JPH1022586A - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

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JPH1022586A
JPH1022586A JP18856996A JP18856996A JPH1022586A JP H1022586 A JPH1022586 A JP H1022586A JP 18856996 A JP18856996 A JP 18856996A JP 18856996 A JP18856996 A JP 18856996A JP H1022586 A JPH1022586 A JP H1022586A
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正文 小沢
Fumihiko Nakamura
中村  文彦
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弘治 河合
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting device using a low-threshold current density and long-life nitride III-V compound semiconductor. SOLUTION: A GaN semiconductor laser is constructed by sequentially depositing an n-type GaN layer 2, an n-type InGaN light absorbing layer 3, an n-type AlGaN clad layer 4, an n-type GaN light waveguide layer 5, an active layer 6 of InGaN, a p-type GaN light waveguide layer 7, a p-type AlGaN clad layer 8, a p-type InGaN light absorbing layer 9 and a p-type GaN layer 10, on a c-surface sapphire substrate 1. The compositional ratio of In of the n-type InGaN light absorbing layer 3 and the p-type InGaN light absorbing layer 9 is higher than that of the active layer 6 of InGaN, such that these n-type InGaN light absorbing layer 3 and the p-type InGaN light absorbing layer 9 absorb light of an emission wavelength.

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】この発明は、半導体発光素子
に関し、特に、GaNなどの窒化物系III−V族化合
物半導体を用いた半導体発光素子に適用して好適なもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a semiconductor light emitting device which is suitably applied to a semiconductor light emitting device using a nitride III-V compound semiconductor such as GaN.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、レーザ光を用いて記録/再生を行
う光ディスクや光磁気ディスクに対する記録/再生の高
密度化または高解像度化のために、短波長で発光可能な
半導体レーザに対する要求が高まっており、その実用化
を目指して研究が活発に行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for a semiconductor laser capable of emitting light at a short wavelength in order to increase the recording / reproducing density or the resolution of an optical disk or a magneto-optical disk which performs recording / reproducing using a laser beam. Research is being actively conducted for practical use.

【0003】このような半導体レーザとして最近盛んに
研究されているGaN系半導体レーザの一例を図4に示
す。図4に示すように、このGaN系半導体レーザにお
いては、c面サファイア基板101上に、図示省略した
GaNバッファ層を介して、n型GaN層102、n型
AlGaNクラッド層103、n型GaN光導波層10
4、InGaNからなる活性層105、p型GaN光導
波層106、p型AlGaNクラッド層107およびp
型GaN層108が、順次積層されている。ここで、n
型GaN層102は、図示省略したn側電極のコンタク
ト層として用いられるほか、バッファ層としても用いら
れる。また、p型GaN層108は、図示省略したp側
電極のコンタクト層として用いられる。
FIG. 4 shows an example of a GaN-based semiconductor laser which has been actively studied recently as such a semiconductor laser. As shown in FIG. 4, in this GaN-based semiconductor laser, an n-type GaN layer 102, an n-type AlGaN cladding layer 103, and an n-type GaN optical waveguide are formed on a c-plane sapphire substrate 101 via a GaN buffer layer (not shown). Wave layer 10
4. Active layer 105 made of InGaN, p-type GaN optical waveguide layer 106, p-type AlGaN cladding layer 107 and p-type
Type GaN layers 108 are sequentially stacked. Where n
The GaN layer 102 is used not only as a contact layer for an n-side electrode (not shown) but also as a buffer layer. The p-type GaN layer 108 is used as a contact layer for a p-side electrode (not shown).

【0004】しかしながら、本発明者の知見によれば、
上述の図4に示す従来のGaN系半導体レーザは、レー
ザ構造を光学的に考えた場合には問題がある。それは、
GaNがこのGaN系半導体レーザの青紫色帯の発振波
長の光に対して透明であることによる。
[0004] However, according to the findings of the present inventors,
The conventional GaN-based semiconductor laser shown in FIG. 4 described above has a problem when the laser structure is considered optically. that is,
This is because GaN is transparent to light having an oscillation wavelength in the blue-violet band of the GaN-based semiconductor laser.

