JPH11261105A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH11261105A JPH11261105A JP5937898A JP5937898A JPH11261105A JP H11261105 A JPH11261105 A JP H11261105A JP 5937898 A JP5937898 A JP 5937898A JP 5937898 A JP5937898 A JP 5937898A JP H11261105 A JPH11261105 A JP H11261105A
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- Japan
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- light emitting
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
- H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
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- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 十分な寿命を有し、且つ青色や緑色など幅広
い波長領域において発光波長を選択することができる半
導体発光素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子
においてＩｎを含む混晶で活性層を作成する場合、少な
くともＡｌまたはＢも併せて含む混晶とすることにあ
る。これにより、結晶の熱耐性を向上することができ、
素子特性の信頼性を大きく向上することができる。
い波長領域において発光波長を選択することができる半
導体発光素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子
においてＩｎを含む混晶で活性層を作成する場合、少な
くともＡｌまたはＢも併せて含む混晶とすることにあ
る。これにより、結晶の熱耐性を向上することができ、
素子特性の信頼性を大きく向上することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子に関
し、特に、窒化ガリウム系半導体からなる半導体発光素
子であって、インジウム（Ｉｎ）を含む活性層を有する
半導体発光素子及びその製造方法に関する。
し、特に、窒化ガリウム系半導体からなる半導体発光素
子であって、インジウム（Ｉｎ）を含む活性層を有する
半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系半導体は、その光学遷移
が直接遷移型であるため高効率の発光再結合が可能であ
り、半導体レーザあるいは高輝度ＬＥＤなどの高効率発
光素子の材料としてその開発が行われている。
が直接遷移型であるため高効率の発光再結合が可能であ
り、半導体レーザあるいは高輝度ＬＥＤなどの高効率発
光素子の材料としてその開発が行われている。
【０００３】なお、本願において「窒化ガリウム系半導
体」とは、ＢxＩｎyＡｌzＧａ(1-x- y-z)Ｎ（Ｏ≦ｘ≦
１、Ｏ≦ｙ≦１、Ｏ≦ｚ≦１）のＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎに加えてリ
ン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶も含むもの
とする。
体」とは、ＢxＩｎyＡｌzＧａ(1-x- y-z)Ｎ（Ｏ≦ｘ≦
１、Ｏ≦ｙ≦１、Ｏ≦ｚ≦１）のＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎに加えてリ
ン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶も含むもの
とする。
【０００４】窒化ガリウム系半導体の混晶系のひとつで
あるインジウム・ガリウム窒素（ＩｎxＧａ1-xＮ）は、
Ｉｎ組成Ｘを調節することによりバンドギャップエネル
ギーをＧａＮの３．４２ｅＶからＩｎＮの２ｅＶまで変
えることができ、可視の発光素子用の活性層として用い
ることができる。
あるインジウム・ガリウム窒素（ＩｎxＧａ1-xＮ）は、
Ｉｎ組成Ｘを調節することによりバンドギャップエネル
ギーをＧａＮの３．４２ｅＶからＩｎＮの２ｅＶまで変
えることができ、可視の発光素子用の活性層として用い
ることができる。
【０００５】一般に、半導体レーザや発光ダイオードな
どの半導体発光素子においては、いいわゆる「ダブルヘ
テロ型構造」が採用されることが多い。これは、所定の
発光波長に対応したエネルギバンドギャップを有する活
性層（或いは発光層）を、それよりも大きなバンドギャ
ップを有するクラッド層でサンドイッチした構造であ
る。このようなダブルヘテロ型の半導体素子の発光層の
材料としては、窒化ガリウム系半導体の混晶系のひとつ
であるインジウム・ガリウム窒素（ＩｎxＧａ1-xＮ）を
用いることができる。すなわち、インジウム・ガリウム
窒化は、Ｉｎ組成Ｘを調節することによりバンドギャッ
プエネルギーをＧａＮの３．４２ｅＶからＩｎＮの２ｅ
Ｖまで変えることができ、可視の発光素子用の活性層と
して用いることができる。
どの半導体発光素子においては、いいわゆる「ダブルヘ
テロ型構造」が採用されることが多い。これは、所定の
発光波長に対応したエネルギバンドギャップを有する活
性層（或いは発光層）を、それよりも大きなバンドギャ
ップを有するクラッド層でサンドイッチした構造であ
る。このようなダブルヘテロ型の半導体素子の発光層の
材料としては、窒化ガリウム系半導体の混晶系のひとつ
であるインジウム・ガリウム窒素（ＩｎxＧａ1-xＮ）を
用いることができる。すなわち、インジウム・ガリウム
窒化は、Ｉｎ組成Ｘを調節することによりバンドギャッ
プエネルギーをＧａＮの３．４２ｅＶからＩｎＮの２ｅ
Ｖまで変えることができ、可視の発光素子用の活性層と
して用いることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、インジウム・
ガリウム窒素を発光層に用いた従来の半導体発光素子
は、その寿命が十分でないという問題があった。
ガリウム窒素を発光層に用いた従来の半導体発光素子
は、その寿命が十分でないという問題があった。
【０００７】図７は、従来の半導体発光素子の信頼性試
験の結果を表すグラフ図である。すなわち、同図は、イ
ンジウム・ガリウム窒素（ＩｎxＧａ1-xＮ）のインジウ
ム組成Ｘを２０％とした混晶を活性層に用いた青色発光
ダイオードの光出力の経時変化を表すものである。ここ
