JPH10145004A

JPH10145004A - ＧａＮ系発光素子

Info

Publication number: JPH10145004A
Application number: JP31144196A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Koike; 正好小池; Seiji Nagai; 誠二永井; Shiro Yamazaki; 史郎山崎; Toshio Hiramatsu; 敏夫平松; Isamu Akasaki; 勇赤崎; Hiroshi Amano; 浩天野
Original assignee: Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan; Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan; Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】発光層に注入されたキャリヤに対する閉じ込
め効果が高くかつクラックが入り難くしたＧａＮ系発光
素子を提供する。【解決手段】基板１と、発光層５と、発光層５を挟む
ようにして配置された第１のクラッド層３及び第２のク
ラッド層７と、発光層５と第１及び第２のクラッド層
３、７との間に設けられてキャリアの透過を防止するス
トッパ層４、６とを備えてなる発光素子において、スト
ッパ層におけるＡｌの組成とその膜厚、及びクラッド層
のＡｌの組成とその膜厚を適当に調節する。例えば、第
２のストッパ層６をＡｌ_X2Ｇａ_1ーX2Ｎ：Ｘ２＝０．１〜
０．５で形成し、かつ厚さを１０〜５０ｎｍとし、第２
のクラッド層７をＡｌ_Y2Ｇａ_1ーY2Ｎ：Ｙ２＝０〜０．１
５で形成し、かつその厚さを１００〜１０００ｎｍとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はＧａＮ系化合物半
導体で形成された発光素子に関する。この半導体発光素
子は例えばレーザダイオードや発光ダイオードとして利
用できる。

【０００２】

【従来の技術】可視光短波長領域の発光素子として化合
物半導体を用いたものが知られている。中でもＧａＮ系
化物半導体は直接遷移型であることから発光効率が高く
かつ光の３原色の１つである青色を発光することから、
昨今特に注目を集めている。

【０００３】ＧａＮ系の発光素子では、発光層に注入さ
れたキャリアの閉じ込めを当該発光層を挟むように形成
される第１のクラッド層及び第２のクラッド層で行って
いた。しかし半導体レーザのように発光層に対するキャ
リヤの注入量が多くなると、クラッド層にはより高いキ
ャリアの閉じ込めの機能が要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】クラッド層によるキャ
リアの閉じ込め機能を高めるためには、クラッド層をよ
り禁制帯幅（バンドギャップ）の広い材料で形成するこ
とが考えられる。ＧａＮ系化合物半導体では禁制帯幅を
広くするためにＡｌ（アルミニウム）の組成を大きくす
ることが考えられる。

【０００５】しかしながら、本発明者らの検討によれ
ば、Ａｌの組成比を高くしてかつ光閉じ込めを十分確保
するためにクラッド層を厚くすると、歪みが大きくな
り、成長層にクラックが入りやすくなることがわかっ
た。そこでこの発明は、キャリヤに対する閉じ込め効果
が高くかつクラッド層にクラックが入り難くしたＧａＮ
系発光素子を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するものであり、その構成は、ＧａＮ系の化合物半導
体で形成される発光素子であって、基板と、発光層と、
前記発光層を挟むようにして配置されたｎ伝導型のクラ
ッド層及びｐ伝導型のクラッド層と、前記発光層と前記
ｐ伝導型のクラッド層との間に形成されるストッパ層で
あって、該ストッパ層は前記発光層中のキャリヤがこれ
を通り抜けることを実質的に防止するストッパ層と、を
備えてなり、前記ストッパ層はＡｌ_X2Ｇａ_1ーX2Ｎ：Ｘ２
＝０．１〜０．５からなり、かつ厚さが１０〜５０ｎｍ
であり、前記ｐ伝導型のクラッド層はＡｌ_Y2Ｇａ
_1ーY2Ｎ：Ｙ２＝０〜０．１５からなり、かつその厚さが
１００〜１０００ｎｍであることを特徴とする。

【０００７】

【発明の作用・効果】このように構成された発光素子に
よれば、ストッパ層とｐ伝導型のクラッド層の組成及び
厚さが適当に調整されているので、発光層に注入された
キャリア（電子）に対する閉じ込め効果が高く、成長層
にはクラックが殆ど入らなくなる。

【０００８】請求項２に記載の発明によれば、他のスト
ッパ層とｎ伝導型のクラッド層の組成及び厚さが適当に
調整されているので、発光層に注入されたキャリア（ホ
ール）に対する閉じ込め効果が高く、成長層にはクラッ
クが殆ど入らなくなる。

【０００９】請求項３に記載の発明によれば、ストッパ
層が発光層に接しているので、キャリヤの閉じ込めを効
率よく行える。

【００１０】請求項４に記載の発明によれば、ガイド層
が設けられるので、光を閉じ込める層の厚みが大きくな
って、レーザ素子に適した構成となる。

【００１１】請求項５〜８に記載の発明によれば、スト
ッパ層におけるＡｌの組成を漸次変化させたので、スト
ッパ層に対するストレスが緩和、吸収されることとな
り、クラックがより生じ難くなる。

