JP2000004068A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
Semiconductor light emitting deviceInfo
- Publication number
- JP2000004068A JP2000004068A JP33660698A JP33660698A JP2000004068A JP 2000004068 A JP2000004068 A JP 2000004068A JP 33660698 A JP33660698 A JP 33660698A JP 33660698 A JP33660698 A JP 33660698A JP 2000004068 A JP2000004068 A JP 2000004068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- emitting device
- active layer
- light emitting
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヘテロ接合でのバンド障壁差ΔEc,ΔEv
をレーザ発振に必要なほど大きくすることができ、特性
温度が高く(高温(例えば室温程度の温度)でも安定に動
作し)、かつ高い発光効率をもつ短波長の半導体発光素
子を提供する。
【解決手段】 半導体基板11上にV族元素としてN
(窒素)とP(燐)を含んだIII−V族混晶半導体層を活性
層15として用いる半導体発光素子であって、前記活性
層15はGax2In1-x2Nz2P1-z2(0≦x2≦1,0
<z2<1)である。
(57) [Summary] [Problems] Band barrier differences ΔEc, ΔEv at a heterojunction
To provide a short wavelength semiconductor light emitting element having a high characteristic temperature (operating stably even at a high temperature (for example, about room temperature)) and high luminous efficiency. SOLUTION: N as a group V element is formed on a semiconductor substrate 11.
A semiconductor light emitting device using a group III-V mixed crystal semiconductor layer containing (nitrogen) and P (phosphorus) as an active layer 15, wherein the active layer 15 is Ga x2 In 1-x2 N z2 P 1-z2 ( 0 ≦ x2 ≦ 1,0
<Z2 <1).
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光書き込み用半導
体レーザ,読み出し用半導体レーザ,発光ダイオード,
フォトダイオードなどに利用され、V族元素としてN
(窒素)とP(燐)を含んだIII−V族混晶半導体層を活性
層として用いた半導体発光素子に関する。The present invention relates to a semiconductor laser for optical writing, a semiconductor laser for reading, a light emitting diode,
Used for photodiodes, etc.
The present invention relates to a semiconductor light emitting device using a group III-V mixed crystal semiconductor layer containing (nitrogen) and P (phosphorus) as an active layer.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、カラーディスプレイ等に用いられ
る高輝度緑色〜赤色発光ダイオードや光書き込み等に用
いられる可視半導体レーザの材料として、AlGaIn
P系材料の研究開発が行なわれている。AlGaInP
系材料は、GaAs基板に格子整合するIII−V族半導
体の中でも最も大きい直接遷移型材料であり、バンドギ
ャップエネルギーは、最大で約2.3eV(波長540
nm)が得られる。2. Description of the Related Art Conventionally, AlGaIn has been used as a material for a high-intensity green-red light emitting diode used for a color display and a visible semiconductor laser used for optical writing and the like.
Research and development of P-based materials are underway. AlGaInP
The system material is the largest direct transition type material among the group III-V semiconductors lattice-matched to the GaAs substrate, and has a band gap energy of about 2.3 eV (wavelength 540
nm).
【0003】しかしながら、AlGaInP系材料は、
ヘテロ接合を形成すると、活性層とこれにキャリアを閉
じ込めるために設けられる活性層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きなクラッド層(あるいはガイド層)との
伝導帯のバンド不連続量が小さい(伝導帯のバンドオフ
セット比が小さい)ために、注入キャリア(電子)が活性
層からクラッド層へオーバーフローし易い構造となる。
これに起因して、半導体レーザの発振しきい値電流の温
度依存性が大きく、温度特性が悪い等の問題があった。
また、短波長化のために、活性層にさらにワイドギャッ
プである組成を用いる場合や量子井戸構造を用いる場合
において、先述のバンドオフセット比が小さいことが主
因でキャリアのオーバーフローが起こり、良好な温度特
性をもつ発光素子を実現することは困難であった。However, AlGaInP-based materials are:
When a heterojunction is formed, the conduction band discontinuity between the active layer and the cladding layer (or guide layer) having a larger bandgap energy than that of the active layer provided to confine carriers therein is small (the conduction band band). Since the offset ratio is small), the structure is such that injected carriers (electrons) easily overflow from the active layer to the cladding layer.
Due to this, there is a problem that the temperature dependence of the oscillation threshold current of the semiconductor laser is large and the temperature characteristics are poor.
In addition, when a composition having a wider gap is used for the active layer or a quantum well structure is used for shortening the wavelength, carrier overflow occurs mainly due to a small band offset ratio described above, resulting in a good temperature. It has been difficult to realize a light emitting element having characteristics.
【0004】このように、AlGaInP系材料ではヘ
テロ接合での伝導帯バンド不連続量が小さく、活性層に
注入されたキャリアがクラッド層(またはガイド層)にオ
ーバーフローし易いために、良好な温度特性をもつ素子
を得ることは難しい。これは、特に量子井戸構造によっ
て発光波長を短波長化する際に顕著に現われる。この特
性を改善するため、例えば文献1「特開平4−1144
86号」には、多重量子障壁層(MQB)を設けることに
よりキャリアオーバーフローを低減することなど試みが
なされている。また、これと併せて、例えば文献2「H
amada etal.Electronics Letter,Vol.28 No.19(19
92)P1834」に示されているように、しきい値電流を減少
させるために量子井戸層に歪みを加えた圧縮量子井戸層
の提案もなされている。すなわち、文献2では、多重量
子障壁(MQB)と(Al0.08Ga0.92)0.45In0.55Pの
圧縮歪み多重量子井戸層とを合わせた構造によって室温
で発振波長615nmの連続発振が報告されている。し
かしながら、この素子の温度特性は非常に悪いものであ
る。As described above, in the AlGaInP-based material, the conduction band discontinuity at the heterojunction is small, and carriers injected into the active layer easily overflow into the cladding layer (or the guide layer). Is difficult to obtain. This is particularly noticeable when the emission wavelength is shortened by the quantum well structure. In order to improve this characteristic, for example, reference 1 “Japanese Patent Laid-Open No.
No. 86, an attempt has been made to reduce the carrier overflow by providing a multiple quantum barrier layer (MQB). Along with this, for example, Reference 2 “H
amada etal.Electronics Letter, Vol.28 No.19 (19
92) P1834 ", a compression quantum well layer in which a quantum well layer is strained to reduce a threshold current has been proposed. That is, Document 2 reports continuous oscillation at an oscillation wavelength of 615 nm at room temperature due to a structure in which a multiple quantum barrier (MQB) and a compression-strained multiple quantum well layer of (Al 0.08 Ga 0.92 ) 0.45 In 0.55 P are combined. However, the temperature characteristics of this device are very poor.
【0005】上記文献の他にも、AlGaInP系材料
で、GaAs以外の基板を用いて、600nm程度の発
振波長を得るものとして(発振波長600nm以下の短
波長レーザを実現するために)、例えば、文献3「特開
平6−53602号」が提案されている。すなわち、こ
の文献3では、基板にGaPを用い、この基板上にクラ
ッド層としてAlGaPを用い、活性層として直接遷移
型のGaInP量子障壁層および量子井戸を用い、活性
層にはアイソエレクトロニックトラップの不純物として
Nをドープした素子が提案されている。しかしながら、
この素子でもキャリアを十分に活性層に閉じ込めること
はできず、良好な温度特性は期待できない。[0005] In addition to the above-mentioned documents, an AlGaInP-based material that obtains an oscillation wavelength of about 600 nm using a substrate other than GaAs (to realize a short-wavelength laser having an oscillation wavelength of 600 nm or less), for example, Document 3 "Japanese Patent Laid-Open No. 6-53602" has been proposed. That is, in this document 3, GaP is used as a substrate, AlGaP is used as a cladding layer on this substrate, a direct transition type GaInP quantum barrier layer and a quantum well are used as an active layer, and an impurity of an isoelectronic trap is used as an active layer. An element doped with N has been proposed. However,
Even in this device, carriers cannot be sufficiently confined in the active layer, and good temperature characteristics cannot be expected.
【0006】また、AlGaInP系材料に代わり、6
00nm程度の短波長レーザを実現する方法として、例
えば、文献4「特開平7−7223号」が提案されてい
る。すなわち、この文献4には、可視発光素子をSi基
板またはGaP基板上に得るために、V族元素としてN
(窒素)を含んだIII−V族混晶半導体材料、例えばIn
NSb,AlNSb系材料が提案されている。この混晶
のバンドギャップはそれぞれInN,InSb,AlN
とAlSbの間を線形に見積もっている。AlN0.4S
b0.6でSi基板に格子整合する組成では、バンドギャ
ップエネルギーは約4eVであり、紫外までの発光素子
が得られるとしている。Further, instead of the AlGaInP-based material,
As a method of realizing a short-wavelength laser of about 00 nm, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-7223 (Document 4) has been proposed. That is, in this document 4, in order to obtain a visible light emitting element on a Si substrate or a GaP substrate, N
III-V mixed crystal semiconductor material containing (nitrogen), such as In
NSb and AlNSb-based materials have been proposed. The band gap of this mixed crystal is InN, InSb, AlN
And AlSb are estimated linearly. AlN 0.4 S
A composition that lattice-matches with a Si substrate at b 0.6 has a band gap energy of about 4 eV, and a light emitting element up to ultraviolet can be obtained.
【0007】しかし、このようなV族元素としてN(窒
素)を含んだIII−V族混晶半導体のほとんどが非混和領
域にあり、通常の成長での結晶成長は困難である。すな
わち、非平衡度の高いMBE,MOCVD法によってN
(窒素)を10%程度を添加するのが限界である。また、
文献5「特開平6−334168号」に示されるよう
に、この材料系ではNの電気陰性度が大きいために混晶
のバンドギャップには大きくボーイングが生じ、Siや
GaP基板に整合する格子定数では、逆にバンドギャッ
プは小さくなってしまう。このため、文献4の提案は実
現が困難であると考えられる。However, most of the group III-V mixed crystal semiconductors containing N (nitrogen) as a group V element are in the immiscible region, and it is difficult to grow crystals by normal growth. That is, NE is formed by MBE or MOCVD having a high non-equilibrium
The limit is to add about 10% (nitrogen). Also,
As shown in Document 5, "Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-334168", since the electronegativity of N is large in this material system, a large bowing occurs in the band gap of the mixed crystal, and the lattice constant matching with the Si or GaP substrate is generated. Then, on the contrary, the band gap becomes small. For this reason, it is considered that the proposal of Document 4 is difficult to realize.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】このように他の材料系
を用いても600nm程度の発振波長を得ることは難し
く、また、AlGaInP系材料では伝導帯のバンド不
連続量が不十分で、室温で安定に発振する温度特性の良
好な素子は得られていない。As described above, it is difficult to obtain an oscillation wavelength of about 600 nm even if other material systems are used, and the AlGaInP-based material has insufficient conduction band discontinuity, so that room temperature However, an element having stable temperature characteristics and excellent temperature characteristics has not been obtained.
【0009】本発明は、ヘテロ接合でのバンド障壁差Δ
Ec,ΔEvをレーザ発振に必要なほど大きくすること
ができ、特性温度が高く(高温(例えば室温程度の温度)
でも安定に動作し)、かつ高い発光効率をもつ短波長の
半導体発光素子を提供することを目的としている。According to the present invention, the band barrier difference Δ
Ec and ΔEv can be increased as required for laser oscillation, and the characteristic temperature is high (high temperature (for example, about room temperature)).
However, it is intended to provide a short-wavelength semiconductor light-emitting device having stable operation) and high luminous efficiency.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、半導体基板上にV族元素と
してN(窒素)とP(燐)を含んだIII−V族混晶半導体層
を活性層として用いる半導体発光素子であって、活性層
はGax2In1-x2Nz2P1-z2(0≦x2≦1,0<z2
<1)であることを特徴としている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a III-V mixed semiconductor containing N (nitrogen) and P (phosphorus) as group V elements on a semiconductor substrate. a semiconductor light emitting device using the crystallized semiconductor layer as an active layer, the active layer is Ga x2 in 1-x2 N z2 P 1-z2 (0 ≦ x2 ≦ 1,0 <z2
<1).
【0011】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の半導体発光素子において、該半導体発光素子は、
(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3P(0≦x3≦1,0<y
3<1)からなるガイド層またはクラッド層とGax2I
n1-x2Nz2P1-z2(0≦x2≦1,0<z2<1)からな
る活性層との間に、AlとNを含まないIII−V族半導
体からなる中間層をもつことを特徴としている。According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the first aspect, the semiconductor light emitting device comprises:
(Al x3 Ga 1-x3 ) y3 In 1-y3 P (0 ≦ x3 ≦ 1,0 <y
3 <1) and a Ga x2 I
Having an intermediate layer made of a III-V group semiconductor not containing Al and N between an active layer made of n 1 -x2 N z2 P 1 -z2 (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 <z2 <1) It is characterized by.
【0012】また、請求項3記載の発明は、請求項2記
載の半導体発光素子において、中間層は、単原子層以上
であって、GaInNP活性層の厚さに比べて十分薄い
ことを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device of the second aspect, the intermediate layer is at least a monoatomic layer and is sufficiently thinner than the thickness of the GaInNP active layer. I have.
【0013】また、請求項4記載の発明は、請求項2ま
たは請求項3記載の半導体発光素子において、中間層
は、AlとNを含まない3種以下の構成元素のIII−V
族半導体で構成されていることを特徴としている。According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the second or third aspect, the intermediate layer is formed of three or less types of III-V elements not containing Al and N.
It is characterized by being composed of a group III semiconductor.
【0014】また、請求項5記載の発明は、請求項4記
載の半導体発光素子において、中間層は、AlとNを含
まない2種構成元素のIII−V族半導体で構成されてい
ることを特徴としている。According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device of the fourth aspect, the intermediate layer is made of a group III-V semiconductor of two kinds of constituent elements not containing Al and N. Features.
【0015】また、請求項6記載の発明は、請求項3ま
たは請求項4記載の半導体発光素子において、半導体基
板としてGaAs基板が用いられ、中間層としてGax4
In1-x4P混晶半導体(0<x4<1)が用いられている
ことを特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the third or fourth aspect, a GaAs substrate is used as a semiconductor substrate, and Ga x4 is used as an intermediate layer.
It is characterized in that an In 1-x4 P mixed crystal semiconductor (0 <x4 <1) is used.
【0016】また、請求項7記載の発明は、請求項3,
請求項4または請求項5記載の半導体発光素子におい
て、半導体基板としてGaAsが用いられ、中間層とし
てミスフィット転移が発生する臨界膜厚以下のGaPが
用いられていることを特徴としている。[0016] The invention described in claim 7 is based on claim 3,
The semiconductor light emitting device according to claim 4 or 5, wherein GaAs is used as the semiconductor substrate, and GaP having a thickness less than or equal to a critical thickness at which misfit transition occurs is used as the intermediate layer.
【0017】また、請求項8記載の発明は、請求項3ま
たは請求項4記載の半導体発光素子において、半導体基
板としてGaPが用いられ、中間層としてGax5In
1-x5P混晶半導体(0<x5<1)が用いられていること
を特徴としている。According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the third or fourth aspect, GaP is used as the semiconductor substrate and Ga x5 In is used as the intermediate layer.
It is characterized in that a 1-x5 P mixed crystal semiconductor (0 <x5 <1) is used.
【0018】また、請求項9記載の発明は、請求項2,
請求項3,請求項4または請求項5記載の半導体発光素
子において、該半導体発光素子は、クラッド層またはガ
イド層とGaInNP活性層との境界毎にIII−V族半
導体中間層が形成され、クラッド層またはガイド層とG
aInNP活性層との境界毎にIII−V族半導体中間層
が形成された構造の積層構造によって発光部をもつ多重
量子井戸構造が形成されていることを特徴としている。The invention according to claim 9 is the second invention.
