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JP2000244070A - Semiconductor device and semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor device and semiconductor light emitting element

Info

Publication number
JP2000244070A
JP2000244070A JP4170899A JP4170899A JP2000244070A JP 2000244070 A JP2000244070 A JP 2000244070A JP 4170899 A JP4170899 A JP 4170899A JP 4170899 A JP4170899 A JP 4170899A JP 2000244070 A JP2000244070 A JP 2000244070A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
gan
contact
semiconductor
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
Application number
JP4170899A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Hashimoto
茂樹 橋本
Katsunori Yanashima
克典 簗嶋
Masao Ikeda
昌夫 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP4170899A priority Critical patent/JP2000244070A/en
Publication of JP2000244070A publication Critical patent/JP2000244070A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 互いに異なる二つの窒化物系III−V族化
合物半導体層が接し、バンド不連続が存在するヘテロ界
面を有する半導体装置または半導体発光素子において、
ヘテロ界面を横切って電流が流れやすくし、伝導性の向
上を図る。 【解決手段】 互いに異なる二つの窒化物系III−V
族化合物半導体層が接し、バンド不連続が存在するヘテ
ロ界面を有する半導体装置または半導体発光素子におい
て、そのヘテロ界面に、バンド不連続を擬似的に消滅ま
たは低減する超格子層または組成傾斜層を挿入する。G
aN系半導体レーザでは、n型GaNコンタクト層4と
n型AlGaNクラッド層6とのヘテロ界面にn型Al
GaN/GaN超格子層5またはn型AlGaNグレー
ディッド層を挿入し、p型AlGaNクラッド層11と
p型GaNコンタクト層13とのヘテロ界面にp型Al
GaN/GaN超格子層12またはp型AlGaNグレ
ーディッド層を挿入する。
(57) Abstract: In a semiconductor device or a semiconductor light emitting device having a heterointerface where two different nitride-based III-V compound semiconductor layers are in contact with each other and a band discontinuity exists,
A current is made to flow easily across the hetero interface, and the conductivity is improved. SOLUTION: Two different nitride-based III-V are provided.
In a semiconductor device or a semiconductor light-emitting element having a heterointerface where a group III compound semiconductor layer is in contact and a band discontinuity exists, a superlattice layer or a composition gradient layer that pseudo-eliminates or reduces band discontinuity is inserted at the heterointerface. I do. G
In the aN-based semiconductor laser, n-type Al is formed at a hetero interface between the n-type GaN contact layer 4 and the n-type AlGaN cladding layer 6.
The GaN / GaN superlattice layer 5 or the n-type AlGaN graded layer is inserted, and the p-type AlGaN cladding layer 11 and the p-type
The GaN / GaN superlattice layer 12 or the p-type AlGaN graded layer is inserted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置およ
び半導体発光素子に関し、特に、窒化物系III−V族
化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダイオードあ
るいは電子走行素子に適用して好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor device and a semiconductor light emitting diode using a nitride III-V compound semiconductor, which are suitably applied to a light emitting diode or an electron transit device. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、AlGaInNなどの窒化物系I
II−V族化合物半導体を用い、可視領域から紫外領域
までの発光を得ることができる半導体レーザや発光ダイ
オードなどの半導体発光素子の開発が活発に行われてい
る。このうち、発光ダイオードはすでに実用化されてい
る。半導体レーザについては、室温連続発振が達成され
た後、長寿命化に努力が払われているが、現在ではまだ
実用化に至っていない。この半導体レーザは特に、光記
録の分野において、光ディスクなどの記録密度を向上さ
せるために、短波長域の発光が得られる半導体レーザと
して、実用化が待たれているところである。
2. Description of the Related Art In recent years, nitrides such as AlGaInN
2. Description of the Related Art Semiconductor light emitting devices such as semiconductor lasers and light emitting diodes that can emit light in the visible region to the ultraviolet region using II-V group compound semiconductors have been actively developed. Of these, light emitting diodes have already been put to practical use. Efforts have been made to extend the life of semiconductor lasers after room-temperature continuous oscillation has been achieved, but they have not yet been put to practical use. In particular, in the field of optical recording, this semiconductor laser is expected to be put to practical use as a semiconductor laser that can emit light in a short wavelength range in order to improve the recording density of an optical disk or the like.

【0003】図11に従来のGaN系半導体レーザの一
例を示す。このGaN系半導体レーザは、SCH(Sepa
rate Confinement Heterostructure)構造を有するもの
である。
FIG. 11 shows an example of a conventional GaN-based semiconductor laser. This GaN-based semiconductor laser is SCH (Sepa
Rate Confinement Heterostructure).

