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JPH10321942A - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

Info

Publication number
JPH10321942A
JPH10321942A JP12424097A JP12424097A JPH10321942A JP H10321942 A JPH10321942 A JP H10321942A JP 12424097 A JP12424097 A JP 12424097A JP 12424097 A JP12424097 A JP 12424097A JP H10321942 A JPH10321942 A JP H10321942A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
emitting device
light emitting
semiconductor light
gan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP12424097A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Kamimura
信行 上村
Yoshiteru Hasegawa
義晃 長谷川
Akihiko Ishibashi
明彦 石橋
Yoshihiro Hara
義博 原
Isao Kidoguchi
勲 木戸口
Masahiro Kume
雅博 粂
Yuzaburo Ban
雄三郎 伴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP12424097A priority Critical patent/JPH10321942A/en
Publication of JPH10321942A publication Critical patent/JPH10321942A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒素を含有するIII −V族化合物を用いた半
導体発光素子において、発光特性を向上し動作電圧を低
減できるようにする。 【解決手段】 面方位が(0001)のサファイアより
なる基板11上には、上部に段差部を有するn型GaN
層13が形成されている。n型GaN層13の上におけ
る段差部の上段側には、アンドープGaNよりなる第1
のガイド層15と、活性層16bを含む多重量子井戸層
16と、アンドープGaNよりなる第2のガイド層17
と、p型不純物であるMgが活性層16b側の領域へ拡
散することを抑制する拡散抑制層18と、p型Al0.1
Ga0.9 Nよりなるp型クラッド層19と、p型GaN
よりなるp型コンタクト層20と、Niよりなる第1の
金属膜22a及び該第1の金属膜22aの上にAuより
なる第2の金属膜22bが積層されてなる陽電極22と
が順次形成されている。
(57) Abstract: In a semiconductor light emitting device using a group III-V compound containing nitrogen, the light emitting characteristics are improved and the operating voltage can be reduced. SOLUTION: On a substrate 11 made of sapphire having a plane orientation of (0001), n-type GaN having a stepped portion on the top is provided.
Layer 13 is formed. On the upper side of the step portion on the n-type GaN layer 13, a first layer of undoped GaN is formed.
Guide layer 15, a multiple quantum well layer 16 including an active layer 16b, and a second guide layer 17 made of undoped GaN.
If, to suppress the diffusion suppressing layer 18 that is a p-type impurity Mg is diffused into the region of the active layer 16b side, p-type Al 0.1
A p-type cladding layer 19 of Ga 0.9 N;
A p-type contact layer 20 made of Ni and a positive electrode 22 formed by stacking a first metal film 22a made of Ni and a second metal film 22b made of Au on the first metal film 22a are sequentially formed. Have been.

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、活性層及びクラッ
ド層に窒素(N)を含むIII −V族化合物よりなる半導
体発光素子に関する。
The present invention relates to a semiconductor light emitting device comprising a group III-V compound containing nitrogen (N) in an active layer and a cladding layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、次世代高密度情報処理技術のキー
デバイスとして、レーザの短波長化を可能にする窒素を
含むIII −V族化合物半導体が注目を集めている。
2. Description of the Related Art In recent years, a group III-V compound semiconductor containing nitrogen, which can shorten the wavelength of a laser, has been attracting attention as a key device for the next-generation high-density information processing technology.

【0003】以下、窒素を含むIII −V族化合物半導体
を用いた従来の半導体発光素子を図面に基づいて説明す
る。
A conventional semiconductor light emitting device using a group III-V compound semiconductor containing nitrogen will be described below with reference to the drawings.

【0004】図5は従来の、窒素を含むIII −V族化合
物半導体よりなるレーザ素子又は発光ダイオード素子を
示す構成断面図である。図5に示すように、面方位が
(0001)のサファイアよりなる基板101上には、
GaNよりなるバッファ層102と、該バッファ層10
2の上に、上部に段差部を有するn型GaN層103と
が順次形成されている。
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a conventional laser device or light emitting diode device made of a III-V compound semiconductor containing nitrogen. As shown in FIG. 5, on a substrate 101 made of sapphire having a plane orientation of (0001),
GaN buffer layer 102 and buffer layer 10
On n, an n-type GaN layer 103 having a step on the top is sequentially formed.

【0005】n型GaN層103の上における段差部の
上段側には、n型Ga0.95In0.05N層104と、n型
Al0.05Ga0.95Nよりなるn型クラッド層105と、
n型GaNよりなるn型ガイド層106と、アンドープ
Ga0.95In0.05Nよりなるバリア層107aとアンド
ープGa0.8 In0.2 N層よりなる活性層107bとが
四重に交互に積層されてなる多重量子井戸層107と、
p型Al0.2 Ga0.8N層108と、p型GaNよりな
るp型ガイド層109と、p型Al0.05Ga0. 95Nより
なるp型クラッド層110と、p型GaNよりなるコン
タクト層111と、Ni及びAuが積層されてなる陽電
極112とが順次形成されている。
On the upper side of the step on the n-type GaN layer 103, an n-type Ga 0.95 In 0.05 N layer 104, an n-type cladding layer 105 of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N,
A multiple quantum well in which an n-type guide layer 106 made of n-type GaN, a barrier layer 107a made of undoped Ga 0.95 In 0.05 N, and an active layer 107b made of undoped Ga 0.8 In 0.2 N are alternately stacked in quadruple. Layer 107;
a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 108, a p-type guide layer 109 made of p-type GaN, a p-type cladding layer 110 of p-type Al 0.05 Ga 0. 95 N, and a contact layer 111 made of p-type GaN , Ni, and Au are sequentially formed.

【0006】n型GaN層103の上における段差部の
下段側には、Ti及びAlが積層されてなる陰電極11
3が形成されている。
On the lower side of the step portion on the n-type GaN layer 103, a negative electrode 11 formed by laminating Ti and Al
3 are formed.

【0007】図5に示す半導体発光素子は、キャビティ
長が700μmで、ストライプ幅が2μmであって、四
重の活性層107bにより多重量子井戸が形成されるダ
ブルヘテロ構造を有していることを特徴とする。このダ
ブルヘテロ構造によって、発振波長が408nm、しき
い値電圧が8V、しきい値電流が130mA、しきい値
電流密度が9kA/cm2 、及び寿命が1秒の室温連続
発振を実現している(Shuji Nakamura et al.; Applied
Physics Letters Vol. 69(1996)pp.4056-4058)。
The semiconductor light emitting device shown in FIG. 5 has a cavity length of 700 μm, a stripe width of 2 μm, and has a double hetero structure in which a multiple quantum well is formed by a quadruple active layer 107b. Features. With this double hetero structure, continuous oscillation at room temperature with an oscillation wavelength of 408 nm, a threshold voltage of 8 V, a threshold current of 130 mA, a threshold current density of 9 kA / cm 2 , and a lifetime of 1 second is realized. (Shuji Nakamura et al .; Applied
Physics Letters Vol. 69 (1996) pp. 4056-4058).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の半導体発光素子は、発光効率が悪く動作電圧が高い
という問題を有している。
However, the conventional semiconductor light emitting device has a problem that the light emitting efficiency is low and the operating voltage is high.

【0009】本発明は、前記従来の問題を解決し、発光
特性を向上し動作電圧を低減することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned conventional problems, improve the light emission characteristics, and reduce the operating voltage.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、活性層とクラッド層との間に、不純物の
拡散を抑制するAlNよりなる半導体層を設けるもので
ある。
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor layer made of AlN which suppresses diffusion of impurities between an active layer and a cladding layer.