【００１２】請求項９及び１０に記載の発明によれば、
ストッパ層が複数の層から構成されるので、ストッパ層
に対するストレスが緩和、吸収されることとなり、クラ
ックの発生がより生じ難くなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を実
施例に基づき更に詳細に説明する。第１実施例この実施例の半導体発光素子はレーザダイオードであ
る。図１は実施例のレーザダイオード２０の断面図であ
る。このレーザダイオード２０は基板１の上へ順に、バ
ッファ層２、ｎコンタクト層３、第１のクラッド層４、
第１のストッパ層５、発光層６、第２のストッパ層７、
第２のクラッド層８を成長させた構成である。第２のク
ラッド層８の上面にはｐコンタクト層９が形成されてい
る。

【００１４】各半導体層のスペックは次の通りである。半導体層：組成：ドーパント（膜厚）バッファ層２：ＡｌＮ（50nm）ｎコンタクト層３：ｎ⁺−ＧａＮ：Ｓｉ（4.0μm）第１のクラッド層４：ｎ−Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎ：Ｓｉ（1μm）第１のストッパ層５：ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ：Ｓｉ（20nm）発光層６量子井戸層６ａ：Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ（50nm) バリア層６ｂ：ＧａＮ（50nm）量子井戸層とバリア層の繰り返し数：５第２のストッパ層７：ｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ:Ｍｇ（20nm）第２のクラッド層８：ｐ−Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎ:Ｍｇ（1μm）ｐコンタクト層９：ｐ⁺−ＧａＮ:Ｍｇ（200nm）

【００１５】なお、基板１はサファイア製であって、次
の様にして調製される。有機洗浄及び熱処理により洗浄
したa面を主面とする単結晶サファイア板を図示しない
気相反応装置内のサセプタに装着する。次に、常圧でＨ
₂を流速２ liter/min で反応装置に流しながら温度１０
００℃でサファイア基板を３０分間ベーキングする。

【００１６】上記においてバッファ層２は一般式Ａｌ_A
Ｇａ_1-AＮで表される非晶質の化合物半導体で形成する
ことができる（特開平２ー２２９４７６号公報参照）。

【００１７】第１のクラッド層４はｎ伝導型の一般式Ａ
ｌ_Y1Ｇａ_1ーY1Ｎ：Ｙ１＝０〜０．１５で表される化合物
半導体で形成することができる。その厚さは１００〜１
０００ｎｍとすることが好ましい。

【００１８】第１のストッパ層５は一般式Ａｌ_X1Ｇａ
_1ーX1Ｎ：Ｘ１＝０．１〜０．５で表される化合物半導体
により形成することができる。Ａｌの組成Ｘ１が０．１
に満たないと禁制帯幅が狭くなってキャリア閉じ込めの
効果が充分でなくなる。Ａｌの組成Ｘ１が０．５を超え
るとクラックが生じやすくなる。またその膜厚は１０〜
５０ｎｍとする。第１のストッパ層５の膜厚が１０ｎｍ
に満たないとキャリア閉じ込めの効果が充分でなくな
る。その膜厚が５０ｎｍを超えるとクラックが生じやす
くなる。この第１のストッパ層５は発光層６からホール
が漏れ出ることを防止するものである。ホールは第１の
クラッド層４の材料によっても比較的充分に閉じ込めら
れるので、素子２０に印加する定格の電圧が小さい場合
等には、この第１のストッパ層５を省略することができ
る。

【００１９】発光層６は図示のＭＱＷ型のものに限定さ
れず、ＳＱＷ型、バルク型のものなどを用いることがで
きる。量子井戸層及びバリア層には意図的な不純物をド
ープしてもよいし、しなくてもよい。

【００２０】第２のストッパ層７は一般式Ａｌ_X2Ｇａ
_1ーX2Ｎ：Ｘ２＝０．１〜０．５で表される化合物半導体
により形成することができる。Ａｌの組成Ｘ２が０．１
に満たないと禁制帯幅が狭くなってキャリア閉じ込めの
効果が充分でなくなる。Ａｌの組成Ｘ２が０．５を超え
るとクラックが生じやすくなる。またその膜厚は１０〜
５０ｎｍとする。第２のストッパ層７の膜厚が１０ｎｍ
に満たないとキャリア閉じ込めの効果が充分でなくな
る。その膜厚が５０ｎｍを超えるとにクラックが生じや
すくなる。

【００２１】第２のクラッド層８はｎ伝導型の一般式Ａ
ｌ_Y2Ｇａ_1ーY2Ｎ：Ｙ２＝０〜０．１５で表される化合物
半導体で形成することができる。その厚さは１００〜１
０００ｎｍとすることが好ましい。