6. The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the III-V semiconductor intermediate layer is formed at each boundary between the cladding layer or the guide layer and the GaInNP active layer. Layer or guide layer and G
A multi-quantum well structure having a light-emitting portion is formed by a laminated structure in which a III-V group semiconductor intermediate layer is formed at each boundary with the aInNP active layer.
【0019】また、請求項10記載の発明は、請求項2
乃至請求項6および請求項8のいずれか一項に記載の半
導体発光素子において、前記中間層は、活性層に対して
基板側にのみ配置されていることを特徴としている。The invention according to claim 10 is the second invention.
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 6 to 8, wherein the intermediate layer is disposed only on the substrate side with respect to the active layer.
【0020】また、請求項11記載の発明は、請求項1
0記載の半導体発光素子において、GaInNP活性層
に対して基板側にあたるバリア層とGaInNP活性層
との境界毎に前記中間層が形成され、バリア層とGaI
nNP活性層との境界毎に中間層が形成された構造の積
層構造によって形成された発光部をもつ多重量子井戸構
造であることを特徴としている。The invention according to claim 11 is the first invention.
0, the intermediate layer is formed at each boundary between the barrier layer on the substrate side with respect to the GaInNP active layer and the GaInNP active layer, and the barrier layer and the GaI
It is characterized by a multiple quantum well structure having a light emitting portion formed by a laminated structure in which an intermediate layer is formed at each boundary with the nNP active layer.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明は、AlGaInP系材料
と、これに窒素添加して得られるGaInNP混晶を活
性層として構成される高い発光効率、および高い特性温
度をもつ、630nm,650nmおよびさらに短波長
の半導体発光素子を実現することを目的としている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention provides a semiconductor light emitting device of 630 nm, 650 nm and shorter wavelength having high luminous efficiency and high characteristic temperature constituted by an AlGaInP-based material and a GaInNP mixed crystal obtained by adding nitrogen thereto as an active layer. It is intended to be realized.
【0022】例えばGaInAsのような従来から存在
するIII−V族半導体に窒素(N)を数パーセント添加
し、窒素(N)を含む混晶半導体GaInNAsにする
と、バンドギャップエネルギーは小さくなり、これと同
時に、伝導帯のエネルギー、および、価電子帯のエネル
ギーが小さくなることが知られている。For example, if a mixed crystal semiconductor GaInNAs containing nitrogen (N) is added with a few percent of nitrogen (N) to a conventionally existing III-V semiconductor such as GaInAs, the band gap energy becomes small. At the same time, it is known that the energy of the conduction band and the energy of the valence band decrease.
【0023】また、窒素添加により格子定数は小さくな
るので、これによってGaAs基板を用いて得ることが
難しかった1.3μm,1.5μmでの発振が同基板上
で可能との報告もある。Further, since the lattice constant is reduced by the addition of nitrogen, it has been reported that oscillations at 1.3 μm and 1.5 μm, which were difficult to obtain using a GaAs substrate, were possible on the same substrate.
【0024】本願の発明者は、このような効果が、Al
GaInPでも同様に期待できることを見出した。すな
わち、AlGaInPに窒素(N)を数%添加し、AlG
aInNP混晶とすることで、バンドギャップエネルギ
ーと、伝導帯および価電子帯のエネルギーとをともに小
さくすることができることを見出した。また、クラッド
層またはガイド層(バリア層)にAlGaInPを用い、
クラッド層またはガイド層と同組成のAlGaInPに
窒素添加して得られるAlGaInNPを活性層に用い
たヘテロ接合では、活性層の価電子帯のエネルギーの方
が小さく、この構造のままでは、ホールを活性層に閉じ
込めることはできないが、同構造のヘテロ接合では、伝
導帯側において大きなバンド不連続が生じることを見出
した。すなわち、バンドギャップが十分大きなクラッド
層またはガイド層を用いるなど、組成を適切に選べば、
ホールに対しても活性層への閉じ込めが可能である。そ
のようなクラッド層またはガイド層としては、活性層よ
りもAl組成の大きなAlGaInPを用いることがで
きる。The inventor of the present application has found that such an effect is
It has been found that GaInP can be similarly expected. That is, several percent of nitrogen (N) is added to AlGaInP,
It has been found that the band gap energy and the energies of the conduction band and the valence band can both be reduced by using the aInNP mixed crystal. Also, using AlGaInP for the cladding layer or the guide layer (barrier layer),
In a heterojunction using AlGaInNP obtained by adding nitrogen to AlGaInP having the same composition as the cladding layer or the guide layer as the active layer, the valence band energy of the active layer is smaller. Although it cannot be confined in the layer, it has been found that the heterojunction having the same structure causes a large band discontinuity on the conduction band side. In other words, if the composition is appropriately selected, such as using a sufficiently large band gap clad layer or guide layer,
Holes can be confined in the active layer. As such a cladding layer or a guide layer, AlGaInP having an Al composition larger than that of the active layer can be used.
【0025】活性層にAlGaInNPを用い、この活
性層よりもバンドギャップが大きく、窒素添加していな
いAlGaInPをクラッド層またはガイド層に用いれ
ば、伝導帯側のバンド不連続量が大きく、高い特性温度
をもつ素子(高温(例えば室温程度の温度)でも安定に動
作する素子)を実現することができる。If AlGaInNP is used for the active layer and the band gap is larger than that of this active layer, and if AlGaInP to which nitrogen is not added is used for the cladding layer or the guide layer, the band discontinuity on the conduction band side is large and the characteristic temperature is high. (A device that operates stably even at a high temperature (for example, at a temperature around room temperature)) can be realized.
【0026】換言すれば、従来のAlGaInPからな
るヘテロ接合では、伝導帯ではバンド不連続量がキャリ
ア閉じ込めに対して不十分で、価電子帯側ではバンド不
連続量が必要な値以上に大きかった。つまり、バンドオ
フセット比が適切な値ではなかった。しかし、窒素添加
したAlGaInNPを活性層とすれば、前述のように
伝導帯のバンド不連続量を増加させることが可能とな
る。しかも、価電子帯側のエネルギーの減少は伝導帯に
比べて小さいので、前述のように適切なクラッド層また
はガイド層を用いれば、窒素添加後でも活性層にホール
を閉じ込めることができる。つまり、オフセット比を好
ましい値に改善できる。また、Alを含む4元混晶Al
GaInPでは、Al組成比に応じてバンドギャップを
変化させることができ、ワイドギャップである活性層を
得ることが可能である。従って、これに窒素添加を行っ
たものを活性層とすればバンド設計の自由度が増加する
という利点がある。In other words, in the conventional heterojunction made of AlGaInP, the amount of band discontinuity in the conduction band is insufficient for confining carriers, and the amount of band discontinuity in the valence band is larger than a required value. . That is, the band offset ratio was not an appropriate value. However, if AlGaInNP to which nitrogen is added is used as the active layer, it becomes possible to increase the band discontinuity of the conduction band as described above. Moreover, since the decrease in energy on the valence band side is smaller than that in the conduction band, holes can be confined in the active layer even after nitrogen addition by using an appropriate cladding layer or guide layer as described above. That is, the offset ratio can be improved to a preferable value. Also, a quaternary mixed crystal Al containing Al
In GaInP, the band gap can be changed according to the Al composition ratio, and an active layer having a wide gap can be obtained. Therefore, there is an advantage that the degree of freedom in band design is increased if the active layer is formed by adding nitrogen to the active layer.
【0027】また、本発明では、窒素添加によって混晶
のバンドが形成される窒素濃度を、3×1019〔c
m-3〕以上にしている(窒素のV族組成比では約0.1
3%以上にしている)。なお、従来よりGaP等の間接
遷移型半導体の発光効率を上げる目的で、アイソエレク
トロニックトラップの不純物として窒素を添加して直接
遷移型とする方法が広く知られているが、この際に必要
な添加量(窒素濃度)は、3×1019〔cm-3〕以下であ
る。3×1019〔cm-3〕の濃度以上に窒素添加を行う
と、結晶は窒素を含む混晶半導体となり、伝導帯,価電
子帯側のエネルギーを小さくさせる効果を十分に得るこ
とができる。本発明では、この点で上述の従来例とは本
質的に異なっているものである。In the present invention, the nitrogen concentration at which a mixed crystal band is formed by adding nitrogen is set to 3 × 10 19 [c
m −3 ] or more (about 0.1% in the nitrogen group V composition ratio).
3% or more). In addition, conventionally, a method of adding nitrogen as an impurity of an isoelectronic trap to make it a direct transition type is widely known in order to increase the luminous efficiency of an indirect transition type semiconductor such as GaP. The amount (nitrogen concentration) is 3 × 10 19 [cm −3 ] or less. When nitrogen is added at a concentration of 3 × 10 19 [cm −3 ] or more, the crystal becomes a mixed crystal semiconductor containing nitrogen, and the effect of reducing the energy in the conduction band and the valence band can be sufficiently obtained. The present invention is essentially different from the above-described conventional example in this point.
【0028】しかしながら、AlGaInPに、3×1
019〔cm-3〕の濃度以上に窒素添加を行うと、AlG
aInNP自体の結晶性が著しく低下し、良好な結晶性
を得るのが困難であることが、本願の発明者による実験
によって明らかになった。例えば、後述の実施例1に示
すように、AlのIII族組成比が0.1の組成に対し
て、わずかの窒素を添加するのみでも結晶表面に凹凸が
発生する。このような結晶性の低下は、非発光再結合過
程を増加させ、発振しきい電流値は高くなる。このため
に、AlGaInNPを活性層とした素子では、高い発
光効率を得ることは難しい。However, 3 × 1
When nitrogen is added to a concentration of 0 19 [cm −3 ] or more, AlG
Experiments by the inventors of the present application have revealed that the crystallinity of aInNP itself is significantly reduced, and it is difficult to obtain good crystallinity. For example, as shown in Example 1 to be described later, irregularities are generated on the crystal surface by adding a small amount of nitrogen to a composition in which the group III composition ratio of Al is 0.1. Such a decrease in crystallinity increases the non-radiative recombination process, and increases the oscillation threshold current value. For this reason, it is difficult to obtain high luminous efficiency in a device using AlGaInNP as an active layer.
【0029】これに対し、GaInPに上記濃度(3×
1019〔cm-3〕)以上の窒素添加を行なう場合には、
AlGaInNPのような顕著な結晶性の低下は見られ
ない。結晶性の低下の原因は、AlGaInNPが5元
系であるためと考えられる。構成元素が多い程、非混和
性が大きく、結晶成長は難しいからである。また、Al
原子が含まれていることも原因としてあげられる。Al
が化学的に活性で3次元成長し易いと考えられるためで
ある。従って、GaInNPを活性層として用いれば、
発光効率の高い素子を得られる可能性がある。しかし、
この場合であっても、本願の発明者の実験からAlGa
InPをクラッド層またはガイド層とした発光素子を実
現するのは難しいことが分かっている。On the other hand, the above concentration (3 ×
When nitrogen addition of 10 19 [cm -3 ]) or more is performed,
No remarkable decrease in crystallinity is observed unlike AlGaInNP. It is considered that the cause of the decrease in crystallinity is that AlGaInNP is a quinary system. This is because the greater the number of constituent elements, the greater the immiscibility and the more difficult the crystal growth. Also, Al
The cause may be that atoms are contained. Al
Is considered to be chemically active and easy to grow three-dimensionally. Therefore, if GaInNP is used as the active layer,
There is a possibility that an element with high luminous efficiency can be obtained. But,
Even in this case, AlGa has been obtained from experiments conducted by the inventor of the present application.
It has been found that it is difficult to realize a light emitting device using InP as a cladding layer or a guide layer.
【0030】以上のことから、本発明では、V族元素と
してN(窒素)とP(燐)を含んだIII−V族混晶半導体発
光素子において、活性層をGax2In1-x2Nz2P
1-z2(0≦x2<1,0<z2<1)としている。活性層
をGax2In1-x2Nz2P1-z2(0≦x2<1,0<z2
<1)とすることで、可視の波長領域での発光を得るこ
とができる。また、窒素(N)を添加することで、添加し
ない場合に比べてバンドギャップエネルギーは小さくな
り、また、伝導帯,価電子帯側のエネルギーが低くな
る。このため、組成を選ぶことにより、伝導帯のバンド
不連続量の大きい、従来にはない任意のバンドオフセッ
ト比のヘテロ接合を形成することができる。すなわち、
従来に比べて高温(例えば室温程度の温度)でも安定に動
作する高特性温度をもつ素子を実現することができる。As described above, according to the present invention, in the III-V mixed crystal semiconductor light emitting device containing N (nitrogen) and P (phosphorus) as group V elements, the active layer is made of Ga x2 In 1-x2 N z2. P
1-z2 (0 ≦ x2 <1, 0 <z2 <1). The active layer Ga x2 In 1-x2 N z2 P 1-z2 (0 ≦ x2 <1,0 <z2
By setting <1), light emission in a visible wavelength region can be obtained. Further, by adding nitrogen (N), the band gap energy becomes smaller and the energy in the conduction band and the valence band becomes lower as compared with the case where nitrogen is not added. Therefore, by selecting the composition, a heterojunction having a large conduction band discontinuity and an unconventional arbitrary band offset ratio can be formed. That is,
An element having a high characteristic temperature that operates stably even at a high temperature (for example, a temperature of about room temperature) as compared with the related art can be realized.
【0031】前述したように、このようなV族元素にN
を含んだ混晶半導体は、そのほとんどが非混和領域にあ
り結晶成長が非常に難しい。非平衡度の高いMOCVD
法(有機金属気相成長法)やMBE法(分子線エピタキシ
ー法)によりわずかの窒素組成の結晶だけが成長可能で
ある。混晶半導体は構成元素数が多いほど非混和性が強
くなる。同じ混晶でも中間の組成の混晶ほど非混和性は
強い。つまり二元化合物が最も成長しやすい。V族元素
にNを含んだ混晶半導体においても同様なことが言え、
前述のように、AlGaInNPは5元混晶であるので
良質な結晶を得ることが難しい。また、Alが化学的に
活性で3次元成長し易いこともこれを難しくしている。As described above, such a group V element includes N
Most of the mixed crystal semiconductors containing in the non-miscible region are very difficult to grow. MOCVD with high non-equilibrium degree
Only a crystal having a slight nitrogen composition can be grown by the method (metal organic chemical vapor deposition) or MBE (molecular beam epitaxy). As the number of constituent elements increases, the mixed crystal semiconductor becomes more immiscible. Even with the same mixed crystal, a mixed crystal having an intermediate composition has higher immiscibility. That is, a binary compound is most likely to grow. The same can be said for a mixed crystal semiconductor containing N in a group V element.
As described above, since AlGaInNP is a quinary mixed crystal, it is difficult to obtain a high-quality crystal. Further, the fact that Al is chemically active and easily grows three-dimensionally makes this difficult.
【0032】このことから、本発明では、構成元素数が
AlGaInPよりも少なく、かつAlを含まないGa
InNPを活性層に用いており、これによって、容易に
良質な結晶を得ることができ、発光効率を向上させるこ
とが可能となる。この際に、活性層の組成はGa組成の
多いものを選ぶと有利である。窒素は、Ga組成の大き
なGaInPほど、多く添加できるからである。これに
よって十分に伝導帯のエネルギーを下げる効果を得るこ
とができる。また、窒素添加は、混晶のバンドギャップ
エネルギーを減少させるので、Ga組成の大きな(バン
ドギャップエネルギーの大きな)組成を用いることは短
波長化の上でも重要である。このように適切な組成を選
ぶことで、短波長の発光波長においても高特性温度をも
つ発光素子を得ることができる。Accordingly, in the present invention, the number of constituent elements is smaller than that of AlGaInP and Ga containing no Al is used.
