JPH10242585A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH10242585A JPH10242585A JP4523397A JP4523397A JPH10242585A JP H10242585 A JPH10242585 A JP H10242585A JP 4523397 A JP4523397 A JP 4523397A JP 4523397 A JP4523397 A JP 4523397A JP H10242585 A JPH10242585 A JP H10242585A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type
- doped
- multilayer structure
- electrode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化ガリウム系半導体発光素子において、多
層構造からなる発光層の結晶性を改善すること。 【解決手段】 発光層を成す多層構造の組み合わせとし
て、AlxGa1-xN-Ga1-yInyN(0＜x＜1,0＜y＜1)、及びAlxG
a1-xN-GaN1-zAsz(0≦x≦1,0＜z≦1)を用いる。 【効果】 上記組み合わせを用いる事により、多層膜界
面での相互拡散による偏析や歪みによる格子緩和を抑制
する事が可能となり、発光素子の駆動電流が低減した。
層構造からなる発光層の結晶性を改善すること。 【解決手段】 発光層を成す多層構造の組み合わせとし
て、AlxGa1-xN-Ga1-yInyN(0＜x＜1,0＜y＜1)、及びAlxG
a1-xN-GaN1-zAsz(0≦x≦1,0＜z≦1)を用いる。 【効果】 上記組み合わせを用いる事により、多層膜界
面での相互拡散による偏析や歪みによる格子緩和を抑制
する事が可能となり、発光素子の駆動電流が低減した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子の
うち、可視光領域から紫外領域に亘る波長の光を放射す
る発光ダイオード、レーザダイオードなどの光デバイス
に好適な窒化ガリウム系化合物半導体に関し、特に発光
層を構成するに望ましい半導体層の積層構造に関する。
うち、可視光領域から紫外領域に亘る波長の光を放射す
る発光ダイオード、レーザダイオードなどの光デバイス
に好適な窒化ガリウム系化合物半導体に関し、特に発光
層を構成するに望ましい半導体層の積層構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】デジタルビデオディスクに代表される光
ディスクの大容量化に向けて、半導体レーザの発光波長
の青色から近紫外領域への短波長化が求められている。
また、青や緑の半導体レーザや高出力発光ダイオードが
実現すると従来の赤色発光素子と合わせて光の三原色が
揃う事から、レーザテレビジョンや照明用光源への応用
も考えられている。これら緑色もしくは青色の光を発す
るレーザダイオード等の短波長発光素子の研究開発が現
在精力的に行われており、その構成材料としてII−VI族
化合物半導体材料及び構成元素として少なくともＮ（窒
素）を含むIII−Ｖ族化合物半導体材料（以下、窒化ガ
リウム系化合物半導体と称する）の採用が検討されてい
る。
ディスクの大容量化に向けて、半導体レーザの発光波長
の青色から近紫外領域への短波長化が求められている。
また、青や緑の半導体レーザや高出力発光ダイオードが
実現すると従来の赤色発光素子と合わせて光の三原色が
揃う事から、レーザテレビジョンや照明用光源への応用
も考えられている。これら緑色もしくは青色の光を発す
るレーザダイオード等の短波長発光素子の研究開発が現
在精力的に行われており、その構成材料としてII−VI族
化合物半導体材料及び構成元素として少なくともＮ（窒
素）を含むIII−Ｖ族化合物半導体材料（以下、窒化ガ
リウム系化合物半導体と称する）の採用が検討されてい
る。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体を採用した半
導体発光素子としては、長寿命・高輝度の青色光(〜2.6
eV)及び緑色光(〜2.4eV)の発光ダイオードが既に実用化
され、さらにジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジクス誌第35巻（1996年）頁からの記事（Jp
n.J.Appl.Phys.,Vol.35(1996),pp.L74-）では、青紫色
レーザダイオード(〜3.0eV)の室温パルス発振が達成さ
れ、室温連続発振にも成功したことが報告されている。
導体発光素子としては、長寿命・高輝度の青色光(〜2.6