で、発光波長は約４５０ｎｍであり、発光ダイオードの
動作電流は２０ｍＡで動作温度は室温とした。同図から
分かるように、発光ダイオードの光出力は、約１０００
時間を経過した頃から急激に低下し始め、１００００時
間では約半分にまで劣化する。
験の結果を表すグラフ図である。すなわち、同図は、イ
ンジウム・ガリウム窒素（ＩｎxＧａ1-xＮ）のインジウ
ム組成Ｘを２０％とした混晶を活性層に用いた青色発光
ダイオードの光出力の経時変化を表すものである。ここ
で、発光波長は約４５０ｎｍであり、発光ダイオードの
動作電流は２０ｍＡで動作温度は室温とした。同図から
分かるように、発光ダイオードの光出力は、約１０００
時間を経過した頃から急激に低下し始め、１００００時
間では約半分にまで劣化する。
【０００８】このような光出力の低下は、種々の応用分
野において問題を生ずる。例えば、このようなインジウ
ム・ガリウム窒素を活性層に用いた青色発光素子を交通
信号に用いる場合には、発光輝度の低下により視認性が
劣化するという深刻な問題を生ずる。また、光ディスク
システムのデータ読み出し・書き込み用の発光素子とし
て応用した場合には、データの書き込みが困難となり、
読み出しエラーが増加するなどの問題を生ずる。さら
に、マルチカラーディスプレイやフルカラーディスプレ
イ装置においては、経時変化による色ムラなどの問題を
起こすこととなる。
野において問題を生ずる。例えば、このようなインジウ
ム・ガリウム窒素を活性層に用いた青色発光素子を交通
信号に用いる場合には、発光輝度の低下により視認性が
劣化するという深刻な問題を生ずる。また、光ディスク
システムのデータ読み出し・書き込み用の発光素子とし
て応用した場合には、データの書き込みが困難となり、
読み出しエラーが増加するなどの問題を生ずる。さら
に、マルチカラーディスプレイやフルカラーディスプレ
イ装置においては、経時変化による色ムラなどの問題を
起こすこととなる。
【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のである。すなわち、その目的は、十分な寿命を有し、
且つ青色や緑色など幅広い波長領域において発光波長を
選択することができる半導体発光素子を提供することに
ある。
のである。すなわち、その目的は、十分な寿命を有し、
且つ青色や緑色など幅広い波長領域において発光波長を
選択することができる半導体発光素子を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
半導体発光素子は、ＡｌとＩｎとＧａとＮとを少なくと
も含み、且つ３．４２エレクトロンボルトよりも小さい
エネルギー・ギャップを有する活性層を備えたことを特
徴とする。
半導体発光素子は、ＡｌとＩｎとＧａとＮとを少なくと
も含み、且つ３．４２エレクトロンボルトよりも小さい
エネルギー・ギャップを有する活性層を備えたことを特
徴とする。
【００１１】または、ＢとＩｎとＧａとＮとを少なくと
も含み、且つ３．４２エレクトロンボルトよりも小さい
エネルギー・ギャップを有する活性層を備えたことを特
徴とする。
も含み、且つ３．４２エレクトロンボルトよりも小さい
エネルギー・ギャップを有する活性層を備えたことを特
徴とする。
【００１２】または、ＧａＮからなる第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積層さ
れ、ＡｌとＩｎとＧａとＮとを少なくとも含む活性層
と、前記活性層の上に積層され、ＧａＮからなる第２導
電型の第２のクラッド層と、を備えたことを特徴とす
る。
のクラッド層と、前記第１のクラッド層の上に積層さ
れ、ＡｌとＩｎとＧａとＮとを少なくとも含む活性層
と、前記活性層の上に積層され、ＧａＮからなる第２導
電型の第２のクラッド層と、を備えたことを特徴とす
る。
【００１３】または、ＧａＮからなる第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積層さ
れ、ＢとＩｎとＧａとＮとを少なくとも含む活性層と、
前記活性層の上に積層され、ＧａＮからなる第２導電型
の第２のクラッド層と、を備えたことを特徴とする。
のクラッド層と、前記第１のクラッド層の上に積層さ
れ、ＢとＩｎとＧａとＮとを少なくとも含む活性層と、
前記活性層の上に積層され、ＧａＮからなる第２導電型
の第２のクラッド層と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】または、ＡｌとＧａとＮとを含む第１導電
型の第１のクラッド層と、ＧａＮからなる第１導電型の
第１のガイド層と、ＡｌとＩｎとＧａとＮとを少なくと
も含む活性層と、ＧａＮからなる第２導電型の第２のガ
イド層と、ＡｌとＧａとＮとを含む第２導電型の第２の
クラッド層と、を備えたことを特徴とする。
型の第１のクラッド層と、ＧａＮからなる第１導電型の
第１のガイド層と、ＡｌとＩｎとＧａとＮとを少なくと
も含む活性層と、ＧａＮからなる第２導電型の第２のガ
イド層と、ＡｌとＧａとＮとを含む第２導電型の第２の
クラッド層と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】または、ＡｌとＧａとＮとを含む第１導電
型の第１のクラッド層と、ＧａＮからなる第１導電型の
第１のガイド層と、ＢとＩｎとＧａとＮとを少なくとも
含む活性層と、ＧａＮからなる第２導電型の第２のガイ
ド層と、ＡｌとＧａとＮとを含む第２導電型の第２のク
ラッド層と、を備えたことを特徴とする。
型の第１のクラッド層と、ＧａＮからなる第１導電型の
第１のガイド層と、ＢとＩｎとＧａとＮとを少なくとも
含む活性層と、ＧａＮからなる第２導電型の第２のガイ
ド層と、ＡｌとＧａとＮとを含む第２導電型の第２のク
ラッド層と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】ここで、前記活性層は、３．４２エレクト
ロンボルトよりも小さいエネルギ・ギャップを有するこ
とを特徴とする。
ロンボルトよりも小さいエネルギ・ギャップを有するこ
とを特徴とする。
【００１７】また、前記活性層は、１×１０17ｃｍ-3か
ら１×１０21ｃｍ-3の範囲の濃度のシリコンをさらに含
むことを特徴とする。
ら１×１０21ｃｍ-3の範囲の濃度のシリコンをさらに含
むことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の骨子は、窒化ガリウム系
半導体を用いた発光素子においてＩｎを含む混晶で活性
層を作成する場合、少なくともＡｌまたはＢも併せて含
む混晶とすることにある。これにより、結晶の熱耐性を
向上することができ、素子特性の信頼性を大きく向上す
ることができる。
半導体を用いた発光素子においてＩｎを含む混晶で活性
層を作成する場合、少なくともＡｌまたはＢも併せて含
