JP2000196194A

JP2000196194A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2000196194A
Application number: JP37089898A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kano; 隆司狩野; Nobuhiko Hayashi; 伸彦林
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】発光層に注入されたキャリアの溢れ出しが防
止されかつ発光層の上下方向における光学的な対称性が
向上された半導体発光素子を提供することである。【解決手段】ＢＧａＮまたはＧａＮからなるｎ−光ガ
イド層７とＢＩｎＧａＮまたはＩｎＧａＮからなるｎ−
ＭＱＷ活性層９との間にＢＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ
からなる大きなバンドギャップを有するｎ−キャリアブ
ロック層８を設ける。ｎ−ＭＱＷ活性層９とＢＧａＮま
たはＧａＮからなるｐ−光ガイド層１１との間にＢＡｌ
ＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる大きなバンドギャップ
を有するｐ−キャリアブロック層１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＮ（窒化ホウ
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれら
の混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系
半導体と呼ぶ）からなる半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、青色または紫色の光を発する発光
ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子とし
て、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。

【０００３】図９は従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の
模式的断面図である。図９において、サファイア基板３
１上に、アンドープのＧａＮバッファ層３２、ｎ−Ｇａ
Ｎ層３４、ｎ−ＩｎＧａＮ層３５、ｎ−ＡｌＧａＮクラ
ッド層３６、ｎ−ＧａＮ光ガイド層３７、ＩｎＧａＮ多
重量子井戸（ＭＱＷ）活性層３９が順に設けられてい
る。

【０００４】さらに、活性層３９上には、ｐ−ＡｌＧａ
Ｎキャリアブロック層４０、ｐ−ＧａＮ光ガイド層４
１、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４２およびｐ−ＧａＮコ
ンタクト層４３が順に設けられている。

【０００５】ｐ−ＧａＮコンタクト層４３からｎ−Ｇａ
Ｎ層３４までの一部領域がエッチングにより除去され、
ｎ−ＧａＮ層３４が露出している。ｐ−ＧａＮコンタク
ト層４３の上面にｐ電極４４が形成され、ｎ−ＧａＮ層
３４の露出した上面にｎ電極４５が形成されている。

【０００６】図９の半導体レーザ素子において、ｎ電極
４５から供給される電子（負のキャリア）は、ｎ−Ｇａ
Ｎ層３４、ｎ−ＩｎＧａＮ層３５、ｎ−ＡｌＧａＮクラ
ッド層３６、ｎ−ＧａＮ光ガイド層３７を介して活性層
３９に注入される。また、ｐ電極４４から供給される正
孔（正のキャリア）は、ｐ−ＧａＮコンタクト層４３、
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４２、ｐ−ＧａＮ光ガイド層
４１およびｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層４０を介
して活性層３９に注入される。

【０００７】電子の有効質量は正孔の有効質量に比べて
小さいため、活性層３９に注入された電子はｐ電極４４
側に溢れ出しやすい。図９の半導体レーザ素子では、活
性層３９とｐ−ＧａＮ光ガイド層４１との間に大きなバ
ンドギャップを有するｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック
層４０が設けられている。そのｐ−ＡｌＧａＮキャリア
ブロック層４０により、活性層３９に注入された電子が
ｐ電極４４側に溢れ出すことが阻止される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の半導体レーザ素子においては、活性層３９とｐ−
ＧａＮ光ガイド層４１との間にｐ−ＡｌＧａＮキャリア
ブロック層４０が設けられたことにより、活性層３９を
中心としてｎ−ＧａＮ光ガイド層３７およびｎ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層３６の側と、ｐ−ＧａＮ光ガイド層４１
およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４２の側とで、光学的
な非対称性が生じる。そのため、ビーム広がり角の対称
性等の光学的特性が悪くなる。

【０００９】また、ＧａＮの成長温度は約１０００℃で
あるが、ＩｎＧａＮは熱分解しやすいため約８００℃で
成長させる必要がある。そのため、上記の従来の半導体
レーザ素子の製造の際には、ｎ−ＧａＮ光ガイド層３７
を基板温度約１０００℃で成長させた後、基板温度を約
８００℃に低下させてＩｎＧａＮからなる活性層３９を
成長させる。基板温度が約１０００℃から約８００℃ま
で低下するまでの間は、反応室内にＮＨ₃、Ｈ₂および
Ｎ₂のみを供給する。この場合、基板温度が約８００℃
まで低下するまでの数分間の間、高温状態でｎ−ＧａＮ
光ガイド層３７の表面がエッチングされ、結晶性が劣化
する。その結果、ｎ−ＧａＮ光ガイド層３７上に形成さ
れる活性層３９の界面状態が悪くなる。

