light emitting layer and the light emitting layer). , It has a long life and has good carrier and light confinement efficiency.
A semiconductor light emitting device having a low threshold current density and high luminous efficiency can be provided, and the lattice constant of the AlGaAs system is slightly different from that of the GaAs substrate.
The use of the P system allows perfect lattice matching.

【0129】請求項6記載の発明の半導体発光素子によ
れば、発光層が、ミスフィット転位の発生する臨界歪量
以内の格子歪を有しているので、N組成を小さくするこ
とができ、作製が容易で、かつ、N組成の増加に伴う結
晶性の低下を抑制することができる。したがって、発光
効率をより一層向上させることができる。
According to the semiconductor light emitting device of the invention, since the light emitting layer has a lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocation occurs, the N composition can be reduced, Fabrication is easy, and a decrease in crystallinity due to an increase in the N composition can be suppressed. Therefore, the luminous efficiency can be further improved.

【0130】請求項7記載の発明の半導体発光素子によ
れば、発光層が、ミスフィット転位の発生する臨界歪量
以内の圧縮格子歪を有し、バリア層が、ミスフィット転
位の発生する臨界歪量以内の引っ張り格子歪を有してい
るので、AlGaAsをバリア層とした場合にはできな
かった歪補償型の量子井戸素子とすることができ、井戸
層(発光層)の歪を補償して、適正な歪量を持つ組成に
制御し、井戸層の組成の自由度を大きくしたり、井戸層
の数を多くすることができる。したがって、半導体発光
素子を、製造が容易で、発光効率が高く、かつ、寿命の
長いものとすることができる。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the light emitting layer has a compression lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocations occur, and the barrier layer has a critical lattice strain at which misfit dislocations occur. Since it has a tensile lattice strain within the strain amount, a strain-compensated quantum well device that could not be obtained when AlGaAs was used as the barrier layer can be obtained, and the strain of the well layer (light emitting layer) can be compensated. Thus, the composition can be controlled to have an appropriate amount of strain to increase the degree of freedom of the composition of the well layer and increase the number of well layers. Therefore, the semiconductor light emitting device can be easily manufactured, have high luminous efficiency, and have a long life.

【0131】請求項8記載の発明の半導体発光素子によ
れば、発光層が、ミスフィット転位の発生する臨界歪量
以内の引っ張り格子歪を有し、バリア層が、ミスフィッ
ト転位の発生する臨界歪量以内の圧縮格子歪を有してい
るので、AlGaAsをバリア層とした場合にはできな
かった歪補償型の量子井戸素子とすることができ、井戸
層(発光層)の歪を補償して、適正な歪量を持つ組成に
制御し、井戸層の組成の自由度を大きくしたり、井戸層
の数を多くすることができる。したがって、半導体発光
素子を、製造が容易で、発光効率が高く、かつ、寿命の
長いものとすることができる。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the light emitting layer has a tensile lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocation occurs, and the barrier layer has a critical lattice strain at which misfit dislocation occurs. Since it has a compression lattice strain within the strain amount, it can be a strain-compensated quantum well element that could not be obtained when AlGaAs was used as the barrier layer, and the strain of the well layer (light emitting layer) was compensated. Thus, the composition can be controlled to have an appropriate amount of strain to increase the degree of freedom of the composition of the well layer and increase the number of well layers. Therefore, the semiconductor light emitting device can be easily manufactured, have high luminous efficiency, and have a long life.

【0132】請求項9記載の発明の半導体発光素子によ
れば、発光層を、Nを含む混晶半導体であるGaaIn
1-abAs1-b(0<b<1)層で形成し、該発光層の
In組成(1−a)が、11%より大きく、格子定数
が、GaAs基板より大きく、発光波長が、1.3μm
帯であるものとしているので、格子整合系に比較してN
組成を小さくしても一定波長を形成でき、半導体発光素
子を、再生が容易であるとともに、N組成増加に伴う結
晶性の低下を抑制して、発光効率が良好で、光ファイバ
ー通信用光源に適用することができるものとすることが
できる。
According to the semiconductor light emitting device of the ninth aspect, the light emitting layer is made of Ga a In which is a mixed crystal semiconductor containing N.
1-a N b As 1- b (0 <b <1) is formed by layer, In composition of the light emitting layer (1-a) is greater than 11%, the lattice constant is larger than GaAs substrates, the emission wavelength Is 1.3 μm
Because it is a band, N
Even if the composition is reduced, a constant wavelength can be formed, and the semiconductor light emitting device is easy to reproduce and suppresses the decrease in crystallinity due to the increase in the N composition. It can be anything that can be done.