【0004】図11に示すように、この従来のGaN系
半導体レーザにおいては、c面サファイア基板101上
に、GaNバッファ層102、アンドープGaN層10
3、n型GaNコンタクト層104、n型AlGaNク
ラッド層105、n型GaN光導波層106、Ga1-x
Inx N/Ga1-y Iny N多重量子井戸(MQW)構
造の活性層107、p型AlGaNキャップ層108、
p型GaN光導波層109、p型AlGaNクラッド層
110およびp型GaNコンタクト層111が順次積層
されている。n型GaNコンタクト層104の上層部、
n型AlGaNクラッド層105、n型GaN光導波層
106、活性層107、p型AlGaNキャップ層10
8、p型GaN光導波層109およびp型AlGaNク
ラッド層110は所定のメサ形状を有する。また、p型
AlGaNクラッド層110の上層部およびp型GaN
コンタクト層111は一方向にストライプ状に延びるリ
ッジ形状を有する。そして、このリッジ部のp型GaN
コンタクト層111上にp側電極112がオーミック接
触しているとともに、メサ部に隣接する部分のn型Ga
Nコンタクト層104上にn側電極113がオーミック
接触している。
As shown in FIG. 11, in this conventional GaN-based semiconductor laser, a GaN buffer layer 102 and an undoped GaN layer 10 are provided on a c-plane sapphire substrate 101.
3, n-type GaN contact layer 104, n-type AlGaN cladding layer 105, n-type GaN optical waveguide layer 106, Ga 1-x
An active layer 107 having an In x N / Ga 1-y In y N multiple quantum well (MQW) structure, a p-type AlGaN cap layer 108,
A p-type GaN optical waveguide layer 109, a p-type AlGaN cladding layer 110, and a p-type GaN contact layer 111 are sequentially stacked. an upper layer portion of the n-type GaN contact layer 104,
n-type AlGaN cladding layer 105, n-type GaN optical waveguide layer 106, active layer 107, p-type AlGaN cap layer 10
8. The p-type GaN optical waveguide layer 109 and the p-type AlGaN cladding layer 110 have a predetermined mesa shape. Further, the upper layer of the p-type AlGaN cladding layer 110 and the p-type GaN
The contact layer 111 has a ridge shape extending in a stripe shape in one direction. Then, the p-type GaN of this ridge portion
The p-side electrode 112 is in ohmic contact with the contact layer 111, and the n-type Ga
The n-side electrode 113 is in ohmic contact with the N-contact layer 104.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のGaN系半導体レーザは、従来より広く使用され
ているGaAs系半導体レーザなどに比べて動作電圧が
かなり高く、実用上問題があった。また、このように動
作電圧が高いことは、GaN系半導体レーザの寿命を短
くするばかりでなく、高出力化の妨げにもなってしまう
ため、その低減が強く望まれていた。
However, the above-mentioned conventional GaN-based semiconductor laser has a considerably high operating voltage as compared with a GaAs-based semiconductor laser which has been widely used, and has a practical problem. In addition, such a high operating voltage not only shortens the life of the GaN-based semiconductor laser, but also hinders an increase in output, and therefore, a reduction in the output has been strongly desired.

【0006】したがって、この発明は、窒化物系III
−V族化合物半導体を用いた半導体発光素子の動作電圧
の低減を図ることを目的とする。
Accordingly, the present invention relates to a nitride III
It is an object of the present invention to reduce the operating voltage of a semiconductor light emitting device using a group V compound semiconductor.

【0007】この発明は、より一般的には、互いに異な
る二つの窒化物系III−V族化合物半導体層が接し、
バンド不連続が存在するヘテロ界面を少なくとも一つ有
し、そのヘテロ界面を横切って電流を流す半導体装置に
おいて、その電流が流れやすくし、伝導性の向上を図る
ことを目的とする。
The present invention more generally relates to two nitride-based III-V compound semiconductor layers different from each other,
In a semiconductor device having at least one heterointerface having band discontinuity and flowing a current across the heterointerface, an object of the present invention is to facilitate the flow of the current and improve conductivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述の従来のGaN系半
導体レーザの動作電圧が高い理由の一つに、p型AlG
aNクラッド層110とp型GaNコンタクト層11と
のヘテロ界面およびn型GaNコンタクト層105とn
型AlGaNクラッド層105とのヘテロ界面に大きな
バンド不連続が存在し、これがレーザ動作時に流す電流
に対して障害となり、伝導性を悪化させることがある。
One of the reasons why the operating voltage of the above-mentioned conventional GaN-based semiconductor laser is high is that a p-type AlG
Heterointerface between aN cladding layer 110 and p-type GaN contact layer 11 and n-type GaN contact layer 105 and n
There is a large band discontinuity at the hetero interface with the AlGaN cladding layer 105, which may be an obstacle to a current flowing during laser operation and may deteriorate conductivity.

【0009】この問題は、それらのヘテロ界面に、バン
ド不連続を擬似的に消滅または低減する層を挿入するこ
とにより有効に解決することができる。そして、そのよ
うな層としては、超格子層あるいは組成傾斜層を用いる
ことができる。
[0009] This problem can be effectively solved by inserting a layer which pseudo-eliminates or reduces band discontinuity at those hetero interfaces. And, as such a layer, a superlattice layer or a composition gradient layer can be used.

【0010】すなわち、上記課題を解決するために、こ
の発明の第1の発明は、互いに異なる二つの窒化物系I
II−V族化合物半導体層が接し、バンド不連続が存在
するヘテロ界面を少なくとも一つ有する半導体装置にお
いて、ヘテロ界面に、バンド不連続を擬似的に消滅また
は低減する超格子層が挿入されていることを特徴とする
ものである。
That is, in order to solve the above-mentioned problems, a first invention of the present invention provides two different nitride-based I-types.
In a semiconductor device in which a II-V compound semiconductor layer is in contact and has at least one heterointerface where a band discontinuity exists, a superlattice layer which pseudo-eliminates or reduces band discontinuity is inserted at the heterointerface. It is characterized by the following.

【0011】この発明の第2の発明は、互いに異なる二
つの窒化物系III−V族化合物半導体層が接し、バン
ド不連続が存在するヘテロ界面を少なくとも一つ有する
半導体装置において、ヘテロ界面に、バンド不連続を擬
似的に消滅または低減する組成傾斜層が挿入されている
ことを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which two different nitride-based III-V compound semiconductor layers are in contact with each other and have at least one heterointerface having band discontinuity. It is characterized in that a composition gradient layer for pseudo-elimination or reduction of band discontinuity is inserted.

【0012】この発明の第3の発明は、互いに異なる二
つの窒化物系III−V族化合物半導体層が接し、バン
ド不連続が存在するヘテロ界面を少なくとも一つ有する
半導体発光素子において、ヘテロ界面に、バンド不連続
を擬似的に消滅または低減する超格子層が挿入されてい
ることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device in which two different nitride-based III-V compound semiconductor layers are in contact with each other and have at least one heterointerface having band discontinuity. And a superlattice layer for pseudo-elimination or reduction of band discontinuity is inserted.

【0013】この発明の第4の発明は、互いに異なる二
つの窒化物系III−V族化合物半導体層が接し、バン
ド不連続が存在するヘテロ界面を少なくとも一つ有する
半導体発光素子において、ヘテロ界面に、バンド不連続
を擬似的に消滅または低減する組成傾斜層が挿入されて
いることを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device in which two different nitride-based III-V compound semiconductor layers are in contact with each other and have at least one heterointerface having band discontinuity. , Characterized in that a composition gradient layer for pseudo-elimination or reduction of band discontinuity is inserted.