【００１０】本発明の目的は、発光層からのキャリアの
溢れ出しが防止されかつ発光層の上下方向における光学
的な対称性が向上された半導体発光素子を提供すること
である。

【００１１】本発明の他の目的は、発光層の界面状態が
改善された半導体発光素子を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る半導体発光素子は、ホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化
物系半導体により形成された半導体発光素子であって、
第１のクラッド層、第１の光ガイド層、発光層、第２の
光ガイド層および第２のクラッド層をこの順に含み、第
１の光ガイド層と発光層との間に第１の光ガイド層より
も大きなバンドギャップを有する第１の層が設けられ、
第２の光ガイド層と発光層との間に第２の光ガイド層よ
りも大きなバンドギャップを有する第２の層が設けられ
たものである。

【００１３】本発明に係る半導体発光素子においては、
第１の光ガイド層と発光層との間に第１の光ガイド層よ
りも大きなバンドギャップを有する第１の層が設けられ
ているので、第２の光ガイド層側から発光層に注入され
たキャリアが第１の光ガイド層側に漏れ出すことが防止
される。また、第２の光ガイド層と発光層との間に第２
の光ガイド層よりも大きなバンドギャップを有する第２
の層が設けられているので、第１の光ガイド層側から発
光層に注入されたキャリアが第２の光ガイド層側に漏れ
出すことが防止される。したがって、動作電流の低減化
が図られる。

【００１４】また、発光層と第１の光ガイド層との間に
第１の層が設けられかつ発光層と第２の光ガイド層との
間に第２の層が設けられているので、発光層の上下方向
における光学的な対称性が向上する。したがって、発光
特性が良好となる。

【００１５】第２の発明に係る半導体発光素子は、ホウ
素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なく
とも１つを含む窒化物系半導体により形成された半導体
発光素子であって、第１のクラッド層、発光層および第
２のクラッド層をこの順に含み、第１のクラッド層と発
光層との間に第１のクラッド層よりも大きなバンドギャ
ップを有する第１の層が設けられ、第２のクラッド層と
発光層との間に第２のクラッド層よりも大きなバンドギ
ャップを有する第２の層が設けられたものである。

【００１６】本発明に係る半導体発光素子においては、
第１のクラッド層と発光層との間に第１のクラッド層よ
りも大きなバンドギャップを有する第１の層が設けられ
ているので、第２のクラッド層側から発光層に注入され
たキャリアが第１のクラッド層側に漏れ出すことが防止
される。また、第２のクラッド層と発光層との間に第２
のクラッド層よりも大きなバンドギャップを有する第２
の層が設けられているので、第１のクラッド層側から発
光層に注入されたキャリアが第２のクラッド層側に漏れ
出すことが防止される。したがって、動作電流の低減化
が図られる。

【００１７】また、発光層と第１のクラッド層との間に
第１の層が設けられかつ発光層と第２のクラッド層との
間に第２の層が設けられているので、発光層の上下方向
における光学的な対称性が向上する。したがって、発光
特性が良好となる。

【００１８】第１の層および第２の層がホウ素またはア
ルミニウムを含有することが好ましい。それにより、第
１の層および第２の層が熱的に安定になる。その結果、
第１の層と第２の層との間に挟まれる発光層の界面状態
が改善され、素子特性の向上が図られる。

【００１９】発光層はガリウムおよびインジウムを含ん
でもよく、さらにホウ素を含んでもよい。また、第１の
光ガイド層および第２の光ガイド層はガリウムを含んで
もよく、さらにホウ素を含んでもよい。さらに、第１の
クラッド層および第２のクラッド層はガリウムおよびア
ルミニウムを含んでもよく、さらにホウ素を含んでもよ
い。

【００２０】第１の層および第２の層はほぼ等しいバン
ドギャップを有することが好ましい。それにより、発光
層の上下方向における光学的な対称性がより高くなる。

【００２１】第３の発明に係る半導体発光素子は、ホウ
素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なく
とも１つを含む窒化物系半導体により形成された半導体
発光素子であって、ｎ型の第１のクラッド層、第１の光
ガイド層、発光層、第２の光ガイド層およびｐ型の第２
のクラッド層をこの順に含み、第１の光ガイド層と発光
層との間にホウ素またはアルミニウムを含有する第１の
層が設けられたものである。

【００２２】第１の層はホウ素またはアルミニウムを含
有するので、熱的に安定となる。本発明に係る半導体発
光素子においては、第１の光ガイド層と発光層との間に
熱的に安定な第１の層が設けられているので、発光層を
形成する際に、第１の光ガイド層の表面の結晶性が劣化
することが防止される。したがって、第１の光ガイド層
側の発光層の界面状態が改善され、素子特性が向上す
る。