Since InNP is used for the active layer, a high-quality crystal can be easily obtained, and the luminous efficiency can be improved. At this time, it is advantageous to select an active layer having a large Ga composition. This is because GaInP having a larger Ga composition can add more nitrogen. Thereby, the effect of sufficiently lowering the energy of the conduction band can be obtained. Further, addition of nitrogen reduces the band gap energy of the mixed crystal, and therefore, it is important to use a composition having a large Ga composition (large band gap energy) even in shortening the wavelength. By selecting an appropriate composition in this way, a light-emitting element having a high characteristic temperature even at a short wavelength emission wavelength can be obtained.
【0033】このように、Alを含まないGaInPに
窒素(N)を添加すると(GaInNPとすると)、結晶性
の良い活性層を得ることができる。しかし、AlGaI
nPのガイド層またはクラッド層上にGaInNP活性
層を直接形成した素子では、結晶性の大幅な改善は見ら
れるものの発光効率を十分高くすることは困難である。
GaInNP活性層の成長開始時に、成長面の構成元素
にAl原子が含まれているからである。このヘテロ接合
界面での結晶性がGaInNP活性層、およびその上層
膜の結晶性に影響を与えているのである。本願の発明者
は、この問題が、AlGaInPのガイド層またはクラ
ッド層とGaInNP活性層とを、AlとNを含まない
適切なIII−V族半導体層(中間層)で分離することで解
決できることをさらに見出した。As described above, when nitrogen (N) is added to GaInP containing no Al (assumed to be GaInNP), an active layer having good crystallinity can be obtained. However, AlGaI
In a device in which a GaInNP active layer is directly formed on an nP guide layer or a cladding layer, although the crystallinity is greatly improved, it is difficult to sufficiently increase the luminous efficiency.
This is because at the start of the growth of the GaInNP active layer, Al atoms are contained in the constituent elements on the growth surface. The crystallinity at the heterojunction interface affects the crystallinity of the GaInNP active layer and its upper layer. The inventor of the present application has found that this problem can be solved by separating the AlGaInP guide layer or cladding layer from the GaInNP active layer with a suitable III-V semiconductor layer (intermediate layer) containing no Al and N. I found further.
【0034】すなわち、本発明は、さらに、(Alx3G
a1-x3)y3In1-y3P(0≦x3≦1,0<y3<1)か
らなるガイド層またはクラッド層とGax2In1-x2Nz2
P1-z2(0≦x2≦1,0<z2<1)からなる活性層と
の間に、AlとNを含まないIII−V族半導体からなる
中間層を設けるようにしている。このように、Alを含
むクラッド層またはガイド層とNを含むGaInNP活
性層とを、AlとNを含まないIII−V族半導体からな
る中間層によって分離する構造とすることで、結晶性の
良好なGaInNP活性層を得ることが可能となるとと
もに、発光効率の高い素子を得ることが可能となる。That is, the present invention further provides (Al x3 G
a 1-x3 ) y3 In 1-y3 P (0 ≦ x3 ≦ 1, 0 <y3 <1) and a Ga x2 In 1-x2 N z2
An intermediate layer made of a group III-V semiconductor not containing Al and N is provided between an active layer made of P 1 -z2 (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 <z2 <1). As described above, a structure in which the clad layer or the guide layer containing Al and the GaInNP active layer containing N are separated from each other by the intermediate layer made of a III-V semiconductor containing no Al and N, thereby achieving good crystallinity. A GaInNP active layer can be obtained, and an element having high luminous efficiency can be obtained.
【0035】ここで、AlとNを含まないIII−V族半
導体からなる中間層は、単原子層以上であって、GaI
nNP活性層の厚さに比べて十分薄いのが良い。Here, the intermediate layer made of a III-V semiconductor containing no Al and N is a monoatomic layer or more,
It is preferable that the thickness be sufficiently smaller than the thickness of the nNP active layer.
【0036】すなわち、AlとNを含まないIII−V族
半導体からなる中間層と活性層とからなるヘテロ接合の
伝導帯および価電子帯において、キャリアから見た中間
層のポテンシャルエネルギーが活性層よりも高く(タイ
プIの接合)、中間層幅(中間層の厚さ)が、活性層幅(量
子井戸幅;活性層の厚さ)と同程度である場合、実質的
なキャリア閉じ込めはこの中間層をバリアとした構造に
よって行われる。この場合の発光波長は、中間層のバン
ド不連続量により決まり、活性層幅(量子井戸幅;活性
層の厚さ)と同程度の厚さの中間層を挿入することによ
り長波長となる。That is, in the conduction band and valence band of the heterojunction composed of the intermediate layer made of a III-V semiconductor not containing Al and N and the active layer, the potential energy of the intermediate layer as viewed from the carrier is higher than that of the active layer. High (type I junction) and the width of the intermediate layer (thickness of the intermediate layer) is about the same as the width of the active layer (the width of the quantum well; the thickness of the active layer), the substantial carrier confinement is This is performed by a structure in which the layer is a barrier. In this case, the emission wavelength is determined by the band discontinuity of the intermediate layer, and becomes longer by inserting an intermediate layer having a thickness approximately equal to the active layer width (quantum well width; active layer thickness).
【0037】また、AlとNを含まないIII−V族半導
体からなる中間層と活性層とからなるヘテロ接合の伝導
帯および価電子帯において、キャリアから見た中間層の
ポテンシャルエネルギーが活性層よりも低く(タイプII
の接合)、かつ中間層の厚さが活性層の厚さと同程度で
ある場合には、ポテンシャルエネルギーの低い中間層に
おいて量子準位が形成され、発光波長は長波長となる。
また、量子力学的に求められる中間層でのキャリアの確
率振幅はこれによって増加する。このように中間層と活
性層からなるヘテロ接合がタイプIIを形成する場合は、
両バンド間でのキャリア確率振幅の重なり積分値が減少
し、発光効率の低下を招く。In the conduction band and valence band of the heterojunction consisting of the intermediate layer made of a III-V semiconductor not containing Al and N and the active layer, the potential energy of the intermediate layer viewed from the carrier is higher than that of the active layer. (Type II
When the thickness of the intermediate layer is substantially the same as the thickness of the active layer, a quantum level is formed in the intermediate layer having a low potential energy, and the emission wavelength becomes a long wavelength.
In addition, the probability amplitude of carriers in the intermediate layer, which is determined by quantum mechanics, is increased by this. When the heterojunction composed of the intermediate layer and the active layer forms Type II,
The overlap integral value of the carrier probability amplitude between the two bands decreases, and the luminous efficiency decreases.
【0038】以上のことから、本発明の目的である例え
ば600nm以下の短波長で高特性温度をもつ発光素子
を実現するためには、中間層はタイプIのものがより望
ましく、中間層の厚さは、単原子層以上であって、少な
くとも量子井戸幅(活性層の厚さ)に比べて十分に薄い
(中間層のポテンシャルによってキャリアの波動関数が
著しい変調を受けない程度に薄い)ものである必要があ
る。また、波動関数への影響が少ない範囲でタイプIIで
も良い。このように、いずれの接合タイプであっても、
十分に薄いものである必要がある。このようなタイプ,
厚さの中間層を用いることによって、AlGaInPガ
イド層(またはクラッド層)とGaInNP活性層とを、
AlとNを含まない適切なIII−V族半導体層(中間層)
で分離するときに、高特性温度をもつ素子を実現するこ
とが可能となる。As described above, in order to realize a light emitting device having a high characteristic temperature at a short wavelength of, for example, 600 nm or less, which is an object of the present invention, the type of the intermediate layer is more preferable, and the thickness of the intermediate layer is more preferable. The thickness is at least a monoatomic layer and is at least sufficiently thin compared to the quantum well width (the thickness of the active layer).
(The wave function of the carrier is so thin as not to be significantly modulated by the potential of the intermediate layer). Type II may be used as long as the influence on the wave function is small. Thus, regardless of the joining type,
It must be thin enough. Such a type,
By using an intermediate layer having a thickness, the AlGaInP guide layer (or cladding layer) and the GaInNP active layer
Suitable III-V semiconductor layer (intermediate layer) not containing Al and N
It is possible to realize an element having a high characteristic temperature when separating by.
【0039】また、中間層は、AlとNを含まない3種
以下の構成元素のIII−V族半導体で構成されているの
が良い。The intermediate layer is preferably made of a III-V semiconductor of three or less constituent elements not containing Al and N.
【0040】すなわち、V族元素としてNとPを含んだ
III−V族混晶半導体発光素子において、混晶半導体は
構成元素数が多いほど非混和性が強く、良質な結晶を得
ることが難しい。AlGaInPのクラッド層またはガ
イド層(バリア層)上にGaInNP活性層の成長が難し
いのは、前述のように、クラッド層またはガイド層にA
lが含まれていることの他に、成長開始時の構成元素種
が多いことも影響を与えていると考えられる。中間層上
に活性層を成長する場合にも同様のことがいえる。従っ
て、中間層も構成元素種の少ないものが望ましい。そこ
で、本発明では、AlとNを含まない3種以下の構成元
素の中間層を用いて、結晶性の良質なGaInNP活性
層、および上層を形成するようにしている。これによっ
て、AlGaInPガイド層またはクラッド層とGaI
nNP活性層とを、AlとNを含まない適切なIII−V
族半導体層(中間層)で分離するときに、高特性温度をも
つ素子を実現することが可能となる。That is, N and P were contained as group V elements.
In the group III-V mixed crystal semiconductor light emitting device, the mixed crystal semiconductor has a higher degree of immiscibility as the number of constituent elements is larger, and it is difficult to obtain a high quality crystal. As described above, it is difficult to grow a GaInNP active layer on an AlGaInP clad layer or guide layer (barrier layer).
In addition to the presence of l, the fact that there are many types of constituent elements at the start of growth is considered to have an effect. The same can be said for the case where an active layer is grown on the intermediate layer. Therefore, it is desirable that the intermediate layer also has a small number of constituent elements. Therefore, in the present invention, a GaInNP active layer having good crystallinity and an upper layer are formed using an intermediate layer of three or less types of constituent elements not containing Al and N. Thereby, the AlGaInP guide layer or the clad layer and the GaI
The nNP active layer is made of a suitable III-V containing no Al and N.
When separated by a group III semiconductor layer (intermediate layer), an element having a high characteristic temperature can be realized.
【0041】より具体的に、中間層は、例えば、Alと
Nを含まない2種構成元素のIII−V族半導体で構成さ
れる。すなわち、2種構成元素のIII−V族半導体が、
最も容易にかつ結晶性良く成長できる。従って、本発明
では、AlとNを含まない2種構成元素のIII−V族半
導体を中間層として用いることで、結晶性の良質なGa
InNP活性層、および上層を得ることが可能となる。More specifically, the intermediate layer is made of, for example, a III-V semiconductor composed of two constituent elements not containing Al and N. That is, the III-V semiconductor of the two constituent elements is
It can be grown most easily and with good crystallinity. Therefore, in the present invention, by using a III-V group semiconductor of two kinds of constituent elements not containing Al and N as the intermediate layer, Ga with good crystallinity is obtained.
It becomes possible to obtain an InNP active layer and an upper layer.
【0042】あるいは、半導体基板としてGaAs基板
が用いられる場合、中間層としては、Gax4In1-x4P
混晶半導体(0<x4<1)を用いることもできる。中間
層をGaInPとすることで、クラッド層またはガイド
層と同じ格子定数をもつ中間層を形成でき、GaInN
P活性層の歪み量の制御を比較的容易にすることができ
る。また、GaInNP活性層およびAlGaInPク
ラッド層との混晶種が類似であることから、比較的容易
に良質な結晶を成長することが可能である。なお、この
際に、前述のように、中間層は、単原子層以上であっ
て、GaInNP活性層の厚さに比べて十分薄い厚さで
ある必要がある。Alternatively, when a GaAs substrate is used as the semiconductor substrate, Ga x4 In 1-x4 P
A mixed crystal semiconductor (0 <x4 <1) can also be used. By using GaInP for the intermediate layer, an intermediate layer having the same lattice constant as the cladding layer or the guide layer can be formed.
Control of the strain amount of the P active layer can be made relatively easy. Further, since the mixed crystal species of the GaInNP active layer and the AlGaInP cladding layer are similar, it is possible to grow a high-quality crystal relatively easily. At this time, as described above, the intermediate layer needs to be a monoatomic layer or more, and have a thickness sufficiently smaller than the thickness of the GaInNP active layer.
【0043】あるいは、半導体基板としてGaAsが用
いられる場合、中間層としては、ミスフィット転移が発
生する臨界膜厚以下のGaPを用いることもできる。G
aPは、AlとNを含まないIII−V族半導体の中で最
もバンドギャップエネルギーが大きく、中間層で発光す
ることによる損失を少なくできる。また、中間層を、A
lとNを含まない2元のIII−V族半導体としている点
で、結晶性の良質な中間層、GaInNP活性層、及び
上層膜を得ることが可能である。この際に用いる中間層
の厚さは、より具体的には、ミスフィット転位が発生す
る臨界膜厚以下であって、かつ、単原子層以上であっ
て、少なくとも量子井戸幅(活性層の厚さ)に比べて十分
に薄い(中間層のポテンシャルによってキャリアの波動
関数が著しい変調を受けない程度に薄い)ものである必
要がある。Alternatively, when GaAs is used as the semiconductor substrate, GaP having a thickness equal to or less than the critical thickness at which misfit transition occurs can be used as the intermediate layer. G
aP has the largest bandgap energy among III-V semiconductors containing no Al and N, and can reduce loss due to light emission in the intermediate layer. Further, the intermediate layer is made of A
Since a binary III-V semiconductor containing neither l nor N is used, it is possible to obtain an intermediate layer, a GaInNP active layer, and an upper layer film having good crystallinity. More specifically, the thickness of the intermediate layer used at this time is not more than the critical film thickness at which misfit dislocation occurs, and is not less than a monoatomic layer, and at least the quantum well width (the thickness of the active layer). Must be sufficiently thin (so that the wave function of carriers is not significantly modulated by the potential of the intermediate layer).
【0044】あるいは、半導体基板としてGaPが用い
られる場合、中間層としては、Gax5In1-x5P混晶半
導体(0<x5<1)を用いることもできる。GaInP
は、前述したように、Ga組成が大きいもの程、バンド
ギャップエネルギーは大きく、また格子定数は小さい。
また、窒素添加によって更に格子定数は小さくなるの
で、GaAsよりも格子定数の小さなGaPを基板に選
べば、バンドギャップエネルギーの大きな組成のGaI
nNPを、GaAs基板上よりも小さな歪み量で形成す
ることができて、短波長化がより容易となる。また、中
間層をGaInNPとしていることにより、結晶性の良
質な活性層、及び上層膜を得ることができる。Alternatively, when GaP is used as the semiconductor substrate, a Ga x5 In 1-x5 P mixed crystal semiconductor (0 <x5 <1) can be used as the intermediate layer. GaInP
As described above, the larger the Ga composition, the larger the band gap energy and the smaller the lattice constant.
Since the lattice constant is further reduced by the addition of nitrogen, if GaP having a smaller lattice constant than GaAs is selected for the substrate, GaI having a composition with a large band gap energy is used.
Since nNP can be formed with a smaller amount of strain than on a GaAs substrate, it is easier to shorten the wavelength. In addition, since the intermediate layer is made of GaInNP, an active layer having good crystallinity and an upper layer film can be obtained.
【0045】また、本発明の半導体発光素子は、他の実
施形態として、クラッド層またはガイド層(バリア層)と
GaInNP活性層との境界毎にIII−V族半導体中間
層が形成され、クラッド層またはガイド層とGaInN
P活性層との境界毎にIII−V族半導体中間層が形成さ
れた構造の積層構造によって発光部をもつ多重量子井戸
構造が形成されている。すなわち、この実施形態では、
発光部を多重量子井戸構造として持ち、活性層とクラッ
ド層またはガイド層との境界毎に、上述したいずれかの
構成の中間層が設けられている。このような構成では、
多重量子井戸構造によって発光量の増大を図る際に、結
晶性の良質な活性層および上層膜を得ることができる。In another embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention, a III-V semiconductor intermediate layer is formed at each boundary between a cladding layer or a guide layer (barrier layer) and a GaInNP active layer. Or a guide layer and GaInN
A multi-quantum well structure having a light emitting portion is formed by a laminated structure in which a III-V group semiconductor intermediate layer is formed at each boundary with the P active layer. That is, in this embodiment,
The light emitting section has a multiple quantum well structure, and an intermediate layer having any one of the above-described configurations is provided at each boundary between the active layer and the cladding layer or the guide layer. In such a configuration,
When increasing the amount of light emission by the multiple quantum well structure, an active layer and an upper layer film having good crystallinity can be obtained.
