JP3444812B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイドギャップ半
導体を使用した発光ダイオード、半導体レーザ等の半導
体発光素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode or a semiconductor laser using a wide gap semiconductor.
【0002】[0002]
【従来の技術】青色ないし緑色領域にて発光し得る半導
体材料を用いて半導体発光素子を作製することが検討さ
れている。InGaAlN系化合物半導体は、広いバン
ドギャップを有し、直接遷移型バンド構造を有すること
から青色及び緑色発光素子への応用が期待されている。2. Description of the Related Art It has been studied to manufacture a semiconductor light emitting device using a semiconductor material capable of emitting light in a blue to green region. InGaAlN-based compound semiconductors have a wide bandgap and a direct transition band structure, and thus are expected to be applied to blue and green light emitting devices.
【0003】GaNは、直接遷移型の半導体で、そのエ
ネルギーギャップが約3.39eVである。これを用い
ることにより約366nmの紫外光の半導体発光素子を
作製し得る。このGaNに、II族原子をドーピングする
と、青色領域に相当するエネルギーギャップの発光中心
を形成することが可能であり、これによって青色発光ダ
イオードを作製し得る。GaN is a direct transition type semiconductor, and its energy gap is about 3.39 eV. By using this, a semiconductor light emitting device for ultraviolet light of about 366 nm can be manufactured. By doping this GaN with a group II atom, it is possible to form an emission center with an energy gap corresponding to the blue region, whereby a blue light emitting diode can be manufactured.
【0004】また、GaNにInを添加してなるInG
aNは、直接遷移型の半導体で青色・緑色発光を得るこ
とが可能である。このInGaNを用いることにより、
高効率の発光ダイオードおよび可視半導体レーザを得る
ことが期待されている。InG formed by adding In to GaN
aN is a direct transition type semiconductor and is capable of emitting blue / green light emission. By using this InGaN,
It is expected to obtain highly efficient light emitting diodes and visible semiconductor lasers.
【0005】さらに、上記GaNまたはInGaNにお
いて、結晶中に含まれるGaを一部あるいはすべてAl
に置換することによって、結晶の格子定数をほとんど変
化させることなく結晶のエネルギーギャップを増大させ
ることができ、かつ結晶の屈折率を低くすることができ
る。このように上記GaがAlに置換された結晶と、G
aNあるいはInGaNとを用いてヘテロ接合を形成す
ることにより、さらに高効率の発光ダイオードおよび半
導体レーザを実現にすることが可能である。Further, in the above GaN or InGaN, Ga contained in the crystal is partially or entirely Al.
By substituting with, the energy gap of the crystal can be increased and the refractive index of the crystal can be lowered without substantially changing the lattice constant of the crystal. As described above, a crystal in which Ga is replaced by Al and G
By forming a heterojunction using aN or InGaN, it is possible to realize a light emitting diode and a semiconductor laser with higher efficiency.
【0006】ところで、GaN層を基板上に成長させる
方法としては、MOVPE(有機金属化合物気相成長
法)、ガスソースMBE(分子線成長法)が用いられて
いる。しかし、例えばGaNに、Mg等のアクセプター
となるべきドーパントをドーピングすると、GaNが高
抵抗化してしまい、p型の導電性を示す低抵抗のGaN
層を得ることができなかった。よって、GaNを用いて
発光素子を作製する場合にpn接合を形成することがで
きなかったので、量子効率に劣り、かつ駆動電圧の高い
MIS(metal-insulator-semiconductor)構造を採用
しなければならなかった。By the way, as a method for growing a GaN layer on a substrate, MOVPE (organic metal compound vapor phase epitaxy) and gas source MBE (molecular beam epitaxy) are used. However, for example, when GaN is doped with a dopant such as Mg that serves as an acceptor, GaN has a high resistance, and low-resistance GaN exhibiting p-type conductivity.
No layers could be obtained. Therefore, since it was not possible to form a pn junction when manufacturing a light emitting device using GaN, it is necessary to adopt a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure having poor quantum efficiency and high driving voltage. There wasn't.
【0007】最近、H.Amanoらにより、Japanese Journ
al of Applied Physics Vol.28L2112 (1989)にお
いて、図6に示すような半導体発光素子が提案された。
この半導体発光素子は、サファイア基板61上にAlN
バッファ層62、アンドープn型GaN層63およびG
aN層64が積層形成されている。上記GaN層64に
はMgがドーピングされており、さらに、図中、斜線で
示したGaN層64の中央部の領域65には電子線66
が照射されている。この電子線66照射により、照射し
た部分65の電気的特性に変化が認められ、この照射部
分65は比抵抗が数十Ω・cmと抵抗が低減されたp型
半導体層となることが報告された。Recently, by H. Amano et al., Japanese Journ
In al of Applied Physics Vol.28L2112 (1989), a semiconductor light emitting device as shown in FIG. 6 was proposed.
This semiconductor light emitting device is constructed by forming AlN on a sapphire substrate 61.
Buffer layer 62, undoped n-type GaN layer 63 and G
The aN layer 64 is laminated. The GaN layer 64 is doped with Mg, and an electron beam 66 is applied to a region 65 in the central portion of the GaN layer 64 shown by hatching in the figure.