【0005】すなわち、図5は、図4に示すGaN系半
導体レーザの動作時における光場を計算により求めた結
果を示す。ただし、この計算においては、発振波長を4
10nm、InGaNからなる活性層105のIn組成
比は0.2、厚さは5nm、屈折率は2.7、n型Al
GaNクラッド層103およびp型AlGaNクラッド
層107のAl組成比は0.15、厚さは1μm、屈折
率は2.45、n型GaN光導波層104およびp型G
aN光導波層106の厚さは0.1μm、屈折率は2.
54、n型GaN層102の厚さは3μm、屈折率は
2.54、c面サファイア基板101の屈折率は1.6
5とした。図5からわかるように、レーザ共振器内で発
生する光はn型GaN層102に引っ張られる結果、ほ
とんどの光はこのn型GaN層102に集中してしま
う。こうなると、このレーザ構造の光閉じ込め係数は非
常に小さくなり(この例では10-10 )、レーザ発振さ
せるためには大きな利得が必要となる。なぜならば、発
振に必要な利得をg、光閉じ込め係数をΓ、レーザ共振
器の損失をαlossとすると、 Γg=αloss と書け、この式より、損失が一定ならば発振に必要な利
得は光閉じ込め係数に反比例するからである。
That is, FIG. 5 shows a result obtained by calculation of an optical field during operation of the GaN-based semiconductor laser shown in FIG. However, in this calculation, the oscillation wavelength is set to 4
10 nm, the In composition ratio of the active layer 105 made of InGaN is 0.2, the thickness is 5 nm, the refractive index is 2.7, and n-type Al is used.
The Al composition ratio of the GaN cladding layer 103 and the p-type AlGaN cladding layer 107 is 0.15, the thickness is 1 μm, the refractive index is 2.45, the n-type GaN optical waveguide layer 104 and the p-type G
The thickness of the aN optical waveguide layer 106 is 0.1 μm, and the refractive index is 2.
54, the thickness of the n-type GaN layer 102 is 3 μm, the refractive index is 2.54, and the refractive index of the c-plane sapphire substrate 101 is 1.6.
It was set to 5. As can be seen from FIG. 5, the light generated in the laser resonator is pulled by the n-type GaN layer 102, so that most of the light is concentrated on the n-type GaN layer 102. In this case, the light confinement coefficient of this laser structure becomes very small (10 -10 in this example), and a large gain is required to cause laser oscillation. This is because, if the gain required for oscillation is g, the optical confinement coefficient is Γ, and the loss of the laser resonator is α loss , then Γg = α loss . From this equation, if the loss is constant, the gain required for oscillation is This is because it is inversely proportional to the light confinement coefficient.

【0006】一方、最近、GaN系半導体レーザにおい
て、室温でのパルスレーザ発振の報告がなされている
(例えば、日経エレクトロニクス、1996年1月15
日号、第13頁)。このGaN系半導体レーザにおいて
は、図5に示すような光場にはならない。その理由は、
活性層を、厚さ2.5nmのInGaN井戸層とInG
aN障壁層とを26周期積層した多重量子井戸構造とし
て十分に厚くし、光場の有効屈折率をGaNの屈折率よ
り大きくなるように設計してあるからである。この場
合、光閉じ込め係数は0.34と大きい。
On the other hand, recently, pulsed laser oscillation at room temperature has been reported for GaN-based semiconductor lasers (for example, Nikkei Electronics, January 15, 1996).
JP, page 13). The GaN-based semiconductor laser does not have an optical field as shown in FIG. The reason is,
The active layer is composed of an InGaN well layer having a thickness of 2.5 nm and an InG well layer.
This is because the multiple quantum well structure in which the aN barrier layer and the aN barrier layer are stacked for 26 periods is designed to be sufficiently thick so that the effective refractive index of the optical field is larger than that of GaN. In this case, the light confinement coefficient is as large as 0.34.