【0133】請求項10記載の発明の半導体発光素子の
製造方法によれば、Nを含んだGadIn1-deAsf
1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)層から
なるクラッド層、ガイド層あるいはバリア層を、P原料
供給の有無あるいはP原料の供給量の増減して、そのP
組成が発光層のP組成よりも大きい層に形成しているの
で、他のV族原料に比べて一般に供給量の多いNの原料
を発光層とバリア層の成長時に供給したり、供給を止め
たりする必要がなくなり、例えば、気相成長のような場
合には、ガスの流れの乱れを抑えることができ、界面の
制御を容易に行うことができる。したがって、発光効率
が高く、寿命の長い半導体発光素子を容易に製造するこ
とができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the N-containing Ga d In 1-d Ne As FP
A 1-ef (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1) layer clad layer, guide layer or barrier layer is formed by changing the presence / absence of P material supply or the amount of P material supply. , That P
Since the composition is formed in a layer larger than the P composition of the light emitting layer, an N material which is generally supplied in a larger amount than other group V materials is supplied during the growth of the light emitting layer and the barrier layer, or the supply is stopped. For example, in the case of vapor phase growth, the turbulence of the gas flow can be suppressed, and the interface can be easily controlled. Therefore, a semiconductor light emitting device having high luminous efficiency and long life can be easily manufactured.

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

【図1】本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の
製造方法の第1の実施の形態を適用した半導体発光素子
の成長層の正面断面図。
FIG. 1 is a front sectional view of a growth layer of a semiconductor light emitting device to which a first embodiment of a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.

【図2】図1の半導体発光素子を製造するためのMOC
VD装置の反応室部分の概略構成図。
FIG. 2 is an MOC for manufacturing the semiconductor light emitting device of FIG.
The schematic block diagram of the reaction chamber part of a VD apparatus.

【図3】図1の半導体発光素子の発光スペクトルを示す
図。
FIG. 3 shows an emission spectrum of the semiconductor light emitting device of FIG.

【図4】本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の
製造方法の第2の実施の形態を適用した半導体発光素子
の成長層の正面断面図。
FIG. 4 is a front sectional view of a growth layer of a semiconductor light emitting device to which a second embodiment of the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.

【図5】本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の
製造方法の第3の実施の形態を適用した半導体発光素子
の成長層の正面断面図。
FIG. 5 is a front sectional view of a growth layer of a semiconductor light emitting device to which a third embodiment of the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.

【図6】本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の
製造方法の第4の実施の形態を適用した半導体発光素子
の成長層の正面断面図。
FIG. 6 is a front sectional view of a growth layer of a semiconductor light emitting device to which a fourth embodiment of the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.

【図7】本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の
製造方法の第5の実施の形態を適用した半導体発光素子
の成長層の正面断面図。
FIG. 7 is a front sectional view of a growth layer of a semiconductor light emitting device to which a fifth embodiment of the semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.

【図8】本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の
製造方法の第6の実施の形態を適用した半導体発光素子
の成長層の正面断面図。
FIG. 8 is a front sectional view of a growth layer of a semiconductor light emitting device to which a sixth embodiment of the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.

【図9】本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の
製造方法の第7の実施の形態を適用した半導体発光素子
の成長層の正面断面図。
FIG. 9 is a front sectional view of a growth layer of a semiconductor light emitting device to which a seventh embodiment of the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.