む混晶とすることにある。これにより、結晶の熱耐性を
向上することができ、素子特性の信頼性を大きく向上す
ることができる。
【００１９】即ち、従来主に用いられている活性層Ｉｎ
ＧａＮは熱的な結晶の安定性が十分ではないことから素
子特性劣化が起こってしまうのに対し、本発明では熱的
安定性が比較的高いＡｌＧａＮ系などとの混晶系ＩｎＡ
ｌＧａＮを活性層に用いることにより素子の信頼性を向
上させることを特徴とする。ＩｎＡｌＧａＮ系を活性層
に用いた場合、そのＩｎとＡｌの濃度によりエネルギー
ギャップを調整して可視から紫外波長の発光を得ること
ができる。
ＧａＮは熱的な結晶の安定性が十分ではないことから素
子特性劣化が起こってしまうのに対し、本発明では熱的
安定性が比較的高いＡｌＧａＮ系などとの混晶系ＩｎＡ
ｌＧａＮを活性層に用いることにより素子の信頼性を向
上させることを特徴とする。ＩｎＡｌＧａＮ系を活性層
に用いた場合、そのＩｎとＡｌの濃度によりエネルギー
ギャップを調整して可視から紫外波長の発光を得ること
ができる。
【００２０】以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形
態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態に係わる半導体発光素子１００の積層構造の概略断面
図である。図中、１０１はサファイア基板であり、この
基板上にＧａＮバッファ層１０２、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層１０３、ｎ型ＧａＮ層クラッド層１０４、ｎ型Ｉｎ
ＡｌＧａＮ活性層１０５、ｐ型ＧａＮクラッド層１０
６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７が、順次結晶成長さ
れている。結晶成長は、例えば有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶＤ法）により行うことができる。電流注入を行う
ための電極は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０６と、エッ
チングにより露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層１０３
の上の一部に、それぞれｐ側電極１０８、ｎ側電極１０
９として形成されている。
態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態に係わる半導体発光素子１００の積層構造の概略断面
図である。図中、１０１はサファイア基板であり、この
基板上にＧａＮバッファ層１０２、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層１０３、ｎ型ＧａＮ層クラッド層１０４、ｎ型Ｉｎ
ＡｌＧａＮ活性層１０５、ｐ型ＧａＮクラッド層１０
６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７が、順次結晶成長さ
れている。結晶成長は、例えば有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶＤ法）により行うことができる。電流注入を行う
ための電極は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０６と、エッ
チングにより露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層１０３
の上の一部に、それぞれｐ側電極１０８、ｎ側電極１０
９として形成されている。
【００２１】本発明においては、活性層１０５にＡｌを
含んだＩｎＡｌＧａＮ系４元混晶を用いている。また、
活性層１０５のバンドギャップは３．４２ｅＶよりも小
さい。すなわち、本発明における活性層１０５のバンド
ギャップは、ＧａＮのバンドギャップである３．４２ｅ
Ｖよりも小さい。
含んだＩｎＡｌＧａＮ系４元混晶を用いている。また、
活性層１０５のバンドギャップは３．４２ｅＶよりも小
さい。すなわち、本発明における活性層１０５のバンド
ギャップは、ＧａＮのバンドギャップである３．４２ｅ
Ｖよりも小さい。
【００２２】従来は、このようにＧａＮよりも小さいバ
ンドギャップを有する活性層を形成するためには、Ｇａ
Ｎに対して単純にインジウム（Ｉｎ）のみを添加する方
法が取られていた。
ンドギャップを有する活性層を形成するためには、Ｇａ
Ｎに対して単純にインジウム（Ｉｎ）のみを添加する方
法が取られていた。
【００２３】これに対して、本発明においては、ＧａＮ
よりもバンドギャップが小さい活性層を形成するため
に、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶を用いる。この混晶系にお
いては、一般に、インジウム組成を増加するとバンドギ
ャップが小さくなり、アルミニウム組成を増加するとバ
ンドギャップが大きくなる。例えば、インジウム・ガリ
ウム窒素（ＩｎxＧａ1-xＮ）のインジウム組成ｘが約４
５％の混晶は、波長約５２０ｎｍの緑色の発光を生ず
る。これにＡｌを組成比で約１０％程度添加すると、バ
ンドギャップが大きくなり、波長約４５０ｎｍの青色の
発光を得ることができる。本発明によれば、従来のイン
ジウム・ガリウム窒素に対して、アルミニウム（Ａｌ）
を添加した４元混晶を採用することにより、後に詳述す
るように発光素子の信頼性が顕著に改善される。
よりもバンドギャップが小さい活性層を形成するため
に、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶を用いる。この混晶系にお
いては、一般に、インジウム組成を増加するとバンドギ
ャップが小さくなり、アルミニウム組成を増加するとバ
ンドギャップが大きくなる。例えば、インジウム・ガリ
ウム窒素（ＩｎxＧａ1-xＮ）のインジウム組成ｘが約４
５％の混晶は、波長約５２０ｎｍの緑色の発光を生ず
る。これにＡｌを組成比で約１０％程度添加すると、バ
ンドギャップが大きくなり、波長約４５０ｎｍの青色の
発光を得ることができる。本発明によれば、従来のイン
ジウム・ガリウム窒素に対して、アルミニウム（Ａｌ）
を添加した４元混晶を採用することにより、後に詳述す
るように発光素子の信頼性が顕著に改善される。
【００２４】また、活性層１０５の上下に設けられてい
るクラッド層１０４、１０６は、ＧａＮからなる。この
ように、それぞれのクラッド層をＧａＮにより構成する
と、青色〜緑色に対応するバンドギャップを有する活性
層に対して、格子定数のずれが少なくなり、発光素子の
寿命をさらに改善することができる。すなわち、青色か
ら可視光領域の波長帯に対応するＩｎＡｌＧａＮ系４元