【0011】本発明に係る半導体発光素子は、基板上に
形成され、窒素を含むIII −V族化合物よりなる第1導
電型の第1のクラッド層と、第1のクラッド層の上に形
成され、窒素を含むIII −V族化合物よりなる活性層
と、活性層の上側に形成され、窒素を含むIII −V族化
合物よりなる第2導電型の第2のクラッド層とを備え、
活性層と第2のクラッド層との間に形成されており、第
2のクラッド層の第2導電型の不純物が活性層側の領域
へ拡散することを抑制するAlNを含む拡散抑制層を備
えている。
A semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on a substrate, and formed on a first cladding layer of a first conductivity type made of a group III-V compound containing nitrogen, and on the first cladding layer. An active layer made of a group III-V compound containing nitrogen, and a second cladding layer of a second conductivity type formed on the active layer and made of a group III-V compound containing nitrogen.
A diffusion suppressing layer formed between the active layer and the second cladding layer, the diffusion suppressing layer including AlN that suppresses diffusion of a second conductivity type impurity of the second cladding layer into a region on the active layer side; ing.

【0012】本発明に係る第2の半導体発光素子は、基
板上に形成され、窒素を含むIII −V族化合物よりなる
第1導電型の第1のクラッド層と、第1のクラッド層の
上に形成され、窒素を含むIII −V族化合物よりなる活
性層と、活性層の上側に形成され、窒素を含むIII −V
族化合物よりなる第2導電型の第2のクラッド層とを備
え、活性層と第2のクラッド層との間に形成されてお
り、AlNよりなる半導体層を含む複数の半導体層より
なり、第2のクラッド層の第2導電型の不純物が活性層
側の領域へ拡散することを抑制する拡散抑制層を備えて
いる。
A second semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on a substrate, and has a first conductive type first clad layer made of a group III-V compound containing nitrogen, and a first clad layer formed on the first clad layer. An active layer made of a group III-V compound containing nitrogen, and a III-V layer formed on the active layer and containing nitrogen.
A second cladding layer of a second conductivity type made of a group III compound, formed between the active layer and the second cladding layer, comprising a plurality of semiconductor layers including a semiconductor layer made of AlN. The second cladding layer includes a diffusion suppressing layer that suppresses diffusion of impurities of the second conductivity type into a region on the active layer side.

【0013】第1又は2の半導体発光素子によると、活
性層と第2導電型の第2のクラッド層との間に形成さ
れ、第2導電型の不純物が活性層側の領域へ拡散するこ
とを抑制するAlNを含む拡散抑制層を備えているた
め、該AlNを構成するAlは、例えば同じIII 族元素
であり、最も一般的に用いられるGaよりもその原子半
径が小さいため、AlNよりなる結晶格子の格子間の間
隙がGaNに比べて小さいので、不純物原子が拡散でき
なくなる。
According to the first or second semiconductor light emitting device, the second conductive type impurity is formed between the active layer and the second conductive type second clad layer, and diffuses into the active layer side region. Is provided, the Al constituting the AlN is, for example, the same group III element, and has an atomic radius smaller than that of Ga which is most commonly used. Since the gap between the crystal lattices is smaller than that of GaN, impurity atoms cannot be diffused.

【0014】第2の半導体発光素子において、拡散抑制
層は、AlNよりなる半導体層とGaNよりなる半導体
層とが交互に積層された積層体よりなることが好まし
い。このようにすると、AlN層とGaN層とが互いに
ヘテロ接合されるため、AlN層のエネルギーバンドギ
ャップがGaN層に比べて大きいので、GaN層に量子
井戸を形成することができる。
[0014] In the second semiconductor light emitting device, it is preferable that the diffusion suppressing layer is formed of a stacked body in which semiconductor layers made of AlN and semiconductor layers made of GaN are alternately stacked. In this case, since the AlN layer and the GaN layer are hetero-joined to each other, the energy band gap of the AlN layer is larger than that of the GaN layer, so that a quantum well can be formed in the GaN layer.

【0015】第1又は第2の半導体発光素子において、
第2導電型の不純物はMgであることが好ましい。
In the first or second semiconductor light emitting device,
The impurity of the second conductivity type is preferably Mg.

【0016】第1又は第2の半導体発光素子において、
拡散抑制層は、AlNよりなる半導体層とAlx Ga
1-x-y Iny N(但し、式中のxは0≦x<1であり、
yは0≦y≦1である。)よりなる半導体層とが交互に
積層された積層体よりなることが好ましい。
In the first or second semiconductor light emitting device,
The diffusion suppressing layer includes a semiconductor layer made of AlN and Al x Ga
1-xy In y N (where x is 0 ≦ x <1;
y is 0 ≦ y ≦ 1. ) Is preferably formed of a stacked body in which semiconductor layers are alternately stacked.

【0017】第1又は第2の半導体発光素子において、
活性層はGa1-x Inx N(但し、式中のxは0<x≦
1である。)よりなることが好ましい。
In the first or second semiconductor light emitting device,
The active layer is Ga 1-x In x N (where x is 0 <x ≦
It is one. ).

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面を参照
しながら説明する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0019】図1は本発明の一実施形態に係る半導体発
光素子を示す構成断面図である。図1に示すように、面
方位が(0001)のサファイアよりなる基板11上に
は、アンドープGaNよりなり、厚さが30nmで結晶
格子の整合性を高めるためのバッファ層12と、該バッ
ファ層12の上に、厚さが3.0μmで上部に段差部を
有するn型GaN層13とが順次形成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a buffer layer 12 made of undoped GaN, having a thickness of 30 nm, and improving the consistency of a crystal lattice, and a buffer layer 12 made of undoped GaN, An n-type GaN layer 13 having a thickness of 3.0 μm and having a stepped portion on the upper side is sequentially formed on the upper surface 12.

【0020】n型GaN層13の上における段差部の上
段側には、n型Al0.1 Ga0.9 Nよりなり、厚さが5
00nmのキャリアを封じ込めるための第1のクラッド
層としてのn型クラッド層14と、アンドープGaNよ
りなり、厚さが100nmのキャリア封じ込めの効果を
高める第1のガイド層15と、アンドープGa0.95In
0.05Nよりなり厚さが5nmのバリア層16aとアンド
ープGa0.8 In0.2N層よりなり厚さが2.5nmの
活性層16bとが五重に交互に積層され、さらにその上
にもう一層のバリア層16aが積層されてなる多重量子
井戸層16と、アンドープGaNよりなり、厚さが10
0nmのキャリア封じ込めの効果を高める第2のガイド
層17と、アンドープAlNよりなる半導体層181と
アンドープGaNよりなる半導体層182とが十一重に
交互に積層され、さらにその上にもう一層のAlN層1
81が積層された積層体よりなり、p型不純物の活性層
16b側の領域への拡散を抑制する拡散抑制層18と、
p型Al0.1 Ga0.9 Nよりなり、厚さが500nmの
キャリアを封じ込めるための第2のクラッド層としての
p型クラッド層19と、p型GaNよりなり、厚さが3
00nmのp型コンタクト層20と、断面T字形で且つ
その脚部が酸化シリコンよりなる電流狭さく層21に囲
まれたNiよりなる第1の金属膜22a及び該第1の金
属膜22aの上にAuよりなる第2の金属膜22bが積
層されてなる陽電極22とが順次形成されている。
On the upper side of the step portion on the n-type GaN layer 13, n-type Al 0.1 Ga 0.9 N and a thickness of 5
An n-type cladding layer 14 as a first cladding layer for containing carriers of 00 nm, a first guide layer 15 made of undoped GaN and having a thickness of 100 nm for enhancing the effect of carrier containment, and undoped Ga 0.95 In
A barrier layer 16a made of 0.05 N and having a thickness of 5 nm and an active layer 16b made of an undoped Ga 0.8 In 0.2 N layer and having a thickness of 2.5 nm are alternately laminated in a quintuple pattern, and a further barrier is further formed thereon. The multiple quantum well layer 16 in which the layers 16a are stacked, and undoped GaN having a thickness of 10
A second guide layer 17 for enhancing the effect of confining carriers of 0 nm, a semiconductor layer 181 made of undoped AlN and a semiconductor layer 182 made of undoped GaN are alternately stacked in an eleven-fold manner, and another layer of AlN is further formed thereon. Tier 1
A diffusion suppressing layer 18, which is formed of a laminated body of the semiconductor layers 81 and suppresses diffusion of a p-type impurity into a region on the active layer 16 b side;
A p-type cladding layer 19 as a second cladding layer for confining carriers having a thickness of 500 nm, made of p-type Al 0.1 Ga 0.9 N, and a p-type GaN having a thickness of 3
A first metal film 22a made of Ni surrounded by a p-type contact layer 20 having a thickness of 00 nm and a current narrowing layer 21 having a T-shaped cross section and a leg portion made of silicon oxide; A positive electrode 22 formed by laminating a second metal film 22b made of Au is sequentially formed.

