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JP2000307195A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor light emitting element

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JP2000307195A
JP2000307195A JP11054899A JP11054899A JP2000307195A JP 2000307195 A JP2000307195 A JP 2000307195A JP 11054899 A JP11054899 A JP 11054899A JP 11054899 A JP11054899 A JP 11054899A JP 2000307195 A JP2000307195 A JP 2000307195A
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layer
light emitting
emitting device
semiconductor light
semiconductor
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JP11054899A
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Shunichi Sato
俊一 佐藤
Takashi Takahashi
孝志 高橋
Naoto Jikutani
直人 軸谷
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element, such as a high- output red semiconductor laser which stably oscillates in 635-nm band, 650-nm band, etc., at a high temperature, a visible semiconductor laser which oscillates at a wavelength shorter than 600 nm at a room temperature, a visible light emitting diode having a high luminous efficiency, etc. SOLUTION: The active layer 2 of a semiconductor light emitting element is composed of (AlxGa1-x)αIn1-αPtAs1-t (0<=x<1, 0<α<=1, 0<=t<1) and the clad layers 3 of the element are composed of (AlyGa1-y)βIn1-βPvAs1-v (0<y<=1, 0.5<β<1, 0<v<=1) having a band gap larger than that of the active layer 2 and containing Al having a lattice constant between those of GaP and GaAs.

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】本発明は、半導体発光素子に
関する。
[0001] The present invention relates to a semiconductor light emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】AlGaInP系材料は、AlGaIn
N系材料およびB(ボロン)系材料を除きIII−V族半導
体のなかで最も大きい直接遷移型の材料であり、バンド
ギャップエネルギーは最大で約2.3eV(波長540
nm)が得られる。このため、従来よりカラーディスプ
レイ等に用いられる高輝度緑色〜赤色発光ダイオード等
の発光素子や,レーザプリンタ,CD,DVD等の光書
き込み用等に用いられる可視光半導体レーザの材料とし
て研究開発が行なわれている。これらの中で、特に、半
導体レーザには、GaAs基板に格子整合する材料が用
いられている。特に高密度記録等のためには高温高出力
安定動作し、かつ短波長である素子が必要となってい
る。
2. Description of the Related Art AlGaInP-based materials are known as AlGaIn.
Except for N-based materials and B (boron) -based materials, it is the largest direct transition type material among III-V semiconductors, and has a band gap energy of about 2.3 eV at maximum (wavelength 540).
nm). For this reason, research and development have been carried out as materials for light emitting elements such as high-brightness green to red light emitting diodes conventionally used for color displays and the like and visible light semiconductor lasers used for optical writing of laser printers, CDs, DVDs and the like. Have been. Among these, a material that lattice-matches with a GaAs substrate is used for a semiconductor laser. Particularly for high-density recording and the like, an element that operates stably at high temperature and high output and has a short wavelength is required.

【0003】半導体レーザを作製するためには、クラッ
ド層(活性層よりバンドギャップの大きい材料からなる)
を用い、キャリアと光を活性層(発光層)に閉じ込める構
造が必要である。通常のバルク活性層のダブルヘテロ
(DH)構造で短波長にする場合は活性層にはAlが添加
されたAlGaInPを用いる必要がある。Alの添加
はバンドギャップを大きくする効果があるが、Alが非
常に活性なため、成長中、雰囲気内や原料内のわずかな
酸素等と結合してディープレベルを形成し発光効率の低
下を招きやすいので、Al組成は小さい方が好ましい。
そこで、発振波長を短波長化する他の方法として、活性
層(井戸層)にはGaInP量子井戸構造を用い、光ガ
イド層としてAlGaInPを用いたSCH−QW(Se
parateConfinement Heterostructure-Quantum Well)
とする方法が行われている。さらに、低閾値化するため
に、特開平6−77592号に示されるように、量子井
戸層に歪を加えた歪量子井戸構造が通常用いられてい
る。この場合、歪量子井戸層の格子定数は基板と異なる
ので、格子緩和が起こる臨界膜厚以下の厚さを用いるこ
とができる。また、635nm帯のような短波長レーザ
には歪の種類として引張り歪の方が有効であることが特
開平6−275915号に示されている。引張り歪井戸
層は、基板であるGaAsに対してGaPに近い組成の
GaInPとなるので、ワイドギャップとなり圧縮歪井
戸層に対して井戸層として適正な厚さの井戸層を用いる
ことができ、界面の悪影響を低減できることが大きな理
由と考えられる。だたし、引張り歪井戸層を用いると、
TMモードとなるため、他の波長帯の通常の半導体レー
ザ(TEモード)と偏光が90°違ってくるので、その
利用には注意が必要である。
In order to fabricate a semiconductor laser, a cladding layer (made of a material having a larger band gap than the active layer) is used.
It is necessary to have a structure in which carriers and light are confined in an active layer (light-emitting layer). Double hetero of normal bulk active layer
In the case of a short wavelength with the (DH) structure, it is necessary to use AlGaInP to which Al is added for the active layer. The addition of Al has the effect of increasing the band gap, but since Al is very active, during growth, it combines with a slight amount of oxygen or the like in the atmosphere or in the raw material to form a deep level, leading to a decrease in luminous efficiency. It is preferable that the Al composition is small because it is easy.
Therefore, as another method of shortening the oscillation wavelength, a SCH-QW (Sequence) using a GaInP quantum well structure as an active layer (well layer) and AlGaInP as an optical guide layer is used.
parateConfinement Heterostructure-Quantum Well)
And the method has been done. Further, in order to lower the threshold value, a strained quantum well structure in which a strain is applied to a quantum well layer is generally used as shown in JP-A-6-77592. In this case, since the lattice constant of the strained quantum well layer is different from that of the substrate, a thickness equal to or less than the critical film thickness at which lattice relaxation occurs can be used. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-275915 discloses that tensile strain is more effective as a type of strain for a short wavelength laser such as a 635 nm band. Since the tensile strain well layer becomes GaInP having a composition close to GaP with respect to GaAs as a substrate, the tensile strain well layer has a wide gap, and a well layer having an appropriate thickness can be used as a well layer for the compressive strain well layer. It is considered that the major reason is that the adverse effect of the above can be reduced. However, if a tensile strain well layer is used,
Since the mode is the TM mode, the polarization differs from that of a normal semiconductor laser (TE mode) in another wavelength band by 90 °.

【0004】しかしながら、(AlGa1−x
0.5In0.5P光ガイド層には光が閉じ込められる
が、Al組成xが通常0.5程度と大きいため、レーザ
の共振器面となる端面でのAlに起因する表面再結合に
より端面破壊が起こりやすく高出力を出すことが困難で
あり、長時間安定動作させるのも困難であった。
[0004] However, (Al x Ga 1-x )
Light is confined in the 0.5 In 0.5 P light guide layer. However, since the Al composition x is generally as large as about 0.5, the surface recombination caused by Al at the end face serving as the laser cavity surface causes End face breakage is likely to occur and it is difficult to produce high output, and it is also difficult to operate stably for a long time.

【0005】また、AlGaInP系ヘテロ接合を形成
すると、伝導帯のバンドオフセット比が小さく、活性層
(発光層)とクラッド層の伝導帯側のバンド不連続(Δ
Ec)が小さいので、注入キャリア(電子)が活性層か
らクラッド層にオーバーフローしやすく半導体レーザの
発振閾値電流の温度依存性が大きく、温度特性が悪いな
どの問題があった。この問題は波長が短波長になるほど
顕著になる。例えば635nm帯,650nm帯の赤色
レーザで比較すると、わずかな波長差であるのにかかわ
らず635nm帯レーザの高温特性は圧倒的に悪い。
When an AlGaInP-based heterojunction is formed, the band offset ratio of the conduction band is small, and the band discontinuity (Δ) on the conduction band side of the active layer (light emitting layer) and the cladding layer is reduced.
Since Ec) is small, injected carriers (electrons) easily overflow from the active layer to the cladding layer, and there is a problem that the temperature dependence of the oscillation threshold current of the semiconductor laser is large and the temperature characteristics are poor. This problem becomes more pronounced as the wavelength becomes shorter. For example, when compared with red lasers in the 635 nm band and the 650 nm band, the high temperature characteristics of the 635 nm band laser are overwhelmingly poor regardless of the slight wavelength difference.

【0006】このような問題を解決するため、活性層と
クラッド層との間に、非常に薄い層を多数積層した多重
量子障壁(MQB)構造を設け、注入キャリアを閉じ込
める構造が特開平4−114486号に提案されてい
る。しかし、この場合には、構造が複雑となるうえ、効
果を得るためには厚さの制御を良くし、各層の界面を原
子層レベルで平坦にする必要があり、現実にはその効果
を得ることは困難であった。
In order to solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei. No. 114486. However, in this case, the structure becomes complicated, and in order to obtain the effect, it is necessary to improve the thickness control and to flatten the interface of each layer at the atomic layer level. It was difficult.

【0007】このように、従来のGaAs基板格子整合
系材料では、温度特性および短波長化には限界があり、
高温(例えば80°),高出力(例えば30mW以
上),安定動作(例えば一万時間)する635nm帯ま
たはそれより短波長のレーザの実現は困難であった。上
記のように、GaAsより格子定数が小さいAlGaI
nP系材料は、GaAs基板上に成長できる材料に比べ
てワイドギャップなので、短波長化に有利である。この
ような他の材料系を用いた発振波長600nm以下の短
波長レーザの提案がなされている。例えば、GaP基板
上に、クラッド層としてAlGa1−yP(0≦y≦
1)を用い、活性層として直接遷移型の圧縮歪Ga
1−xP(0<x<1)を用い、活性層にはアイソエレ
クトロニックトラップ(Isoelectronic trap)の不純
物としてNをドープした素子が特開平6−53602号
に提案されている。しかしながら、この構造は、活性層
のAl含有量が少ない材料を用いて短波長化できるとい
うメリットがあるが、最もGaPに格子定数が近くて直
接遷移となるGa0.7In0.3P活性層においても
GaP基板と2.3%格子不整合しており、格子不整合
に起因するミスフィット転位が発生しない臨界膜厚が薄
くなってしまうので、実用上好ましくない。
As described above, the conventional GaAs substrate lattice-matching material has limitations in temperature characteristics and wavelength reduction.
It has been difficult to realize a laser with a wavelength of 635 nm or shorter, which operates at a high temperature (for example, 80 °), high output (for example, 30 mW or more), and operates stably (for example, 10,000 hours). As described above, AlGaI having a smaller lattice constant than GaAs
Since the nP-based material has a wider gap than a material that can be grown on a GaAs substrate, it is advantageous for shortening the wavelength. A short-wavelength laser with an oscillation wavelength of 600 nm or less using such another material system has been proposed. For example, on a GaP substrate, Al y Ga 1-y P as a cladding layer (0 ≦ y ≦
1), using a direct transition type compressive strain Ga x I as an active layer.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-53602 proposes an element using n 1-x P (0 <x <1) and doping the active layer with N as an impurity of an isoelectronic trap. However, this structure has an advantage that the wavelength can be shortened by using a material having a small Al content in the active layer. However, the Ga 0.7 In 0.3 P active material which has a lattice constant closest to GaP and makes direct transition. The layer also has a 2.3% lattice mismatch with the GaP substrate, and the critical film thickness at which misfit dislocation due to the lattice mismatch does not occur becomes thin, which is not practically preferable.

【0008】また、GaAs基板上にGaAsとGaP
との間の格子定数を有する(AlGa)In1−a
(0.51<a≦0.73)からなるダブルヘテロ構造
体を、これに格子整合するGaPAs1−xバッファ
層などを介して形成する素子が特開平5−41560号
に提案されている。この技術では、バッファ層により基
板とダブルヘテロ構造体の格子不整を解消している。図
1に格子定数とバンドギャップエネルギーとの関係を示
す。図1において、実線は直接遷移の材料、破線は間接
遷移の材料である。GaAsとGaPとの間の格子定数
を有する(AlGa)In1−aP(0.51<a≦
0.73)系材料はAlInPとGaInPとで囲まれ
た範囲の材料である。この技術では、GaAs基板格子
整合材料よりワイドギャップのAlGaInPをクラッ
ド層と活性層に用いることができるので、600nmよ
り短い波長のレーザなど短波長化に有利であることがわ
かる。しかしながら、特開平5−41560号に提案さ
れているレーザは、600nmより短い波長のレーザを
実現するための構造からなり、635nm,650nm
帯等の600nmより長い波長のレーザを考慮した構造
ではなかった。例えば、バンドギャップの格子定数依存
性は、間接遷移材料であるAlInPよりもGaInP
の方が、直接遷移であるGa組成が0.73までの範囲
では大きいことがわかる。クラッド層にはワイドギャッ
プ材料が適しているので、GaPの格子定数に近い格子
定数のAl(Ga)InPを用いた方がよいが、逆に、
635nm,650nm帯の活性層の材料となる(A
l)GaInPの格子定数は、クラッド層のそれとは大
きくずれてしまい、大きな圧縮歪を有し、好ましくない
など不十分であった。
Further, GaAs and GaP are formed on a GaAs substrate.
(AlGa) a In 1-a P having a lattice constant between
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-41560 proposes an element for forming a double heterostructure composed of (0.51 <a ≦ 0.73) through a GaP x As 1-x buffer layer lattice-matched thereto. I have. In this technique, the lattice mismatch between the substrate and the double heterostructure is eliminated by the buffer layer. FIG. 1 shows the relationship between the lattice constant and the band gap energy. In FIG. 1, the solid line is the material of the direct transition, and the broken line is the material of the indirect transition. (AlGa) a In 1-a P having a lattice constant between GaAs and GaP (0.51 <a ≦
0.73) The system material is a material in a range surrounded by AlInP and GaInP. According to this technique, AlGaInP having a wider gap than the GaAs substrate lattice matching material can be used for the cladding layer and the active layer, which is advantageous for shortening the wavelength of a laser having a wavelength shorter than 600 nm. However, the laser proposed in JP-A-5-41560 has a structure for realizing a laser having a wavelength shorter than 600 nm, and has a structure of 635 nm and 650 nm.
The structure was not a structure considering a laser having a wavelength longer than 600 nm, such as a band. For example, the dependence of the band gap on the lattice constant is higher in GaInP than AlInP, which is an indirect transition material.
It can be seen that is larger in the range where the Ga composition which is a direct transition is up to 0.73. Since a wide gap material is suitable for the cladding layer, it is better to use Al (Ga) InP having a lattice constant close to that of GaP.
It becomes the material of the active layer in the 635 nm and 650 nm bands (A
1) The lattice constant of GaInP was largely deviated from that of the cladding layer, had a large compressive strain, and was insufficient, such as being undesirable.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温,高出
力,安定動作する635nm,650nm帯等の赤色半
導体レーザ、室温において600nmより短い波長で発
振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオ
ードなどの半導体発光素子を提供することを目的として
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a red semiconductor laser in the 635 nm or 650 nm band or the like which operates stably at a high temperature, a high output, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, and a visible light emitting device having a high luminous efficiency. It is intended to provide a semiconductor light emitting device such as a diode.

【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、請求項1記載の発明は、半導体基板上に、光を発生
する活性層と光を閉じ込めるクラッド層とを有するヘテ
ロ接合が形成されている半導体発光素子において、活性
層は(AlGa1−x)αIn1−αAs
1−t(0≦x<1、0<α≦1、0≦t≦1)からな
り、クラッド層は活性層よりバンドギャップが大きくG
aPとGaAsとの間の格子定数を有するAlを含んだ
(AlGa1−y)βIn1−βvAs1−v (0<
y≦1、0.5<β<1、0<v≦1)からなることを
特徴としている。
[MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS] To achieve the above object
According to the first aspect of the present invention, light is generated on a semiconductor substrate.
Having an active layer and a cladding layer for confining light
In a semiconductor light emitting device with a junction formed,
The layer is (AlxGa1-x)αIn1-αPtAs
1-t(0 ≦ x <1, 0 <α ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1)
The cladding layer has a larger band gap than the active layer and
including Al with a lattice constant between aP and GaAs
(AlyGa1-y)βIn1-βPvAs1-v (0 <
y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1)
Features.

【0011】また、請求項2記載の発明は、半導体基板
上に、光を発生する活性層と光を閉じ込めるクラッド層
とを有するヘテロ接合が形成されている半導体発光素子
において、活性層は(AlGa1−x)αIn1−α
As1−t(0≦x<1、0<α≦1、0≦t≦1)単
一量子井戸からなり、クラッド層は活性層よりバンドギ
ャップが大きく、GaPとGaAsとの間の格子定数を
有するAlを含んだ(AlGa1−y)βIn1−β
vAs1−v(0<y≦1、0.5<β<1、0<v≦
1)からなり、活性層とクラッド層との間に、バンドギ
ャップが活性層より大きくクラッド層より小さい(Al
Ga1−z)γIn1−γAs1− (0≦z<
1、0.5<γ<1、0<u≦1)からなる光ガイド層
を有していることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in a semiconductor light emitting device in which a heterojunction having an active layer for generating light and a cladding layer for confining light is formed on a semiconductor substrate, the active layer is formed of (Al x Ga 1-x ) α In 1-α P
t As 1-t (0 ≦ x <1, 0 <α ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1) A single quantum well, the cladding layer has a larger band gap than the active layer, and the lattice between GaP and GaAs. (Al y Ga 1-y ) β In 1-β P containing Al having a constant
v As 1−v (0 <y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦
1), the band gap between the active layer and the cladding layer is larger than the active layer and smaller than the cladding layer (Al
z Ga 1-z ) γ In 1-γ Pu As 1- u (0 ≦ z <
1, 0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1).

【0012】また、請求項3記載の発明は、半導体基板
上に、光を発生する活性層と光を閉じ込めるクラッド層
とを有するヘテロ接合が形成されている半導体発光素子
において、活性層は井戸層と障壁層とで構成される量子
井戸構造であり、井戸層は(Alx1Ga1−x1)α1
In1−α1t1As1−t1(0≦x1<1、0<
α1≦1、0≦t1≦1)からなり、障壁層は(Alx2
Ga1−x2)α2In1−α2t2As1−t2(0
≦x2<1、0.5<α2<1、0≦t2≦1)からな
り、クラッド層は活性層よりバンドギャップが大きく、
GaPとGaAsとの間の格子定数を有するAlを含ん
だ(AlGa1−y)βIn1−β vAs1−v(0<
y≦1、0.5<β<1、0<v≦1)からなり、活性
層とクラッド層との間に、バンドギャップが活性層より
大きくクラッド層より小さい(AlGa1−z)γIn
1−γAs1−u(0≦z<1、0.5<γ<1、
0<u≦1)からなる光ガイド層を有していることを特
徴としている。
According to a third aspect of the present invention, a semiconductor substrate is provided.
On top, an active layer that generates light and a cladding layer that confines light
Semiconductor light emitting device having a heterojunction having
, The active layer is a quantum well composed of a well layer and a barrier layer.
It has a well structure.x1Ga1-x1)α1
In1-α1Pt1As1-t1(0 ≦ x1 <1, 0 <
α1 ≦ 1, 0 ≦ t1 ≦ 1), and the barrier layer is made of (Alx2
Ga1-x2)α2In1-α2Pt2As1-t2(0
≦ x2 <1, 0.5 <α2 <1, 0 ≦ t2 ≦ 1)
The cladding layer has a larger band gap than the active layer,
Including Al with a lattice constant between GaP and GaAs
(AlyGa1-y)βIn1-βP vAs1-v(0 <
y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1)
Band gap between the active layer and the cladding layer
Large and smaller than the cladding layer (AlzGa1-z)γIn
1-γPuAs1-u(0 ≦ z <1, 0.5 <γ <1,
0 <u ≦ 1).
It is a sign.

【0013】また、請求項4記載の発明は、請求項1乃
至請求項3のいずれか一項に記載の半導体発光素子にお
いて、活性層はAsを含んでいる(AlGa1−x)α
In 1−αAs1−t(0≦x<1、0<α1≦
1、0≦t≦1)からなることを特徴としている。
[0013] The invention according to claim 4 is based on claim 1.
The semiconductor light-emitting device according to claim 3.
And the active layer contains As (AlxGa1-x)α
In 1-αPtAs1-t(0 ≦ x <1, 0 <α1 ≦
1, 0 ≦ t ≦ 1).

【0014】また、請求項5記載の発明は、請求項2乃
至請求項4のいずれか一項に記載の半導体発光素子にお
いて、光ガイド層はAlを含まないGaγIn1−γ
As1−u(0.5<γ<1、0<u≦1)からなるこ
とを特徴としている。
Further, an invention according to claim 5, in the semiconductor light emitting device according to any one of claims 2 to 4, the light guide layer contains no Al Ga γ In 1-γ P
u As 1-u (0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1).

【0015】また、請求項6記載の発明は、請求項1乃
至請求項5のいずれか一項に記載の半導体発光素子にお
いて、クラッド層はAsを含んでいる(AlGa
1−y)βIn1−βAs1−v(0<y≦1、0.
5<β<1、0<v<1)からなることを特徴としてい
る。
Further, an invention according to claim 6, wherein, in the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5, the cladding layer contains As (Al y Ga
1-y ) β In 1−β Pv As 1−v (0 <y ≦ 1, 0.
5 <β <1, 0 <v <1).

【0016】また、請求項7記載の発明は、請求項2乃
至請求項6のいずれか一項に記載の半導体発光素子にお
いて、井戸層の格子定数は、クラッド層より大きく、圧
縮歪を有していることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the second to sixth aspects, the well layer has a lattice constant larger than that of the cladding layer and has a compressive strain. It is characterized by having.

【0017】また、請求項8記載の発明は、請求項1乃
至請求項7のいずれか一項に記載の半導体発光素子にお
いて、半導体基板はGaPAsからなり、該半導体基板
上にヘテロ接合部が結晶成長されていることを特徴とし
ている。
According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to seventh aspects, the semiconductor substrate is made of GaPAs, and a heterojunction is formed on the semiconductor substrate. It is characterized by being grown.

【0018】また、請求項9記載の発明は、請求項1乃
至請求項7のいずれか一項に記載の半導体発光素子にお
いて、半導体基板はGaAsまたはGaPからなり、半
導体基板とクラッド層との間に、両者の格子不整を緩和
する緩和バッファ層を介してヘテロ接合部が結晶成長さ
れていることを特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to seventh aspects, the semiconductor substrate is made of GaAs or GaP, and the semiconductor substrate and the cladding layer are disposed between the semiconductor substrate and the cladding layer. In addition, a heterojunction is crystal-grown via a buffer layer for relaxing lattice mismatch between the two.

【0019】また、請求項10記載の発明は、請求項9
記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、そ
の格子定数が半導体基板の格子定数から成長方向に徐々
に変化してクラッド層の格子定数に近づくグレーデッド
層からなることを特徴としている。
The invention according to claim 10 is the invention according to claim 9.
The semiconductor light emitting device described above is characterized in that the relaxation buffer layer is formed of a graded layer whose lattice constant gradually changes in the growth direction from the lattice constant of the semiconductor substrate and approaches the lattice constant of the cladding layer.

【0020】また、請求項11記載の発明は、請求項9
記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は少な
くとも2種類の格子定数の違う材料を交互に積層した歪
超格子構造からなることを特徴としている。
The invention according to claim 11 is the same as the claim 9.
The semiconductor light emitting device described above is characterized in that the relaxation buffer layer has a strained superlattice structure in which at least two kinds of materials having different lattice constants are alternately stacked.

【0021】また、請求項12記載の発明は、請求項9
記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層はクラ
ッド層の成長温度より低い温度で成長した低温バッファ
層からなることを特徴としている。
The invention according to claim 12 is the invention according to claim 9.
In the above described semiconductor light emitting device, the relaxation buffer layer comprises a low-temperature buffer layer grown at a temperature lower than the growth temperature of the cladding layer.

【0022】また、請求項13記載の発明は、請求項9
乃至請求項12のいずれか一項に記載の半導体発光素子
において、緩和バッファ層は、GaInPまたはGaP
Asからなることを特徴としている。
The thirteenth aspect of the present invention provides a ninth aspect.
13. The semiconductor light emitting device according to claim 12, wherein the relaxation buffer layer is made of GaInP or GaP.
It is characterized by being composed of As.

【0023】また、請求項14記載の発明は、請求項8
または請求項9記載の半導体発光素子において、半導体
基板の面方位は、(100)面から[011]方向に0°か
ら54.7°の範囲で傾いた面、または、(100)面か
ら[0―11]方向に10°から54.7°の範囲で傾い
た面、または、これらと等価な面であることを特徴とし
ている。
The invention according to claim 14 is the invention according to claim 8
10. The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the plane orientation of the semiconductor substrate is a plane inclined from 0 ° to 54.7 ° in the [011] direction from the (100) plane, or a plane inclined from the (100) plane. It is characterized by a surface inclined in the range of 10 ° to 54.7 ° in the [0-11] direction or a surface equivalent thereto.

【0024】また、請求項15記載の発明は、請求項8
または請求項9記載の半導体発光素子において、ヘテロ
接合部が結晶成長されるに先立って、GaPAs基板表
面が機械的研磨により平坦化され、または、緩和バッフ
ァ層成長後であってヘテロ接合部が結晶成長される前の
表面が機械的研磨により平坦化されていることを特徴と
している。
Further, the invention of claim 15 provides the invention of claim 8
10. The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the surface of the GaPAs substrate is planarized by mechanical polishing prior to the crystal growth of the heterojunction, or the heterojunction is crystallized after the growth of the relaxation buffer layer. The surface before being grown is flattened by mechanical polishing.

【0025】また、請求項16記載の発明は、請求項8
または請求項9記載の半導体発光素子において、半導体
基板とヘテロ接合部との間に、層の界面の上面が下面
(基板側)よりも平坦である層を含むことを特徴としてい
る。
Further, the invention of claim 16 provides the invention of claim 8
10. The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein an upper surface of an interface of the layer is a lower surface between the semiconductor substrate and the hetero junction.
It is characterized by including a layer that is flatter than (substrate side).