【0007】しかしながら、このGaN系半導体レーザ
においては、活性層を構成するInGaN井戸層の合計
厚さが2.5×26=65nmと大きいため、しきい電
流密度が高く、素子そのものの寿命や電極の寿命に対し
て不利である。実際、上述の文献においても、電極の信
頼性が問題であることが指摘されている。また、このG
aN系半導体レーザにおいては、活性層の厚さが臨界膜
厚を超えるため、活性層に不一致転位が入り、素子の特
性や寿命が悪くなる。さらに、活性層に量子井戸が多数
存在することから、不均一な電流注入となることが予想
される(図6参照)。また、半導体レーザの光学設計の
観点から考えると、有効屈折率をGaNより小さくする
ことができないという制約ができてしまうので、遠視野
像(FFP)を制御しようとしたときなどに設計の自由
度が小さく、不都合である。
However, in this GaN-based semiconductor laser, since the total thickness of the InGaN well layers constituting the active layer is as large as 2.5 × 26 = 65 nm, the threshold current density is high, and the life of the device itself and the electrode life are reduced. Is disadvantageous to the life of the device. In fact, the above-mentioned documents point out that the reliability of the electrode is a problem. Also, this G
In an aN-based semiconductor laser, since the thickness of the active layer exceeds the critical thickness, mismatched dislocations enter the active layer, and the characteristics and life of the device are deteriorated. Further, since a large number of quantum wells exist in the active layer, it is expected that non-uniform current injection will occur (see FIG. 6). Further, from the viewpoint of the optical design of the semiconductor laser, there is a restriction that the effective refractive index cannot be made smaller than that of GaN. Therefore, the degree of freedom of design is required when controlling a far-field image (FFP). Is small and inconvenient.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】以上より、光閉じ込め
係数を大きくし、かつ活性層が臨界膜厚を超えないよう
にするための構造上の工夫が必要となるが、そのための
具体的な方策についてはこれまで提案されていなかっ
た。
From the above, it is necessary to devise a structure to increase the light confinement coefficient and prevent the active layer from exceeding the critical film thickness. Has not been proposed before.

【0009】したがって、この発明の目的は、動作時に
おける光場の分布の改善により、低しきい電流密度かつ
長寿命で遠視野像の制御も容易な、窒化物系III−V
族化合物半導体を用いた半導体発光素子を提供すること
にある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a nitride III-V having a low threshold current density, a long life, and easy control of a far-field image by improving the distribution of an optical field during operation.
An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device using a group III compound semiconductor.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、窒化物系III−V族化合物半導体を
用いた半導体発光素子において、発光波長の光を吸収す
る光吸収層を少なくとも一層有することを特徴とするも
のである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor light emitting device using a nitride III-V compound semiconductor, wherein at least a light absorbing layer for absorbing light having an emission wavelength is provided. It is characterized by having more.

【0011】この発明においては、半導体発光素子は、
具体的には、活性層をn型クラッド層およびp型クラッ
ド層によりはさんだ構造を有し、n型クラッド層の外側
およびp型クラッド層の外側の少なくとも一方に光吸収
層を有する。この場合、n型クラッド層の外側およびp
型クラッド層の外側の両方に光吸収層を有する場合、n
型クラッド層の外側にのみ光吸収層を有する場合、およ
び、p型クラッド層の外側にのみ光吸収層を有する場合
がある。
In the present invention, the semiconductor light emitting device is
Specifically, it has a structure in which an active layer is sandwiched between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer, and has a light absorption layer on at least one of the outside of the n-type cladding layer and the outside of the p-type cladding layer. In this case, the outside of the n-type cladding layer and p
When a light absorbing layer is provided on both sides of the mold cladding layer, n
There are cases where the light absorbing layer is provided only outside the mold cladding layer, and cases where the light absorbing layer is provided only outside the p-type cladding layer.

【0012】この発明において、活性層としてInGa
N層を用いる場合、光吸収層としては、典型的には、活
性層を構成するInGaN層よりもIn組成比が大きい
InGaN層を用いる。具体的には、例えば、In組成
比が0.2の活性層を用いる場合には、In組成比が
0.2よりも大きいInGaN層を光吸収層として用い
る。
In the present invention, InGa is used as an active layer.
When an N layer is used, typically, an InGaN layer having a larger In composition ratio than the InGaN layer forming the active layer is used as the light absorbing layer. Specifically, for example, when an active layer having an In composition ratio of 0.2 is used, an InGaN layer having an In composition ratio larger than 0.2 is used as a light absorption layer.