Is being irradiated. It is reported that the irradiation of the electron beam 66 causes a change in the electrical characteristics of the irradiated portion 65, and the irradiated portion 65 becomes a p-type semiconductor layer having a specific resistance of several tens Ω · cm. It was
【0008】この電気的特性の変化は、結晶中の格子間
位置にあった不活性Mg原子が、電子線照射により励起
されて結晶格子中のGa原子と置換され、Ga原子の格
子位置に入りアクセプタとして活性化されたため生じた
と推測される。This change in the electrical property is caused by the fact that the inactive Mg atoms in the interstitial position in the crystal are excited by electron beam irradiation and are replaced with the Ga atoms in the crystal lattice, and enter the lattice position of the Ga atom. It is presumed that it occurred because it was activated as an acceptor.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記電子線は
加速電圧が高いため、電子線を照射することにより結晶
中の他の原子にもその影響が及び、格子欠陥が生じると
いう欠点がある。形成するp型層の層厚が厚い場合に
は、さらに高加速電圧の電子線が必要となるため、上記
格子欠陥が増大する。それにより、発光効率が低下す
る。特に半導体レーザの場合は、光導波領域に欠陥が生
じると信頼性が低下するため格子欠陥の問題は大きい。However, since the electron beam has a high accelerating voltage, it has a drawback that irradiation with the electron beam affects other atoms in the crystal and causes lattice defects. When the layer thickness of the p-type layer to be formed is large, an electron beam with a higher accelerating voltage is required, so that the above-mentioned lattice defects increase. As a result, the luminous efficiency is reduced. Particularly in the case of a semiconductor laser, if a defect occurs in the optical waveguide region, the reliability is lowered, so that the problem of the lattice defect is large.
【0010】さらに、上記半導体発光素子においては、
成長が完了し既にアクセプターがドーピングされた層に
電子線を照射して低抵抗のp型層が作製されるため、製
造工程数が多くなる。しかも、p型層の厚さを制御する
ことは困難である。特に、上記p型層を厚くすること
は、電子線が届き得る層厚に限界があるため制限され
る。また、p型層中のキャリア濃度の制御も困難であ
る。Further, in the above semiconductor light emitting device,
Since the layer which has been grown and which is already doped with the acceptor is irradiated with an electron beam to form a p-type layer having a low resistance, the number of manufacturing steps increases. Moreover, it is difficult to control the thickness of the p-type layer. In particular, increasing the thickness of the p-type layer is limited because there is a limit to the layer thickness that the electron beam can reach. Also, it is difficult to control the carrier concentration in the p-type layer.
【0011】本発明は上記欠点を解決しようとするもの
であり、p型層において格子欠陥がなく、高効率で発光
でき、高信頼性を有しかつキャリア濃度およびp型層の
層厚の制御が容易である半導体発光素子を提供すること
を目的とする。The present invention is intended to solve the above-mentioned drawbacks, has no lattice defect in the p-type layer, can emit light with high efficiency, has high reliability, and controls the carrier concentration and the layer thickness of the p-type layer. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device that is easy to manufacture.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、n型クラッド層と、活性層と、p型クラッド層と、
前記p型クラッド層上に形成されたp型電極とを、この
順に備えた半導体レーザである半導体発光素子であっ
て、前記n型クラッド層は、In 1-w (Ga z Al 1-z ) w
N(0<z≦1、0≦w≦1)からなり、 前記活性層
は、In 1-s (Ga t Al 1-t ) s N(0<s≦1、0≦t
≦1、z<t、y<t)を有し、前記p型クラッド層
は、アクセプタとしてMgを有し、キャリア濃度が制御
された、電子線照射による格子欠陥を含まないp型In
1-x (Ga y Al 1-y ) x N(0<x≦1、0≦y≦1)か
らなり、前記p型クラッド層と前記p型電極の間に、ア
クセプタとしてMgを有し、キャリア濃度が制御され
た、電子線照射による格子欠陥を含まないp型In1-u
(GavAl1-v)uN層(0<u≦1、0≦v≦1)を
有し、前記p型クラッド層及び前記p型In1-u(Gav
Al1-v)uN層にはストライプ状リッジ部が形成され、
さらに、前記ストライプ状リッジ部の両側には、GaA
s層が形成されている、ことを特徴とする。The semiconductor light-emitting device of the present invention, in order to solve the problems] includes an n-type cladding layer, an active layer, a p-type clad layer,
A p-type electrode formed on the p-type cladding layer, the
A semiconductor light emitting device, which is a semiconductor laser provided in sequence , wherein the n-type cladding layer is In 1-w (Ga z Al 1-z ) w
N (0 <z ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1), and the active layer
Is, In 1-s (Ga t Al 1-t) s N (0 <s ≦ 1,0 ≦ t
≦ 1, z <t have y <t), the p-type cladding layer has a M g as an acceptor carrier concentration is controlled
P-type In containing no lattice defects due to electron beam irradiation
1-x (Ga y Al 1 -y) x N (0 <x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) or
Rannahli, between the p-type cladding layer and the p-type electrode, has a M g as an acceptor carrier concentration is controlled
In addition, p-type In 1-u containing no lattice defects due to electron beam irradiation
(Ga v Al 1-v) u N layer having a (0 <u ≦ 1,0 ≦ v ≦ 1), wherein the p-type cladding layer and the p-type In 1-u (Ga v
A striped ridge portion is formed in the Al 1-v ) u N layer ,
Further, GaA is formed on both sides of the striped ridge portion.
The s layer is formed .
【0013】[0013]
【0014】前記n型クラッド層の不純物がSiである
ことを特徴とする。 The impurity of the n-type cladding layer is Si .
【0015】また、前記p型クラッド層のキャリア濃度
は、5×1017cm-3 に制御されていることを特徴とす
る。さらに前記n型クラッド層の下にn型基板を有し、
前記n型基板側にn型電極を設けることを特徴とする。 The carrier concentration of the p-type cladding layer is controlled to 5 × 10 17 cm -3 . Furthermore, an n-type substrate is provided under the n-type clad layer,
The n-type electrode is provided, characterized in Rukoto the n-type substrate.