【００２２】各半導体層は周知の有機金属化合物気相成
長法（以下、「ＭＯＶＰＥ法」という。）により形成さ
れる（例えば、特開平６ー２６８２５７号公報、特開平
８ー９７４７１号公報参照）。この成長法においては、
アンモニアガスと三族元素のアルキル化合物ガス、例え
ばトリメチルガリウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニ
ウム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを
適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応さ
せ、もって所望の半導体結晶を基板の上に成長させる。
このＭＯＶＰＥ法を実行するための気相反応装置も周知
である。例えば、特開昭６３ー１８８９３４号公報を参
照されたい。

【００２３】各半導体層を形成後、電子線照射装置を用
いて、半絶縁物状態のコンタクト層９、第２のクラッド
層８及び第２のストッパ層７へ一様に電子線を照射す
る。電子線の照射条件は、加速電圧約１０ｋＶ、試料電
流１μＡ、ビーム移動速度０．２mm/sec、ビーム径６０
μmΦ、真空度５．０ X １０^ー5Torrである。このような
電子線照射によって層７〜９は所望のｐ伝導型となる。

【００２４】このようにして形成された半導体ウエハを
周知の方法でエッチングして、図１に示した半導体層構
成とする。次に、一様に酸化シリコン膜１１をｐコンタ
クト層９の上へ積層し、スリット状の窓を開ける。そし
て、この窓を介して、Ａｕ／Ｎｉ製の電極１２をＰコン
タクト層９へ接続させる。この電極１２は金属の蒸着、
フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程、エ
ッチング工程を経て形成される。一方、ｎコンタクト層
３にはアルミニウムからなる電極１０を蒸着により、定
法にしたがい形成する。

【００２５】このようにして形成された半導体ウエハを
素子毎に切り分けて、所望のレーザダイオードとする。

【００２６】この実施例のレーザダイオード２０のエネ
ルギーダイヤグラムを図２に示す。このエネルギーダイ
ヤグラムからわかるとおり、実施例のレーザダイオード
２０によれば、第１及び第２のクラッド層４、８と発光
層６との間に、各クラッド層４、８より大きなバンドギ
ャップを有するストッパ層５、７が介在された。よっ
て、発光層６に注入されたキャリアはより確実に当該発
光層６内に閉じ込められることとなる。

【００２７】この実施例ではキャリア閉じ込めの効果を
最大とするために、第１及び第２のストッパ層５、７を
それぞれ発光層６に接するように形成したが、これらを
各クラッド層４、８の内部、即ち発光層６から離して形
成することもできる。

【００２８】第２実施例この実施例では、既述の第１の実施例においてストッパ
層５、７を変更した。他の部分については第１の実施例
のレーザダイオード２０と同一であるのでその説明を省
略する。

【００２９】この実施例のレーザダイオードでは、図３
に示すように、第１及び第２のストッパ層２５、２７の
バンドギャップが発光層６に最も近い部分で最も高く、
発光層６から離れるに従って連続的に漸減し、発光層６
から最も離れた部分ではそのバンドギャップが各クラッ
ド層４、８と実質的に等しくなっている。バンドギャッ
プの漸減の態様は図示した円弧状に限定されるものでは
なく、これを直線状、指数関数的変化等とすることがで
きる。

【００３０】このようにバンドギャップを変化させるに
は、各ストッパ層２５、２７におけるＡｌの組成を次の
ように変化させる。即ち、発光層６に最も近い部分のＡ
ｌの組成Ｘを最も高くする（実施例ではＸ＝０．２
０）。発光層６から離れるに従ってＡｌの組成を連続的
に漸減させ、発光層６から最も離れた部分即ち各クラッ
ド層４、８に連続する部分ではＡｌの組成を各クラッド
層４、８のそれに等しくする（実施例ではＸ＝０．０
８）。このようなＡｌの組成変化は、各ストッパ層２
５、２７を結晶成長させるときに、原料ガスの供給を漸
次変化させることにより行う。

【００３１】ストッパ層におけるＡｌの組成が連続して
かつ漸次変化して最終的にクラッド層の組成と等しくな
っていると、ストッパ層とクラッド層との間の格子定数
も連続してかつ漸次変化することとなる。したがって、
第１実施例の構成に比べてクラッド層−ストッパ層間の
ストレスが緩和される。

【００３２】第３実施例この実施例では、既述の第２の実施例においてストッパ
層２５、２７を変更した。他の部分については第１の実
施例のレーザダイオード２０と同一であるのでその説明
を省略する。

【００３３】この実施例のレーザダイオードでは、図４
に示すように、第１及び第２のストッパ層３５、３７の
バンドギャップの変化が階段状にされている。即ち、発
光層６に最も近い部分で最も高く、発光層６から離れる
に従って階段状に漸減し、発光層６から最も離れた部分
ではそのバンドギャップが各クラッド層４、８と実質的
に等しくなっている。このようにバンドギャップを変化
させるには、各ストッパ層３５、３７におけるＡｌの組
成を次のように変化させる。即ち、発光層６に最も近い
部分のＡｌの組成Ｘを最も高くする（実施例ではＸ＝
０．２）。発光層６から離れるに従ってＡｌの組成を階
段状に漸減させ、発光層６から最も離れた部分即ち各ク
ラッド層４、８に連続する部分ではＡｌの組成を各クラ
ッド層４、８のそれに等しくする（実施例ではＸ＝０．
０８）。このようなＡｌの組成変化は、各ストッパ層３
５、３７を結晶成長させるときに、原料ガスの供給を階
段状に変化させることにより行う。