【0013】この発明において、光吸収層としては、ド
ナー不純物(例えば、Si)とアクセプタ不純物(例え
ば、MgやZn)とをともにドーピングしたGaN層
(InGaN層においてIn組成比を0としたもの)を
用いてもよい。この場合、GaN層中に生成されるドナ
ー−アクセプタ対による光吸収帯が400〜500nm
付近に発生する。また、例えば、ドナー不純物としてS
i、アクセプタ不純物としてMgを用い、そのドーピン
グ濃度をそれぞれ[Si]および[Mg]で表すと、
[Si]>[Mg]または[Mg]>[Si]とするこ
とによりこのGaN層の導電型の制御が可能である。
In the present invention, the light absorbing layer is a GaN layer doped with both a donor impurity (eg, Si) and an acceptor impurity (eg, Mg or Zn) (an InGaN layer having an In composition ratio of 0). May be used. In this case, the light absorption band by the donor-acceptor pair generated in the GaN layer is 400 to 500 nm.
Occurs nearby. Further, for example, as a donor impurity, S
i, Mg is used as an acceptor impurity, and its doping concentration is represented by [Si] and [Mg], respectively.
By setting [Si]> [Mg] or [Mg]> [Si], the conductivity type of the GaN layer can be controlled.

【0014】上述のようなドナー不純物とアクセプタ不
純物とのドーピングによるドナー−アクセプタ対の生成
を利用すれば、光吸収層としてのInGaN層のIn組
成比の制限を緩和することができる。具体的には、In
組成比が0.2よりも小さい(例えば、0.05)In
GaN層であっても、ドナー−アクセプタ対の生成を利
用することにより、光吸収層として用いることが可能と
なる。
By utilizing the above-described generation of a donor-acceptor pair by doping with a donor impurity and an acceptor impurity, the limitation on the In composition ratio of the InGaN layer as the light absorbing layer can be relaxed. Specifically, In
In whose composition ratio is smaller than 0.2 (for example, 0.05)
Even a GaN layer can be used as a light absorption layer by utilizing the generation of a donor-acceptor pair.

【0015】この発明において、光吸収層としては、上
述のものに加えて、AlGaInN層などを用いてもよ
く、必要に応じて、さらにドナー不純物とアクセプタ不
純物とのドーピングによるドナー−アクセプタ対の生成
を利用してもよい。
In the present invention, an AlGaInN layer or the like may be used as the light absorbing layer in addition to the above-described ones. If necessary, the formation of a donor-acceptor pair by doping with a donor impurity and an acceptor impurity may be further performed. May be used.

【0016】この発明において、窒化物系III−V族
化合物半導体は、Al、GaおよびInからなる群より
選ばれた少なくとも一種のIII族元素とNとからな
り、その具体例をいくつか挙げると、GaN、AlGa
N、InGaNなどである。
In the present invention, the nitride III-V compound semiconductor is composed of at least one group III element selected from the group consisting of Al, Ga and In and N, and some specific examples are given below. , GaN, AlGa
N, InGaN or the like.

【0017】上述のように構成されたこの発明による半
導体発光素子においては、発光波長の光を吸収する光吸
収層を有することにより、この光吸収層を有しない場合
に比べて、動作時における光場の分布を改善してその光
場の分布のピークをほぼ活性層の近傍に位置させること
ができる。このため、大きな光閉じ込め係数を得ること
ができる。また、光閉じ込め係数を大きくするために活
性層を厚く形成する必要がないので、活性層の厚さを臨
界膜厚以下に抑えることができる。
The semiconductor light-emitting device according to the present invention having the above-described structure has a light-absorbing layer that absorbs light having an emission wavelength. The field distribution can be improved so that the peak of the light field distribution is located substantially near the active layer. For this reason, a large light confinement coefficient can be obtained. Further, since it is not necessary to form the active layer thick to increase the light confinement coefficient, the thickness of the active layer can be suppressed to a critical thickness or less.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.