【0046】ところで、従来より、半導体発光素子の短
波長化には活性層を薄膜とした量子井戸構造が一般に使
われている。AlGaInP系材料ではAlGaInP
ガイド層(またはクラッド層)を障壁層とし、GaInP
井戸層中にキャリアの閉じ込めを行なっている。すなわ
ち、この場合、AlGaInPはAlを組成に含んでい
ることでワイドギャップとなり障壁層として機能する。
しかし、GaInNPを活性層とする場合には、前述の
ように、AlとNを組成に含まない中間層を活性層とガ
イド層またはクラッド層との間に挿入する必要があり、
このような中間層の組成では、バンドギャップエネルギ
ーがガイド層またはクラッド層よりも小さいので、Ga
InNP活性層に対する量子閉じ込めの障壁層として有
効に機能させるには限度がある。Heretofore, a quantum well structure using an active layer as a thin film has been generally used for shortening the wavelength of a semiconductor light emitting device. AlGaInP-based materials include AlGaInP
The guide layer (or cladding layer) is used as a barrier layer, and GaInP
Carriers are confined in the well layer. That is, in this case, since AlGaInP contains Al in its composition, it becomes a wide gap and functions as a barrier layer.
However, when GaInNP is used as the active layer, it is necessary to insert an intermediate layer not containing Al and N in the composition between the active layer and the guide layer or the clad layer, as described above.
In such a composition of the intermediate layer, the band gap energy is smaller than that of the guide layer or the cladding layer, and therefore, Ga
There is a limit to effectively functioning as a quantum confinement barrier layer for the InNP active layer.
【0047】このため、中間層と活性層を実効的な井戸
層とし、AlGaInPクラッド層またはガイド層を障
壁層とした構造によってキャリアの量子閉じ込めを行な
う必要がある。ところが、前述のように、中間層は下層
を完全に被覆している必要があり、少なくとも1原子層
以上の厚さが必要である。さらに、結晶成長条件や、表
面の平坦度,界面の制御性を考慮すると、特別に選ばれ
た成長条件以外では、通常はこれ以上の厚さが必要とな
る。さらに、本発明の効果を十分に得るためにも、Ga
InNP活性層の厚さは中間層の厚さに比べて厚い必要
である。しかし、上述のように厚い中間層が必要とされ
る場合には、GaInNP活性層を十分な厚さに保った
まま、実効的な井戸幅を薄くすることには限界があり、
このため量子効果による短波長化を十分に得ることは難
しい。Therefore, it is necessary to perform quantum confinement of carriers by using a structure in which the intermediate layer and the active layer are effective well layers and the AlGaInP clad layer or the guide layer is a barrier layer. However, as described above, the intermediate layer must completely cover the lower layer, and must have a thickness of at least one atomic layer. Furthermore, in consideration of crystal growth conditions, surface flatness, and controllability of the interface, a thickness larger than that is usually required except for specially selected growth conditions. Further, in order to sufficiently obtain the effects of the present invention, Ga
The thickness of the InNP active layer needs to be larger than the thickness of the intermediate layer. However, when a thick intermediate layer is required as described above, there is a limit to reducing the effective well width while keeping the GaInNP active layer at a sufficient thickness.
Therefore, it is difficult to sufficiently shorten the wavelength by the quantum effect.
【0048】これに対し、本願の発明者は、中間層によ
る結晶性の改善は、主に基板側に位置する中間層による
ところが大きいことを見出した。つまり、AlGaIn
P上にGaInNPを成長させる際の方が結晶性の低下
の度合いが大きく、活性層および積層構造の結晶性は成
長時のこの過程によってほぼ決まる。従って、特に実効
的井戸幅の薄膜化が重要となる場合においては、中間層
を活性層に対して基板側のみに配置する構造とすること
が十分可能である。On the other hand, the inventor of the present application has found that the improvement of the crystallinity by the intermediate layer largely depends on the intermediate layer located on the substrate side. That is, AlGaIn
When GaInNP is grown on P, the degree of crystallinity is more greatly reduced, and the crystallinity of the active layer and the laminated structure is substantially determined by this process during growth. Therefore, particularly when it is important to reduce the effective well width, it is sufficiently possible to arrange the intermediate layer only on the substrate side with respect to the active layer.
【0049】しかし、中間層を基板側のみに配置する場
合には、中間層を含めた活性層部のポテンシャルの対称
性が崩れてキャリア波動関数間の対称性が失われる。こ
れによって、波動関数の重なり積分強度は減少し、発光
効率の低下等の影響を与える。従って、活性層が厚いよ
うな場合では、活性層の両側に中間層を配置した対称構
造とすることが望ましいが、いまのように、主に短波長
化に主眼を置いている場合では、実効井戸幅が薄く、量
子準位は十分高いので、ポテンシャルの影響によるキャ
リア波動関数の非対称性は小さい。このため、発光効率
への影響も少ないので、中間層を基板側にのみ配置する
ことができる。However, when the intermediate layer is disposed only on the substrate side, the symmetry of the potential of the active layer portion including the intermediate layer is broken, and the symmetry between the carrier wave functions is lost. As a result, the overlap integral intensity of the wave functions is reduced, which has an effect such as a decrease in luminous efficiency. Therefore, in the case where the active layer is thick, it is desirable to have a symmetrical structure in which an intermediate layer is disposed on both sides of the active layer. Since the well width is thin and the quantum level is sufficiently high, the asymmetry of the carrier wave function due to the potential is small. Therefore, the influence on the luminous efficiency is small, so that the intermediate layer can be disposed only on the substrate side.
【0050】このように、中間層を基板側にのみ配置し
た場合、実効的井戸幅を薄くでき、量子井戸構造による
短波長化が可能となる。また、同じ実効井戸幅で比較し
た場合も、GaInNP活性層の占める割合も増加して
いるので、短波長化と同時にGaInNP活性層により
特性温度が向上する効果も十分に得られる。以上によっ
て、活性層にNを添加した高い特性温度をもつ素子の実
現が可能となる。As described above, when the intermediate layer is arranged only on the substrate side, the effective well width can be reduced, and the wavelength can be shortened by the quantum well structure. Also, when compared with the same effective well width, the proportion of the GaInNP active layer is also increased, so that the effect of shortening the wavelength and simultaneously improving the characteristic temperature by the GaInNP active layer can be sufficiently obtained. As described above, an element having a high characteristic temperature in which N is added to the active layer can be realized.
【0051】また、上記半導体発光素子の構造の具体例
として、発光部を多重量子井戸構造としてもち、GaI
nNP活性層に対して基板側にあたるバリア層とGaI
nNP活性層との境界毎にIII−V族半導体中間層を形
成することができる。この場合、多重量子井戸構造によ
って発光量の増大を図る際に、結晶性の良質な活性層お
よび上層膜を得ることができる。これによって容易に短
波長化を行なうことができ、かつ、活性層にNを添加し
た高い特性温度をもつ素子を実現することが可能とな
る。As a specific example of the structure of the semiconductor light emitting device, the light emitting portion has a multiple quantum well structure,
a barrier layer on the substrate side with respect to the nNP active layer;
A III-V semiconductor intermediate layer can be formed at each boundary with the nNP active layer. In this case, when the light emission amount is increased by the multiple quantum well structure, an active layer and an upper layer film having good crystallinity can be obtained. This makes it possible to easily shorten the wavelength and to realize an element having a high characteristic temperature in which N is added to the active layer.
【0052】[0052]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0053】実施例1 実施例1では、半導体基板上にV族元素としてN(窒素)
とP(燐)を含んだIII−V族混晶半導体層を活性層とし
て用いる半導体発光素子として、活性層がGax2In
1-x2Nz2P1-z2(0≦x2≦1,0<z2<1)であるも
の(試料)を作製した。図1,図2は、それぞれ、GaA
s基板上にMOCVD法によって成長を行なったAlG
aInNP,GaInNPの試料の表面の顕微鏡写真で
ある。ここで、AlGaInNP,GaInNPの各々
の膜厚は1μmである。また、基板には、100面方位
に対し、011方向に15°傾斜した面方位を持つもの
を用いた。また、キャリアガスにはH2を用い、原料ガ
スには、TMG,TMA,TMI,PH3を用いた。ま
た、窒素添加原料にはDMHyを用いた。AlGaIn
NP,GaInNPの両試料とも、基板に格子整合する
条件に対して窒素添加を行った。組成は、それぞれ、A
l0.1Ga0.5In0.5Nz2P1-z2(0<z2<1),Ga
0.5In0.5Nz1P1-z1(0<z1<1)である。[0053]Example 1 In the first embodiment, N (nitrogen) is used as a group V element on a semiconductor substrate.
III-V mixed crystal semiconductor layer containing P and phosphorus as an active layer
As a semiconductor light emitting device used forx2In
1-x2Nz2P1-z2(0 ≦ x2 ≦ 1, 0 <z2 <1)
(Sample) was prepared. FIG. 1 and FIG.
AlG grown by MOCVD on s substrate
In the micrograph of the surface of the sample of aInNP and GaInNP
is there. Here, each of AlGaInNP and GaInNP
Is 1 μm. The substrate has a 100-plane orientation.
Have a plane orientation inclined by 15 ° in the 011 direction
Was used. The carrier gas is HTwoUsing raw material gas
TMG, TMA, TMI, PHThreeWas used. Ma
DMHy was used as a nitrogen-added raw material. AlGaIn
Both NP and GaInNP samples are lattice matched to the substrate
Nitrogen was added to the conditions. The composition is A
l0.1Ga0.5In0.5Nz2P1-z2(0 <z2 <1), Ga
0.5In0.5Nz1P1-z1(0 <z1 <1).
【0054】図1,図2を比較すればわかるように、A
lGaInP結晶では表面上に荒れが生じるが、GaI
nNP結晶では表面は鏡面である。V族元素にNを含む
III−V族半導体では、窒素の取り込まれ量が増加する
に従い、結晶性が低下する傾向にあることは既に知られ
ている。また、成長温度が高い程、窒素の取り込まれは
困難になる。GaInNPの成長は、V族流量比(DM
Hy/PH3)がAlGaInNPの約17倍多く、温度
もAlGaInNPよりも低い条件で行っている。この
ことから、窒素取り込まれ量はGaInNP結晶の方が
非常に多く、表面荒れが起こり易い成長条件であると言
える。これにもかかわらず、GaInNPでは表面荒れ
は生じなかった。また、室温PL測定により、窒素を無
添加の場合に比べて30nmの長波長化が生じること、
つまり、バンドギャップエネルギーが減少していること
が確認できた。N濃度は1.1×1020cm-3(窒素の
V族組成比0.5%)であった。As can be seen by comparing FIG. 1 and FIG.
In the case of lGaInP crystal, roughness occurs on the surface.
The surface of the nNP crystal is a mirror surface. Group N element contains N
It is already known that III-V group semiconductors tend to have lower crystallinity as the amount of incorporated nitrogen increases. Also, the higher the growth temperature, the more difficult it is to take in nitrogen. The growth of GaInNP depends on the group V flow rate (DM
Hy / PH 3 ) is about 17 times higher than AlGaInNP, and the temperature is lower than that of AlGaInNP. From this, it can be said that the amount of nitrogen taken in is higher in the GaInNP crystal than in the growth condition in which surface roughness is likely to occur. Despite this, GaInNP did not cause surface roughness. In addition, the room temperature PL measurement results in a longer wavelength of 30 nm as compared with the case where nitrogen is not added,
That is, it was confirmed that the band gap energy was reduced. The N concentration was 1.1 × 10 20 cm −3 (nitrogen group V composition ratio: 0.5%).
【0055】AlGaInPでは、もともと、Alのデ
ィープレベルにより発光効率が低い等の問題があるが、
これに加えて窒素添加による結晶性低下も著しく、良質
の結晶を得るのは困難である。これに対し、GaInP
はAlを含まないことから発光効率も良く、さらに窒素
添加を行った場合でも、良好な結晶が成長可能であるこ
とが確認された。また、実際に窒素添加による長波長化
も観測できている。また、GaInPは、構成元素数が
AlGaInNPより少ない点において、AlGaIn
NPに比べて良質な結晶成長が容易であるという利点を
持っている。AlGaInP originally has problems such as low luminous efficiency due to the deep level of Al.
In addition, the crystallinity is significantly reduced by the addition of nitrogen, and it is difficult to obtain high-quality crystals. On the other hand, GaInP
It was confirmed that, since Al did not contain Al, the luminous efficiency was good, and even when nitrogen was added, good crystals could be grown. In addition, it was actually observed that the wavelength was increased by adding nitrogen. Further, GaInP is different from AlGaIn in that the number of constituent elements is smaller than that of AlGaInNP.
It has the advantage that high quality crystal growth is easier than NP.
【0056】このように、本発明の実施例1から、Ga
InNPを発光素子の活性層として用いることによっ
て、結晶性の良好な高特性温度を持つ素子を実現するこ
とが可能であることがわかる。As described above, according to the first embodiment of the present invention, Ga
It can be seen that by using InNP as an active layer of a light-emitting element, an element having good crystallinity and high characteristic temperature can be realized.
【0057】実施例2 実施例2では、図3の半導体積層構造を作製した。すな
わち、図3の半導体積層構造は、GaAs基板11上
に、SQW(Single Quantum Well)構造をMOCVD法
によりエピタキシャル成長して形成した。各層の構成
は、基板11側から順に、アンドープGaAsバッファ
層(0.2μmの膜厚)、アンドープAlGaInPバリ
ア層(0.2μmの膜厚の(Al0.5Ga0.5)0.49In
0.51Pクラッド層)13、アンドープGaInP中間層
(12Åの膜厚のGa0.65In0.35P中間層)14、アン
ドープGaInNP活性層(350Åの膜厚のGa0.65
In0.35N0.008P0.992活性層)15、アンドープGa
InP中間層(12Åの膜厚のGa0.65In0.35P中間
層)16、アンドープAlGaInPバリア層(500Å
の膜厚の(Al0.5Ga0.5)0.49In0.51Pクラッド層)
17である。 Example 2 In Example 2, the semiconductor laminated structure shown in FIG. 3 was manufactured. That is, the semiconductor multilayer structure shown in FIG. 3 was formed on the GaAs substrate 11 by epitaxially growing an SQW (Single Quantum Well) structure by MOCVD. The configuration of each layer is, in order from the substrate 11 side, an undoped GaAs buffer layer (0.2 μm thick) and an undoped AlGaInP barrier layer (0.2 μm thick (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.49 In
0.51 P clad layer) 13, undoped GaInP intermediate layer
(Ga 0.65 In 0.35 P intermediate layer having a thickness of 12Å) 14, Ga 0.65 undoped GaInNP active layer (350 Å in thickness
In 0.35 N 0.008 P 0.992 active layer) 15, undoped Ga
InP intermediate layer (Ga 0.65 In 0.35 P intermediate layer having a thickness of 12 °) 16, undoped AlGaInP barrier layer (500 °
(Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.49 In 0.51 P cladding layer
Seventeen.