【0021】なお、基板11に絶縁体であるサファイア
を用いており、基板の裏面に陰電極が設けられないた
め、n型GaN層13の上における段差部の下段側にT
i層24a及びAl層24bが積層されてなる陰電極2
4が形成されている。
Since sapphire, which is an insulator, is used for the substrate 11 and no negative electrode is provided on the back surface of the substrate, T
Negative electrode 2 formed by laminating i-layer 24a and Al layer 24b
4 are formed.

【0022】図1における拡散抑制層18の拡大図に示
すように、拡散抑制層18は、第2のガイド層17側か
ら順に、AlNが1原子層よりなるAlN(1)層18
1a、GaNが10原子層よりなるGaN(10)層1
82aというように、AlN(2)層181b、GaN
(6)層182b、AlN(3)層181c、GaN
(4)層182c、AlN(4)層181d、GaN
(3)層182d、AlN(6)層181e、GaN
(2)層182e、AlN(10)層181f、GaN
(1)層182f、AlN(10)層181g、GaN
(2)層182g、AlN(6)層181h、GaN
(3)層182h、AlN(4)層181i、GaN
(4)層182i、AlN(3)層181j、GaN
(6)層182j、AlN(2)層181k、GaN
(10)層182k、及びAlN(1)層181lが形
成されている。
As shown in the enlarged view of the diffusion suppressing layer 18 in FIG. 1, the diffusion suppressing layer 18 is composed of an AlN (1) layer 18 composed of one atomic layer of AlN in order from the second guide layer 17 side.
1a, GaN (10) layer 1 composed of 10 atomic layers of GaN
82a, AlN (2) layer 181b, GaN
(6) Layer 182b, AlN (3) layer 181c, GaN
(4) Layer 182c, AlN (4) layer 181d, GaN
(3) Layer 182d, AlN (6) layer 181e, GaN
(2) Layer 182e, AlN (10) layer 181f, GaN
(1) Layer 182f, AlN (10) layer 181g, GaN
(2) Layer 182g, AlN (6) layer 181h, GaN
(3) Layer 182h, AlN (4) layer 181i, GaN
(4) Layer 182i, AlN (3) layer 181j, GaN
(6) Layer 182j, AlN (2) layer 181k, GaN
(10) The layer 182k and the AlN (1) layer 1811 are formed.

【0023】以下、前記のように構成された半導体発光
素子の製造方法を説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor light emitting device having the above structure will be described.

【0024】まず、面方位が(0001)のサファイア
よりなる基板11の主面に対して有機溶媒を用いて洗浄
等の前処理を施した後、有機金属気相エピタキシャル成
長法を用い、圧力が70×133.3Paの水素雰囲気
中で基板11を温度が1090℃になるまで加熱し、基
板11の表面に付着している吸着ガス、酸化物又は水分
子等を除去する。ちなみに、圧力単位Paは、Torr
と133.3Pa≒1Torrなる関係を有する。
First, the main surface of the substrate 11 made of sapphire having a plane orientation of (0001) is subjected to a pretreatment such as cleaning using an organic solvent, and then a metalorganic vapor phase epitaxial growth method is used. The substrate 11 is heated in a hydrogen atmosphere of × 133.3 Pa until the temperature reaches 1090 ° C. to remove adsorbed gas, oxides, water molecules, and the like attached to the surface of the substrate 11. Incidentally, the pressure unit Pa is Torr.
And 133.3 Pa ≒ 1 Torr.

【0025】その後、基板11の温度を550℃にまで
下げ、基板11上に、トリメチルガリウムを流量5.5
sccmで、アンモニアを流量2.5l/minで導入
すると共にシランを導入して、基板11の上にアンドー
プGaNよりなるバッファ層12を30nmの厚さに成
長させる。その後、基板11の温度を1060℃にまで
上げ、トリメチルガリウムを流量0.27sccmで、
アンモニアを流量5.0l/minで、及びシランを流
量12.5sccmで導入することにより、基板11の
上のバッファ層12上に厚さが3.0μmのn型GaN
層13を成長させる。
Thereafter, the temperature of the substrate 11 is lowered to 550 ° C., and trimethylgallium is supplied onto the substrate 11 at a flow rate of 5.5.
A buffer layer 12 made of undoped GaN is grown on the substrate 11 to a thickness of 30 nm on the substrate 11 by introducing ammonia at a flow rate of 2.5 l / min at a flow rate of sccm. Thereafter, the temperature of the substrate 11 was raised to 1060 ° C., and trimethylgallium was supplied at a flow rate of 0.27 sccm.
By introducing ammonia at a flow rate of 5.0 l / min and silane at a flow rate of 12.5 sccm, an n-type GaN having a thickness of 3.0 μm is formed on the buffer layer 12 on the substrate 11.
The layer 13 is grown.

【0026】次に、基板11上に、トリメチルガリウム
を流量2.7sccmで、トリメチルアルミニウムを流
量5.4sccmで、アンモニアを流量2.5l/mi
nで、及びシランを流量12.5sccmで導入して、
基板11の上のn型GaN層13上にn型Al0.1 Ga
0.9 Nよりなり、厚さが500nmのn型クラッド層1
4を成長させる。
Next, on the substrate 11, trimethylgallium was flowed at a flow rate of 2.7 sccm, trimethylaluminum was flowed at a flow rate of 5.4 sccm, and ammonia was flowed at a flow rate of 2.5 l / mi.
n and silane at a flow rate of 12.5 sccm,
On the n-type GaN layer 13 on the substrate 11, n-type Al 0.1 Ga
N-type cladding layer 1 made of 0.9 N and having a thickness of 500 nm
Grow 4.

【0027】次に、基板11上に、トリメチルガリウム
を流量2.7sccmで、アンモニアを流量2.5l/
minで導入して、基板11の上のn型クラッド層14
上にアンドープGaNよりなり、厚さが100nmの第
1のガイド層15を成長させる。
Next, on the substrate 11, trimethyl gallium was flowed at a flow rate of 2.7 sccm, and ammonia was flowed at a flow rate of 2.5 l / cm 2.
min, the n-type cladding layer 14 on the substrate 11
A first guide layer 15 made of undoped GaN and having a thickness of 100 nm is grown thereon.