【0019】図1はこの発明の第1の実施形態によるG
aN系半導体レーザを示す。図1に示すように、この第
1の実施形態によるGaN系半導体レーザにおいては、
c面サファイア基板1上に、図示省略したGaNバッフ
ァ層を介して、n型GaN層2、n型InGaN光吸収
層3、n型AlGaNクラッド層4、n型GaN光導波
層5、例えばInGaNからなる活性層6、p型GaN
光導波層7、p型AlGaNクラッド層8、p型InG
aN光吸収層9およびp型GaN層10が、順次積層さ
れている。ここで、n型GaN層2は、図示省略したn
側電極のコンタクト層として用いられるほか、バッファ
層としても用いられる。また、p型GaN層10は、図
示省略したp側電極のコンタクト層として用いられる。
FIG. 1 shows a G according to a first embodiment of the present invention.
1 shows an aN-based semiconductor laser. As shown in FIG. 1, in the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment,
On a c-plane sapphire substrate 1, an n-type GaN layer 2, an n-type InGaN light absorbing layer 3, an n-type AlGaN cladding layer 4, an n-type GaN optical waveguide layer 5, for example, InGaN via a GaN buffer layer not shown. Active layer 6, p-type GaN
Optical waveguide layer 7, p-type AlGaN cladding layer 8, p-type InG
The aN light absorbing layer 9 and the p-type GaN layer 10 are sequentially stacked. Here, the n-type GaN layer 2 is formed of n
In addition to being used as a contact layer for the side electrode, it is also used as a buffer layer. The p-type GaN layer 10 is used as a contact layer for a p-side electrode (not shown).

【0020】この第1の実施形態によるGaN系半導体
レーザにおいては、n型AlGaNクラッド層4のすぐ
下にn型InGaN光吸収層3が設けられ、p型AlG
aNクラッド層8のすぐ上にp型InGaN光吸収層9
が設けられていることが、特徴的である。
In the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment, the n-type InGaN light absorbing layer 3 is provided immediately below the n-type AlGaN cladding layer 4, and the p-type AlG
Immediately above the aN cladding layer 8, a p-type InGaN light absorbing layer 9
Is characteristically provided.

【0021】図2は、この第1の実施形態によるGaN
系半導体レーザの動作時における光場を計算により求め
た結果を示す。ただし、この計算においては、発振波長
を410nm、n型InGaN光吸収層3およびp型I
nGaN光吸収層9のIn組成比は0.25、厚さは1
0nm、波長410nmの光に対する吸収係数は105
cm-1(消衰係数としては0.3)とした。また、In
GaNからなる活性層6のIn組成比は0.2、厚さは
5nm、屈折率は2.7、n型AlGaNクラッド層4
およびp型AlGaNクラッド層8のAl組成比は0.
15、厚さは1μm、屈折率は2.45、n型GaN光
導波層5およびp型GaN光導波層7の厚さは0.1μ
m、屈折率は2.54、n型GaN層2の厚さは3μ
m、屈折率は2.54、c面サファイア基板1の屈折率
は1.65とした。なお、光場の計算に用いたこれらの
パラメータは、n型InGaN光吸収層3およびp型I
nGaN光吸収層9に関するものを除いて、図5に示す
従来のGaN系半導体レーザの動作時における光場の計
算に用いたパラメータと同じである。
FIG. 2 shows GaN according to the first embodiment.
Is a result obtained by calculating an optical field during operation of a system semiconductor laser. However, in this calculation, the oscillation wavelength is 410 nm, the n-type InGaN light absorbing layer 3 and the p-type I
The nGaN light absorbing layer 9 has an In composition ratio of 0.25 and a thickness of 1
The absorption coefficient for light having a wavelength of 0 nm and a wavelength of 410 nm is 10 5
cm -1 (0.3 as the extinction coefficient). Also, In
The active layer 6 made of GaN has an In composition ratio of 0.2, a thickness of 5 nm, a refractive index of 2.7, and an n-type AlGaN cladding layer 4.
And the Al composition ratio of the p-type AlGaN cladding layer 8 is 0.1.
15, the thickness is 1 μm, the refractive index is 2.45, and the thickness of the n-type GaN optical waveguide layer 5 and the p-type GaN optical waveguide layer 7 is 0.1 μm.
m, the refractive index is 2.54, and the thickness of the n-type GaN layer 2 is 3 μm.
m, the refractive index was 2.54, and the refractive index of the c-plane sapphire substrate 1 was 1.65. Note that these parameters used in the calculation of the optical field are based on the n-type InGaN light absorbing layer 3 and the p-type IGaN.
Except for the nGaN light absorbing layer 9, the parameters are the same as those used in the calculation of the optical field during the operation of the conventional GaN-based semiconductor laser shown in FIG.