eV)及び緑色光(〜2.4eV)の発光ダイオードが既に実用化
され、さらにジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジクス誌第35巻（1996年）頁からの記事（Jp
n.J.Appl.Phys.,Vol.35(1996),pp.L74-）では、青紫色
レーザダイオード(〜3.0eV)の室温パルス発振が達成さ
れ、室温連続発振にも成功したことが報告されている。
【０００４】現在開発の進められている窒化ガリウム系
化合物半導体レーザや発光ダイオードの発光層として、
Ga1-xInxN混晶からなる超格子層が用いられている。例
えば、前記論文では２０周期程度のGa0.8In0.2N(厚さ：
ｄ＝25Å)−Ga0.95In0.05N(厚さ：ｄ＝50Å)超格子が用
いられている。
化合物半導体レーザや発光ダイオードの発光層として、
Ga1-xInxN混晶からなる超格子層が用いられている。例
えば、前記論文では２０周期程度のGa0.8In0.2N(厚さ：
ｄ＝25Å)−Ga0.95In0.05N(厚さ：ｄ＝50Å)超格子が用
いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記Ga1-xInxN超格子
層では、問題点が２つある。第１点はInの相互拡散、第
２点は格子歪みである。GaInN同士の超格子構造では結
晶成長中に超格子界面においてInが移動し、偏析を引き
起こす。その結果、混晶組成に組成に揺らぎが生じて発
光特性が劣化する。第２点目の格子歪みに関しては、上
記構造ではバッファ層に用いられているGaNに対して歪
み量がGa0.8In0.2Nで＋２％、Ga0.95In0.05Nで＋0.5％
の圧縮歪みである。この程度の歪みに対する臨界膜厚は
数ｎｍ程度であるため、上記２０周期（厚さにして150
ｎｍ）の超格子層では格子緩和が起きる。そのため、超
格子の平坦性が損なわれたり、格子歪みに分布が生じ
る。その結果、第１点の問題と同様に発光特性が劣化す
る。
層では、問題点が２つある。第１点はInの相互拡散、第
２点は格子歪みである。GaInN同士の超格子構造では結
晶成長中に超格子界面においてInが移動し、偏析を引き
起こす。その結果、混晶組成に組成に揺らぎが生じて発
光特性が劣化する。第２点目の格子歪みに関しては、上
記構造ではバッファ層に用いられているGaNに対して歪
み量がGa0.8In0.2Nで＋２％、Ga0.95In0.05Nで＋0.5％
の圧縮歪みである。この程度の歪みに対する臨界膜厚は
数ｎｍ程度であるため、上記２０周期（厚さにして150
ｎｍ）の超格子層では格子緩和が起きる。そのため、超
格子の平坦性が損なわれたり、格子歪みに分布が生じ
る。その結果、第１点の問題と同様に発光特性が劣化す
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、構成
元素の異なる混晶を積層して構成される多層構造を採用
することにより、前述した２つの問題点を解決した。本
発明が採用する多層構造の基本的な定義は、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎ等のIII族元素とＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＶ族
元素からなるIII−Ｖ族化合物半導体のうち、構成元素
として少なくともＮを含む材料（以下、本明細書にて、
この材料を窒化ガリウム系化合物半導体と記す）からな
る第１の層及び第２の層を交互に積層して構成される多
層構造において、第１の層には第２の層に含まれないII
I族又はＶ族の元素を含み且つ第２の層は第１の層に含
まれないIII族又はＶ族の元素を含むことである。上記
第１及び第２の層は、III族元素、Ｖ族元素、又は双方
の元素を複数種含めて構成される３元系以上（化合物半
導体を構成する元素が３種以上）の材料で構成される混
晶とすることが望ましい。また、本発明の多層構造を構
成する窒化ガリウム系化合物半導体材料の望ましき実施
形態では、当該材料の結晶構造がウルツ鉱型の結晶構造
を有する。本発明の多層構造を構成する半導体層の更に
望ましき組み合わせの具体例として、GaInNとAlGaN及び
GaNAsとAlGaNを選択する。
元素の異なる混晶を積層して構成される多層構造を採用
することにより、前述した２つの問題点を解決した。本
発明が採用する多層構造の基本的な定義は、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎ等のIII族元素とＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＶ族