【0028】次に、基板11の温度を730℃にまで下
げ、基板11上に、トリメチルガリウムを流量2.7s
ccmで、トリメチルインジウムを流量27sccm
で、アンモニアを流量10l/minで、及び窒素を流
量10l/minで導入して、基板11の上の第1のガ
イド層15上にアンドープGa0.95In0.05Nよりな
り、厚さが5.0nmのバリア層16aを成長させる。
引き続き、基板11の温度をそのままにし、基板11上
に、トリメチルガリウムを流量10.8sccmで、ト
リメチルインジウムを流量27sccmで、アンモニア
を流量10l/minで、及び窒素を流量10l/mi
nで導入して、バリア層16a上にアンドープGa0.8
In0.2 Nよりなり、厚さが2.5nmの活性層16b
を成長させる。これらのバリア層16a及び活性層16
bを一対とする計5対の成膜を繰り返した後、その上に
もう一層のバリア層16aを積層することにより、五重
に交互に積層されてなる多重量子井戸層16を形成す
る。
Next, the temperature of the substrate 11 is lowered to 730 ° C., and trimethylgallium is supplied on the substrate 11 at a flow rate of 2.7 s.
ccm at a flow rate of 27 sccm with trimethylindium
Then, ammonia was introduced at a flow rate of 10 l / min and nitrogen was introduced at a flow rate of 10 l / min, and undoped Ga 0.95 In 0.05 N was formed on the first guide layer 15 on the substrate 11 to have a thickness of 5.0 nm. Is grown.
Subsequently, while maintaining the temperature of the substrate 11, trimethylgallium was flowed on the substrate 11 at a flow rate of 10.8 sccm, trimethylindium was flowed at a flow rate of 27 sccm, ammonia was flowed at a flow rate of 10 l / min, and nitrogen was flowed at a flow rate of 10 l / mi.
n and undoped Ga 0.8 on the barrier layer 16a.
Active layer 16b of In 0.2 N having a thickness of 2.5 nm
Grow. These barrier layer 16a and active layer 16
After repeating the film formation of a total of five pairs of b, a further quantum barrier layer 16a is formed by alternately stacking five layers by stacking another barrier layer 16a thereon.

【0029】次に、基板11の温度を1060℃にまで
上げ、基板11上に、トリメチルガリウムを流量2.7
sccmで、アンモニアを流量2.5l/minで導入
して、基板11の上の多重量子井戸層16上にアンドー
プGaNよりなり、厚さが100nmの第2のガイド層
17を成長させる。
Next, the temperature of the substrate 11 is raised to 1060 ° C., and trimethylgallium is supplied onto the substrate 11 at a flow rate of 2.7.
A second guide layer 17 made of undoped GaN and having a thickness of 100 nm is grown on the multiple quantum well layer 16 on the substrate 11 by introducing ammonia at a flow rate of 2.5 l / min at sccm.

【0030】次に、基板11の温度を1060℃のま
ま、基板11上に、トリメチルアルミニウムを流量5.
4sccmで、及びアンモニアを流量2.5l/min
で導入して、基板11の上の第2のガイド層17上にA
lN(1)層181aを成長させる。次に、基板11上
に、トリメチルガリウムを流量2.7sccmで、及び
アンモニアを流量2.5l/minで導入して、基板1
1の上のAlN(1)層181a上にGaN(10)層
182aを成長させる。このように、前述したAlN層
181b〜181kとGaN層182b〜182kとを
交互に成長させ、GaN(10)層182kの上にAl
N(1)層181lを成長させることにより、拡散抑制
層18を形成する。
Next, while maintaining the temperature of the substrate 11 at 1060 ° C., trimethyl aluminum is supplied onto the substrate 11 at a flow rate of 5.
4 sccm and ammonia at a flow rate of 2.5 l / min
And A is placed on the second guide layer 17 on the substrate 11.
The 1N (1) layer 181a is grown. Next, trimethylgallium was introduced into the substrate 11 at a flow rate of 2.7 sccm, and ammonia was introduced at a flow rate of 2.5 l / min.
A GaN (10) layer 182a is grown on the AlN (1) layer 181a on the first. As described above, the AlN layers 181b to 181k and the GaN layers 182b to 182k are alternately grown, and the AlN layers 181b to 182k are grown on the GaN (10) layer 182k.
The diffusion suppression layer 18 is formed by growing the N (1) layer 181l.

【0031】その後、基板11上に、トリメチルガリウ
ムを流量2.7sccmで、トリメチルアルミニウムを
流量5.4sccmで、アンモニアを流量2.5l/m
inで、及びシクロペンタジエニルマグネシウムを流量
5.0sccmで導入して、基板11の上の拡散抑制層
18上にp型Al0.1 Ga0.9 Nよりなり、厚さが50
0nmのp型クラッド層19を成長させる。
Then, on the substrate 11, trimethyl gallium was flowed at a flow rate of 2.7 sccm, trimethyl aluminum was flowed at a flow rate of 5.4 sccm, and ammonia was flowed at a flow rate of 2.5 l / m 2.
In, and cyclopentadienyl magnesium was introduced at a flow rate of 5.0 sccm, and p-type Al 0.1 Ga 0.9 N was formed on the diffusion suppressing layer 18 on the substrate 11 to have a thickness of 50.
A 0 nm p-type cladding layer 19 is grown.

【0032】次に、基板11の温度を680℃にまで下
げ、基板11上に、トリメチルガリウムを流量2.7s
ccmで、アンモニアを流量5.0l/min、シクロ
ペンタジエニルマグネシウムを流量5.0sccmで導
入して、基板11の上のp型クラッド層19上に厚さが
p型GaNよりなり、300nmのp型コンタクト層2
0を成長させる。
Next, the temperature of the substrate 11 is lowered to 680 ° C., and trimethylgallium is supplied on the substrate 11 at a flow rate of 2.7 s.
At ccm, ammonia was introduced at a flow rate of 5.0 l / min, cyclopentadienyl magnesium was introduced at a flow rate of 5.0 sccm, and the p-type GaN was formed on the p-type cladding layer 19 on the substrate 11 to a thickness of 300 nm. p-type contact layer 2
Grow 0.

【0033】次に、成膜された基板11に対して、窒素
雰囲気において温度が700℃で、1時間のアニールを
行なって、p型クラッド層18、p型GaN層19及び
p型コンタクト層20中のp型不純物イオンであるMg
を活性化させる。
Next, the formed substrate 11 is annealed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 700 ° C. for 1 hour to form a p-type cladding layer 18, a p-type GaN layer 19 and a p-type contact layer 20. Mg as a p-type impurity ion
Activate.

【0034】次に、アニール後の基板11に陽電極22
及び陰電極24を形成する方法を説明する。
Next, the positive electrode 22 is placed on the substrate 11 after annealing.
And a method of forming the negative electrode 24 will be described.