【0058】ここで、GaInP中間層14,16の厚
さは、約4原子層の厚さであり、活性層15に対し十分
に薄いものとなっている。また、基板11としては、
(100)面方位に対して(011)方向に15゜傾斜した
面方位のGaAs基板を用いた。また、原料には、TM
G,TMI,TMA,PH3,AsH3を用い、窒素添加
原料としてDMHyを用い、また、キャリアガスにはH
2を用いた。Here, the thickness of the GaInP intermediate layers 14 and 16 is about 4 atomic layers, which is sufficiently thinner than the active layer 15. Also, as the substrate 11,
A GaAs substrate having a plane orientation inclined by 15 ° in the (011) direction with respect to the (100) plane orientation was used. The raw materials include TM
G, TMI, TMA, PH 3 and AsH 3 are used, DMHy is used as a nitrogen-added raw material, and H is used as a carrier gas.
2 was used.
【0059】また、バリア層(クラッド層)13,17に
は、基板11に格子整合する組成のAlGaInP(具
体的には、(Al0.5Ga0.5)0.49In0.51P)を用い
た。また、中間層14,16には、基板11に対し1%
の引っ張り歪みとなる組成のGaInP(具体的には、
Ga0.65In0.35P)を用い、また、GaInNP活性
層15には、中間層14,16の組成条件に窒素添加し
たもの(具体的には、Ga0.65In0.35N0.008P0.992)
を用いた。また、GaInNP活性層15において、窒
素(N)が取り込まれた量は、Ga/In組成比に依存し
ており、Ga組成が大きい程、窒素(N)の取り込み量は
多い。この条件は、窒素の取り込まれが容易な条件であ
り、活性層15の組成は、上述のように、Ga0.65In
0.35N0.008P0.992である。For the barrier layers (cladding layers) 13 and 17, AlGaInP (specifically, (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.49 In 0.51 P) having a composition lattice-matched to the substrate 11 was used. Also, the intermediate layers 14 and 16 have a 1%
GaInP having a composition that results in a tensile strain of
Ga 0.65 In 0.35 P) is used, and the GaInNP active layer 15 is obtained by adding nitrogen to the composition conditions of the intermediate layers 14 and 16 (specifically, Ga 0.65 In 0.35 N 0.008 P 0.992 ).
Was used. Further, the amount of nitrogen (N) taken into the GaInNP active layer 15 depends on the Ga / In composition ratio, and the larger the Ga composition, the larger the amount of nitrogen (N) taken. This condition is a condition under which nitrogen is easily taken in. The composition of the active layer 15 is Ga 0.65 In as described above.
0.35 N 0.008 P 0.992 .
【0060】このように、Ga組成の大きなGaInP
に窒素添加を行なうと、窒素の取り込み効率は高くな
り、伝導帯のエネルギーが低くなる効果が十分に得られ
る。さらに、GaInNPもバンドギャップエネルギー
の高いものが得られるので、短波長化においても有利で
ある。As described above, GaInP having a large Ga composition
When nitrogen is added, the efficiency of taking in nitrogen is increased and the effect of lowering the energy of the conduction band is sufficiently obtained. Furthermore, GaInNP having a high band gap energy can be obtained, which is advantageous in shortening the wavelength.
【0061】図4(a),(b),(c)には、それぞれ、上
記実施例2(図3)の構造(図4(a))、実施例2の構造と
成長条件が同じであるが中間層が挿入されていない構造
(図4(b))、実施例2の構造の活性層15のかわりに窒
素添加を行なっていないGaInP活性層をもつ構造
(図4(c))の、室温でのPL(光強度)測定結果が示され
ている。実施例2(図3)の構造では、図4(a)からわか
るように、活性層に対する窒素添加により長波長となっ
ている。これに対し、中間層が設けられていない構造で
は、図4(b)からわかるように、発光を確認することは
ほとんどできていない。また、窒素添加を行なっていな
いGaInP活性層をもつ構造では、図4(c)からわか
るように、ピーク発光波長が626nmである。これに
対し、実施例2の構造では、図4(a)からわかるよう
に、窒素添加により、ピーク発光波長は、665nmと
なり、図4(c)のピーク発光波長は、626nmに対し
て39nmだけ波長変化している。つまり、窒素添加の
効果が十分に得られている。FIGS. 4 (a), 4 (b) and 4 (c) show the same growth conditions as those of the second embodiment (FIG. 3) (FIG. 4 (a)) and the second embodiment, respectively. Structure with no intermediate layer inserted
(FIG. 4B), a structure having a GaInP active layer without nitrogen addition instead of the active layer 15 of the structure of the second embodiment.
The PL (light intensity) measurement result at room temperature in FIG. 4 (c) is shown. In the structure of Example 2 (FIG. 3), as can be seen from FIG. 4A, the wavelength becomes longer due to the addition of nitrogen to the active layer. On the other hand, in the structure in which the intermediate layer is not provided, as can be seen from FIG. Further, in the structure having the GaInP active layer to which no nitrogen is added, as can be seen from FIG. 4C, the peak emission wavelength is 626 nm. On the other hand, in the structure of Example 2, as can be seen from FIG. 4A, the peak emission wavelength becomes 665 nm by addition of nitrogen, and the peak emission wavelength in FIG. The wavelength has changed. That is, the effect of adding nitrogen is sufficiently obtained.
【0062】このように、中間層を用いない場合は、発
光が確認されず、実用が難しい状態であったが、実施例
2の構造によれば、図4(a)からわかるように、大幅に
発光効率を改善することができる。これによって、高特
性温度をもつ素子を実現することが可能となる。また、
前述のように、量子井戸構造によって、および、Ga組
成がさらに大きいものを使うことによって、短波長化が
可能となる。As described above, when no intermediate layer was used, light emission was not confirmed and practical use was difficult. However, according to the structure of the second embodiment, as shown in FIG. The luminous efficiency can be improved. This makes it possible to realize an element having a high characteristic temperature. Also,
As described above, the wavelength can be shortened by the quantum well structure and by using the one having a larger Ga composition.
【0063】また、この実施例2のGaInP中間層1
4,16とGaInNP活性層15は、公知のLED,
LD作製技術により、後述のように、例えば実施例3,
4,5の構造の素子の発光層として用いることができ
る。The GaInP intermediate layer 1 of the second embodiment
4, 16 and the GaInNP active layer 15 are known LEDs,
As described later, for example, in Example 3,
It can be used as a light emitting layer of an element having a structure of 4,5.
【0064】実施例3 実施例3では、図5の半導体積層構造を作製した。図5
の半導体積層構造(半導体発光素子)では、n−GaAs
基板501上に、n−バッファ層502,n−クラッド
層503,中間層510,活性層504,中間層51
1,p−クラッド層505,p−コンタクト層506が
順次に形成されたものとなっている。 Example 3 In Example 3, the semiconductor laminated structure shown in FIG. 5 was manufactured. FIG.
In the semiconductor laminated structure (semiconductor light-emitting element), n-GaAs
On a substrate 501, an n-buffer layer 502, an n-cladding layer 503, an intermediate layer 510, an active layer 504, an intermediate layer 51
1, a p-cladding layer 505 and a p-contact layer 506 are sequentially formed.
【0065】ここで、活性層504には、GaAs基板
501に格子整合する組成のGaInPに窒素を添加し
たGaInNPを用いている。また、中間層510,5
11には、ミスフィット転位が発生する臨界膜厚以下で
あり、かつ2分子層厚さのGaPを用いている。Here, for the active layer 504, GaInNP obtained by adding nitrogen to GaInP having a composition lattice-matched to the GaAs substrate 501 is used. Also, the intermediate layers 510, 5
No. 11 uses GaP having a thickness equal to or less than the critical film thickness at which misfit dislocations occur and a thickness of two molecular layers.
【0066】より具体的に、図5の構造は、n−GaA
s基板501に、面方位が(100)面から(011)方向
に15゜傾いているものを使い、この基板501上に、
n−GaAsバッファ層502,n−(Al0.7Ga0.3)
0.511In0.49クラッド層503,GaP中間層51
0,Ga0.51In0.49N0.01P0.99活性層504,Ga
P−中間層511,p−(Al0.7Ga0.3)0.511In
0.49クラッド層505,p−GaAsコンタクト層50
6が、例えばMOCVD法により実施例2の原料によっ
て、順次形成されたものとなっている。ここで、クラッ
ド層503,505は、GaAs基板501に格子整合
した組成となっている。More specifically, the structure of FIG.
An s-substrate 501 whose plane orientation is inclined by 15 ° from the (100) plane toward the (011) direction is used.
n-GaAs buffer layer 502, n- (Al 0.7 Ga 0.3 )
0.51 1In 0.49 clad layer 503, GaP intermediate layer 51
0, Ga 0.51 In 0.49 N 0.01 P 0.99 Active layer 504, Ga
P-intermediate layer 511, p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.51 1In
0.49 cladding layer 505, p-GaAs contact layer 50
6 are sequentially formed from the raw material of Example 2 by MOCVD, for example. Here, the cladding layers 503 and 505 have a composition lattice-matched to the GaAs substrate 501.
【0067】また、図5の半導体発光素子では、コンタ
クト層506上に、さらに絶縁膜507であるSiO2
と、p側電極508であるAuZn/Auとが形成さ
れ、また、素子の裏面にはn側電極509であるAuG
e/Ni/Auが形成されている。In the semiconductor light emitting device of FIG. 5, the insulating film 507 of SiO 2 is further formed on the contact layer 506.
And AuZn / Au as the p-side electrode 508 are formed, and AuG as the n-side electrode 509 is formed on the back surface of the element.
e / Ni / Au is formed.
【0068】図5の半導体発光素子は、クラッド層50
3,505,活性層504によるダブルヘテロ接合構造
をもつ半導体レーザ素子として機能する。実施例3で
は、活性層504としてGaAs基板501に格子整合
するGaInPに窒素添加を行なったものを用いている
が、窒素添加によって格子定数は小さくなるので、予め
この分を補償してGa組成の大きな(格子定数の大きな)
Ga0.49In0.51N0.01P0.99を活性層504として用
いれば、基板501に格子整合させることが可能であ
る。The semiconductor light emitting device shown in FIG.
3,505 and the active layer 504 function as a semiconductor laser device having a double hetero junction structure. In the third embodiment, GaInP lattice-matched to the GaAs substrate 501 is obtained by adding nitrogen as the active layer 504. However, since the lattice constant is reduced by the addition of nitrogen, this is compensated for in advance and the Ga composition is reduced. Large (large lattice constant)
If Ga 0.49 In 0.51 N 0.01 P 0.99 is used as the active layer 504, lattice matching with the substrate 501 is possible.
【0069】また、実施例3(図5の構造)では、発光素
子の構造として、絶縁膜ストライプ構造のものとなって
いるが、もちろん他の構造を用いても良い。また、活性
層504として、実施例2のように、ミスフィット転位
が発生する臨界膜厚以下の、歪みを有する活性層を用い
ても良い。この場合は、得られる発光波長幅が増加し、
素子設計の自由度を増加させることができる。また、活
性層504として、量子井戸構造を用いて短波長化を行
なっても良い。In the third embodiment (the structure shown in FIG. 5), the light emitting element has an insulating film stripe structure. However, other structures may be used. Further, as in the second embodiment, an active layer having a strain equal to or less than a critical film thickness at which misfit dislocation occurs may be used as the active layer 504. In this case, the obtained emission wavelength width increases,
The degree of freedom in element design can be increased. Alternatively, the active layer 504 may have a shorter wavelength by using a quantum well structure.
【0070】また、上述の例では、2構成元素数の中間
層510,511として、GaPを用いているが、Ga
Pのかわりに、GaAs,InP等を用いても良い。例
えば、中間層510,511にGaAsを用いる場合に
は、基板501と同じ格子定数で中間層510,511
を形成できるという利点がある。また、中間層510,
511にInPを用いる場合には、中間層510,51
1の厚さを、ミスフィット転位が起こる臨界膜厚以下と
する必要がある。中間層510,511には、この他の
III−V族半導体を用いても良いが、発光効率、および
発光波長を考えると、なるべくワイドギャップのもので
あることが望ましい(バンドギャップエネルギーが大き
いものであるのが望ましい)。GaPは、バンドギャッ
プエネルギーが大きく、バンドギャップエネルギーの大
きなGaPを中間層510,511に用いれば、中間層
510,511での発光損失が少なく、かつ結晶性の良
いGaInNP活性層および上層膜を得ることが可能と
なる。これによって、高特性温度をもつ素子を実現する
ことができる。In the above-described example, GaP is used as the intermediate layers 510 and 511 having two constituent elements.
Instead of P, GaAs, InP or the like may be used. For example, when GaAs is used for the intermediate layers 510 and 511, the intermediate layers 510 and 511 have the same lattice constant as the substrate 501.
There is an advantage that can be formed. Also, the middle layer 510,
When InP is used for 511, the intermediate layers 510, 51
It is necessary that the thickness of No. 1 be equal to or less than the critical thickness at which misfit dislocation occurs. Other intermediate layers 510 and 511 include
Although a group III-V semiconductor may be used, it is preferable that the semiconductor has a wide gap as much as possible (it is desirable that the band gap energy is large) in consideration of light emission efficiency and light emission wavelength. GaP has a large band gap energy, and if GaP having a large band gap energy is used for the intermediate layers 510 and 511, a GaInNP active layer and an upper layer film with low luminescence loss in the intermediate layers 510 and 511 and excellent crystallinity can be obtained. It becomes possible. Thereby, an element having a high characteristic temperature can be realized.
【0071】実施例4 実施例4では、図6の半導体積層構造を作製した。図6
の半導体積層構造(半導体発光素子)は、n−GaP基板
601上に、n−バッファ層602,n−クラッド層6
03,n−ガイド層612,中間層610,活性層60
4,中間層611,p−ガイド層613,p−クラッド
層605,p−コンタクト層606が順次に形成された
ものとなっている。 Example 4 In Example 4, a semiconductor laminated structure shown in FIG. 6 was manufactured. FIG.
Is formed on an n-GaP substrate 601 by forming an n-buffer layer 602, an n-cladding layer 6
03, n-guide layer 612, intermediate layer 610, active layer 60
4, an intermediate layer 611, a p-guide layer 613, a p-cladding layer 605, and a p-contact layer 606 are sequentially formed.
【0072】ここで、活性層604には、Ga0.7In
0.3Pに窒素を添加したGaInNPを用いている。同
様に、中間層610,611には、Ga0.7In0.3Pを
用いている。また、半導体基板601には、GaPを用
いている点で、実施例3と大きく異なっている。Here, the active layer 604 includes Ga 0.7 In
GaInNP obtained by adding nitrogen to 0.3 P is used. Similarly, Ga 0.7 In 0.3 P is used for the intermediate layers 610 and 611. Further, the semiconductor substrate 601 is significantly different from the third embodiment in that GaP is used.
【0073】より具体的に、図6の構造は、n−GaP
基板601上に、n−GaPバッファ層602,n−A
lPクラッド層603,n−Al0.5Ga0.5Pガイド層
612,Ga0.7In0.3P中間層610,Ga0.7In
0.3N0.01P0.99活性層604,Ga0.7In0.3P中間
層611,n−Al0.5Ga0.5Pガイド層613,p−
AlPクラッド層605,p−GaPコンタクト層60
6が、例えばMOCVD法により実施例2の原料によっ
て、順次に形成された構造となっている。More specifically, the structure of FIG.
On a substrate 601, an n-GaP buffer layer 602, n-A
1P clad layer 603, n-Al 0.5 Ga 0.5 P guide layer 612, Ga 0.7 In 0.3 P intermediate layer 610, Ga 0.7 In
0.3 N 0.01 P 0.99 active layer 604, Ga 0.7 In 0.3 P intermediate layer 611, n-Al 0.5 Ga 0.5 P guide layer 613, p-
AlP cladding layer 605, p-GaP contact layer 60
6 has a structure in which the raw materials of Example 2 are sequentially formed by MOCVD, for example.