【００２３】第２の光ガイド層と発光層との間にホウ素
またはアルミニウムを含有する第２の層がさらに設けら
れてもよい。

【００２４】この場合、第２の層はホウ素またはアルミ
ニウムを含有するので、熱的に安定となる。第２の光ガ
イド層と発光層との間に熱的に安定な第２の層が設けら
れているので、第２の光ガイド層を形成する際に、発光
層の表面の結晶性が劣化することが防止される。したが
って、第２の光ガイド層側の発光層の界面状態が改善さ
れ、素子特性がさらに向上する。

【００２５】また、発光層の両面が第１の層と第２の層
とで挟まれているので、発光層の上下方向における光学
特性の対称性が向上する。

【００２６】第４の発明に係る半導体発光素子は、ホウ
素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なく
とも１つを含む窒化物系半導体により形成された半導体
発光素子であって、ｎ型の第１のクラッド層、発光層お
よびｐ型の第２のクラッド層をこの順に含み、第１のク
ラッド層と発光層との間にホウ素またはアルミニウムを
含有する第１の層が設けられたものである。

【００２７】第１の層はホウ素またはアルミニウムを含
有するので、熱的に安定となる。本発明に係る半導体発
光素子においては、第１のクラッド層と発光層との間に
熱的に安定な第１の層が設けられているので、発光層を
形成する際に、第１のクラッド層の表面の結晶性が劣化
することが防止される。したがって、第１のクラッド層
側の発光層の界面状態が改善され、素子特性が向上す
る。

【００２８】第２のクラッド層と発光層との間にホウ素
またはアルミニウムを含有する第２の層がさらに設けら
れてもよい。

【００２９】この場合、第２の層はホウ素またはアルミ
ニウムを含有するので、熱的に安定となる。第２のクラ
ッド層と発光層との間に熱的に安定な第２の層が設けら
れているので、第２のクラッド層を形成する際に、発光
層の表面の結晶性が劣化することが防止される。したが
って、第２のクラッド層側の発光層の界面状態が改善さ
れ、素子特性がさらに向上する。

【００３０】また、発光層の両面が第１の層と第２の層
とで挟まれているので、発光層の上下方向における光学
特性の対称性が向上する。

【００３１】

【発明の実施の形態】（１）第１の実施例図１は本発明の第１の実施例におけるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の模式的断面図である。また、図２は図１の半
導体レーザ素子の主要部のエネルギーバンド図である。

【００３２】図１に示すように、サファイア基板１上
に、厚さ２００ÅのアンドープのＢＡｌＧａＮからなる
低温バッファ層２、厚さ４．５μｍのアンドープのＢＧ
ａＮ層３、厚さ４．５μｍのｎ−ＢＧａＮ層４、および
厚さ０．２５μｍのｎ−クラック防止層５が順に形成さ
れている。ｎ−クラック防止層５は、厚さ６０ÅのＢＡ
ｌＧａＮおよび厚さ６０ÅのＧａＮが２１対交互に積層
されてなる。

【００３３】ｎ−クラック防止層５上には、厚さ１μｍ
のＢＡｌＧａＮからなるｎ−クラッド層６、厚さ０．１
μｍのＢＧａＮからなるｎ−光ガイド層７、および厚さ
２００ÅのＢＡｌＧａＮからなるｎ−キャリアブロック
層８が順に形成されている。ｎ−キャリアブロック層８
上には、ＢＩｎＧａＮからなるｎ−多重量子井戸活性層
（以下、ＭＱＷ活性層と呼ぶ）９が形成されている。ｎ
−ＭＱＷ活性層９は、図２のエネルギーバンド図に示す
ように、厚さ５０Åの４つのＢＩｎＧａＮ量子障壁層９
１と厚さ２０Åの３つのＢＩｎＧａＮ量子井戸層９２と
が交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有する。

【００３４】ｎ−ＭＱＷ活性層９上には、厚さ２００Å
のＢＡｌＧａＮからなるｐ−キャリアブロック層１０、
厚さ０．１μｍのＢＧａＮからなるｐ−光ガイド層１
１、厚さ０．８μｍのＢＡｌＧａＮからなるｐ−クラッ
ド層１２および厚さ０．０５μｍのＢＧａＮからなるｐ
−コンタクト層１３が順に形成されている。

【００３５】ｐ−コンタクト層１３からｎ−ＢＧａＮ層
４までの一部領域がエッチングにより除去され、ｎ−Ｂ
ＧａＮ層４が露出している。ｐ−コンタクト層１３上に
ｐ電極１４が形成され、ｎ−ＢＧａＮ層４の露出した上
面にｎ電極１５が形成されている。