【0026】また、請求項17記載の発明は、請求項1
6記載の半導体発光素子において、層の界面の上面が下
面(基板側)より平坦である層は、Seを5×1018
以上にドープしたGaInPであることを特徴と
している。
The invention according to claim 17 is the first invention.
6. In the semiconductor light-emitting device according to 6, in the layer in which the upper surface of the interface of the layer is flatter than the lower surface (substrate side), Se is 5 × 10 18 c
It is characterized by being GaInP doped with m - 3 or more.

【0027】また、請求項18記載の発明は、請求項9
記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、S
eを5×1018cm−3以上にドープしたGaInP
であることを特徴としている。
The invention according to claim 18 is the same as the invention according to claim 9.
In the semiconductor light-emitting device described in the above, the relaxation buffer layer comprises S
GaInP doped with e to 5 × 10 18 cm −3 or more
It is characterized by being.

【0028】また、請求項19記載の発明は、請求項1
乃至請求項18のいずれか一項に記載の半導体発光素子
において、ヘテロ接合部は有機金属気相成長法または分
子線エピタキシー法により成長されたものであることを
特徴としている。
The invention according to claim 19 is the first invention.
19. The semiconductor light emitting device according to claim 18, wherein the heterojunction is grown by a metal organic chemical vapor deposition method or a molecular beam epitaxy method.

【0029】また、請求項20記載の発明は、請求項1
9記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、
有機金属気相成長法または分子線エピタキシー法により
成長されたものであることを特徴としている。
The invention according to claim 20 is the same as the claim 1.
9. The semiconductor light emitting device according to 9, wherein the buffer layer comprises:
It is characterized by being grown by metal organic chemical vapor deposition or molecular beam epitaxy.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図2は本発明に係る半導体発光素子
の構成例を示す図である。図2を参照すると、この半導
体発光素子は、GaAsの半導体基板1上に、光を発生
する活性層2と光を閉じ込めるクラッド層3とを有する
ヘテロ接合部4が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor light emitting device according to the present invention. Referring to FIG. 2, in this semiconductor light emitting device, a heterojunction 4 having an active layer 2 for generating light and a cladding layer 3 for confining light is formed on a semiconductor substrate 1 of GaAs.

【0031】ここで、本発明の第1の実施形態では、活
性層2は(AlGa1−x)αIn 1−αAs
1−t(0≦x<1、0<α≦1、0≦t≦1)からな
り、クラッド層3は活性層2よりバンドギャップが大き
く、GaPとGaAsとの間の格子定数を有するAlを
含んだ(AlGa1−y)βIn1−βvAs
1−v(0<y≦1、0.5<β<1、0<v≦1)から
なっている。
Here, in the first embodiment of the present invention,
Layer 2 is made of (AlxGa1-x)αIn 1-αPtAs
1-t(0 ≦ x <1, 0 <α ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1)
The cladding layer 3 has a larger band gap than the active layer 2.
Al having a lattice constant between GaP and GaAs
(AlyGa1-y)βIn1-βPvAs
1-v(0 <y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1)
Has become.

【0032】この第1の実施形態では、クラッド層3
は、GaPとGaAsの間の格子定数を有するAlを含
んだ(AlGa1−y)βIn1−βvAs1−v(0
<y≦1、0.5<β<1、0<v≦1)であり、Ga
As半導体基板1に形成できるクラッド層材料よりバン
ドギャップが大きく短波長化に有利である。また、活性
層2は(AlGa1−x)αIn1−αAs1−t
(0≦x<1、0<α≦1、0≦t≦1)からなるので、
クラッド層3に対して歪みを有することもでき、さらに
従来材料よりエネルギーギャップを狭いもの(ナローギ
ャップ)にすることもできる。このため、従来より素子
設計の幅が大きく広がり、600nmより短い波長のみ
ならず、600nmより長い波長の発光素子においても
良好な特性を得ることができる。
In the first embodiment, the cladding layer 3
Contained an Al having a lattice constant between the GaP and GaAs (Al y Ga 1-y ) β In 1-β P v As 1-v (0
<Y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1), and Ga
The band gap is larger than the cladding layer material that can be formed on the As semiconductor substrate 1, which is advantageous for shortening the wavelength. The active layer 2 (Al x Ga 1-x) α In 1-α P t As 1-t
(0 ≦ x <1, 0 <α ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1),
The cladding layer 3 may have a strain, and the energy gap may be narrower (narrow gap) than the conventional material. For this reason, the range of element design is greatly expanded compared to the related art, and good characteristics can be obtained not only for a wavelength shorter than 600 nm but also for a light emitting element having a wavelength longer than 600 nm.

【0033】また、本発明の第2の実施形態では、図2
の半導体発光素子において、活性層2は(AlGa
1−x)αIn1−αAs1−t(0≦x<1、0<
α≦1、0≦t≦1)単一量子井戸からなり、クラッド
層3は活性層2よりバンドギャップが大きくGaPとG
aAsとの間の格子定数を有するAlを含んだ(Al
Ga1−y)βIn1−βvAs1−v(0<y≦1、
0.5<β<1、0<v≦1)からなり、ヘテロ接合部
4において、活性層2とクラッド層3との間には、図3
に示すように、バンドギャップが活性層2より大きくク
ラッド層3より小さい(AlGa1−z)γIn1−γ
As1−u(0≦z<1、0.5<γ<1、0<u
≦1)からなる光ガイド層5が設けられている。
In the second embodiment of the present invention, FIG.
In the semiconductor light emitting device of (1), the active layer 2 is made of (Al x Ga
1−x ) α In 1−α Pt As 1−t (0 ≦ x <1, 0 <
α ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1) A single quantum well, and the cladding layer 3 has a larger band gap than the active layer 2 and has GaP and G
aAs containing Al having a lattice constant between (Al y
Ga 1-y ) β In 1-β Pv As 1-v (0 <y ≦ 1,
0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1), and between the active layer 2 and the cladding layer 3,
As shown in greater cladding layer 3 smaller than the active layer 2 is a bandgap (Al z Ga 1-z) γ In 1-γ
P u As 1-u (0 ≦ z <1,0.5 <γ <1,0 <u
≦ 1) is provided.

【0034】この第2の実施形態では、クラッド層3は
GaPとGaAsとの間の格子定数を有するAlを含ん
だ(AlGa1−y)βIn1−βvAs1−v(0<
y≦1、0.5<β<1、0<v≦1)であり、GaA
s半導体基板1に形成できるクラッド層材料よりバンド
ギャップが大きく短波長化に有利である。また、(Al
Ga1−z)γIn1−γAs1−u(0≦z<
1、0.5<γ<1、0<u≦1) からなる光ガイド層
5および(AlGa1−x)αIn1−αAs
1−t(0≦x<1、0<α≦1、0≦t≦1)からなる
単一量子井戸の活性層2によりSCH構造を形成してい
るので、GaAs基板格子整合材料より少ないAl組成
でワイドギャップが得られるようになり、従来に比べて
光ガイド層5のAl組成を低減でき、非発光再結合電流
の低減,表面再結合電流の低減等により、発光効率を向
上させることができ、レーザの場合、端面劣化しにくく
なり、高出力でも安定動作が可能となる。また、クラッ
ド層3に対して歪みを有することもでき、さらに従来材
料よりエネルギーギャップを狭くする(ナローギャップ
にする)こともできる。さらに、GaInPはGa組成
を小さくすると格子定数が大きくなるとともにバンドギ
ャップは小さくなる。Sandip等(Appl.Ph
ys.Lett.60,1992,pp630〜63
2)によるバンド不連続の見積もりを参考にすると、バ
ンドギャップの変化は伝導帯側で起こり、価電子帯側の
エネルギーはほとんど変化していない。つまり、組成を
変えても価電子帯のエネルギーの変化は小さい。一方、
GaInPへAlを添加すると、伝導帯エネルギーは大
きくなり価電子帯エネルギーは小さくなる。その変化は
価電子帯側の方が大きい。従来、GaAs基板上構造で
は、大きなAl組成のAlGaInPを光ガイド層にす
る必要があり、GaInP量子井戸層との間に大きな価
電子帯側のバンド不連続を有していた。つまり、伝導帯
側のバンド不連続は充分な大きさではなかった。これに
対し、本発明の第2の実施形態によれば、光ガイド層5
のAl組成を低減できるので、大きな伝導帯バンド不連
続が得られる。これにより、従来AlGaInP系材料
による赤色レーザで問題であった伝導帯側のバンド不連
続が小さいためのキャリア(電子)オーバーフローを著
しく改善することができる。このため、従来より素子設
計の幅が大きく広がるので、600nmより短い波長の
みならず、600nmより長い波長の発光素子において
も良好な特性を得ることができる。
[0034] In the second embodiment, the cladding layer 3 containing Al having a lattice constant between the GaP and GaAs (Al y Ga 1-y ) β In 1-β P v As 1-v ( 0 <
y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1), and GaAs
The band gap is larger than the cladding layer material that can be formed on the s semiconductor substrate 1, which is advantageous for shortening the wavelength. In addition, (Al
z Ga 1-z ) γ In 1-γ Pu As 1-u (0 ≦ z <
1,0.5 <γ <1,0 <u ≦ 1) optical guiding layer 5 and made of (Al x Ga 1-x) α In 1-α P t As
Since the SCH structure is formed by the single quantum well active layer 2 composed of 1-t (0 ≦ x <1, 0 <α ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1), the Al content is smaller than that of the GaAs substrate lattice matching material. A wide gap can be obtained by the composition, the Al composition of the light guide layer 5 can be reduced as compared with the related art, and the luminous efficiency can be improved by reducing the non-radiative recombination current and the surface recombination current. In the case of a laser, the end face is hardly deteriorated, and stable operation can be performed even at a high output. In addition, the cladding layer 3 can be strained, and the energy gap can be narrowed (narrow gap) as compared with the conventional material. Further, in GaInP, when the Ga composition is reduced, the lattice constant increases and the band gap decreases. Sandip et al. (Appl. Ph.
ys. Lett. 60, 1992, pp 630-63
Referring to the estimation of the band discontinuity according to 2), the band gap changes on the conduction band side, and the energy on the valence band side hardly changes. That is, even if the composition is changed, the change in the energy of the valence band is small. on the other hand,
When Al is added to GaInP, the conduction band energy increases and the valence band energy decreases. The change is larger on the valence band side. Conventionally, in a structure on a GaAs substrate, it is necessary to use AlGaInP having a large Al composition for the light guide layer, and there is a large valence band discontinuity between the GaInP quantum well layer and the GaInP quantum well layer. That is, the band discontinuity on the conduction band side was not large enough. On the other hand, according to the second embodiment of the present invention, the light guide layer 5
Can reduce the Al composition, so that a large conduction band discontinuity can be obtained. As a result, carrier (electron) overflow due to small band discontinuity on the conduction band side, which has conventionally been a problem with red lasers made of AlGaInP-based materials, can be significantly improved. For this reason, since the width of the element design is greatly increased as compared with the related art, it is possible to obtain good characteristics not only in a light emitting element having a wavelength shorter than 600 nm but also in a light emitting element having a wavelength longer than 600 nm.

【0035】また、本発明の第3の実施形態では、図2
の半導体発光素子において、ヘテロ接合部4の活性層2
は、井戸層と障壁層とで構成される量子井戸構造であ
り、井戸層は(Alx1Ga1−x1)α1In1−α1
t1As1−t1(0≦x1<1、0<α1≦1、0
≦t1≦1)からなり、障壁層は(Alx2
1−x2)α2In1−α2t2As1−t2(0≦
x2<1、0.5<α2<1、0≦t2≦1)からな
り、クラッド層3は活性層2よりバンドギャップが大き
く、GaPとGaAsとの間の格子定数を有するAlを
含んだ(AlGa1−y)βIn1−βvAs
1−v(0<y≦1、0.5<β<1、0<v≦1)から
なり、ヘテロ接合部4において、活性層2とクラッド層
3との間には、図3に示したと同様に、バンドギャップ
が活性層2より大きくクラッド層3より小さい(Al
Ga1−z)γIn1−γAs1−u(0≦z<1、
0.5<γ<1、0<u≦1)からなる光ガイド層5が
設けられている。
In the third embodiment of the present invention, FIG.
The active layer 2 of the heterojunction 4
Is a quantum well structure composed of a well layer and a barrier layer, and the well layer is ( Alx1Ga1 -x1 ) [ alpha] 1In1- [alpha] 1.
P t1 As 1-t1 (0 ≦ x1 <1, 0 <α1 ≦ 1, 0
≦ t1 ≦ 1 and the barrier layer is made of (Al x2 G
a 1-x2) α2 In 1 -α2 P t2 As 1-t2 (0 ≦
x2 <1, 0.5 <α2 <1, 0 ≦ t2 ≦ 1), and the cladding layer 3 has a larger band gap than the active layer 2 and contains Al having a lattice constant between GaP and GaAs ( al y Ga 1-y) β In 1-β P v As
1-v (0 <y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1). In the heterojunction 4, between the active layer 2 and the cladding layer 3 is shown in FIG. Similarly, the band gap is larger than the active layer 2 and smaller than the cladding layer 3 (Al z
Ga 1-z ) γ In 1-γ Pu As 1-u (0 ≦ z <1,
There is provided a light guide layer 5 of 0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1).

【0036】この第3の実施形態では、クラッド層3
は、GaPとGaAsの間の格子定数を有するAlを含
んだ(AlGa1−y)βIn1−βvAs1−v(0
<y≦1、0.5<β<1、0<v≦1)であり、Ga
As半導体基板1に形成できるクラッド層材料よりバン
ドギャップが大きく、短波長化に有利である。また、
(AlGa1−z)γIn1−γAs1−u(0≦
z<1、0.5<γ<1、0<u≦1) からなる光ガイ
ド層5、および、(Alx1Ga1−x1)α1In
1−α1t1As1−t1(0≦x1<1、0<α1
≦1、0≦t1≦1)からなる量子井戸と(Alx2Ga
1−x2)α2In1−α2t2As1−t2(0≦x
2<1、0<α2≦1、0≦t2≦1)からなる障壁層
によりSCH構造を形成しているので、従来に比べて光
ガイド層5のAl組成を低減でき、非発光再結合電流の
低減,表面再結合電流の低減等により発光効率を向上さ
せることができ、レーザの場合、端面劣化しにくくな
り、高出力でも安定動作が可能となる。また、クラッド
層3に対して井戸層に歪みを有することもでき、障壁層
の歪みの方向を井戸層と反対方向とすることで井戸層の
歪みを補償して良好な量子井戸構造を得ることもでき
る。また、多重量子井戸構造とすることでキャリアを十
分に井戸層に閉じ込めることが可能となる。また、従来
材料よりエネルギーギャップを狭くする(ナローギャッ
プにする)こともできる。さらに、GaInPは、Ga
組成を小さくすると、格子定数が大きくなるとともにバ
ンドギャップは小さくなる。Sandipら(App
l.Phys.Lett.60,1992,pp630
〜632)によるバンド不連続の見積もりを参考にする
と、バンドギャップの変化は伝導帯側で起こり価電子帯
側のエネルギーはほとんど変化していない。つまり、組
成を変えても価電子帯のエネルギーの変化は小さい。一
方、GaInPへAlを添加すると、伝導帯エネルギー
は大きくなり価電子帯エネルギーは小さくなる。その変
化は価電子帯側の方が大きい。従来、GaAs基板上構
造では大きなAl組成のAlGaInPを光ガイド層に
する必要があり、GaInP量子井戸層との間に大きな
価電子帯側のバンド不連続を有していた。つまり、伝導
帯側のバンド不連続は充分な大きさではなかった。これ
に対し、本発明の第3の実施形態によれば、光ガイド層
5のAl組成を低減できるので、大きな伝導帯バンド不
連続が得られる。これにより、従来AlGaInP系材
料による赤色レーザで問題であった伝導帯側のバンド不
連続が小さいためのキャリア(電子)オーバーフローを
著しく改善することができ、低閾値で温度特性は良好で
あった。このため、従来より素子設計の幅が大きく広が
るので、600nmより短い波長のみならず、600n
mより長い波長の発光素子においても、良好な特性を得
ることができる。
In the third embodiment, the cladding layer 3
Contains Al having a lattice constant between GaP and GaAs.
(AlyGa1-y)βIn1-βPvAs1-v(0
<Y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1), and Ga
From the cladding layer material that can be formed on the As semiconductor substrate 1,
The gap is large, which is advantageous for shortening the wavelength. Also,
(AlzGa1-z)γIn1-γPuAs1-u(0 ≦
a light guide consisting of z <1, 0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1)
Layer 5 and (Alx1Ga1-x1)α1In
1-α1Pt1As1-t1(0 ≦ x1 <1, 0 <α1
≦ 1, 0 ≦ t1 ≦ 1) and (Alx2Ga
1-x2)α2In1-α2Pt2As1-t2(0 ≦ x
2 <1, 0 <α2 ≦ 1, 0 ≦ t2 ≦ 1)
To form an SCH structure.
The Al composition of the guide layer 5 can be reduced, and the non-radiative recombination current can be reduced.
Improved luminous efficiency by reducing the surface recombination current
In the case of a laser, the end face is hardly deteriorated.
Thus, stable operation is possible even at high output. Also clad
The well layer may have a strain with respect to the layer 3 and the barrier layer
The direction of strain of the well layer is
Good quantum well structure can be obtained by compensating for distortion.
You. In addition, by using a multiple quantum well structure, sufficient carriers can be obtained.
It becomes possible to confine it to the well layer. In addition,
Make the energy gap narrower than the material (narrow gap
). Further, GaInP is Ga
Decreasing the composition increases the lattice constant and
The gap becomes smaller. Sandip et al. (App
l. Phys. Lett. 60, 1992, pp630
~ 632) to estimate the band discontinuity
Change in the band gap occurs on the conduction band side and the valence band
The energy on the side has hardly changed. In other words,
Even if the composition is changed, the change in valence band energy is small. one
On the other hand, when Al is added to GaInP, the conduction band energy
Increases and the valence band energy decreases. That strange
The conversion is larger on the valence band side. Conventionally, on a GaAs substrate
In the structure, AlGaInP with a large Al composition is used for the light guide layer.
And a large gap between the GaInP quantum well layer
It had band discontinuity on the valence band side. In other words, conduction
The band discontinuity on the band side was not large enough. this
On the other hand, according to the third embodiment of the present invention, the light guide layer
5 can be reduced, so that a large conduction band
A continuity is obtained. Thereby, the conventional AlGaInP-based material
Band in the conduction band which was a problem with the red laser
Carrier (electron) overflow due to small continuity
The temperature characteristics can be improved at a low threshold
there were. For this reason, the width of element design is wider and wider than before.
Therefore, not only wavelengths shorter than 600 nm but also 600 n
good characteristics even for light emitting elements with wavelengths longer than
Can be

【0037】また、本発明の第4の実施形態では、上記
第1,第2または第3の実施形態の半導体発光素子にお
いて、活性層2は、Asを含んでいる(AlGa
1−x)αIn1−αAs1−t(0≦x<1、0<
α1≦1、0≦t≦1)からなっている。
In the fourth embodiment of the present invention, in the semiconductor light emitting device of the first, second or third embodiment, the active layer 2 contains As (Al x Ga).
1−x ) α In 1−α Pt As 1−t (0 ≦ x <1, 0 <
α1 ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1).

【0038】この第4の実施形態では、Asの添加はバ
ンドギャップを小さくするので、格子定数がGaPに近
く大きなバンドギャップであるクラッド層3を用いた場
合でも、635nm,650nm帯等の600nmより
長波長の素子に対応できる。すなわち、従来のGaAs
半導体基板上の635nm,650nm帯の素子に比べ
て大きなバンドギャップのクラッド層3となり、キャリ
アのオーバーフローが低減され、高温安定動作など良好
な素子特性を得ることができる。
In the fourth embodiment, the addition of As decreases the band gap. Therefore, even when the cladding layer 3 having a large band gap close to GaP is used, the band gap is lower than 600 nm in the 635 nm and 650 nm bands. Applicable to long wavelength devices. That is, the conventional GaAs
The clad layer 3 has a larger band gap than the 635 nm and 650 nm band devices on the semiconductor substrate, so that carrier overflow is reduced and good device characteristics such as stable operation at high temperatures can be obtained.

【0039】また、本発明の第5の実施形態では、上記
第2,第3または第4の実施形態の半導体発光素子にお
いて、光ガイド層5は、Alを含まないGaγIn
1−γ As1−u(0.5<γ<1、0<u≦1)か
らなっている。
In the fifth embodiment of the present invention,
In the semiconductor light emitting device of the second, third or fourth embodiment,
The light guide layer 5 is made of Ga that does not contain Al.γIn
1-γP uAs1-u(0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1)
It has become.

【0040】この第5の実施形態は、格子定数がGaA
sより小さくなるとバンドギャップが大きくなり、同じ
バンドギャップの材料を得るためにはAl組成を低減で
きることに着目してなされたものであり、この第5の実
施形態によれば、従来に比べて光ガイド層5のAl組成
を低減できる。例えばGaAs半導体基板1上の赤色レ
ーザでは、通常、バンドギャップ波長が570nm程度
の(Al0.5Ga .5)0.5In0.5Pが用いら
れているが、第5の実施形態のGaPとGaAsとの間
の格子定数を有する材料によると、Alを含まないGa
0.7In .3Pによりこのバンドギャップ波長が達
成される。このため、635nm,650nm帯等の赤
色レーザにおいても、活性領域をAlを含まない材料で
形成でき、Alに起因する非発光再結合電流,表面再結
合電流を低減できること等により、発光効率を向上させ
ることができ、端面劣化しにくくなり、高出力でも安定
動作が可能となる。
In the fifth embodiment, the lattice constant is GaAs.
When s is smaller than s, the band gap increases, and attention has been paid to the fact that the Al composition can be reduced in order to obtain a material having the same band gap. According to the fifth embodiment, the light The Al composition of the guide layer 5 can be reduced. For example, the red laser on a GaAs semiconductor substrate 1, typically a band gap wavelength of about 570nm is (Al 0.5 Ga 0 .5) 0.5 In 0.5 P is used, the fifth embodiment According to the material having a lattice constant between GaP and GaAs, Ga containing no Al
0.7 In 0 . This band gap wavelength is achieved by 3 P. Therefore, even in a red laser having a wavelength of 635 nm or 650 nm or the like, the active region can be formed of a material containing no Al, and the non-radiative recombination current and the surface recombination current caused by Al can be reduced, thereby improving the luminous efficiency. The end face is hardly deteriorated, and stable operation is possible even at high output.

【0041】また、本発明の第6の実施形態では、上記
第1,第2,第3,第4または第5の実施形態の半導体
発光素子において、クラッド層はAsを含んでいる(A
Ga1−y)βIn1−βvAs1−v(0<y≦
1、0.5<β<1、0<v<1)からなっている。
According to the sixth embodiment of the present invention, in the semiconductor light emitting device of the first, second, third, fourth or fifth embodiment, the cladding layer contains As (A
l y Ga 1-y) β In 1-β P v As 1-v (0 <y ≦
1, 0.5 <β <1, 0 <v <1).

【0042】(100)面や(100)からの傾きが小さい
GaP,GaAs,GaP0.4As0 .6基板上にMOCV
D法等でAlGaInPを成長すると、成長表面にヒロ
ックと呼ばれる丘状欠陥が多数観察された。これは、A
lInP等のAl組成が大きい場合に特に顕著であっ
た。このヒロックが成長層中に多数存在すると、レー
ザ,LED等のデバイス特性を悪くしたり、歩留まりを
落とす原因となり、生産上好ましくない。成長中にAl
またはGaがドロップレットを形成し、これが核となっ
てヒロックが形成される。本願の発明者らは、AlGa
InP成長中にAsを含ませることでヒロックの密度を
激減できることを見い出した。図11(a),(b)には、
(100)面から[110]方向に2°offしたGaP
0.4As0.6エピ基板上のAlInP(図11(a))とA
lInPAs(図11 (b))の表面ノマルスキー(表面
モフォロジー)写真を示す。ここで、図11(a)のA
lInPと図11(b)のAlInPAsとは、750
℃で成長した。AlInPAsのAs組成は約10%で
あった。ヒロックは成長条件にも依存し、AlInPの
成長温度を700℃から750℃に上げることでヒロッ
ク密度を低減できたが、図11(a)に示すようにまだ多
い。しかしながら、Asを添加することで、図11
(b)に示すように、ヒロック密度を激減させることがで
きた。成長温度を700℃に下げても同様にヒロック密
度が激減した。これは、AlまたはGaのドロップレッ
ト形成が抑えられるためであると考えられる。As組成
がわずかでも効果があり、As組成が大きいほど、ヒロ
ック密度の低減効果は大きかった。As添加によるヒロ
ック低減効果により、デバイス特性の悪化,歩留まり低
下を抑えることができる。
[0042] (100) plane and (100) slope from the small GaP, MOCV GaAs, the GaP 0.4 As 0 .6 substrate
When AlGaInP was grown by the D method or the like, many hill-shaped defects called hillocks were observed on the growth surface. This is A
This was particularly noticeable when the Al composition such as lInP was large. If a large number of hillocks are present in the growth layer, the characteristics of devices such as lasers and LEDs are deteriorated, and the yield is lowered, which is not preferable in production. Al during growth
Alternatively, Ga forms droplets, which serve as nuclei to form hillocks. The inventors of the present application provide AlGa
It has been found that the inclusion of As during the growth of InP can dramatically reduce the hillock density. In FIGS. 11A and 11B,
GaP 2 ° off from (100) plane in [110] direction
AlInP on 0.4 As 0.6 epi-substrate (Fig. 11 (a)) and A
A surface Nomarski (surface morphology) photograph of 1InPAs (FIG. 11B) is shown. Here, A in FIG.
lInP and AlInPAs in FIG.
Grown at ℃. The As composition of AlInPAs was about 10%. The hillocks also depended on the growth conditions, and the hillock density could be reduced by raising the growth temperature of AlInP from 700 ° C. to 750 ° C., but there are still many hillocks as shown in FIG. However, by adding As, FIG.
As shown in (b), the hillock density could be drastically reduced. Even when the growth temperature was lowered to 700 ° C., the hillock density also decreased dramatically. This is presumably because the formation of Al or Ga droplets is suppressed. The effect was small even with a small As composition, and the higher the As composition, the greater the effect of reducing the hillock density. Due to the hillock reduction effect of As addition, deterioration of device characteristics and reduction in yield can be suppressed.

