JPH1051074A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH1051074A JPH1051074A JP20447196A JP20447196A JPH1051074A JP H1051074 A JPH1051074 A JP H1051074A JP 20447196 A JP20447196 A JP 20447196A JP 20447196 A JP20447196 A JP 20447196A JP H1051074 A JPH1051074 A JP H1051074A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体発光素子に関し、レーザ発振に必要な
しきい値電流密度を低減する。 【解決手段】 基板１上に低温バッファ層２を設けると
ともに、低温バッファ層２の直上に設ける成長層３をＩ
ｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或いは、ＡｌＧａＩｎＮのいず
れかとし、且つ、成長層３の格子定数を活性層５の格子
定数より大きくする。
しきい値電流密度を低減する。 【解決手段】 基板１上に低温バッファ層２を設けると
ともに、低温バッファ層２の直上に設ける成長層３をＩ
ｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或いは、ＡｌＧａＩｎＮのいず
れかとし、且つ、成長層３の格子定数を活性層５の格子
定数より大きくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子に関
するものであり、特に、ＧａＮ系化合物半導体からなる
活性層に引張歪みを導入した短波長半導体レーザ等の半
導体発光素子に関するものである。
するものであり、特に、ＧａＮ系化合物半導体からなる
活性層に引張歪みを導入した短波長半導体レーザ等の半
導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色から近紫外領域に波長を有す
る短波長半導体レーザの開発が盛んであり、青色半導体
レーザ用材料としては、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のＺ
ｎＳｅ系と、III-Ｖ族化合物半導体のＧａＮ系とが研究
されている。
る短波長半導体レーザの開発が盛んであり、青色半導体
レーザ用材料としては、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のＺ
ｎＳｅ系と、III-Ｖ族化合物半導体のＧａＮ系とが研究
されている。
【０００３】この内、ＺｎＳｅ系は高品質の基板として
実績の高いＧａＡｓにほぼ格子整合することから、長い
間ＺｎＳｅ系の方が有利であると考えられ、世界中の研
究者の大半がこのＺｎＳｅ系の研究に従事していたとい
う経緯があり、レーザの研究に関してはＺｎＳｅ系の方
が先んじている。
実績の高いＧａＡｓにほぼ格子整合することから、長い
間ＺｎＳｅ系の方が有利であると考えられ、世界中の研
究者の大半がこのＺｎＳｅ系の研究に従事していたとい
う経緯があり、レーザの研究に関してはＺｎＳｅ系の方
が先んじている。
【０００４】このＺｎＳｅ系については、既に、注入励
起による室温連続発振が報告されているが、本質的に劣
化しやすい材料であることから信頼性が問題となり、未
だ実用化には至っていない。
起による室温連続発振が報告されているが、本質的に劣
化しやすい材料であることから信頼性が問題となり、未
だ実用化には至っていない。
【０００５】一方、ＧａＮ系の場合には、２年前の日亜
化学によるＧａＮ高輝度ＬＥＤの発表を境に、ＺｎＳｅ
系でネックになっている信頼性に関して耐環境性に優れ
るＧａＮが見直され、世界中で研究者の大きな増加を見
ている。
化学によるＧａＮ高輝度ＬＥＤの発表を境に、ＺｎＳｅ
系でネックになっている信頼性に関して耐環境性に優れ
るＧａＮが見直され、世界中で研究者の大きな増加を見
ている。
【０００６】このＧａＮ系化合物半導体は、ウルツ鉱型
化合物半導体であるため、類似の結晶構造を有する六方
晶系のサファイア基板或いは６Ｈ−ＳｉＣ基板上にＭＯ
ＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いてエピタキシャ
ル成長させていたので、ここで、図４を参照して従来の
短波長発光素子を説明する。
化合物半導体であるため、類似の結晶構造を有する六方
晶系のサファイア基板或いは６Ｈ−ＳｉＣ基板上にＭＯ
ＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いてエピタキシャ
ル成長させていたので、ここで、図４を参照して従来の
短波長発光素子を説明する。
【０００７】図４（ａ）参照 まず、（０００１）面を主面とするサファイア基板２１
上に、ＧａＮ低温バッファ層２２を介して、ｎ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層２３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層
２４、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ活性層２５、ｐ型ＧａＮ光ガ
イド層２６、及び、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層
２７をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させた