【００３６】図１の半導体レーザ素子は、例えばＭＯＣ
ＶＤ（有機金属化学的気相成長）法により形成される。
表１に図１の半導体レーザ素子の各層２〜１３の組成、
膜厚および成長温度を示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】ｎ型ドーパントとしてはＳｉが用いられ、
ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられる。表１に示す
ように、低温バッファ層２の成長温度は６００℃であ
り、ＢＧａＮ層３、ｎ−ＢＧａＮ層４、ｎ−クラック防
止層５、ｎ−クラッド層６、ｎ−光ガイド層７、ｎ−キ
ャリアブロック層８、ｐ−光ガイド層１１、ｐ−クラッ
ド層１２およびｐ−コンタクト層１３の成長温度は１０
８０℃である。また、ｎ−ＭＱＷ活性層９およびｐ−キ
ャリアブロック層１０の成長温度は８００℃である。

【００３９】低温バッファ層２の成長時には、原料ガス
としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）、ＮＨ₃およびＢ₂Ｈ₄を用いる。
ＢＧａＮ層３の成長時には、原料ガスとしてＴＭＧ、Ｎ
Ｈ₃およびＢ₂Ｈ₄を用いる。ｎ−ＢＧａＮ層４および
ｎ−光ガイド層７の成長時には、原料ガスとしてＴＭ
Ｇ、ＮＨ₃およびＢ₂Ｈ₄を用い、ドーパントガスとし
てＳｉＨ₄を用いる。ｎ−クラック防止層５、ｎ−クラ
ッド層６およびｎ−キャリアブロック層８の成長時に
は、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ₃およびＢ₂
Ｈ₄を用い、ドーパントガスとしてＳｉＨ₄を用いる。

【００４０】ｎ−ＭＱＷ活性層９の成長時には、原料ガ
スとしてＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＴＭＩ（トリ
メチルインジウム）、ＮＨ₃およびＢ₂Ｈ₄を用い、ド
ーパントガスとしてＳｉＨ₄を用いる。ｐ−キャリアブ
ロック層１０およびｐ−クラッド層１２の成長時には、
原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ₃およびＢ₂Ｈ ₄
を用い、ドーパントガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペン
タジエニルマグネシウム）を用いる。ｐ−光ガイド層１
１およびｐ−コンタクト層１３の成長時には、原料ガス
としてＴＭＧ、ＮＨ₃およびＢ₂Ｈ₄を用い、ドーパン
トガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用いる。

【００４１】ｎ−ＭＱＷ活性層９の屈折率は、ｎ−クラ
ッド層６およびｐ−クラッド層１２の屈折率よりも高
く、ｎ−光ガイド層８およびｐ−光ガイド層１０の屈折
率は、ｎ−ＭＱＷ活性層９の屈折率よりも低くかつｎ−
クラッド層６およびｐ−クラッド層１２の屈折率よりも
高い。

【００４２】また、図２に示すように、ｎ−光ガイド層
７およびｐ−光ガイド層１１のバンドギャップは、ｎ−
ＭＱＷ活性層９のバンドギャップよりも大きい。ｎ−ク
ラッド層６およびｐ−クラッド層１２のバンドギャップ
は、ｎ−光ガイド層７およびｐ−光ガイド層１１のバン
ドギャップよりも大きい。また、ｎ−キャリアブロック
層８およびｐ−キャリアブロック層１０のバンドギャッ
プは、ｎ−光ガイド層７およびｐ−光ガイド層１１のバ
ンドギャップよりも大きい。本実施例では、ｎ−キャリ
アブロック層８およびｐ−キャリアブロック層１０のバ
ンドギャップは等しく設定されている。

【００４３】なお、ｎ−キャリアブロック層８およびｐ
−キャリアブロック層１０はＢおよびＡｌを含むＢＡｌ
ＧａＮにより形成されているので、熱的に安定である。

【００４４】本実施例の半導体レーザ素子においては、
ｎ−ＭＱＷ活性層９とｎ−光ガイド層７との間に大きな
バンドギャップを有するｎ−キャリアブロック層８が設
けられているので、ｐ−光ガイド層１１側からｎ−ＭＱ
Ｗ活性層９に注入された正孔がｎ−クラッド層６側に溢
れ出すことが防止される。また、ｎ−ＭＱＷ活性層９と
ｐ−光ガイド層１１との間に大きなバンドギャップを有
するｐ−キャリアブロック層１０が設けられているの
で、ｎ−光ガイド層７側からｎ−ＭＱＷ活性層９に注入
された電子がｐ−クラッド層１２側に溢れ出すことが防
止される。それにより、しきい値電流および動作電流の
低減化が図られる。