【0043】また、本発明の第7の実施形態では、上記
第2,第3,第4,第5または第6の実施形態の半導体
発光素子において、井戸層の格子定数は、クラッド層よ
り大きく、圧縮歪を有しているものとなっている。
According to the seventh embodiment of the present invention, in the semiconductor light emitting device of the second, third, fourth, fifth or sixth embodiment, the lattice constant of the well layer is larger than that of the cladding layer. , And has a compression strain.

【0044】従来のGaAs基板上の635nm帯レー
ザでは、圧縮歪井戸層にするとバンドギャップが小さい
材料(主にGaInP)となり、井戸幅が狭くなりす
ぎ、界面の影響が大きくなって良好な性能が得られ難い
ことから、引張り歪井戸層が用いられている。このた
め、偏光はTMモードとなっていた。これに対し、本発
明の第6の実施形態では、バンドギャップが大きくなる
ので、クラッド層3より格子定数が大きい材料を井戸層
に用いても、最適な厚さの量子井戸層を形成でき、高性
能の圧縮歪635nm帯レーザ構造を容易に得ることが
できる。また、圧縮歪を有することで偏光はTEモード
となり、一般的な他の波長帯のレーザと同じになり光学
系を変更しないで使用できるなど、応用上都合が良い。
In the conventional 635 nm band laser on a GaAs substrate, a material having a small band gap (mainly GaInP) is formed in a compression strain well layer, the well width becomes too narrow, and the influence of the interface becomes large, resulting in good performance. Since it is difficult to obtain, a tensile strain well layer is used. For this reason, the polarization was in the TM mode. On the other hand, in the sixth embodiment of the present invention, the band gap is increased, so that a quantum well layer having an optimal thickness can be formed even if a material having a larger lattice constant than the cladding layer 3 is used for the well layer. A high-performance 635 nm band laser structure with a compression strain can be easily obtained. In addition, the presence of the compressive strain causes the polarized light to be in the TE mode, becomes the same as a laser in a general other wavelength band, and can be used without changing the optical system, which is convenient for application.

【0045】また、本発明の第8の実施形態では、第
1,第2,第3,第4,第5,第6または第7の実施形
態の半導体発光素子において、半導体基板1はGaPA
sからなり、この半導体基板1上にヘテロ接合部4が結
晶成長されている。
According to the eighth embodiment of the present invention, in the semiconductor light emitting device of the first, second, third, fourth, fifth, sixth or seventh embodiment, the semiconductor substrate 1 is made of GaPA.
The heterojunction 4 is crystal-grown on the semiconductor substrate 1.

【0046】この第8の実施形態では、GaPとGaA
sとの間の格子定数となるGaPAsを、GaPまたは
GaAs基板1上に厚く(例えば30μmの厚さに)成
長し、実質的にGaPAs基板とみなせるものをVPE
(気相成長)法等により成長可能である。そして、最上
部をヘテロ接合部4(少なくともクラッド層3)の格子
定数と同じにすることで、格子不整なく本材料系を成長
することができる。
In the eighth embodiment, GaP and GaAs are used.
GaPAs, which has a lattice constant between GaAs and s, is grown thickly (for example, to a thickness of 30 μm) on a GaP or GaAs substrate 1, and a material that can be substantially regarded as a GaPAs substrate is VPE.
It can be grown by a (vapor phase growth) method or the like. By making the uppermost portion the same as the lattice constant of the heterojunction 4 (at least the cladding layer 3), the present material system can be grown without lattice irregularity.

【0047】また、本発明の第9の実施形態では、第
1,第2,第3,第4,第5,第6または第7の実施形
態の半導体発光素子において、半導体基板1はGaAs
またはGaPからなり、図4に示すように、半導体基板
1とクラッド層3との間に両者の格子不整を緩和する緩
和バッファ層6を介してヘテロ接合部4が結晶成長され
ている。
According to the ninth embodiment of the present invention, in the semiconductor light emitting device of the first, second, third, fourth, fifth, sixth or seventh embodiment, the semiconductor substrate 1 is made of GaAs.
Alternatively, as shown in FIG. 4, the heterojunction 4 is crystal-grown between the semiconductor substrate 1 and the cladding layer 3 via the buffer layer 6 for relaxing lattice mismatch between the two.

【0048】この第9の実施形態では、GaAsまたは
GaP基板1上に格子不整を緩和する緩和バッファ層6
を介してヘテロ接合部4を形成することで、格子不整が
緩和されてヘテロ接合部4を成長できる。また、一貫し
て同じ結晶成長装置で連続して成長を行なうことがで
き、一台の装置で済むので容易でありコスト的にメリッ
トがある。
In the ninth embodiment, a buffer layer 6 for reducing lattice mismatch is formed on a GaAs or GaP substrate 1.
By forming the heterojunction 4 through the interface, the lattice mismatch can be reduced and the heterojunction 4 can be grown. In addition, the same crystal growth apparatus can be used for continuous and continuous growth, and only one apparatus is required.

【0049】なお、第9の実施形態の半導体発光素子に
おいて、緩和バッファ層6は、その格子定数が半導体基
板1の格子定数から成長方向に徐々に変化してクラッド
層3の格子定数に近づくグレーデッド層として構成でき
る。
In the semiconductor light emitting device of the ninth embodiment, the relaxation buffer layer 6 has a lattice constant whose lattice constant gradually changes from the lattice constant of the semiconductor substrate 1 in the growth direction and approaches the lattice constant of the cladding layer 3. Can be configured as a dead layer.

【0050】このように、グレーデッド層を緩和バッフ
ァ層6として用いる場合には、格子緩和が徐々に起こる
ので、貫通転位がグレーデッド層より上層に成長するこ
とを防ぐことができ、ヘテロ接合部4の結晶性を低下さ
せないで済む。
As described above, when a graded layer is used as the relaxation buffer layer 6, since lattice relaxation occurs gradually, threading dislocations can be prevented from growing above the graded layer, and the heterojunction can be prevented. The crystallinity of No. 4 need not be reduced.

【0051】また、第9の実施形態の半導体発光素子に
おいて、緩和バッファ層6は、少なくとも2種類の格子
定数の違う材料を交互に積層した歪超格子構造として構
成することもできる。
In the semiconductor light emitting device according to the ninth embodiment, the relaxation buffer layer 6 may have a strained superlattice structure in which at least two kinds of materials having different lattice constants are alternately stacked.

【0052】このように、歪超格子構造を緩和バッファ
層6として用いる場合には、格子緩和に伴う結晶欠陥を
この歪超格子構造内に閉じ込めることができ、ヘテロ接
合部4の結晶性の低下を防ぐことができる。
As described above, when a strained superlattice structure is used as the relaxation buffer layer 6, crystal defects caused by lattice relaxation can be confined within the strained superlattice structure, and the crystallinity of the heterojunction 4 is degraded. Can be prevented.

【0053】また、第9の実施形態の半導体発光素子に
おいて、緩和バッファ層6は、クラッド層3の成長温度
より低い温度で成長した低温バッファ層として構成する
ことができる。
In the semiconductor light emitting device of the ninth embodiment, the buffer layer 6 can be configured as a low-temperature buffer layer grown at a temperature lower than the growth temperature of the cladding layer 3.

【0054】このように、低温バッファ層を緩和バッフ
ァ層6として用いる場合には、格子緩和に伴う結晶欠陥
をこの低温バッファ層内に閉じ込めることができ、ヘテ
ロ接合部4の結晶性の低下を防ぐことができる。
As described above, when the low-temperature buffer layer is used as the relaxation buffer layer 6, crystal defects caused by lattice relaxation can be confined in the low-temperature buffer layer, and a decrease in the crystallinity of the hetero junction 4 can be prevented. be able to.

【0055】また、上記の各例において、緩和バッファ
層6には、GaInPまたはGaPAsを用いることが
できる。
In each of the above examples, GaInP or GaPAs can be used for the relaxation buffer layer 6.

【0056】GaPAsまたはGaInPは三元材料で
あり制御が容易である。GaPAsを用いる場合、半導
体基板1がGaP基板の時はGaPにAsを加えるだけ
で良く、また、半導体基板1がGaAs基板の時はGa
AsにPを加えるだけで良く、制御しやすい。また、G
aInPの場合は、蒸気圧が高いV族がPだけなので、
特に歪超格子構造を成長するとき界面の制御がしやす
い。
GaPAs or GaInP is a ternary material and can be easily controlled. When using GaPAs, it is only necessary to add As to GaP when the semiconductor substrate 1 is a GaP substrate, and Ga is used when the semiconductor substrate 1 is a GaAs substrate.
It is only necessary to add P to As, and control is easy. G
In the case of aInP, P is the only V group with a high vapor pressure,
In particular, the interface can be easily controlled when growing a strained superlattice structure.

【0057】また、上記第8または第9の実施形態の半
導体発光素子において、半導体基板1の面方位は、(1
00)面から[011]方向に0°から54.7°の範囲
で傾いた面、または、(100)面から[0―11]方向に
10°から54.7°の範囲で傾いた面、または、これ
らと等価な面であるのが良い。
In the semiconductor light emitting device of the eighth or ninth embodiment, the plane orientation of the semiconductor substrate 1 is (1
A plane inclined in the range of 0 ° to 54.7 ° from the (00) plane in the [011] direction, or a plane inclined in a range of 10 ° to 54.7 ° in the [0-11] direction from the (100) plane. Or an equivalent plane.

【0058】すなわち、半導体基板1の面方位を、(1
00)面から[011]方向に0°から54.7°の範
囲で傾いたものとすることで、または、(100)面か
ら[0―11]方向に10°から54.7°の範囲で傾
いたものとすることで、自然超格子の形成を抑制でき、
自然超格子が形成された場合に比べて同じ組成比でワイ
ドギャップとなるので短波長化に有利となる。また、端
面型レーザは、通常、へき開面を共振器に用いる。基板
1の面方位を上記の方向に傾けると、傾けた方向に対し
て垂直方向のへき開面は垂直とならないが、傾けた方向
にへき開すると垂直面が得られ、レーザの共振器にでき
る。上記方向以外に傾けると、へき開面は垂直とならな
いので好ましくない。また、基板の面方位を(100)面
から傾けることで、ヒロック密度を低減できる。これに
より、デバイス特性の悪化,歩留まり低下を抑えること
ができる。
That is, the plane orientation of the semiconductor substrate 1 is set to (1
(00) plane in the range of 0 ° to 54.7 ° in the [011] direction, or (100) plane in the range of 10 ° to 54.7 ° in the [0-11] direction. The formation of a natural superlattice can be suppressed by
As compared with the case where a natural superlattice is formed, a wide gap is formed at the same composition ratio, which is advantageous for shortening the wavelength. In addition, an end face type laser usually uses a cleavage plane for a resonator. If the plane orientation of the substrate 1 is inclined in the above direction, the cleavage plane in the direction perpendicular to the inclination direction is not perpendicular, but if it is cleaved in the inclined direction, a vertical plane is obtained and a laser resonator can be formed. It is not preferable to incline in the direction other than the above direction, since the cleavage plane does not become vertical. The hillock density can be reduced by inclining the plane orientation of the substrate from the (100) plane. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the device characteristics and the yield.

【0059】また、上記第8または第9の実施形態の半
導体発光素子において、ヘテロ接合部が結晶成長される
に先立って、GaPAs基板表面が機械的研磨により平
坦化され、または、緩和バッファ層成長後であってヘテ
ロ接合部が結晶成長される前の表面が機械的研磨により
平坦化されているのが良い。
In the semiconductor light emitting device according to the eighth or ninth embodiment, the surface of the GaPAs substrate is flattened by mechanical polishing before growth of the heterojunction, or growth of the buffer layer is performed. The surface afterwards and before the crystal growth of the heterojunction is preferably planarized by mechanical polishing.

【0060】GaPAs基板1の表面、または、緩和バ
ッファ層6成長後の表面上には、通常、格子不整にかか
わるクロスハッチ状の凹凸ができる。この凹凸はその上
にヘテロ接合部4を成長した時の新たな結晶欠陥発生の
起源となり得る。研磨により平坦にし、その上にヘテロ
接合部4を成長することで、これを防ぐことができる。
On the surface of the GaPAs substrate 1 or on the surface after the growth of the buffer layer 6, cross-hatched irregularities related to lattice irregularity are usually formed. These irregularities can be a source of generation of new crystal defects when the heterojunction 4 is grown thereon. This can be prevented by flattening by polishing and growing the heterojunction 4 thereon.

【0061】また、第8または第9の実施形態の半導体
発光素子において、半導体基板1と上記ヘテロ接合部4
との間に、層の界面の上面が下面(基板側)より平坦であ
る層を含むこともできる。
Further, in the semiconductor light emitting device of the eighth or ninth embodiment, the semiconductor substrate 1 and the hetero junction 4
And a layer in which the upper surface of the interface of the layer is flatter than the lower surface (substrate side).

【0062】すなわち、GaPAs基板1の表面、また
は、緩和バッファ層6成長後の表面上には、通常、格子
不整にかかわるクロスハッチ状の凹凸ができる。この凹
凸は、その上にヘテロ接合部4を成長した時の新たな結
晶欠陥発生の起源となり得る。このような凹凸を埋め込
んで成長する層を含むと、その上層は平坦になり、これ
を防ぐことができる。
That is, on the surface of the GaPAs substrate 1 or the surface after the growth of the relaxation buffer layer 6, cross-hatched irregularities related to lattice irregularity are usually formed. These irregularities can be the origin of the generation of new crystal defects when the heterojunction 4 is grown thereon. When a layer that grows by embedding such irregularities is included, the upper layer becomes flat, which can be prevented.

【0063】なお、この場合、層の界面の上面が下面
(基板側)より平坦である層は、Seを5×1018cm
−3以上にドープしたGaInPとすることができる。
In this case, the upper surface of the interface between the layers is the lower surface.
The layer that is flatter than the (substrate side) has Se of 5 × 10 18 cm.
GaInP doped to -3 or more can be used.

【0064】すなわち、本願の発明者は、Seを高濃度
にドープしたGaInPは、凹凸を埋め込んで成長する
性質を有していることを見出した。これにより、層の界
面の上面が下面(基板側)より平坦となるので、ヘテロ
接合部4を成長した時の凹凸を起源とする新たな結晶欠
陥発生を防ぐができる。
That is, the inventor of the present application has found that GaInP doped with Se at a high concentration has a property of growing by embedding irregularities. As a result, the upper surface of the interface of the layer becomes flatter than the lower surface (substrate side), so that it is possible to prevent the generation of new crystal defects originating from the irregularities when the heterojunction 4 is grown.

【0065】また、第9の実施形態の半導体発光素子に
おいて、緩和バッファ層6は、Seを5×1018cm
−3以上にドープしたGaInPであるのが良い。
In the semiconductor light emitting device according to the ninth embodiment, the relaxation buffer layer 6 has a thickness of 5 × 10 18 cm.
GaInP doped to -3 or more is preferable.

【0066】すなわち、格子不整にかかわるクロスハッ
チ状の凹凸を発生させる起源となる緩和バッファ層6自
体に、凹凸を埋め込んで成長する性質を有しているSe
を高濃度にドープしたGaInPを用いることで、格子
不整を緩和する効果,表面を平坦にする効果を併せもた
せることができ、トータルの成長層の厚さを低減でき
る。
That is, Se has the property of growing by embedding the irregularities in the relaxation buffer layer 6 itself, which is the origin of generating cross-hatch irregularities related to lattice irregularities.
By using GaInP doped with a high concentration of, the effect of alleviating lattice irregularity and the effect of flattening the surface can be obtained, and the total thickness of the grown layer can be reduced.

【0067】また、上述した各例の半導体発光素子にお
いて、ヘテロ接合部4は、有機金属気相成長法(MOC
VD)または分子線エピタキシー法(MBE)により、こ
れを成長させることができる。
In each of the semiconductor light emitting devices of the above-described examples, the heterojunction 4 is formed by metal organic chemical vapor deposition (MOC).
It can be grown by VD) or molecular beam epitaxy (MBE).

【0068】すなわち、AlGaInP(As)系材料
は、溶液から固相へのAlの偏析係数が大きく、組成制
御の点から液層成長は困難である。また、ハロゲン輸送
法による気相成長法(VPE)は、原料であるAlCl
が石英反応管を腐食する問題があり困難である。一方、
有機金属気相成長法(MOCVD)または分子線エピタ
キシー法(MBE)は非平衡性の高い成長方法であり、
成長がIII族原料供給律則となっているので、これらの
材料の成長には極めて有効であり容易に成長できる。
That is, the AlGaInP (As) -based material has a large segregation coefficient of Al from a solution to a solid phase, and it is difficult to grow a liquid layer from the viewpoint of controlling the composition. In addition, vapor phase epitaxy (VPE) by the halogen transport method uses the raw material AlCl
However, it is difficult to corrode the quartz reaction tube. on the other hand,
Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE) are highly non-equilibrium growth methods.
Since growth is governed by the group III raw material supply rule, these materials are extremely effective for growth and can be easily grown.

【0069】また、緩和バッファ層6についても、これ
を有機金属気相成長法(MOCVD)または分子線エピタ
キシー法(MBE)により、成長させることができる。
The relaxation buffer layer 6 can also be grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE).

【0070】この場合には、ヘテロ接合部の結晶成長装
置と同じ装置で連続して成長を行なうことができ、一台
の装置で済むので、容易でありコスト的にメリットがあ
る。
In this case, continuous growth can be performed with the same device as the crystal growth device for the heterojunction, and only one device is required.

【0071】[0071]

【実施例】以下に本発明に係る実施例について説明す
る。なお、以下の実施例1〜実施例7においては、半導
体発光素子(半導体レーザ素子)の基本構成は、図5の
ようになっている。すなわち、各実施例ごとに材料や組
成等を相違しているが、各実施例の基本構成は図5のも
のとなっている。従って、実施例1〜実施例7では、便
宜上、実施例1〜実施例7の半導体発光素子が図5の基
本構成のものとなっているとして説明する。なお、図5
の半導体発光素子は、層構造としてはSCH−SQW構
造である。
Embodiments of the present invention will be described below. In the following Examples 1 to 7, the basic configuration of the semiconductor light emitting device (semiconductor laser device) is as shown in FIG. That is, although the material, composition, and the like are different for each embodiment, the basic configuration of each embodiment is as shown in FIG. Therefore, in Examples 1 to 7, for convenience, the semiconductor light emitting devices of Examples 1 to 7 will be described as having the basic configuration of FIG. FIG.
Has a SCH-SQW structure as a layer structure.

【0072】実施例1 実施例1では、まず(100)面から[011]方向に
15°offしたGaAs基板11上に、MOCVD法
により、Ga組成を0.5から0.7まで徐々に変化さ
せSeを5×1018cm−3以上にドープした膜厚が
2μmのn−GaInPグレーデッドバッファ層12を
積層し、その上に表面平坦化層としてSeを5×10
18cm−3以上にドープしたn−Ga0.7In
0.3Pからなる膜厚が1μmの組成均一層13を成長
し、格子不整合を緩和させる。Seをドープすることに
より格子緩和に伴うクロスハッチ状の凹凸が低減され
た。実験によると、Seを高濃度(5×1018cm
以上が好ましい)にドープしたGaInPは凹凸を埋め
込んで成長する性質を有していることがわかった。つま
り、Seをドープしたn−Ga0.7In0.3P組成
均一層13の界面の上面が下面(基板側)より平坦であ
った。平坦でない表面上にヘテロ接合部を成長すると、
この凹凸を起源とする新たな結晶欠陥が発生していた
が、平坦にすることで、これを防ぐことができた。グレ
ーデッド層にSeを高濃度に添加したので表面平坦化の
効果が得られ表面平坦化層を薄くすることができた。
Example 1 In Example 1, first, the Ga composition was gradually changed from 0.5 to 0.7 by MOCVD on the GaAs substrate 11 turned off by 15 ° in the [011] direction from the (100) plane. Then, an n-GaInP graded buffer layer 12 having a thickness of 2 μm and doped with Se to 5 × 10 18 cm −3 or more is laminated, and Se is formed thereon as a surface flattening layer.
N-Ga 0.7 In doped to 18 cm −3 or more
A composition uniform layer 13 made of 0.3 P and having a thickness of 1 μm is grown to reduce lattice mismatch. By doping Se, cross hatch-like irregularities due to lattice relaxation were reduced. Experiments have shown that Se is highly concentrated (5 × 10 18 cm 3
(Preferably the above) GaInP doped has the property of growing by embedding irregularities. That is, the upper surface of the interface of the Se-doped n-Ga 0.7 In 0.3 P composition uniform layer 13 was flatter than the lower surface (substrate side). When growing a heterojunction on an uneven surface,
A new crystal defect originating from the unevenness was generated, but this could be prevented by flattening. Since Se was added at a high concentration to the graded layer, the surface flattening effect was obtained, and the surface flattening layer could be thinned.

【0073】次に、GaPとGaAsとの間の格子定数
であってGa0.7In0.3Pの格子定数と等しいn
−(AlGa1−y)βIn1−βvAs1−v(y
=1、β=0.7、v=1)クラッド層14(膜厚が1
μm)、(AlGa1−z) γIn1−γAs
1−u(z=0.1、γ=0.7、u=1)光ガイド層1
5(膜厚が0.1μm)、圧縮歪を有する(AlGa
1−x)αIn1−αAs1−t(x=0、α=0.
6、t=1)単一量子井戸活性層16(膜厚が8n
m)、(AlGa1−z)γIn1−γAs1−u
(z=0.1、γ=0.7、u=1)光ガイド層17(膜
厚が0.1μm)、p−(AlGa1−y)βIn
1−βvAs1−v(y=1、β=0.7、v=1)ク
ラッド層18(膜厚が1μm)、p−Ga0.7In
0.3Pキャップ層19(膜厚が0.1μm)、p−G
aAsコンタクト層20(膜厚が0.005μm)を成
長させた。ここで、クラッド層14,18およびガイド
層15,17は、Ga0.7In0.3P組成均一層1
3に格子整合している。
Next, the lattice constant between GaP and GaAs
And Ga0.7In0.3N equal to the lattice constant of P
− (AlyGa1-y)βIn1-βPvAs1-v(Y
= 1, β = 0.7, v = 1) cladding layer 14 (film thickness 1
μm), (AlzGa1-z) γIn1-γPuAs
1-u(z = 0.1, γ = 0.7, u = 1) Light guide layer 1
5 (thickness: 0.1 μm) and compressive strain (AlxGa
1-x)αIn1-αPtAs1-t(x = 0, α = 0.
6, t = 1) single quantum well active layer 16 (film thickness 8n
m), (AlzGa1-z)γIn1-γPuAs1-u
(z = 0.1, γ = 0.7, u = 1) Light guide layer 17 (film
Thickness is 0.1 μm), p- (AlyGa1-y)βIn
1-βPvAs1-v(y = 1, β = 0.7, v = 1)
Lad layer 18 (1 μm thick), p-Ga0.7In
0.3P cap layer 19 (thickness: 0.1 μm), p-G
forming an aAs contact layer 20 (having a thickness of 0.005 μm);
Lengthened. Here, the cladding layers 14, 18 and the guide
The layers 15, 17 are made of Ga0.7In0.3P composition uniform layer 1
3 is lattice-matched.

【0074】そして、コンタクト層20上には、絶縁膜
21としてのSiOとp側電極22とが形成され、ま
た、基板11の裏面にはn側電極23が形成されてい
る。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造とし
て構成されているが、他の構造を用いることもできる。
On the contact layer 20, SiO 2 as an insulating film 21 and a p-side electrode 22 are formed, and on the back surface of the substrate 11, an n-side electrode 23 is formed. Although this semiconductor light emitting device is configured as an insulating film stripe structure, other structures can be used.