【0022】図2に示す光場における光閉じ込め係数は
0.022となる。この図2に示す光場を、n型InG
aN光吸収層3およびp型InGaN光吸収層9が設け
られていないことを除いてこの第1の実施形態によるG
aN系半導体レーザと同一の構造の図4に示す従来のG
aN系半導体レーザの動作時における光場と比較する
と、光場が活性層6の近傍に集中していて光場の分布が
大幅に改善されていることがわかる。このようにn型I
nGaN光吸収層3およびp型InGaN光吸収層9が
設けられていることにより光場が大幅に改善されるの
は、これらのn型InGaN光吸収層3およびp型In
GaN光吸収層9により光場の損失が大きくなるため、
より損失の小さな光場になるように光場自身が変化する
ことによる。
The light confinement coefficient in the light field shown in FIG. 2 is 0.022. The light field shown in FIG.
The G according to the first embodiment except that the aN light absorption layer 3 and the p-type InGaN light absorption layer 9 are not provided.
The conventional G of the same structure as the aN-based semiconductor laser shown in FIG.
Compared with the optical field during the operation of the aN-based semiconductor laser, it is understood that the optical field is concentrated near the active layer 6 and the distribution of the optical field is greatly improved. Thus, n-type I
The provision of the nGaN light-absorbing layer 3 and the p-type InGaN light-absorbing layer 9 significantly improves the light field because the n-type InGaN light-absorbing layer 3 and the p-type InGaN
Since the loss of the light field is increased by the GaN light absorbing layer 9,
This is due to the fact that the light field itself changes to a light field with a smaller loss.

【0023】この第1の実施形態によるGaN系半導体
レーザを製造するには、c面サファイア基板1上に、有
機金属化学気相成長(MOCVD)法または分子線エピ
タキシー(MBE)法により各層を成長させればよい。
In order to manufacture the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment, each layer is grown on the c-plane sapphire substrate 1 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). It should be done.

【0024】以上のように、この第1の実施形態による
GaN系半導体レーザによれば、n型AlGaNクラッ
ド層4のすぐ下にn型InGaN光吸収層3が設けら
れ、p型AlGaNクラッド層8のすぐ上にp型InG
aN光吸収層9が設けられていることにより、動作時に
おける光場の分布を従来に比べて大幅に改善することが
でき、高い光閉じ込め係数を得ることができる。このた
め、しきい電流密度の大幅な低減を図ることができる。
また、これによって、動作時の発熱を少なくすることが
でき、信頼性の向上(内部劣化の防止)を図ることがで
きる。また、活性層6を薄くすることができることによ
り、しきい電流密度の低減、ひいては電極部、特にp側
電極のコンタクト部における発熱の低減、電極の信頼性
の向上を図ることができる。また、活性層6の厚さを臨
界膜厚以下にすることができることにより、活性層6に
不一致転位が入るのを防止することができ、素子の特性
や寿命の向上を図ることができる。
As described above, according to the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment, the n-type InGaN light absorbing layer 3 is provided immediately below the n-type AlGaN cladding layer 4, and the p-type AlGaN cladding layer 8 is provided. P-type InG just above
By providing the aN light absorption layer 9, the distribution of the light field during operation can be significantly improved as compared with the conventional case, and a high light confinement coefficient can be obtained. Therefore, the threshold current density can be significantly reduced.
Further, thereby, heat generation during operation can be reduced, and reliability can be improved (internal deterioration can be prevented). Further, since the thickness of the active layer 6 can be reduced, a reduction in threshold current density, a reduction in heat generation in the electrode portion, particularly in a contact portion of the p-side electrode, and an improvement in electrode reliability can be achieved. In addition, since the thickness of the active layer 6 can be set to be equal to or less than the critical thickness, it is possible to prevent the occurrence of mismatch dislocations in the active layer 6 and to improve the characteristics and life of the device.