【００４５】また、ｎ−ＭＱＷ活性層９の上下にそれぞ
れｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリアブロッ
ク層１０が設けられているので、ｎ−ＭＱＷ活性層９の
上下方向における光学的な対称性が向上する。したがっ
て、ビーム広がり角の対称性等のレーザ特性が向上す
る。

【００４６】さらに、ｎ−ＭＱＷ活性層９の両面が熱的
に安定なｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリア
ブロック層１０で挟まれているので、ｎ−ＭＱＷ活性層
９の界面状態が改善される。その結果、電流−光出力特
性等のレーザ特性が向上する。

【００４７】（２）第２の実施例図３は本発明の第２の実施例におけるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の模式的断面図である。また、図４は図３の半
導体レーザ素子の主要部のエネルギーバンド図である。

【００４８】図３の半導体レーザ素子が図１の半導体レ
ーザ素子と異なるのは、図１のｎ−光ガイド層７および
ｐ−光ガイド層１１が設けられていない点である。図３
の半導体レーザ素子の他の部分の構成および製造方法
は、図１の半導体レーザ素子の構成および製造方法と同
様である。

【００４９】図４に示すように、ｎ−キャリアブロック
層８およびｐ−キャリアブロック層１０のバンドギャッ
プは、ｎ−ＭＱＷ活性層９、ｎ−クラッド層６およびｐ
−クラッド層１２のバンドギャップよりも大きい。本実
施例では、ｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリ
アブロック層１０のバンドギャップは等しく設定されて
いる。

【００５０】本実施例の半導体レーザ素子においては、
ｎ−ＭＱＷ活性層９とｎ−クラッド層６との間に大きな
バンドギャップを有するｎ−キャリアブロック層８が設
けられているので、ｐ−クラッド層１２側からｎ−ＭＱ
Ｗ活性層９に注入された正孔がｎ−クラッド層６側に溢
れ出すことが防止される。また、ｎ−ＭＱＷ活性層９と
ｐ−クラッド層１２との間に大きなバンドギャップを有
するｐ−キャリアブロック層１０が設けられているの
で、ｎ−クラッド層６側からｎ−ＭＱＷ活性層９に注入
された電子がｐ−クラッド層１２側に溢れ出すことが防
止される。それにより、しきい値電流および動作電流の
低減化が図られる。

【００５１】また、ｎ−ＭＱＷ活性層９の上下にそれぞ
れｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリアブロッ
ク層１０が設けられているので、ｎ−ＭＱＷ活性層９の
上下方向における光学的な対称性が向上する。したがっ
て、ビーム広がり角の対称性等のレーザ特性が向上す
る。

【００５２】さらに、ｎ−ＭＱＷ活性層９の両面が熱的
に安定なｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリア
ブロック層１０で挟まれているので、ｎ−ＭＱＷ活性層
９の界面状態が改善される。その結果、電流−光出力特
性等のレーザ特性が向上する。

【００５３】（３）第３の実施例図５は本発明の第３の実施例におけるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の模式的断面図である。

【００５４】図５に示すように、ＧａＮ基板等の導電性
基板２１上に、低温バッファ層２、ｎ−ＢＧａＮ層４、
ｎ−クラック防止層５、ｎ−クラッド層６、ｎ−光ガイ
ド層７、ｎ−キャリアブロック層８、ｎ−ＭＱＷ活性層
９、ｐ−キャリアブロック層１０、ｐ−光ガイド層１
１、ｐ−クラッド層１２およびｐ−コンタクト層１３が
順に形成されている。ｐ−コンタクト層１３上にｐ電極
１４が形成され、導電性基板２１の裏面にｎ電極１５が
形成されている。図５の半導体レーザ素子では、図１の
半導体レーザ素子のＢＧａＮ層３は設けられていない。

【００５５】図５の半導体レーザ素子の各層２，４〜１
３の組成、膜厚および成長条件は、図１の半導体レーザ
素子の各層２，４〜１３の組成、膜厚および成長条件と
同様である。

【００５６】本実施例の半導体レーザ素子においては、
ｎ−ＭＱＷ活性層９とｎ−光ガイド層７との間にｎ−キ
ャリアブロック層８が設けられ、かつｎ−ＭＱＷ活性層
９とｐ−光ガイド層１１との間にｐ−キャリアブロック
層１０が設けられているので、ｎ−ＭＱＷ活性層９に注
入された電子および正孔の溢れ出しが防止され、しきい
値電流および動作電流の低減化が図られる。