【0075】この実施例1では、クラッド層14,18
および光ガイド層15,17が従来のGaAs基板に格
子整合する材料系よりもワイドギャップとなり、この構
造により600nmよりも短い波長595nmで発振す
る半導体レーザが得られた。そして、600nmよりも
短い波長であるのにかかわらず、GaAs基板上の従来
の635nm帯レーザ等に用いられる光ガイド層に比べ
てAl組成を低減することができた。このため、Alに
起因する非発光再結合電流が低減され、発光効率が向上
した。また、表面再結合電流も低減され、端面光劣化の
レベルも高くなり、高出力が得られるようになった。さ
らに、実施例1では量子井戸活性層16にGaInPを
用いている。GaInPはGa組成を小さくすると格子
定数が大きくなるとともにバンドギャップは小さくな
る。Sandipら(Appl.Phys.Lett.
60,1992,pp630〜632)によるバンド不
連続の見積もりを参考にすると、バンドギャップの変化
は主に伝導帯側で起こり、価電子帯側のエネルギーはほ
とんど変化していない。つまり、組成を変えても価電子
帯のエネルギーの変化は小さい。一方、GaInPへA
lを添加すると、伝導帯エネルギーは大きくなり、価電
子帯エネルギーは小さくなる。その変化は、価電子帯側
の方が大きい。従来、GaAs基板上構造では、大きな
Al組成のAlGaInPを光ガイド層にする必要があ
り、GaInP量子井戸層との間に大きな価電子帯側の
バンド不連続を有していた。つまり、伝導帯側のバンド
は充分な大きさではなかった。本発明によれば、光ガイ
ド層15,17のAl組成を低減できるので、大きな伝
導帯バンド不連続が得られる。これにより、従来AlG
aInP系材料による赤色レーザで問題があった伝導帯
側のバンド不連続が小さいためのキャリア(電子)オー
バーフローを著しく改善することができ、低閾値で温度
特性は良好であった。
In the first embodiment, the cladding layers 14 and 18
In addition, the light guide layers 15 and 17 have a wider gap than a material system lattice-matched to a conventional GaAs substrate, and a semiconductor laser oscillating at a wavelength of 595 nm shorter than 600 nm can be obtained by this structure. In spite of the wavelength shorter than 600 nm, the Al composition could be reduced as compared with the conventional light guide layer used for a 635 nm band laser on a GaAs substrate. Therefore, the non-radiative recombination current caused by Al was reduced, and the luminous efficiency was improved. In addition, the surface recombination current was reduced, the level of end face light degradation was increased, and a high output was obtained. Further, in the first embodiment, GaInP is used for the quantum well active layer 16. In GaInP, when the Ga composition is reduced, the lattice constant increases and the band gap decreases. Sandip et al. (Appl. Phys. Lett.
60, 1992, pp. 630-632), the band gap changes mainly on the conduction band side, and the energy on the valence band side hardly changes. That is, even if the composition is changed, the change in the energy of the valence band is small. On the other hand, A to GaInP
When l is added, the conduction band energy increases and the valence band energy decreases. The change is larger on the valence band side. Conventionally, in a structure on a GaAs substrate, it is necessary to use AlGaInP having a large Al composition for the light guide layer, and there is a large valence band discontinuity between the GaInP quantum well layer and the GaInP quantum well layer. That is, the band on the conduction band side was not large enough. According to the present invention, since the Al composition of the light guide layers 15 and 17 can be reduced, a large conduction band discontinuity can be obtained. Thereby, the conventional AlG
The carrier (electron) overflow due to the small band discontinuity on the conduction band side, which was a problem in the red laser using the aInP-based material, could be significantly improved, and the temperature characteristics were good at a low threshold.

【0076】また、実施例1において、クラッド層1
4,18の組成は、活性層16よりもバンドギャップが
大きく、Alを含んだ(AlGa1−y)βIn1−β
vAs1−v(0<y≦1、0.5<β<1、0<v≦
1)を用いることができる。光ガイド層15,17は、
バンドギャップがクラッド層14,18よりも小さく活
性層16よりも大きく格子定数がクラッド層14,18
と同じである(AlGa1−z)γIn1−γAs
1−u(0≦z<1、0.5<γ<1、0<u≦1)を用
いることができる。また、実施例1では、活性層16
は、単一量子井戸活性層を用いたが、多重量子井戸でも
良い。また、クラッド層14,18のβの値によって格
子定数が変わるが、緩和バッファ層(12,13)の最
上面の格子定数をクラッド層14,18と同じになるよ
うに変えることで対応できる。
In the first embodiment, the cladding layer 1
The compositions of 4, 18 have a band gap larger than that of the active layer 16 and contain (Al y Ga 1-y ) β In 1-β containing Al.
P v As 1-v (0 <y ≦ 1,0.5 <β <1,0 <v ≦
1) can be used. The light guide layers 15 and 17
The band gap is smaller than the cladding layers 14 and 18 and is larger than the active layer 16, and the lattice constant is higher than the cladding layers 14 and 18.
It is the same as (Al z Ga 1-z) γ In 1-γ P u As
1-u (0 ≦ z <1, 0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1) can be used. In the first embodiment, the active layer 16
Used a single quantum well active layer, but may use multiple quantum wells. Although the lattice constant changes depending on the value of β of the cladding layers 14 and 18, it can be dealt with by changing the lattice constant of the uppermost surface of the relaxation buffer layers (12 and 13) to be the same as the cladding layers 14 and 18.

【0077】また、GaAs基板の面方位は、(10
0)面から[011]方向に0°から54.7°の範
囲、または、(100)面から[011]方向に10°
から54.7°の範囲で傾いていると自然超格子の形成
を抑制できるので、バンドギャップの減少を防ぐことが
でき短波長化に有利である。また、端面型レーザは通常
へき開面を共振器に用いる。基板11の面方位を上記の
方向に傾けると、傾けた方向に対して垂直方向のへき開
面は垂直とならないが、傾けた方向にへき開すると垂直
面が得られレーザの共振器にできる。上記方向以外に傾
けると、へき開面は垂直とならないので好ましくない。
また、基板の面方位を(100)面から傾けることで、ヒ
ロック密度を低減でき、これにより、デバイス特性の悪
化,歩留まり低下を抑えることができる。また、実施例
1では、格子緩和バッファ層12,13とヘテロ接合部
とをMOCVD法により1回で成長しており、1台の装
置で済むので容易でありコスト的にメリットがある。ま
た、図5の構造は、MBE法(分子線エピタキシー)で
も成長できる。ヘテロ接合部であるAlGaInP(A
s)系材料は溶液から固相へのAlの偏析係数が大きく
組成制御の点から液層成長は困難である。また、ハロゲ
ン輸送法による気相成長法(VPE)は原料であるAl
Clが石英反応管を腐食する問題があり困難である。一
方、有機金属気相成長法(MOCVD)または分子線エ
ピタキシー法(MBE)は非平衡性の高い成長方法であ
り、成長がIII族原料供給律則となっているので、これ
らの材料の成長には極めて有効であり容易に成長でき
る。実施例1では、半導体レーザについて説明したが、
発光ダイオードにも応用できる。
The plane orientation of the GaAs substrate is (10
0) A range of 0 ° to 54.7 ° in the [011] direction from the plane, or 10 ° in the [011] direction from the (100) plane.
When it is tilted within a range of 54.7 ° from the range, formation of a natural superlattice can be suppressed, and a decrease in band gap can be prevented, which is advantageous for shortening the wavelength. In addition, an end face type laser usually uses a cleavage plane for a resonator. If the plane orientation of the substrate 11 is inclined in the above direction, the cleavage plane in the direction perpendicular to the inclination direction is not perpendicular, but if the cleavage is performed in the inclined direction, a vertical plane is obtained and a laser resonator can be formed. It is not preferable to incline in the direction other than the above direction, since the cleavage plane does not become vertical.
Further, by inclining the plane orientation of the substrate from the (100) plane, the hillock density can be reduced, thereby suppressing the deterioration of device characteristics and the decrease in yield. In the first embodiment, the lattice relaxation buffer layers 12 and 13 and the heterojunction are grown once by the MOCVD method, and only one device is required. The structure shown in FIG. 5 can also be grown by MBE (molecular beam epitaxy). A heterojunction AlGaInP (A
s) The material has a large segregation coefficient of Al from a solution to a solid phase, and it is difficult to grow a liquid layer from the viewpoint of composition control. In addition, the vapor phase epitaxy (VPE) by the halogen transport method uses Al as a raw material.
It is difficult because Cl corrodes the quartz reaction tube. On the other hand, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE) are highly non-equilibrium growth methods, and the growth is governed by the group III raw material supply rule. Is extremely effective and can grow easily. In the first embodiment, the semiconductor laser has been described.
Also applicable to light emitting diodes.

【0078】実施例2 実施例2はAsを含んだ量子井戸活性層による635n
m,650nm等の赤色レーザへの応用例となってい
る。すなわち、実施例2では、量子井戸活性層にはAs
が含まれている。実施例2では、まず(100)面から
[011]方向に15°offしたGaAs基板11上
に、MOCVD法により、Ga組成を0.5から0.7
まで徐々に変化させ、Seを5×1018cm−3以上
にドープした膜厚が2μmのn−GaInPグレーデッ
ドバッファ層12を積層し、その上にSeを5×10
18cm−3以上にドープしたn−Ga0.7In
0.3Pからなる膜厚が1μmの組成均一層13を成長
し、格子不整合を緩和させる。Seを高濃度にドープす
ることにより格子緩和に伴うクロスハッチ状の凹凸が低
減された。つまり、Seをドープしたn−Ga0.7
0.3P組成均一層13の界面の上面が下面(基板
側)より平坦であった。これにより、ヘテロ接合部を成
長した時の凹凸を起源とする新たな結晶欠陥発生を防ぐ
ことができる。
Embodiment 2 In Embodiment 2, 635n of a quantum well active layer containing As is used.
This is an example of application to a red laser of m, 650 nm or the like. That is, in Example 2, the quantum well active layer has As
It is included. In the second embodiment, first, the Ga composition is changed from 0.5 to 0.7 by MOCVD on the GaAs substrate 11 turned off by 15 ° in the [011] direction from the (100) plane.
The n-GaInP graded buffer layer 12 having a film thickness of 2 μm doped with Se to 5 × 10 18 cm −3 or more is laminated thereon, and Se is deposited thereon at 5 × 10 18 cm −3.
N-Ga 0.7 In doped to 18 cm −3 or more
A composition uniform layer 13 made of 0.3 P and having a thickness of 1 μm is grown to reduce lattice mismatch. By doping Se at a high concentration, cross-hatch irregularities due to lattice relaxation were reduced. That is, n-Ga 0.7 I doped with Se
The upper surface of the interface of the n 0.3 P composition uniform layer 13 was flatter than the lower surface (substrate side). As a result, it is possible to prevent the generation of new crystal defects originating from the irregularities when the heterojunction is grown.

【0079】次に、GaPとGaAsとの間の格子定数
であってGa0.7In0.3Pの格子定数と等しいn
−(AlGa1−y)βIn1−βvAs1−v(y=
0.7、β=0.7、v=1)クラッド層14(膜厚が
1μm)、(AlGa1−z)γIn1−γAs
1−u(z=0.1、γ=0.7、u=1)光ガイド層1
5(膜厚が0.1μm)、圧縮歪を有するAsが含まれ
る(AlGa1−x)αIn1−αAs1−t(x
=0、α=0.6、t=0.9)単一量子井戸活性層1
6(膜厚が8nm)、(AlGa1−z)γIn1−γ
As1−u(z=0.1、γ=0.7、u=1)光ガ
イド層17(膜厚が0.1μm)、p−(AlGa
1−y)βIn1−βvAs1−v(y=0.7、β=
0.7、v=1)クラッド層18(膜厚が1μm)、p
−Ga0.7In0.3Pキャップ層19(膜厚が0.
1μm)、p−GaAsコンタクト層20(膜厚が0.
005μm)を成長する。クラッド層14,18および
光ガイド層15,17は、Ga0. In0.3Pに格
子整合している。
Next, n is a lattice constant between GaP and GaAs which is equal to the lattice constant of Ga 0.7 In 0.3 P.
- (Al y Ga 1-y ) β In 1-β P v As 1-v (y =
0.7, β = 0.7, v = 1) cladding layer 14 (film thickness 1 μm), (Al z Ga 1-z ) γ In 1-γ Pu As
1-u (z = 0.1, γ = 0.7, u = 1) Light guide layer 1
(Al x Ga 1 -x ) α In 1 -α Pt As 1 -t (x
= 0, α = 0.6, t = 0.9) Single quantum well active layer 1
6 (thickness 8nm), (Al z Ga 1 -z) γ In 1-γ
P u As 1-u (z = 0.1, γ = 0.7, u = 1) optical guiding layer 17 (thickness 0.1μm), p- (Al y Ga
1-y ) β In 1−β Pv As 1−v (y = 0.7, β =
0.7, v = 1) cladding layer 18 (film thickness 1 μm), p
-Ga 0.7 In 0.3 P cap layer 19 (having a thickness of 0.
1 μm), p-GaAs contact layer 20 (having a thickness of 0.1 μm).
005 μm). The cladding layers 14 and 18 and the light guide layers 15 and 17 are formed of Ga . Lattice-matched to 7 In 0.3 P.

【0080】そして、コンタクト層20上には、絶縁膜
21としてのSiOとp側電極22とが形成され、ま
た、基板11の裏面にはn側電極23が形成されてい
る。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造とし
て構成されているが、他の構造を用いることもできる。
On the contact layer 20, SiO 2 as an insulating film 21 and a p-side electrode 22 are formed, and on the back surface of the substrate 11, an n-side electrode 23 is formed. Although this semiconductor light emitting device is configured as an insulating film stripe structure, other structures can be used.

【0081】実施例2のクラッド層14,18の格子定
数では、AlGaInPの中でバンドギャップが小さい
GaInPを用いても635nmを得るには歪みが1%
を大きく越えてしまい結晶性が低下するので、井戸層1
6にAsを添加してバンドギャップを調整した。もちろ
ん必要な波長が得られるような構造(組成)ならAsを
添加しなくても良い。
In the lattice constant of the cladding layers 14 and 18 of the second embodiment, even if GaInP having a small band gap is used out of AlGaInP, a strain of 1% is required to obtain 635 nm.
Well, and the crystallinity is reduced.
6 was added with As to adjust the band gap. Of course, As may not be added if the structure (composition) can obtain a required wavelength.

【0082】実施例2の構造により、波長635nmで
発振する半導体レーザが得られた。また、圧縮歪量子井
戸活性層16を用いているので、偏光はTEモードであ
った。他の波長帯のレーザの多くはTEモードなので応
用上都合がよい。もちろん、井戸層が直接遷移の材料で
あれば、引張り歪量子井戸活性層を用いてもかまわな
い。直接遷移である引張り歪量子井戸層を用いるために
はクラッド層の格子定数を実施例2のものより大きくす
ることが望ましい。クラッド層14,18および光ガイ
ド層15,17が従来のGaAs基板に格子整合する材
料系よりワイドギャップとなり,バンド不連続が大きく
なった結果、キャリアの閉じ込めは良好になった。ま
た、圧縮歪の効果,量子井戸の効果の他に、ワイドギャ
ップの材料を圧縮歪量子井戸層として用いることができ
るので、従来のGaAs基板に格子定数するクラッド層
を用いた圧縮歪量子井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、
界面の悪影響が低減された。また、光ガイド層のIII族
にしめるAl組成は0.07であり、従来より低減で
き、Alに起因する非発光再結合電流が低減され、発光
効率が向上した。また、表面再結合電流も低減され、端
面光劣化のレベルも向上し、高出力が得られるようにな
った。
With the structure of Example 2, a semiconductor laser oscillating at a wavelength of 635 nm was obtained. Since the compression-strain quantum well active layer 16 was used, the polarization was in the TE mode. Most of the lasers in other wavelength bands are in TE mode, which is convenient for application. Of course, if the well layer is a material of direct transition, a tensile strain quantum well active layer may be used. In order to use a tensile strained quantum well layer which is a direct transition, it is desirable that the lattice constant of the cladding layer be larger than that of the second embodiment. The cladding layers 14 and 18 and the optical guide layers 15 and 17 have a wider gap than a conventional material system lattice-matched to a GaAs substrate, and the band discontinuity is increased. As a result, carrier confinement is improved. In addition to the effect of the compressive strain and the effect of the quantum well, a wide-gap material can be used as the compressive strain quantum well layer. Therefore, the conventional compressive strain quantum well layer using a cladding layer having a lattice constant to a GaAs substrate. The width of the well is thicker than
The adverse effects of the interface have been reduced. Further, the Al composition of the light guide layer, which is made into Group III, is 0.07, which can be reduced as compared with the conventional case, the non-radiative recombination current caused by Al is reduced, and the luminous efficiency is improved. In addition, the surface recombination current is reduced, the level of end face light degradation is improved, and a high output is obtained.

【0083】また、クラッド層14,18の組成は、活
性層16よりバンドギャップが大きく、Alを含んだ
(AlGa1−y)βIn1−βvAs1−v (0<
y≦1、0.5<β<1、0<v≦1)を用いることが
できる。また、光ガイド層15,17は、バンドギャッ
プがクラッド層14,18より小さく活性層16より大
きく格子定数がクラッド層と同じである(AlGa
1−z)γIn1−γAs1−u(0≦z<1、0.
5<γ<1、0<u≦1)を用いることができる。ま
た、実施例2では、単一量子井戸活性層を用いたが、多
重量子井戸でも良い。また、クラッド層14,18のβ
の値によって格子定数が変わるが、格子緩和バッファ層
の最上面の格子定数をクラッド層14,18と同じにな
るように変えることで対応できる。
The composition of the cladding layers 14 and 18 has a larger band gap than the active layer 16 and contains Al.
(Al y Ga 1-y) β In 1-β P v As 1-v (0 <
y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1) can be used. Further, the optical guide layers 15 and 17 have a band gap smaller than that of the cladding layers 14 and 18, larger than that of the active layer 16, and have the same lattice constant as that of the cladding layer (Al z Ga).
1−z ) γ In 1−γ Pu As 1−u (0 ≦ z <1, 0.
5 <γ <1, 0 <u ≦ 1) can be used. In the second embodiment, a single quantum well active layer is used, but a multiple quantum well may be used. Further, β of the cladding layers 14 and 18
Can be dealt with by changing the lattice constant of the uppermost surface of the lattice relaxation buffer layer to be the same as that of the cladding layers 14 and 18.

【0084】また、実施例2のように、GaAs基板1
1の面方位は(100)面から[011]方向に0°か
ら54.7°の範囲、または、(100)面から[01
1]方向に10°から54.7°の範囲で傾いている
と、自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャッ
プの減少を防ぐことができ、短波長化に有利である。ま
た、上記例では、格子緩和バッファ層12,13とヘテ
ロ接合部をMOCVD法により成長したが、MBE法
(分子線エピタキシー)でも成長できる。
Further, as in the second embodiment, the GaAs substrate 1
The plane orientation of 1 ranges from 0 ° to 54.7 ° in the [011] direction from the (100) plane or [011] from the (100) plane.
When it is tilted in the range of 10 ° to 54.7 ° in the [1] direction, formation of a natural superlattice can be suppressed, so that a decrease in band gap can be prevented, which is advantageous for shortening the wavelength. Further, in the above example, the lattice relaxation buffer layers 12 and 13 and the hetero junction are grown by MOCVD, but they can also be grown by MBE (molecular beam epitaxy).

【0085】実施例3 実施例3が実施例2と違うところは格子緩和バッファ層
12の材料である。すなわち、実施例3では、(10
0)面から[011]方向に15°offしたGaAs
基板11上に、MOCVD法により、P組成を0から
0.4まで徐々に変化させ、Seをドープした膜厚が2
μmのn−GaPAsグレーデッド格子緩和バッファ層
12を積層し、その上にSeをドープしたn−GaP
0.4As0. からなる膜厚が1μmの組成均一層1
3を成長し、格子不整合を緩和させた。すなわち、実施
例1,実施例2ではGaInPを格子緩和バッファ層に
用いているが、実施例3ではGaPAsを格子緩和バッ
ファ層に用いている。他は実施例2と同じである。実施
例3においても実施例2と同じ効果を得た。
Embodiment 3 Embodiment 3 is different from Embodiment 2 in the material of the lattice buffer layer 12. That is, in the third embodiment, (10
0) GaAs turned off by 15 ° in [011] direction from plane
The P composition was gradually changed from 0 to 0.4 on the substrate 11 by MOCVD, and the Se-doped film thickness was 2
μm n-GaPAs graded lattice buffer layer 12 is laminated, and Se-doped n-GaP
0.4 As 0. 6 is a uniform composition layer 1 having a thickness of 1 μm.
3 was grown to reduce lattice mismatch. That is, in the first and second embodiments, GaInP is used for the lattice relaxation buffer layer, but in the third embodiment, GaPAs is used for the lattice relaxation buffer layer. Others are the same as the second embodiment. In the third embodiment, the same effect as in the second embodiment was obtained.

【0086】実施例4 実施例4が実施例2と違うところは格子緩和バッファ層
12の構造である。すなわち、実施例4では、(100)
面から[011]方向に15°オフしたGaAs基板1
1上に、MOCVD法により、図6に示すように、Ga
As基板11に格子整合するGa0.5In0.5Pと
クラッド層14の格子定数と同じであるGa0.7In
0.3PとからなるSeを5×1018cm−3以上に
ドープしたn−歪超格子からなる膜厚が2μmの格子緩
和バッファ層(n−GaInP/GaInP超格子バッ
ファ層)12を積層し、その上にSeを5×1018
−3以上にドープしたn−Ga0.7In0.3Pか
らなる1μmの組成均一層13を成長し、格子不整合を
緩和させた。他は実施例2と同じである。実施例4にお
いても実施例2と同じ効果を得た。
Embodiment 4 Embodiment 4 is different from Embodiment 2 in that a lattice buffer layer is provided.
This is the structure of No. 12. That is, in the fourth embodiment, (100)
Substrate 1 turned off by 15 ° in the [011] direction from the surface
As shown in FIG.
Ga lattice-matched to the As substrate 110.5In0.5P and
Ga which is the same as the lattice constant of the cladding layer 140.7In
0.3Se composed of P is 5 × 1018cm-3more than
A 2 μm-thick lattice buffer consisting of a doped n-strain superlattice
Buffer layer (n-GaInP / GaInP superlattice buffer
A), and Se is 5 × 1018c
m -3N-Ga doped above0.7In0.3P
The composition uniform layer 13 of 1 μm consisting of
Relaxed. Others are the same as the second embodiment. Example 4
However, the same effect as in Example 2 was obtained.

【0087】実施例5 実施例5が実施例2と違うところは格子緩和バッファ層
12の構造である。すなわち、実施例5では、(100)
面から[011]方向に15°オフしたGaAs基板1
1上に、MOCVD法により、クラッド層14の格子定
数と同じであるGaP0.4As0.6からなるクラッ
ド層14よりも低温で成長した膜厚が0.1μmのn−
低温格子緩和バッファ層(n−GaPAs低温バッファ
層)12を積層し、その上にSeを5×1018cm
−3以上にドープしたn−Ga0.7In0.3Pから
なる膜厚が2μmの組成均一層13を成長し、格子不整
合を緩和させた。他は実施例2と同じである。実施例5
においても実施例2と同じ効果を得た。
Embodiment 5 Embodiment 5 differs from Embodiment 2 in the structure of the lattice buffer layer 12. That is, in the fifth embodiment, (100)
Substrate 1 turned off by 15 ° in the [011] direction from the surface
On n-type semiconductor layer 1, an n-type semiconductor layer grown at a lower temperature than cladding layer 14 made of GaP 0.4 As 0.6 having the same lattice constant as cladding layer 14 by MOCVD at a lower temperature than 0.1 μm.
Low lattice relaxation buffer layer (n-GaPAs temperature buffer layer) 12 was laminated, thereon Se to 5 × 10 18 cm
A 2 μm-thick compositionally uniform layer 13 of n-Ga 0.7 In 0.3 P doped at −3 or more was grown to reduce lattice mismatch. Others are the same as the second embodiment. Example 5
The same effect as in Example 2 was obtained in

【0088】実施例6 実施例6はAlを含まない光ガイド層による635n
m,650nm等の赤色レーザへの応用例となってい
る。実施例6では、まず(100)面から[011]方向
に15°オフしたGaAs基板11上に、MOCVD法
により、Ga組成を0.5から0.7まで徐々に変化さ
せ、Seを5×1018cm−3以上にドープした膜厚
が2μmのn−GaInPグレーデッドバッファ層12
を積層し、その上にSeを5×1018cm−3以上に
ドープしたn−Ga0.7In0.3Pからなる膜厚が
1μmの組成均一層13を成長し、格子不整合を緩和さ
せる。Seを高濃度にドープすることにより、格子緩和
に伴うクロスハッチ状の凹凸が低減された。つまり、S
eをドープしたn−Ga0.7In0.3P組成均一層
13の界面の上面が下面(基板側)より平坦であった。こ
れにより、ヘテロ接合部成長した時の凹凸を起源とする
新たな結晶欠陥発生を防ぐことができる。
Embodiment 6 Embodiment 6 uses 635n with a light guide layer containing no Al.
This is an example of application to a red laser of m, 650 nm or the like. In the sixth embodiment, the Ga composition is gradually changed from 0.5 to 0.7 by MOCVD on the GaAs substrate 11 which is turned off by 15 ° in the [011] direction from the (100) plane, and Se is changed to 5 ×. N-GaInP graded buffer layer 12 doped to 10 18 cm −3 or more and having a thickness of 2 μm
And a 1 μm-thick compositionally uniform layer 13 of n-Ga 0.7 In 0.3 P doped with Se at 5 × 10 18 cm −3 or more is grown thereon. Relax. By doping Se at a high concentration, cross-hatched irregularities due to lattice relaxation were reduced. That is, S
The upper surface of the interface of the e-doped n-Ga 0.7 In 0.3 P composition uniform layer 13 was flatter than the lower surface (substrate side). As a result, it is possible to prevent the occurrence of new crystal defects originating from the irregularities when the heterojunction is grown.