【0035】まず、基板11におけるp型コンタクト層
20の上の陽電極22形成領域に開口部を有するマスク
パターンを形成した後、基板の上に全面にわたって厚さ
が1μmのマスク用Niを蒸着させる。次に、マスクパ
ターンを除去した後、混合比が1:1の塩素と水素とか
らなるECRプラズマ中で、圧力が133.3mPa、
RFパワーが400W、RF周波数が13.56MH
z、及び基板11を保持する基板ホルダとグリッドとの
間の電圧を500Vにそれぞれ設定して、マスク用Ni
をマスクとして基板11に対して20分間のドライエッ
チングを行なって、n型GaN層13を露出させる。そ
の後、大気圧の窒素雰囲気下で、硝酸を用いてマスク用
Niを除去する。なお、マスク用Niの代わりにアルミ
ニウム等の金属又はSiO2 等の誘電体を用いてもよ
い。
First, after forming a mask pattern having an opening in the region where the positive electrode 22 is formed on the p-type contact layer 20 in the substrate 11, a 1 μm-thick mask Ni is deposited over the entire surface of the substrate. . Next, after removing the mask pattern, in an ECR plasma composed of chlorine and hydrogen having a mixing ratio of 1: 1 and a pressure of 133.3 mPa,
RF power 400W, RF frequency 13.56MH
z, and the voltage between the substrate holder holding the substrate 11 and the grid was set to 500 V, respectively, and Ni for mask was set.
Is used as a mask to dry-etch the substrate 11 for 20 minutes to expose the n-type GaN layer 13. Thereafter, under a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure, Ni for mask is removed using nitric acid. Note that a metal such as aluminum or a dielectric such as SiO 2 may be used instead of Ni for the mask.

【0036】次に、CVD法を用いて、基板11の上に
全面にわたって、SiO2 よりなり、膜厚が100nm
の誘電膜を堆積する。なお、CVD法としては、光CV
D法であっても、プラズマCVD法であってもよい。
Next, the entire surface of the substrate 11 is made of SiO 2 and has a thickness of 100 nm by the CVD method.
Is deposited. In addition, as the CVD method, light CV
The method D or the plasma CVD method may be used.

【0037】続いて、基板11上の誘電膜の上に全面に
わたってレジスト膜を塗布した後、フォトリソグラフィ
を用いて、基板11の上のp型コンタクト層20の上面
における陽電極形成領域、及び基板11の上のn型Ga
N層13の露出面における陰電極形成領域にそれぞれ選
択的に幅が10μmの開口部を有するレジストパターン
を形成し、該レジストパターンをマスクとして、混合比
が1:10のフッ化水素とフッ化アンモニウムとからな
る水溶液を用いて基板11に対してウエットエッチング
を行なって、p型コンタクト層20の上面の陽電極形成
領域及びn型GaN層13の露出面の陰電極形成領域に
それぞれ開口部を有し、SiO2 よりなる電流狭さく層
21を形成する。この場合、図1に示した半導体発光素
子とは異なり、陰電極24にも、陽電極22と同様の電
流狭さく層21が形成される。
Subsequently, after a resist film is applied over the entire surface of the dielectric film on the substrate 11, the positive electrode forming region on the upper surface of the p-type contact layer 20 on the substrate 11 and the substrate are formed by photolithography. N-type Ga on 11
A resist pattern having an opening having a width of 10 μm is selectively formed in each of the negative electrode forming regions on the exposed surface of the N layer 13, and the resist pattern is used as a mask to form a mixture of hydrogen fluoride and fluoride having a mixing ratio of 1:10. Wet etching is performed on the substrate 11 using an aqueous solution containing ammonium to form openings in the positive electrode forming region on the upper surface of the p-type contact layer 20 and the negative electrode forming region on the exposed surface of the n-type GaN layer 13. The current narrowing layer 21 made of SiO 2 is formed. In this case, unlike the semiconductor light emitting device shown in FIG. 1, the current narrowing layer 21 similar to the positive electrode 22 is formed also on the negative electrode 24.

【0038】次に、アセトン及びO2 プラズマを用いて
基板11上のレジストパターンを除去した後、p型コン
タクト層20の上面における電流狭さく層21及び該電
流狭さく層21の開口部にNiよりなる第1の金属膜2
2aと、該第1の金属膜22aの上にAuよりなる第2
の金属膜22bを順次蒸着して陽電極22を形成する。
Next, after removing the resist pattern on the substrate 11 using acetone and O 2 plasma, the current narrowing layer 21 on the upper surface of the p-type contact layer 20 and the opening of the current narrowing layer 21 are made of Ni. First metal film 2
2a and a second layer of Au on the first metal film 22a.
The positive electrode 22 is formed by sequentially depositing the metal films 22b.

【0039】次に、n型GaN層13の上面における電
流狭さく層及び該電流狭さく層の開口部にTi層24a
及びAl層24bを順次蒸着して陰電極24を形成す
る。
Next, a Ti layer 24a is formed on the current narrowing layer on the upper surface of the n-type GaN layer 13 and the opening of the current narrowing layer.
And an Al layer 24b are sequentially deposited to form the negative electrode 24.

【0040】次に、キャビティ長が0.5mmになるよ
うに基板11をへき開して半導体発光素子を完成させ
る。
Next, the substrate 11 is cleaved so that the cavity length becomes 0.5 mm, thereby completing a semiconductor light emitting device.

【0041】以下、本実施形態に係る半導体発光素子の
特性を説明する。
Hereinafter, the characteristics of the semiconductor light emitting device according to this embodiment will be described.

【0042】まず、光学的特性は、レーザ光の発振波長
が410nmであり、端面の反射率がフロント及びリア
共に22%である。また、レーザ光の内部損失は5cm
-1、共振器における損失は20cm-1である。
First, regarding the optical characteristics, the oscillation wavelength of the laser beam is 410 nm, and the reflectivity of the end face is 22% for both the front and rear sides. The internal loss of the laser beam is 5cm
−1 , the loss in the resonator is 20 cm −1 .

【0043】次に、電気的特性を説明する。Next, the electrical characteristics will be described.

【0044】p型クラッド層19及びn型クラッド層1
4のキャリア密度はそれぞれ1×1018/cm3 、p型
コンタクト層20及びn型GaN層13のキャリア密度
はそれぞれ3×1018/cm3 である。
The p-type cladding layer 19 and the n-type cladding layer 1
4 has a carrier density of 1 × 10 18 / cm 3 , and the p-type contact layer 20 and the n-type GaN layer 13 have a carrier density of 3 × 10 18 / cm 3 .

【0045】移動度は、p型クラッド層19、p型コン
タクト層20がそれぞれ10cm2/V・sであり、n
型クラッド層14及びn型GaN層13がそれぞれ25
0cm2 /V・sであるため、十分に抵抗率が小さいp
型クラッド層19、n型クラッド層14、p型コンタク
ト層20及びn型GaN層13が実現されている。
The mobilities of the p-type cladding layer 19 and the p-type contact layer 20 are each 10 cm 2 / V · s,
Type cladding layer 14 and n-type GaN layer 13 each have 25
0 cm 2 / V · s, p is sufficiently low in resistivity.
The type clad layer 19, the n-type clad layer 14, the p-type contact layer 20, and the n-type GaN layer 13 are realized.

【0046】陽電極22側において、p型のコンタクト
層20と該コンタクト層20と接する第1の金属膜22
aであるNiとの間においてオーミック接触が実現し、
同様に、陰電極24側において、n型GaN層13とT
i層24aとの間にもオーミック接触が実現している。
On the positive electrode 22 side, a p-type contact layer 20 and a first metal film 22 in contact with the contact layer 20
Ohmic contact is realized with Ni which is a
Similarly, on the cathode 24 side, the n-type GaN layer 13 and T
Ohmic contact is also realized with the i-layer 24a.