【００５７】また、ｎ−ＭＱＷ活性層９の上下にそれぞ
れｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリアブロッ
ク層１０が設けられているので、ｎ−ＭＱＷ活性層９の
上下方向における光学的な対称性が向上し、ビーム広が
り角の対称性等のレーザ特性が向上する。

【００５８】さらに、ｎ−ＭＱＷ活性層９の両面が熱的
に安定なｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリア
ブロック層１０で挟まれているので、ｎ−ＭＱＷ活性層
９の界面状態が改善され、電流−光出力特性等のレーザ
特性が向上する。

【００５９】（４）第４の実施例図６は本発明の第４の実施例におけるＧａＮ系発光ダイ
オードの模式的断面図である。

【００６０】図６の発光ダイオードが図１の半導体レー
ザ素子と異なるのは次の点である。図１のｎ−光ガイド
層７およびｐ−光ガイド層１１は設けられていない。ま
た、図１のｎ−クラッド層６の代わりに厚さ０．１５μ
ｍのＢＡｌＧａＮからなるｎ−クラッド層６ａが設けら
れ、図１のｐ−クラッド層１２の代わりに厚さ０．１５
μｍのＢＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１２ａが設
けられている。ｎ−クラッド層６ａおよびｐ−クラッド
層１２ａの組成および成長条件は、図１のｎ−クラッド
層６およびｐ−クラッド層１２の組成および成長条件と
同様である。

【００６１】本実施例の発光ダイオードにおいても、ｎ
−ＭＱＷ活性層９とｎ−クラッド層６ａとの間にｎ−キ
ャリアブロック層８が設けられ、かつｎ−ＭＱＷ活性層
９とｐ−クラッド層１２ａとの間にｐ−キャリアブロッ
ク層１０が設けられているので、ｎ−ＭＱＷ活性層９に
注入された電子および正孔が溢れ出すことが防止され、
動作電流の低減化が図られる。

【００６２】また、ｎ−ＭＱＷ活性層９の上下にそれぞ
れｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリアブロッ
ク層１０が設けられているので、ｎ−ＭＱＷ活性層９の
上下方向における光学的な対称性が向上し、発光特性が
向上する。

【００６３】さらに、ｎ−ＭＱＷ活性層９の両面が熱的
に安定なｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリア
ブロック層１０で挟まれているので、ｎ−ＭＱＷ活性層
９の界面状態が改善され、電流−光出力特性等の素子特
性が向上する。

【００６４】（５）第５の実施例次に、本発明の第５の実施例におけるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子について説明する。

【００６５】本実施例の半導体レーザ素子の構成は、各
層の材料を除いて図１の半導体レーザ素子の構成と同様
である。表２に本実施例の半導体レーザ素子の各層の組
成、膜厚および成長温度を示す。

【００６６】

【表２】

【００６７】表２に示すように、低温バッファ層２はＡ
ｌＧａＮからなり、ＢＧａＮ層３の代わりにアンドープ
のＧａＮ層が設けられ、ｎ−ＢＧａＮ層４の代わりにｎ
−ＧａＮ層が設けられている。クラック防止層５は厚さ
６０ÅのＡｌＧａＮと厚さ６０ÅのＧａＮとが２１対交
互に積層されてなり、ｎ−クラッド層６はＡｌＧａＮか
らなり、ｎ−光ガイド層７はＧａＮからなり、ｎ−キャ
リアブロック層８はＡｌＧａＮからなる。

【００６８】また、ｎ−ＭＱＷ活性層９は、厚さ５０Å
の４つのＩｎＧａＮ量子障壁層と厚さ２０Åの３つのＩ
ｎＧａＮ量子井戸層とが交互に積層されてなる。さら
に、ｐ−キャリアブロック層１０はＡｌＧａＮからな
り、ｐ−光ガイド層１０はＧａＮからなり、ｐ−クラッ
ド層１２はＡｌＧａＮからなり、ｐ−コンタクト層１３
はＧａＮからなる。

【００６９】低温バッファ層２の成長時には、原料ガス
としてＴＭＧ、ＴＭＡおよびＮＨ₃を用いる。ＧａＮ層
の成長時には、原料ガスとしてＴＭＧおよびＮＨ₃を用
いる。ｎ−ＧａＮ層およびｎ−光ガイド層７の成長時に
は、原料ガスとしてＴＭＧおよびＮＨ₃を用い、ドーパ
ントガスとしてＳｉＨ₄を用いる。ｎ−クラック防止層
５、ｎ−クラッド層６およびｎ−キャリアブロック層８
の成長時には、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡおよびＮ
Ｈ₃を用い、ドーパントガスとしてＳｉＨ₄を用いる。