【0016】本発明にあっては、基板上の成長面に、I
n1-x(GayAl1-y)xNに含有される窒素原子とIII
族原子とを交互に供給してIn1-x(GayAl1-y)xN
層を成長させる。その際、窒素原子またはIII族原子の
いずれかと同時にアクセプターを供給する。そのためド
ーパントのマイグレーションが増大するため、このドー
パントはアクセプターとなり得る格子位置に確実に入る
ことができる。成長と同時に上記In1-x(GayAl
1-y)xN層はp型In1-x(GayAl1-y)xN層となる
ので、層厚およびキャリア濃度の制御が容易になる。ま
た、上記成長面に光を照射すると、そのエネルギーによ
って上記マイグレーションをさらに増大することができ
る。In the present invention, I is formed on the growth surface on the substrate.
n 1-x (Ga y Al 1-y) nitrogen atom contained x N and III
In supplying the family atoms alternately 1-x (Ga y Al 1 -y) x N
Grow layers. At that time, the acceptor is supplied simultaneously with either the nitrogen atom or the group III atom. Therefore, the migration of the dopant is increased, so that the dopant can surely enter the lattice position that can be the acceptor. At the same time as growth, the above In 1-x (Ga y Al
Since 1-y) x N layer is a p-type In 1-x (Ga y Al 1-y) x N layer, it is easy to control the thickness and carrier concentration. When the growth surface is irradiated with light, the energy can further increase the migration.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。
(実施例1)図1は本発明の実施例1の半導体発光素子
を示す縦断面図である。この半導体素子は、サファイア
基板1の(0001)面上に、AlNバッファ層2、n
型In1-w(GazAl1-z)wN層3(wは0より大で1
以下、zは0以上1以下である)、p型In1-x(Gay
Al1-y)xN層4(xは0より大で1以下、yは0以上
1以下である)が積層形成されている。該p型In1-x
(GayAl 1-y)xN層4およびn型In1-w(GazA
l1-z)wN層3は、n型In1-w(GazAl1-z)wN層
3が露出するように部分的に除去されており、露出され
たn型In1-w(GazAl1-z)wN層3の上には、n型
Al電極5が設けられ、残存するp型In1-x(GayA
l1-y)xN層4上にはp型Al電極6が設けられてい
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
I will explain.
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a semiconductor light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. This semiconductor element is sapphire
On the (0001) plane of the substrate 1, the AlN buffer layers 2, n
Type In1-w(GazAl1-z)wN layer 3 (w is greater than 0 and 1
Hereinafter, z is 0 or more and 1 or less), p-type In1-x(Gay
Al1-y)xN layer 4 (x is greater than 0 and less than or equal to 1, y is greater than or equal to 0)
1 or less) is laminated. The p-type In1-x
(GayAl 1-y)xN layer 4 and n-type In1-w(GazA
l1-z)wThe N layer 3 is an n-type In1-w(GazAl1-z)wN layer
3 has been partially removed to expose and exposed
N-type In1-w(GazAl1-z)wN-type on the N layer 3
Al electrode 5 is provided and the remaining p-type In1-x(GayA
l1-y)xA p-type Al electrode 6 is provided on the N layer 4.
It
【0018】この半導体発光素子は、以下のようにして
作製される。上記各半導体層の成長方法としては、MO
VPE法またはガスソースMBE法が好ましい。上記各
半導体層を構成する原子のソースおよびドーパント原料
としては、以下の化合物を用いることができる。This semiconductor light emitting device is manufactured as follows. As a method of growing each of the above semiconductor layers, MO
The VPE method or the gas source MBE method is preferable. The following compounds can be used as the source of the atoms and the raw material of the dopant that form each of the semiconductor layers.
【0019】Gaソース:トリメチルガリウム(TM
G)またはトリエチルガリウム(TEG)等、Alソー
ス:トリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチ
ルアルミニウム(TEA)等、Inソース:トリメチル
インジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(T
EI)等、Nソース:アンモニア(NH3)等、ドーパ
ントガス:シラン(SiH4)(n型ドーパント用)お
よびビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2M
g)(p型ドーパント用)等。Ga source: trimethylgallium (TM
G) or triethylgallium (TEG), etc., Al source: trimethylaluminum (TMA) or triethylaluminum (TEA), etc., In source: trimethylindium (TMI) or triethylindium (T).
EI), N source: ammonia (NH 3 ), dopant gas: silane (SiH 4 ) (for n-type dopant) and biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 M)
g) (for p-type dopant) and the like.
【0020】まず、ウェハー状のサファイア基板1を基
板温度1150℃にてサーマルクリーニングする。その
後、基板温度を600℃に下げ、基板1の(0001)
面上にAlNバッファ層2を成長させ、続いて、基板温
度を800℃に上げてn型In1-w(GazAl1-z)wN
層3を成長させる。上記バッファ層2、n型In
1-w(GazAl1-z)wN層3が積層された基板1上に、
Arレーザを照射し、例えば、上記TMG、TMIおよ
びCp2Mgの供給とNH3ガスの供給とを交互に行いな
がらp型In1-x(GayAl1-y)xN層4を成長させ
る。First, the wafer-shaped sapphire substrate 1 is thermally cleaned at a substrate temperature of 1150 ° C. After that, the substrate temperature is lowered to 600 ° C., and the substrate 1 (0001)
N-type In 1-w (Ga z Al 1-z ) w N by growing the AlN buffer layer 2 on the surface and then raising the substrate temperature to 800 ° C.
Grow layer 3. The buffer layer 2, n-type In
On the substrate 1 1-w (Ga z Al 1 -z) w N layer 3 are stacked,
Irradiating the Ar laser, for example, the TMG, TMI and Cp 2 Mg supply and NH 3 gas p-type an In 1-x while supply and the alternate (Ga y Al 1-y) x N layer 4 growth Let
【0021】図5は、本発明において、p型In
1-x(GayAl1-y)xN層4を構成する各原子が基板上
に供給されて層4が成長される状態を示す模式図であ
る。この図においては、III族原子52の格子位置に配
された場合にアクセプターとして活性化されるドーパン
ト51を用いた例を示す。このようなドーパント51と
しては、例えば上記Mg等が挙げられる。FIG. 5 shows the p-type In in the present invention.