【図10】本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子
の製造方法の第8の実施の形態を適用した半導体発光素
子の成長層の正面断面図。
FIG. 10 is a front sectional view of a growth layer of a semiconductor light emitting device to which an eighth embodiment of the semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体発光素子 2 被成長基板 3 クラッド層 4 活性層 5 クラッド層 6 キャップ層 10 MOCVD装置 11 反応室 12 石英反応管 13 冷却管 14 ガス供給口 15 排気管 16 カーボンサセプター 17 高周波加熱コイル 18 熱電対 20、30、40、50、60、70、80 半導体発
光素子 21、31、41、51、61、71、81 被成長基
板 22、32、42、52、62、72、80 クラッド
層 23、33、43、53、63、73、83 ガイド層 24、34、44、54、84 井戸層 25、35、45、55、65、75、85 ガイド層 26、36、46、56、66、76、86 クラッド
層 27、37、47、57、67、77、87 キャップ
層 64、74 歪補償型MQW構造層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor light emitting element 2 Substrate to be grown 3 Cladding layer 4 Active layer 5 Cladding layer 6 Cap layer 10 MOCVD apparatus 11 Reaction chamber 12 Quartz reaction tube 13 Cooling pipe 14 Gas supply port 15 Exhaust pipe 16 Carbon susceptor 17 High frequency heating coil 18 Thermocouple 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 Semiconductor light emitting devices 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81 Substrate to be grown 22, 32, 42, 52, 62, 72, 80 Cladding layers 23, 33 , 43, 53, 63, 73, 83 Guide layers 24, 34, 44, 54, 84 Well layers 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85 Guide layers 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86 clad layer 27, 37, 47, 57, 67, 77, 87 cap layer 64, 74 strain compensation type MQW structure layer