のち、エッチングによりｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッ
ド層２３の一部を露出させて、Ｔｉ／Ａｕ電極２８から
なるｎ側電極を設けると共に、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
クラッド層２７上にはＮｉ／Ａｕ電極２９からなるｐ側
電極を設けていた。
上に、ＧａＮ低温バッファ層２２を介して、ｎ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層２３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層
２４、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ活性層２５、ｐ型ＧａＮ光ガ
イド層２６、及び、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層
２７をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させた
のち、エッチングによりｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッ
ド層２３の一部を露出させて、Ｔｉ／Ａｕ電極２８から
なるｎ側電極を設けると共に、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
クラッド層２７上にはＮｉ／Ａｕ電極２９からなるｐ側
電極を設けていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の短波長
発光素子の場合、光励起による発振の報告から、しきい
値電流密度が大きいことが指摘されており、ごく最近の
注入励起によるレーザ発振の成功の報告（必要ならば、
Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊａｐａｎｅｓ
ｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ，ｖｏｌ３５，ｐ．Ｌ７４，１９９６参照）にお
いても、しきい値電流密度が４ｋＡ／ｃｍ 2 以上とされ
ている。
発光素子の場合、光励起による発振の報告から、しきい
値電流密度が大きいことが指摘されており、ごく最近の
注入励起によるレーザ発振の成功の報告（必要ならば、
Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊａｐａｎｅｓ
ｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ，ｖｏｌ３５，ｐ．Ｌ７４，１９９６参照）にお
いても、しきい値電流密度が４ｋＡ／ｃｍ 2 以上とされ
ている。
【０００９】また、理論計算からも、バンドの有効質量
が大きいことなどから、同じくしきい値電流密度が非常
に大きくなることが予測されているので、ここで、図４
（ｂ）を参照して、ＧａＮ系化合物半導体のバンド構造
を説明する。
が大きいことなどから、同じくしきい値電流密度が非常
に大きくなることが予測されているので、ここで、図４
（ｂ）を参照して、ＧａＮ系化合物半導体のバンド構造
を説明する。
【００１０】図４（ｂ）参照 ＧａＮ系化合物半導体においては、価電子帯におけるホ
ールからみてエネルギー的に一番低いバンド、即ち、Ｈ
Ｈ（Ｈｅａｖｙ Ｈｏｌｅ）とＬＨ（Ｌｉｇｈｔ Ｈｏ
ｌｅ）が２重に縮退し、スピン軌道相互作用による分だ
けエネルギー的に分離しており、また、それ以外に、Ｇ
ａＮ系化合物半導体に特有なＣＨというバンドが現れ
る。
ールからみてエネルギー的に一番低いバンド、即ち、Ｈ
Ｈ（Ｈｅａｖｙ Ｈｏｌｅ）とＬＨ（Ｌｉｇｈｔ Ｈｏ
ｌｅ）が２重に縮退し、スピン軌道相互作用による分だ
けエネルギー的に分離しており、また、それ以外に、Ｇ
ａＮ系化合物半導体に特有なＣＨというバンドが現れ
る。
【００１１】一方、最近の研究により、本出願人は、上
述の従来の短波長発光素子においては、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇ
ａ0.9 Ｎクラッド層２３乃至ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎク
ラッド層２７の面内格子定数が、ＧａＮ低温バッファ層
２２の直上のｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層２３の
格子定数で規定されることをつきとめた。
述の従来の短波長発光素子においては、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇ
ａ0.9 Ｎクラッド層２３乃至ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎク
ラッド層２７の面内格子定数が、ＧａＮ低温バッファ層
２２の直上のｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層２３の
格子定数で規定されることをつきとめた。
【００１２】したがって、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラ
ッド層２３上にコヒーレントに成長したｎ型ＧａＮ光ガ
イド層２４、Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ活性層２５、及び、ｐ
型ＧａＮ光ガイド層２６は格子不整及び熱膨張係数差に
より、（０００１）面内で圧縮応力を受けることにな
る。
ッド層２３上にコヒーレントに成長したｎ型ＧａＮ光ガ