【００３４】ストッパ層におけるＡｌの組成が階段状に
かつ漸次変化して最終的にクラッド層の組成と等しくな
っていると、ストッパ層とクラッド層との間の格子定数
も階段状にかつ漸次変化することとなる。したがって、
第１実施例の構成に比べてクラッド層−ストッパ層間の
ストレスが緩和される。

【００３５】第４実施例この実施例では、既述の第１の実施例においてストッパ
層５、７を変更した。他の部分については第１の実施例
のレーザダイオード２０と同一であるのでその説明を省
略する。

【００３６】この実施例のレーザダイオードでは、図５
に示すように、第１及び第２のストッパ層４５、４８が
いわゆる超格子構造とされている。図６に第１のストッ
パ層４５のエネルギーダイヤグラムの拡大図を示し、図
７に第２のストッパ層４７のエネルギーダイヤグラムの
拡大図を示す。図６に示すように、この実施例の第１の
ストッパ層４５は、第１の部分４５５と第２の部分４５
６から構成される。第１の部分４５５は膜厚がほぼ１０
０オングストロームのｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなる第
１の障壁層４５１及び膜厚がほぼ１００オングストロー
ムであり、ｎ−ＧａＮからなる第１の井戸層４５２を積
層してなる。第２の部分４５６は膜厚がほぼ２０オング
ストロームのｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる第２の障
壁層４５３及び膜厚がほぼ２０オングストロームであ
り、ｎ−ＧａＮからなる第２の井戸層４５４の１０組を
繰り返し積層してなる。

【００３７】このような第１のストッパ層４５は、ＭＯ
ＶＰＥ法を実行するにあたり、原料ガスの供給量を適宜
変化させることにより形成される。

【００３８】上記において、第１の部分４５５が主とし
てキャリアのトンネル成分を防止し、第２の部分４５６
で高エネルギのキャリアを反射させる。第２の部分４５
６はクラッド層４とのストレスを緩和する機能も担う。
これにより、高いキャリア閉じ込め機能を維持してクラ
ックの生じがたい素子を提供できることとなる。

【００３９】第１の障壁層４５１は一般式ｎ−Ａｌ_X1Ｇ
ａ_1-X1Ｎで表される化合物半導体で形成される。意図的
な不純物はドープしてもよいし、しなくてもよい。その
Ａｌの組成Ｘ１はＸ１＝０．１〜０．５とすることが好
ましい。その膜厚は１〜５０ｎｍとすることが好まし
い。第１の井戸層４５２は一般式ｎ−Ａｌ_X2Ｇａ_1-X2Ｎ
で表される化合物半導体で形成することができる。意図
的な不純物はドープしてもよいし、しなくてもよい。そ
のＡｌの組成Ｘ２はＸ２＝０〜０．２とすることが好ま
しい。その膜厚は１〜５０ｎｍとすることが好ましい。

【００４０】第２の障壁層４５３は一般式ｎ−Ａｌ_X3Ｇ
ａ_1-X3Ｎで表される化合物半導体で形成される。意図的
な不純物はドープしてもよいし、しなくてもよい。その
Ａｌの組成Ｘ３はＸ３＝０．１〜０．５、Ｘ３＝Ｘ１を
含む、とすることが好ましい。その膜厚は１〜１０ｎｍ
とすることが好ましい。第２の井戸層４５４は一般式ｎ
−Ａｌ_X4Ｇａ_1-X4Ｎで表される化合物半導体で形成する
ことができる。意図的な不純物はドープしてもよいし、
しなくてもよい。そのＡｌの組成Ｘ４はＸ４＝０〜０．
１５、Ｘ４＝Ｘ２を含む、とすることが好ましい。その
膜厚は１〜１０ｎｍとすることが好ましい。第２の障壁
層４５３と第２の井戸層４５４との繰り返し数は３〜２
０とすることが好ましい。

【００４１】図７に示すように、この実施例の第２のス
トッパ層４７は、第１の部分４７５と第２の部分４７６
から構成される。第１の部分４７５は膜厚がほぼ１００
オングストロームのｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなる第１
の障壁層４７１及び膜厚がほぼ１００オングストローム
であり、ｐ−ＧａＮからなる第１の井戸層４７２を積層
してなる。第２の部分４７６は膜厚がほぼ２０オングス
トロームのｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる第２の障壁
層４７３及び膜厚がほぼ２０オングストロームであり、
ｐ−ＧａＮからなる第２の井戸層４７４の１０組を繰り
返し積層してなる。