【0089】次に、GaPとGaAsとの間の格子定数
であってGa0.7In0.3Pの格子定数と等しいn
−(AlGa1−y)βIn1−βvAs1−v(y=
0.7、β=0.7、v=1)クラッド層14(膜厚が1
μm),Alを含まない(Al Ga1−z)γIn
1−γAs1−u(z=0、γ=0.7、u=1)光
ガイド層15(膜厚が0.1μm),図7にその構造を示
すように圧縮歪を有する(AlGa1−x)αIn
1−αAs1−t(x=0、α=1、t=0.3)井
戸層(膜厚が8nm)とAlを含まない(AlGa
1−z)γIn1−γAs1−u(z=0、γ=0.
7、u=1)障壁層(膜厚が10nm)とが交互に3層積
層された多重量子井戸活性層16,Alを含まない(A
Ga1−z)γIn 1−γAs1−u(z=0、
γ=0.7、u=1)光ガイド層17(膜厚が0.1μ
m),p−(AlGa1−y)βIn1−βvAs
1−v(y=0.7、β=0.7、v=1)クラッド層1
8(膜厚が1μm),p−Ga0.7In0. Pキャッ
プ層19(膜厚が0.1μm),p−GaAsコンタクト
層20(膜厚が0.005μm)を成長する。クラッド層
14,18および光ガイド層15,17はGa0.7
0.3Pに格子整合している。
Next, the lattice constant between GaP and GaAs
And Ga0.7In0.3N equal to the lattice constant of P
− (AlyGa1-y)βIn1-βPvAs1-v(y =
0.7, β = 0.7, v = 1) cladding layer 14 (film thickness 1
μm), not containing Al (Al zGa1-z)γIn
1-γPuAs1-u(z = 0, γ = 0.7, u = 1) light
Guide layer 15 (0.1 μm thick), FIG. 7 shows its structure
It has a compressive strain (AlxGa1-x)αIn
1-αPtAs1-t(x = 0, α = 1, t = 0.3)
Door layer (8 nm thick) and not containing Al (AlzGa
1-z)γIn1-γPuAs1-u(z = 0, γ = 0.
7, u = 1) 3 layers of barrier layers (thickness: 10 nm) alternately
The layered multiple quantum well active layer 16, which does not contain Al (A
lzGa1-z)γIn 1-γPuAs1-u(z = 0,
γ = 0.7, u = 1) Light guide layer 17 (film thickness 0.1 μm)
m), p- (AlyGa1-y)βIn1-βPvAs
1-v(y = 0.7, β = 0.7, v = 1) Cladding layer 1
8 (film thickness 1 μm), p-Ga0.7In0. 3P cap
Layer 19 (0.1 μm thickness), p-GaAs contact
A layer 20 (with a thickness of 0.005 μm) is grown. Cladding layer
The light guide layers 15, 17 and the light guide layers 15, 17 are Ga0.7I
n0.3It is lattice-matched to P.

【0090】そして、コンタクト層20上には、絶縁膜
21としてのSiOとp側電極22とが形成され、ま
た、基板11の裏面にはn側電極23が形成されてい
る。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造とし
て構成されているが、他の構造を用いることもできる。
On the contact layer 20, SiO 2 as the insulating film 21 and the p-side electrode 22 are formed, and on the back surface of the substrate 11, an n-side electrode 23 is formed. Although this semiconductor light emitting device is configured as an insulating film stripe structure, other structures can be used.

【0091】この実施例6のクラッド層14,18の格
子定数では、AlGaInPの中でバンドギャップが小
さいGaInPを用いても650nmを得るには歪みを
大きくしなければならず、結晶性が低下するので、井戸
層16にはAsを添加してバンドギャップを調整した。
また、GaInPはGa組成を小さくすると格子定数が
大きくなるとともにバンドギャップは小さくなる。Sand
ipら(Appl.Phys.Lett.60,1992,pp630〜632)によるバン
ド不連続の見積もりを参考にするとバンドギャップの変
化は伝導帯側で起こり、価電子帯側のエネルギーはほと
んど変化していない。つまり、Alフリーのワイドギャ
ップGaInP光ガイド層とこれより格子定数が大きい
圧縮歪GaInP量子井戸層とのヘテロ接合を作ると、
バンド不連続はほぼ伝導帯側だけとなる。これにより、
従来AlGaInP系材料による赤色レーザで問題であ
った伝導帯側のバンド不連続が小さいためのキャリア
(電子)オーバーフローを著しく改善することができる。
しかし逆に、価電子帯側でホールの閉じ込めが悪くなる
ことが懸念される。ここで、GaInPへAs添加する
とバンドギャップが小さくなるが、これは価電子帯側の
変化の方が大きいので、ホールをも充分閉じ込められる
構造を実現できる効果がある。
In the cladding layers 14 and 18 of the sixth embodiment, even if GaInP having a small band gap is used among AlGaInP, strain must be increased to obtain 650 nm, and crystallinity is deteriorated. Therefore, As was added to the well layer 16 to adjust the band gap.
Also, for GaInP, when the Ga composition is reduced, the lattice constant increases and the band gap decreases. Sand
Referring to the estimation of band discontinuity by ip et al. (Appl. Phys. Lett. 60, 1992, pp. 630-632), the band gap changes on the conduction band side, and the energy on the valence band hardly changes . That is, when a heterojunction between an Al-free wide-gap GaInP optical guide layer and a compressively-strained GaInP quantum well layer having a larger lattice constant is formed,
The band discontinuity is almost only on the conduction band side. This allows
Carrier due to small band discontinuity on the conduction band side, which has been a problem with red lasers using conventional AlGaInP-based materials
(Electronic) overflow can be significantly improved.
However, on the contrary, there is a concern that the confinement of holes on the valence band side becomes worse. Here, when As is added to GaInP, the band gap becomes smaller. However, since the change in the valence band side is larger, there is an effect that a structure capable of sufficiently confining holes can be realized.

【0092】実施例6の構造により、波長650nmで
発振する半導体レーザが得られた。偏光はTEモードで
あった。クラッド層14,18および光ガイド層15,
17が従来のGaAs基板に格子整合する材料系よりワ
イドギャップとなりバンド不連続が大きくなった結果、
キャリアの閉じ込めは良好になった。また、実施例6で
は、多重量子井戸構造としたので、キャリアをさらに十
分に井戸層に閉じ込めることが可能となる。そして、圧
縮歪の効果,量子井戸の効果の他にワイドギャップの材
料を圧縮歪量子井戸層として用いることができるので、
従来のGaAs基板に格子整合するクラッド層を用いた
圧縮歪井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、界面の悪影響
が低減された。また、光ガイド層15,17および井戸
層16にはAlを含まない構造としたので、Alに起因
する非発光再結合電流が低減され、発光効率が向上し
た。また、表面再結合電流も低減され、端面光劣化のレ
ベルも格段に向上し、高出力が得られるようになった。
このため、高温高出力安定動作する赤色レーザが得られ
た。
With the structure of Example 6, a semiconductor laser oscillating at a wavelength of 650 nm was obtained. The polarization was in TE mode. The cladding layers 14 and 18 and the light guide layer 15
17 has a wider gap and a larger band discontinuity than a conventional material system lattice-matched to a GaAs substrate,
Carrier confinement has improved. Further, in the sixth embodiment, since the multi quantum well structure is employed, carriers can be more sufficiently confined in the well layer. In addition to the compressive strain effect and the quantum well effect, a wide gap material can be used as the compressive strain quantum well layer.
The well width was larger than that of a conventional compressive strain well layer using a cladding layer lattice-matched to a GaAs substrate, and the adverse effect of the interface was reduced. Further, since the light guide layers 15, 17 and the well layer 16 have a structure containing no Al, the non-radiative recombination current caused by Al is reduced, and the luminous efficiency is improved. In addition, the surface recombination current was reduced, the level of end face light degradation was remarkably improved, and a high output was obtained.
As a result, a red laser that operates stably at high temperature and high output was obtained.

【0093】クラッド層14,18の組成は、活性層1
6よりバンドギャップが大きくAlを含んだ (Al
1−y)βIn1−βvAs1−v(0<y≦1、
0.5<β<1、0<v≦1)を用いることができる。
また、クラッド層14,18のβの値によって格子定数
が変わるが、格子緩和バッファ層12の最上面の格子定
数をクラッド層14と同じになるように変えることで対
応できる。また、実施例6では、障壁層にクラッド層1
4,18と同じ格子定数の障壁層を用いたが、井戸層の
歪みが大きいときなどには歪組成とし、歪の方向を井戸
層と反対方向とすることで、井戸層の歪みを補償し、良
好な量子井戸構造を得ることができる。
The composition of the cladding layers 14 and 18 is determined according to the active layer 1
The band gap was larger than that of No. 6 and contained Al (Al y G
a 1-y ) β In 1−β Pv As 1−v (0 <y ≦ 1,
0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1) can be used.
Although the lattice constant changes depending on the value of β of the cladding layers 14 and 18, it can be dealt with by changing the lattice constant of the uppermost surface of the lattice relaxation buffer layer 12 to be the same as that of the cladding layer 14. In Example 6, the cladding layer 1 was used as the barrier layer.
A barrier layer having the same lattice constant as that of the well layers 4 and 18 was used. However, when the strain of the well layer is large, the strain composition is used, and the strain direction is compensated for by making the strain direction opposite to the well layer. And a good quantum well structure can be obtained.

【0094】また、実施例6のように、GaAs基板1
1の面方位は、(100)面から[011]方向に0°
から54.7°の範囲、または、(100)面から[0
11]方向に10°から54.7°の範囲で傾いている
と、自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャッ
プの減少を防ぐことができ、同じ組成でもクラッド層1
4,18,光ガイド層15,17がワイドギャップにな
るので好ましい。また、実施例6では格子緩和バッファ
層12,13とヘテロ接合部をMOCVD法により成長
したが、MBE法(分子線エピタキシー)でも成長でき
る。
Further, as in Embodiment 6, the GaAs substrate 1
The plane orientation of 1 is 0 ° from the (100) plane in the [011] direction.
From the (100) plane to [0.
11] in the range of 10 ° to 54.7 °, the formation of a natural superlattice can be suppressed, so that the band gap can be prevented from decreasing.
4, 18, and the light guide layers 15, 17 are preferable because they have a wide gap. In the sixth embodiment, the lattice relaxation buffer layers 12 and 13 and the heterojunction are grown by MOCVD, but they can also be grown by MBE (molecular beam epitaxy).

【0095】実施例7 実施例7はAlを含まない光ガイド層による635n
m,650nm等の赤色レーザへの応用例となってい
る。実施例7では、まず(100)面から[011]方向
に15°offしたGaP基板11上に、MOCVD法
により、Ga組成を1から0.78まで徐々に変化さ
せ、Seを5×1018cm−3以上にドープした膜厚
が2μmのn−GaInPグレーデッドバッファ層12
を積層し、その上にSeを5×1018cm−3以上に
ドープしたn−Ga0.78In0.2 Pからなる膜
厚が1μmの組成均一層13を成長し、格子不整合を緩
和させる。Seを高濃度にドープすることにより格子緩
和に伴うクロスハッチ状の凹凸が低減された。つまり、
Seをドープしたn−Ga0.78In0.22P組成
均一層の界面の上面が下面(基板側)より平坦であった。
これにより、ヘテロ接合部を成長した時の凹凸を起源と
する新たな結晶欠陥発生を防ぐことができる。次に、G
aPとGaAsとの間の格子定数であってGa0.78
In0.22Pの格子定数と等しいn−(AlGa
1−y)βIn1−βvAs1−v(y=0.7、β=
0.78、v=1)クラッド層14(膜厚が1μm),A
lを含まない(Al Ga1−z)γIn1−γAs
1−u(z=0、γ=0.78、u=1)光ガイド層15
(膜厚が0.1μm),図7にその構造を示すように圧縮
歪を有する(AlGa1−x)αIn1−αAs
1−t(x=0、α=1、t=0.3)圧縮歪量子井戸層
16(膜厚が8nm)とAlを含まない(AlGa
1−z)γIn1−γAs1−u(z=0、γ=0.
78、u=1)障壁層(膜厚が10nm)とが交互に3層
に積層された多重量子井戸活性層16,Alを含まない
(Al Ga1−z)γIn1−γAs1−u(z=
0、γ=0.78、u=1)光ガイド層17(膜厚が0.
1μm),p−(AlGa1−y)βIn1−βvAs
1−v(y=0.7、β=0.78、v=1)クラッド層
18(膜厚が1μm),p−Ga0.7In0.3Pキャ
ップ層19(膜厚が0.1μm),p−GaPコンタクト
層20(膜厚が0.005μm)を成長する。クラッド層
14,18および光ガイド層15,17はGa0.78
In0.22Pに格子整合している。
Example 7 In Example 7, 635 n of the light guide layer containing no Al was used.
m, 650 nm, etc.
You. In the seventh embodiment, first, the (011) direction from the (100) plane
MOCVD method on the GaP substrate 11 turned off by 15 °
Gradually changes the Ga composition from 1 to 0.78.
And Se is 5 × 1018cm-3Film thickness doped above
Is 2 μm n-GaInP graded buffer layer 12
Are laminated, and 5 × 1018cm-3more than
Doped n-Ga0.78In0.2 2Film consisting of P
A uniform composition layer 13 having a thickness of 1 μm is grown to reduce lattice mismatch.
Let it sum. Doping Se at a high concentration can relax the lattice.
Cross-hatch irregularities associated with the sum were reduced. That is,
N-Ga doped with Se0.78In0.22P composition
The upper surface of the interface of the uniform layer was flatter than the lower surface (substrate side).
As a result, the origin and unevenness when the heterojunction was grown
New crystal defects can be prevented. Next, G
The lattice constant between aP and GaAs, where Ga0.78
In0.22N- (Al equal to the lattice constant of PyGa
1-y)βIn1-βPvAs1-v(y = 0.7, β =
0.78, v = 1) Cladding layer 14 (film thickness 1 μm), A
l (Al zGa1-z)γIn1-γPuAs
1-u(z = 0, γ = 0.78, u = 1) Light guide layer 15
(Thickness: 0.1 μm), compressed as shown in FIG.
With strain (AlxGa1-x)αIn1-αPtAs
1-t(x = 0, α = 1, t = 0.3) Compression strain quantum well layer
16 (film thickness 8 nm) and not containing Al (AlzGa
1-z)γIn1-γPuAs1-u(z = 0, γ = 0.
78, u = 1) alternately with three barrier layers (thickness: 10 nm)
Multi-quantum well active layer 16 stacked on the substrate, not containing Al
(Al zGa1-z)γIn1-γPuAs1-u(z =
0, γ = 0.78, u = 1) The light guide layer 17 (having a thickness of 0.
1 μm), p- (AlyGa1-y)βIn1-βPvAs
1-v(y = 0.7, β = 0.78, v = 1) Cladding layer
18 (film thickness 1 μm), p-Ga0.7In0.3PC
Layer 19 (thickness: 0.1 μm), p-GaP contact
A layer 20 (with a thickness of 0.005 μm) is grown. Cladding layer
The light guide layers 15, 17 and the light guide layers 15, 17 are Ga0.78
In0.22It is lattice-matched to P.

【0096】そして、コンタクト層20上には、絶縁膜
21としてのSiOとp側電極22とが形成され、ま
た、基板11の裏面にはn側電極23が形成されてい
る。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造とし
て構成されているが、他の構造を用いることもできる。
Then, SiO 2 as an insulating film 21 and a p-side electrode 22 are formed on the contact layer 20, and an n-side electrode 23 is formed on the back surface of the substrate 11. Although this semiconductor light emitting device is configured as an insulating film stripe structure, other structures can be used.

【0097】実施例7のクラッド層14,18の格子定
数では、AlGaInPの中でバンドギャップが小さい
GaInPを用いても635nmを得るには歪みを大き
くしなければならず、結晶性が低下するので、井戸層1
6にはAsを添加してバンドギャップを調整した。
In the lattice constants of the cladding layers 14 and 18 in the seventh embodiment, even if GaInP having a small band gap is used among AlGaInP, strain must be increased to obtain 635 nm, and crystallinity is lowered. , Well layer 1
In No. 6, As was added to adjust the band gap.

【0098】実施例7の構造により波長635nmで発
振する半導体レーザが得られた。偏光はTEモードであ
った。クラッド層14,18および光ガイド層15,1
7が従来のGaAs基板に格子整合する材料系よりワイ
ドギャップとなりキャリアの閉じ込めは良好になった。
そして、圧縮歪の効果,量子井戸の効果の他にワイドギ
ャップの材料を圧縮歪量子井戸層として用いることがで
きるので、従来のGaAs基板に格子整合するクラッド
層を用いた圧縮歪井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、界
面の悪影響が低減された。また、光ガイド層15,17
および井戸層16にはAlを含まない構造としたので、
Alに起因する非発光再結合電流が低減され発光効率が
向上した。また、表面再結合電流も低減され端面光劣化
のレベルも格段に向上し高出力が得られるようになっ
た。このため、高温高出力安定動作する赤色レーザが得
られた。
According to the structure of the seventh embodiment, a semiconductor laser oscillating at a wavelength of 635 nm was obtained. The polarization was in TE mode. Cladding layers 14, 18 and light guide layers 15, 1
7 has a wider gap than a conventional material system lattice-matched to a GaAs substrate, and the carrier confinement is improved.
In addition to the effect of the compressive strain and the effect of the quantum well, a wide gap material can be used as the compressive strain quantum well layer. As a result, the well width was increased, and the adverse effect of the interface was reduced. In addition, the light guide layers 15, 17
And the well layer 16 does not contain Al.
The non-radiative recombination current caused by Al was reduced, and the luminous efficiency was improved. In addition, the surface recombination current was reduced, the level of end face light degradation was remarkably improved, and a high output was obtained. As a result, a red laser that operates stably at high temperature and high output was obtained.

【0099】クラッド層14,18の組成は、活性層1
6よりバンドギャップが大きく、Alを含んだ (Al
Ga1−y)βIn1−βvAs1−v(0<y≦1、
0.5<β<1、0<v≦1)を用いることができる。
また、クラッド層14,18のβの値によって格子定数
が変わるが、格子緩和バッファ層12,13の最上面の
格子定数をクラッド層14と同じになるように変えるこ
とで対応できる。
The composition of the cladding layers 14 and 18 is determined according to the active layer 1
6 and a band gap larger than that of Al (Al y
Ga 1-y ) β In 1-β Pv As 1-v (0 <y ≦ 1,
0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1) can be used.
Although the lattice constant changes depending on the value of β of the cladding layers 14 and 18, it can be dealt with by changing the lattice constant of the uppermost surface of the lattice relaxation buffer layers 12 and 13 to be the same as that of the cladding layer 14.

【0100】また、実施例7のように、GaAs基板1
1の面方位は、(100)面から[011]方向に0°
から54.7°の範囲、または、(100)面から[0
11]方向に10°から54.7°の範囲で傾いている
と、自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャッ
プの減少を防ぐことができ、同じ組成でもクラッド層1
4,18、光ガイド層15,17がワイドギャップにな
るので好ましい。また、実施例7では、格子緩和バッフ
ァ層12,13とヘテロ接合部をMOCVD法により成
長したが、MBE法(分子線エピタキシー)でも成長で
きる。
Further, as in Embodiment 7, the GaAs substrate 1
The plane orientation of 1 is 0 ° from the (100) plane in the [011] direction.
From the (100) plane to [0.
11] in the range of 10 ° to 54.7 °, the formation of a natural superlattice can be suppressed, so that the band gap can be prevented from decreasing.
4 and 18 and the light guide layers 15 and 17 are preferable because they have a wide gap. In the seventh embodiment, the lattice relaxation buffer layers 12 and 13 and the heterojunction are grown by MOCVD, but they can also be grown by MBE (molecular beam epitaxy).

【0101】実施例8 図8は実施例8の半導体発光素子(半導体レーザ素子)を
示す図である。層構造としてはSCH−SQW構造であ
る。実施例8は、GaPAs基板を用いた例である。す
なわち、実施例8では、(100)面から[011]方
向に15°オフしたGaAs基板31上に、VPE法
(気相成長)によりP組成を0から0.4まで徐々に変
化させたGaPAsグレーデッド層32を30μmの膜
厚で積層し、その上にGaP0.4As0.6からなる
組成均一層33を20μmの膜厚で成長し、このように
して成長させた成長層の厚さが例えば50μmのGaP
As基板34を用いている。ここで、GaPAs基板3
4とは、VPE法等によりGaAsまたはGaP基板上
に例えば30μm以上厚く成長したエピ基板のことであ
る。成長層の表面は格子不整合が充分緩和されており、
GaPAs基板といえる。
Embodiment 8 FIG. 8 is a view showing a semiconductor light emitting device (semiconductor laser device) of Embodiment 8. The layer structure is an SCH-SQW structure. Example 8 is an example using a GaPAs substrate. That is, in Example 8, GaPAs in which the P composition was gradually changed from 0 to 0.4 by the VPE method (vapor phase growth) was formed on the GaAs substrate 31 which was turned off by 15 ° in the [011] direction from the (100) plane. The graded layer 32 is stacked with a thickness of 30 μm, and a uniform composition layer 33 made of GaP 0.4 As 0.6 is grown thereon with a thickness of 20 μm, and the thickness of the grown layer thus grown. For example, GaP of 50 μm
An As substrate 34 is used. Here, the GaPAs substrate 3
Reference numeral 4 denotes an epi-substrate which has grown on a GaAs or GaP substrate to a thickness of, for example, 30 μm or more by VPE or the like. Lattice mismatch is sufficiently mitigated on the surface of the growth layer,
It can be called a GaPAs substrate.

【0102】実施例8では、次に、MOCVD法によ
り、Seをドープしたn−Ga0.7In0.3Pバッ
ファ層35(膜厚が1μm)を成長し、表面を平坦化す
る。次に、GaPとGaAsとの間の格子定数であって
GaP0.4As0.6の格子定数と等しいn−(Al
Ga1−y)βIn1−βvAs1−v(y=0.
7、β=0.7、v=1)クラッド層36(膜厚が1μ
m)、 (AlGa1−z)γIn1−γAs1−u
(z=0.1、γ=0.7、u=1)光ガイド層37(膜
厚が0.1μm)、圧縮歪を有する(AlGa1−x)
αIn1−αAs −t(x=0、α=0.55、
t=1)単一量子井戸活性層38(膜厚が8nm)、(Al
Ga1−z)γIn1−γAs1−u(z=0.
1、γ=0.7、u=1) 光ガイド層39(膜厚が0.
1μm)、p−(AlGa1−y)βIn1− βvAs
1−v(y=0.7、β=0.7、v=1)クラッド層4
0(膜厚が1μm),p−Ga0.7In0.3Pキャッ
プ層41(膜厚が0.1μm)、p−GaAsコンタクト
層42(膜厚が0.05μm)を成長する。クラッド層3
6,40および光ガイド層37,39は、GaPAs基
板34に格子整合している。そして、コンタクト層42
上には、絶縁膜43としてのSiOとp側電極44と
が形成され、また、基板31の裏面にはn側電極45が
形成されている。この半導体発光素子は、絶縁膜ストラ
イプ構造として構成されているが、他の構造を用いるこ
ともできる。
In the eighth embodiment, a Se-doped n-Ga 0.7 In 0.3 P buffer layer 35 (1 μm thick) is grown by MOCVD, and the surface is flattened. Next, n- (Al is a lattice constant between GaP and GaAs, which is equal to the lattice constant of GaP 0.4 As 0.6.
y Ga 1-y ) β In 1-β Pv As 1-v (y = 0.
7, β = 0.7, v = 1) Cladding layer 36 (1 μm thick)
m), (Al z Ga 1 -z) γ In 1-γ P u As 1-u
(z = 0.1, γ = 0.7, u = 1) Light guide layer 37 (0.1 μm in thickness), having compressive strain (Al x Ga 1-x )
α In 1−α Pt As 1− t (x = 0, α = 0.55,
t = 1) Single quantum well active layer 38 (8 nm thick), (Al
z Ga 1-z ) γ In 1-γ Pu As 1-u (z = 0.
1, γ = 0.7, u = 1) Light guide layer 39 (having a film thickness of 0.
1μm), p- (Al y Ga 1-y) β In 1- β P v As
1-v (y = 0.7, β = 0.7, v = 1) cladding layer 4
0 (thickness 1 μm), p-Ga 0.7 In 0.3 P cap layer 41 (thickness 0.1 μm), and p-GaAs contact layer 42 (thickness 0.05 μm) are grown. Clad layer 3
6, 40 and the light guide layers 37, 39 are lattice-matched to the GaPAs substrate 34. Then, the contact layer 42
On the upper surface, SiO 2 as an insulating film 43 and a p-side electrode 44 are formed, and on the back surface of the substrate 31, an n-side electrode 45 is formed. Although this semiconductor light emitting device is configured as an insulating film stripe structure, other structures can be used.

【0103】実施例8の構造により、波長635nmで
発振する半導体レーザが得られた。偏光はTEモードで
あった。クラッド層36,40および光ガイド層37,
39が従来のGaAs基板に格子整合する材料系よりワ
イドギャップとなり、キャリアの閉じ込めは良好になっ
た。圧縮歪の効果,量子井戸の効果の他に、ワイドギャ
ップの材料を圧縮歪量子井戸層として用いることができ
るので、従来のGaAs基板に格子整合するクラッド層
を用いた圧縮歪井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、界面
の悪影響が低減された。また、従来より光ガイド層のA
l組成が低減され、端面光劣化する光出力レベルが高く
なった。この結果、高温,高出力安定動作するレーザが
得られた。
With the structure of Example 8, a semiconductor laser oscillating at a wavelength of 635 nm was obtained. The polarization was in TE mode. The cladding layers 36 and 40 and the light guide layer 37,
39 has a wider gap than a conventional material system lattice-matched to a GaAs substrate, and the carrier confinement is improved. In addition to the effect of the compressive strain and the effect of the quantum well, a wide gap material can be used as the compressive strain quantum well layer. The well width was increased and the adverse effects of the interface were reduced. In addition, conventionally, A
The l composition was reduced, and the light output level at which the end face light deteriorated was increased. As a result, a laser capable of operating stably at high temperature and high output was obtained.