【００７０】ｎ−ＭＱＷ活性層９の成長時には、原料ガ
スとしてＴＥＧ、ＴＭＩおよびＮＨ ₃を用い、ドーパン
トガスとしてＳｉＨ₄を用いる。ｐ−キャリアブロック
層１０およびｐ−クラッド層１２の成長時には、原料ガ
スとしてＴＭＧ、ＴＭＡおよびＮＨ₃を用い、ドーパン
トガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用いる。ｐ−光ガイド層１１
およびｐ−コンタクト層１３の成長時には、原料ガスを
としてＴＭＧおよびＮＨ₃を用い、ドーパントガスとし
てＣｐ₂Ｍｇを用いる。

【００７１】本実施例の半導体レーザ素子においても、
図１の半導体レーザ素子と同様の効果が得られる。

【００７２】（６）第６の実施例次に、本発明の第６の実施例におけるＧａＮ系発光ダイ
オードについて説明する。

【００７３】本実施例の発光ダイオードの構成は、各層
の材料を除いて図６の発光ダイオードの構成と同様であ
る。

【００７４】また、本実施例の発光ダイオードの各層の
組成、膜厚および成長条件は、ｎ−クラッド層６ａの膜
厚およびｐ−クラッド層１２ａの組成および膜厚を除い
て第６の実施例の半導体レーザ素子の対応する層の組
成、膜厚および成長条件と同様である。ｎ−クラッド層
６ａの膜厚は０．１５μｍであり、ｐ−クラッド層１２
ａの組成はＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎであり、膜厚は０．１５
μｍである。

【００７５】本実施例の発光ダイオードにおいても、図
６の発光ダイオードと同様の効果が得られる。

【００７６】（７）第７の実施例次に、本発明の第７の実施例におけるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子について説明する。

【００７７】本実施例の半導体レーザ素子の構成は、各
層の材料を除いて図１の半導体レーザ素子の構成と同様
である。表３に本実施例の半導体レーザ素子の各層の組
成、膜厚および成長温度を示す。

【００７８】

【表３】

【００７９】表３に示すように、低温バッファ層２、Ｂ
ＧａＮ層３、ｎ−ＢＧａＮ層４、ｎ−光ガイド層７、ｎ
−ＭＱＷ活性層９、ｐ−光ガイド層１１およびｐ−コン
タクト層１３の組成、膜厚および成長条件は図１の半導
体レーザ素子と同様である。

【００８０】ｎ−クラック防止層５は、厚さ６０ÅのＢ
ＧａＮと厚さ６０ÅのＧａＮとが２１対交互に積層され
てなる。ｎ−クラッド層６は厚さ１μｍのＢＧａＮから
なり、ｎ−キャリアブロック層８は厚さ２００ÅのＢＧ
ａＮからなる。ｐ−キャリアブロック層１０は厚さ２０
０ÅのＢＧａＮからなり、ｐ−クラッド層１２は厚さ
０．８μｍのＢＧａＮからなる。

【００８１】ｎ−クラック防止層５およびｎ−キャリア
ブロック層８の成長時には、原料ガスとしてＴＭＧ、Ｎ
Ｈ₃およびＢ₂Ｈ₄を用い、ドーパントガスとしてＳｉ
Ｈ₄を用いる。ｐ−キャリアブロック層１０およびｐ−
クラッド層１２の成長時には、原料ガスとしてＴＭＧ、
ＮＨ₃およびＢ₂Ｈ₄を用い、ドーパントガスとしてＣ
ｐ₂Ｍｇを用いる。

【００８２】本実施例の半導体レーザ素子においても、
図１の半導体レーザ素子と同様の効果が得られる。

【００８３】なお、上記第１および第３〜第７の実施例
では、ｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリアブ
ロック層１０のバンドギャップをｎ−クラッド層６およ
びｐ−クラッド層１２のバンドギャップよりも大きく設
定しているが、図７に示すように、ｎ−キャリアブロッ
ク層８およびｐ−キャリアブロック層１０のバンドギャ
ップをｎ−クラッド層６およびｐ−クラッド層１２のバ
ンドギャップと等しく設定してもよい。また、図８に示
すように、ｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリ
アブロック層１０のバンドギャップをｎ−クラッド層６
およびｐ−クラッド層１２のバンドギャップよりも小さ
く設定してもよい。

【００８４】なお、光学的な対称性を十分に向上させる
ためには、ｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリ
アブロック層１０のバンドギャップをほぼ等しく設定す
ることが好ましいが、光学的な対称性が厳密に要求され
ない場合には、ｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キ
ャリアブロック層１０のバンドギャップが異なっていて
もよい。