【００４２】このような第２のストッパ層４７は、ＭＯ
ＶＰＥ法を実行するにあたり、原料ガスの供給量を適宜
変化させることにより形成される。

【００４３】上記において、第１の部分４７５が主とし
てキャリアのトンネル成分を防止し、第２の部分で高エ
ネルギのキャリアを反射させる。第２の部分４７６は第
２のクラッド層８とのストレスを緩和する機能も担う。
これにより、高いキャリア閉じ込め機能を維持してクラ
ックの入りにくい素子を提供できることとなる。

【００４４】第１の障壁層４７１は一般式ｐ−Ａｌ_X5Ｇ
ａ_1-X5Ｎで表される化合物半導体で形成される。意図的
な不純物はドープしてもよいし、しなくてもよい。その
Ａｌの組成Ｘ５はＸ５＝０．１〜０．５とすることが好
ましい。その膜厚は１〜５０ｎｍとすることが好まし
い。第１の井戸層４７２は一般式ｐ−Ａｌ_X6Ｇａ_1-X6Ｎ
で表される化合物半導体で形成することができる。意図
的な不純物はドープしてもよいし、しなくてもよい。そ
のＡｌの組成Ｘ６はＸ６＝０〜０．２とすることが好ま
しい。その膜厚は１〜５０ｎｍとすることが好ましい。

【００４５】第２の障壁層４７３は一般式ｐ−Ａｌ_X7Ｇ
ａ_1-X7Ｎで表される化合物半導体で形成される。意図的
な不純物はドープしてもよいし、しなくてもよい。その
Ａｌの組成Ｘ７はＸ７＝０．１〜０．５、Ｘ７＝Ｘ５を
含む、とすることが好ましい。その膜厚は１〜１０ｎｍ
とすることが好ましい。第２の井戸層４７４は一般式ｐ
−Ａｌ_X8Ｇａ_1-X8Ｎで表される化合物半導体で形成する
ことができる。意図的な不純物はドープしてもよいし、
しなくてもよい。そのＡｌの組成Ｘ８はＸ８＝０〜０．
１５、Ｘ８＝Ｘ６を含む、とすることが好ましい。その
膜厚は１〜１０ｎｍとすることが好ましい。第２の障壁
層４７３と第２の井戸層４７４との繰り返し数は３〜２
０とすることが好ましい。

【００４６】第５実施例この実施例では、第４の実施例においてストッパ層４
５、４７の第２の部分を変更した。他の部分については
第４の実施例のレーザダイオードと同一であるので同一
の符号を付してその説明を省略する。

【００４７】この実施例のレーザダイオードでは、図８
に示すように、ストッパ層５５、５７の第２の部分５５
６、５７６において、クラッド層４、８に連続する部分
のバンドギャップが、第２実施例のストッパ層と同様
に、連続して漸減している。これにより、ストッパ層５
５、５７とクラッド層４、８の間のストレスが更に緩和
されることとなる。

【００４８】第６実施例第６実施例のレーザダイオード３０を図９に示す。図１
のレーザダイオードと同一の部分には同一の符号を付し
てその説明を省略する。この実施例のレーザダイオード
３０は第１のクラッド層４と第１のストッパ層５との間
に第１のガイド層１３が設けられ、第２のストッパ層７
と第２のクラッド層８との間に第２のガイド層１４が設
けられている。このガイド層１３及び１４は発光層６で
発光した光の閉じ込めをするものである。

【００４９】第１のガイド層１３及び第２のガイド層１
４のスペックは次の通りである。半導体層：組成：ドーパント（膜厚）第１のガイド層１３：ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ（100nm）第２のガイド層１４：ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ（100nm）この第１及び第２のガイド層１３及び１４も定法にした
がいＭＯＶＰＥ法により形成される。

【００５０】この第１のガイド層１３はｎ伝導型の一般
式Ａｌ_Z1Ｇａ_1ーZ1Ｎ（Ｚ１＝０を含む）で表される化合
物半導体で形成することができる。

【００５１】第２のガイド層１４はＰ伝導型の一般式Ａ
ｌ_Z2Ｇａ_1ーZ2Ｎ（Ｚ２＝０を含む）で表される化合物半
導体で形成することができる。

【００５２】この実施例のレーザダイオード３０におけ
るストッパ層６５、６７のエネルギーダイアグラムが図
１０に示されている。図からわかるとおり、このストッ
パ層６５及び６７は第２実施例のストッパ層２５、２７
と同種のものである。