【0104】クラッド層36,40の組成は活性層38
よりバンドギャップが大きく、Alを含んだ (Al
1−y)βIn1−βvAs1−v(0<y≦1、
0.5<β<1、0<v≦1)を用いることができる。
光ガイド層37,39は、バンドギャップがクラッド層
より小さく活性層より大きく格子定数がクラッド層と同
じである(AlGa1−z)γIn1−γAs
1−u(0≦z<1、0.5<γ<1、0<u≦1)を用
いることができる。また、実施例8では、単一量子井戸
活性層を用いた多重量子井戸でも良い。また、クラッド
層36,40のβの値によって格子定数が変わるが、G
aPAs基板34の最上面の格子定数をクラッド層3
6,40と同じになるように変えることで対応できる。
また、この実施例8のように、GaAs基板の面方位は
(100)面から[011]方向に0°から54.7°の
範囲、または、(100)面から[011]方向に10
°から54.7°の範囲で傾いていると、自然超格子の
形成を抑制できるので、バンドギャップの減少を防ぐこ
とができ、同じ組成でも、クラッド層,光ガイド層がワ
イドギャップになるので好ましい。
The composition of the cladding layers 36 and 40 is
It has a larger band gap and contains Al (Al y G
a 1-y ) β In 1−β Pv As 1−v (0 <y ≦ 1,
0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1) can be used.
Optical guide layer 37 and 39, the band gap is larger lattice constant smaller than the active layer than the cladding layer is the same as cladding layer (Al z Ga 1-z) γ In 1-γ P u As
1-u (0 ≦ z <1, 0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1) can be used. In the eighth embodiment, a multiple quantum well using a single quantum well active layer may be used. The lattice constant changes depending on the value of β of the cladding layers 36 and 40.
The lattice constant of the uppermost surface of the aPAs substrate 34 is
It can be dealt with by changing it to be the same as 6,40.
Further, as in Example 8, the plane orientation of the GaAs substrate is
0 ° to 54.7 ° in the [011] direction from the (100) plane, or 10 ° in the [011] direction from the (100) plane.
If the angle is in the range of from 5 ° to 54.7 °, the formation of the natural superlattice can be suppressed, so that the band gap can be prevented from being reduced. preferable.

【0105】実施例9 図9は実施例9の半導体発光素子(半導体レーザ素子)を
示す図である。実施例9はAlを含まない光ガイド層に
よる635nm,650nm等の赤色レーザへの応用例
である。層構造としてはSCH−MQW構造である。実
施例9では、まず、(100)面から[011]方向に
15°オフしたGaP基板51上に、VPE法(気相成
長)により、P組成を1から0.55まで徐々に変化さ
せたGaPAsグレーデッド層52を30μmの膜厚で
積層し、その上にGaP0.55As0.45からなる
組成均一層53を20μmの膜厚で成長し、このように
成長させた成長層の厚さが例えば50μmのGaPAs
基板54を用いている。
Ninth Embodiment FIG. 9 is a diagram showing a semiconductor light emitting device (semiconductor laser device) according to a ninth embodiment. Example 9 is an example of application to a red laser of 635 nm, 650 nm, or the like using a light guide layer containing no Al. The layer structure is an SCH-MQW structure. In Example 9, first, the P composition was gradually changed from 1 to 0.55 by the VPE method (vapor phase growth) on the GaP substrate 51 turned off by 15 ° in the [011] direction from the (100) plane. A GaPAs graded layer 52 is laminated with a thickness of 30 μm, and a uniform composition layer 53 made of GaP 0.55 As 0.45 is grown thereon with a thickness of 20 μm, and the thickness of the grown layer thus grown. For example, GaPAs of 50 μm
A substrate 54 is used.

【0106】そして、実施例9では、ヘテロ接合部を結
晶成長する前に、クロスハッチ状の凹凸が表面にあった
GaPAs基板54の表面を機械的研磨することにより
平坦化(ラッピングした界面)にした。また研磨によるダ
メージを取るために表面を少し薬液によりエッチングす
ることで除去した。これにより、凹凸が起源であるヘテ
ロ接合部成長した時の新たな結晶欠陥発生を防ぐことが
できる。
In the ninth embodiment, before crystal growth of the heterojunction, the surface of the GaPAs substrate 54 having the cross-hatch-shaped irregularities was flattened (lapping interface) by mechanical polishing. did. Further, the surface was removed by slightly etching the surface with a chemical solution to remove damage due to polishing. Thereby, it is possible to prevent the generation of new crystal defects when a heterojunction portion originating from the unevenness is grown.

【0107】次に、MOCVD法により、n−Ga
0.78In0.22Pからなる膜厚が0.3μmのバ
ッファ層55、GaPとGaAsとの間の格子定数であ
ってGa 0.78In0.22Pの格子定数と等しいn
−(AlGa1−y)βIn −βvAs1−v(y
=0.7、β=0.78、v=1)クラッド層56(膜
厚が1μm)、Alを含まない(AlGa1−z)γ
1−γAs1−u(z=0、γ=0.78、u=
1)光ガイド層57(膜厚が0.1μm)、圧縮歪を有
する (AlGa1−x)αIn1−αAs
1−t(x=0、α=1、t=0.3)(膜厚が8nm)
とAlを含まない(AlGa1−z)γIn1−γ
As1−u(z=0、γ=0.78、u=1)障壁層(膜
厚が10μm)とが交互に3層に積層された多重量子井
戸活性層58、Alを含まない(AlGa 1−z)γ
1−γAs1−u(z=0、γ=0.78、u=
1)光ガイド層59(膜厚が0.1μm)、p−(Al
Ga1−y)βIn1−βvAs −v(y=0.7、
β=0.78、v=1)クラッド層60(膜厚が1μ
m)、p−Ga0.7In0.3Pキャップ層61(膜
厚が0.1μm)、p−GaPコンタクト層62(膜厚
が0.005μm)を成長する。クラッド層56,60
およびガイド層57,59はGa0.78In0.22
Pに格子整合している。
Next, n-Ga is formed by MOCVD.
0.78In0.22A 0.3 μm thick P
Buffer layer 55, the lattice constant between GaP and GaAs.
Tte Ga 0.78In0.22N equal to the lattice constant of P
− (AlyGa1-y)βIn1 −βPvAs1-v(Y
= 0.7, β = 0.78, v = 1) cladding layer 56 (film
Thickness is 1 μm) and does not contain Al (AlzGa1-z)γI
n1-γPuAs1-u(z = 0, γ = 0.78, u =
1) Optical guide layer 57 (thickness: 0.1 μm), with compressive strain
(AlxGa1-x)αIn1-αPtAs
1-t(x = 0, α = 1, t = 0.3) (film thickness 8 nm)
And not containing Al (AlzGa1-z)γIn1-γPu
As1-u(z = 0, γ = 0.78, u = 1) Barrier layer (film
Multiple quantum wells alternately stacked in three layers
Door active layer 58, not containing Al (AlzGa 1-z)γI
n1-γPuAs1-u(z = 0, γ = 0.78, u =
1) Light guide layer 59 (0.1 μm thick), p- (Aly
Ga1-y)βIn1-βPvAs1 -V(y = 0.7,
β = 0.78, v = 1) cladding layer 60 (film thickness 1 μm)
m), p-Ga0.7In0.3P cap layer 61 (film
P-GaP contact layer 62 (thickness: 0.1 μm)
Grows 0.005 μm). Cladding layers 56 and 60
And the guide layers 57 and 59 are made of Ga.0.78In0.22
It is lattice-matched to P.

【0108】そして、コンタクト層62上には、絶縁膜
63としてのSiOとp側電極64とが形成され、ま
た、基板51の裏面にはn側電極65が形成されてい
る。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造とし
て構成されているが、他の構造を用いることもできる。
On the contact layer 62, SiO 2 as an insulating film 63 and a p-side electrode 64 are formed, and on the back surface of the substrate 51, an n-side electrode 65 is formed. Although this semiconductor light emitting device is configured as an insulating film stripe structure, other structures can be used.

【0109】実施例9のクラッド層56,60の格子定
数では、AlGaInPの中でバンドギャップが小さい
GaInPを用いても635nmを得るには歪みを大き
くしなければならず、結晶性の低下が懸念されるので、
井戸層58にはAsを添加してバンドギャップを調整し
た。
Regarding the lattice constants of the cladding layers 56 and 60 of Example 9, even if GaInP having a small band gap is used among AlGaInP, strain must be increased to obtain 635 nm, and there is a concern that crystallinity may be deteriorated. So that
As was added to the well layer 58 to adjust the band gap.

【0110】実施例9の構造により波長635nmで発
振する半導体レーザが得られた。偏光はTEモードであ
った。クラッド層56,60および光ガイド層57,5
9が従来のGaAs基板に格子整合する材料系よりワイ
ドギャップとなりキャリアの閉じ込めは良好になった。
圧縮歪の効果,量子井戸の効果の他にワイドギャップの
材料を圧縮歪量子井戸層として用いることができるの
で、従来のGaAs基板に格子整合するクラッド層を用
いた圧縮歪井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、界面の悪
影響が低減された。また、光ガイド層57,59および
井戸層58にはAlを含まない構造としたので、Alに
起因する非発光再結合電流が低減され、発光効率が向上
した。また、表面再結合電流も低減され、端面光劣化の
レベルも向上し、高出力が得られるようになった。この
ため、高温高出力安定動作する赤色レーザが得られた。
According to the structure of the ninth embodiment, a semiconductor laser oscillating at a wavelength of 635 nm was obtained. The polarization was in TE mode. Cladding layers 56 and 60 and light guide layers 57 and 5
9 has a wider gap than a conventional material system lattice-matched to a GaAs substrate, and the carrier confinement is improved.
In addition to the compressive strain effect and the quantum well effect, a wide gap material can be used for the compressive strain quantum well layer. The width was increased and the adverse effects of the interface were reduced. In addition, since the light guide layers 57 and 59 and the well layer 58 have a structure that does not contain Al, the non-radiative recombination current caused by Al is reduced, and the luminous efficiency is improved. In addition, the surface recombination current is reduced, the level of end face light degradation is improved, and a high output is obtained. As a result, a red laser that operates stably at high temperature and high output was obtained.

【0111】クラッド層56,60の組成は活性層58
よりバンドギャップが大きくAlを含んだ (AlGa
1−y)βIn1−βvAs1−v(0<y≦1、0.
5<β<1、0<v≦1)を用いることができる。ま
た、クラッド層56,60のβの値によって格子定数が
変わるが、格子緩和バッファ層の最上面の格子定数をク
ラッド層と同じになるように変えることで対応できる。
The composition of the cladding layers 56 and 60 is
The band gap was larger and Al was contained (Al y Ga
1-y ) β In 1−β Pv As 1−v (0 <y ≦ 1, 0.
5 <β <1, 0 <v ≦ 1) can be used. Although the lattice constant changes depending on the value of β of the cladding layers 56 and 60, it can be dealt with by changing the lattice constant of the uppermost surface of the lattice relaxation buffer layer to be the same as that of the cladding layer.

【0112】また、実施例9のように、GaPAs基板
の面方位は(100)面から[011]方向に0°から
54.7°の範囲、または、(100)面から[01
1]方向に10°から54.7°の範囲で傾いている
と、自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャッ
プの減少を防ぐことができ、同じ組成でもクラッド層、
光ガイド層がワイドギャップになるので好ましい。ま
た、実施例9では、ヘテロ接合部をMOCVD法により
成長したが、MBE法(分子線エピタキシー)でも成長
できる。
Also, as in Embodiment 9, the plane orientation of the GaPAs substrate is in the range of 0 ° to 54.7 ° in the [011] direction from the (100) plane or [011] from the (100) plane.
1] in the range of 10 ° to 54.7 °, the formation of the natural superlattice can be suppressed, so that the band gap can be prevented from being reduced.
It is preferable because the light guide layer has a wide gap. In the ninth embodiment, the heterojunction is grown by the MOCVD method. However, it can be grown by the MBE method (molecular beam epitaxy).

【0113】実施例10 図10は実施例10の半導体発光素子(半導体レーザ素
子)を示す図である。実施例10も、層構造としてはS
CH−SQW構造である。実施例10では、まず、(1
00)面から[110]方向に2°オフしたGaP
0.4As0.6基板71上に、VPE法(気相成長)に
より、P組成を0から0.4まで徐々に変化させたGa
PAsグレーデッド層72を30μmの膜厚で積層し、
その上にGaP 0.4As0.6からなる組成均一層7
3を20μmの膜厚で成長し、このように成長させた成
長層の厚さが例えば50μmのGaPAs基板74を用
いている。ここで、GaPAs基板とは、VPE法等に
よりGaAsまたはGaP基板上に例えば30μm以上
厚く成長したエピ基板のことである。成長層の表面は格
子不整合が充分緩和されており、GaPAs基板といえ
る。
Embodiment 10 FIG. 10 shows a semiconductor light emitting device (semiconductor laser device) of Embodiment 10.
FIG. In Example 10, the layer structure was S
It is a CH-SQW structure. In the tenth embodiment, first, (1
GaP turned off by 2 ° in the [110] direction from the (00) plane
0.4As0.6VPE method (vapor phase growth) on substrate 71
Thus, Ga in which the P composition was gradually changed from 0 to 0.4
The PAs graded layer 72 is laminated with a thickness of 30 μm,
GaP on it 0.4As0.6Composition uniform layer 7 consisting of
3 was grown to a film thickness of 20 μm.
A GaPAs substrate 74 having a long layer thickness of, for example, 50 μm is used.
Have been. Here, the GaPAs substrate refers to a VPE method or the like.
30 μm or more on GaAs or GaP substrate
It is an epi-substrate that has grown thick. The surface of the growth layer is case
The child mismatch is sufficiently relaxed, and it can be said that it is a GaPAs substrate.
You.

【0114】次に、MOCVD法により、n−GaP
0.4As0.6バッファ層75(膜厚が1μm)、Ga
PとGaAsとの間の格子定数であってGaP0.4
.6の格子定数と等しいAsを含むn−(Al
1−y)βIn1−βvAs1−v(y=0.5、β
=0.8、v=0.85)クラッド層76(膜厚が1μ
m)、(AlGa1−z)γIn1−γAs1−u
(z=0、γ=0.7、u=1)光ガイド層77(膜厚が
0.1μm)、圧縮歪を有する (AlGa 1−x)α
In1−αAs1−t(x=0、α=0.65、t
=0.9)単一量子井戸活性層78(膜厚が25n
m)、(AlGa1−z)γIn1−γAs1−u
(z=0、γ=0.7、u=1) 光ガイド層79(膜厚
が0.1μm)、p−(AlGa1−y)βIn1−β
vAs1−v(y=0.5、β=0.8、v=0.8
5)クラッド層80(膜厚が1μm)、p−Ga0.7
In0. Pキャップ層81(膜厚が0.1μm)、p
−GaP0.4As0.6コンタクト層82(膜厚が
0.2μm)を成長する。クラッド層76,80および
光ガイド層77,79は、GaPAs基板74に格子整
合している。
Next, n-GaP is formed by MOCVD.
0.4As0.6Buffer layer 75 (thickness: 1 μm), Ga
The lattice constant between P and GaAs, GaP0.4A
s0 . 6N- (Al containing As equal to the lattice constant ofyG
a1-y)βIn1-βPvAs1-v(Y = 0.5, β
= 0.8, v = 0.85) Cladding layer 76 (film thickness 1 μm)
m), (AlzGa1-z)γIn1-γPuAs1-u
(z = 0, γ = 0.7, u = 1) Light guide layer 77 (film thickness
0.1 μm) and has compressive strain (AlxGa 1-x)α
In1-αPtAs1-t(x = 0, α = 0.65, t
= 0.9) Single quantum well active layer 78 (film thickness 25n
m), (AlzGa1-z)γIn1-γPuAs1-u
(z = 0, γ = 0.7, u = 1) Light guide layer 79 (film thickness
Is 0.1 μm), p- (AlyGa1-y)βIn1-β
PvAs1-v(y = 0.5, β = 0.8, v = 0.8
5) Cladding layer 80 (1 μm thickness), p-Ga0.7
In0. 3P cap layer 81 (thickness: 0.1 μm), p
-GaP0.4As0.6Contact layer 82 (film thickness
0.2 μm). Cladding layers 76, 80 and
The light guide layers 77 and 79 are grid-aligned on the GaPAs substrate 74.
I agree.

【0115】そして、コンタクト層82上には、絶縁膜
83としてのSiOとp側電極84とが形成され、ま
た、基板71の裏面にはn側電極85が形成されてい
る。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造とし
て構成されているが、他の構造を用いることもできる。
On the contact layer 82, SiO 2 as an insulating film 83 and a p-side electrode 84 are formed, and on the back surface of the substrate 71, an n-side electrode 85 is formed. Although this semiconductor light emitting device is configured as an insulating film stripe structure, other structures can be used.

【0116】実施例10の構造により、波長660nm
で発振する半導体レーザが得られた。
According to the structure of the tenth embodiment, the wavelength is 660 nm.
A semiconductor laser oscillating at the above was obtained.

【0117】実施例10では、GaP0.4As0.6
基板71の面方位は(100)面から[110]方向に2
°オフしており、わずかな傾きである。このような(1
00)面や(100)からの傾きが小さいGap,GaA
s,GaP0.4As0.6基板上に、MOCVD法で
AlGaInPを成長すると、成長表面にヒロックが多
数観察された。このヒロックは、AlInP等、Al組
成が大きい場合には、GaInPに比べて特に顕著であ
った。このヒロックが成長層中に多数存在すると、レー
ザ,LED等のデバイス特性を悪くしたり、歩留まりを
落とす原因となり、生産上好ましくない。特に、実施例
10のようなレーザでは、クラッド層76,80は厚い
のでその影響は大きい。本願の発明者等は、AlGaI
nP成長中にAsを含ませることで、ヒロック密度を低
減できることを見出した。これは、AlまたはGaのド
ロップレット形成が抑えられるためであると考えられ
る。これにより、デバイス特性の悪化,歩留まり低下を
抑えることができた。また、光ガイド層77,79およ
び井戸層78には、Alを含まない構造としたので、A
lに起因する非発光再結合電流が低減され、発光効率が
向上した。また、表面再結合電流も低減され、端面光劣
化のレベルも格段に向上し、高出力が得られるようにな
った。このため、高温高出力安定動作する赤色レーザが
得られた。
In Example 10, GaP 0.4 As 0.6
The plane orientation of the substrate 71 is 2 in the [110] direction from the (100) plane.
° Off and slight inclination. Such (1
Gap, GaAs with small inclination from (00) plane or (100)
When AlGaInP was grown on the s, GaP 0.4 As 0.6 substrate by MOCVD, many hillocks were observed on the growth surface. This hillock was particularly remarkable in the case where the Al composition was large, such as AlInP, as compared with GaInP. If a large number of hillocks are present in the growth layer, the characteristics of devices such as lasers and LEDs are deteriorated, and the yield is lowered, which is not preferable in production. Particularly, in the laser as in the tenth embodiment, the influence is great because the cladding layers 76 and 80 are thick. The inventors of the present application have reported that AlGaI
It has been found that the hillock density can be reduced by including As during nP growth. This is presumably because the formation of Al or Ga droplets is suppressed. As a result, it was possible to suppress the deterioration of the device characteristics and the decrease in the yield. Further, since the light guide layers 77 and 79 and the well layer 78 have a structure that does not contain Al, A
The non-radiative recombination current due to 1 was reduced, and the luminous efficiency was improved. In addition, the surface recombination current was reduced, the level of end face light degradation was remarkably improved, and a high output was obtained. As a result, a red laser that operates stably at high temperature and high output was obtained.

【0118】実施例10では、単一量子井戸活性層を用
いたが、多重量子井戸でも良い。その場合、障壁層には
(Alx2Ga1−x2)α2In1−α2t2As
1−t (0≦x2<1、0.5<α2≦1、0≦t2
≦1)を用いることができる。また、光ガイド層77,
79にAsを含んでいても良い。
Although the single quantum well active layer is used in the tenth embodiment, a multiple quantum well may be used. In that case, the barrier layer
(Al x2 Ga 1-x2 ) α2 In 1-α2 Pt2 As
1−t 2 (0 ≦ x2 <1, 0.5 <α2 ≦ 1, 0 ≦ t2
≦ 1) can be used. Also, the light guide layer 77,
79 may include As.

【0119】上述した半導体レーザは、もちろん発光ダ
イオード(LED)に応用した場合にも効果がある。こ
の場合、高輝度で温度特性の良好な可視LEDが得られ
る。
The semiconductor laser described above is also effective when applied to a light emitting diode (LED). In this case, a visible LED with high luminance and good temperature characteristics can be obtained.

【0120】[0120]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1記載の
発明によれば、半導体基板上に、光を発生する活性層と
光を閉じ込めるクラッド層とを有するヘテロ接合が形成
されている半導体発光素子において、活性層は(Al
Ga1−x)αIn1−αAs1−t(0≦x<1、
0<α≦1、0≦t≦1)からなり、クラッド層は活性
層よりバンドギャップが大きく、GaPとGaAsとの
間の格子定数を有するAlを含んだ(AlGa1−y)
βIn1−βvAs1−v(0<y≦1、0.5<β<
1、0<v≦1)からなっているので、GaAs基板に
形成できるクラッド層材料よりバンドギャップが大き
く、短波長化に有利である。また、活性層は(Al
1−x)αIn1−αAs1−t(0≦x<1、0
<α≦1、0≦t≦1)からなるので、クラッド層に対
して歪みを有することもでき、さらに従来材料よりナロ
ーギャップにすることもできる。このため、従来より素
子設計の幅が大きく広がり、600nmより短い波長の
みならず長い波長の発光素子においても良好な特性を得
ることができる。これにより、高温,高出力,安定動作
する635nm,650nm帯等の赤色半導体レーザ、
室温において600nmより短い波長で発振する可視半
導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提
供することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, a semiconductor in which a heterojunction having an active layer for generating light and a cladding layer for confining light is formed on a semiconductor substrate. In the light emitting device, the active layer is (Al x
Ga 1−x ) α In 1−α Pt As 1−t (0 ≦ x <1,
0 <consists α ≦ 1,0 ≦ t ≦ 1) , the cladding layer is larger band gap than the active layer, containing Al having a lattice constant between the GaP and GaAs (Al y Ga 1-y )
β In 1−β Pv As 1−v (0 <y ≦ 1, 0.5 <β <
1, 0 <v ≦ 1), the band gap is larger than the cladding layer material that can be formed on the GaAs substrate, which is advantageous for shortening the wavelength. The active layer is made of (Al x G
a 1−x ) α In 1−α Pt As 1−t (0 ≦ x <1,0
<Α ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1), the cladding layer can be strained, and can have a narrower gap than conventional materials. For this reason, the range of element design is greatly expanded compared to the related art, and excellent characteristics can be obtained not only for light emitting elements having a wavelength shorter than 600 nm but also for light having a longer wavelength. As a result, a high-temperature, high-output, stable operation of the red semiconductor laser of 635 nm, 650 nm band,
A visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like can be provided.

【0121】また、請求項2記載の発明によれば、半導
体基板上に、光を発生する活性層と光を閉じ込めるクラ
ッド層とを有するヘテロ接合が形成されている半導体発
光素子において、活性層は(AlGa1−x)αIn
1−αAs1−t(0≦x<1、0<α≦1、0≦
t≦1)単一量子井戸からなり、クラッド層は活性層よ
りバンドギャップが大きく、GaPとGaAsとの間の
格子定数を有するAlを含んだ(AlGa1−y)β
1−βvAs1−v(0<y≦1、0.5<β<1、
0<v≦1)からなり、活性層とクラッド層との間に、
バンドギャップが活性層より大きくクラッド層より小さ
い(AlGa1−z)γIn1−γAs1−u(0
≦z<1、0.5<γ<1、0<u≦1)からなる光ガ
イド層を有しており、クラッド層はGaPとGaAsと
の間の格子定数を有するAlを含んだ(AlGa
1−y)βIn1−βvAs1−v(0<y≦1、0.
5<β<1、0<v≦1)であり、GaAs基板に形成
できるクラッド層材料よりバンドギャップが大きく短波
長化に有利である。また、(AlGa1−z)γIn
1−γ As1−u(0≦z<1、0.5<γ<1、
0<u≦1) からなる光ガイド層および(AlGa
1−x)αIn1−αAs1−t(0≦x<1、0<
α≦1、0≦t≦1)からなる単一量子井戸によりSC
H構造を形成しているので、GaAs基板格子整合材料
より少ないAl組成でワイドギャップが得られるように
なり、従来に比べて光ガイド層のAl組成を低減でき、
非発光再結合電流の低減,表面再結合電流の低減等によ
り、発光効率を向上させることができ、レーザの場合、
端面劣化しにくくなり、高出力でも安定動作が可能とな
る。また、クラッド層に対して歪みを有することもで
き、さらに従来材料よりナローギャップにすることもで
きる。さらにGaInPはGa組成を小さくすると格子
定数が大きくなるとともにバンドギャップは小さくな
る。Sandip等(Appl.Phys.Lett.
60,1992,pp630〜632)によるバンド不
連続の見積もりを参考にすると、バンドギャップの変化
は伝導帯側で起こり、価電子帯側のエネルギーはほとん
ど変化していない。つまり、組成を変えても価電子帯の
エネルギーの変化は小さい。一方、GaInPへAlを
添加すると、伝導帯エネルギーは大きくなり価電子帯エ
ネルギーは小さくなる。その変化は価電子帯側の方が大
きい。従来、GaAs基板上構造では、大きなAl組成
のAlGaInPを光ガイド層にする必要があり、Ga
InP量子井戸層との間に大きな価電子帯側のバンド不
連続を有していた。つまり、伝導帯側のバンド不連続は
充分な大きさではなかった。これに対し、本発明によれ
ば、光ガイド層のAl組成を低減できるので、大きな伝
導帯バンド不連続が得られる。これにより従来AlGa
InP系材料による赤色レーザで問題であった伝導帯側
のバンド不連続が小さいためのキャリア(電子)オーバ
ーフローを著しく改善することができる。このため、従
来より素子設計の幅が大きく広がるので、600nmよ
り短い波長のみならず600nmより長い波長の発光素
子においても良好な特性を得ることができる。これによ
り、高温,高出力,安定動作する635nm,650n
m帯等赤色半導体レーザ、室温において600nmより
短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可
視発光ダイオードなどを提供することができる。
According to the second aspect of the present invention, the semiconductor device
An active layer that emits light and a
Semiconductor device having a heterojunction having a pad layer
In an optical device, the active layer is made of (AlxGa1-x)αIn
1-αPtAs1-t(0 ≦ x <1, 0 <α ≦ 1, 0 ≦
t ≦ 1) Consists of a single quantum well, and the cladding layer is
Band gap is large, and the gap between GaP and GaAs is large.
Al having a lattice constant was included (AlyGa1-y)βI
n1-βPvAs1-v(0 <y ≦ 1, 0.5 <β <1,
0 <v ≦ 1), and between the active layer and the cladding layer,
Band gap is larger than active layer and smaller than cladding layer
(AlzGa1-z)γIn1-γPuAs1-u(0
≦ z <1, 0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1)
And a cladding layer made of GaP and GaAs.
(Al having a lattice constant betweenyGa
1-y)βIn1-βPvAs1-v(0 <y ≦ 1, 0.
5 <β <1, 0 <v ≦ 1) and formed on a GaAs substrate
Larger band gap and shorter wavelength than possible cladding layer material
It is advantageous for lengthening. In addition, (AlzGa1-z)γIn
1-γP uAs1-u(0 ≦ z <1, 0.5 <γ <1,
0 <u ≦ 1) and a light guide layer (Al)xGa
1-x)αIn1-αPtAs1-t(0 ≦ x <1, 0 <
α ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1)
Since the H structure is formed, the GaAs substrate lattice matching material
To obtain wide gap with less Al composition
The Al composition of the light guide layer can be reduced as compared with the related art,
Reduction of non-radiative recombination current and surface recombination current
Light emission efficiency can be improved.
The end face is less likely to deteriorate, and stable operation is possible even at high output.
You. Also, it may have a strain on the cladding layer.
And a narrower gap than conventional materials
Wear. Further, GaInP has a lattice structure when the Ga composition is reduced.
As the constant increases, the band gap decreases.
You. Sandip et al. (Appl. Phys. Lett.
60, 1992, pp. 630-632)
With reference to the continuous estimation, the change in band gap
Occurs on the conduction band side, and the energy on the valence band side is almost
No change. In other words, even if the composition is changed, the valence band
The change in energy is small. On the other hand, Al to GaInP
When added, the conduction band energy increases and the valence band energy increases.
Energy is reduced. The change is larger on the valence band side
Good. Conventionally, a structure on a GaAs substrate has a large Al composition.
AlGaInP must be used as the light guide layer,
The band gap between the valence band and the InP quantum well layer is large.
Had continuity. In other words, the band discontinuity on the conduction band side is
It was not big enough. In contrast, according to the present invention,
For example, since the Al composition of the light guide layer can be reduced,
A conduction band discontinuity is obtained. Thereby, the conventional AlGa
Conduction band side which was a problem with red laser using InP-based material
(Electron) over due to small band discontinuity
-Flow can be significantly improved. For this reason,
Since the width of element design has been greatly expanded,
Light-emitting elements with wavelengths longer than 600 nm as well as shorter wavelengths
Good characteristics can also be obtained in the child. This
635nm, 650n which operates stably at high temperature, high output and
m-band and other red semiconductor lasers, at room temperature from 600 nm
Visible semiconductor laser oscillating at short wavelength and high luminous efficiency
A visual light emitting diode or the like can be provided.