【００８５】また、ｎ−キャリアブロック層８およびｐ
−キャリアブロック層１０の組成は上記実施例に限定さ
れない。ｎ−キャリアブロック層８およびｐ−キャリア
ブロック層１０の組成はＢ_XＡｌ_YＩｎ_ZＧａ_1-X-Y-Z
Ｎに設定する。ここで、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１および
０≦Ｚ≦１である。

【００８６】なお、上記実施例では、ｎ−ＭＱＷ活性層
９，９ａの両面がｎ−キャリアブロック層８およびｐ−
キャリアブロック層１０で挟まれているが、ｎ−ＭＱＷ
活性層９，９ａの上下方向における光学的な対称性が要
求されない場合には、ｎ−キャリアブロック層８のみを
設けてもよい。この場合にも、ｎ−ＭＱＷ活性層９，９
ａの界面状態が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるＧａＮ系半導体
レーザ素子の模式的断面図である。

【図２】図１の半導体レーザ素子の主要部のエネルギー
バンド図である。

【図３】本発明の第２の実施例におけるＧａＮ系半導体
レーザ素子の模式的断面図である。

【図４】図３の半導体レーザ素子の主要部のエネルギー
バンド図である。

【図５】本発明の第３の実施例におけるＧａＮ系半導体
レーザ素子の模式的断面図である。

【図６】本発明の第４の実施例におけるＧａＮ系発光ダ
イオードの模式的断面図である。

【図７】ｎ−キャリアブロック層およびｐ−キャリアブ
ロック層のバンドギャップの大きさの他の例を示すエネ
ルギーバンド図である。

【図８】ｎ−キャリアブロック層およびｐ−キャリアブ
ロック層のバンドギャップの大きさのさらに他の例を示
すエネルギーバンド図である。

【図９】従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面
図である。

【符号の説明】

１サファイア基板６，６ａｎ−クラッド層７ｎ−光ガイド層８ｎ−キャリアブロック層９ｎ−ＭＱＷ活性層１０ｐ−キャリアブロック層１１ｐ−光ガイド層１２ｐ−クラッド層１４ｐ電極１５ｎ電極２１導電性基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F041 AA03 AA40 CA04 CA05 CA14 CA34 CA40 CA46 CA65 5F073 AA04 AA45 AA51 AA55 AA71 AA74 CA07 CA17 CB05 CB07 EA23 EA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよび
インジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体によ
り形成された半導体発光素子であって、第１のクラッド
層、第１の光ガイド層、発光層、第２のクラッド層およ
び第２の光ガイド層をこの順に含み、前記第１の光ガイ
ド層と前記発光層との間に前記第１の光ガイド層よりも
大きなバンドギャップを有する第１の層が設けられ、前
記第２の光ガイド層と前記発光層との間に前記第２の光
ガイド層よりも大きなバンドギャップを有する第２の層
が設けられたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよび
インジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体によ
り形成された半導体発光素子であって、第１のクラッド
層、発光層および第２のクラッド層をこの順に含み、前
記第１のクラッド層と前記発光層との間に前記第１のク
ラッド層よりも大きなバンドギャップを有する第１の層
が設けられ、前記第２のクラッド層と前記発光層との間
に前記第２のクラッド層よりも大きなバンドギャップを
有する第２の層が設けられたことを特徴とする半導体発
光素子。
【請求項３】前記第１の層および前記第２の層はホウ
素またはアルミニウムを含有することを特徴とする請求
項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】前記第１の層および前記第２の層はほぼ
等しいバンドギャップを有することを特徴とする請求項
１、２または３記載の半導体発光素子。
【請求項５】ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよび
インジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体によ
り形成された半導体発光素子であって、ｎ型の第１のク
ラッド層、第１の光ガイド層、発光層、第２の光ガイド
層およびｐ型の第２のクラッド層をこの順に含み、前記
第１の光ガイド層と前記発光層との間にホウ素またはア
ルミニウムを含有する第１の層が設けられたことを特徴
とする半導体発光素子。
【請求項６】前記第２の光ガイド層と前記発光層との
間にホウ素またはアルミニウムを含有する第２の層がさ
らに設けられたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよび
インジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体によ
り形成された半導体発光素子であって、ｎ型の第１のク
ラッド層、発光層およびｐ型の第２のクラッド層をこの
順に含み、前記第１のクラッド層と前記発光層との間に
ホウ素またはアルミニウムを含有する第１の層が設けら
れたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】前記第２のクラッド層と前記発光層との
間にホウ素またはアルミニムを含有する第２の層がさら
に設けられたことを特徴とする請求項７記載の半導体発
光素子。