【0074】また、図6の半導体発光素子では、コンタ
クト層606上に、さらに、絶縁膜607であるSiO
2と、p側電極608とが形成され、また、素子の裏面
にはn側電極609が形成されている。ここで、この半
導体発光素子は、ガイド層612,613、活性層60
4によるダブルヘテロ接合構造をもつ半導体レーザ素子
として機能する。In the semiconductor light emitting device of FIG. 6, on the contact layer 606, an insulating film 607 of SiO
2 and a p-side electrode 608 are formed, and an n-side electrode 609 is formed on the back surface of the element. Here, the semiconductor light emitting device includes guide layers 612 and 613 and an active layer 60.
4 functions as a semiconductor laser device having a double heterojunction structure.
【0075】図6の構造では、活性層604は、直接遷
移型で最もバンドギャップの大きな組成(最も格子定数
の小さい組成)のGaInPに窒素添加を行なったもの
である。また、ガイド層612,613はGaP基板6
01にほぼ格子整合している。In the structure of FIG. 6, the active layer 604 is a direct transition type GaInP having a composition with the largest band gap (composition with the smallest lattice constant) and nitrogen added thereto. The guide layers 612 and 613 are formed on the GaP substrate 6.
01 is almost lattice-matched.
【0076】なお、上述の例では、中間層610,61
1には、4原子層厚さのGa0.7In0.3Pが用いたが、
これのかわりに、GaP中間層を用いることもできる。
この場合、GaP中間層610,611を基板601と
格子整合させて形成することが可能となる。In the above example, the intermediate layers 610 and 61
For example, Ga 0.7 In 0.3 P having a thickness of 4 atomic layers was used,
Alternatively, a GaP intermediate layer can be used.
In this case, the GaP intermediate layers 610 and 611 can be formed in lattice matching with the substrate 601.
【0077】図7は図6の半導体発光素子のAlPクラ
ッド層603,605とAlGaPガイド層612,6
13とGaInP中間層610,611とGaInNP
活性層604のバンド構造を説明するための図である。
図6の発光素子では、クラッド層603,605を構成
するAlPの屈折率がガイド層612,613を構成す
るAl0.5Ga0.5Pの屈折率よりも小さいので、光の閉
じ込めを良好に行なうことができる。また、これによ
り、しきい電流値を減少することが可能となる。なお、
組成は、光ガイド層612,613がAly1Ga1-y1P
(0≦y1<1)であり、クラッド層603,605がA
ly2Ga1-y2P(0≦y1<y2≦1)であれば、上述の
組成に限らず、他の組成でも良い。FIG. 7 shows the AlP cladding layers 603 and 605 and the AlGaP guide layers 612 and 6 of the semiconductor light emitting device of FIG.
13, GaInP intermediate layers 610 and 611 and GaInNP
FIG. 3 is a diagram for explaining a band structure of an active layer 604.
In the light emitting device of FIG. 6, since the refractive index of AlP forming the cladding layers 603 and 605 is smaller than the refractive index of Al 0.5 Ga 0.5 P forming the guide layers 612 and 613, light can be confined well. it can. In addition, this makes it possible to reduce the threshold current value. In addition,
The composition is such that the light guide layers 612 and 613 are Al y1 Ga 1-y1 P
(0 ≦ y1 <1), and the cladding layers 603 and 605
If l y2 Ga 1-y2 P (0 ≦ y1 <y2 ≦ 1), the composition is not limited to the above-mentioned composition, but may be another composition.
【0078】実施例4(図6)の構造では、GaPはGa
Asより格子定数が小さく、また、GaInPもGa組
成が大きいものほど格子定数は小さい。さらに窒素添加
は格子定数を小さくするので、GaP基板を使えば、バ
ンドギャップエネルギーが大きい活性層を、少ない歪み
(圧縮歪み)量で形成することができ、短波長化において
有利である。すなわち、実施例4の構造によれば、短波
長化に有利でかつ結晶性の良好な活性層、および、上層
膜を得ることができる。これによって、高特性温度をも
つ素子を実現することが可能となる。In the structure of the fourth embodiment (FIG. 6), GaP is Ga
The lattice constant is smaller than that of As, and the lattice constant of GaInP is smaller as the Ga composition is larger. Furthermore, addition of nitrogen reduces the lattice constant, so using a GaP substrate can reduce the active layer with a large bandgap energy and reduce the strain.
(Compression strain) amount, which is advantageous in shortening the wavelength. That is, according to the structure of the fourth embodiment, it is possible to obtain an active layer which is advantageous for shortening the wavelength and has good crystallinity, and an upper film. This makes it possible to realize an element having a high characteristic temperature.
【0079】実施例5 実施例5では、図8の半導体積層構造を作製した。実施
例5(図8)の半導体積層構造(半導体発光素子)では、n
−GaAs基板701上に、n−バッファ層702,n
−クラッド層703,n−ガイド層712,多重量子井
戸構造部(MQW),p−ガイド層713,p−クラッド
層705,p−コンタクト層706が順次に形成された
ものとなっている。 Example 5 In Example 5, the semiconductor multilayer structure shown in FIG. 8 was manufactured. In the semiconductor laminated structure (semiconductor light emitting device) of the fifth embodiment (FIG. 8), n
An n-buffer layer 702, n on a GaAs substrate 701;
A cladding layer 703, an n-guide layer 712, a multiple quantum well structure (MQW), a p-guide layer 713, a p-cladding layer 705, and a p-contact layer 706 are sequentially formed.
【0080】より具体的に、図8の構造は、n−GaA
s基板701上に、n−GaAsバッファ層702,n
−(Alx1Ga1-x1)0.51In0.49Pクラッド層(0<x
1≦1)703,n−(Alx2Ga1-x2)0.51In0.49P
ガイド層(0<x2<x1≦1)712,多重量子井戸構
造部(MQW),p−(Alx2Ga1-x2)0.51In0.49ガイ
ド層713,p−(Alx1Ga1-x1)0.51In0.49Pクラ
ッド層705,p−GaAsコンタクト層706が、例
えばMOCVD法により実施例2の原料によって、順次
に形成された構造となっている。More specifically, the structure of FIG.
On an s substrate 701, an n-GaAs buffer layer 702, n
− (Al x1 Ga 1-x1 ) 0.51 In 0.49 P cladding layer (0 <x
1 ≦ 1) 703, n- (Al x2 Ga 1-x2 ) 0.51 In 0.49 P
Guide layer (0 <x2 <x1 ≦ 1) 712, multiple quantum well structure (MQW), p- (Al x2 Ga 1-x2 ) 0.51 In 0.49 guide layer 713, p- (Al x1 Ga 1-x1 ) 0.51 The In 0.49 P cladding layer 705 and the p-GaAs contact layer 706 are formed sequentially by the MOCVD method using the raw material of the second embodiment.
【0081】また、多重量子井戸部(MQW)は、ガイド
層712,713と同組成の(Alx2Ga1-x2)0.51In
0.49Pバリア層714とGa0.51In0.49N0.01P0.99
活性層704との境界毎に、Ga0.51In0.49P中間層
710(あるいは711、715)が挿入された構造とな
っている。The multiple quantum well (MQW) has the same composition as the guide layers 712 and 713 (Al x2 Ga 1 -x 2 ) 0.51 In
0.49 P barrier layer 714 and Ga 0.51 In 0.49 N 0.01 P 0.99
The structure is such that a Ga 0.51 In 0.49 P intermediate layer 710 (or 711 or 715) is inserted at each boundary with the active layer 704.
【0082】また、図8の半導体発光素子では、コンタ
クト層706上に、さらに、絶縁膜707であるSiO
2と、p側電極708とが形成され、また、素子の裏面
にはn側電極709が形成されている。ここで、この半
導体発光素子は、多重量子井戸を活性層にもつ半導体レ
ーザ素子として機能する。In the semiconductor light emitting device of FIG. 8, on the contact layer 706, an insulating film 707 of SiO
2 and a p-side electrode 708 are formed, and an n-side electrode 709 is formed on the back surface of the element. Here, this semiconductor light emitting device functions as a semiconductor laser device having a multiple quantum well in an active layer.
【0083】図8の構造では、多重量子井戸構造によっ
て発光量の増大を図る際に、中間層710,711によ
り、活性層および上層の結晶性が良好な素子を得ること
が可能となる。これによって、高特性温度をもつ素子を
多重量子井戸構造で実現することが可能となる。In the structure shown in FIG. 8, when increasing the amount of light emission by the multiple quantum well structure, an element having good crystallinity of the active layer and the upper layer can be obtained by the intermediate layers 710 and 711. This makes it possible to realize an element having a high characteristic temperature with a multiple quantum well structure.
【0084】実施例6 実施例6では、(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層をバリ
ア層として、中間層を用いずにGa0.5In0.5NzP1-z
活性層を成長させた。図9は(Al0.5Ga0.5)0.5In
0.5P層をバリア層として、中間層を用いずにGa0.5I
n0.5NzP1-z活性層を成長させた試料のSIMS分析
結果を示す図である。なお、図9の深さ方向がGaAs
基板側となっている。AlGaInP中での窒素(N)濃
度はバックグラウンドレベルにあり、GaInNP層中
に窒素が含まれている。図9から基板側のAlGaIn
P/GaInNP界面において窒素元素(N)が偏析して
いる様子が見られる。これは、化学的に活性なAl元素
とN元素が接触することで、窒素の取り込みが増えたも
のである。この窒素(N)の偏析によって成長表面には荒
れが見られている。同様な成長条件においてGaInN
P層の両側にGa0.5In0.5P中間層を挿入すると、窒
素元素の偏析は見られず、また成長面も鏡面が得られ、
結晶性を大幅に改善することができる。これは、中間層
によってAl元素と窒素元素が分離されるためである。 Example 6 In Example 6, the (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer was used as a barrier layer, and Ga 0.5 In 0.5 N z P 1 -z was used without using an intermediate layer.
An active layer was grown. FIG. 9 shows (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In
0.5 P layer as a barrier layer, Ga 0.5 I
n 0.5 N z P 1-z active layer of the sample grown SIMS analysis result is a diagram showing a. The depth direction of FIG.
It is on the substrate side. The nitrogen (N) concentration in AlGaInP is at the background level, and nitrogen is contained in the GaInNP layer. From FIG. 9, AlGaIn on the substrate side
It can be seen that the nitrogen element (N) is segregated at the P / GaInNP interface. This is due to the fact that the uptake of nitrogen is increased due to the contact between the chemically active Al element and the N element. Due to the segregation of nitrogen (N), the growth surface is rough. Under similar growth conditions, GaInN
When the Ga 0.5 In 0.5 P intermediate layer is inserted on both sides of the P layer, no segregation of nitrogen element is observed, and a mirror surface is obtained on the growth surface.
Crystallinity can be greatly improved. This is because the Al element and the nitrogen element are separated by the intermediate layer.
【0085】また、図9のように、界面での窒素の偏析
は特に基板側で顕著であり、基板側にのみ中間層を挿入
した場合でも、成長面は鏡面が得られ、十分な効果が得
られる。Further, as shown in FIG. 9, the segregation of nitrogen at the interface is particularly remarkable on the substrate side. Even when the intermediate layer is inserted only on the substrate side, a mirror surface can be obtained on the growth surface, and a sufficient effect can be obtained. can get.
【0086】図10は、GaInP中間層をGaInN
P活性層の両側に配置した場合のバンド図であり、図1
1はGaInP中間層をGaInNP活性層に対して基
板側にのみ配置した場合のバンド図である。このよう
に、中間層を基板側にのみ配置することで、同じ中間層
厚さds、およびGaInNP活性層厚さdaで、実効
的な井戸厚さが減少できる(d1<d0)。従って、同じ
GaInNP活性層厚さdaで比較した場合では電子準
位は図11の方が高く(Ee'>Ee)、ホールの準位は
図11の方が低い(Eh'<Eh)。また、相対的にGa
InNP層の占める割合も増加するので(すなわち、(d
a/d1)>(da/d0)であるので)、窒素添加による
実効的な伝導帯バンド不連続量増加の効果を保ったま
ま、短波長化を行なうことが可能となる。FIG. 10 shows that the GaInP intermediate layer is made of GaInN.
FIG. 1 is a band diagram in the case of being disposed on both sides of a P active layer, and FIG.
1 is a band diagram in the case where the GaInP intermediate layer is arranged only on the substrate side with respect to the GaInNP active layer. Thus, by arranging the intermediate layer only on the substrate side, the effective well thickness can be reduced with the same intermediate layer thickness ds and GaInNP active layer thickness da (d1 <d0). Accordingly, when compared with the same GaInNP active layer thickness da, the electron level is higher in FIG. 11 (Ee ′> Ee) and the hole level is lower in FIG. 11 (Eh ′ <Eh). Also, relatively Ga
Since the proportion occupied by the InNP layer also increases (that is, (d
a / d1)> (da / d0)), it is possible to shorten the wavelength while maintaining the effect of effectively increasing the discontinuity of the conduction band due to the addition of nitrogen.
【0087】実施例7 実施例7では、図12の半導体積層構造を作製した。実
施例7(図12の半導体積層構造)では、n−GaAs基
板801上に、n−GaAsバッファ層802,n−
(Alx1Ga1-x1)0.51In0.49Pクラッド層(0<x1
≦1)803,アンドープ(Alx2Ga1-x2)0.51N0.49
Pガイド層(0<x2<x1≦1)812,多重量子井戸
構造部(MQW),アンドープ(Alx2Ga1-x2)0.51N
0.49Pガイド層813,p−(Alx1Ga1-x1)0.51In
0.49Pクラッド層805,p−GaAsコンタクト層8
06が、例えばMOCVD法により実施例2の原料によ
って、順次に形成されたものとなっている。 Example 7 In Example 7, the semiconductor laminated structure shown in FIG. 12 was manufactured. In the seventh embodiment (semiconductor multilayer structure in FIG. 12), an n-GaAs buffer layer 802 and an n-
(Al x1 Ga 1-x1 ) 0.51 In 0.49 P cladding layer (0 <x1
≦ 1) 803, undoped (Al x2 Ga 1-x2 ) 0.51 N 0.49
P guide layer (0 <x2 <x1 ≦ 1) 812, multiple quantum well structure (MQW), undoped (Al x2 Ga 1-x2 ) 0.51 N
0.49 P guide layer 813, p- (Al x1 Ga 1-x1 ) 0.51 In
0.49 P cladding layer 805, p-GaAs contact layer 8
No. 06 is sequentially formed from the raw material of Example 2 by MOCVD, for example.
【0088】ここで、多重量子井戸部(MQW)は、ガイ
ド層812,813と同組成の(Alx2Ga1-x2)0.51I
n0.49Pバリア層814と、Ga0.51In0.49N0.01P
0.99活性層804と、Ga0.51In0.49P中間層810
(あるいは815)とからなり、活性層804に対して基
板側にあたる活性層とバリア層(あるいはガイド層)との
境界に中間層810(あるいは815)が挿入された構造
となっている。Here, the multiple quantum well (MQW) has the same composition as the guide layers 812 and 813 (Al x2 Ga 1 -x 2 ) 0.51 I
n 0.49 P barrier layer 814 and Ga 0.51 In 0.49 N 0.01 P
0.99 active layer 804 and Ga 0.51 In 0.49 P intermediate layer 810
(Or 815), and the intermediate layer 810 (or 815) is inserted at the boundary between the active layer on the substrate side with respect to the active layer 804 and the barrier layer (or guide layer).
【0089】また、図12の半導体発光素子(半導体レ
ーザ素子)では、コンタクト層806上に、さらに絶縁
膜807であるSiO2と、p側電極808とが形成さ
れ、また、素子の裏面にはn側電極809が形成されて
いる。ここで、この半導体発光素子は、多重量子井戸を
活性層にもつ半導体レーザ素子として機能する。これに
よって、活性層にNを添加した高い特性温度をもち、か
つ短波長化が容易に行なえる素子を、多重量子井戸構造
で実現することが可能となる。In the semiconductor light emitting device (semiconductor laser device) shown in FIG. 12, SiO 2 serving as an insulating film 807 and a p-side electrode 808 are further formed on the contact layer 806. An n-side electrode 809 is formed. Here, this semiconductor light emitting device functions as a semiconductor laser device having a multiple quantum well in an active layer. This makes it possible to realize an element having a high characteristic temperature in which N is added to the active layer and capable of easily shortening the wavelength with a multiple quantum well structure.