Each atom constituting the 1-x (Ga y Al 1 -y) x N layer 4 is a schematic view showing a state where the layer 4 is supplied onto the substrate is grown. In this figure, an example using a dopant 51 that is activated as an acceptor when it is arranged at the lattice position of the group III atom 52 is shown. Examples of such a dopant 51 include the above-mentioned Mg and the like.
【0022】In1-x(GayAl1-y)xN層4中では、
上記ドーパント51はIn、Ga、AlのIII族原子5
2の位置に置換された場合にアクセプタとして活性化さ
れ、それによりIn1-x(GayAl1-y)xN層4の導電
型はp型となる。上記ドーパント51が結晶中において
格子間位置に配されると、該ドーパント51はアクセプ
タとして活性化されない。In the In 1-x (Ga y Al 1-y ) x N layer 4,
The dopant 51 is a group III atom 5 of In, Ga and Al.
Activated as an acceptor if substituted to a second position, whereby the In 1-x (Ga y Al 1-y) conductivity type x N layer 4 is a p-type. When the dopant 51 is arranged at the interstitial position in the crystal, the dopant 51 is not activated as an acceptor.
【0023】p型In1-x(GayAl1-y)xN層4を成
長させる際に、III族原子52と窒素原子53とを成長
面に交互に供給する。その際、上記ドーパント51を上
記III族原子52と同時に該成長面に供給する。III族原
子52と上記ドーパント51を供給している間は、窒素
原子53の供給は停止される。このように、上記ドーパ
ント51が供給される際に窒素原子53の供給が停止さ
れ、III族原子52および上記ドーパント51のみが供
給されることにより、成長面におけるこれら原子のマイ
グレーションが増大し、上記ドーパント51はアクセプ
ターとして機能し得る格子位置に確実に取り込まれるこ
とができる。よって上記ドーパント51が格子間位置に
入ることがなく、しかも、p型In1-x(GayA
l1-y)xN層4に、電子線照射を行った場合に生じるよ
うな格子欠陥が生じない。When the p-type In 1-x (Ga y Al 1-y ) x N layer 4 is grown, group III atoms 52 and nitrogen atoms 53 are alternately supplied to the growth surface. At that time, the dopant 51 is supplied to the growth surface simultaneously with the group III atom 52. While the group III atom 52 and the dopant 51 are being supplied, the supply of the nitrogen atom 53 is stopped. Thus, the supply of the nitrogen atom 53 is stopped when the dopant 51 is supplied, and only the group III atom 52 and the dopant 51 are supplied, so that migration of these atoms on the growth surface is increased, The dopant 51 can be reliably incorporated into the lattice position that can function as an acceptor. Thus without the dopant 51 into the interstitial site, moreover, p-type In 1-x (Ga y A
The l 1 -y ) x N layer 4 does not have lattice defects that would occur when electron beam irradiation is performed.
【0024】ところで、基板表面における吸着分子の拡
散および、ドーパントの格子位置への取り込みにおける
障壁は1〜数eVであるので、このエネルギーに相当す
る帯域波長の光を照射すると、さらに原子のマイグレー
ションが促進される。すなわちドーパント51が供給さ
れる際に、レーザ等の光照射が行われると上記マイグレ
ーションがさらに促進される。この実施例では波長51
4〜528nmのArレーザを用いた。By the way, since the barrier for the diffusion of adsorbed molecules on the substrate surface and the incorporation of the dopant into the lattice position is 1 to several eV, irradiation of light having a band wavelength corresponding to this energy causes further migration of atoms. Be promoted. That is, when the dopant 51 is supplied, if the light irradiation such as the laser is performed, the migration is further promoted. In this example, a wavelength of 51
An Ar laser of 4 to 528 nm was used.
【0025】p型In1-x(GayAl1-y)xN層4形成
後、ドライエッチングによって、p型In1-x(GayA
l1-y)xN層4をn型In1-w(GazAl1-z)wN層3
の内部に達する深さまで部分的に除去する。露出された
n型In1-w(GazAl1-z)wN層3上に、n型Al電
極5を蒸着し、残存するp型In1-x(GayAl1-y)x
N層4上にp型Al電極6を蒸着する。各Al電極5、
6形成後、ウェハー状の該基板1はダイシングによって
チップに分割され半導体発光素子となる。After forming the p-type In 1-x (Ga y Al 1-y ) x N layer 4, dry etching is performed to form the p-type In 1-x (Ga y A
l 1-y ) x N layer 4 as n-type In 1-w (Ga z Al 1-z ) w N layer 3
Partially removed to a depth that reaches the inside of the. An n-type Al electrode 5 is vapor-deposited on the exposed n-type In 1-w (Ga z Al 1-z ) w N layer 3 to leave the remaining p-type In 1-x (Ga y Al 1-y ) x.
A p-type Al electrode 6 is deposited on the N layer 4. Each Al electrode 5,
After forming 6, the wafer-shaped substrate 1 is divided into chips by dicing to form semiconductor light emitting devices.
【0026】本実施例における上記半導体層2、3およ
び4の詳細は以下の通りである。Details of the semiconductor layers 2, 3 and 4 in this embodiment are as follows.
【0027】バッファ層2:AlN、厚さ500オング
ストローム、n型In1-w(GazAl1-z)wN層3:I
n0.4Ga0.6N、厚さ3μm、p型In1-x(GayAl
1-y)xN層4:In0.4Ga0.6N、厚さ1μm、p型I
n1-x(GayAl1-y)xN層4中のp型のキャリア濃
度:5×1017cm-3。Buffer layer 2: AlN, thickness of 500 Å, n-type In 1-w (Ga z Al 1-z ) w N layer 3: I
n 0.4 Ga 0.6 N, thickness 3 μm, p-type In 1-x (Ga y Al
1-y ) x N layer 4: In 0.4 Ga 0.6 N, thickness 1 μm, p-type I
n 1-x (Ga y Al 1-y) x N layer 4 in the p-type carrier concentration of: 5 × 10 17 cm -3.