【0025】以上により、低しきい電流密度、高信頼
性、長寿命の青紫色発光のGaN系半導体レーザを実現
することができる。また、このGaN系半導体レーザに
おいては、従来のGaN系半導体レーザにおけるように
光場の有効屈折率をGaNより小さくすることができな
いという制約がなく、遠視野像(FFP)を制御すると
きなどの設計の自由度が大きい。
As described above, a GaN-based semiconductor laser emitting blue-violet light with low threshold current density, high reliability and long life can be realized. Further, in this GaN-based semiconductor laser, there is no restriction that the effective refractive index of the light field cannot be made smaller than that of GaN as in the conventional GaN-based semiconductor laser, and the GaN-based semiconductor laser is used for controlling a far-field image (FFP). Large design freedom.

【0026】図3はこの発明の第2の実施形態によるG
aN系半導体レーザを示す。図2に示すように、この第
2の実施形態によるGaN系半導体レーザにおいては、
n型AlGaNクラッド層4のすぐ下にのみn型InG
aN光吸収層3が設けられ、また、p型GaN層10は
設けられていない。その他の構成は、第1の実施形態に
よるGaN系半導体レーザと同様であるので、説明を省
略する。
FIG. 3 shows G according to a second embodiment of the present invention.
1 shows an aN-based semiconductor laser. As shown in FIG. 2, in the GaN-based semiconductor laser according to the second embodiment,
n-type InG only under the n-type AlGaN cladding layer 4
The aN light absorbing layer 3 is provided, and the p-type GaN layer 10 is not provided. Other configurations are the same as those of the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.

【0027】この第2の実施形態によるGaN系半導体
レーザの動作時における光場を第1の実施形態と同様に
して計算により求めたところ、図2に示すものとほぼ同
様であり、その光閉じ込め係数も第1の実施形態と同様
に0.022であった。この第2の実施形態によって
も、第1の実施形態と同様な種々の利点を得ることがで
きる。
The optical field during operation of the GaN-based semiconductor laser according to the second embodiment was obtained by calculation in the same manner as in the first embodiment, and was substantially the same as that shown in FIG. The coefficient was 0.022 as in the first embodiment. According to the second embodiment, various advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.

【0028】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

【0029】例えば、上述の第1の実施形態および第2
の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎ
ず、必要に応じて異なる数値を用いてもよい。また、上
述の第1の実施形態および第2の実施形態においては、
n型InGaN光吸収層3およびp型InGaN光吸収
層9のIn組成比を0.25としているが、これと異な
る値のIn組成比を用いてもよい。さらに、これらのn
型InGaN光吸収層3およびp型InGaN光吸収層
9の代わりにアンドープのInGaN光吸収層を用いて
もよい。また、c面サファイア基板1の代わりに、Ga
N基板やSiC基板などを用いてもよい。
For example, the first embodiment and the second embodiment
The numerical values given in the embodiment are merely examples, and different numerical values may be used as needed. In the first and second embodiments described above,
Although the In composition ratio of the n-type InGaN light absorbing layer 3 and the p-type InGaN light absorbing layer 9 is 0.25, a different value of the In composition ratio may be used. Furthermore, these n
An undoped InGaN light absorbing layer may be used instead of the p-type InGaN light absorbing layer 3 and the p-type InGaN light absorbing layer 9. Also, instead of the c-plane sapphire substrate 1, Ga
An N substrate, a SiC substrate, or the like may be used.

【0030】また、上述の第1の実施形態および第2の
実施形態においては、この発明をGaN系半導体レーザ
に適用した場合について説明したが、この発明は、Ga
N系発光ダイオードに適用することも可能である。
In the first and second embodiments described above, the case where the present invention is applied to a GaN-based semiconductor laser has been described.
It is also possible to apply to an N-based light emitting diode.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、この発明による半
導体発光素子によれば、発光波長の光を吸収する光吸収
層を少なくとも一層有することにより、従来に比べて動
作時における光場の分布を改善することができ、これに
よって低しきい電流密度かつ長寿命で遠視野像の制御も
容易な、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた半
導体発光素子を実現することができる。
As described above, the semiconductor light emitting device according to the present invention has at least one light absorbing layer that absorbs light of an emission wavelength, thereby reducing the distribution of the light field during operation as compared with the prior art. Thus, it is possible to realize a semiconductor light emitting device using a nitride III-V compound semiconductor, which has a low threshold current density, a long life, and easy control of a far-field image.