元素からなるIII−Ｖ族化合物半導体のうち、構成元素
として少なくともＮを含む材料（以下、本明細書にて、
この材料を窒化ガリウム系化合物半導体と記す）からな
る第１の層及び第２の層を交互に積層して構成される多
層構造において、第１の層には第２の層に含まれないII
I族又はＶ族の元素を含み且つ第２の層は第１の層に含
まれないIII族又はＶ族の元素を含むことである。上記
第１及び第２の層は、III族元素、Ｖ族元素、又は双方
の元素を複数種含めて構成される３元系以上（化合物半
導体を構成する元素が３種以上）の材料で構成される混
晶とすることが望ましい。また、本発明の多層構造を構
成する窒化ガリウム系化合物半導体材料の望ましき実施
形態では、当該材料の結晶構造がウルツ鉱型の結晶構造
を有する。本発明の多層構造を構成する半導体層の更に
望ましき組み合わせの具体例として、GaInNとAlGaN及び
GaNAsとAlGaNを選択する。
【０００７】次に、本発明の多層構造を半導体発光素子
に適用したときの作用を、上述の解決すべき２つの問題
点に照らして説明する。
に適用したときの作用を、上述の解決すべき２つの問題
点に照らして説明する。
【０００８】上記第１点目の問題は、本発明の多層構造
において交互に積層される各層の構成元素を上述のよう
に変えることで、上記第１の層と第２の層の接合界面で
の夫々の層に含まれる構成元素の相互拡散による偏析を
抑制することで解決される。例えば、上記具体例におい
ては、GaInN層とAlGaN層からなる多層構造におけるIn元
素のAlGaN層への拡散及び当該AlGaN層における析出が、
GaNAs層とAlGaN層からなる多層構造におけるAs元素のAl
GaNへの拡散及び当該AlGaN層における析出が、夫々抑制
できる。
において交互に積層される各層の構成元素を上述のよう
に変えることで、上記第１の層と第２の層の接合界面で
の夫々の層に含まれる構成元素の相互拡散による偏析を
抑制することで解決される。例えば、上記具体例におい
ては、GaInN層とAlGaN層からなる多層構造におけるIn元
素のAlGaN層への拡散及び当該AlGaN層における析出が、
GaNAs層とAlGaN層からなる多層構造におけるAs元素のAl
GaNへの拡散及び当該AlGaN層における析出が、夫々抑制
できる。
【０００９】上記第２点目の問題に対し、本発明の上記
具体例として開示した多層構造で説明する。上述のいず
れの組み合わせにおいても、バッファ層を構成する窒化
ガリウム系半導体材料たるＧａＮに対し、前者（GaNよ
り格子定数の大きいGaInN、GaNAs）は圧縮歪みを、後者
（GaNより格子定数の小さいAlGaN）は引っ張り歪みを夫
々受けている。この様に、多層構造を構成する第１層と
第２層とが相反する歪みを有することで、多層構造全体
の歪み量を軽減することが可能となり、第１層及び第２
層の夫々の層厚を臨界膜厚の範囲内に設定して多層構造
を形成することが可能となる。
具体例として開示した多層構造で説明する。上述のいず
れの組み合わせにおいても、バッファ層を構成する窒化
ガリウム系半導体材料たるＧａＮに対し、前者（GaNよ
り格子定数の大きいGaInN、GaNAs）は圧縮歪みを、後者
（GaNより格子定数の小さいAlGaN）は引っ張り歪みを夫
々受けている。この様に、多層構造を構成する第１層と
第２層とが相反する歪みを有することで、多層構造全体
の歪み量を軽減することが可能となり、第１層及び第２
層の夫々の層厚を臨界膜厚の範囲内に設定して多層構造
を形成することが可能となる。
【００１０】上述のとおり、従来の多層構造（超格子発
光層）では第１層及び第２層はともにGaNに対して圧縮
歪みを受けているため、多層構造全体が圧縮歪みを受け
た一つの半導体層と見なされるため、当該多層構造の厚
みを臨界膜厚で制限しないと、これを構成する第１層、
第２層の結晶中にミスフィット転位が発生する。この問
題は、既に説明した従来の多層構造の問題点とともに、
当該多層構造を採用した半導体発光素子の発光特性を損
なうものである。
光層）では第１層及び第２層はともにGaNに対して圧縮
歪みを受けているため、多層構造全体が圧縮歪みを受け
た一つの半導体層と見なされるため、当該多層構造の厚
みを臨界膜厚で制限しないと、これを構成する第１層、
第２層の結晶中にミスフィット転位が発生する。この問
題は、既に説明した従来の多層構造の問題点とともに、
当該多層構造を採用した半導体発光素子の発光特性を損
なうものである。
【００１１】これに対し、本発明の多層構造は第１層と
第２層が当該多層構造内で歪みを相殺するように構成さ
れるため、第１層及び第２層を臨界膜厚迄厚くして多層
構造全体の厚みを10ｎｍ以上に設定しても、当該多層構
造中にミスフィット転位は発生せず、また上記第２点目