【0028】チップの大きさは300μm×300μm
とした。The size of the chip is 300 μm × 300 μm
And
【0029】本実施例の半導体発光素子は、波長470
nmの青色の高効率の発光が得られた。The semiconductor light emitting device of this embodiment has a wavelength of 470.
Highly efficient blue light emission of nm was obtained.
【0030】(実施例2)図2は本発明の実施例2の半
導体発光素子を示す縦断面図である。(Embodiment 2) FIG. 2 is a vertical sectional view showing a semiconductor light emitting device according to Embodiment 2 of the present invention.
【0031】この半導体素子は、基板21上に、AlN
バッファ層22、n型In1-w(GazAl1-z)wN層2
3、p型In1-x(GayAl1-y)xN層24が積層形成
されている。基板21側にはn型電極25が全面に形成
され、該p型In1-x(GayAl1-y)xN層24上には
p型Al電極26が形成されている。This semiconductor device is constructed by forming AlN on the substrate 21.
Buffer layer 22, n-type In 1-w (Ga z Al 1-z ) w N layer 2
3, p-type In 1-x (Ga y Al 1-y) x N layer 24 are stacked. An n-type electrode 25 is formed on the entire surface on the substrate 21 side, and a p - type Al electrode 26 is formed on the p-type In 1-x (Ga y Al 1-y ) x N layer 24.
【0032】実施例2の半導体発光素子においては、実
施例1と同じソースを用い得、実施例1と同様にして、
Arレーザを基板21上の成長面に照射しながら該成長
面にIII族原子およびドーパントの供給と窒素原子の供
給とが交互に行われることにより、p型In1-x(Gay
Al1-y)xN層24が成長される。ウェハー状の基板2
1は、電極25、26が形成された後、ダイシングによ
ってチップに分割され、半導体発光素子となる。In the semiconductor light emitting device of Example 2, the same source as in Example 1 can be used, and in the same manner as in Example 1,
While the growth surface on the substrate 21 is irradiated with an Ar laser, the supply of the group III atoms and the dopant and the supply of the nitrogen atom are alternately performed on the growth surface, so that the p-type In 1-x (Ga y
An Al 1-y ) x N layer 24 is grown. Wafer-shaped substrate 2
After the electrodes 25 and 26 are formed, 1 is divided into chips by dicing, and becomes a semiconductor light emitting element.
【0033】この実施例においては、基板21としてn
型ZnO基板を用い、n型電極25としてInを用い
た。基板21に積層された各半導体層22、23および
24の詳細は、以下の通りである。In this embodiment, the substrate 21 is n
Type ZnO substrate was used, and In was used as the n-type electrode 25. Details of the semiconductor layers 22, 23 and 24 laminated on the substrate 21 are as follows.
【0034】バッファ層22:n型AlN、厚さ500
オングストローム、n型In1-w(GazAl1-z)wN層
23:In0.4Ga0.6N、厚さ3μm、p型In
1-x(Ga yAl1-y)xN層24:In0.4Ga0.6N、厚
さ1μm、p型In1-x(GayAl1-y)xN層24中の
p型のキャリア濃度:5×1017cm-3。Buffer layer 22: n-type AlN, thickness 500
Angstrom, n-type In1-w(GazAl1-z)wN layer
23: In0.4Ga0.6N, thickness 3 μm, p-type In
1-x(Ga yAl1-y)xN layer 24: In0.4Ga0.6N, thickness
1 μm, p-type In1-x(GayAl1-y)xIn the N layer 24
p-type carrier concentration: 5 × 1017cm-3.
【0035】本実施例の半導体発光素子は、波長470
nmの青色発光が得られ、実施例1よりさらに高効率の
発光が得られた。The semiconductor light emitting device of this embodiment has a wavelength of 470
Blue light emission of nm was obtained, and light emission of higher efficiency than that of Example 1 was obtained.
【0036】(実施例3)図3は本発明の実施例3の半
導体発光素子を示す縦断面図である。この半導体素子
は、基板31上に、AlNバッファ層32、n型In
1-w(GazAl1-z)wNクラッド層37、アンドープI
n1-s(GatAl1-t)sN活性層38(sは0より大で
1以下、tは0以上1以下である)、p型In1-x(G
ayAl1-y)xNクラッド層39、p型In1-u(Gav
Al1-v)uN層310(uは0より大で1以下、vは0
以上1以下である)およびSiN絶縁膜311が積層形
成されている。上記組成比zおよびyはt未満である。
SiN絶縁膜311は、幅10μmのストライプ溝31
3がp型In1-u(GavAl1-v)uN層310の表面に
達する深さで形成されており、その上にp型Al電極3
12が形成され、基板31側にはn型電極35が全面に
形成されている。(Embodiment 3) FIG. 3 is a vertical sectional view showing a semiconductor light emitting device of Embodiment 3 of the present invention. This semiconductor device has an AlN buffer layer 32, an n-type In
1-w (Ga z Al 1-z ) w N cladding layer 37, undoped I
n 1-s (Ga t Al 1-t) s N active layer 38 (s is 1 or less at greater than 0, t is 0 or more and 1 or less), p-type In 1-x (G
a y Al 1-y ) x N cladding layer 39, p-type In 1-u (Ga v
Al 1-v ) u N layer 310 (u is greater than 0 and 1 or less, v is 0)
The above is 1 or less) and the SiN insulating film 311 are laminated. The composition ratios z and y are less than t.
The SiN insulating film 311 has a stripe groove 31 with a width of 10 μm.