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発光層とクラッド層、発光層とガイド層と
クラッド層、あるいは、発光層とバリア層とガイド層と
クラッド層が積層された積層構造からなる半導体発光素
子において、前記発光層は、Nを含む混晶半導体Gaa
In1-abAsc1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、
0≦c<1)層で形成され、前記発光層と直接接する前
記クラッド層、前記ガイド層あるいは前記バリア層は、
Alを含まない半導体層で形成されていることを特徴と
する半導体発光素子。
1. A semiconductor light emitting device having a laminated structure in which a light emitting layer and a clad layer, a light emitting layer, a guide layer, and a clad layer, or a light emitting layer, a barrier layer, a guide layer, and a clad layer are stacked. , N-containing mixed crystal semiconductor Ga a
In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,
The clad layer, the guide layer or the barrier layer, which is formed of 0 ≦ c <1) layer and is in direct contact with the light emitting layer,
A semiconductor light-emitting element formed of a semiconductor layer containing no Al.
【請求項2】発光層とクラッド層、発光層とガイド層と
クラッド層、あるいは、発光層とバリア層とガイド層と
クラッド層が積層された積層構造からなり、GaAs基
板上に形成される半導体発光素子において、前記発光層
は、Nを含む混晶半導体GaaIn1-abAsc1-b-c
(0≦a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成さ
れ、前記発光層と直接接する前記クラッド層、前記ガイ
ド層あるいは前記バリア層は、該発光層よりもバンドギ
ャップエネルギーの大きいGadIn1-deAsf
1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)層で形
成されていることを特徴とする半導体発光素子。
2. A semiconductor formed on a GaAs substrate having a light emitting layer and a cladding layer, a light emitting layer, a guide layer, and a cladding layer, or a light emitting layer, a barrier layer, a guide layer, and a cladding layer. in the light-emitting element, the light-emitting layer, a mixed crystal including N semiconductor Ga a in 1-a N b As c P 1-bc
(0 ≦ a ≦ 1, 0 <b <1, 0 ≦ c <1) layers, and the cladding layer, the guide layer, or the barrier layer which is in direct contact with the light emitting layer has a band gap larger than that of the light emitting layer. energy larger Ga d in 1-d N e As f P
1-ef (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1) layers of a semiconductor light emitting device.
【請求項3】前記発光層は、GaaIn1-abAsc
1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形
成され、前記バリア層及び前記ガイド層は、GadIn
1-deAsf1-e-f(0≦d≦1、0≦e<1、0≦f
<1)層で形成され、前記クラッド層は、前記バリア層
及び前記ガイド層よりもバンドギャップエネルギーの大
きいGavIn1-vAsw1-w(0<v≦1、0≦w≦
1)層で形成されていることを特徴とする請求項2記載
の半導体発光素子。
Wherein the light emitting layer, Ga a In 1-a N b As c P
1-bc (0 ≦ a ≦ 1, 0 <b <1, 0 ≦ c <1) layers, wherein the barrier layer and the guide layer are Ga d In
1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f
<Formed by 1) layer, the cladding layer is larger Ga v In 1-v As w P 1-w (0 <v ≦ 1,0 ≦ w ≦ bandgap energy than the barrier layer and the guide layer
3. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the semiconductor light emitting device is formed of 1) a layer.
【請求項4】前記発光層は、GaaIn1-abAsc
1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形
成され、前記バリア層は、GadIn1-deAsf
1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)層で形
成され、前記ガイド層は、前記発光層よりもバンドギャ
ップエネルギーの大きいGaxIn1-xAsy1-y(0<
x≦1、0≦y≦1)層で形成され、前記クラッド層
は、前記バリア層及び前記ガイド層よりもバンドギャッ
プエネルギーの大きいAluGa1-uAs(0<u≦1)
層で形成されていることを特徴とする請求項2記載の半
導体発光素子。
Wherein said light emitting layer, Ga a In 1-a N b As c P
1-bc formed by (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,0 ≦ c <1) layer, the barrier layer, Ga d In 1-d N e As f P
1-ef are formed in (0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f <1) layer, the guide layer is larger Ga x In 1-x As y bandgap energy than the light-emitting layer P 1-y (0 <
x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) layer, and the cladding layer is Al u Ga 1-u As (0 <u ≦ 1) having a band gap energy larger than that of the barrier layer and the guide layer.
3. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the device is formed of a layer.
【請求項5】前記発光層は、GaaIn1-abAsc
1-b-c (0≦a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形
成され、前記バリア層は、GadIn1-deAsf
1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)層で形
成され、前記ガイド層は、前記発光層よりもバンドギャ
ップエネルギーの大きいGaxIn1-xAsy1-y(0<
x≦1、0≦y≦1)層で形成され、前記クラッド層
は、前記バリア層及び前記ガイド層よりもバンドギャッ
プエネルギーの大きいInsGatAl1-s-t (0<s
<1、0≦t<1)層で形成されていることを特徴とす
る請求項2記載の半導体発光素子。
Wherein said light emitting layer, Ga a In 1-a N b As c P
1-bc formed by (0 ≦ a ≦ 1,0 <b <1,0 ≦ c <1) layer, the barrier layer, Ga d In 1-d N e As f P
1-ef are formed in (0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0 ≦ f <1) layer, the guide layer is larger Ga x In 1-x As y bandgap energy than the light-emitting layer P 1-y (0 <
formed by x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) layer, the cladding layer is larger In s Ga t Al 1-st P band gap energy than the barrier layer and the guide layer (0 <s
3. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the semiconductor light emitting device is formed of <1, 0 ≦ t <1) layers.
【請求項6】前記GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦
a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成された前記
発光層は、ミスフィット転位の発生する臨界歪量以内の
格子歪を有していることを特徴とする請求項1から請求
項5のいずれかに記載の半導体発光素子。
Wherein said Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦
The light emitting layer formed of a ≦ 1, 0 <b <1, 0 ≦ c <1) layers has a lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocations occur. The semiconductor light emitting device according to claim 1.
【請求項7】前記GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦
a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成された前記
発光層は、ミスフィット転位の発生する臨界歪量以内の
圧縮格子歪を有し、GadIn1-deAsf1-e-f (0
≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)層で形成された前
記バリア層は、ミスフィット転位の発生する臨界歪量以
内の引っ張り格子歪を有していることを特徴とする請求
項1から請求項5のいずれかに記載の半導体発光素子。
Wherein said Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦
The light-emitting layer formed of a ≦ 1, 0 <b <1, and 0 ≦ c <1) layers has a compression lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocations are generated, and Ga d In 1-d N e As f P 1-ef (0
≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1) The barrier layer has a tensile lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocation occurs. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein:
【請求項8】前記GaaIn1-abAsc1-b-c (0≦
a≦1、0<b<1、0≦c<1)層で形成された前記
発光層は、ミスフィット転位の発生する臨界歪量以内の
引っ張り格子歪を有し、GadIn1-deAsf1-e-f
(0≦d≦1、0≦e<1、0≦f<1)層で形成され
た前記バリア層は、ミスフィット転位の発生する臨界歪
量以内の圧縮格子歪を有していることを特徴とする請求
項1から請求項5のいずれかに記載の半導体発光素子。
Wherein said Ga a In 1-a N b As c P 1-bc (0 ≦