【0122】また、請求項3記載の発明によれば、半導
体基板上に、光を発生する活性層と光を閉じ込めるクラ
ッド層とを有するヘテロ接合が形成されている半導体発
光素子において、活性層は井戸層と障壁層とで構成され
る量子井戸構造であり、井戸層は(Alx1Ga
1−x1)α1In1−α1t1As1−t1(0≦x
1<1、0<α1≦1、0≦t1≦1)からなり、障壁
層は(Alx2Ga1−x2) α2In1−α2t2
1−t2(0≦x2<1、0.5<α2<1、0≦t
2≦1)からなり、クラッド層は活性層よりバンドギャ
ップが大きくGaPとGaAsとの間の格子定数を有す
るAlを含んだ(AlGa1−y)βIn1− βv
1−v(0<y≦1、0.5<β<1、0<v≦1)か
らなり、活性層とクラッド層との間に、バンドギャップ
が活性層より大きくクラッド層より小さい(AlGa
1−z)γIn1−γAs1−u(0≦z<1、0.
5<γ<1、0<u≦1)からなる光ガイド層を有して
おり、クラッド層は、GaPとGaAsとの間の格子定
数を有するAlを含んだ(AlGa1−y)βIn
1−βvAs1−v(0<y≦1、0.5<β<1、0
<v≦1)であり、GaAs基板に形成できるクラッド
層材料よりバンドギャップが大きく、短波長化に有利で
ある。また、(AlGa1−z)γIn1−γAs
1−u(0≦z<1、0.5<γ<1、0<u≦1) か
らなる光ガイド層および(Alx1Ga1−x1) α1
1−α1t1As1−t1(0≦x1<1、0<α
1≦1、0≦t1≦1)からなる量子井戸と(Alx2
1−x2)α2In1−α2t2As 1−t2(0≦
x2<1、0<α2≦1、0≦t2≦1)からなる障壁
層によりSCH構造を形成しているので、従来に比べて
光ガイド層のAl組成を低減でき、非発光再結合電流の
低減,表面再結合電流の低減等により発光効率を向上さ
せることができ、レーザの場合、端面劣化しにくくな
り、高出力でも安定動作が可能となる。また、クラッド
層に対して井戸層に歪みを有することもでき、障壁層の
歪みの方向を井戸層と反対方向とすることで井戸層の歪
みを補償して良好な量子井戸構造を得ることもできる。
また、多重量子井戸構造とすることでキャリアを十分に
井戸層に閉じ込めることが可能となる。また、従来材料
よりナローギャップにすることもできる。さらに、Ga
InPは、Ga組成を小さくすると、格子定数が大きく
なるとともにバンドギャップは小さくなる。Sandi
pら(Appl.Phys.Lett.60,199
2,pp630〜632)によるバンド不連続の見積も
りを参考にすると、バンドギャップの変化は伝導帯側で
起こり価電子帯側のエネルギーはほとんど変化していな
い。つまり、組成を変えても価電子帯のエネルギーの変
化は小さい。一方、GaInPへAlを添加すると、伝
導帯エネルギーは大きくなり価電子帯エネルギーは小さ
くなる。その変化は価電子帯側の方が大きい。従来、G
aAs基板上構造では大きなAl組成のAlGaInP
を光ガイド層にする必要があり、GaInP量子井戸層
との間に大きな価電子帯側のバンド不連続を有してい
た。つまり、伝導帯側のバンド不連続は充分な大きさで
はなかった。これに対し、本発明によれば、光ガイド層
のAl組成を低減できるので、大きな伝導帯バンド不連
続が得られる。これにより、従来AlGaInP系材料
による赤色レーザで問題であった伝導帯側のバンド不連
続が小さいためのキャリア(電子)オーバーフローを著
しく改善することができ、低閾値で温度特性は良好であ
った。このため、従来より素子設計の幅が大きく広がる
ので、600nmより短い波長のみならず、600nm
より長い波長の発光素子においても、良好な特性を得る
ことができる。これにより、高温,高出力,安定動作す
る635nm,650nm帯等赤色半導体レーザ、室温
において600nmより短い波長で発振する可視半導体
レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供す
ることができる。
According to the third aspect of the present invention, the semiconductor device
An active layer that emits light and a
Semiconductor device having a heterojunction having a pad layer
In an optical device, the active layer is composed of a well layer and a barrier layer.
Quantum well structure, and the well layer is made of (Alx1Ga
1-x1)α1In1-α1Pt1As1-t1(0 ≦ x
1 <1, 0 <α1 ≦ 1, 0 ≦ t1 ≦ 1)
The layer is (Alx2Ga1-x2) α2In1-α2Pt2A
s1-t2(0 ≦ x2 <1, 0.5 <α2 <1, 0 ≦ t
2 ≦ 1), and the cladding layer is more bandgap than the active layer.
Large gap with lattice constant between GaP and GaAs
(AlyGa1-y)βIn1- βPvA
s1-v(0 <y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1)
Band gap between the active layer and the cladding layer.
Is larger than the active layer and smaller than the cladding layer (AlzGa
1-z)γIn1-γPuAs1-u(0 ≦ z <1, 0.
5 <γ <1, 0 <u ≦ 1)
The cladding layer has a lattice constant between GaP and GaAs.
Containing Al (AlyGa1-y)βIn
1-βPvAs1-v(0 <y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0
<V ≦ 1), and a clad that can be formed on a GaAs substrate
Larger band gap than layer material, advantageous for shorter wavelength
is there. In addition, (AlzGa1-z)γIn1-γPuAs
1-u(0 ≦ z <1, 0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1)
Light guide layer and (Alx1Ga1-x1) α1I
n1-α1Pt1As1-t1(0 ≦ x1 <1, 0 <α
A quantum well consisting of 1 ≦ 1, 0 ≦ t1 ≦ 1 and (Alx2G
a1-x2)α2In1-α2Pt2As 1-t2(0 ≦
x2 <1, 0 <α2 ≦ 1, 0 ≦ t2 ≦ 1)
Since the SCH structure is formed by the layers,
The Al composition of the light guide layer can be reduced, and the non-radiative recombination current can be reduced.
Improved luminous efficiency by reducing the surface recombination current
In the case of a laser, the end face is hardly deteriorated.
Thus, stable operation is possible even at high output. Also clad
The well layer may have a strain with respect to the layer, and the barrier layer may have a strain.
By setting the strain direction to the opposite direction to the well layer,
It is also possible to obtain a good quantum well structure by compensating for only the quantum well structure.
In addition, by using a multiple quantum well structure, sufficient carriers can be provided.
It becomes possible to confine it in the well layer. In addition, conventional materials
A narrower gap can be used. Further, Ga
InP has a large lattice constant when the Ga composition is reduced.
And the band gap becomes smaller. Sandi
p, et al. (Appl. Phys. Lett. 60, 199).
2, pp 630-632)
The band gap change on the conduction band side
The energy on the valence band side has hardly changed
No. In other words, even if the composition is changed, the energy of the valence band does not change.
The transformation is small. On the other hand, when Al is added to GaInP,
Conduction energy is large and valence band energy is small
It becomes. The change is larger on the valence band side. Conventionally, G
AlGaInP with large Al composition in a structure on aAs substrate
Must be a light guide layer, and a GaInP quantum well layer
Has a large valence band discontinuity between
Was. In other words, the band discontinuity on the conduction band side is large enough
There was no. In contrast, according to the present invention, the light guide layer
Large conduction band discontinuity
The continuation is obtained. Thereby, the conventional AlGaInP-based material
Band discontinuity on the conduction band which was a problem with red lasers
Carrier (electron) overflow due to small continuity
Temperature characteristics are good at low thresholds.
Was. For this reason, the range of element design is greatly expanded compared to the conventional case.
Therefore, not only wavelengths shorter than 600 nm but also 600 nm
Good characteristics even for light emitting elements with longer wavelength
be able to. This allows high temperature, high output, and stable operation.
635nm, 650nm band red semiconductor laser, room temperature
Semiconductor oscillating at wavelengths shorter than 600 nm
Providing lasers and visible light emitting diodes with high luminous efficiency
Can be

【0123】また、請求項4記載の発明によれば、請求
項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の半導体発光素
子において、活性層はAsを含んでいる(AlGa
1−x) αIn1−αAs1−t(0≦x<1、0<
α1≦1、0≦t≦1)からなっており、Asの添加は
バンドギャップを小さくするので、格子定数がGaPに
近く大きなバンドギャップであるクラッド層を用いた場
合でも、635nm,650nm帯等の600nmより
長波長の素子に対応できる。すなわち、従来のGaAs
基板上の635nm,650nm帯の素子に比べて大き
なバンドギャップのクラッド層となり、キャリアのオー
バーフローが低減され、高温安定動作など良好な素子特
性を得ることができる。これにより、高温,高出力,安
定動作する635nm,650nm帯等の赤色半導体レ
ーザ、高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供する
ことができる。
According to the fourth aspect of the present invention,
The semiconductor light emitting device according to claim 1.
In the device, the active layer contains As (AlxGa
1-x) αIn1-αPtAs1-t(0 ≦ x <1, 0 <
α1 ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1), and the addition of As
Since the band gap is reduced, the lattice constant becomes GaP.
When using a cladding layer with a large band gap
Even in the case of 635nm, 650nm band, etc., from 600nm
Applicable to long wavelength devices. That is, the conventional GaAs
Larger than the 635 nm and 650 nm band devices on the substrate
Layer with a high band gap,
Good element characteristics such as low bar flow and stable operation at high temperature
Sex can be obtained. As a result, high temperature, high output,
Red semiconductor lasers in the 635nm, 650nm band etc.
To provide visible light emitting diodes with high luminous efficiency
be able to.

【0124】また、請求項5記載の発明によれば、請求
項2乃至請求項4のいずれか一項に記載の半導体発光素
子において、光ガイド層はAlを含まないGaγIn
1−γAs1−u(0.5<γ<1、0<u≦1)か
らなっていることを特徴としている。すなわち、格子定
数がGaAsより小さくなると、バンドギャップが大き
くなり、同じバンドギャップの材料を得るためにはAl
組成を低減できる。このため、従来に比べて光ガイド層
のAl組成を低減できる。例えばGaAs基板上の赤色
レーザでは、通常、バンドギャップ波長が570nm程
度の(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pが用い
られているが、本発明のGaPとGaAsとの間の格子
定数を有する材料によると、Alを含まないGa0.7
In0. Pによりこのバンドギャップ波長が達成され
る。このため、635nm,650nm帯等の赤色レー
ザにおいても、活性領域をAlを含まない材料で形成で
き、Alに起因する非発光再結合電流,表面再結合電流
を低減できること等により、発光効率を向上させること
ができ、端面劣化しにくくなり、高出力でも安定動作が
可能となる。これにより、高温,高出力,安定動作する
635nm,650nm帯等の赤色半導体レーザ、室温
において600nmより短い波長で発振する可視半導体
レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供す
ることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the second to fourth aspects, the light guide layer is made of Ga γ In containing no Al.
1-γ Pu As 1-u (0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1). That is, when the lattice constant is smaller than GaAs, the band gap increases, and to obtain a material having the same band gap, Al
The composition can be reduced. For this reason, the Al composition of the light guide layer can be reduced as compared with the related art. For example, in a red laser on a GaAs substrate, (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P having a band gap wavelength of about 570 nm is usually used, but GaP and GaAs of the present invention are used. According to the material having a lattice constant between, Ga 0.7 containing no Al
In 0. This band gap wavelength is achieved by 3 P. Therefore, even in a red laser having a wavelength of 635 nm or 650 nm or the like, the active region can be formed of a material containing no Al, and the non-radiative recombination current and the surface recombination current caused by Al can be reduced, thereby improving the luminous efficiency. The end face is hardly deteriorated, and stable operation is possible even at high output. Accordingly, it is possible to provide a red semiconductor laser in the 635 nm, 650 nm band or the like that operates stably at a high temperature, a high output, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

【0125】また、請求項6記載の発明によれば、請求
項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の半導体発光素
子において、クラッド層はAsを含んでいる(Al
−y)βIn1−βAs1−v(0<y≦1、
0.5<β<1、0<v<1)からなっており、AlG
aInP成長中にAsを含ませることでヒロックの密度
を激減できるので、デバイス特性の悪化,歩留まり低下
を抑えることができる。これにより、高温,高出力,安
定動作する635nm,650nm帯等の赤色半導体レ
ーザ、室温において600nmより短かい波長で発振す
る可視半導体レーザや、高発光効率の可視発光ダイオー
ドなどを提供することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to fifth aspects, the cladding layer contains As (Al y G
a 1 -y) β In 1- β P v As 1-v (0 <y ≦ 1,
0.5 <β <1, 0 <v <1).
By including As during the growth of aInP, the density of hillocks can be drastically reduced, so that deterioration of device characteristics and reduction in yield can be suppressed. This makes it possible to provide a red semiconductor laser in the 635 nm, 650 nm band or the like that operates stably at a high temperature, a high output, a visible semiconductor laser that oscillates at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like. .

【0126】また、請求項7記載の発明によれば、請求
項2乃至請求項6のいずれか一項に記載の半導体発光素
子において、井戸層の格子定数は、クラッド層より大き
く、圧縮歪を有していることを特徴としている。従来の
GaAs基板上の635nm帯レーザでは、圧縮歪井戸
層にするとバンドギャップが小さい材料(主にGaIn
P)となり、井戸幅が狭くなりすぎ、界面の影響が大き
くなって良好な性能が得られ難いことから、引張り歪井
戸層が用いられている。このため、偏光はTMモードと
なっていた。これに対し、本発明によれば、バンドギャ
ップが大きくなるので、クラッド層より格子定数が大き
い材料を井戸層に用いても、最適な厚さの量子井戸層を
形成でき、高性能の圧縮歪635nm帯レーザ構造を容
易に得ることができる。また、圧縮歪を有することで偏
光はTEモードとなり、一般的な他の波長帯のレーザと
同じになり、光学系を変更しないで使用できるなど、応
用上都合が良い。これにより、高温,高出力,安定動作
する635nm,650nm帯等の赤色半導体レーザ、
室温において600nmより短い波長で発振する可視半
導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提
供することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the second to sixth aspects, the lattice constant of the well layer is larger than that of the cladding layer, and compressive strain is reduced. It is characterized by having. In a conventional 635 nm band laser on a GaAs substrate, a material having a small band gap (mainly GaIn
P), the well width becomes too narrow, the influence of the interface becomes large, and it is difficult to obtain good performance. Therefore, a tensile strain well layer is used. For this reason, the polarization was in the TM mode. On the other hand, according to the present invention, since the band gap is increased, even if a material having a larger lattice constant than the cladding layer is used for the well layer, a quantum well layer having an optimum thickness can be formed, and a high-performance compressive strain can be obtained. A 635 nm band laser structure can be easily obtained. In addition, by having a compressive strain, the polarized light is in the TE mode, becomes the same as a laser of another general wavelength band, and can be used without changing the optical system, which is convenient in application. As a result, a high-temperature, high-output, stable operation of the red semiconductor laser of 635 nm, 650 nm band,
A visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like can be provided.

【0127】また、請求項8記載の発明によれば、請求
項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の半導体発光素
子において、半導体基板はGaPAsからなり、該半導
体基板上にヘテロ接合部が結晶成長されることを特徴と
している。GaPとGaAsとの間の格子定数となるG
aPAsを、GaPまたは基板上に厚く(例えば30μ
mの厚さに)成長し、実質的にGaPAs基板とみなせ
るものをVPE(気相成長)法等により成長可能であ
る。そして、最上部をヘテロ接合部(少なくともクラッ
ド層)の格子定数と同じにすることで、格子不整なく本
材料系を成長することができる。これにより、高温,高
出力,安定動作する635nm,650nm帯等の赤色
半導体レーザ、室温において600nmより短い波長で
発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイ
オードなどを提供することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to seventh aspects, the semiconductor substrate is made of GaPAs, and a hetero junction is formed on the semiconductor substrate. Is characterized by crystal growth. G, which is the lattice constant between GaP and GaAs
aPAs are deposited on GaP or substrate thickly (eg, 30 μm).
m) and can be substantially grown as a GaPAs substrate by VPE (vapor phase epitaxy) or the like. By setting the uppermost portion to be the same as the lattice constant of the hetero junction (at least the cladding layer), the present material system can be grown without lattice irregularity. Accordingly, it is possible to provide a red semiconductor laser in the 635 nm, 650 nm band or the like that operates stably at a high temperature, a high output, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

【0128】また、請求項9記載の発明によれば、請求
項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の半導体発光素
子において、半導体基板はGaAsまたはGaPからな
り、半導体基板とクラッド層との間に、両者の格子不整
を緩和する緩和バッファ層を介してヘテロ接合部が結晶
成長されており、GaAsまたはGaP基板上に格子不
整を緩和する緩和バッファ層を介してヘテロ接合部を形
成することで、格子不整が緩和されてヘテロ接合部を成
長できる。また、一貫して同じ結晶成長装置で連続して
成長を行なうことができ、一台の装置で済むので容易で
ありコスト的にメリットがある。これにより、高温,高
出力,安定動作する635nm,650nm帯等の赤色
半導体レーザ、室温において600nmより短い波長で
発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイ
オードなどを提供することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to seventh aspects, the semiconductor substrate is made of GaAs or GaP, and the semiconductor substrate and the cladding layer are In between, a heterojunction is crystal-grown via a relaxation buffer layer for alleviating the lattice mismatch between the two, and a heterojunction is formed on the GaAs or GaP substrate via the relaxation buffer layer for relaxing the lattice mismatch. This alleviates the lattice mismatch and allows the heterojunction to grow. In addition, the same crystal growth apparatus can be used for continuous and continuous growth, and only one apparatus is required. Accordingly, it is possible to provide a red semiconductor laser in the 635 nm, 650 nm band or the like that operates stably at a high temperature, a high output, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

【0129】また、請求項10記載の発明によれば、請
求項9記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層
は、その格子定数が半導体基板の格子定数から成長方向
に徐々に変化してクラッド層の格子定数に近づくグレー
デッド層からなっており、グレーデッド層を緩和バッフ
ァ層として用いることで格子緩和が徐々に起こるので、
貫通転位がグレーデッド層より上層に成長することを防
ぐことができ、ヘテロ接合部の結晶性を低下させないで
済む。これにより、高温,高出力,安定動作する635
nm,650nm帯等の赤色半導体レーザ、室温におい
て600nmより短い波長で発振する可視半導体レーザ
や高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供すること
ができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device of the ninth aspect, the relaxation buffer layer has a cladding layer whose lattice constant gradually changes from the lattice constant of the semiconductor substrate in the growth direction. Because the lattice relaxation gradually occurs by using the graded layer as a relaxation buffer layer,
Threading dislocations can be prevented from growing above the graded layer, and the crystallinity of the hetero junction does not need to be reduced. Thereby, high temperature, high output, and stable operation 635
It is possible to provide a red semiconductor laser having a wavelength of 650 nm or 650 nm, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode having high luminous efficiency, and the like.

【0130】また、請求項11記載の発明によれば、請
求項9記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層
は、少なくとも2種類の格子定数の違う材料を交互に積
層した歪超格子構造からなっており、歪超格子構造を緩
和バッファ層として用いることで、格子緩和に伴う結晶
欠陥をこの歪超格子構造内に閉じ込めることができ、ヘ
テロ接合部の結晶性の低下を防ぐことができる。これに
より、高温,高出力,安定動作する635nm,650
nm帯等の赤色半導体レーザ、室温において600nm
より短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率
の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the ninth aspect, the relaxation buffer layer has a strained superlattice structure in which at least two kinds of materials having different lattice constants are alternately laminated. By using a strained superlattice structure as a relaxation buffer layer, crystal defects caused by lattice relaxation can be confined within the strained superlattice structure, and a decrease in crystallinity of a heterojunction can be prevented. As a result, 635 nm, 650 capable of high temperature, high output, and stable operation
nm semiconductor red laser, 600nm at room temperature
A visible semiconductor laser oscillating at a shorter wavelength, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like can be provided.