混晶の格子定数は、ＧａＮよりも大きい。一方、従来、
クラッド層の材料として多用されているＡｌＧａＮは、
ＧａＮよりも格子定数が小さい。従って、活性層と隣接
するクラッド層の材料として従来のＡｌＧａＮを用いる
と、格子定数の差が大きくなるという問題がある。これ
に対して、本発明によれば、活性層に隣接するクラッド
層をＧａＮとすることにより、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶
からなる活性層との格子定数の差が小さくなり、さらに
信頼性を向上することができる。
るクラッド層１０４、１０６は、ＧａＮからなる。この
ように、それぞれのクラッド層をＧａＮにより構成する
と、青色〜緑色に対応するバンドギャップを有する活性
層に対して、格子定数のずれが少なくなり、発光素子の
寿命をさらに改善することができる。すなわち、青色か
ら可視光領域の波長帯に対応するＩｎＡｌＧａＮ系４元
混晶の格子定数は、ＧａＮよりも大きい。一方、従来、
クラッド層の材料として多用されているＡｌＧａＮは、
ＧａＮよりも格子定数が小さい。従って、活性層と隣接
するクラッド層の材料として従来のＡｌＧａＮを用いる
と、格子定数の差が大きくなるという問題がある。これ
に対して、本発明によれば、活性層に隣接するクラッド
層をＧａＮとすることにより、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶
からなる活性層との格子定数の差が小さくなり、さらに
信頼性を向上することができる。
【００２５】図２は、本発明の半導体発光素子１００の
寿命試験の結果を表すグラフ図である。ここでは、上述
した組成のＩｎＡｌＧａＮ４元混晶を活性層に用いた発
光ダイオードについて、動作電流２０ｍＡの条件で室温
で連続動作させた。図２から分かるように、本発明の半
導体発光素子は、１００００時間を経過しても光出力が
殆ど低下しない。同じ波長領域の青色発光を生ずる従来
の半導体素子（図７）と比較して、顕著に寿命が改善さ
れていることが分かる。すなわち、本発明によれば、従
来のインジウム・ガリウム窒素の３元混晶に対して、イ
ンジウムの組成を増加しつつ、アルミニウムを添加して
バンドギャップを調節することにより、半導体発光素子
の寿命が顕著に改善される。
寿命試験の結果を表すグラフ図である。ここでは、上述
した組成のＩｎＡｌＧａＮ４元混晶を活性層に用いた発
光ダイオードについて、動作電流２０ｍＡの条件で室温
で連続動作させた。図２から分かるように、本発明の半
導体発光素子は、１００００時間を経過しても光出力が
殆ど低下しない。同じ波長領域の青色発光を生ずる従来
の半導体素子（図７）と比較して、顕著に寿命が改善さ
れていることが分かる。すなわち、本発明によれば、従
来のインジウム・ガリウム窒素の３元混晶に対して、イ
ンジウムの組成を増加しつつ、アルミニウムを添加して
バンドギャップを調節することにより、半導体発光素子
の寿命が顕著に改善される。
【００２６】このような本発明の顕著な効果は、従来の
通説とは異なるものである。すなわち、従来は、インジ
ウム・ガリウム窒素においてインジウム組成を増加する
ことは、以下に挙げる要因によって結晶の安定性を低下
させ、発光素子の信頼性を劣化させるものであるとされ
てきた。
通説とは異なるものである。すなわち、従来は、インジ
ウム・ガリウム窒素においてインジウム組成を増加する
ことは、以下に挙げる要因によって結晶の安定性を低下
させ、発光素子の信頼性を劣化させるものであるとされ
てきた。
【００２７】まず、第１に、成長温度の低下を挙げるこ
とができる。すなわち、インジウム・ガリウム窒素の３
元混晶は、ＧａＮとＩｎＮとの組み合わせとして考える
ことができる。ここで、ＧａＮについてみると、一般
に、結晶品質を高めるためには１０００℃以上の成長温
度を必要とする。これに対して、比較的蒸気圧の高いＩ
ｎを含むＩｎＮは、ＧａＮよりも成長温度を下げる必要
がある。このためインジウム・ガリウム窒素（ＩｎxＧ
ａ1-xＮ）のインジウム組成ｘを増加するためには、成
長温度をＧａＮよりも低くする必要がある。この事実を
開示した文献としては、例えば、Appl.Phys.Lett.59,22
51(1991)を挙げることができる。つまり、インジウム・
ガリウム窒素において、インジウム組成を増加するため
には、結晶成長温度を下げる必要がある。この結果とし
て、結晶性が低下しやすく、このような結晶を発光素子
の活性層に用いた場合には、寿命が短いはずである、と
されていた。
とができる。すなわち、インジウム・ガリウム窒素の３
元混晶は、ＧａＮとＩｎＮとの組み合わせとして考える
ことができる。ここで、ＧａＮについてみると、一般
に、結晶品質を高めるためには１０００℃以上の成長温
度を必要とする。これに対して、比較的蒸気圧の高いＩ
ｎを含むＩｎＮは、ＧａＮよりも成長温度を下げる必要
がある。このためインジウム・ガリウム窒素（ＩｎxＧ
ａ1-xＮ）のインジウム組成ｘを増加するためには、成
長温度をＧａＮよりも低くする必要がある。この事実を
開示した文献としては、例えば、Appl.Phys.Lett.59,22
51(1991)を挙げることができる。つまり、インジウム・
ガリウム窒素において、インジウム組成を増加するため
には、結晶成長温度を下げる必要がある。この結果とし
て、結晶性が低下しやすく、このような結晶を発光素子
の活性層に用いた場合には、寿命が短いはずである、と
されていた。
【００２８】一方、インジウム・ガリウム窒素は、２元
化合物であるＩｎＮとＧａＮとの相互作用パラメータが
大きく非混和領域が存在することが知られている。この
事実を開示する文献としては、例えば、Appl.Phys.Let
t.71,105(1997)を挙げることができる。すなわち、イン
ジウム組成を増加すると、この非混和領域に近づくため
に、結晶が不安定になり、発光素子の活性層として用い
た場合にも、寿命が短いはずであるとされていた。
化合物であるＩｎＮとＧａＮとの相互作用パラメータが
大きく非混和領域が存在することが知られている。この
事実を開示する文献としては、例えば、Appl.Phys.Let
t.71,105(1997)を挙げることができる。すなわち、イン
ジウム組成を増加すると、この非混和領域に近づくため
に、結晶が不安定になり、発光素子の活性層として用い
た場合にも、寿命が短いはずであるとされていた。
【００２９】以上説明したように、インジウム・ガリウ
ム窒素は、インジウム組成を増加するほど結晶成長温度
を下げる必要があり、このように低温で成長した結晶は
熱的に不安定になりやすい。また、非混和領域に近づく
ために完全結晶が得難い。故に、高インジウム組成の混
晶を発光層として用いた素子は特性が不安定であり、特
に長時間動作における信頼性は低いはずである、とされ
ていた。