の問題点も解消されるのである。
第２層が当該多層構造内で歪みを相殺するように構成さ
れるため、第１層及び第２層を臨界膜厚迄厚くして多層
構造全体の厚みを10ｎｍ以上に設定しても、当該多層構
造中にミスフィット転位は発生せず、また上記第２点目
の問題点も解消されるのである。
【００１２】本発明の多層構造は、特に半導体発光素子
の発光領域に適用することが望ましいが、第１層及び第
２層の構成元素の選択と組成比を適宜選択することによ
り、クラッド層、光ガイド層、又はコンタクト層（電極
材料が接合される層）にも適用できる。また、これらの
実施態様を組み合わせても、本発明による半導体光素子
の実現を阻むものでない。
の発光領域に適用することが望ましいが、第１層及び第
２層の構成元素の選択と組成比を適宜選択することによ
り、クラッド層、光ガイド層、又はコンタクト層（電極
材料が接合される層）にも適用できる。また、これらの
実施態様を組み合わせても、本発明による半導体光素子
の実現を阻むものでない。
【００１３】以上の知見に基づき、本発明者は以下の構
成の半導体発光素子を着想した。その第１の構成は、発
光層を構成する多層構造の第１層がAlxGa1-xN、第２層
がGa1-yInyN (0＜x＜1,0＜y＜1)から成る事を特徴とす
る半導体素子である。また、第２の構成は、発光層を構
成する多層構造の第１層がAlxGa1-xN，第２層がGaN1-zA
sz (0≦x≦1,0＜z≦1)から成る事を特徴とする窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子である。いずれの半導体発
光素子は、特に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、
即ち、発光領域、これに光を閉じ込める領域、及び当該
発光領域にキャリアを注入する領域を窒化ガリウム系化
合物半導体で形成した発光素子として構成されることが
望ましい。また、第２の構成の第１層及び第２層の望ま
しい組成として、0＜x＜1又は0＜z＜1なる範囲を推奨す
る。さらに、上記第１層及び第２層の夫々の層厚：ｔは
0.5ｎｍ＜t＜50ｎｍの範囲で設定されることが望まし
く、上記発光層をｐ型とｎ型の窒化ガリウム系半導体層
に挟んで（挿入して）なるｐ-ｉ-ｎ又はｐｎを有する半
導体発光素子を構成することが推奨される。
成の半導体発光素子を着想した。その第１の構成は、発
光層を構成する多層構造の第１層がAlxGa1-xN、第２層
がGa1-yInyN (0＜x＜1,0＜y＜1)から成る事を特徴とす
る半導体素子である。また、第２の構成は、発光層を構
成する多層構造の第１層がAlxGa1-xN，第２層がGaN1-zA
sz (0≦x≦1,0＜z≦1)から成る事を特徴とする窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子である。いずれの半導体発
光素子は、特に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、
即ち、発光領域、これに光を閉じ込める領域、及び当該
発光領域にキャリアを注入する領域を窒化ガリウム系化
合物半導体で形成した発光素子として構成されることが
望ましい。また、第２の構成の第１層及び第２層の望ま
しい組成として、0＜x＜1又は0＜z＜1なる範囲を推奨す
る。さらに、上記第１層及び第２層の夫々の層厚：ｔは
0.5ｎｍ＜t＜50ｎｍの範囲で設定されることが望まし
く、上記発光層をｐ型とｎ型の窒化ガリウム系半導体層
に挟んで（挿入して）なるｐ-ｉ-ｎ又はｐｎを有する半
導体発光素子を構成することが推奨される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の望まし
き例を開示する実施例１及び２とその関連図面を用い
て、本発明を更に具体的に説明する。
き例を開示する実施例１及び２とその関連図面を用い
て、本発明を更に具体的に説明する。
【００１５】＜実施例１＞本実施例では、活性層にGaIn
N-AlGaN多重量子井戸構造を用いて室温において青色の
光を発するレーザダイオードを作製した。
N-AlGaN多重量子井戸構造を用いて室温において青色の
光を発するレーザダイオードを作製した。
【００１６】図1に構造断面図を示す。図1において、10
はc面サファイア基板（厚さ：d＝100μｍ）、11はアモ
ルファスGaNバッファ層（d＝20ｎｍ）、12はn型Siドー
プGaNバッファ層（n＝1×1018cm-3,d＝3μｍ）、13はn
型SiドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層（n＝1×1018cm-3,d
＝1μｍ）、14はn型SiドープGaN光ガイド層（n＝5×10