【0047】図2は本実施形態に係る半導体発光素子の
電流電圧特性を表わすグラフである。図2において、1
Aは本実施形態に係る半導体発光素子の出力電力を表わ
す曲線であり、1Bは本実施形態に係る半導体発光素子
に印加される順方向電圧を表わす曲線である。一方、1
0Aは従来の半導体発光素子の出力電力を表わす曲線で
あり、10Bは従来の半導体発光素子に印加される順方
向電圧を表わす曲線である。図2において、本実施形態
に係る半導体発光素子のしきい値電圧は、曲線1Aに示
すように4.8Vであり、そのしきい値電流は曲線1B
に示すように110mAであることがわかる。一方、従
来の半導体発光素子のしきい値電圧は曲線10Aに示す
ように8Vであり、そのしきい値電流は曲線10Bに示
すように130mAである。また、しきい値電流密度
は、本実施形態に係る半導体発光素子が2kA/cm2
であり、従来の半導体発光素子が9kA/cm2 であ
る。これにより、本実施形態に係る半導体発光素子の電
流電圧特性は従来の半導体発光素子よりも明らかに向上
していることがわかる。
FIG. 2 is a graph showing current-voltage characteristics of the semiconductor light emitting device according to this embodiment. In FIG. 2, 1
A is a curve representing the output power of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, and 1B is a curve representing the forward voltage applied to the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. Meanwhile, 1
0A is a curve representing the output power of the conventional semiconductor light emitting device, and 10B is a curve representing the forward voltage applied to the conventional semiconductor light emitting device. In FIG. 2, the threshold voltage of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment is 4.8 V as shown by a curve 1A, and its threshold current is shown by a curve 1B.
As shown in FIG. On the other hand, the threshold voltage of the conventional semiconductor light emitting device is 8 V as shown by a curve 10A, and its threshold current is 130 mA as shown by a curve 10B. The threshold current density of the semiconductor light emitting device according to this embodiment is 2 kA / cm 2.
And that of the conventional semiconductor light emitting device is 9 kA / cm 2 . This indicates that the current-voltage characteristics of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment are clearly improved as compared with the conventional semiconductor light emitting device.

【0048】これは、p型不純物であるMgが活性層1
6b側に拡散するのを抑制する拡散抑制層18が設けら
れているためである。すなわち、AlN結晶を構成する
Alの原子半径が、GaN結晶を構成するGaの原子半
径よりも小さいため、AlN結晶内の隙間がGaN結晶
内の隙間よりも小さいので、Al原子に置換された不純
物イオンのMgが結晶内に拡散できないからである。
This is because the p-type impurity Mg is contained in the active layer 1.
This is because the diffusion suppressing layer 18 for suppressing diffusion to the 6b side is provided. That is, since the atomic radius of Al constituting the AlN crystal is smaller than the atomic radius of Ga constituting the GaN crystal, the gap in the AlN crystal is smaller than the gap in the GaN crystal. This is because Mg ions cannot diffuse into the crystal.

【0049】以下、具体的に、不純物Mgの活性層16
b側の領域への拡散が抑制される様子を図面を参照しな
がら説明する。
Hereinafter, the active layer 16 of the impurity Mg will be specifically described.
The manner in which diffusion to the b-side region is suppressed will be described with reference to the drawings.

【0050】図3は二次イオン質量分析計(SIMS)
を用いて分析した本実施形態に係る半導体発光素子及び
従来の半導体発光素子におけるp型不純物であるMg濃
度を示すグラフである。図3において、曲線2は本実施
形態に係る半導体発光素子のMg濃度を示し、曲線11
は従来の半導体発光素子のMg濃度を示している。な
お、深さ方向を表わすスケールAは本実施形態に係る半
導体発光素子を示し、スケールBは従来の半導体発光素
子を示し、その符号は各半導体層又は金属層にそれぞれ
対応している。図3の曲線2に示すように、本実施形態
に係る半導体発光素子のMg濃度は、p型クラッド層1
9と拡散抑制層18との界面で急峻に低下し、1014
cm3 以下になっている。一方、曲線11に示す従来の
半導体発光素子の場合は、活性層107領域においても
1017/cm3 以上存在している。
FIG. 3 shows a secondary ion mass spectrometer (SIMS).
5 is a graph showing the concentration of Mg, which is a p-type impurity, in the semiconductor light emitting device according to the present embodiment and a conventional semiconductor light emitting device analyzed by using FIG. In FIG. 3, a curve 2 indicates the Mg concentration of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, and a curve 11
Indicates the Mg concentration of the conventional semiconductor light emitting device. The scale A indicating the depth direction indicates the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, the scale B indicates the conventional semiconductor light emitting device, and the reference numerals correspond to the respective semiconductor layers or metal layers. As shown by a curve 2 in FIG. 3, the Mg concentration of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment is different from that of the p-type cladding layer 1.
Sharply decreased at the interface between 9 and the diffusion suppressing layer 18, 10 14 /
cm 3 or less. On the other hand, in the case of the conventional semiconductor light emitting device shown by the curve 11, 10 17 / cm 3 or more exists in the active layer 107 region.

【0051】このように、本実施形態によると、第2の
ガイド層17とp型クラッド層19との間にAlNを含
む拡散抑制層18を設けているため、p型クラッド層1
9から活性層16b側の領域への不純物Mgの拡散を抑
えることができる。従って、不純物Mgの濃度が活性層
16b領域において1014/cm3 以下であるため、活
性層領域16bに侵入した該Mgによって発光効率が低
下することがない。このことが、前述したように、しき
い値電流密度が従来の4分の1以下である2.0kA/
cm2 となり、且つ、本発光素子の動作電圧を低減でき
る要因の1つである。
As described above, according to the present embodiment, since the diffusion suppressing layer 18 containing AlN is provided between the second guide layer 17 and the p-type cladding layer 19, the p-type cladding layer 1
9 can be suppressed from being diffused into the region on the active layer 16b side. Therefore, since the concentration of the impurity Mg is 10 14 / cm 3 or less in the active layer region 16b, the luminous efficiency does not decrease due to the Mg entering the active layer region 16b. As described above, this means that the threshold current density is 2.0 kA /
cm 2 , which is one of the factors that can reduce the operating voltage of the light emitting device.

【0052】さらに、本実施形態の特徴として、拡散抑
制層18が数原子層程度の膜厚のAlN層181a〜1
81lとGaN層182a〜182kとが交互に組み合
わせられたヘテロ接合よりなることにより、図4(a)
における拡散抑制層18の荷電子帯エネルギーバンド図
に示すように、量子井戸を形成する各GaN層182a
〜182k内で量子トンネル準位が形成される。さら
に、拡散抑制層18は、各量子井戸の量子トンネル準位
がすべて等しくなるように、原子層数と該原子層数の変
化量とが採用されているため、すなわち、図1の拡散抑
制層18の拡大図に示すように、AlN層181a〜1
81lは拡散抑制層18の中央部で最大値10を取ると
共に両端部で最小値1を取り、一方、GaN層182a
〜182kは拡散抑制層18の両端部で最大値10を取
ると共に中央部で最小値1を取るように形成されている
ため、各GaN層182a〜182kにトンネル電流が
流れるので、その結果、発光素子の内部抵抗が低減す
る。従って、これによっても、発光素子の動作電圧が低
減することになる。
Further, as a feature of the present embodiment, the diffusion suppressing layer 18 is formed of AlN layers 181a-1
FIG. 4A shows a heterojunction in which 811 and GaN layers 182a to 182k are alternately combined.
As shown in the valence band energy band diagram of the diffusion suppressing layer 18 in FIG.
A quantum tunnel level is formed within 182k. Further, the diffusion suppressing layer 18 employs the number of atomic layers and the amount of change in the number of atomic layers so that the quantum tunnel levels of the quantum wells are all equal, that is, the diffusion suppressing layer of FIG. 18, the AlN layers 181a to 181a-1
81l takes the maximum value 10 at the center of the diffusion suppressing layer 18 and takes the minimum value 1 at both ends, while the GaN layer 182a
182k are formed so as to have a maximum value of 10 at both ends of the diffusion suppressing layer 18 and a minimum value of 1 at the central portion, so that a tunnel current flows through each of the GaN layers 182a to 182k. The internal resistance of the device is reduced. Therefore, this also reduces the operating voltage of the light emitting element.