【0014】この発明において、窒化物系III−V族
化合物半導体は、一般的には、ガリウム(Ga)、アル
ミニウム(Al)、インジウム(In)、ホウ素(B)
およびタリウム(Tl)からなる群より選ばれた少なく
とも一種類のIII族元素と、少なくとも窒素(N)を
含み、場合によってさらにヒ素(As)またはリン
(P)を含むV族元素とからなる。この窒化物系III
−V族化合物半導体の具体例をいくつか挙げると、Ga
N、AlGaN、AlN、GaInN、AlGaIn
N、InNなどである。
In the present invention, nitride-based III-V compound semiconductors generally include gallium (Ga), aluminum (Al), indium (In), and boron (B).
And thallium (Tl), and at least one group III element selected from the group consisting of: and thallium (Tl), and a group V element containing at least nitrogen (N) and optionally further containing arsenic (As) or phosphorus (P). This nitride III
Some specific examples of -V group compound semiconductors include Ga
N, AlGaN, AlN, GaInN, AlGaIn
N, InN and the like.

【0015】この発明の第1および第3の発明において
は、例えば、超格子層は互いに異なる第1の窒化物系I
II−V族化合物半導体層および第2の窒化物系III
−V族化合物半導体層が交互に積層された構造を有し、
これらの第1の窒化物系III−V族化合物半導体層お
よび第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の厚さ
はトンネル効果が起こる範囲に設定される。ここで、第
1の窒化物系III−V族化合物半導体層および第2の
窒化物系III−V族化合物半導体層の一方が井戸層を
構成し、他方が障壁層を構成する。あるいは、超格子層
は互いに異なる第1の窒化物系III−V族化合物半導
体層および第2の窒化物系III−V族化合物半導体層
が交互に積層された構造を有し、超格子層の井戸層の厚
さは積層方向に単調に変化している(このような超格子
層は傾斜超格子層と呼ばれる)。ここで、この超格子層
の井戸層の厚さの変化は、具体的には、半導体装置また
は半導体発光素子の動作時に、この超格子層の各周期の
井戸層に形成される量子準位、典型的には例えば第1量
子準位のエネルギーが、積層方向に段階的にかつ単調に
増加または減少して、第1の窒化物系III−V族化合
物半導体層および第2の窒化物系III−V族化合物半
導体層間のバンド不連続を分割し、かつ相互に近接した
エネルギーを取り、これらの量子準位を介して、第1の
窒化物系III−V族化合物半導体層および第2の窒化
物系III−V族化合物半導体層の価電子帯間または伝
導帯間を正孔または電子が共鳴トンネリングにより移動
することができるように設定される。第1の窒化物系I
II−V族化合物半導体層および第2の窒化物系III
−V族化合物半導体層の厚さは一般には50nm以下で
ある。
In the first and third aspects of the present invention, for example, the superlattice layer has a different first nitride-based I
II-V compound semiconductor layer and second nitride III
-Having a structure in which Group V compound semiconductor layers are alternately stacked;
The thicknesses of the first nitride III-V compound semiconductor layer and the second nitride III-V compound semiconductor layer are set in a range where a tunnel effect occurs. Here, one of the first nitride III-V compound semiconductor layer and the second nitride III-V compound semiconductor layer constitutes a well layer, and the other constitutes a barrier layer. Alternatively, the superlattice layer has a structure in which first nitride III-V compound semiconductor layers and second nitride III-V compound semiconductor layers different from each other are alternately stacked, and The thickness of the well layer changes monotonically in the stacking direction (such a superlattice layer is called an inclined superlattice layer). Here, the change in the thickness of the well layer of the superlattice layer is, specifically, a quantum level formed in the well layer of each period of the superlattice layer during operation of the semiconductor device or the semiconductor light emitting element. Typically, for example, the energy of the first quantum level increases or decreases stepwise and monotonically in the stacking direction, so that the first nitride III-V compound semiconductor layer and the second nitride III Dividing the band discontinuity between the group-V compound semiconductor layers and taking energy close to each other, via these quantum levels, the first nitride-based group III-V compound semiconductor layer and the second nitride The holes or electrons are set such that holes or electrons can move by resonance tunneling between the valence band or the conduction band of the compound III-V compound semiconductor layer. First nitride system I
II-V compound semiconductor layer and second nitride III
The thickness of the -V compound semiconductor layer is generally 50 nm or less.

【0016】この発明の第1および第3の発明におい
て、典型的には、二つの窒化物系III−V族化合物半
導体層はBx1Aly1Gaz1In1-x1-y1-z1N層(ただ
し、0≦x1、y1、z1≦1、x1+y1+z1≦
1)およびBx2Aly2Gaz2In1-x2-y2-z2N層(ただ
し、0≦x2、y2、z2≦1、x2+y2+z2≦
1)からなり、超格子層はBx3Aly3Gaz3In
1-x3-y3-z3N層(ただし、0≦x3、y3、z3≦1、
x3+y3+z3≦1)およびBx4Aly4Gaz4In
1-x4-y4-z4N層(ただし、0≦x4、y4、z4≦1、
x4+y4+z4≦1)が交互に積層されたものからな
る。これらのBx3Aly3Gaz3In1-x3-y3-z3N層およ
びBx4Aly4Gaz4In1-x4-y4-z4N層の厚さはトンネ
ル効果が起こる範囲に設定される。あるいは、この超格
子層の井戸層の厚さは積層方向に単調に変化している。
In the first and third aspects of the present invention, typically, the two nitride-based III-V compound semiconductor layers are B x1 Al y1 Gaz1 In 1-x1-y1-z1 N layer ( However, 0 ≦ x1, y1, z1 ≦ 1, x1 + y1 + z1 ≦
1) and a B x2 Al y2 Gaz2 In 1-x2-y2-z2 N layer (where 0 ≦ x2, y2, z2 ≦ 1, x2 + y2 + z2 ≦)
Consists of one), the superlattice layer B x3 Al y3 Ga z3 In
1-x3-y3-z3 N layer (however, 0 ≦ x3, y3, z3 ≦ 1,
x3 + y3 + z3 ≦ 1) and B x4 Al y4 Ga z4 In
1-x4-y4-z4 N layer (however, 0 ≦ x4, y4, z4 ≦ 1,
x4 + y4 + z4 ≦ 1) are alternately stacked. The thickness of these B x3 Al y3 Ga z3 In 1 -x3-y3-z3 N layer and B x4 Al y4 Ga z4 In 1 -x4-y4-z4 N layer is set to a range tunnel effect occurs. Alternatively, the thickness of the well layer of the superlattice layer monotonically changes in the laminating direction.