17cm-3,d＝0.1μｍ）、15はノンドープGa0.8In0.2N-Al
0.9Ga0.1N歪量子井戸活性層(各膜厚5nm,３周期)、16はp
型MgドープGaN光ガイド層（p＝5×1017cm-3,d＝0.1μ
ｍ）、17はp型MgドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層（p＝5×
1017cm-3,d＝1μｍ）、18はp型MgドープGaNキャップ層
（p＝5×1018cm-3,d＝0.2μｍ）である。上記11から18
までの層は、有機金属気相成長装置を用いて基板結晶10
の上に連続成長した。原料にはTMAl(トリメチルアルミ
ニウム)、TMGa(トリメチルガリウム)、TMIn(トリメチル
インジウム)、NH3、SiH4 及びCp2Mg(シクロペンタジエ
ニルマグネシウム)を用いた。成長温度は、アモルファ
スGaNバッファ11は550℃、Ga0.8In0.2N-Al0.9Ga0.1N歪
量子井戸活性層15は800℃、その他の層は1050℃とし
た。活性層に用いた図２に示す多重量子井戸のGa0.8In
0.2NとAl0.9Ga0.1NのGaNバッファ層に対する歪みは各々
＋2.2％、−2.2％である。
はc面サファイア基板（厚さ：d＝100μｍ）、11はアモ
ルファスGaNバッファ層（d＝20ｎｍ）、12はn型Siドー
プGaNバッファ層（n＝1×1018cm-3,d＝3μｍ）、13はn
型SiドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層（n＝1×1018cm-3,d
＝1μｍ）、14はn型SiドープGaN光ガイド層（n＝5×10
17cm-3,d＝0.1μｍ）、15はノンドープGa0.8In0.2N-Al
0.9Ga0.1N歪量子井戸活性層(各膜厚5nm,３周期)、16はp
型MgドープGaN光ガイド層（p＝5×1017cm-3,d＝0.1μ
ｍ）、17はp型MgドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層（p＝5×
1017cm-3,d＝1μｍ）、18はp型MgドープGaNキャップ層
（p＝5×1018cm-3,d＝0.2μｍ）である。上記11から18
までの層は、有機金属気相成長装置を用いて基板結晶10
の上に連続成長した。原料にはTMAl(トリメチルアルミ
ニウム)、TMGa(トリメチルガリウム)、TMIn(トリメチル
インジウム)、NH3、SiH4 及びCp2Mg(シクロペンタジエ
ニルマグネシウム)を用いた。成長温度は、アモルファ
スGaNバッファ11は550℃、Ga0.8In0.2N-Al0.9Ga0.1N歪
量子井戸活性層15は800℃、その他の層は1050℃とし
た。活性層に用いた図２に示す多重量子井戸のGa0.8In
0.2NとAl0.9Ga0.1NのGaNバッファ層に対する歪みは各々
＋2.2％、−2.2％である。
【００１７】以上の結晶成長の後、図１に示す様に通常
のフォトリソグラフィ技術とハロゲン系反応性イオンビ
ームエッチング法を用いて、幅10μｍのメサ構造および
n電極取り出し溝を形成した。続いて、常法を用いて厚
さ100nmのSiO2膜19を堆積し、通常のフォトリソグラフ
ィ技術と溶液エッチングを用いて電極用の孔を形成し
た。p型金属電極20，n型金属電極21を形成した後に、共
振器長600μｍに劈開し、常法により劈開端面に反射率7
0％のSiO2-Al2O3の誘電体多層反射膜を形成し、各素子
を分離してレーザダイオード・チップを完成させた。
のフォトリソグラフィ技術とハロゲン系反応性イオンビ
ームエッチング法を用いて、幅10μｍのメサ構造および
n電極取り出し溝を形成した。続いて、常法を用いて厚
さ100nmのSiO2膜19を堆積し、通常のフォトリソグラフ
ィ技術と溶液エッチングを用いて電極用の孔を形成し
た。p型金属電極20，n型金属電極21を形成した後に、共
振器長600μｍに劈開し、常法により劈開端面に反射率7
0％のSiO2-Al2O3の誘電体多層反射膜を形成し、各素子
を分離してレーザダイオード・チップを完成させた。
【００１８】室温において、ヒートシンク固定したレー
ザダイオードに50mAの定電流を流したところ、青紫色の
425nmでレーザ発振した。
ザダイオードに50mAの定電流を流したところ、青紫色の
425nmでレーザ発振した。
【００１９】＜実施例２＞本実施例では，活性層にGaNA
s-AlGaN多重量子井戸構造を用いて室温において緑色の
光を発するレーザダイオードを作製した。
s-AlGaN多重量子井戸構造を用いて室温において緑色の
光を発するレーザダイオードを作製した。
【００２０】図３に構造断面図を示す。図２において，