【００５３】即ち、第１及び第２のストッパ層６５、６
７のバンドギャップが発光層６に最も近い部分で最も高
く、発光層６から離れるに従って連続的に漸減し、発光
層６から最も離れた部分ではそのバンドギャップが各ガ
イド層１３、１４と実質的に等しくなっている。このよ
うにバンドギャップを変化させるには、各ストッパ層６
５、６７におけるＡｌの組成を次のように変化させる。
即ち、発光層６に最も近い部分のＡｌの組成Ｘを最も高
くする（実施例ではＸ＝０．２）。発光層６から離れる
に従ってＡｌの組成を連続的に漸減させ、発光層６から
最も離れた部分即ち各ガイド層１３、１４に連続する部
分ではＡｌの組成を各ガイド層１３、１４のそれに等し
くする（実施例ではＸ＝０）。このようなＡｌの組成変
化は、各ストッパ層６５、６７を結晶成長させるとき
に、原料ガスの供給を漸次変化させることにより行う。
このようにストッパ層におけるＡｌの組成が連続してか
つ漸次変化して最終的にガイド層の組成と等しくなって
いると、ストッパ層とガイド層との間の格子定数も連続
してかつ漸次変化することとなる。したがって、ガイド
層−ストッパ層間のストレスが緩和される。

【００５４】第７実施例この実施例では、既述の第６の実施例においてストッパ
層６５、６７を変更した。他の部分については第６の実
施例のレーザダイオード３０と同一であるのでその説明
を省略する。

【００５５】この実施例のレーザダイオードでは、図１
１に示すように、第１及び第２のストッパ層７５、７７
のバンドギャップの変化が階段状にされている。

【００５６】即ち、発光層６に最も近い部分で最も高
く、発光層６から離れるに従って階段状に漸減し、発光
層６から最も離れた部分ではそのバンドギャップが各ガ
イド層１３、１４と実質的に等しくなっている。このよ
うにバンドギャップを変化させるには、各ストッパ層７
５、７７におけるＡｌの組成を次のように変化させる。
即ち、発光層６に最も近い部分のＡｌの組成Ｘを最も高
くする（実施例ではＸ＝０．２）。発光層６から離れる
に従ってＡｌの組成を階段状に漸減させ、発光層６から
最も離れた部分即ち各ガイド層１３、１４に連続する部
分ではＡｌの組成を各ガイド層１３、１４のそれに等し
くする（実施例ではＸ＝０）。このようなＡｌの組成変
化は、各ストッパ層７５、７７を結晶成長させるとき
に、原料ガスの供給を階段状に変化させることにより行
う。ストッパ層におけるＡｌの組成が階段状にかつ漸次
変化して最終的にガイド層の組成と等しくなっている
と、ストッパ層とガイド層との間の格子定数も階段状に
かつ漸次変化することとなる。したがって、ガイド層−
ストッパ層間のストレスが緩和される。

【００５７】第８実施例この実施例では、既述の第６の実施例においてストッパ
層６５、６７を変更した。他の部分については第６の実
施例のレーザダイオード３０と同一であるのでその説明
を省略する。

【００５８】この実施例のレーザダイオードでは、図１
２に示すように、第１及び第２のストッパ層８５、８７
がいわゆる超格子構造とされている。このストッパ層８
５及び８７の構成は第４実施例のストッパ層４５及び４
７と実質的に同じであるのでその説明を省略する。換言
すれば、第４実施例のストッパ層４５、４７を図９に示
したレーザダイオード３０に適用してこの実施例のレー
ザダイオードを構成した。同様に、第５実施例のストッ
パ層５５、５７を図９に示したレーザダイオード３０に
適用することもできる。

【００５９】各実施例において、ストッパ層は発光層６
に連続して形成されているが、これらを発光層６から離
して、クラッド層又はガイド層１３、１４の内部に設け
ることもできる。また、各実施例において、ｎ伝導型の
第１のクラッド層若しくは第１のガイド層と発光層との
間に設けられるストッパ層はこれを省略することができ
る。

【００６０】各実施例の第１及び第２のストッパ層、第
１及び第２のクラッド層、第１及び第２のガイド層及び
発光層には意図的な不純物をドープしてもよいし、ドー
プしなくてもよい。

【００６１】この発明は上記発明の実施の形態及び実施
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で、当業者が想到し得る種々の変形
態様を包含する。この発明が発光ダイオードにも適用で
きることは勿論である。

【００６２】以下、次の事項を開示する。（１１）ＧａＮ系の化合物半導体で形成される発光素子
であって、基板と、発光層と、前記発光層を挟むように
して配置された第１のクラッド層及び第２のクラッド層
と、前記発光層と前記第１のクラッド層との間及び前記
発光層と前記第２のクラッド層との間の少なくとも一方
に形成されるストッパ層であって、該ストッパ層は前記
発光層中のキャリヤがこれを通り抜けることを実質的に
防止するストッパ層と、を備えてなるＧａＮ系発光素
子。

【００６３】（１２）前記ストッパ層は前記発光層に接
して形成されていることを特徴とする（１１）に記載の
ＧａＮ系発光素子。

【００６４】（１３）前記発光層と前記第１のクラッド
層及び第２のクラッド層との間にそれぞれ第１のガイド
層と第２のガイド層が設けられていることを特徴とする
（１１）又は（１２）に記載のＧａＮ系発光素子。