ム窒素は、インジウム組成を増加するほど結晶成長温度
を下げる必要があり、このように低温で成長した結晶は
熱的に不安定になりやすい。また、非混和領域に近づく
ために完全結晶が得難い。故に、高インジウム組成の混
晶を発光層として用いた素子は特性が不安定であり、特
に長時間動作における信頼性は低いはずである、とされ
ていた。
【００３０】しかし、本発明者は、本発明に関連して独
自の検討を行った結果、インジウム・ガリウム窒素のイ
ンジウム組成をある程度増加した場合に、従来の通説と
は逆に、発光素子の寿命が改善されることを発見した。
自の検討を行った結果、インジウム・ガリウム窒素のイ
ンジウム組成をある程度増加した場合に、従来の通説と
は逆に、発光素子の寿命が改善されることを発見した。
【００３１】図３は、本発明者の独自の検討の結果得ら
れた半導体発光素子の寿命試験のグラフ図である。すな
わち、同図に表したデータは、インジウム組成が４５％
のインジウム・ガリウム窒素を活性層に採用した発光ダ
イオードの寿命試験の結果である。図７に示した、イン
ジウム組成が２０％の場合のデータと比較すると、イン
ジウム組成が増加しているにも係わらず寿命が改善され
ている。
れた半導体発光素子の寿命試験のグラフ図である。すな
わち、同図に表したデータは、インジウム組成が４５％
のインジウム・ガリウム窒素を活性層に採用した発光ダ
イオードの寿命試験の結果である。図７に示した、イン
ジウム組成が２０％の場合のデータと比較すると、イン
ジウム組成が増加しているにも係わらず寿命が改善され
ている。
【００３２】つまり、インジウム・ガリウム窒素におい
ては、従来は、インジウムの組成が増加するほど、信頼
性が低下すると考えられていたが、実際は、インジウム
の組成がある程度多くなると逆に信頼性が回復すること
を発見した。この結果は、上述した従来の通説とは矛盾
するものであり、本発明の作用効果の一部を裏付けるも
のであると考えられる。つまり、本発明においては、イ
ンジウム・ガリウム窒素のインジウム組成を増加し、さ
らにアルミニウムを添加することによって、バンドギャ
ップを調節する。その結果として、発光素子の寿命が改
善される。
ては、従来は、インジウムの組成が増加するほど、信頼
性が低下すると考えられていたが、実際は、インジウム
の組成がある程度多くなると逆に信頼性が回復すること
を発見した。この結果は、上述した従来の通説とは矛盾
するものであり、本発明の作用効果の一部を裏付けるも
のであると考えられる。つまり、本発明においては、イ
ンジウム・ガリウム窒素のインジウム組成を増加し、さ
らにアルミニウムを添加することによって、バンドギャ
ップを調節する。その結果として、発光素子の寿命が改
善される。
【００３３】例えば、図１に示した本発明の半導体発光
素子の活性層１０５は、従来の緑色発光するＩｎＧａＮ
結晶（インジウム組成４５％）に少量のＡｌを添加して
得られたＩｎＡｌＧａＮ４元混晶からなり、その発光波
長はＡｌの混晶比により緑色よりも短い波長域に制御し
ている。つまりＡｌＮのエネルギーギャップはＧａＮお
よびＩｎＮのそれよりも大きいことから、Ａｌを含む系
ではＡｌ混晶比の増加に従って発光波長が短くなる。本
実施例の構造では緑色発光するＩｎＧａＮにＡｌを混晶
化することにより４５０ｎｍの青色発光をする素子を得
ている。このように従来よりもインジウム組成を増加す
ることにより、図３に見られるように信頼性が向上して
いることが推測される。
素子の活性層１０５は、従来の緑色発光するＩｎＧａＮ
結晶（インジウム組成４５％）に少量のＡｌを添加して
得られたＩｎＡｌＧａＮ４元混晶からなり、その発光波
長はＡｌの混晶比により緑色よりも短い波長域に制御し
ている。つまりＡｌＮのエネルギーギャップはＧａＮお
よびＩｎＮのそれよりも大きいことから、Ａｌを含む系
ではＡｌ混晶比の増加に従って発光波長が短くなる。本
実施例の構造では緑色発光するＩｎＧａＮにＡｌを混晶
化することにより４５０ｎｍの青色発光をする素子を得
ている。このように従来よりもインジウム組成を増加す
ることにより、図３に見られるように信頼性が向上して
いることが推測される。
【００３４】一方、図２に示したように、本発明の発光
素子は、図３の発光素子よりもさらに信頼性が改善され
ている。この原因についても明らかではないが、アルミ
ニウムを添加することによって結晶の安定性がさらに改
善された結果によるものであると推測される。
素子は、図３の発光素子よりもさらに信頼性が改善され
ている。この原因についても明らかではないが、アルミ
ニウムを添加することによって結晶の安定性がさらに改
善された結果によるものであると推測される。
【００３５】次に、本発明者は、本発明の発光素子に対
するシリコン（Ｓｉ）のドーピングの効果を調べた。図
４は、本発明の発光素子の活性層のＳｉ濃度と発光強度
の関係を示すグラフ図である。同図からわかるようにＳ
ｉ濃度により発光ダイオードの発光強度が変化する。Ｓ
ｉ濃度が１×１０16ｃｍ-3付近より急激に発光強度が増
加し、約１×１０18から１×１０20ｃｍ-3付近で最大と
なり、それ以上高いＳｉ濃度では発光強度は急激に減少
する。この傾向は活性層の混晶比を変化させても変わら
ず、同様の結果が得られた。図１に示した層構造におい
て、ＩｎＡｌＧａＮ活性層１０５に対してＳｉを１×１
０19ｃｍ-3ドーピングしたところ、発光波長４５０ｎｍ
で、動作電流２０ｍＡでの発光強度は３ｍＷであった。
この結果は、同一の発光波長を示し活性層にアルミニウ
ムを含まない従来の発光ダイオードの発光強度と同一で
ある。つまり、本発明により活性層にアルミニウムを添
加した場合においても従来と同様にシリコンのドーピン
グによって発光強度を増加できることが分かった。図４
から、実用的なシリコン濃度は１×１０17ｃｍ-3から１
×１０21ｃｍ-3の範囲であることが分かる。また、この
範囲のシリコン濃度において、発光素子の信頼性に劣化
が生ずることはなかった。すなわち、本発明の発光素子
において、この濃度範囲でシリコンをドーピングして発
光強度を増加させても、図２に例示したような極めて良
好な信頼性が得られた。
するシリコン（Ｓｉ）のドーピングの効果を調べた。図
４は、本発明の発光素子の活性層のＳｉ濃度と発光強度
の関係を示すグラフ図である。同図からわかるようにＳ
ｉ濃度により発光ダイオードの発光強度が変化する。Ｓ
ｉ濃度が１×１０16ｃｍ-3付近より急激に発光強度が増
加し、約１×１０18から１×１０20ｃｍ-3付近で最大と
なり、それ以上高いＳｉ濃度では発光強度は急激に減少
する。この傾向は活性層の混晶比を変化させても変わら
ず、同様の結果が得られた。図１に示した層構造におい
て、ＩｎＡｌＧａＮ活性層１０５に対してＳｉを１×１
０19ｃｍ-3ドーピングしたところ、発光波長４５０ｎｍ
で、動作電流２０ｍＡでの発光強度は３ｍＷであった。