3 is formed to a depth reaching the surface of the p-type In 1-u (Ga v Al 1-v ) u N layer 310, and the p-type Al electrode 3 is formed thereon.
12 is formed, and the n-type electrode 35 is formed on the entire surface on the substrate 31 side.
【0037】実施例3の半導体発光素子においては、実
施例1と同じソースを用い得、実施例1と同様にして、
Arレーザを成長面に照射しながら上記TMI、TM
G、TMA、およびCp2Mgの供給とNH3の供給とが
交互に行われることにより、p型In1-x(GayAl
1-y)xNクラッド層39、p型In1-u(GavA
l1-v)uN層310が成長される。SiN絶縁膜311
は、プラズマCVDにより形成され、フォトリソグラフ
ィーおよび選択エッチングによって上記ストライプ溝3
13が形成される。ドライエッチングによって共振器が
形成される。共振器形成後、ウェハー状の基板31はチ
ップに分割されて半導体レーザとなる。In the semiconductor light emitting device of Example 3, the same source as in Example 1 can be used, and in the same manner as in Example 1,
While irradiating the growth surface with Ar laser, the above TMI, TM
By alternately supplying G, TMA, and Cp 2 Mg and NH 3 , the p-type In 1-x (Ga y Al
1-y) x N cladding layer 39, p-type In 1-u (Ga v A
The l1 -v ) uN layer 310 is grown. SiN insulating film 311
Are formed by plasma CVD, and the stripe groove 3 is formed by photolithography and selective etching.
13 is formed. The resonator is formed by dry etching. After forming the resonator, the wafer-shaped substrate 31 is divided into chips to form a semiconductor laser.
【0038】この実施例においては、基板31としてn
型ZnO基板を用い、n型電極35としてInを用い
た。各半導体層32、37、38、39および310の
詳細は、以下の通りである。In this embodiment, the substrate 31 is n
Type ZnO substrate was used, and In was used as the n-type electrode 35. The details of each semiconductor layer 32, 37, 38, 39 and 310 are as follows.
【0039】バッファ層32:n型AlN、厚さ500
オングストローム、n型In1-w(GazAl1-z)wNク
ラッド層37:n型In0.4Al0.6N、厚さ2μm、ア
ンドープIn1-s(GatAl1-t)sN活性層38:アン
ドープIn0.4Ga0.6N、厚さ0.1μm、p型In
1-x(GayAl1-y)xNクラッド層39:p型In0. 4
Al0.6N、厚さ1μm、p型In1-u(GavAl1-v)
uN層310:p型In 0.4Ga0.6N、厚さ0.2μ
m、p型In1-x(GayAl1-y)xNクラッド層39、
p型In1-u(GavAl1-v)uN層310中のp型のキ
ャリア濃度:5×1017cm-3。Buffer layer 32: n-type AlN, thickness 500
Angstrom, n-type In1-w(GazAl1-z)wN
Rad layer 37: n-type In0.4Al0.6N, thickness 2 μm,
N-dop In1-s(GatAl1-t)sN active layer 38: Anne
Dope In0.4Ga0.6N, thickness 0.1 μm, p-type In
1-x(GayAl1-y)xN-clad layer 39: p-type In0. Four
Al0.6N, thickness 1 μm, p-type In1-u(GavAl1-v)
uN layer 310: p-type In 0.4Ga0.6N, thickness 0.2μ
m, p type In1-x(GayAl1-y)xN cladding layer 39,
p-type In1-u(GavAl1-v)uP-type key in N layer 310
Carrier concentration: 5 × 1017cm-3.
【0040】チップの大きさは300μm×1000μ
mとした。The size of the chip is 300 μm × 1000 μ
m.
【0041】本実施例の半導体発光素子は、77Kにお
いて、レーザ発振がパルス駆動で得られた。In the semiconductor light emitting device of this example, laser oscillation was obtained by pulse driving at 77K.
【0042】(実施例4)図4は本発明の実施例4の半
導体発光素子を示す縦断面図である。(Embodiment 4) FIG. 4 is a vertical sectional view showing a semiconductor light emitting device of Embodiment 4 of the present invention.
【0043】この半導体素子は、基板41上に、AlN
バッファ層42、n型In1-w(GazAl1-z)wNクラ
ッド層47、アンドープIn1-s(GatAl1-t)sN層
48、p型In1-x(GayAl1-y)xNクラッド層49
およびp型In1-u(GavAl1-v)uN層410が積層
形成されている。上記組成比zおよびyはt未満であ
る。p型In1-x(GayAl1-y)xNクラッド層49お
よびp型In1-u(GavAl1-v)uN層410には、ス
トライプ状に突出する幅10μmのリッジ部415が形
成されており、該リッジ部415の両側にはn型GaA
s層414が形成されている。p型In1-u(GavAl
1-v)uN層410およびn型GaAs層414を覆って
p型Al電極412が形成され、基板41側にはn型電
極45がその全面に形成されている。This semiconductor element is manufactured by forming AlN on the substrate 41.
Buffer layer 42, n-type In 1-w (Ga z Al 1-z) w N cladding layer 47, an undoped In 1-s (Ga t Al 1-t) s N layer 48, p-type In 1-x (Ga y Al 1-y ) x N cladding layer 49
And a p-type In 1-u (Ga v Al 1-v ) u N layer 410 is laminated. The composition ratios z and y are less than t. p-type In 1-x (Ga y Al 1-y) x N in the cladding layer 49 and the p-type In 1-u (Ga v Al 1-v) u N layer 410, a ridge of width 10μm projecting stripes A portion 415 is formed, and n-type GaA is formed on both sides of the ridge portion 415.
The s layer 414 is formed. p-type In 1-u (Ga v Al
A p-type Al electrode 412 is formed so as to cover the 1-v ) u N layer 410 and the n-type GaAs layer 414, and an n-type electrode 45 is formed on the entire surface of the substrate 41 side.