The light-emitting layer formed of a ≦ 1, 0 <b <1, and 0 ≦ c <1) layers has a tensile lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocations occur, and has a Ga d In 1-d N e As f P 1-ef
The barrier layer formed of (0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1) layers has a compression lattice strain within a critical strain amount at which misfit dislocation occurs. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein:
【請求項9】前記発光層は、Nを含む混晶半導体である
GaaIn1-abAs1-b(0<b<1)層で形成され、
該発光層のIn組成(1−a)が、11%より大きく、
格子定数が、GaAs基板より大きく、発光波長が、
1.3μm帯であることを特徴とする請求項2から請求
項8のいずれかに記載の半導体発光素子。
Wherein said light emitting layer, Ga a In 1-a N b As 1-b (0 <b <1) is a mixed crystal semiconductor containing N is formed by layer,
The In composition (1-a) of the light emitting layer is greater than 11%;
The lattice constant is larger than that of the GaAs substrate, and the emission wavelength is
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 2 to 8, wherein the band is in a 1.3 µm band.
【請求項10】前記請求項1から請求項9記載の半導体
発光素子の製造方法であって、前記Nを含んだGad
1-deAsf1-e-f (0≦d≦1、0≦e<1、0
≦f<1)層からなる前記クラッド層、前記ガイド層あ
るいは前記バリア層を、P原料供給の有無あるいはP原
料の供給量の増減により、そのP組成が前記発光層のP
組成よりも大きい層に形成することを特徴とする半導体
発光素子の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein said Ga- d I containing N is added.
n 1-d N e As f P 1-ef (0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e <1,0
≦ f <1) The composition of the cladding layer, the guide layer, or the barrier layer is determined by the presence or absence of the supply of the P material or the increase or decrease of the supply amount of the P material.
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising forming a layer having a composition larger than a composition.
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Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1174607A (en) * 1997-06-23 1999-03-16 Sharp Corp Semiconductor laser
WO2000042685A1 (en) * 1999-01-11 2000-07-20 The Furukawa Electric Co., Ltd. n-TYPE MODULATION DOPE MULTIPLE QUANTUM WELL SEMICONDUCTOR LASER
JP2000332363A (en) * 1998-11-09 2000-11-30 Ricoh Co Ltd Semiconductor luminous element and its manufacture
US6207973B1 (en) 1998-08-19 2001-03-27 Ricoh Company, Ltd. Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures
WO2001050557A1 (en) * 1999-12-31 2001-07-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Group iii-nitride semiconductor structures with reduced phase separation
JP2001320134A (en) * 2000-05-01 2001-11-16 Ricoh Co Ltd Semiconductor light-emitting device, its manufacturing method, optical transmission module, optical transmission /reception module, optical communication system, computer system, and network system
US6396861B1 (en) 1999-01-11 2002-05-28 The Furukawa Electric Co., Ltd. N-type modulation-doped multi quantum well semiconductor laser device
JP2002252426A (en) * 2001-02-26 2002-09-06 Ricoh Co Ltd Optical communication system using long-waveband surface light-emitting laser device
JP2002261388A (en) * 2001-02-27 2002-09-13 Ricoh Co Ltd Surface emission semiconductor laser element chip and optical communication system
JP2002261400A (en) * 2001-02-27 2002-09-13 Ricoh Co Ltd Laser, laser apparatus, and optical communication system
JP2002329928A (en) * 2001-02-27 2002-11-15 Ricoh Co Ltd Optical communication system
JP2003101140A (en) * 2000-09-21 2003-04-04 Ricoh Co Ltd Surface emitting semiconductor laser element, its manufacturing method, surface emitting semiconductor laser array, light transmitting module, light transmitting and receiving module and optical communication system
US6674785B2 (en) 2000-09-21 2004-01-06 Ricoh Company, Ltd. Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof
US6927412B2 (en) 2002-11-21 2005-08-09 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light emitter
US6974974B2 (en) 1998-08-19 2005-12-13 Ricoh Company, Ltd. Light emitting devices with layered III -V semiconductor structures, and modules and systems for computer, network and optical communication, using such devices
JP2006222445A (en) * 1996-08-27 2006-08-24 Ricoh Co Ltd Semiconductor light emitting device, method of manufacturing same, and fiber optic communication system
JP2006245595A (en) * 1996-08-27 2006-09-14 Ricoh Co Ltd Method for manufacturing semiconductor light emitting device
JP2007250896A (en) * 2006-03-16 2007-09-27 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor optical element
JP2008022040A (en) * 2007-10-05 2008-01-31 Ricoh Co Ltd Semiconductor light-emitting device, optical transmission module, optical transmission/reception module, optical communication system, computer system, and network system
JP2008034889A (en) * 2001-07-11 2008-02-14 Ricoh Co Ltd Semiconductor light-emitting device
JP2008098680A (en) * 1998-11-09 2008-04-24 Ricoh Co Ltd Semiconductor light emitting element
JP2008098682A (en) * 1998-11-09 2008-04-24 Ricoh Co Ltd Semiconductor light emitting element
JP2008147684A (en) * 2001-03-27 2008-06-26 Ricoh Co Ltd Method of manufacturing surface emitting type semiconductor laser element, surface emitting type semiconductor laser element produced using same, optical transmitting module using same element, optical transceiver module, and optical communication system
JP2008166571A (en) * 2006-12-28 2008-07-17 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device
US7453096B2 (en) 2001-03-27 2008-11-18 Ricoh Company, Ltd. Method of fabricating a semiconductor light-emitting device
US7518161B2 (en) 2001-03-27 2009-04-14 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
JP2009206520A (en) * 2001-09-21 2009-09-10 Ricoh Co Ltd Semiconductor light-emitting device, method of manufacturing the same, optical transmission module, optical exchanging device, and optical transmission system
US7590159B2 (en) 2001-02-26 2009-09-15 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7 micrometers and optical telecommunication system using such a laser diode
US7968362B2 (en) 2001-03-27 2011-06-28 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06334168A (en) * 1993-03-26 1994-12-02 Hitachi Ltd Semiconductor element
JPH08195522A (en) * 1994-11-16 1996-07-30 Hitachi Ltd Semiconductor laser
JPH09219563A (en) * 1996-02-09 1997-08-19 Hitachi Ltd Semiconductor light element, and application system using it