イド層２４、Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ活性層２５、及び、ｐ
型ＧａＮ光ガイド層２６は格子不整及び熱膨張係数差に
より、（０００１）面内で圧縮応力を受けることにな
る。
【００１３】この圧縮応力の場合には、ＣＨバンドのホ
ールからみたエネルギーがＨＨバンド、ＬＨバンドに対
して相対的にさらに高いバンド構造となるだけで、価電
子帯のエネルギー的に一番低いバンドは２重に縮退した
ままであり、この様なＧａＮ系化合物半導体ではレーザ
発振させるためには、縮退しているＨＨ、ＬＨの二つの
バンドをキャリアで満たす必要があり、レーザ発振をさ
せるためのしきい値電流密度が高いという問題があっ
た。
ールからみたエネルギーがＨＨバンド、ＬＨバンドに対
して相対的にさらに高いバンド構造となるだけで、価電
子帯のエネルギー的に一番低いバンドは２重に縮退した
ままであり、この様なＧａＮ系化合物半導体ではレーザ
発振させるためには、縮退しているＨＨ、ＬＨの二つの
バンドをキャリアで満たす必要があり、レーザ発振をさ
せるためのしきい値電流密度が高いという問題があっ
た。
【００１４】したがって、本発明は、ＧａＮ系化合物半
導体を用いた半導体発光素子、特に、短波長半導体レー
ザにおいて、レーザ発振に必要なしきい値電流密度を低
減することを目的とする。
導体を用いた半導体発光素子、特に、短波長半導体レー
ザにおいて、レーザ発振に必要なしきい値電流密度を低
減することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、また、図２はＧａＮの価電子帯のバ
ンド構造の歪み依存性の説明図であり、この図１及び図
２を参照して本発明における課題を解決するための手段
を説明する。 図１参照 （１）本発明は、半導体発光素子において、基板１上に
低温バッファ層２を設けるとともに、低温バッファ層２
の直上に設ける成長層３をＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或
いは、ＡｌＧａＩｎＮのいずれかとし、且つ、成長層３
の格子定数を活性層５の格子定数より大きくすることを
特徴とする。
成の説明図であり、また、図２はＧａＮの価電子帯のバ
ンド構造の歪み依存性の説明図であり、この図１及び図
２を参照して本発明における課題を解決するための手段
を説明する。 図１参照 （１）本発明は、半導体発光素子において、基板１上に
低温バッファ層２を設けるとともに、低温バッファ層２
の直上に設ける成長層３をＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或
いは、ＡｌＧａＩｎＮのいずれかとし、且つ、成長層３
の格子定数を活性層５の格子定数より大きくすることを
特徴とする。
【００１６】上述のように、本出願人は、サファイアの
（０００１）面を主面とした基板１を用いてＧａＮ系化
合物半導体を成長させた場合、各層の格子定数は、低温
バッファ層２の直上に設けた成長層３の格子定数によっ
て規定されることを発見したので、低温バッファ層２の
直上に設ける成長層３をＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或い
は、ＡｌＧａＩｎＮのいずれかとし、且つ、成長層３の
格子定数を活性層５の格子定数より大きくすることによ
り、青色発光に適した禁制帯幅を有する活性層５に引張
歪みを導入することができる。
（０００１）面を主面とした基板１を用いてＧａＮ系化
合物半導体を成長させた場合、各層の格子定数は、低温
バッファ層２の直上に設けた成長層３の格子定数によっ
て規定されることを発見したので、低温バッファ層２の
直上に設ける成長層３をＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或い
は、ＡｌＧａＩｎＮのいずれかとし、且つ、成長層３の
格子定数を活性層５の格子定数より大きくすることによ
り、青色発光に適した禁制帯幅を有する活性層５に引張
歪みを導入することができる。
【００１７】一方、バンド構造の歪み依存性の理論計算
からは、引張歪みの導入により、バンド端を形成するの
がＣＨバンドのみとなるため、活性層５に引張歪みを導
入することによって、しきい値電流密度を低減させるこ
とが可能になる。
からは、引張歪みの導入により、バンド端を形成するの
がＣＨバンドのみとなるため、活性層５に引張歪みを導
入することによって、しきい値電流密度を低減させるこ
とが可能になる。
【００１８】図２参照 図２から明らかなように、従来の様に無歪み或いは圧縮
歪みの場合には、ホールから見て最低位にあるＨＨバン
ドとＬＨバンドは縮退した状態であるが、引張歪みを導
入することによって、ＣＨバンドがエネルギー的降下し
てＣＨバンドのみによってバンド端を形成することにな
り、レーザ発振させるためには、ＣＨバンドのみをキャ
リアで満せば良いので、しきい値電流密度が低減する。
歪みの場合には、ホールから見て最低位にあるＨＨバン
ドとＬＨバンドは縮退した状態であるが、引張歪みを導
入することによって、ＣＨバンドがエネルギー的降下し
てＣＨバンドのみによってバンド端を形成することにな
り、レーザ発振させるためには、ＣＨバンドのみをキャ
リアで満せば良いので、しきい値電流密度が低減する。
【００１９】なお、図２においては、破線の円で示す領
域においては、波動関数の結合が大きくなり、ＬＨバン
ドとＣＨバンドの波動関数が入れ代わる形になって、Ｃ
Ｈバンドがエネルギー的に最低位（図面としては最上
位）に移行することになる。
域においては、波動関数の結合が大きくなり、ＬＨバン
ドとＣＨバンドの波動関数が入れ代わる形になって、Ｃ
Ｈバンドがエネルギー的に最低位（図面としては最上