【0044】実施例4の半導体発光素子は、以下のよう
にして作製される。まず、基板41上に、AlNバッフ
ァ層42からp型In1-u(GavAl1-v)uN層410
までを実施例3と同様の方法で積層する。The semiconductor light emitting device of Example 4 is manufactured as follows. First, on the substrate 41, the AlN buffer layer 42 p-type In 1-u (Ga v Al 1-v) u N layer 410
Up to the above are laminated in the same manner as in Example 3.
【0045】p型In1-u(GavAl1-v)uN層410
上に、さらにAl2O3膜(図示せず)を形成し、フォト
リソグラフィーおよびドライエッチングによって幅10
μmのストライプを残す。ストライプ状に残存したAl
2O3膜をマスクとし、p型In1-u(GavAl1-v)uN
層410およびp型In1-x(GayAl1-y)xN層49
をエッチングし、リッジ部415を形成する。エッチン
グ後、MBE法またはMOVPE法によってn型GaA
s層414層を成長させ、リッジ部415の上面に残存
するAl2O3膜およびn型GaAs層414をフォトリ
ソグラフィーおよび選択エッチングによって除去する。
ドライエッチングにより共振器が作製される。共振器形
成後、ウェハー状の基板41はチップに分割され、半導
体レーザとなる。P-type In 1-u (Ga v Al 1-v ) u N layer 410
An Al 2 O 3 film (not shown) is further formed thereon, and a width of 10 is formed by photolithography and dry etching.
Leave a μm stripe. Al remaining in stripes
The 2 O 3 film as a mask, p-type In 1-u (Ga v Al 1-v) u N
Layer 410 and the p-type In 1-x (Ga y Al 1-y) x N layer 49
Is etched to form a ridge portion 415. After etching, n-type GaA is formed by MBE method or MOVPE method.
The s layer 414 layer is grown, and the Al 2 O 3 film and the n-type GaAs layer 414 remaining on the upper surface of the ridge portion 415 are removed by photolithography and selective etching.
A resonator is manufactured by dry etching. After forming the resonator, the wafer-shaped substrate 41 is divided into chips to be a semiconductor laser.
【0046】この実施例においては、基板41としてn
型ZnO基板を用い、n型電極45としてInを用い
た。各半導体層42、47、48、49および410の
詳細は、以下の通りである。In this embodiment, the substrate 41 is n
Type ZnO substrate was used, and In was used as the n-type electrode 45. Details of each semiconductor layer 42, 47, 48, 49 and 410 are as follows.
【0047】バッファ層42:n型AlN、厚さ500
オングストローム、n型In1-w(GazAl1-z)Nwク
ラッド層47:n型In0.4Al0.6N、厚さ2μm、ア
ンドープIn1-s(GatAl1-t)sN活性層48:アン
ドープIn0.4Ga0.6N、厚さ0.1μm、p型In
1-x(GayAl1-y)xNクラッド層49:p型In0. 4
Al0.6N、厚さ1μm、p型In1-u(GavAl1-v)
uN層410:p型In 0.4Ga0.6N、厚さ0.2μ
m、p型In1-x(GayAl1-y)xNクラッド層49、
p型In1-u(GavAl1-v)uN層410中のp型のキ
ャリア濃度:5×1017cm-3。Buffer layer 42: n-type AlN, thickness 500
Angstrom, n-type In1-w(GazAl1-z) Nw
Rad layer 47: n-type In0.4Al0.6N, thickness 2 μm,
N-dop In1-s(GatAl1-t)sN active layer 48: Anne
Dope In0.4Ga0.6N, thickness 0.1 μm, p-type In
1-x(GayAl1-y)xN-clad layer 49: p-type In0. Four
Al0.6N, thickness 1 μm, p-type In1-u(GavAl1-v)
uN layer 410: p-type In 0.4Ga0.6N, thickness 0.2μ
m, p type In1-x(GayAl1-y)xN cladding layer 49,
p-type In1-u(GavAl1-v)uThe p-type key in the N layer 410
Carrier concentration: 5 × 1017cm-3.
【0048】チップの大きさは300μm×1000μ
mとした。The size of the chip is 300 μm × 1000 μ
m.
【0049】本実施例の半導体発光素子は、77Kにお
いて、レーザ発振がパルス駆動で得られた。In the semiconductor light emitting device of this example, laser oscillation was obtained by pulse driving at 77K.
【0050】なお、上記実施例2、実施例3および実施
例4においては、基板21、31および41としてn型
ZnO基板を用いたが、それ以外にn型SiC基板等を
用いることができる。n型SiC基板を用いた場合は、
n型電極25、35および45としてn型Ni/Au電
極を用いると好適である。Although the n-type ZnO substrates are used as the substrates 21, 31 and 41 in the above-mentioned second, third and fourth embodiments, an n-type SiC substrate or the like may be used. When using an n-type SiC substrate,
It is preferable to use n-type Ni / Au electrodes as the n-type electrodes 25, 35 and 45.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明によれば、p型InGaAlN層
に格子欠陥がなく、高効率高信頼性の半導体発光素子を
提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a highly efficient and highly reliable semiconductor light emitting device having no lattice defect in the p-type InGaAlN layer.
【0052】本発明の半導体発光素子は、少ない工程数
で作製でき、かつp型InGaAlN層の厚さおよびキ
ャリア濃度を容易に制御することができる。The semiconductor light emitting device of the present invention can be manufactured by a small number of steps, and the thickness and carrier concentration of the p-type InGaAlN layer can be easily controlled.