【0131】また、請求項12記載の発明によれば、請
求項9記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層
はクラッド層の成長温度より低い温度で成長した低温バ
ッファ層からなっており、低温バッファ層を緩和バッフ
ァ層として用いることで、格子緩和に伴う結晶欠陥をこ
の低温バッファ層内に閉じ込めることができ、ヘテロ接
合部の結晶性の低下を防ぐことができる。これにより、
高温,高出力,安定動作する635nm,650nm帯
等の赤色半導体レーザ、室温において600nmより短
い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視
発光ダイオードなどを提供することができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the ninth aspect, the relaxation buffer layer comprises a low-temperature buffer layer grown at a temperature lower than the growth temperature of the cladding layer. By using the layer as a relaxation buffer layer, crystal defects caused by lattice relaxation can be confined in the low-temperature buffer layer, and a decrease in the crystallinity of the hetero junction can be prevented. This allows
It is possible to provide a red semiconductor laser in a 635 nm, 650 nm band or the like that operates at a high temperature, a high output, and stably, a visible semiconductor laser that oscillates at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

【0132】また、請求項13記載の発明によれば、請
求項9乃至請求項12のいずれか一項に記載の半導体発
光素子において、緩和バッファ層は、GaInPまたは
GaPAsからなることを特徴としている。GaPAs
またはGaInPは三元材料であり、制御が容易であ
る。GaPAsを用いる場合、半導体基板がGaP基板
の時はGaPにAsを加えるだけで良く、また、半導体
基板がGaAs基板の時はGaAsにPを加えるだけで
良く、制御しやすい。また、GaInPの場合は、蒸気
圧が高いV族がPだけなので、特に歪超格子構造を成長
するとき界面の制御がしやすい。これにより、高温,高
出力,安定動作する635nm,650nm帯等の赤色
半導体レーザ、室温において600nmより短い波長で
発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイ
オードなどを提供することができる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the ninth to twelfth aspects, the relaxation buffer layer is made of GaInP or GaPAs. . GaPAs
Alternatively, GaInP is a ternary material and is easy to control. When using GaPAs, it is only necessary to add As to GaP when the semiconductor substrate is a GaP substrate, and it is only necessary to add P to GaAs when the semiconductor substrate is a GaAs substrate, and control is easy. In the case of GaInP, since only P is a group V having a high vapor pressure, it is easy to control the interface particularly when growing a strained superlattice structure. Accordingly, it is possible to provide a red semiconductor laser in the 635 nm, 650 nm band or the like that operates stably at a high temperature, a high output, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

【0133】また、請求項14記載の発明によれば、請
求項8または請求項9記載の半導体発光素子において、
半導体基板の面方位は、(100)面から[011]方向に
0°から54.7°の範囲で傾いた面、または、(10
0)面から[0―11]方向に10°から54.7°の範
囲で傾いた面、または、これらと等価な面となってお
り、半導体基板の面方位が(100)面から[011]
方向に0°から54.7°の範囲、または、(100)
面から[0―11]方向に10°から54.7°の範囲
で傾いているので、自然超格子の形成を抑制でき、自然
超格子が形成された場合に比べて同じ組成比でワイドギ
ャップとなるので短波長化に有利となる。また、端面型
レーザは、通常、へき開面を共振器に用いる。基板の面
方位を上記の方向に傾けると、傾けた方向に対して垂直
方向のへき開面は垂直とならないが、傾けた方向にへき
開すると垂直面が得られ、レーザの共振器にできる。上
記方向以外に傾けると、へき開面は垂直とならないので
好ましくない。また、基板の面方位を(100)面から傾
けることで、ヒロック密度を低減でき、これにより、デ
バイス特性の悪化,歩留まり低下を抑えることができ
る。これにより、高温,高出力,安定動作する635n
m,650nm帯等の赤色半導体レーザ、室温において
600nmより短い波長で発振する可視半導体レーザや
高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することが
できる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the eighth or ninth aspect,
The plane orientation of the semiconductor substrate may be a plane inclined from 0 ° to 54.7 ° in the [011] direction from the (100) plane, or (10).
A plane inclined from 10 ° to 54.7 ° in the [0-11] direction from the (0) plane or a plane equivalent thereto, and the plane orientation of the semiconductor substrate is [011] from the (100) plane. ]
Direction from 0 ° to 54.7 °, or (100)
Inclined from the plane in the range of 10 ° to 54.7 ° in the [0-11] direction, the formation of a natural superlattice can be suppressed, and the wide gap with the same composition ratio as compared to the case where the natural superlattice is formed This is advantageous for shortening the wavelength. In addition, an end face type laser usually uses a cleavage plane for a resonator. If the plane orientation of the substrate is tilted in the above direction, the cleavage plane in the direction perpendicular to the tilted direction will not be perpendicular, but if it is cleaved in the tilted direction, a vertical plane will be obtained and a laser cavity can be formed. It is not preferable to incline in the direction other than the above direction, since the cleavage plane does not become vertical. Further, by inclining the plane orientation of the substrate from the (100) plane, the hillock density can be reduced, thereby suppressing the deterioration of device characteristics and the decrease in yield. As a result, the 635n which operates stably at high temperature, high output and
It is possible to provide a red semiconductor laser in the m, 650 nm band or the like, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

【0134】また、請求項15記載の発明によれば、請
求項8または請求項9記載の半導体発光素子において、
ヘテロ接合部が結晶成長されるに先立って、GaPAs
基板表面が機械的研磨により平坦化され、または、緩和
バッファ層成長後であってヘテロ接合部が結晶成長され
る前の表面が機械的研磨により平坦化されていることを
特徴としている。GaPAs基板の表面、または、緩和
バッファ層成長後の表面上には、通常、格子不整にかか
わるクロスハッチ状の凹凸ができる。この凹凸はその上
にヘテロ接合部を成長した時の新たな結晶欠陥発生の起
源となり得る。研磨により平坦にし、その上にヘテロ接
合部を成長することで、これを防ぐことができる。これ
により、高温,高出力,安定動作する635nm,65
0nm帯等の赤色半導体レーザ、室温において600n
mより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効
率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the eighth or ninth aspect,
Prior to crystal growth of the heterojunction, GaPAs
The substrate surface is flattened by mechanical polishing, or the surface after growth of the relaxation buffer layer and before crystal growth of the heterojunction is flattened by mechanical polishing. On the surface of the GaPAs substrate or the surface after growth of the relaxation buffer layer, cross-hatched irregularities related to lattice irregularity are usually formed. This unevenness may be a source of new crystal defects when a heterojunction is grown thereon. This can be prevented by flattening by polishing and growing a heterojunction thereon. As a result, 635 nm, 65 high temperature, high output, and stable operation can be achieved.
0 nm band red semiconductor laser, 600n at room temperature
It is possible to provide a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than m, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

【0135】また、請求項16記載の発明によれば、請
求項8または請求項9記載の半導体発光素子において、
半導体基板とヘテロ接合部との間に、層の界面の上面が
下面(基板側)よりも平坦である層を含むことを特徴とし
ている。GaPAs基板の表面、または、緩和バッファ
層成長後の表面上には、通常、格子不整にかかわるクロ
スハッチ状の凹凸ができる。この凹凸は、その上にヘテ
ロ接合部成長した時の新たな結晶欠陥発生の起源となり
得る。このような凹凸を埋め込んで成長する層を含む
と、その上層は平坦になり、これを防ぐことができる。
これにより、高温,高出力,安定動作する635nm,
650nm帯等の赤色半導体レーザ、室温において60
0nmより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発
光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができ
る。
According to the sixteenth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the eighth or ninth aspect,
The semiconductor device is characterized in that a layer whose upper surface at the interface of the layer is flatter than the lower surface (substrate side) is provided between the semiconductor substrate and the hetero junction. On the surface of the GaPAs substrate or the surface after growth of the relaxation buffer layer, cross-hatched irregularities related to lattice irregularity are usually formed. The irregularities can be a source of new crystal defects when a heterojunction is grown thereon. When a layer that grows by embedding such irregularities is included, the upper layer becomes flat, which can be prevented.
As a result, high-temperature, high-output, stable operation of 635 nm,
Red semiconductor laser of 650 nm band or the like, 60 at room temperature
A visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 0 nm, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like can be provided.

【0136】また、請求項17記載の発明によれば、請
求項16記載の半導体発光素子において、層の界面の上
面が下面(基板側)より平坦である層は、Seを5×10
18cm−3以上にドープしたGaInPであることを
特徴としている。本願の発明者は、Seを高濃度にドー
プしたGaInPは凹凸を埋め込んで成長する性質を有
していることを見出した。これにより、層の界面の上面
が下面(基板側)より平坦となるので、ヘテロ接合部を
成長した時の凹凸を起源とする新たな結晶欠陥発生を防
ぐができる。これにより、高温,高出力,安定動作する
635nm,650nm帯等の赤色半導体レーザ、室温
において600nmより短い波長で発振する可視半導体
レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供す
ることができる。
According to the seventeenth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the sixteenth aspect, the upper surface of the interface of the layer is flatter than the lower surface (substrate side), and the layer has Se of 5 × 10
It is characterized by being GaInP doped to 18 cm -3 or more. The inventor of the present application has found that GaInP doped with Se at a high concentration has a property of growing by embedding irregularities. As a result, the upper surface of the interface between the layers becomes flatter than the lower surface (substrate side), so that it is possible to prevent the occurrence of new crystal defects originating in the irregularities when the heterojunction is grown. Accordingly, it is possible to provide a red semiconductor laser in the 635 nm, 650 nm band or the like that operates stably at a high temperature, a high output, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

【0137】また、請求項18記載の発明によれば、請
求項9記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層
は、Seを5×1018cm−3以上にドープしたGa
InPであることを特徴としており、格子不整にかかわ
るクロスハッチ状の凹凸を発生させる起源となる緩和バ
ッファ層自体に、凹凸を埋め込んで成長する性質を有し
ているSeを高濃度にドープしたGaInPを用いるこ
とで、格子不整を緩和する効果,表面を平坦にする効果
を併せもたせることで、トータルの成長層の厚さを低減
できる。これにより、高温,高出力,安定動作する63
5nm,650nm帯等の赤色半導体レーザ、室温にお
いて600nmより短い波長で発振する可視半導体レー
ザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供するこ
とができる。
According to the invention described in claim 18, in the semiconductor light-emitting device according to claim 9, the relaxation buffer layer is formed of Ga doped with Se to 5 × 10 18 cm −3 or more.
GaInP which is highly doped with Se, which has a property of growing by embedding the irregularities in the relaxation buffer layer itself, which is a source of generating cross-hatch irregularities related to lattice irregularity, is characterized by being InP. Is used, the effect of alleviating the lattice irregularity and the effect of flattening the surface are also provided, so that the total thickness of the grown layer can be reduced. Thereby, high temperature, high output and stable operation 63
A red semiconductor laser having a wavelength of 5 nm or 650 nm or the like, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode having high luminous efficiency, and the like can be provided.

【0138】また、請求項19記載の発明によれば、請
求項1乃至請求項18のいずれか一項に記載の半導体発
光素子において、ヘテロ接合部は有機金属気相成長法
(MOCVD)または分子線エピタキシー法(MBE)によ
り成長されたものであることを特徴としている。AlG
aInP(As)系材料は、溶液から固相へのAlの偏
析係数が大きく、組成制御の点から液層成長は困難であ
る。また、ハロゲン輸送法による気相成長法(VPE)
は、原料であるAlClが石英反応管を腐食する問題が
あり困難である。一方、有機金属気相成長法(MOCV
D)または分子線エピタキシー法(MBE)は非平衡性
の高い成長方法であり、成長がIII族原料供給律則とな
っているので、これらの材料の成長には極めて有効であ
り容易に成長できる。これにより、高温,高出力,安定
動作する635nm,650nm帯等の赤色半導体レー
ザ、室温において600nmより短い波長で発振する可
視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなど
を提供することができる。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to eighteenth aspects, the heterojunction is formed by metal organic chemical vapor deposition.
(MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). AlG
The aInP (As) -based material has a large segregation coefficient of Al from a solution to a solid phase, and it is difficult to grow a liquid layer from the viewpoint of composition control. In addition, vapor phase epitaxy (VPE) by halogen transport method
However, there is a problem that the raw material AlCl corrodes the quartz reaction tube, which is difficult. On the other hand, metal organic chemical vapor deposition (MOCV
D) or molecular beam epitaxy (MBE) is a highly non-equilibrium growth method, and the growth is governed by the group III raw material supply rule, so that these materials are extremely effective and can be easily grown. . Accordingly, it is possible to provide a red semiconductor laser in the 635 nm, 650 nm band or the like that operates stably at a high temperature, a high output, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

【0139】また、請求項20記載の発明によれば、請
求項19記載の半導体発光素子において、緩和バッファ
層は、有機金属気相成長法(MOCVD)または分子線エ
ピタキシ法(MBE)により成長されたものであるので、
ヘテロ接合部の結晶成長装置と同じ装置で連続して成長
を行なうことができ、一台の装置で済み、容易でありコ
スト的にメリットがある。これにより、高温,高出力,
安定動作する635nm,650nm帯等の赤色半導体
レーザ、室温において600nmより短い波長で発振す
る可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオード
などを提供することができる。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the nineteenth aspect, the relaxation buffer layer is grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). Because
Growth can be carried out continuously with the same device as the crystal growth device at the heterojunction, and only one device is required, which is easy and has a cost advantage. As a result, high temperature, high output,
It is possible to provide a red semiconductor laser in the 635 nm, 650 nm band or the like that operates stably, a visible semiconductor laser oscillating at a wavelength shorter than 600 nm at room temperature, a visible light emitting diode with high luminous efficiency, and the like.

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

【図1】格子定数とバンドギャップエネルギーとの関係
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a lattice constant and band gap energy.

【図2】本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図3】本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図4】本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図5】本発明の実施例1〜実施例7の半導体発光素子
の基本構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of a semiconductor light emitting device according to Examples 1 to 7 of the present invention.

【図6】実施例4の超格子バッファ層を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a superlattice buffer layer of Example 4.

【図7】実施例6,実施例7の活性層を示す図である。FIG. 7 is a view showing an active layer of Examples 6 and 7;

【図8】本発明の実施例8の半導体発光素子の構成を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a semiconductor light emitting device according to Example 8 of the present invention.

【図9】本発明の実施例9の半導体発光素子の構成を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a semiconductor light emitting device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例10の半導体発光素子の構成
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a semiconductor light emitting device according to Example 10 of the present invention.

【図11】(100)面から[110]方向に2°off
したGaP0.4As0.6エピ基板上のAlInPとAlI
nPAsの表面ノマルスキー(表面モフォロジー)写真
を示す図である。
FIG. 11 shows 2 ° off from the (100) plane in the [110] direction.
And AlI on GaP 0.4 As 0.6 epi substrate
It is a figure which shows the surface Nomarski (surface morphology) photograph of nPAs.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 活性層 3 クラッド層 4 ヘテロ接合部 5 光ガイド層 6 緩和バッファ層 11 半導体基板 12 グレーデッドバッファ層,超格子バッフ
ァ層,低温バッファ層 13 組成均一層 14,18 クラッド層 15,17 光ガイド層 16 活性層 19 キャップ層 20 コンタクト層 21 SiO 22 p側電極 23 n側電極 11 半導体基板 12 グレーデッドバッファ層,超格子バッフ
ァ層,低温バッファ層 13 組成均一層 14,18 クラッド層 15,17 光ガイド層 16 活性層 19 キャップ層 20 コンタクト層 21 SiO 22 p側電極 23 n側電極 11 半導体基板 12 グレーデッドバッファ層,超格子バッフ
ァ層,低温バッファ層 13 組成均一層 14,18 クラッド層 15,17 光ガイド層 16 活性層 19 キャップ層 20 コンタクト層 21 SiO 22 p側電極 23 n側電極
 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Active layer 3 Cladding layer 4 Heterojunction 5 Optical guide layer 6 Relaxation buffer layer 11 Semiconductor substrate 12 Graded buffer layer, super lattice buffer
Layer, low-temperature buffer layer 13 uniform composition layer 14, 18 clad layer 15, 17 light guide layer 16 active layer 19 cap layer 20 contact layer 21 SiO2  22 p-side electrode 23 n-side electrode 11 semiconductor substrate 12 graded buffer layer, super lattice buffer
Layer, low-temperature buffer layer 13 uniform composition layer 14, 18 clad layer 15, 17 light guide layer 16 active layer 19 cap layer 20 contact layer 21 SiO2  22 p-side electrode 23 n-side electrode 11 semiconductor substrate 12 graded buffer layer, super lattice buffer
Layer, low-temperature buffer layer 13 uniform composition layer 14, 18 clad layer 15, 17 light guide layer 16 active layer 19 cap layer 20 contact layer 21 SiO2  22 p-side electrode 23 n-side electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 軸谷 直人 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 5F073 AA45 AA55 AA73 AA74 CA13 CA20 CB02 CB07 CB08 CB09 EA06 EA07 EA22 EA23 EA24 EA28  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Naoto Shakuya 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo F-term in Ricoh Co., Ltd. 5F073 AA45 AA55 AA73 AA74 CA13 CA20 CB02 CB07 CB08 CB09 EA06 EA07 EA22 EA23 EA24 EA28

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、光を発生する活性層と
光を閉じ込めるクラッド層とを有するヘテロ接合が形成
されている半導体発光素子において、活性層は(Al
Ga1−x)αIn1−αAs1−t(0≦x<1、
0<α≦1、0≦t≦1)からなり、クラッド層は活性
層よりバンドギャップが大きくGaPとGaAsとの間
の格子定数を有するAlを含んだ(AlGa1−y)β
In −βvAs1−v (0<y≦1、0.5<β<
1、0<v≦1)からなることを特徴とする半導体発光
素子。
In a semiconductor light emitting device in which a heterojunction having an active layer for generating light and a cladding layer for confining light is formed on a semiconductor substrate, the active layer is (Al x
Ga 1−x ) α In 1−α Pt As 1−t (0 ≦ x <1,
0 <consists α ≦ 1,0 ≦ t ≦ 1) , the cladding layer containing Al having a lattice constant between the band gap than the active layer is largely GaP and GaAs (Al y Ga 1-y ) β
In 1 −β Pv As 1−v (0 <y ≦ 1, 0.5 <β <
1, 0 <v ≦ 1).
【請求項2】 半導体基板上に、光を発生する活性層と
光を閉じ込めるクラッド層とを有するヘテロ接合が形成
されている半導体発光素子において、活性層は(Al
Ga1−x)αIn1−αAs1−t(0≦x<1、
0<α≦1、0≦t≦1)単一量子井戸からなり、クラ
ッド層は活性層よりバンドギャップが大きく、GaPと
GaAsとの間の格子定数を有するAlを含んだ(Al
Ga 1−y)βIn1−βvAs1−v(0<y≦
1、0.5<β<1、0<v≦1)からなり、活性層と
クラッド層との間に、バンドギャップが活性層より大き
くクラッド層より小さい(AlGa1−z)γIn
1−γAs1−u(0≦z<1、0.5<γ<1、
0<u≦1)からなる光ガイド層を有していることを特
徴とする半導体発光素子。
2. An active layer for generating light on a semiconductor substrate.
Heterojunction with cladding layer to confine light is formed
In the semiconductor light emitting device described, the active layer is (Alx
Ga1-x)αIn1-αPtAs1-t(0 ≦ x <1,
0 <α ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1)
The pad layer has a larger band gap than the active layer,
Including Al having a lattice constant between GaAs (Al
yGa 1-y)βIn1-βPvAs1-v(0 <y ≦
1, 0.5 <β <1, 0 <v ≦ 1), and the active layer
Band gap larger than the active layer between the cladding layer
Smaller than the cladding layer (AlzGa1-z)γIn
1-γPuAs1-u(0 ≦ z <1, 0.5 <γ <1,
0 <u ≦ 1).
Semiconductor light emitting device.
【請求項3】 半導体基板上に、光を発生する活性層と
光を閉じ込めるクラッド層とを有するヘテロ接合が形成
されている半導体発光素子において、活性層は井戸層と
障壁層とで構成される量子井戸構造であり、井戸層は
(Alx1Ga 1−x1)α1In1−α1t1As
1−t1(0≦x1<1、0<α1≦1、0≦t1≦1)
からなり、障壁層は(Alx2Ga1−x2)α2In
1−α2 t2As1−t2(0≦x2<1、0.5<
α2<1、0≦t2≦1)からなり、クラッド層は活性
層よりバンドギャップが大きく、GaPとGaAsとの
間の格子定数を有するAlを含んだ(AlGa1−y)
βIn1−βvAs1−v(0<y≦1、0.5<β<
1、0<v≦1)からなり、活性層とクラッド層との間
に、バンドギャップが活性層より大きくクラッド層より
小さい(AlGa1− )γIn1−γAs1−u
(0≦z<1、0.5<γ<1、0<u≦1)からなる光
ガイド層を有していることを特徴とする半導体発光素
子。
3. An active layer for generating light on a semiconductor substrate.
Heterojunction with cladding layer to confine light is formed
In the semiconductor light emitting device described above, the active layer and the well layer
It has a quantum well structure composed of a barrier layer and a well layer.
(Alx1Ga 1-x1)α1In1-α1Pt1As
1-t1(0 ≦ x1 <1, 0 <α1 ≦ 1, 0 ≦ t1 ≦ 1)
And the barrier layer is made of (Alx2Ga1-x2)α2In
1-α2P t2As1-t2(0 ≦ x2 <1, 0.5 <
α2 <1, 0 ≦ t2 ≦ 1), and the cladding layer is active
Layer has a larger bandgap than GaP and GaAs.
Containing Al having a lattice constant between (AlyGa1-y)
βIn1-βPvAs1-v(0 <y ≦ 1, 0.5 <β <
1, 0 <v ≦ 1), between the active layer and the cladding layer.
In addition, the band gap is larger than the active layer and
Small (AlzGa1- z)γIn1-γPuAs1-u
(0 ≦ z <1, 0.5 <γ <1, 0 <u ≦ 1)
Semiconductor light emitting device having a guide layer
Child.
【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に
記載の半導体発光素子において、活性層はAsを含んで
いる(AlGa1−x)αIn1−αAs
1−t(0≦x<1、0<α1≦1、0≦t≦1)からな
ることを特徴とする半導体発光素子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the active layer contains As. (Al x Ga 1−x ) α In 1−α Pt As
1-t (0 ≦ x <1, 0 <α1 ≦ 1, 0 ≦ t ≦ 1).
【請求項5】 請求項2乃至請求項4のいずれか一項に
記載の半導体発光素子において、光ガイド層はAlを含
まないGaγIn1−γAs1−u(0.5<γ<
1、0<u≦1)からなることを特徴とする半導体発光
素子。
5. The semiconductor light-emitting device according to claim 2, wherein the light guide layer is formed of a Ga γ In 1-γ Pu As 1-u (0.5 <) containing no Al. γ <
1, 0 <u ≦ 1).
【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に
記載の半導体発光素子において、クラッド層はAsを含
んでいる(AlGa1−y)βIn1−β As
1−v(0<y≦1、0.5<β<1、0<v<1)から
なることを特徴とする半導体発光素子。
6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein
In the above described semiconductor light emitting device, the cladding layer contains As.
(AlyGa1-y)βIn1-βP vAs
1-v(0 <y ≦ 1, 0.5 <β <1, 0 <v <1)
A semiconductor light emitting device, comprising:
【請求項7】 請求項2乃至請求項6のいずれか一項に
記載の半導体発光素子において、井戸層の格子定数は、
クラッド層より大きく、圧縮歪を有していることを特徴
とする半導体発光素子。
7. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein a lattice constant of the well layer is:
A semiconductor light-emitting device having a compression strain larger than a cladding layer.
【請求項8】 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に
記載の半導体発光素子において、半導体基板はGaPA
sからなり、該半導体基板上にヘテロ接合部が結晶成長
されていることを特徴とする半導体発光素子。
8. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is GaPA.
and a heterojunction crystal grown on the semiconductor substrate.
【請求項9】 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に
記載の半導体発光素子において、半導体基板はGaAs
またはGaPからなり、半導体基板とクラッド層との間
に、両者の格子不整を緩和する緩和バッファ層を介して
ヘテロ接合部が結晶成長されていることを特徴とする半
導体発光素子。
9. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is GaAs.
A semiconductor light emitting device comprising GaP, wherein a heterojunction is crystal-grown between a semiconductor substrate and a cladding layer via a buffer layer for relaxing lattice mismatch between the two.
【請求項10】 請求項9記載の半導体発光素子におい
て、緩和バッファ層は、その格子定数が半導体基板の格
子定数から成長方向に徐々に変化してクラッド層の格子
定数に近づくグレーデッド層からなることを特徴とする
半導体発光素子。
10. The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the relaxation buffer layer comprises a graded layer whose lattice constant gradually changes from the lattice constant of the semiconductor substrate in the growth direction and approaches the lattice constant of the cladding layer. A semiconductor light emitting device characterized by the above-mentioned.
【請求項11】 請求項9記載の半導体発光素子におい
て、緩和バッファ層は少なくとも2種類の格子定数の違
う材料を交互に積層した歪超格子構造からなることを特
徴とする半導体発光素子。
11. The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the relaxation buffer layer has a strained superlattice structure in which at least two kinds of materials having different lattice constants are alternately stacked.
【請求項12】 請求項9記載の半導体発光素子におい
て、緩和バッファ層はクラッド層の成長温度より低い温
度で成長した低温バッファ層からなることを特徴とする
半導体発光素子。
12. The semiconductor light-emitting device according to claim 9, wherein the buffer layer comprises a low-temperature buffer layer grown at a temperature lower than the growth temperature of the clad layer.
【請求項13】 請求項9乃至請求項12のいずれか一
項に記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層
は、GaInPまたはGaPAsからなることを特徴と
する半導体発光素子。
13. The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the relaxation buffer layer is made of GaInP or GaPAs.
【請求項14】 請求項8または請求項9記載の半導体
発光素子において、半導体基板の面方位は、(100)面
から[011]方向に0°から54.7°の範囲で傾いた
面、または、(100)面から[0―11]方向に10°か
ら54.7°の範囲で傾いた面、または、これらと等価
な面であることを特徴とする半導体発光素子。
14. The semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the plane orientation of the semiconductor substrate is a plane inclined from 0 ° to 54.7 ° in the [011] direction from the (100) plane. Alternatively, a semiconductor light emitting device characterized by a surface inclined from 10 ° to 54.7 ° in the [0-11] direction from the (100) plane, or a plane equivalent thereto.
【請求項15】 請求項8または請求項9記載の半導体
発光素子において、ヘテロ接合部が結晶成長されるに先
立って、GaPAs基板表面が機械的研磨により平坦化
され、または、緩和バッファ層成長後であってヘテロ接
合部が結晶成長される前の表面が機械的研磨により平坦
化されていることを特徴とする半導体発光素子。
15. The semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the surface of the GaPAs substrate is flattened by mechanical polishing before the crystal growth of the heterojunction, or after the growth of the relaxation buffer layer. A semiconductor light emitting device, wherein the surface before the crystal growth of the heterojunction is planarized by mechanical polishing.
【請求項16】 請求項8または請求項9記載の半導体
発光素子において、半導体基板とヘテロ接合部との間
に、層の界面の上面が下面(基板側)よりも平坦である層
を含むことを特徴とする半導体発光素子。
16. The semiconductor light emitting device according to claim 8, further comprising a layer between the semiconductor substrate and the heterojunction, the upper surface of the interface of the layer being flatter than the lower surface (substrate side). A semiconductor light emitting device characterized by the above-mentioned.
【請求項17】 請求項16記載の半導体発光素子にお
いて、層の界面の上面が下面(基板側)より平坦である層
は、Seを5×1018cm−3以上にドープしたGa
InPであることを特徴とする半導体発光素子。
17. The semiconductor light emitting device according to claim 16, wherein the upper surface of the interface of the layer is flatter than the lower surface (substrate side), and Ga doped with Se to 5 × 10 18 cm −3 or more.
A semiconductor light emitting device, which is InP.
【請求項18】 請求項9記載の半導体発光素子におい
て、緩和バッファ層は、Seを5×1018cm−3
上にドープしたGaInPであることを特徴とする半導
体発光素子。
18. The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the relaxation buffer layer is GaInP doped with Se to 5 × 10 18 cm −3 or more.
【請求項19】 請求項1乃至請求項18のいずれか一
項に記載の半導体発光素子において、ヘテロ接合部は有
機金属気相成長法または分子線エピタキシー法により成
長されたものであることを特徴とする半導体発光素子。
19. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the heterojunction is grown by metal organic chemical vapor deposition or molecular beam epitaxy. Semiconductor light emitting device.
【請求項20】 請求項19記載の半導体発光素子にお
いて、緩和バッファ層は、有機金属気相成長法または分
子線エピタキシー法により成長されたものであることを
特徴とする半導体発光素子。
20. The semiconductor light emitting device according to claim 19, wherein the relaxation buffer layer is grown by a metal organic chemical vapor deposition method or a molecular beam epitaxy method.
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