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06334168A (en) * 1993-03-26 1994-12-02 Hitachi Ltd Semiconductor element
JPH08195522A (en) * 1994-11-16 1996-07-30 Hitachi Ltd Semiconductor laser
JPH09219563A (en) * 1996-02-09 1997-08-19 Hitachi Ltd Semiconductor light element, and application system using it

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N.OHKOUCHI ET.AL.: "MOVPE Growth of GaAs1-xNx Alloys", 12TH SYMPOSIUM RECORD ON ALLOY SEMICONDUCTOR PHYSICS AND ELECTRONICS, JPNX006021374, 1993, pages 337 - 340, ISSN: 0000739026 *
N.OHKOUCHI ET.AL.: "MOVPE Growth of GaAs1-xNx Alloys", 12TH SYMPOSIUM RECORD ON ALLOY SEMICONDUCTOR PHYSICS AND ELECTRONICS, JPNX006049324, 1993, pages 337 - 340, ISSN: 0000784233 *
近藤 他: "III-(N,V)混晶半導体の物性と光素子への応用の可能性", 応用物理, vol. 第65巻第2号, JPNX006021373, 1996, pages 148 - 152, ISSN: 0000739025 *
近藤 他: "III-(N,V)混晶半導体の物性と光素子への応用の可能性", 応用物理, vol. 第65巻第2号, JPNX006049323, 1996, pages 148 - 152, ISSN: 0000784232 *