位）に移行することになる。
【００２０】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、成長層３が障壁層４を構成し、且つ、ＧａＮからな
る活性層５とによってダブルヘテロ接合構造を構成する
ことにより、活性層５に引張歪みを導入したことを特徴
とする。
て、成長層３が障壁層４を構成し、且つ、ＧａＮからな
る活性層５とによってダブルヘテロ接合構造を構成する
ことにより、活性層５に引張歪みを導入したことを特徴
とする。
【００２１】この様に、障壁層４、即ち、クラッド層と
して成長層３自体を用いることにより、製造工程が簡素
化される。
して成長層３自体を用いることにより、製造工程が簡素
化される。
【００２２】（３）また、本発明は、上記（１）におい
て、成長層３上にＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或いは、Ａ
ｌＧａＩｎＮのいずれかからなる障壁層４，６を形成
し、且つ、ＧａＮからなる活性層５とによってダブルヘ
テロ接合構造を構成することにより、活性層５に引張歪
みを導入したことを特徴とする。
て、成長層３上にＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或いは、Ａ
ｌＧａＩｎＮのいずれかからなる障壁層４，６を形成
し、且つ、ＧａＮからなる活性層５とによってダブルヘ
テロ接合構造を構成することにより、活性層５に引張歪
みを導入したことを特徴とする。
【００２３】この様に、障壁層４，６を成長層３とは別
個の層で構成することにより、特定の格子定数を有する
クラッド層を、任意の禁制帯幅のＧａＮ系化合物半導体
によって構成することができる。
個の層で構成することにより、特定の格子定数を有する
クラッド層を、任意の禁制帯幅のＧａＮ系化合物半導体
によって構成することができる。
【００２４】（４）また、本発明は、上記（１）におい
て、成長層３上にＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或いは、Ａ
ｌＧａＩｎＮのいずれかからなる障壁層４，６を形成
し、且つ、ＩｎＧａＮからなる活性層５とによってダブ
ルヘテロ接合構造を構成することにより、活性層５に引
張歪みを導入したことを特徴とする。
て、成長層３上にＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、或いは、Ａ
ｌＧａＩｎＮのいずれかからなる障壁層４，６を形成
し、且つ、ＩｎＧａＮからなる活性層５とによってダブ
ルヘテロ接合構造を構成することにより、活性層５に引
張歪みを導入したことを特徴とする。
【００２５】この様に、障壁層４，６を成長層３とは別
個の層、特に、活性層５より格子定数が小さく、通常な
らば圧縮歪みを導入する層で構成しても、活性層５に引
張歪みを導入することができる。
個の層、特に、活性層５より格子定数が小さく、通常な
らば圧縮歪みを導入する層で構成しても、活性層５に引
張歪みを導入することができる。
【００２６】（５）また、本発明は、上記（２）ないし
（４）のいずれかにおいて、活性層５に導入される引張
歪みが１．０％以下であることを特徴とする。
（４）のいずれかにおいて、活性層５に導入される引張
歪みが１．０％以下であることを特徴とする。
【００２７】上述の様に、しきい値電流密度を低減する
ために引張歪みは必要であるが、あまり、歪みが大きい
と、即ち、格子定数が異なりすぎると転位が発生しやす
くなり、結晶性が劣化するので、引張歪みの大きさは
１．０％以下が適当である。
ために引張歪みは必要であるが、あまり、歪みが大きい
と、即ち、格子定数が異なりすぎると転位が発生しやす
くなり、結晶性が劣化するので、引張歪みの大きさは
１．０％以下が適当である。
【００２８】
【発明の実施の形態】図３を参照して、本発明の実施の
形態を説明する。 図３参照 まず、（０００１）面を主面とするサファイア基板１１
上に、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）を１０〜１００
μｍｏｌ／分、例えば、４５μｍｏｌ／分、アンモニア
を０．０２〜０．２ｍｏｌ／分、例えば、０．１ｍｏｌ
／分、及び、キャリアガスとしての水素を３００〜３０
００ｓｃｃｍ、例えば、１０００ｓｃｃｍを流し、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を４００〜８００℃、例えば、５００℃
とした状態で、厚さ１００〜１０００Å、例えば、５０
０ÅのＧａＮ低温バッファ層１２を成長させる。
形態を説明する。 図３参照 まず、（０００１）面を主面とするサファイア基板１１
上に、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）を１０〜１００
μｍｏｌ／分、例えば、４５μｍｏｌ／分、アンモニア
を０．０２〜０．２ｍｏｌ／分、例えば、０．１ｍｏｌ
／分、及び、キャリアガスとしての水素を３００〜３０
００ｓｃｃｍ、例えば、１０００ｓｃｃｍを流し、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を４００〜８００℃、例えば、５００℃
とした状態で、厚さ１００〜１０００Å、例えば、５０
０ÅのＧａＮ低温バッファ層１２を成長させる。
【００２９】引き続いて、ＴＭＧａを２．５〜２５μｍ
ｏｌ／分、例えば、１０μｍｏｌ／分、ＴＭＩｎ（トリ
メチルインジウム）を２５〜２５０μｍｏｌ／分、例え
ば、１００μｍｏｌ／分、アンモニアを０．０２〜０．
２ｍｏｌ／分、例えば、０．１ｍｏｌ／分、及び、キャ
リアガスとしてのＮ2 を３００〜３０００ｓｃｃｍ、例