この結果は、同一の発光波長を示し活性層にアルミニウ
ムを含まない従来の発光ダイオードの発光強度と同一で
ある。つまり、本発明により活性層にアルミニウムを添
加した場合においても従来と同様にシリコンのドーピン
グによって発光強度を増加できることが分かった。図４
から、実用的なシリコン濃度は１×１０17ｃｍ-3から１
×１０21ｃｍ-3の範囲であることが分かる。また、この
範囲のシリコン濃度において、発光素子の信頼性に劣化
が生ずることはなかった。すなわち、本発明の発光素子
において、この濃度範囲でシリコンをドーピングして発
光強度を増加させても、図２に例示したような極めて良
好な信頼性が得られた。
【００３６】次に、本発明の変形例について説明する。
図５は、本発明による第２の半導体発光素子２００の積
層構造の概略断面図である。すなわち、半導体発光素子
２００は、半導体レーザであり、ａ面を主面とするサフ
ァイア２０１の上に窒化物系半導体のレーザ構造が形成
されている。具体的には、基板２０１の上には、順に、
ＧａＮバッファ層２０２、アンドープＧａＮ層２０３、
ｎ型ＧａＮコンタクト層２０４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２０５、ｎ型ＧａＮガイド層２０６、活性層２０
７、ｐ型ＧａＮガイド層２０８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２０９、ｐ型ＧａＮ層２１０、電流阻止層２１１、
ｐ型ＧａＮ層２１２、ｐ型ＧａＮ層２１３、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層２１４が積層されている。また、ｎ型コン
タクト層１０４の上にはｎ側電極１３０が形成され、ｐ
型コンタクト層１１４の上には、ｐ側電極１３１が形成
されている。
図５は、本発明による第２の半導体発光素子２００の積
層構造の概略断面図である。すなわち、半導体発光素子
２００は、半導体レーザであり、ａ面を主面とするサフ
ァイア２０１の上に窒化物系半導体のレーザ構造が形成
されている。具体的には、基板２０１の上には、順に、
ＧａＮバッファ層２０２、アンドープＧａＮ層２０３、
ｎ型ＧａＮコンタクト層２０４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２０５、ｎ型ＧａＮガイド層２０６、活性層２０
７、ｐ型ＧａＮガイド層２０８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２０９、ｐ型ＧａＮ層２１０、電流阻止層２１１、
ｐ型ＧａＮ層２１２、ｐ型ＧａＮ層２１３、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層２１４が積層されている。また、ｎ型コン
タクト層１０４の上にはｎ側電極１３０が形成され、ｐ
型コンタクト層１１４の上には、ｐ側電極１３１が形成
されている。
【００３７】ここで、活性層２０７は、Ｉｎ組成１５％
で厚さ５ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ障壁層とＩｎ組成４５％
で厚さ３ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ井戸層とを有する周期数
５の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる。
で厚さ５ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ障壁層とＩｎ組成４５％
で厚さ３ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ井戸層とを有する周期数
５の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる。
【００３８】本発明によれば、活性層２０７を構成する
多重量子井戸の障壁層と井戸層とをそれぞれＡｌＩｎＧ
ａＮの４元系混晶とすることにより、図２に関して前述
したように信頼性の顕著な向上を実現することができ
る。
多重量子井戸の障壁層と井戸層とをそれぞれＡｌＩｎＧ
ａＮの４元系混晶とすることにより、図２に関して前述
したように信頼性の顕著な向上を実現することができ
る。
【００３９】また、本発明によれば、活性層２０７に隣
接するガイド層２０６、２０８をそれぞれＧａＮにより
構成することによって、ＡｌＩｎＧａＮからなる活性層
２０７との格子定数の差を小さくし、半導体レーザ素子
の信頼性をさらに向上することができる。
接するガイド層２０６、２０８をそれぞれＧａＮにより
構成することによって、ＡｌＩｎＧａＮからなる活性層
２０７との格子定数の差を小さくし、半導体レーザ素子
の信頼性をさらに向上することができる。
【００４０】次に、本発明のさらに別の変形例について
説明する。図６は、本発明による第３の半導体発光素子
３００の断面構造を示す模式図である。すなわち、同図
の発光素子３００は、半導体レーザであり、基板として
（０００１）面のうちの炭素面を主面とした４Ｈ型Ｓｉ
Ｃ３０１を有しており、その上にレーザ構造が形成され
ている。ここで３０６が本発明の主眼とする活性層３０
６であり、ＡｌＩｎＧａＮからなる多重量子井戸型構造
を有する。
説明する。図６は、本発明による第３の半導体発光素子
３００の断面構造を示す模式図である。すなわち、同図
の発光素子３００は、半導体レーザであり、基板として
（０００１）面のうちの炭素面を主面とした４Ｈ型Ｓｉ
Ｃ３０１を有しており、その上にレーザ構造が形成され
ている。ここで３０６が本発明の主眼とする活性層３０
６であり、ＡｌＩｎＧａＮからなる多重量子井戸型構造
を有する。
【００４１】半導体レーザ３００は、基板３０１の上
に、ＧａＮバッファ層３０２、ｎ型ＧａＮ層３０３、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層３０４、ｎ型ＧａＮガイド層３
０５、多重量子井戸活性層３０６、ｐ型ＧａＮガイド層
３０７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０８、ｉ型ＡｌＧ
ａＮ電流阻止層３０９、ｐ型ＧａＮ層３１０、ｐ型Ｉｎ
ＧａＮコンタクト層３１１が積層された構造を有する。
また、ＳｉＣ基板３０１の裏面にはｎ側電極３２０が形
成され、ｐ型コンタクト層３１１の上には、ｐ側電極３
２１が形成されている。
に、ＧａＮバッファ層３０２、ｎ型ＧａＮ層３０３、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層３０４、ｎ型ＧａＮガイド層３
０５、多重量子井戸活性層３０６、ｐ型ＧａＮガイド層