【0017】この発明の第2および第4の発明におい
て、典型的には、二つの窒化物系III−V族化合物半
導体層はBx1Aly1Gaz1In1-x1-y1-z1N層(ただ
し、0≦x1、y1、z1≦1、x1+y1+z1≦
1)およびBx2Aly2Gaz2In1- x2-y2-z2N層(ただ
し、0≦x2、y2、z2≦1、x2+y2+z2≦
1)からなり、組成傾斜層はBx5Aly5Gaz5In
1-x5-y5-z5N層(ただし、0≦x5、y5、z5≦1、
x5+y5+z5≦1)からなる。組成傾斜層を構成す
るBx5Aly5Gaz5In1-x5-y5-z5N層は、典型的に
は、Bx1Aly1Gaz1In1-x1-y1-z1N層およびBx2
y2Gaz2In1-x2-y2-z2N層の価電子帯または伝導帯
を連続的に接続するように組成を変化させる。
In the second and fourth aspects of the present invention, typically, the two nitride-based III-V compound semiconductor layers are formed of a B x1 Al y1 Gaz1 In 1-x1-y1-z1 N layer ( However, 0 ≦ x1, y1, z1 ≦ 1, x1 + y1 + z1 ≦
1) and B x2 Al y2 Ga z2 In 1- x2-y2-z2 N layer (where, 0 ≦ x2, y2, z2 ≦ 1, x2 + y2 + z2 ≦
Consists of one), the compositional gradation layer B x5 Al y5 Ga z5 In
1-x5-y5-z5 N layer (however, 0 ≦ x5, y5, z5 ≦ 1,
x5 + y5 + z5 ≦ 1). B x5 Al y5 Ga z5 In 1 -x5-y5-z5 N layer that constitutes the composition gradient layer is typically, B x1 Al y1 Ga z1 In 1-x1-y1-z1 N layer and B x2 A
l y2 Ga z2 In 1-x2 -y2-z2 -valent N layer electronic band or changing the composition to continuously connect the conduction band.

【0018】この発明において、典型的には、ヘテロ界
面はAlGaN層とGaN層とのヘテロ界面であり、こ
のヘテロ界面に上述の超格子層または組成傾斜層が挿入
される。ただし、AlGaN層のAl組成をpとする
と、0<p≦1である。より具体的には、例えば、Ga
N系半導体レーザのような半導体発光素子の場合には、
p型AlGaNクラッド層とp型GaNコンタクト層と
が接した構造を有し、p型AlGaNクラッド層とp型
GaNコンタクト層とのヘテロ界面に、p型AlGaN
層およびp型GaN層が交互に積層された構造を有し、
これらのp型AlGaN層およびp型GaN層の厚さが
トンネル効果が起こる範囲に設定された超格子層、ある
いは、p型AlGaN層およびp型GaN層が交互に積
層された構造を有し、p型GaN層の厚さがp型AlG
aNクラッド層からp型GaNコンタクト層に向かって
積層方向に単調に増加する超格子層、あるいは、p型A
lGaNクラッド層の価電子帯とp型GaNコンタクト
層の価電子帯とを連続的に接続するp型AlGaN(た
だし、Al組成をqとすると、0≦q≦1)からなる組
成傾斜層が挿入される。また、半導体発光素子は、例え
ば、n型GaNコンタクト層とn型AlGaNクラッド
層とが接した構造を有し、n型GaNコンタクト層とn
型AlGaNクラッド層とのヘテロ界面に、n型AlG
aN層およびn型GaN層が交互に積層された構造を有
し、これらのn型AlGaN層およびn型GaN層の厚
さがトンネル効果が起こる範囲に設定された超格子層、
あるいは、n型AlGaN層およびn型GaN層が交互
に積層された構造を有し、n型GaN層の厚さがn型G
aNコンタクト層からn型AlGaNクラッド層に向か
って積層方向に単調に減少した超格子層、あるいは、n
型GaNコンタクト層の伝導帯とn型AlGaNクラッ
ド層の伝導帯とを連続的に接続するn型AlGaN(た
だし、Al組成をrとすると、0≦r≦1)からなる組
成傾斜層が挿入される。
In the present invention, typically, the hetero interface is a hetero interface between the AlGaN layer and the GaN layer, and the super lattice layer or the composition gradient layer is inserted into the hetero interface. However, if the Al composition of the AlGaN layer is p, 0 <p ≦ 1. More specifically, for example, Ga
In the case of a semiconductor light emitting device such as an N-based semiconductor laser,
It has a structure in which a p-type AlGaN cladding layer and a p-type GaN contact layer are in contact with each other, and a p-type AlGaN cladding layer and a p-type AlGaN
Having a structure in which layers and p-type GaN layers are alternately stacked,
A superlattice layer in which the thickness of the p-type AlGaN layer and the p-type GaN layer is set to a range where a tunnel effect occurs, or a structure in which the p-type AlGaN layer and the p-type GaN layer are alternately stacked; The thickness of the p-type GaN layer is p-type AlG
a superlattice layer monotonically increasing in the stacking direction from the aN cladding layer toward the p-type GaN contact layer, or p-type A
A composition gradient layer composed of p-type AlGaN (where 0 ≦ q ≦ 1 where Al composition is q) that continuously connects the valence band of the lGaN cladding layer and the valence band of the p-type GaN contact layer is inserted. Is done. Further, the semiconductor light emitting device has, for example, a structure in which an n-type GaN contact layer and an n-type AlGaN cladding layer are in contact with each other.
N-type AlG at the hetero interface with the AlGaN cladding layer
a superlattice layer having a structure in which an aN layer and an n-type GaN layer are alternately stacked, and the thickness of the n-type AlGaN layer and the n-type GaN layer is set to a range in which a tunnel effect occurs;
Alternatively, it has a structure in which an n-type AlGaN layer and an n-type GaN layer are alternately stacked, and the thickness of the n-type GaN layer is n-type G
a superlattice layer monotonically reduced in the stacking direction from the aN contact layer toward the n-type AlGaN cladding layer, or n
N-type AlGaN (where, where Al is r, 0 ≦ r ≦ 1) that continuously connects the conduction band of the n-type GaN contact layer and the conduction band of the n-type AlGaN cladding layer is inserted. You.