【００６５】（１４）前記第１のストッパ層と前記第２
のストッパ層がそれぞれ複数あり、かつそれらが繰り返
して積層され、前記第１のストッパ層において前記発光
層に最も近い層が他の第１のストッパ層より厚く形成さ
れていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のＧ
ａＮ系発光素子。

【００６６】（１５）前記他の第１のストッパ層は実質
的に同じ厚さであることを特徴とする（１４）に記載の
ＧａＮ系発光素子。

【００６７】（１６）前記第２のストッパ層において前
記発光層に最も近い層は他の第２のストッパ層より厚く
形成され、該他の第２のストッパ層は実質的に同じ厚さ
であることを特徴とする（１５）に記載のＧａＮ系発光
素子。

【００６８】（１７）前記第１のストッパ層において前
記発光層に最も近い層と前記第２のストッパ層において
前記発光層に最も近い層とは実質的に同じ厚さであり、
前記他の第１のストッパ層と前記他の第２のストッパ層
とは実質的に同じ厚さであることを特徴とする（１６）
に記載のＧａＮ系発光素子。

【００６９】（１８）前記第１のストッパ層において前
記発光層に最も近い層の膜厚は前記他の第１のストッパ
層の膜厚の３〜１０倍であることを特徴とする（１７）
に記載のＧａＮ系発光素子。

【００７０】（１９）前記他の第１のストッパ層と前記
他の第２のストッパ層との繰り返し数は３〜２０である
ことを特徴とする（１８）に記載のＧａＮ系発光素子。

【００７１】（２０）前記ストッパ層は、膜厚がほぼ１
００オングストロームのＡｌ_X1Ｇａ_1-X1Ｎ：Ｘ１＝０．
１〜０．５からなる第１のストッパ層及び膜厚がほぼ１
００オングストロームのＡｌ_X2Ｇａ_1-X2Ｎ：Ｘ２＝０〜
０．２からなる第２のストッパ層を積層してなる第１の
部分と、膜厚がほぼ２０オングストロームの前記Ａｌ_X1
Ｇａ_1-X1Ｎからなる第３のストッパ層及び膜厚がほぼ２
０オングストロームの前記Ａｌ _X2Ｇａ_1-X2Ｎからなる第
４のストッパ層の１０組を繰り返し積層してなる第２の
部分と、但しＸ１＞Ｘ２、から構成されることを特徴と
する（１１）ないし（１３）のいずれかに記載のＧａＮ
系発光素子。

【００７２】（２１）Ａｌ_X3Ｇａ_1-X3Ｎからなる第３の
ストッパ層が更に備えられ、該第３のストッパ層におい
てＡｌの組成Ｘ３は前記発光層に最も近い部分で最も大
きく、これから離れるに従って漸次減少し、前記発光層
から最も離れた部分でその組成Ｘ３はクラッド層又はガ
イド層のＡｌの組成（０を含む）に実質的に等しく、前
記第１、第２及び第３のストッパ層はこの順に前記発光
層側から積層されていることを特徴とする請求項９又は
１０に記載のＧａＮ系発光素子。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一の実施例のレーザダイオー
ドの構成を示す断面図。