22はn型6H-SiC基板（厚さ：d＝100μｍ)、11はアモルフ
ァスGaNバッファ層（d＝20nm)、12はn型SiドープGaNバ
ッファ層（n＝1×1018cm-3,d＝3μｍ）、13はn型Siドー
プAl0.1Ga0.9Nクラッド層（n＝1×1018cm-3,d＝1μ
ｍ）、14はn型SiドープGaN光ガイド層（n＝5×1017c
m-3,d＝0.1μｍ）、23はノンドープGaN0.95As0.05-Al
0.6Ga0.4N歪量子井戸活性層(各膜厚5nm,5周期)、16はp
型MgドープGaN光ガイド層（p＝5×1017cm-3,d＝0.1μ
ｍ）、17はp型MgドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層（p＝5×
1017cm-3,d＝1μｍ）、18はp型MgドープGaNキャップ層
（p＝5×1018cm-3,d＝0.2μｍ）である。上記11から18
迄の層は、層23を含めて有機金属気相成長装置を用いて
基板結晶22の上に連続成長した。原料にはTMAl(トリメ
チルアルミニウム)、TMGa(トリメチルガリウム)，TMIn
(トリメチルインジウム)、NH3、AsH3、SiH4及びCp2Mg
(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用いた。成長温
度は、アモルファスGaNバッファ11は550℃、GaN0.95As
0.05-Al0.6Ga0.4N歪量子井戸活性層23は800℃、その他
の層は1050℃とした。活性層に用いたGaN0.95As0.05とA
l0.6Ga0.4NのGaNバッファ層に対する歪みは、各々＋1.4
％、−1.4％である。
22はn型6H-SiC基板（厚さ：d＝100μｍ)、11はアモルフ
ァスGaNバッファ層（d＝20nm)、12はn型SiドープGaNバ
ッファ層（n＝1×1018cm-3,d＝3μｍ）、13はn型Siドー
プAl0.1Ga0.9Nクラッド層（n＝1×1018cm-3,d＝1μ
ｍ）、14はn型SiドープGaN光ガイド層（n＝5×1017c
m-3,d＝0.1μｍ）、23はノンドープGaN0.95As0.05-Al
0.6Ga0.4N歪量子井戸活性層(各膜厚5nm,5周期)、16はp
型MgドープGaN光ガイド層（p＝5×1017cm-3,d＝0.1μ
ｍ）、17はp型MgドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層（p＝5×
1017cm-3,d＝1μｍ）、18はp型MgドープGaNキャップ層
（p＝5×1018cm-3,d＝0.2μｍ）である。上記11から18
迄の層は、層23を含めて有機金属気相成長装置を用いて
基板結晶22の上に連続成長した。原料にはTMAl(トリメ
チルアルミニウム)、TMGa(トリメチルガリウム)，TMIn
(トリメチルインジウム)、NH3、AsH3、SiH4及びCp2Mg
(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用いた。成長温
度は、アモルファスGaNバッファ11は550℃、GaN0.95As
0.05-Al0.6Ga0.4N歪量子井戸活性層23は800℃、その他
の層は1050℃とした。活性層に用いたGaN0.95As0.05とA
l0.6Ga0.4NのGaNバッファ層に対する歪みは、各々＋1.4
％、−1.4％である。
【００２１】以上の結晶成長の後、図１に示す様に通常
のフォトリソグラフィ技術とハロゲン系反応性イオンビ
ームエッチング法を用いて、幅10μｍのメサ構造を形成
した。続いて、常法を用いて厚さ100nmのSiO2膜19を堆
積し、通常のフォトリソグラフィ技術と溶液エッチング
を用いて電極用の孔を形成した。p型金属電極20、n型金
属電極21を形成した後に、共振器長600μｍに劈開し、
常法により劈開端面に反射率70％のSiO2-Al2O3の誘電体
多層反射膜を形成し、各素子を分離してレーザダイオー
ド・チップを完成させた。
のフォトリソグラフィ技術とハロゲン系反応性イオンビ
ームエッチング法を用いて、幅10μｍのメサ構造を形成
した。続いて、常法を用いて厚さ100nmのSiO2膜19を堆
積し、通常のフォトリソグラフィ技術と溶液エッチング
を用いて電極用の孔を形成した。p型金属電極20、n型金
属電極21を形成した後に、共振器長600μｍに劈開し、
常法により劈開端面に反射率70％のSiO2-Al2O3の誘電体
多層反射膜を形成し、各素子を分離してレーザダイオー
ド・チップを完成させた。
【００２２】室温において、ヒートシンク固定したレー
ザダイオードに40mAの定電流を流したところ、緑色の55
0nmでレーザ発振した。
ザダイオードに40mAの定電流を流したところ、緑色の55