【0019】上述のように構成されたこの発明において
は、互いに異なる二つの窒化物系III−V族化合物半
導体層が接し、バンド不連続が存在するヘテロ界面に、
バンド不連続を擬似的に消滅または低減する超格子層あ
るいは組成傾斜層が挿入されていることにより、このヘ
テロ界面を横切って電流が流れやすくなり、伝導性が向
上する。
In the present invention configured as described above, two different nitride-based III-V compound semiconductor layers are in contact with each other, and at the hetero interface where band discontinuity exists,
By inserting a superlattice layer or a composition gradient layer that pseudo-eliminates or reduces band discontinuity, current easily flows across the hetero interface, and conductivity is improved.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.

【0021】図1はこの発明の第1の実施形態によるG
aN系半導体レーザを示す。このGaN系半導体レーザ
はSCH構造を有するものである。
FIG. 1 shows a G according to a first embodiment of the present invention.
1 shows an aN-based semiconductor laser. This GaN-based semiconductor laser has an SCH structure.

【0022】図1に示すように、この第1の実施形態に
よるGaN系半導体レーザにおいては、c面サファイア
基板1上に、GaNバッファ層2、アンドープGaN層
3、n型GaNコンタクト層4、n型AlGaN/Ga
N超格子層5、n型AlGaNクラッド層6、n型Ga
N光導波層7、Ga1-x Inx N/Ga1-y Iny NM
QW構造の活性層8、p型AlGaNキャップ層9、p
型GaN光導波層10、p型AlGaNクラッド層1
1、p型AlGaN/GaN超格子層12およびp型G
aNコンタクト層13が順次積層されている。言い換え
れば、この第1の実施形態によるGaN系半導体レーザ
においては、従来のGaN系半導体レーザと異なり、n
型GaNコンタクト層4とn型AlGaNクラッド層6
とのヘテロ界面にn型AlGaN/GaN超格子層5が
挿入されているとともに、p型AlGaNクラッド層1
1とp型GaNコンタクト層13とのヘテロ界面にp型
AlGaN/GaN超格子層12が挿入されている。こ
れらのn型AlGaN/GaN超格子層5およびp型A
lGaN/GaN超格子層12の詳細については後に説
明する。これらのGaN系半導体層の厚さの一例を挙げ
ると、n型AlGaNクラッド層6は0.5μm、n型
GaN光導波層7は0.1μm、p型AlGaNキャッ
プ層9は20nm、p型GaN光導波層10は0.1μ
m、p型AlGaNクラッド層11は0.5μm、p型
GaNコンタクト層12は0.5μmである。n型Al
GaNクラッド層6およびp型AlGaNクラッド層1
1のAl組成は例えばそれぞれ0.06(6%)であ
る。
As shown in FIG. 1, in the GaN semiconductor laser according to the first embodiment, on a c-plane sapphire substrate 1, a GaN buffer layer 2, an undoped GaN layer 3, an n-type GaN contact layer 4, n Type AlGaN / Ga
N superlattice layer 5, n-type AlGaN cladding layer 6, n-type Ga
N optical waveguide layer 7, Ga 1-x In x N / Ga 1-y In y NM
QW structure active layer 8, p-type AlGaN cap layer 9, p
-Type GaN optical waveguide layer 10, p-type AlGaN cladding layer 1
1. p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12 and p-type G
The aN contact layers 13 are sequentially stacked. In other words, in the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment, unlike the conventional GaN-based semiconductor laser, n
-Type GaN contact layer 4 and n-type AlGaN cladding layer 6
N-type AlGaN / GaN superlattice layer 5 is inserted at the hetero interface with
A p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12 is inserted at the hetero interface between the first and p-type GaN contact layers 13. These n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5 and p-type A
The details of the lGaN / GaN superlattice layer 12 will be described later. As an example of the thickness of these GaN-based semiconductor layers, the n-type AlGaN cladding layer 6 is 0.5 μm, the n-type GaN optical waveguide layer 7 is 0.1 μm, the p-type AlGaN cap layer 9 is 20 nm, and the p-type GaN The optical waveguide layer 10 has a thickness of 0.1 μm.
The m and p-type AlGaN cladding layers 11 are 0.5 μm, and the p-type GaN contact layers 12 are 0.5 μm. n-type Al
GaN clad layer 6 and p-type AlGaN clad layer 1
For example, each Al composition is 0.06 (6%).