【図２】図２は同実施例のレーザダイオードのエネルギ
ーダイヤグラム。

【図３】図３は他の実施例のレーザダイオードのエネル
ギーダイヤグラム。

【図４】図４は他の実施例のレーザダイオードのエネル
ギーダイヤグラム。

【図５】図５は他の実施例のレーザダイオードのエネル
ギーダイヤグラム。

【図６】図６は同他の実施例のレーザダイオードの第１
のストッパ層部分のエネルギーダイヤグラムの拡大図。

【図７】図７は同他の実施例のレーザダイオードの第２
のストッパ層部分のエネルギーダイヤグラムの拡大図。

【図８】図８は他の実施例のレーザダイオードのエネル
ギーダイヤグラム。

【図９】図９は他の実施例のレーザダイオードの構成を
示す断面図。

【図１０】図１０は同他の実施例のレーザダイオードの
エネルギーダイヤグラム。

【図１１】図１１は他の実施例のレーザダイオードのエ
ネルギーダイヤグラム。

【図１２】図１２は他の実施例のレーザダイオードのエ
ネルギーダイヤグラム。

【符号の説明】

１サファイア基板２バッファ層４第１のクラッド層５、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５第１
のストッパ層６発光層７、２７、３７、４７、５７、６７、７７、８７第２
のストッパ層８第２のクラッド層１３、第１のガイド層１４、第２のガイド層２０、３０レーザダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 396020800 科学技術振興事業団埼玉県川口市本町４丁目１番８号 (72)発明者小池正好愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者永井誠二愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者山崎史郎愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者平松敏夫愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者赤崎勇愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者天野浩愛知県名古屋市名東区山の手２丁目104 宝マンション山の手508号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＮ系の化合物半導体で形成される発
光素子であって、基板と、発光層と、前記発光層を挟むようにして配置されたｎ伝導型のクラ
ッド層及びｐ伝導型のクラッド層と、前記発光層と前記ｐ伝導型のクラッド層との間に形成さ
れるストッパ層であって、該ストッパ層は前記発光層中
のキャリヤがこれを通り抜けることを実質的に防止する
ストッパ層と、を備えてなり、前記ストッパ層はＡｌ_X2Ｇａ_1ーX2Ｎ：Ｘ２＝０．１〜
０．５からなり、かつ厚さが１０〜５０ｎｍであり、前記ｐ伝導型のクラッド層はＡｌ_Y2Ｇａ_1ーY2Ｎ：Ｙ２＝
０〜０．１５からなり、かつその厚さが１００〜１００
０ｎｍである、ことを特徴とするＧａＮ系発光素子。
【請求項２】前記発光層と前記ｎ伝導型のクラッド層
との間に他のストッパ層が形成され、該他のストッパ層はＡｌ_X1Ｇａ_1ーX1Ｎ：Ｘ１＝０．１〜
０．５からなり、かつ厚さが１０〜５０ｎｍであり、前記ｎ伝導型のクラッド層はＡｌ_Y1Ｇａ_1ーY1Ｎ：Ｙ１＝
０〜０．１５からなり、かつその厚さが１００〜１００
０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ
系発光素子。
【請求項３】前記各ストッパ層は前記発光層に接して
形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載
のＧａＮ系発光素子。
【請求項４】前記発光層と前記ｎ伝導型のクラッド層
及びｐ伝導型のクラッド層との間にそれぞれ第１のガイ
ド層と第２のガイド層が設けられていることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載のＧａＮ系発光素子。
【請求項５】ＧａＮ系の化合物半導体で形成される発
光素子であって、基板と、発光層と、前記発光層を挟むようにして配置された第１のクラッド
層及び第２のクラッド層と、前記発光層と前記第１のクラッド層との間及び前記発光
層と前記第２のクラッド層との間の少なくとも一方に形
成されるストッパ層であって、該ストッパ層は前記発光
層中のキャリヤがこれを通り抜けることを実質的に防止
するストッパ層と、を備えてなり、前記ストッパ層はＡｌ_XＧａ_1ーXＮからなり、但しＡｌの
組成Ｘは前記発光層に最も近い部分で最も大きく、これ
から離れるに従って漸次減少し、前記発光層から最も離
れた部分でその組成Ｘはクラッド層のＡｌの組成（０を
含む）に実質的に等しく、かつその厚さが１０〜１００
ｎｍであることを特徴とするＧａＮ系発光素子。
【請求項６】ＧａＮ系の化合物半導体で形成される発
光素子であって、基板と、発光層と、前記発光層を挟むようにして配置された第１のクラッド
層及び第２のクラッド層と、前記発光層と前記第１のクラッド層及び前記第２のクラ
ッド層との間にそれぞれ設けられるガイド層と、前記発光層と前記第１のガイド層との間及び前記発光層
と前記第２のガイド層との間の少なくとも一方に形成さ
れるストッパ層であって、該ストッパ層は前記発光層中
のキャリヤがこれを通り抜けることを実質的に防止する
ストッパ層と、を備えてなり、前記ストッパ層はＡｌ_XＧａ_1ーXＮからなり、但しＡｌの
組成Ｘは前記発光層に最も近い部分で最も大きく、これ
から離れるに従って漸次減少し、前記発光層から最も離
れた部分でその組成Ｘはガイド層のＡｌの組成（０を含
む）に実質的に等しく、かつその厚さが１０〜１００ｎ
ｍであることを特徴とするＧａＮ系発光素子。
【請求項７】前記ストッパ層におけるＡｌの組成は連
続して漸減することを特徴とする請求項５又は６に記載
のＧａＮ系発光素子。
【請求項８】前記ストッパ層におけるＡｌの組成は階
段状に漸減することを特徴とする請求項５又は６に記載
のＧａＮ系発光素子。
【請求項９】ＧａＮ系の化合物半導体で形成される発
光素子であって、基板と、発光層と、前記発光層を挟むようにして配置された第１のクラッド
層及び第２のクラッド層と、前記発光層と前記第１のクラッド層との間及び前記発光
層と前記第２のクラッド層との間の少なくとも一方に形
成されるストッパ層であって、該ストッパ層は前記発光
層中のキャリヤがこれを通り抜けることを実質的に防止
するストッパ層と、を備えてなり、前記ストッパ層がＡｌ_X1Ｇａ_1-X1Ｎ：Ｘ１＝０．１〜
０．５からなる第１のストッパ層とＡｌ_X2Ｇａ_1-X2Ｎ：
Ｘ２＝０〜０．２からなる第２のストッパ層、但しＸ１
＞Ｘ２、を積層してなることを特徴とするＧａＮ系発光
素子。
【請求項１０】前記発光層と前記第１のクラッド層及
び前記第２のクラッド層との間にそれぞれガイド層が設
けられていることを特徴とする請求項９に記載のＧａＮ
系発光素子。