【0053】また、本実施形態に係る素子内の欠陥密度
は、従来の100分の1以下の107 /cm2 であり、
大幅に欠陥密度が低減している。これはAlNを含む拡
散抑制層18とGa1-x Inx Nよりなる多重量子井戸
層16とを組み合わせた結果、GaNに対する格子不整
合率が10-4程度と、従来の活性層における格子不整合
率の100分の1程度に減少しているからである。
The defect density in the device according to the present embodiment is 10 7 / cm 2, which is 1/100 or less of the prior art.
The defect density is greatly reduced. This is because, as a result of combining the diffusion suppressing layer 18 containing AlN and the multiple quantum well layer 16 made of Ga 1-x In x N, the lattice mismatch ratio with respect to GaN is about 10 -4 , This is because the matching ratio is reduced to about 1/100.

【0054】すなわち、図6に示すように、拡散抑制層
18にGaNに対する格子不整合率が3.1%のAlN
を含むことにより、GaNに対する格子不整合率が2.
5%のGa0.8 In0.2 Nよりなる活性層16bにかか
る圧縮歪を打ち消すことができる。これにより、p型ク
ラッド層19に対する格子不整合率を従来の活性層に比
べて小さくできるため、活性層16bから発生する欠陥
が低減して活性層の結晶性が向上するので、発光素子の
発光特性を向上させることができる。
That is, as shown in FIG. 6, AlN having a lattice mismatch ratio of 3.1% with respect to GaN is formed in the diffusion suppressing layer 18.
, The lattice mismatch rate with respect to GaN is 2.
Compressive strain applied to the active layer 16b of 5% Ga 0.8 In 0.2 N can be canceled. As a result, the lattice mismatch ratio with respect to the p-type cladding layer 19 can be made smaller than that of the conventional active layer, so that defects generated from the active layer 16b are reduced and the crystallinity of the active layer is improved. The characteristics can be improved.

【0055】なお、サファイアよりなる基板11の代わ
りにSiCよりなる基板や、Al23 、ZnO、Mg
Al24 又はLiAlO2 等の酸化物よりなる基板を
用いてもよく、さらに、SiC傾斜基板を用いても同様
な効果が得られる。
In place of the substrate 11 made of sapphire, a substrate made of SiC, Al 2 O 3 , ZnO, Mg
A substrate made of an oxide such as Al 2 O 4 or LiAlO 2 may be used, and a similar effect can be obtained by using an inclined SiC substrate.

【0056】また、拡散抑制層18中のAlN層181
の代わりに、AlN層とAlx Ga1-x-y Iny N(但
し、xは0≦x<1であり、yは0≦y≦1である。)
層とが交互に繰り返されてなる多層構造の積層体であっ
ても同様な効果を得られる。
The AlN layer 181 in the diffusion suppressing layer 18
Instead of AlN layer and Al x Ga 1-xy In y N (where x is 0 ≦ x <1 and y is 0 ≦ y ≦ 1)
The same effect can be obtained even with a laminate having a multilayer structure in which layers are alternately repeated.

【0057】さらに、拡散抑制層18にMgが添加され
ていても同様な効果を得ることができる。
Further, the same effect can be obtained even when Mg is added to the diffusion suppressing layer 18.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明に係る第1又は第2の半導体発光
素子によると、活性層と第2導電型の第2のクラッド層
との間に形成され、第2導電型の不純物が活性層側の領
域へ拡散することを抑制するAlNを含む拡散抑制層を
備えているため、該AlNを構成するAlは、例えば同
じIII 族元素であるGaよりもその原子半径が小さいた
め、AlNよりなる結晶格子の格子間の間隙が小さいの
で、不純物原子が拡散できなくなる。これにより、活性
層に侵入する第2導電型の不純物が抑制されるため、該
不純物に起因する発光効率の低下が生じないため、しき
い値電流密度が低減し、動作電圧を低減を実現できる。
According to the first or second semiconductor light emitting device of the present invention, the second conductive type impurity is formed between the active layer and the second conductive type second cladding layer. Is provided with a diffusion suppressing layer containing AlN that suppresses diffusion to the region on the side, so that Al constituting AlN has a smaller atomic radius than, for example, Ga, which is the same group III element, and therefore is made of AlN. Since the gap between the crystal lattices is small, impurity atoms cannot be diffused. Accordingly, impurities of the second conductivity type penetrating into the active layer are suppressed, so that the emission efficiency does not decrease due to the impurities, so that the threshold current density is reduced and the operating voltage can be reduced. .

【0059】第2の半導体発光素子において、拡散抑制
層が、AlNよりなる半導体層とGaNよりなる半導体
層とが交互に積層された積層体よりなると、ヘテロ接合
によりGaNよりなる各半導体層に量子井戸が形成され
るため、複数の互いに隣接する量子井戸間で生じる量子
トンネル準位がすべて等しくなるように該ヘテロ接合を
形成すれば、該拡散抑制層にトンネル電流が流れるの
で、拡散抑制層が設けられていても発光素子の内部抵抗
が低減することになる。従って、発光素子の動作電圧が
低減する。
In the second semiconductor light emitting device, when the diffusion suppressing layer is formed of a stacked body in which the semiconductor layer made of AlN and the semiconductor layer made of GaN are alternately stacked, quantum diffusion is performed on each semiconductor layer made of GaN by a heterojunction. Since the well is formed, if the heterojunction is formed such that the quantum tunnel levels generated between a plurality of adjacent quantum wells are all equal, a tunnel current flows through the diffusion suppression layer. Even if provided, the internal resistance of the light emitting element will be reduced. Therefore, the operating voltage of the light emitting element is reduced.

【0060】第1又は第2の半導体発光素子において、
第2導電型の不純物がMgであると、第2導電型を容易
に且つ確実にp型とすることができる。
In the first or second semiconductor light emitting device,
When the impurity of the second conductivity type is Mg, the second conductivity type can be easily and surely turned to the p-type.

【0061】また、第1又は第2の半導体発光素子にお
いて、拡散抑制層が、AlNよりなる半導体層とAlx
Ga1-x-y Iny N(但し、式中のxは0≦x<1であ
り、yは0≦y≦1である。)よりなる半導体層とが交
互に積層された積層体よりなると、窒素を含むIII −V
族化合物としてGa1-x Inx Nよりなる活性層を用い
る場合には、格子整合が良好となり、発光特性が向上す
る。
In the first or second semiconductor light emitting device, the diffusion suppressing layer is formed of a semiconductor layer made of AlN and Al x.
When a semiconductor layer composed of Ga 1-xy In y N (where x is 0 ≦ x <1 and y is 0 ≦ y ≦ 1) is formed, the semiconductor layer is made of a laminate in which the semiconductor layers are alternately laminated. III-V containing nitrogen
When an active layer made of Ga 1-x In x N is used as the group III compound, the lattice matching is improved and the light emission characteristics are improved.