【0023】n型GaNコンタクト層4の上層部、n型
AlGaN/GaN超格子層5、n型AlGaNクラッ
ド層6、n型GaN光導波層7、活性層8、p型AlG
aNキャップ層9、p型GaN光導波層10およびp型
AlGaNクラッド層11は所定のメサ形状を有する。
また、p型AlGaNクラッド層110の上層部、p型
AlGaN/GaN超格子層12およびp型GaNコン
タクト層13は一方向にストライプ状に延びるリッジ形
状を有する。そして、このリッジ部のp型GaNコンタ
クト層13上にp側電極14がオーミック接触している
とともに、メサ部に隣接する部分のn型GaNコンタク
ト層4上にn側電極15がオーミック接触している。こ
こで、p側電極14は例えばNi/Pt/Au膜からな
り、n側電極15は例えばTi/Al/Pt/Au膜か
らなる。
Upper layer of n-type GaN contact layer 4, n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5, n-type AlGaN cladding layer 6, n-type GaN optical waveguide layer 7, active layer 8, p-type AlG
The aN cap layer 9, the p-type GaN optical waveguide layer 10, and the p-type AlGaN cladding layer 11 have a predetermined mesa shape.
The upper layer of the p-type AlGaN cladding layer 110, the p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12, and the p-type GaN contact layer 13 have a ridge shape extending in one direction in a stripe shape. The p-side electrode 14 is in ohmic contact with the p-type GaN contact layer 13 in the ridge portion, and the n-side electrode 15 is in ohmic contact with the n-type GaN contact layer 4 in a portion adjacent to the mesa portion. I have. Here, the p-side electrode 14 is made of, for example, a Ni / Pt / Au film, and the n-side electrode 15 is made of, for example, a Ti / Al / Pt / Au film.

【0024】図2Aに、障壁層であるp型AlGaN層
と井戸層であるp型GaN層とが交互に積層され、これ
らのp型AlGaN層およびp型GaN層の厚さが積層
方向に連続的に変化しているp型AlGaN/GaN超
格子層12の構造の一例を示す。また、図2Bは、図2
Aに示すp型AlGaN/GaN超格子層12およびそ
の近傍の部分の価電子帯を示す。図2Aおよび図2Bに
示すように、この例では、p型AlGaN/GaN超格
子層12は、p型AlGaNクラッド層11からp型G
aNコンタクト層13に向かう方向で見て順にp型Ga
N層とp型AlGaN層とが8周期交互に積層されたも
のからなり、各周期のp型GaN層とp型AlGaN層
との合計の厚さは一定である。各周期のp型GaN層の
厚さはこれらのp型GaN層に形成される正孔の量子準
位、例えば第1量子準位(図2Bにおいて、水平の実線
で示す)のエネルギーがp型AlGaNクラッド層11
とp型GaNコンタクト層13との価電子帯のエネルギ
ー不連続をほぼ等間隔に分割し、かつ、p型AlGaN
クラッド層11からp型GaNコンタクト層13に向か
う方向に順次低くなるように選ばれている。具体的に
は、p型GaN層の厚さはp型AlGaNクラッド層1
1からp型GaNコンタクト層13に向かう方向で見て
順に0.5nm、1nm、1.5nm、2.0nm、
2.5nm、3.0nm、3.5nm、4.0nmおよ
び4.5nmと増加し、p型AlGaN層の厚さはp型
AlGaNクラッド層11からp型GaNコンタクト層
13に向かう方向で見て順に4.5nm、4nm、3.
5nm、3.0nm、2.5nm、2.0nm、1.5
nm、1nmおよび0.5nmと減少している。なお、
p型AlGaNクラッド層11とp型GaNコンタクト
層13との価電子帯のエネルギー不連続が35meVで
あると仮定して計算を行っている。
FIG. 2A shows that a p-type AlGaN layer serving as a barrier layer and a p-type GaN layer serving as a well layer are alternately stacked, and the thicknesses of the p-type AlGaN layer and the p-type GaN layer are continuous in the stacking direction. 1 shows an example of the structure of a p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12 which is changing in a dynamic manner. Further, FIG.
2A shows a valence band of the p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12 and a portion in the vicinity thereof. As shown in FIGS. 2A and 2B, in this example, the p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12 is
p-type Ga in the order toward the aN contact layer 13
The N layer and the p-type AlGaN layer are formed by alternately laminating eight periods, and the total thickness of the p-type GaN layer and the p-type AlGaN layer in each period is constant. The thickness of the p-type GaN layer in each period depends on the energy of the quantum level of holes formed in these p-type GaN layers, for example, the first quantum level (shown by a horizontal solid line in FIG. 2B). AlGaN cladding layer 11
The energy discontinuity of the valence band between the p-type GaN contact layer 13 and the p-type GaN contact layer 13 is substantially equally spaced, and the p-type AlGaN
The thickness is selected so as to decrease gradually in the direction from the cladding layer 11 to the p-type GaN contact layer 13. Specifically, the thickness of the p-type GaN layer is
When viewed in the direction from 1 to the p-type GaN contact layer 13, the order is 0.5 nm, 1 nm, 1.5 nm, 2.0 nm,
2.5 nm, 3.0 nm, 3.5 nm, 4.0 nm, and 4.5 nm, and the thickness of the p-type AlGaN layer is viewed from the p-type AlGaN cladding layer 11 toward the p-type GaN contact layer 13. 4.5 nm, 4 nm, 3.
5 nm, 3.0 nm, 2.5 nm, 2.0 nm, 1.5
nm, 1 nm and 0.5 nm. In addition,
The calculation is performed on the assumption that the energy discontinuity of the valence band between the p-type AlGaN cladding layer 11 and the p-type GaN contact layer 13 is 35 meV.

【0025】図3に、この第1の実施形態によるGaN
系半導体レーザの動作時に順バイアスを印加したときの
p型AlGaN/GaN超格子層12およびその近傍の
部分の価電子帯を示す。この場合、p側電極14からp
型GaNコンタクト層13に注入された正孔は、p型A
lGaN/GaN超格子層12に形成された互いに近接
した量子準位を介して共鳴トンネリングによりこのp型
AlGaN/GaN超格子層12を通ってp型AlGa
Nクラッド層11に移動する。このため、p型AlGa
Nクラッド層11とp型GaNコンタクト層13とのヘ
テロ界面に存在する価電子帯の不連続は擬似的に消滅し
ていると見なすことができる。
FIG. 3 shows GaN according to the first embodiment.
1 shows a valence band of a p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12 and a portion in the vicinity thereof when a forward bias is applied during operation of a system semiconductor laser. In this case, p-side electrode 14
The holes injected into the p-type GaN contact layer 13 are p-type A
Through the p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12 by resonance tunneling via quantum levels close to each other formed in the lGaN / GaN superlattice layer 12, the p-type AlGa
It moves to the N clad layer 11. Therefore, p-type AlGa
The discontinuity of the valence band existing at the hetero interface between the N cladding layer 11 and the p-type GaN contact layer 13 can be regarded as pseudo-disappearing.