【図1】本発明の実施の形態1の半導体発光素子を示す
縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態2の半導体発光素子を示す
縦断面図である。FIG. 2 is a vertical sectional view showing a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態3の半導体発光素子を示す
縦断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view showing a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態4の半導体発光素子を示す
縦断面図である。FIG. 4 is a vertical sectional view showing a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図5】p型In1-x(GayAl1-y)Nx層の成長工程
を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic view showing a growth process of a p-type In 1-x (Ga y Al 1-y ) N x layer.
【図6】従来の半導体発光素子を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing a conventional semiconductor light emitting device.
1 基板 4 p型In1-x(GayAl1-y)xN層 21 基板 24 p型In1-x(GayAl1-y)xN層 31 基板 39 p型In1-x(GayAl1-y)xNクラッド層 41 基板 49 p型In1-x(GayAl1-y)xN層 51 ドーパント 52 III族原子 53 窒素原子1 substrate 4 p-type In 1-x (Ga y Al 1-y ) x N layer 21 substrate 24 p-type In 1-x (Ga y Al 1-y ) x N layer 31 substrate 39 p-type In 1-x ( Ga y Al 1-y) x N cladding layer 41 substrate 49 p-type In 1-x (Ga y Al 1-y) x N layer 51 dopant 52 III group atom 53 nitrogen atoms
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼田 智彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 大林 健 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 幡 俊雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 須山 尚宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−229475(JP,A) 特開 昭60−258987(JP,A) 応用物理,1991年,第60巻第2号, p.163−166 伊藤良一、中村道治共著,「半導体レ ーザ 基礎と応用」,培風館,p.92 J.J.A.P,1992年,Vol.31 Part 2,No.2B,pp.L 139−L142 赤崎勇編、,「アドバンスト エレク トロニクスI−1 IIIII−V族化 合物半導体」,培風館,1994年,p. 340 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor ▲ Yoshi ▼ Tomohiko Ta 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sharp Corporation (72) Inventor Ken Obayashi 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sharp Corporation (72) Inventor Toshio Hata 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sharp Corporation (72) Inventor Naohiro Suyama 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City Osaka Prefecture (56) ) Reference JP-A-2-229475 (JP, A) JP-A-60-258987 (JP, A) Applied Physics, 1991, Volume 60, No. 2, p. 163-166 Ryoichi Ito, Michiharu Nakamura, "Semiconductor Laser: Fundamentals and Applications," Baifukan, p. 92 J. J. A. P, 1992, Vol. 31 Part 2, No. 2B, pp. L 139-L 142, edited by Isamu Akasaki, "Advanced Electronics I-1 III II-V Compound Semiconductors", Baifukan, 1994, p. 340 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 H01L 33/00
Claims (4)
ッド層と、前記p型クラッド層上に形成されたp型電極
とを、この順に備えた半導体レーザである半導体発光素
子であって、前記n型クラッド層は、In 1-w (Ga z Al 1-z ) w N
(0<z≦1、0≦w≦1)からなり、 前記活性層は、In 1-s (Ga t Al 1-t ) s N(0<s≦
1、0≦t≦1、z<t、y<t)を有し、 前記p型クラッド層は、アクセプタとしてMgを有し、
キャリア濃度が制御された、電子線照射による格子欠陥
を含まないp型In 1-x (Ga y Al 1-y ) x N(0<x≦
1、0≦y≦1)からなり、 前記p型クラッド層と前記p型電極の間に、アクセプタ
としてMgを有し、キャリア濃度が制御された、電子線
照射による格子欠陥を含まないp型In1-u(GavAl
1-v)uN層(0<u≦1、0≦v≦1)を有し、 前記p型クラッド層及び前記p型In1-u(GavAl
1-v)uN層にはストライプ状リッジ部が形成され、 さらに、前記ストライプ状リッジ部の両側には、GaA
s層が形成されている、 ことを特徴とする半導体発光素子。And 1. A n-type cladding layer, active layer and, p-type click La <br/> head layer and, p-type electrode formed on the p-type cladding layer
Preparative, a semiconductor light-emitting element is a semiconductor laser in this order, wherein the n-type cladding layer, In 1-w (Ga z Al 1-z) w N
It consists (0 <z ≦ 1,0 ≦ w ≦ 1), the active layer, In 1-s (Ga t Al 1-t) s N (0 <s ≦
1, 0 ≦ t ≦ 1, z <t, y <t), and the p-type cladding layer has M g as an acceptor ,
Lattice defects due to electron beam irradiation with controlled carrier concentration
Does not contain a p-type In 1-x (Ga y Al 1-y) x N (0 <x ≦
1, 0 ≦ y ≦ 1) , an electron beam having M g as an acceptor between the p-type cladding layer and the p-type electrode, and having a controlled carrier concentration.
P-type In 1-u (Ga v Al that does not include lattice defects due to irradiation
1-v ) u N layer (0 <u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1), and the p-type cladding layer and the p-type In 1-u (Ga v Al
1-v) striped ridge portion is formed in the u N layer, further, on both sides of the stripe-shaped ridge portion, GaA
A semiconductor light-emitting device having an s layer formed thereon .
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。2. The semiconductor light emitting device according to claim 1 , wherein the impurity of the n-type cladding layer is Si.
5×10 17 cm -3 に制御されていることを特徴とする請
求項1または2に記載の半導体発光素子。 3. The carrier concentration of the p-type cladding layer is
A contract characterized by being controlled at 5 × 10 17 cm -3
The semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2.
し、前記n型基板側にn型電極を設けることを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体発光素子。4. A has an n-type substrate beneath the n-type cladding layer, a semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 3, characterized by providing the n-type electrode on the n-type substrate .
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伊藤良一、中村道治共著,「半導体レーザ 基礎と応用」,培風館,p.92 |
応用物理,1991年,第60巻第2号,p.163−166 |
赤崎勇編、,「アドバンスト エレクトロニクスI−1 IIIII−V族化合物半導体」,培風館,1994年,p.340 |
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