【0062】また、第1又は第2の半導体発光素子にお
いて、活性層に、Ga1-x Inx N(但し、式中のxは
0<x≦1である。)を用いると、短波長のレーザ光を
発生する半導体発光素子を確実に実現できる。
In the first or second semiconductor light emitting device, when Ga 1-x In x N (where x is 0 <x ≦ 1) is used for the active layer, a short wavelength is obtained. The semiconductor light emitting device that generates the laser light can be reliably realized.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子を示
す構成断面図である。
FIG. 1 is a configuration sectional view showing a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の電
流電圧特性を表わすグラフである。
FIG. 2 is a graph showing current-voltage characteristics of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子及び
従来の半導体発光素子におけるp型不純物であるMg濃
度を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the Mg concentration as a p-type impurity in the semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention and a conventional semiconductor light emitting device.

【図4】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子にお
ける拡散抑制層を示し、(a)は価電子帯エネルギーバ
ンドと量子トンネル準位とを表わす図であり、(b)は
(a)に対応する拡散抑制層の断面図である。
4A and 4B show a diffusion suppressing layer in a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a diagram showing a valence band energy band and a quantum tunnel level, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a diffusion suppression layer corresponding to FIG.

【図5】従来の半導体発光素子を示す構成断面図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor light emitting device.

【図6】代表的なIII −V族化合物半導体のバンドギャ
ップと格子定数との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a band gap and a lattice constant of a typical III-V compound semiconductor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 バッファ層 13 n型GaN層 14 n型クラッド層(第1のクラッド層) 15 第1のガイド層 16 多重量子井戸層 16a バリア層 16b 活性層 17 第2のガイド層 18 拡散抑制層 181 AlNよりなる半導体層 181a AlN(1)層 181b AlN(2)層 181c AlN(3)層 181d AlN(4)層 181e AlN(6)層 181f AlN(10)層 181g AlN(10)層 181h AlN(6)層 181i AlN(4)層 181j AlN(3)層 181k AlN(2)層 181l AlN(1)層 182 GaNよりなる半導体層 182a GaN(10)層 182b GaN(6)層 182c GaN(4)層 182d GaN(3)層 182e GaN(2)層 182f GaN(1)層 182g GaN(2)層 182h GaN(3)層 182i GaN(4)層 182j GaN(6)層 182k GaN(10)層 19 p型クラッド層(第2のクラッド層) 20 コンタクト層 21 電流狭さく層 22 陽電極 22a 第1の金属膜 22b 第2の金属膜 24 陰電極 24a Ti層 24b Al層 Reference Signs List 11 substrate 12 buffer layer 13 n-type GaN layer 14 n-type clad layer (first clad layer) 15 first guide layer 16 multiple quantum well layer 16a barrier layer 16b active layer 17 second guide layer 18 diffusion suppression layer 181 AlN semiconductor layer 181a AlN (1) layer 181b AlN (2) layer 181c AlN (3) layer 181d AlN (4) layer 181e AlN (6) layer 181f AlN (10) layer 181g AlN (10) layer 181h AlN ( 6) Layer 181i AlN (4) layer 181j AlN (3) layer 181k AlN (2) layer 181l AlN (1) layer 182 GaN Semiconductor layer 182a GaN (10) layer 182b GaN (6) layer 182c GaN (4) Layer 182d GaN (3) layer 182e GaN (2) layer 182f GaN (1) 182g GaN (2) layer 182h GaN (3) layer 182i GaN (4) layer 182j GaN (6) layer 182k GaN (10) layer 19 p-type cladding layer (second cladding layer) 20 contact layer 21 current narrowing layer 22 Positive electrode 22a First metal film 22b Second metal film 24 Negative electrode 24a Ti layer 24b Al layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 義博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 木戸口 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 粂 雅博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Yoshihiro Hara 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Isao Kidoguchi 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. ( 72) Inventor Masahiro Kume 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Yuzaburo 1006 Odaka Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成され、窒素を含むIII −V
族化合物よりなる第1導電型の第1のクラッド層と、前
記第1のクラッド層の上に形成され、窒素を含むIII −
V族化合物よりなる活性層と、前記活性層の上側に形成
され、窒素を含むIII −V族化合物よりなる第2導電型
の第2のクラッド層とを備えた半導体発光素子におい
て、 前記活性層と前記第2のクラッド層との間に形成されて
おり、前記第2のクラッド層の第2導電型の不純物が前
記活性層側の領域へ拡散することを抑制するAlNを含
む拡散抑制層を備えていることを特徴とする半導体発光
素子。
A III-V formed on a substrate and containing nitrogen
A first cladding layer of a first conductivity type made of a group III compound; and a III- layer formed on the first cladding layer and containing nitrogen.
A semiconductor light emitting device comprising: an active layer made of a group V compound; and a second cladding layer of a second conductivity type formed on the active layer and made of a group III-V compound containing nitrogen. A diffusion suppressing layer formed between the first cladding layer and the second cladding layer, the diffusion suppressing layer including AlN that suppresses diffusion of a second conductivity type impurity of the second cladding layer into a region on the active layer side. A semiconductor light emitting device, comprising:
【請求項2】 基板上に形成され、窒素を含むIII −V
族化合物よりなる第1導電型の第1のクラッド層と、前
記第1のクラッド層の上に形成され、窒素を含むIII −
V族化合物よりなる活性層と、前記活性層の上側に形成
され、窒素を含むIII −V族化合物よりなる第2導電型
の第2のクラッド層とを備えた半導体発光素子におい
て、 前記活性層と前記第2のクラッド層との間に形成されて
おり、AlNよりなる半導体層を含む複数の半導体層よ
りなり、前記第2のクラッド層の第2導電型の不純物が
前記活性層側の領域へ拡散することを抑制する拡散抑制
層を備えていることを特徴とする半導体発光素子。
2. A III-V film formed on a substrate and containing nitrogen.
A first cladding layer of a first conductivity type made of a group III compound; and a III- layer formed on the first cladding layer and containing nitrogen.
A semiconductor light emitting device comprising: an active layer made of a group V compound; and a second cladding layer of a second conductivity type formed on the active layer and made of a group III-V compound containing nitrogen. And a plurality of semiconductor layers including a semiconductor layer made of AlN, wherein a second conductivity type impurity of the second cladding layer is formed in a region on the active layer side. 1. A semiconductor light emitting device comprising a diffusion suppressing layer for suppressing diffusion into a semiconductor light emitting device.
【請求項3】 前記拡散抑制層は、AlNよりなる半導
体層とGaNよりなる半導体層とが交互に積層された積
層体よりなることを特徴とする請求項2に記載の半導体
発光素子。
3. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the diffusion suppressing layer is formed of a stacked body in which semiconductor layers made of AlN and semiconductor layers made of GaN are alternately stacked.
【請求項4】 前記第2導電型の不純物はMgであるこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光素
子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the impurity of the second conductivity type is Mg.
【請求項5】 前記拡散抑制層は、 AlNよりなる半導体層とAlx Ga1-x-y Iny
(但し、式中のxは0≦x<1の実数であり、yは0≦
y≦1の実数である。)よりなる半導体層とが交互に積
層された積層体よりなることを特徴とする請求項1又は
2に記載の半導体発光素子。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the diffusion suppressing layer includes a semiconductor layer made of AlN and Al x Ga 1 -xy In y N
(Where x is a real number satisfying 0 ≦ x <1 and y is 0 ≦
It is a real number of y ≦ 1. 3. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting device comprises a stacked body in which semiconductor layers are alternately stacked.
【請求項6】 前記活性層はGa1-x Inx N(但し、
式中のxは0<x≦1の実数である。)よりなることを
特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
6. The active layer is formed of Ga 1-x In x N (provided that
X in the expression is a real number satisfying 0 <x ≦ 1. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein
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