【0026】図4Aに、障壁層であるn型AlGaN層
と井戸層であるn型GaN層とが交互に積層され、これ
らのn型AlGaN層およびn型GaN層の厚さが積層
方向に連続的に変化しているn型AlGaN/GaN超
格子層5の構造の一例を示す。また、図4Bは、図4A
に示すn型AlGaN/GaN超格子層5およびその近
傍の部分の伝導帯を示す。図4Aおよび図4Bに示すよ
うに、この例では、n型AlGaN/GaN超格子層5
は、n型GaNコンタクト層4からn型AlGaNクラ
ッド層6に向かう方向で見て順にn型AlGaN層とn
型GaN層とが8周期交互に積層されたものからなり、
各周期のn型AlGaN層とn型GaN層との合計の厚
さは一定である。各周期のn型GaN層の厚さはこれら
のn型GaN層に形成される電子の量子準位、例えば第
1量子準位(図4Bにおいて、水平の実線で示す)のエ
ネルギーがn型GaNコンタクト層4とn型AlGaN
クラッド層6との伝導帯のエネルギー不連続をほぼ等間
隔に分割し、かつ、n型GaNコンタクト層4からn型
AlGaNクラッド層6に向かう方向に順次高くなるよ
うに選ばれている。具体的には、n型AlGaN層の厚
さはn型GaNコンタクト層4からp型AlGaNクラ
ッド層6に向かう方向で見て順に0.5nm、1nm、
1.5nm、2.0nm、2.5nm、3.0nm、
3.5nm、4.0nmおよび4.5nmと増加し、n
型GaN層の厚さはn型GaNコンタクト層4からn型
AlGaNクラッド層6に向かう方向で見て順に4.5
nm、4nm、3.5nm、3.0nm、2.5nm、
2.0nm、1.5nm、1nmおよび0.5nmと減
少している。なお、n型GaNコンタクト層4とn型A
lGaNクラッド層6との伝導帯のエネルギー不連続は
75meVであるとして計算を行っている。
FIG. 4A shows that an n-type AlGaN layer serving as a barrier layer and an n-type GaN layer serving as a well layer are alternately stacked, and the thicknesses of the n-type AlGaN layer and the n-type GaN layer are continuous in the stacking direction. An example of the structure of the n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5, which is changing in a dynamic manner, is shown. FIG. 4B is a view similar to FIG.
2 shows the conduction band of the n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5 shown in FIG. As shown in FIGS. 4A and 4B, in this example, the n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5
Are n-type AlGaN layers and n-type AlGaN layers in order from the n-type GaN contact layer 4 toward the n-type AlGaN cladding layer 6.
Type GaN layer is alternately laminated for 8 periods,
The total thickness of the n-type AlGaN layer and the n-type GaN layer in each period is constant. The thickness of the n-type GaN layer in each period depends on the energy of the quantum level of electrons formed in the n-type GaN layer, for example, the energy of the first quantum level (shown by a horizontal solid line in FIG. 4B). Contact layer 4 and n-type AlGaN
The energy discontinuity of the conduction band with the cladding layer 6 is selected so as to be divided at substantially equal intervals, and to be higher in the direction from the n-type GaN contact layer 4 to the n-type AlGaN cladding layer 6. Specifically, the thickness of the n-type AlGaN layer is 0.5 nm, 1 nm in order from the n-type GaN contact layer 4 toward the p-type AlGaN cladding layer 6.
1.5 nm, 2.0 nm, 2.5 nm, 3.0 nm,
Increased to 3.5 nm, 4.0 nm and 4.5 nm, and n
The thickness of the n-type GaN layer is 4.5 in the order from the n-type GaN contact layer 4 to the n-type AlGaN cladding layer 6.
nm, 4 nm, 3.5 nm, 3.0 nm, 2.5 nm,
It has decreased to 2.0 nm, 1.5 nm, 1 nm and 0.5 nm. Note that the n-type GaN contact layer 4 and the n-type A
The calculation is performed on the assumption that the energy discontinuity of the conduction band with the lGaN cladding layer 6 is 75 meV.

【0027】図5に、この第1の実施形態によるGaN
系半導体レーザの動作時に順バイアスを印加したときの
n型AlGaN/GaN超格子層5およびその近傍の部
分の伝導帯を示す。この場合、n側電極15からn型G
aNコンタクト層4に注入された電子は、n型AlGa
N/GaN超格子層5に形成された互いに近接した量子
準位を介して共鳴トンネリングによりこのn型AlGa
N/GaN超格子層5を通ってn型AlGaNクラッド
層6に移動する。このため、n型GaNコンタクト層4
とn型AlGaNクラッド層6とのヘテロ界面に存在す
る伝導帯の不連続は擬似的に消滅していると見なすこと
ができる。
FIG. 5 shows GaN according to the first embodiment.
FIG. 4 shows a conduction band of the n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5 and a portion in the vicinity thereof when a forward bias is applied during operation of a system semiconductor laser. In this case, n-type G
The electrons injected into the aN contact layer 4 are n-type AlGa
This n-type AlGa is formed by resonance tunneling through quantum levels close to each other formed in the N / GaN superlattice layer 5.
It moves to the n-type AlGaN cladding layer 6 through the N / GaN superlattice layer 5. Therefore, the n-type GaN contact layer 4
It can be considered that the discontinuity of the conduction band existing at the hetero interface between the n-type AlGaN cladding layer 6 and the n-type AlGaN cladding layer 6 has been pseudo-disappeared.