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

【図1】この発明の第1の実施形態によるGaN系半導
体レーザの構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a GaN-based semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施形態によるGaN系半導
体レーザの動作時における光場を示す略線図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an optical field during operation of the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第2の実施形態によるGaN系半導
体レーザの構成を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a GaN-based semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来のGaN系半導体レーザの構成を示す断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional GaN-based semiconductor laser.

【図5】従来のGaN系半導体レーザの動作時における
光場を示す略線図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an optical field during operation of a conventional GaN-based semiconductor laser.

【図6】従来のGaN系半導体レーザの問題を説明する
ための略線図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a problem of a conventional GaN-based semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・c面サファイア基板、2・・・n型GaN層、
3・・・n型InGaN光吸収層、4・・・n型AlG
aNクラッド層、6・・・活性層、8・・・p型AlG
aNクラッド層、9・・・p型InGaN光吸収層、1
0・・・p型GaN層
1 ... c-plane sapphire substrate, 2 ... n-type GaN layer,
3 ... n-type InGaN light absorbing layer, 4 ... n-type AlG
aN cladding layer, 6 ... active layer, 8 ... p-type AlG
aN cladding layer, 9... p-type InGaN light absorbing layer, 1
0 ... p-type GaN layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化物系III−V族化合物半導体を用
いた半導体発光素子において、 発光波長の光を吸収する光吸収層を少なくとも一層有す
ることを特徴とする半導体発光素子。
1. A semiconductor light emitting device using a nitride III-V compound semiconductor, comprising at least one light absorbing layer for absorbing light having an emission wavelength.
【請求項2】 活性層をn型クラッド層およびp型クラ
ッド層によりはさんだ構造を有し、上記n型クラッド層
の外側および上記p型クラッド層の外側の少なくとも一
方に上記光吸収層を有することを特徴とする請求項1記
載の半導体発光素子。
2. An active layer sandwiched between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer, wherein the light absorbing layer is provided on at least one of the outside of the n-type cladding layer and the outside of the p-type cladding layer. 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 上記光吸収層はInGaN層であること
を特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said light absorbing layer is an InGaN layer.
【請求項4】 上記光吸収層はドナー不純物とアクセプ
タ不純物とをドーピングしたGaN層であることを特徴
とする請求項1記載の半導体発光素子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said light absorbing layer is a GaN layer doped with a donor impurity and an acceptor impurity.
【請求項5】 基板上にn型GaN層、InGaNから
なる上記光吸収層、AlGaNからなるn型クラッド
層、GaNからなるn型光導波層、InGaNからなる
活性層、GaNからなるp型光導波層、AlGaNから
なるp型クラッド層、InGaNからなる上記光吸収層
およびp型GaN層が順次積層された構造を有すること
を特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
5. An n-type GaN layer, a light absorption layer made of InGaN, an n-type clad layer made of AlGaN, an n-type optical waveguide layer made of GaN, an active layer made of InGaN, and a p-type light guide made of GaN on a substrate. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device has a structure in which a wave layer, a p-type clad layer made of AlGaN, the light absorption layer made of InGaN, and a p-type GaN layer are sequentially stacked.
【請求項6】 基板上にn型GaN層、InGaNから
なる上記光吸収層、AlGaNからなるn型クラッド
層、GaNからなるn型光導波層、InGaNからなる
活性層、GaNからなるp型光導波層およびAlGaN
からなるp型クラッド層が順次積層された構造を有する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
6. An n-type GaN layer, an optical absorption layer made of InGaN, an n-type clad layer made of AlGaN, an n-type optical waveguide layer made of GaN, an active layer made of InGaN, and a p-type light guide made of GaN on a substrate. Wave layer and AlGaN
2. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting device has a structure in which p-type cladding layers comprising
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