0nmでレーザ発振した。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の多層構造
を用いる事により発光層の結晶性が改善されるため、デ
バイスの駆動電流を減少させる事が可能となり、レーザ
素子の信頼性が向上した。また本発明は発光ダイオード
にも応用が可能であり、窒化ガリウム系化合物半導体を
用いた赤色から紫外に至る波長領域のいずれの波長の光
を放出する半導体発光素子の夫々においても特性の向上
が認められるため、その産業上の利用価値は非常に大き
い。
を用いる事により発光層の結晶性が改善されるため、デ
バイスの駆動電流を減少させる事が可能となり、レーザ
素子の信頼性が向上した。また本発明は発光ダイオード
にも応用が可能であり、窒化ガリウム系化合物半導体を
用いた赤色から紫外に至る波長領域のいずれの波長の光
を放出する半導体発光素子の夫々においても特性の向上
が認められるため、その産業上の利用価値は非常に大き
い。
【図１】実施例１に記載の半導体レーザの断面を示す
図。
図。
【図２】実施例１に記載GaInN-AlGaN多重量子井戸を示
す図。
す図。
【図３】実施例２に記載の半導体レーザの断面を示す
図。
図。
１０…c面サファイア基板、１１…アモルファスGaNバッ
ファ層、１２…n型SiドープGaNバッファ層、１３…n型S
iドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層、１４…n型SiドープGaN
光ガイド層、１５…ノンドープGa0.8In0.2N-Al0.9Ga0.1
N歪量子井戸活性層、１６…p型MgドープGaN光ガイド
層、１７…p型MgドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層、１８…
p型MgドープGaNキャップ層、１９…SiO2膜、２０…p型
金属電極、２１…n型金属電極、２２…ノンドープGaN
0.95As0.05-Al0.6Ga0.4N歪量子井戸活性層、２３…n型6
H-SiC基板。
ファ層、１２…n型SiドープGaNバッファ層、１３…n型S
iドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層、１４…n型SiドープGaN
光ガイド層、１５…ノンドープGa0.8In0.2N-Al0.9Ga0.1
N歪量子井戸活性層、１６…p型MgドープGaN光ガイド
層、１７…p型MgドープAl0.1Ga0.9Nクラッド層、１８…
p型MgドープGaNキャップ層、１９…SiO2膜、２０…p型
金属電極、２１…n型金属電極、２２…ノンドープGaN
0.95As0.05-Al0.6Ga0.4N歪量子井戸活性層、２３…n型6
H-SiC基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤松 正一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】発光層を構成する多層構造の第１層がAlxG
a1-xN，第２層がGa1-yInyN (0＜x＜1,0＜y＜1)から成る
事を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】発光層を構成する多層構造の第１層がAlxG
a1-xN，第２層がGaN1-zAsz (0≦x≦1,0＜z≦1)から成る
事を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】上記多層構造の各層厚は0.5nm＜t＜50nmの
範囲である事を特徴とする請求項第１および２に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】発光層がｐ型とｎ型の窒化ガリウム系半導
体に間に挿入されている事を特徴とする請求項第１から
３に記載のｐｎ接合からなる窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4523397A JPH10242585A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4523397A JPH10242585A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242585A true JPH10242585A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12713554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4523397A Pending JPH10242585A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242585A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6614059B1 (en) | 1999-01-07 | 2003-09-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device with quantum well |