３０７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０８、ｉ型ＡｌＧ
ａＮ電流阻止層３０９、ｐ型ＧａＮ層３１０、ｐ型Ｉｎ
ＧａＮコンタクト層３１１が積層された構造を有する。
また、ＳｉＣ基板３０１の裏面にはｎ側電極３２０が形
成され、ｐ型コンタクト層３１１の上には、ｐ側電極３
２１が形成されている。
【００４２】ここで、活性層３０６は、Ｉｎ組成１０％
で厚さ５ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ障壁層とＩｎ組成４０％
で厚さ３ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ井戸層とを有する周期数
３の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる。
で厚さ５ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ障壁層とＩｎ組成４０％
で厚さ３ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ井戸層とを有する周期数
３の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる。
【００４３】このように活性層３０６を構成する多重量
子井戸の障壁層と井戸層とをそれぞれＡｌＩｎＧａＮの
４元系混晶とすることにより、図２に関して前述したよ
うに信頼性の顕著な向上を実現することができる。
子井戸の障壁層と井戸層とをそれぞれＡｌＩｎＧａＮの
４元系混晶とすることにより、図２に関して前述したよ
うに信頼性の顕著な向上を実現することができる。
【００４４】また、活性層３０６に隣接するガイド層３
０５、３０７をそれぞれＧａＮにより構成することによ
って、ＡｌＩｎＧａＮからなる活性層３０６との格子定
数の差を小さくし、半導体レーザ素子の信頼性をさらに
向上することができる。
０５、３０７をそれぞれＧａＮにより構成することによ
って、ＡｌＩｎＧａＮからなる活性層３０６との格子定
数の差を小さくし、半導体レーザ素子の信頼性をさらに
向上することができる。
【００４５】さらに、発光素子３００においては、基板
３０１として導電性のＳｉＣを用いているので、電極３
２０をその裏面に形成することができる。その結果とし
て、サファイア基板上に形成した場合と比較して、素子
構造や製造プロセスを簡略化でき、素子サイズも小さく
することができる。
３０１として導電性のＳｉＣを用いているので、電極３
２０をその裏面に形成することができる。その結果とし
て、サファイア基板上に形成した場合と比較して、素子
構造や製造プロセスを簡略化でき、素子サイズも小さく
することができる。
【００４６】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものでは無い。
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものでは無い。
【００４７】例えば、上述した具体例ではＩｎＧａＮに
Ａｌを添加することにより発光波長の短波長化の調整を
おこなったが、ホウ素（Ｂ）を用いた場合でも同様の効
果が得られる。または、ＡｌとＢとを添加したＢＩｎＡ
ｌＧａＮ系を活性層に用いても良い。
Ａｌを添加することにより発光波長の短波長化の調整を
おこなったが、ホウ素（Ｂ）を用いた場合でも同様の効
果が得られる。または、ＡｌとＢとを添加したＢＩｎＡ
ｌＧａＮ系を活性層に用いても良い。
【００４８】さらに、活性層を構成するこれらの混晶の
Ｖ族元素として、砒素（Ａｓ）やリン（Ｐ）を添加して
発光波長を長波長へ調整することもできる。
Ｖ族元素として、砒素（Ａｓ）やリン（Ｐ）を添加して
発光波長を長波長へ調整することもできる。
【００４９】また、上述した具体例においては、基板と
してサファイアやＳｉＣを用いているが、これらの他に
も窒化ガリウム系半導体が成長可能な基板であればよ
い。例えば、スピネル、ＳｃＡｌＭｇＯ4、ＬａＳｒＧ
ａＯ4、（ＬａＳｒ）（ＡｌＴａ）Ｏ3などの絶縁性基板
や、ＺｎＯ、Ｓｉなどの導電性基板も同様に用いること
ができる。特に、ＺｎＯはＡｌＩｎＧａＮ４元系が格子
整合可能であるので、その優位性は高い。
してサファイアやＳｉＣを用いているが、これらの他に
も窒化ガリウム系半導体が成長可能な基板であればよ
い。例えば、スピネル、ＳｃＡｌＭｇＯ4、ＬａＳｒＧ
ａＯ4、（ＬａＳｒ）（ＡｌＴａ）Ｏ3などの絶縁性基板
や、ＺｎＯ、Ｓｉなどの導電性基板も同様に用いること
ができる。特に、ＺｎＯはＡｌＩｎＧａＮ４元系が格子
整合可能であるので、その優位性は高い。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、活性層のＩｎＧａＮに
対してＡｌやＢなどを添加することにより半導体発光素
子の特性を安定化できる。すなわち、本発明の半導体発
光素子は、１００００時間を経過しても光出力が殆ど低
下せず、同じ波長領域の青色発光を生ずる従来の半導体
素子と比較して、顕著に寿命が改善されている。このよ
うに本発明によれば、従来のインジウム・ガリウム窒素
の３元混晶に対して、インジウムの組成を増加しつつ、
アルミニウムやホウ素を添加してバンドギャップを調節
することにより、半導体発光素子の寿命が顕著に改善さ
れる。
対してＡｌやＢなどを添加することにより半導体発光素
子の特性を安定化できる。すなわち、本発明の半導体発
光素子は、１００００時間を経過しても光出力が殆ど低
下せず、同じ波長領域の青色発光を生ずる従来の半導体
素子と比較して、顕著に寿命が改善されている。このよ
うに本発明によれば、従来のインジウム・ガリウム窒素
の３元混晶に対して、インジウムの組成を増加しつつ、
アルミニウムやホウ素を添加してバンドギャップを調節
することにより、半導体発光素子の寿命が顕著に改善さ
れる。
【００５１】このような本発明の顕著な効果は、従来の
通説とは異なるものであり、本発明者の独自の検討の結
果得られたものである。
通説とは異なるものであり、本発明者の独自の検討の結
果得られたものである。
【００５２】また、本発明によれば、その活性層に隣接
する層の材料としてＧａＮを用いることにより、格子定
数の差を縮小し、発光素子の信頼性をさらに向上するこ
とができる。すなわち、活性層に隣接するクラッド層な
どの層をＧａＮにより構成すると、青色〜緑色に対応す
るバンドギャップを有する活性層に対して、格子定数の
ずれが少なくなり、発光素子の寿命をさらに改善するこ
とができる。
する層の材料としてＧａＮを用いることにより、格子定
数の差を縮小し、発光素子の信頼性をさらに向上するこ
とができる。すなわち、活性層に隣接するクラッド層な
どの層をＧａＮにより構成すると、青色〜緑色に対応す
るバンドギャップを有する活性層に対して、格子定数の