【0090】[0090]
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項9記載の発明によれば、半導体基板上にV族元素と
してN(窒素)とP(燐)を含んだIII−V族混晶半導体層
を活性層として用いる半導体発光素子であって、活性層
はGax2In1-x2Nz2P1-z2(0≦x2≦1,0<z2
<1)であるので、可視の波長領域での発光を得ること
ができる。また、活性層として、GaInPにNを添加
することで、添加しない場合に比べて、バンドギャップ
エネルギーは小さくなり、また、伝導帯,価電子帯側の
エネルギーが低くなる。このため、組成を選ぶことによ
り、伝導帯のバンド不連続量の大きい従来にはない任意
のバンドオフセット比のヘテロ接合を形成することがで
きる。すなわち、従来に比べて高温でも安定に動作する
高特性温度をもつ素子を実現することができる。As described above, according to the first to ninth aspects of the present invention, a III-V group containing N (nitrogen) and P (phosphorus) as group V elements on a semiconductor substrate. a semiconductor light emitting device using the mixed crystal semiconductor layer as an active layer, the active layer is Ga x2 in 1-x2 N z2 P 1-z2 (0 ≦ x2 ≦ 1,0 <z2
Since <1), light emission in the visible wavelength region can be obtained. Further, by adding N to GaInP as an active layer, the band gap energy becomes smaller and the energy in the conduction band and the valence band becomes lower than in the case where N is not added. Therefore, by selecting the composition, it is possible to form a heterojunction having an unconventional and arbitrary band offset ratio having a large conduction band discontinuity. That is, it is possible to realize an element having a high characteristic temperature that operates stably even at a high temperature compared to the related art.
【0091】ところで、このようなV族元素にNを含ん
だ混晶半導体は、そのほとんどが非混和領域にあり、結
晶成長が非常に難しい。非平衡度の高いMOCVD法
(有機金属気相成長法)やMBE法(分子線エピタキシー
法)によりわずかの窒素組成の結晶が成長可能となるも
のである。混晶半導体は、構成元素数が多いほど非混和
性が強くなる。同じ混晶でも中間の組成の混晶ほど非混
和性は強い。つまり、混晶半導体は、二元化合物が最も
成長しやすい。V族元素にNを含んだ混晶半導体におい
ても同様なことが言える。AlGaInNPは5元混晶
であるので良質な結晶を得ることが難しい。Alが化学
的に活性で3次元成長し易いこともこれを難しくしてい
る。By the way, most of such mixed crystal semiconductors containing N in the group V element are in an immiscible region, and crystal growth is very difficult. MOCVD method with high non-equilibrium degree
(Metalorganic vapor phase epitaxy) or MBE (Molecular beam epitaxy) can grow crystals with a slight nitrogen composition. As the number of constituent elements increases, the mixed crystal semiconductor becomes more immiscible. Even with the same mixed crystal, a mixed crystal having an intermediate composition has higher immiscibility. That is, in the mixed crystal semiconductor, the binary compound is most likely to grow. The same can be said for a mixed crystal semiconductor containing N in a group V element. Since AlGaInNP is a quinary mixed crystal, it is difficult to obtain a high-quality crystal. The fact that Al is chemically active and easily grows three-dimensionally also makes this difficult.
【0092】本発明では、構成元素数がこれより少な
く、かつAlを含まないGaInNPを活性層に用いる
ことで、容易に良質な結晶を得ることができ、発光効率
を向上させることができる。この際に、活性層の組成
は、Ga組成の多いものを選ぶと有利である。窒素は、
Ga組成の大きなGaInPほど、多く添加できるから
である。これによって十分に伝導帯のエネルギーを下げ
る効果を得ることができる。また、窒素添加は、混晶の
バンドギャップエネルギーを減少させるので、Ga組成
の大きな(バンドギャップエネルギーの大きな)組成を用
いることは短波長化の上でも重要である。このように適
切な組成を選ぶことで、短波長の発光波長においても高
特性温度をもつ発光素子を得ることができる。In the present invention, a high-quality crystal can be easily obtained and the luminous efficiency can be improved by using GaInNP having a smaller number of constituent elements and containing no Al for the active layer. At this time, it is advantageous to select an active layer having a high Ga composition. Nitrogen is
This is because GaInP having a larger Ga composition can be added more. Thereby, the effect of sufficiently lowering the energy of the conduction band can be obtained. Further, addition of nitrogen reduces the band gap energy of the mixed crystal, and therefore, it is important to use a composition having a large Ga composition (large band gap energy) even in shortening the wavelength. By selecting an appropriate composition in this way, a light-emitting element having a high characteristic temperature even at a short wavelength emission wavelength can be obtained.
【0093】このように、Alを含まないGaInPに
窒素を添加することで、結晶性の良い活性層を得ること
ができる。しかし、AlGaInPガイド層(またはク
ラッド層)上に、GaInNP活性層を直接形成した素
子では、結晶性の大幅な改善は見られるものの発光効率
を十分高くすることは困難である。これは、GaInN
P活性層の成長開始時に、成長面の構成元素にAl原子
が含まれているからであり、このヘテロ接合界面での結
晶性が、GaInNP活性層およびGaInNP活性層
の上層膜の結晶性に影響を与えているためである。As described above, by adding nitrogen to GaInP containing no Al, an active layer having good crystallinity can be obtained. However, in a device in which a GaInNP active layer is directly formed on an AlGaInP guide layer (or a cladding layer), it is difficult to sufficiently increase the luminous efficiency, although the crystallinity is greatly improved. This is GaInN
This is because at the start of the growth of the P active layer, Al atoms are included in the constituent elements on the growth surface, and the crystallinity at the heterojunction interface affects the crystallinity of the GaInNP active layer and the upper layer film of the GaInNP active layer. Is given.
【0094】この問題は、請求項2記載の発明のよう
に、(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3P(0≦x3≦1,0
<y3<1)からなるガイド層またはクラッド層とGa
x2In1-x2Nz2P1-z2(0≦x2≦1,0<z2<1)か
らなる活性層との間に、AlとNを含まないIII−V族
半導体からなる中間層をもつことで、改善できる。すな
わち、AlGaInPガイド層(またはクラッド層)とG
aInNP活性層とを、AlとNを含まない適切なIII
−V族半導体層(中間層)で分離することで、上記問題を
改善することができる。This problem is solved by the method according to the second aspect of the present invention, in which (Al x3 Ga 1-x3 ) y3 In 1-y3 P (0 ≦ x3 ≦ 1,0
<Y3 <1) and a guide layer or a cladding layer made of Ga
between x2 In 1-x2 N z2 P 1-z2 (0 ≦ x2 ≦ 1,0 <z2 <1) composed of the active layer, having an intermediate layer made of a group III-V semiconductor containing no Al and N That can be improved. That is, the AlGaInP guide layer (or cladding layer) and G
aInNP active layer and a suitable Al- and N-free III
The above problem can be improved by separating at the -V group semiconductor layer (intermediate layer).
【0095】換言すれば、Alを含んだクラッド層とN
を含むGaInNP活性層とを中間層によって分離する
ことで、結晶性の良好なGaInNP活性層を得ること
が可能となる。これによって、高特性温度をもつ素子を
得ることが可能となる。In other words, the cladding layer containing Al and N
Is separated from the GaInNP active layer containing by an intermediate layer, it is possible to obtain a GaInNP active layer having good crystallinity. This makes it possible to obtain an element having a high characteristic temperature.
【0096】また、請求項3記載の発明のように、Al
とNを含まないIII−V族半導体からなる中間層は、単
原子層以上であって、GaInNP活性層の厚さに比べ
て十分薄いものであるのが良い。これにより、600n
m以下の短波長で高特性温度をもつ発光素子を実現する
ことが可能となる。Further, according to the third aspect of the present invention,
The intermediate layer made of a III-V semiconductor not containing N and N is preferably a monoatomic layer or more and sufficiently thinner than the thickness of the GaInNP active layer. Thereby, 600n
It is possible to realize a light emitting device having a high characteristic temperature at a short wavelength of less than m.
【0097】また、請求項4記載の発明のように、中間
層は、AlとNを含まない3種以下の構成元素のIII−
V族半導体で構成されているのが良い。AlとNを含ま
ない3種以下の構成元素の中間層を用いることで、結晶
性の良質なGAInNP活性層および上層を形成するこ
とが可能となり、これによって、高特性温度をもつ素子
を実現することが可能となる。Further, as in the fourth aspect of the present invention, the intermediate layer is composed of three or less constituent elements III-
It is preferable to be made of a group V semiconductor. By using an intermediate layer of three or less types of constituent elements not containing Al and N, it is possible to form a GAInNP active layer and an upper layer with good crystallinity, thereby realizing an element having a high characteristic temperature. It becomes possible.
【0098】また、請求項5記載の発明のように、Al
とNを含まない2種構成元素のIII−V族半導体を中間
層として用いることで、さらに結晶性の良質なGaIn
NP活性層、および上層を得ることが可能となる。これ
によって、高特性温度をもつ素子を実現することが可能
となる。Further, according to the invention as set forth in claim 5, Al
And III-V semiconductors, which are two types of constituent elements not containing N, are used as the intermediate layer, so that GaIn having higher crystallinity can be obtained.
An NP active layer and an upper layer can be obtained. This makes it possible to realize an element having a high characteristic temperature.
【0099】また、請求項6記載の発明のように、半導
体基板としてGaAs基板が用いられる場合、中間層と
してGax4In1-x4P混晶半導体(0<x4<1)を用い
ることで、クラッド層またはガイド層と同じ格子定数を
もつ中間層を形成でき、GaInNP活性層の歪み量の
制御を比較的容易にすることができる。また、GaIn
NP活性層およびAlGaInPクラッド層との混晶種
が類似であることから比較的容易に良質な結晶を成長す
ることが可能となる。この際に、中間層は、請求項3記
載の厚さである必要がある。これによって、高特性温度
をもつ素子を実現することが可能となる。In the case where a GaAs substrate is used as the semiconductor substrate, a Ga x4 In 1-x4 P mixed crystal semiconductor (0 <x4 <1) is used as the intermediate layer. An intermediate layer having the same lattice constant as the cladding layer or the guide layer can be formed, and control of the amount of strain of the GaInNP active layer can be relatively easily performed. GaIn
Since the mixed crystal species of the NP active layer and the AlGaInP cladding layer are similar, it is possible to grow a high-quality crystal relatively easily. In this case, the intermediate layer needs to have the thickness described in claim 3. This makes it possible to realize an element having a high characteristic temperature.
【0100】また、請求項7記載の発明のように、半導
体基板としてGaAsが用いられる場合、中間層として
ミスフィット転移が発生する臨界膜厚以下のGaPを用
いることもできる。GaPはAlとNを含まないIII−
V族半導体の中で最もバンドギャップエネルギーが大き
いので、中間層で発光することによる損失を少なくでき
る。また、中間層をAlとNを含まない2元のIII−V
族半導体とすることで、結晶性の良質な中間層、GaI
nNP活性層、及び上層膜を得ることが可能である。こ
の際に用いる中間層の厚さは、より具体的には、ミスフ
ィット転位が発生する臨界膜厚以下であって、かつ請求
項3記載の条件を満たす厚さである必要がある。これに
よって、高特性温度をもつ素子を実現することが可能と
なる。In the case where GaAs is used as the semiconductor substrate, GaP having a thickness equal to or less than the critical thickness at which misfit transition occurs can be used as the intermediate layer. GaP does not contain Al and N III-
Since the bandgap energy is the largest among the group V semiconductors, loss due to light emission in the intermediate layer can be reduced. The intermediate layer is formed of a binary III-V containing no Al and N.
By using a group III semiconductor, an intermediate layer of good crystallinity, GaI
It is possible to obtain an nNP active layer and an upper layer film. More specifically, the thickness of the intermediate layer used at this time must be equal to or less than the critical film thickness at which misfit dislocations occur and satisfy the condition of claim 3. This makes it possible to realize an element having a high characteristic temperature.
【0101】また、請求項8記載の発明のように、半導
体基板としてGaPが用いられる場合、中間層としてG
ax5In1-x5P混晶半導体(0<x5<1)を用いること
ができる。GaInPは、Ga組成が大きいもの程、バ
ンドギャップエネルギーは大きく、また格子定数は小さ
くなり、また、窒素添加によって更に格子定数は小さく
なるので、GaAsよりも格子定数の小さなGaPを基
板に選べば、バンドャップエネルギーの大きな組成のG
aInNPを、GaP基板上により小さな歪み量で形成
することができて、短波長化が容易となる。また、中間
層をGaInNPとすることで、請求項6と同様に、結
晶性の良質な活性層、及び上層膜を得ることができる。
これによって、高特性温度をもつ素子を実現することが
可能となる。Further, when GaP is used as the semiconductor substrate as in the invention of claim 8, G is used as the intermediate layer.
a x5 In 1-x5 P mixed crystal semiconductor (0 <x5 <1) can be used. As for GaInP, the larger the Ga composition, the larger the band gap energy and the smaller the lattice constant, and the more the lattice constant becomes smaller by adding nitrogen. Therefore, if GaP having a smaller lattice constant than GaAs is selected for the substrate, G with large composition of band gap energy
aInNP can be formed on a GaP substrate with a smaller amount of distortion, and the wavelength can be easily shortened. Further, by using GaInNP for the intermediate layer, an active layer having good crystallinity and an upper layer film can be obtained as in the sixth aspect.
This makes it possible to realize an element having a high characteristic temperature.
【0102】また、請求項9記載の発明によれば、クラ
ッド層またはガイド層とGaInNP活性層との境界毎
にIII−V族半導体中間層が形成され、クラッド層また
はガイド層とGaInNP活性層との境界毎にIII−V
族半導体中間層が形成された構造の積層構造によって発
光部をもつ多重量子井戸構造が形成されていることで、
多重量子井戸構造によって発光量の増大を図る際に、結
晶性の良質な活性層、および上層膜を得ることができ
る。これによって、高特性温度をもつ素子を実現するこ
とが可能となる。According to the ninth aspect of the present invention, a III-V semiconductor intermediate layer is formed at each boundary between the cladding layer or guide layer and the GaInNP active layer, and the cladding layer or guide layer and the GaInNP active layer are formed. III-V for each boundary of
By forming a multiple quantum well structure having a light emitting part by a laminated structure of a structure in which a group III semiconductor intermediate layer is formed,
When the amount of light emission is increased by the multiple quantum well structure, an active layer with good crystallinity and an upper layer film can be obtained. This makes it possible to realize an element having a high characteristic temperature.
【0103】また、請求項10記載の発明によれば、請
求項2乃至請求項6および請求項8のいずれか一項に記
載の半導体発光素子において、前記中間層は、活性層に
対して基板側にのみ配置されているので、実効的井戸幅
を薄くでき、量子井戸構造による短波長化が可能とな
る。また、同じ実効井戸幅で比較した場合も、GaIn
NP活性層の占める割合も増加しているので、短波長化
と同時にGaInNP活性層により特性温度が向上する
効果も十分に得られる。以上によって、活性層にNを添
加した高い特性温度をもつ素子の実現が可能となる。According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the second to sixth and eighth aspects, the intermediate layer is formed on a substrate with respect to an active layer. Since it is arranged only on the side, the effective well width can be reduced, and the wavelength can be shortened by the quantum well structure. Also, when compared with the same effective well width, GaIn
Since the proportion occupied by the NP active layer is also increasing, the effect of improving the characteristic temperature by the GaInNP active layer can be sufficiently obtained at the same time as shortening the wavelength. As described above, an element having a high characteristic temperature in which N is added to the active layer can be realized.