| AU772491B2 (en) * | 1999-12-13 | 2004-04-29 | Nichia Corporation | Light-emitting device |
| US6909120B2 (en) | 2000-11-10 | 2005-06-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor luminous element and optical device including it |
| US7012283B2 (en) | 2000-09-21 | 2006-03-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light emitting element and optical device containing it |
| JP2008226930A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光素子 |
| CN105895749A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-08-24 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种以GaN和AlGaN循环结构作为Buffer层的生长方法 |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP4523397A patent/JPH10242585A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6614059B1 (en) | 1999-01-07 | 2003-09-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device with quantum well |
| US6940100B2 (en) | 1999-01-07 | 2005-09-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Group III-V nitride semiconductor light-emitting device which allows for efficient injection of electrons into an active layer |
| AU772491B2 (en) * | 1999-12-13 | 2004-04-29 | Nichia Corporation | Light-emitting device |
| US6738175B2 (en) | 1999-12-13 | 2004-05-18 | Nichia Corporation | Light emitting device |
| US7012283B2 (en) | 2000-09-21 | 2006-03-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light emitting element and optical device containing it |
| US6909120B2 (en) | 2000-11-10 | 2005-06-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor luminous element and optical device including it |
| JP2008226930A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光素子 |
| CN105895749A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-08-24 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种以GaN和AlGaN循环结构作为Buffer层的生长方法 |
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