えば、１０００ｓｃｃｍを流し、成長圧力を７０〜７６
０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を
５５０〜８００℃、例えば、６５０℃とした状態で、厚
さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＩｎ0.08
Ｇａ0.92Ｎバッファ層１３を成長させる。
ｏｌ／分、例えば、１０μｍｏｌ／分、ＴＭＩｎ（トリ
メチルインジウム）を２５〜２５０μｍｏｌ／分、例え
ば、１００μｍｏｌ／分、アンモニアを０．０２〜０．
２ｍｏｌ／分、例えば、０．１ｍｏｌ／分、及び、キャ
リアガスとしてのＮ2 を３００〜３０００ｓｃｃｍ、例
えば、１０００ｓｃｃｍを流し、成長圧力を７０〜７６
０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を
５５０〜８００℃、例えば、６５０℃とした状態で、厚
さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＩｎ0.08
Ｇａ0.92Ｎバッファ層１３を成長させる。
【００３０】引き続いて、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミ
ニウム）を１０〜１００μｍｏｌ／分、例えば、４５μ
ｍｏｌ／分、ＴＭＧａを１０〜１００μｍｏｌ／分、例
えば、４５μｍｏｌ／分、アンモニアを０．０２〜０．
２ｍｏｌ／分、例えば、０．１ｍｏｌ／分、ドーパント
して、Ｓｉ2 Ｈ6 を０．０００１〜０．００２μｍｏｌ
／分、例えば、０．０００７μｍｏｌ／分、及び、キャ
リアガスとしてのＨ2を３００〜３０００ｓｃｃｍ、例
えば、１０００ｓｃｃｍを流し、成長圧力を７０〜７６
０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を
８５０〜１１００℃、例えば、９５０℃とした状態で、
厚さ０．５〜２．５μｍ、例えば、１．０μｍのｎ型Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１４を成長させる。
ニウム）を１０〜１００μｍｏｌ／分、例えば、４５μ
ｍｏｌ／分、ＴＭＧａを１０〜１００μｍｏｌ／分、例
えば、４５μｍｏｌ／分、アンモニアを０．０２〜０．
２ｍｏｌ／分、例えば、０．１ｍｏｌ／分、ドーパント
して、Ｓｉ2 Ｈ6 を０．０００１〜０．００２μｍｏｌ
／分、例えば、０．０００７μｍｏｌ／分、及び、キャ
リアガスとしてのＨ2を３００〜３０００ｓｃｃｍ、例
えば、１０００ｓｃｃｍを流し、成長圧力を７０〜７６
０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を
８５０〜１１００℃、例えば、９５０℃とした状態で、
厚さ０．５〜２．５μｍ、例えば、１．０μｍのｎ型Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１４を成長させる。
【００３１】引き続いて、ＴＭＧａを１０〜１００μｍ
ｏｌ／分、例えば、４５μｍｏｌ／分、アンモニアを
０．０２〜０．２ｍｏｌ／分、例えば、０．１ｍｏｌ／
分、及び、キャリアガスとしての水素を３００〜３００
０ｓｃｃｍ、例えば、１０００ｓｃｃｍを流し、成長圧
力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒと
し、成長温度を８００〜１０５０℃、例えば、９３０℃
とした状態で、厚さ３〜１００ｎｍ、例えば、３０ｎｍ
のＧａＮ活性層１５を成長させる。
ｏｌ／分、例えば、４５μｍｏｌ／分、アンモニアを
０．０２〜０．２ｍｏｌ／分、例えば、０．１ｍｏｌ／
分、及び、キャリアガスとしての水素を３００〜３００
０ｓｃｃｍ、例えば、１０００ｓｃｃｍを流し、成長圧
力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒと
し、成長温度を８００〜１０５０℃、例えば、９３０℃
とした状態で、厚さ３〜１００ｎｍ、例えば、３０ｎｍ
のＧａＮ活性層１５を成長させる。
【００３２】引き続いて、ＴＭＡｌを１０〜１００μｍ
ｏｌ／分、例えば、４５μｍｏｌ／分、ＴＭＧａを１０
〜１００μｍｏｌ／分、例えば、４５μｍｏｌ／分、ア
ンモニアを０．０２〜０．２ｍｏｌ／分、例えば、０．
１ｍｏｌ／分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム
を０．０１〜０．５μｍｏｌ／分、例えば、０．０５μ
ｍｏｌ／分、及び、キャリアガスとしてのＨ2 を３００
〜３０００ｓｃｃｍ、例えば、１０００ｓｃｃｍを流
し、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８５０〜１１００℃、例え
ば、９５０℃とした状態で、厚さ０．５〜２．０μｍ、
例えば、１．０μｍのｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎクラッド
層１６を成長させる。
ｏｌ／分、例えば、４５μｍｏｌ／分、ＴＭＧａを１０
〜１００μｍｏｌ／分、例えば、４５μｍｏｌ／分、ア
ンモニアを０．０２〜０．２ｍｏｌ／分、例えば、０．
１ｍｏｌ／分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム
を０．０１〜０．５μｍｏｌ／分、例えば、０．０５μ
ｍｏｌ／分、及び、キャリアガスとしてのＨ2 を３００
〜３０００ｓｃｃｍ、例えば、１０００ｓｃｃｍを流
し、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８５０〜１１００℃、例え