【0104】また、請求項11記載の発明によれば、請
求項10記載の半導体発光素子において、GaInNP
活性層に対して基板側にあたるバリア層とGaInNP
活性層との境界毎に中間層が形成され、バリア層とGa
InNP活性層との境界毎に中間層が形成された構造の
積層構造によって形成された発光部をもつ多重量子井戸
構造であるので、容易に短波長化を行なうことができ、
かつ、活性層にNを添加した高い特性温度をもつ素子を
実現することが可能となる。According to the eleventh aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the tenth aspect, the GaInNP
Barrier layer and GaInNP on the substrate side with respect to the active layer
An intermediate layer is formed at each boundary with the active layer, and a barrier layer and Ga
Since it has a multiple quantum well structure having a light emitting portion formed by a laminated structure in which an intermediate layer is formed at each boundary with the InNP active layer, it is possible to easily shorten the wavelength,
In addition, an element having a high characteristic temperature in which N is added to the active layer can be realized.
【図1】GaAs基板上にMOCVD法によって成長を
行なったAlGaInNPの試料の表面の顕微鏡写真を
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a micrograph of the surface of an AlGaInNP sample grown on a GaAs substrate by MOCVD.
【図2】GaAs基板上にMOCVD法によって成長を
行なったGaInNPの試料の表面の顕微鏡写真を示す
図である。FIG. 2 is a diagram showing a microscope photograph of the surface of a GaInNP sample grown on a GaAs substrate by MOCVD.
【図3】本発明の実施例2の半導体積層構造を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram illustrating a semiconductor multilayer structure according to a second embodiment of the present invention.
【図4】実施例2(図3)の構造、実施例2の構造と成長
条件が同じであるが中間層が挿入されていない構造(図
4(b))、実施例2の構造の活性層のかわりに窒素添加
を行なっていないGaInP活性層をもつ構造の、室温
でのPL(光強度)測定結果を示す図である。FIG. 4 shows the activity of the structure of Example 2 (FIG. 3), the structure in which the growth conditions are the same as those of Example 2, but no intermediate layer is inserted (FIG. 4B), and the structure of Example 2 FIG. 9 is a diagram showing the results of PL (light intensity) measurement at room temperature of a structure having a GaInP active layer without nitrogen addition instead of a layer.
【図5】本発明の実施例3の半導体積層構造を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram illustrating a semiconductor multilayer structure according to a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例4の半導体積層構造を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram illustrating a semiconductor multilayer structure according to a fourth embodiment of the present invention.
【図7】図6の半導体発光素子のAlPクラッド層とA
lGaPガイド層とGaInP中間層とGaInNP活
性層のバンド構造を説明するための図である。FIG. 7 shows the AlP cladding layer and A of the semiconductor light emitting device of FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining a band structure of an lGaP guide layer, a GaInP intermediate layer, and a GaInNP active layer.
【図8】本発明の実施例5の半導体積層構造を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram showing a semiconductor laminated structure according to a fifth embodiment of the present invention.
【図9】(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層をバリア層と
して、中間層を用いずにGa0.5In0.5NzP1-z活性層
を成長させた試料のSIMS分析結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a SIMS analysis result of a sample in which a Ga 0.5 In 0.5 N z P 1 -z active layer is grown without using an intermediate layer using an (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer as a barrier layer. It is.
【図10】GaInP中間層をGaInNP活性層の両
側に配置した場合のバンド図である。FIG. 10 is a band diagram in a case where GaInP intermediate layers are arranged on both sides of a GaInNP active layer.
【図11】GaInP中間層をGaInNP活性層に対
して基板側にのみ配置した場合のバンド図である。FIG. 11 is a band diagram in the case where a GaInP intermediate layer is disposed only on the substrate side with respect to the GaInNP active layer.
【図12】本発明の実施例7の半導体積層構造を示す図
である。FIG. 12 is a diagram illustrating a semiconductor multilayer structure according to a seventh embodiment of the present invention.
11 GaAs基板 13 (Al0.5Ga0.5)0.49In0.51Pクラ
ッド層 14 Ga0.65In0.35P中間層 15 Ga0.65In0.35N0.008P0.992活性
層 16 Ga0.65In0.35P中間層 17 (Al0.5Ga0.5)0.49In0.51Pクラ
ッド層 501 n−GaAs基板 502 n−バッファ層 503 n−クラッド層 504 活性層 505 p−クラッド層 506 p−コンタクト層 507 絶縁層 508 p側電極 509 n側電極 510 中間層 511 中間層 601 n−GaP基板 602 n−バッファ層 603 n−クラッド層 604 活性層 605 p−クラッド層 606 p−コンタクト層 607 絶縁層 608 p側電極 609 n側電極 610 中間層 611 中間層 612 n−ガイド層 613 p−ガイド層 701 n−GaAs基板 702 n−バッファ層 703 n−クラッド層 704 井戸層 705 p−クラッド層 706 p−コンタクト層 707 絶縁層 708 p側電極 709 n側電極 710 中間層 711 中間層 712 n−ガイド層 713 p−ガイド層 714 バリア層 715 中間層 801 n−GaAs基板 802 n−バッファ層 803 n−クラッド層 805 p−クラッド層 812,813 アンドープガイド層 806 コンタクト層 804 活性層 814 バリア層 810,815 中間層 807 絶縁膜 808 p側電極 809 n側電極11 GaAs substrate 13 (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.49 In 0.51 P cladding layer 14 Ga 0.65 In 0.35 P intermediate layer 15 Ga 0.65 In 0.35 N 0.008 P 0.992 active layer 16 Ga 0.65 In 0.35 P intermediate layer 17 (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.49 In 0.51 P cladding layer 501 n-GaAs substrate 502 n-buffer layer 503 n-cladding layer 504 active layer 505 p-cladding layer 506 p-contact layer 507 insulating layer 508 p-side electrode 509 n-side electrode 510 intermediate layer 511 intermediate Layer 601 n-GaP substrate 602 n-buffer layer 603 n-cladding layer 604 active layer 605 p-cladding layer 606 p-contact layer 607 insulating layer 608 p-side electrode 609 n-side electrode 610 intermediate layer 611 intermediate layer 612 n-guide Layer 613 p-guide layer 701 n-GaAs substrate 702 n- Buffer layer 703 n-cladding layer 704 well layer 705 p-cladding layer 706 p-contact layer 707 insulating layer 708 p-side electrode 709 n-side electrode 710 intermediate layer 711 intermediate layer 712 n-guide layer 713 p-guide layer 714 barrier layer 715 intermediate layer 801 n-GaAs substrate 802 n-buffer layer 803 n-cladding layer 805 p-cladding layer 812,813 undoped guide layer 806 contact layer 804 active layer 814 barrier layer 810,815 intermediate layer 807 insulating film 808 p-side electrode 809 n-side electrode
Claims (11)
とP(燐)を含んだIII−V族混晶半導体層を活性層とし
て用いる半導体発光素子であって、前記活性層はGax2
In1-x2Nz2P1-z2(0≦x2≦1,0<z2<1)であ
ることを特徴とする半導体発光素子。1. A semiconductor device comprising N (nitrogen) as a group V element on a semiconductor substrate.
A semiconductor light-emitting device using a group III-V mixed crystal semiconductor layer containing P and phosphorus as an active layer, wherein the active layer is Ga x2
A semiconductor light emitting device, wherein In 1-x2 N z2 P 1-z2 (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 <z2 <1).
て、該半導体発光素子は、(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3
P(0≦x3≦1,0<y3<1)からなるガイド層また
はクラッド層とGax2In1-x2Nz2P1-z2(0≦x2≦
1,0<z2<1)からなる活性層との間に、AlとN
を含まないIII−V族半導体からなる中間層をもつこと
を特徴とする半導体発光素子。2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said semiconductor light emitting device is (Al x3 Ga 1 -x3 ) y3 In 1 -y3.
A guide layer or a cladding layer composed of P (0 ≦ x3 ≦ 1, 0 <y3 <1) and Ga x2 In 1-x2 N z2 P 1-z2 (0 ≦ x2 ≦
1, 0 <z2 <1) between the active layer and Al
A semiconductor light emitting device having an intermediate layer made of a group III-V semiconductor containing no.
て、前記中間層は、単原子層以上であって、GaInN
P活性層の厚さに比べて十分薄いことを特徴とする半導
体発光素子。3. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein said intermediate layer is a monoatomic layer or more,
A semiconductor light emitting device characterized by being sufficiently thinner than the thickness of the P active layer.
光素子において、前記中間層は、AlとNを含まない3
種以下の構成元素のIII−V族半導体で構成されている
ことを特徴とする半導体発光素子。4. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the intermediate layer does not contain Al and N.
A semiconductor light emitting device comprising a group III-V semiconductor of the following constituent elements.
て、前記中間層は、AlとNを含まない2種構成元素の
III−V族半導体で構成されていることを特徴とする半
導体発光素子。5. The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the intermediate layer is made of two kinds of constituent elements not containing Al and N.
A semiconductor light-emitting device comprising a III-V semiconductor.
光素子において、前記半導体基板としてGaAs基板が
用いられ、前記中間層としてGax4In1-x4P混晶半導
体(0<x4<1)が用いられていることを特徴とする半
導体発光素子。6. The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein a GaAs substrate is used as said semiconductor substrate, and a Ga x4 In 1-x4 P mixed crystal semiconductor (0 <x4 <1) as said intermediate layer. A semiconductor light emitting device characterized by using:
の半導体発光素子において、前記半導体基板としてGa
Asが用いられ、前記中間層としてミスフィット転移が
発生する臨界膜厚以下のGaPが用いられていることを
特徴とする半導体発光素子。7. The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the semiconductor substrate comprises Ga.
A semiconductor light emitting device, wherein As is used, and GaP having a thickness equal to or less than a critical thickness at which misfit transition occurs is used as the intermediate layer.
光素子において、前記半導体基板としてGaPが用いら
れ、前記中間層としてGax5In1-x5P混晶半導体(0
<x5<1)が用いられていることを特徴とする半導体
発光素子。8. The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein GaP is used as the semiconductor substrate, and a Ga x5 In 1 -x5 P mixed crystal semiconductor (0) is used as the intermediate layer.
<X5 <1). A semiconductor light emitting device characterized by using <x5 <1).
求項5記載の半導体発光素子において、該半導体発光素
子は、クラッド層またはガイド層とGaInNP活性層
との境界毎にIII−V族半導体中間層が形成され、クラ
ッド層またはガイド層とGaInNP活性層との境界毎
にIII−V族半導体中間層が形成された構造の積層構造
によって発光部をもつ多重量子井戸構造が形成されてい
ることを特徴とする半導体発光素子。9. The semiconductor light-emitting device according to claim 2, wherein the semiconductor light-emitting device has a III-V line at each boundary between the cladding layer or the guide layer and the GaInNP active layer. A multi-quantum well structure having a light emitting portion is formed by a stacked structure in which a group III semiconductor intermediate layer is formed, and a group III-V semiconductor intermediate layer is formed at each boundary between the cladding layer or the guide layer and the GaInNP active layer. A semiconductor light-emitting device.
のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、前記
中間層は、活性層に対して基板側にのみ配置されている
ことを特徴とする半導体発光素子。10. The claim 2 to claim 6 and claim 8.
5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the intermediate layer is disposed only on the substrate side with respect to the active layer.
いて、GaInNP活性層に対して基板側にあたるバリ
ア層とGaInNP活性層との境界毎に前記中間層が形
成され、バリア層とGaInNP活性層との境界毎に中
間層が形成された構造の積層構造によって形成された発
光部をもつ多重量子井戸構造であることを特徴とする半
導体発光素子。11. The semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein the intermediate layer is formed at each boundary between the barrier layer and the GaInNP active layer which are on the substrate side with respect to the GaInNP active layer. A semiconductor light-emitting device having a multiple quantum well structure having a light-emitting portion formed by a stacked structure in which an intermediate layer is formed at each boundary.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33660698A JP2000004068A (en) | 1998-04-13 | 1998-11-11 | Semiconductor light emitting device |
| US09/289,955 US6563851B1 (en) | 1998-04-13 | 1999-04-13 | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band |
| US10/428,074 US7198972B2 (en) | 1998-04-13 | 2003-05-02 | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band |
| US11/080,457 US7384479B2 (en) | 1998-04-13 | 2005-03-16 | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-117861 | 1998-04-13 | ||
| JP11786198 | 1998-04-13 | ||
| JP33660698A JP2000004068A (en) | 1998-04-13 | 1998-11-11 | Semiconductor light emitting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000004068A true JP2000004068A (en) | 2000-01-07 |
Family
ID=26455903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33660698A Pending JP2000004068A (en) | 1998-04-13 | 1998-11-11 | Semiconductor light emitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000004068A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002270896A (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-20 | Showa Denko Kk | Group III nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| US7453096B2 (en) | 2001-03-27 | 2008-11-18 | Ricoh Company, Ltd. | Method of fabricating a semiconductor light-emitting device |
| US7518161B2 (en) | 2001-03-27 | 2009-04-14 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| US7968362B2 (en) | 2001-03-27 | 2011-06-28 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| US8279519B2 (en) | 2001-03-13 | 2012-10-02 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor optical modulator, an optical amplifier and an integrated semiconductor light-emitting device |
| JP2014039152A (en) * | 2012-08-16 | 2014-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Mechanical vibrator and method of manufacturing the same |
| WO2014192206A1 (en) * | 2013-05-29 | 2014-12-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Semiconductor light-emitting element |
-
1998
- 1998-11-11 JP JP33660698A patent/JP2000004068A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8279519B2 (en) | 2001-03-13 | 2012-10-02 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor optical modulator, an optical amplifier and an integrated semiconductor light-emitting device |
| JP2002270896A (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-20 | Showa Denko Kk | Group III nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| US7453096B2 (en) | 2001-03-27 | 2008-11-18 | Ricoh Company, Ltd. | Method of fabricating a semiconductor light-emitting device |
| US7518161B2 (en) | 2001-03-27 | 2009-04-14 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| US7968362B2 (en) | 2001-03-27 | 2011-06-28 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| US8293555B2 (en) | 2001-03-27 | 2012-10-23 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| JP2014039152A (en) * | 2012-08-16 | 2014-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Mechanical vibrator and method of manufacturing the same |
| WO2014192206A1 (en) * | 2013-05-29 | 2014-12-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Semiconductor light-emitting element |
| JPWO2014192206A1 (en) * | 2013-05-29 | 2017-02-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Semiconductor light emitting device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3547037B2 (en) | Semiconductor laminated structure and semiconductor light emitting device | |
| JPH1065271A (en) | Gallium nitride based semiconductor light emitting device | |
| JP6088807B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
| JP2002374043A (en) | Gallium nitride based compound semiconductor device | |
| JP2000244070A (en) | Semiconductor device and semiconductor light emitting element | |
| JP2001053339A (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| US6462354B1 (en) | Semiconductor device and semiconductor light emitting device | |
| JP4097232B2 (en) | Semiconductor laser element | |
| JPH09298341A (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2000004068A (en) | Semiconductor light emitting device | |
| JP2003086903A (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP2956623B2 (en) | Self-excited oscillation type semiconductor laser device | |
| JP4097238B2 (en) | Semiconductor laminated structure and semiconductor light emitting device | |
| JP3889910B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
| US7564076B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
| JPH11307880A (en) | Semiconductor light emitting device | |
| JP2002124738A (en) | Semiconductor optical device and method of manufacturing the same | |
| JP2001358409A (en) | Semiconductor optical device and manufacturing method thereof | |
| JP2001097800A (en) | Method for manufacturing group III nitride semiconductor, method for manufacturing group III nitride semiconductor light emitting device, and group III nitride semiconductor light emitting device | |
| JPH1117277A (en) | Nitride-based semiconductor laser device and method of manufacturing the same | |
| JPH07235723A (en) | Semiconductor laser device | |
| JPH08162670A (en) | Semiconductor light emitting device | |
| JP3963632B2 (en) | Semiconductor optical device equipment | |
| JP4100817B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| JP3279308B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device |