ずれが少なくなり、発光素子の寿命をさらに改善するこ
とができる。
【００５３】また、その発光層にシリコンをドーピング
することによって発光特性を向上できる。すなわち、本
発明において実用的なシリコン濃度は１×１０17ｃｍ-3
から１×１０21ｃｍ-3の範囲であり、この範囲のシリコ
ン濃度において、発光素子の信頼性に劣化が生ずること
はなかった。すなわち、本発明の発光素子において、こ
の濃度範囲でシリコンをドーピングして発光強度を増加
させても、極めて良好な信頼性が得られた。
することによって発光特性を向上できる。すなわち、本
発明において実用的なシリコン濃度は１×１０17ｃｍ-3
から１×１０21ｃｍ-3の範囲であり、この範囲のシリコ
ン濃度において、発光素子の信頼性に劣化が生ずること
はなかった。すなわち、本発明の発光素子において、こ
の濃度範囲でシリコンをドーピングして発光強度を増加
させても、極めて良好な信頼性が得られた。
【００５４】以上詳述したように、本発明によれば、高
信頼性且つ高性能の半導体発光素子を実現することがで
き、産業上のメリットは多大である。
信頼性且つ高性能の半導体発光素子を実現することがで
き、産業上のメリットは多大である。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる半導体発光
素子１００の積層構造の概略断面図である。
素子１００の積層構造の概略断面図である。
【図２】本発明の半導体発光素子１００の寿命試験の結
果を表すグラフ図である。
果を表すグラフ図である。
【図３】本発明者の独自の検討の結果得られた半導体発
光素子の寿命試験のグラフ図である。
光素子の寿命試験のグラフ図である。
【図４】本発明の発光素子の活性層のＳｉ濃度と発光強
度の関係を示すグラフ図である。
度の関係を示すグラフ図である。
【図５】本発明による第２の半導体発光素子２００の積
層構造の概略断面図である。
層構造の概略断面図である。
【図６】本発明による第３の半導体発光素子３００の断
面構造を示す模式図である。
面構造を示す模式図である。
【図７】従来の半導体発光素子の信頼性試験の結果を表
すグラフ図である。
すグラフ図である。
１００ 半導体発光素子 １０１ サファイア基板 １０２ ＧａＮバッファ層 １０３ ｎ型ＧａＮコンタクト層 １０４ ｎ型ＧａＮ層クラッド層 １０５ ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ活性層 １０６ ｐ型ＧａＮクラッド層 １０７ ｐ型ＧａＮコンタクト層 １０８ ｐ側電極 １０９ ｎ側電極 ２００ 半導体発光素子 ２０１ サファイア基板 ２０２ ＧａＮバッファ層 ２０３ アンドープＧａＮ層 ２０４ ｎ型ＧａＮコンタクト層 ２０５ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 ２０６ ｎ型ＧａＮガイド層 ２０７ 活性層 ２０８ ｐ型ＧａＮガイド層 ２０９ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 ２１０ ｐ型ＧａＮ層 ２１１ 電流阻止層 ２１２ ｐ型ＧａＮ層 ２１３ ｐ型ＧａＮ層 ２１４ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ２３０ ｎ側電極 ２３１ ｐ側電極 ３００ 半導体発光素子 ３０１ ４Ｈ型ＳｉＣ基板 ３０２ ＧａＮバッファ層 ３０３ ｎ型ＧａＮ層 ３０４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 ３０５ ｎ型ＧａＮガイド層 ３０６ 多重量子井戸活性層 ３０７ ｐ型ＧａＮガイド層 ３０８ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 ３０９ ｉ型ＡｌＧａＮ電流阻止層 ３１０ ｐ型ＧａＮ層 ３１１ ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層 ３２０ ｎ側電極 ３２１ ｐ側電極
Claims (8)
- 【請求項１】ＡｌとＩｎとＧａとＮとを少なくとも含
み、且つ３．４２エレクトロンボルトよりも小さいエネ
ルギー・ギャップを有する活性層を備えたことを特徴と
する半導体発光素子。 - 【請求項２】ＢとＩｎとＧａとＮとを少なくとも含み、
且つ３．４２エレクトロンボルトよりも小さいエネルギ
ー・ギャップを有する活性層を備えたことを特徴とする
半導体発光素子。 - 【請求項３】ＧａＮからなる第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積層され、ＡｌとＩｎとＧ
ａとＮとを少なくとも含む活性層と、 前記活性層の上に積層され、ＧａＮからなる第２導電型
の第２のクラッド層と、 を備えたことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項４】ＧａＮからなる第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積層され、ＢとＩｎとＧａ
とＮとを少なくとも含む活性層と、 前記活性層の上に積層され、ＧａＮからなる第２導電型
の第２のクラッド層と、 を備えたことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項５】ＡｌとＧａとＮとを含む第１導電型の第１
のクラッド層と、 ＧａＮからなる第１導電型の第１のガイド層と、 ＡｌとＩｎとＧａとＮとを少なくとも含む活性層と、 ＧａＮからなる第２導電型の第２のガイド層と、 ＡｌとＧａとＮとを含む第２導電型の第２のクラッド層
と、 を備えたことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項６】ＡｌとＧａとＮとを含む第１導電型の第１
のクラッド層と、 ＧａＮからなる第１導電型の第１のガイド層と、 ＢとＩｎとＧａとＮとを少なくとも含む活性層と、 ＧａＮからなる第２導電型の第２のガイド層と、 ＡｌとＧａとＮとを含む第２導電型の第２のクラッド層
と、 を備えたことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項７】前記活性層は、３．４２エレクトロンボル
トよりも小さいエネルギ・ギャップを有することを特徴
とする請求項３〜６のいずれか１つに記載の半導体発光
素子。 - 【請求項８】前記活性層は、１×１０17ｃｍ-3から１×
１０21ｃｍ-3の範囲の濃度のシリコンをさらに含むこと
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導
体発光素子。
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