ば、９５０℃とした状態で、厚さ０．５〜２．０μｍ、
例えば、１．０μｍのｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎクラッド
層１６を成長させる。
【００３３】次いで、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）によって、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎクラッド層１６
乃至ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１４の一部をエ
ッチングし、露出したｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層１４にｎ側電極としてのＴｉ／Ａｕ電極１７を設け、
一方、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１６上にはｐ
側電極としてＮｉ／Ａｕ電極１８を設ける。
Ｅ）によって、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎクラッド層１６
乃至ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１４の一部をエ
ッチングし、露出したｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層１４にｎ側電極としてのＴｉ／Ａｕ電極１７を設け、
一方、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１６上にはｐ
側電極としてＮｉ／Ａｕ電極１８を設ける。
【００３４】次いで、同じく、反応性イオンエッチング
によって、端面をエッチングすることによって、一対の
平行なエッチング端面を形成して、共振器ミラーとす
る。
によって、端面をエッチングすることによって、一対の
平行なエッチング端面を形成して、共振器ミラーとす
る。
【００３５】この場合、各層の面内の原子間隔は、Ｉｎ
0.08Ｇａ0.92Ｎバッファ層１３のａ軸の格子定数３．２
１８Åで規定されるため、ａ軸の格子定数が３．１８９
ÅであるＧａＮ活性層１４には０．９％の引張歪みが導
入され、ＣＨバンドが最上位に来ることになり、このＣ
Ｈバンドと伝導帯との間の遷移によってレーザ発振が行
われることになり、しきい値電流密度が低減することに
なる。
0.08Ｇａ0.92Ｎバッファ層１３のａ軸の格子定数３．２
１８Åで規定されるため、ａ軸の格子定数が３．１８９
ÅであるＧａＮ活性層１４には０．９％の引張歪みが導
入され、ＣＨバンドが最上位に来ることになり、このＣ
Ｈバンドと伝導帯との間の遷移によってレーザ発振が行
われることになり、しきい値電流密度が低減することに
なる。
【００３６】なお、上記の実施の形態においては、低温
バッファ層としてＧａＮ低温バッファ層を用いている
が、ＡｌＮ等の他のナイトライド系化合物半導体を用い
ても良いものである。
バッファ層としてＧａＮ低温バッファ層を用いている
が、ＡｌＮ等の他のナイトライド系化合物半導体を用い
ても良いものである。
【００３７】また、ＧａＮ低温バッファ層１２の直上に
設けるバッファ層は、Ｉｎ0.08Ｇａ 0.92Ｎバッファ層１
３である必要はなく、他の組成のＩｎＧａＮバッファ層
や、ＡｌＩｎＮバッファ層或いはＡｌＩｎＧａＮバッフ
ァ層を用いても良いものであるが、その格子定数は、青
色発光に適したＧａＮ或いはＩｎＧａＮ活性層に１．０
％以下の適当な大きさの引張歪みを与えるために、活性
層の格子定数より大きい必要がある。
設けるバッファ層は、Ｉｎ0.08Ｇａ 0.92Ｎバッファ層１
３である必要はなく、他の組成のＩｎＧａＮバッファ層
や、ＡｌＩｎＮバッファ層或いはＡｌＩｎＧａＮバッフ
ァ層を用いても良いものであるが、その格子定数は、青
色発光に適したＧａＮ或いはＩｎＧａＮ活性層に１．０
％以下の適当な大きさの引張歪みを与えるために、活性
層の格子定数より大きい必要がある。
【００３８】また、上記の実施の形態においては、活性
層としてＧａＮを用いているが、必要とする波長に応じ
て混晶比をＡｌx Ｇａ1-x-y Ｉｎy Ｎ（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、
それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡ
ｌa Ｇａ1-a-b Ｉｎb Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の
範囲内で変えても良い。
層としてＧａＮを用いているが、必要とする波長に応じ
て混晶比をＡｌx Ｇａ1-x-y Ｉｎy Ｎ（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、
それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡ
ｌa Ｇａ1-a-b Ｉｎb Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の
範囲内で変えても良い。
【００３９】例えば、Ａｌ0.4 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.3 Ｎクラ
ッド層とＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ活性層の組合せを用いても
良く、この場合には、Ａｌ0.4 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.3 Ｎクラ