Cited By (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245595A (en) * 1996-08-27 2006-09-14 Ricoh Co Ltd Method for manufacturing semiconductor light emitting device
JP2006222445A (en) * 1996-08-27 2006-08-24 Ricoh Co Ltd Semiconductor light emitting device, method of manufacturing same, and fiber optic communication system
JPH1174607A (en) * 1997-06-23 1999-03-16 Sharp Corp Semiconductor laser
US6207973B1 (en) 1998-08-19 2001-03-27 Ricoh Company, Ltd. Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures
US6974974B2 (en) 1998-08-19 2005-12-13 Ricoh Company, Ltd. Light emitting devices with layered III -V semiconductor structures, and modules and systems for computer, network and optical communication, using such devices
JP2008098680A (en) * 1998-11-09 2008-04-24 Ricoh Co Ltd Semiconductor light emitting element
JP2000332363A (en) * 1998-11-09 2000-11-30 Ricoh Co Ltd Semiconductor luminous element and its manufacture
JP2008098682A (en) * 1998-11-09 2008-04-24 Ricoh Co Ltd Semiconductor light emitting element
WO2000042685A1 (en) * 1999-01-11 2000-07-20 The Furukawa Electric Co., Ltd. n-TYPE MODULATION DOPE MULTIPLE QUANTUM WELL SEMICONDUCTOR LASER
US6396861B1 (en) 1999-01-11 2002-05-28 The Furukawa Electric Co., Ltd. N-type modulation-doped multi quantum well semiconductor laser device
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
WO2001050557A1 (en) * 1999-12-31 2001-07-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Group iii-nitride semiconductor structures with reduced phase separation
JP2001320134A (en) * 2000-05-01 2001-11-16 Ricoh Co Ltd Semiconductor light-emitting device, its manufacturing method, optical transmission module, optical transmission /reception module, optical communication system, computer system, and network system
JP2003101140A (en) * 2000-09-21 2003-04-04 Ricoh Co Ltd Surface emitting semiconductor laser element, its manufacturing method, surface emitting semiconductor laser array, light transmitting module, light transmitting and receiving module and optical communication system
US6674785B2 (en) 2000-09-21 2004-01-06 Ricoh Company, Ltd. Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof
US7519095B2 (en) 2000-09-21 2009-04-14 Ricoh Company, Ltd Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof
US7940827B2 (en) 2000-09-21 2011-05-10 Ricoh Company, Ltd. Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof
US7022539B2 (en) 2000-09-21 2006-04-04 Ricoh Company, Ltd. Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof
US7260137B2 (en) 2000-09-21 2007-08-21 Ricoh Company, Ltd. Vertical-cavity surface-emission type laser diode and fabrication process thereof
US7590159B2 (en) 2001-02-26 2009-09-15 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7 micrometers and optical telecommunication system using such a laser diode
JP2002252426A (en) * 2001-02-26 2002-09-06 Ricoh Co Ltd Optical communication system using long-waveband surface light-emitting laser device
JP2002261400A (en) * 2001-02-27 2002-09-13 Ricoh Co Ltd Laser, laser apparatus, and optical communication system
JP2002329928A (en) * 2001-02-27 2002-11-15 Ricoh Co Ltd Optical communication system
JP2002261388A (en) * 2001-02-27 2002-09-13 Ricoh Co Ltd Surface emission semiconductor laser element chip and optical communication system
US7518161B2 (en) 2001-03-27 2009-04-14 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
JP2008147684A (en) * 2001-03-27 2008-06-26 Ricoh Co Ltd Method of manufacturing surface emitting type semiconductor laser element, surface emitting type semiconductor laser element produced using same, optical transmitting module using same element, optical transceiver module, and optical communication system
US8293555B2 (en) 2001-03-27 2012-10-23 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
US7453096B2 (en) 2001-03-27 2008-11-18 Ricoh Company, Ltd. Method of fabricating a semiconductor light-emitting device
US7968362B2 (en) 2001-03-27 2011-06-28 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
JP2008034889A (en) * 2001-07-11 2008-02-14 Ricoh Co Ltd Semiconductor light-emitting device
JP2009206520A (en) * 2001-09-21 2009-09-10 Ricoh Co Ltd Semiconductor light-emitting device, method of manufacturing the same, optical transmission module, optical exchanging device, and optical transmission system
US7235816B2 (en) 2002-11-21 2007-06-26 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light emitter
US7714338B2 (en) 2002-11-21 2010-05-11 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light emitter
US7872270B2 (en) 2002-11-21 2011-01-18 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light emitter
US6927412B2 (en) 2002-11-21 2005-08-09 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light emitter
JP2007250896A (en) * 2006-03-16 2007-09-27 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor optical element
JP2008166571A (en) * 2006-12-28 2008-07-17 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device
JP2008022040A (en) * 2007-10-05 2008-01-31 Ricoh Co Ltd Semiconductor light-emitting device, optical transmission module, optical transmission/reception module, optical communication system, computer system, and network system

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