ッド層のａ軸の格子定数は３．２６６Åとなり、ａ軸の
格子定数が３．２２５ÅであるＧａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ活性
層より大きくなる。なお、Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ、及び、
Ａｌ0.4 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.3 Ｎのエネルギーギャップは、
それぞれ３．１５ｅＶ、及び、３．６ｅＶである。
ッド層とＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ活性層の組合せを用いても
良く、この場合には、Ａｌ0.4 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.3 Ｎクラ
ッド層のａ軸の格子定数は３．２６６Åとなり、ａ軸の
格子定数が３．２２５ÅであるＧａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ活性
層より大きくなる。なお、Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ、及び、
Ａｌ0.4 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.3 Ｎのエネルギーギャップは、
それぞれ３．１５ｅＶ、及び、３．６ｅＶである。
【００４０】また、上記の実施の形態においては光ガイ
ド層を用いていないが、必要によって設けても良いもの
であり、クラッド層と活性層との間の禁制帯幅を有する
ＧａＮ系化合物半導体を用いれば良い。
ド層を用いていないが、必要によって設けても良いもの
であり、クラッド層と活性層との間の禁制帯幅を有する
ＧａＮ系化合物半導体を用いれば良い。
【００４１】さらに、上記の実施の形態は、半導体レー
ザであるものの、半導体レーザに限られるものでなく、
通常の発光ダイオード（ＬＥＤ）も対象とするものであ
り、この場合には、エッチング端面を形成する必要はな
い。
ザであるものの、半導体レーザに限られるものでなく、
通常の発光ダイオード（ＬＥＤ）も対象とするものであ
り、この場合には、エッチング端面を形成する必要はな
い。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、ＧａＮ系化合物半導体
からなる短波長半導体発光素子を、低温バッファ層の直
上に設けた格子定数が活性層の格子定数より大きな成長
層を介して設けているので、ＧａＮ活性層或いはＩｎＧ
ａＮ活性層には適当な大きさの引張歪みが導入され、Ｃ
Ｈバンドがバンド端になるのでしきい値電流密度を低減
することができ、光情報記録装置等の光源としてその高
密度化に寄与するところが大きい。
からなる短波長半導体発光素子を、低温バッファ層の直
上に設けた格子定数が活性層の格子定数より大きな成長
層を介して設けているので、ＧａＮ活性層或いはＩｎＧ
ａＮ活性層には適当な大きさの引張歪みが導入され、Ｃ
Ｈバンドがバンド端になるのでしきい値電流密度を低減
することができ、光情報記録装置等の光源としてその高
密度化に寄与するところが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】ＧａＮの価電子帯のバンド構造の歪み依存性の
説明図である。
説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の説明図である。
【図４】従来の短波長発光素子の説明図である。
【符号の説明】 １ 基板 ２ 低温バッファ層 ３ 成長層 ４ 障壁層 ５ 活性層 ６ 障壁層 ７ 電極 ８ 電極 １１ サファイア基板 １２ ＧａＮ低温バッファ層 １３ Ｉｎ0.08Ｇａ0.92Ｎバッファ層 １４ ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層 １５ ＧａＮ活性層 １６ ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層 １７ Ｔｉ／Ａｕ電極 １８ Ｎｉ／Ａｕ電極 ２１ サファイア基板 ２２ ＧａＮ低温バッファ層 ２３ ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層 ２４ ｎ型ＧａＮ光ガイド層 ２５ Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ活性層 ２６ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ２７ ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層 ２８ Ｔｉ／Ａｕ電極 ２９ Ｎｉ／Ａｕ電極
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に低温バッファ層を設けるととも
に、前記低温バッファ層の直上に設ける成長層をＩｎＧ
ａＮ、ＡｌＩｎＮ、或いは、ＡｌＧａＩｎＮのいずれか
とし、且つ、前記成長層の格子定数を活性層の格子定数
より大きくすることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 上記成長層が障壁層を構成し、且つ、Ｇ
ａＮからなる活性層とによってダブルヘテロ接合構造を
構成することにより、前記活性層に引張歪みを導入した
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 上記成長層上にＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎ
Ｎ、或いは、ＡｌＧａＩｎＮのいずれかからなる障壁層
を形成し、且つ、ＧａＮからなる活性層とによってダブ
ルヘテロ接合構造を構成することにより、前記活性層に
引張歪みを導入したことを特徴とする請求項１記載の半
導体発光素子。 - 【請求項４】 上記成長層上にＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎ
Ｎ、或いは、ＡｌＧａＩｎＮのいずれかからなる障壁層
を形成し、且つ、ＩｎＧａＮからなる活性層とによって
ダブルヘテロ接合構造を構成することにより、前記活性
層に引張歪みを導入したことを特徴とする請求項１記載
の半導体発光素子。 - 【請求項５】 上記活性層の導入される引張歪みが、
１．０％以下であることを特徴とする請求項２乃至４の
いずれか１項に記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20447196A JP3716395B2 (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20447196A JP3716395B2 (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1051074A true JPH1051074A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3716395B2 JP3716395B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=16491087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20447196A Expired - Fee Related JP3716395B2 (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3716395B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004008551A1 (ja) * | 2002-07-16 | 2004-01-22 | Nitride Semiconductors Co.,Ltd. | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
| WO2006022498A1 (en) * | 2004-08-26 | 2006-03-02 | Lg Innotek Co., Ltd | Nitride semicondctor light emitting device and fabrication method thereof |
| JP2007266401A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2008227103A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Rohm Co Ltd | ＧａＮ系半導体発光素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007151807A (ja) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Univ Meijo | 半導体発光素子による光線治療方法、及び半導体発光素子による光線治療システム |
-
1996
- 1996-08-02 JP JP20447196A patent/JP3716395B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004008551A1 (ja) * | 2002-07-16 | 2004-01-22 | Nitride Semiconductors Co.,Ltd. | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
| US7700940B2 (en) | 2002-07-16 | 2010-04-20 | Nitride Semiconductor Co., Ltd. | Gallium nitride-based compound semiconductor device |
| WO2006022498A1 (en) * | 2004-08-26 | 2006-03-02 | Lg Innotek Co., Ltd | Nitride semicondctor light emitting device and fabrication method thereof |
| US8053794B2 (en) | 2004-08-26 | 2011-11-08 | Lg Innotek Co., Ltd | Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof |
| JP2007266401A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2008227103A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Rohm Co Ltd | ＧａＮ系半導体発光素子 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3716395B2 (ja) | 2005-11-16 |
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