【0028】次に、上述のように構成されたこの発明の
第1の実施形態によるGaN系半導体レーザの製造方法
について説明する。
Next, a description will be given of a method of manufacturing the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention configured as described above.

【0029】すなわち、この第1の実施形態によるGa
N系半導体レーザを製造するには、まず、図1に示すよ
うに、c面サファイア基板1を用意し、その上に例えば
MOCVD法により、例えば520℃の温度で厚さが例
えば30nmのGaNバッファ層2を成長させる。この
GaNバッファ層2は非晶質に近い結晶層からなり、そ
の上に下地層を成長させる際の核となるものである。こ
のGaNバッファ層2の成長においては、原料ガスとし
ては、例えば、トリメチルガリウム((CH33
a)ガスとアンモニア(NH3 )ガスとを用いる。次
に、このGaNバッファ層2上に、例えばMOCVD法
により、例えば1020℃の温度でアンドープGaN層
3を成長させる。
That is, the Ga according to the first embodiment is
In order to manufacture an N-based semiconductor laser, first, as shown in FIG. 1, a c-plane sapphire substrate 1 is prepared, and a GaN buffer having a thickness of, for example, 30 nm at a temperature of, for example, 520 ° C. by MOCVD, for example. Grow layer 2. The GaN buffer layer 2 is composed of a crystal layer that is close to amorphous and serves as a nucleus when an underlayer is grown thereon. In the growth of the GaN buffer layer 2, for example, trimethyl gallium ((CH 3 ) 3 G
a) Gas and ammonia (NH 3 ) gas are used. Next, an undoped GaN layer 3 is grown on the GaN buffer layer 2 by, for example, MOCVD at a temperature of, for example, 1020 ° C.

【0030】次に、アンドープGaN層3上に、例えば
MOCVD法により、n型GaNコンタクト層4、n型
AlGaN/GaN超格子層5、n型AlGaNクラッ
ド層6、n型GaN光導波層7、Ga1-x Inx N/G
1-y Iny N MQW構造の活性層8、p型AlGa
Nキャップ層9、p型GaN光導波層10、p型AlG
aNクラッド層11、p型AlGaN/GaN超格子層
12およびp型GaNコンタクト層13を順次成長させ
る。ここで、Inを含まない層であるn型GaNコンタ
クト層4、n型AlGaN/GaN超格子層5、n型A
lGaNクラッド層6、n型GaN光導波層7、p型A
lGaNキャップ層9、p型GaN光導波層10、p型
AlGaNクラッド層11、p型AlGaN/GaN超
格子層12およびp型GaNコンタクト層13の成長温
度は例えば1000℃程度とし、Inを含む層であるG
1-x Inx N/Ga1-y Iny N MQW構造の活性
層8の成長温度は例えば700〜800℃とする。ま
た、これらのGaN系半導体層の成長原料は、例えば、
Ga原料としてはトリメチルガリウム((CH3 3
a)、Al原料としてはトリメチルアルミニウム((C
3 3 Al)、In原料としてはトリメチルインジウ
ム((CH3 3 In)、N原料としてはアンモニア
(NH3 )を用いる。また、キャリアガスとしては、例
えば、水素(H2)と窒素(N2 )との混合ガスを用い
る。ドーパントは、n型ドーパントとしては例えばモノ
シラン(SiH4 )、p型ドーパントとしては例えばシ
クロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)を用い
る。また、特に、n型AlGaN/GaN超格子層5お
よびp型AlGaN/GaN超格子層12の成長時に
は、n型AlGaN/GaN超格子層5を構成するn型
AlGaN層およびp型AlGaN/GaN超格子層1
2を構成するp型AlGaN層の成長速度は例えば1.
80μm/hとし、n型AlGaN/GaN超格子層5
を構成するn型GaN層およびp型AlGaN/GaN
超格子層12を構成するp型GaN層の成長速度はそれ
よりも少し低い成長速度、例えば1.74μm/hとす
る。この後、p型AlGaNキャップ層9、p型GaN
光導波層10、p型AlGaNクラッド層11、p型A
lGaN/GaN超格子層12およびp型GaNコンタ
クト層13にドープされたアクセプタの電気的活性化の
ための熱処理を行う。この熱処理は例えば窒素(N2
雰囲気中において例えば700℃程度で行う。
Next, the n-type GaN contact layer 4, the n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5, the n-type AlGaN cladding layer 6, the n-type GaN optical waveguide layer 7, Ga 1-x In x N / G
a 1-y In y N MQW structure active layer 8, p-type AlGa
N cap layer 9, p-type GaN optical waveguide layer 10, p-type AlG
An aN cladding layer 11, a p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12, and a p-type GaN contact layer 13 are sequentially grown. Here, the n-type GaN contact layer 4, which is a layer containing no In, the n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5, the n-type A
lGaN cladding layer 6, n-type GaN optical waveguide layer 7, p-type A
The growth temperature of the lGaN cap layer 9, the p-type GaN optical waveguide layer 10, the p-type AlGaN cladding layer 11, the p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12, and the p-type GaN contact layer 13 is, for example, about 1000 ° C. and contains In. G that is
The growth temperature of a 1-x In x N / Ga 1-y In y N MQW structure of the active layer 8 is for example a 700 to 800 ° C.. In addition, the raw materials for growing these GaN-based semiconductor layers include, for example,
As a Ga raw material, trimethylgallium ((CH 3 ) 3 G
a), Trimethyl aluminum ((C
H 3 ) 3 Al), trimethyl indium ((CH 3 ) 3 In) as an In material, and ammonia (NH 3 ) as an N material. As the carrier gas, for example, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) is used. As the dopant, for example, monosilane (SiH 4 ) is used as an n-type dopant, and, for example, cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) is used as a p-type dopant. Particularly, when growing the n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5 and the p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12, the n-type AlGaN layer and the p-type AlGaN / GaN superlattice Lattice layer 1
For example, the growth rate of the p-type AlGaN layer that constitutes No. 2 is 1.
80 μm / h, n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5
N-type GaN layer and p-type AlGaN / GaN constituting
The growth rate of the p-type GaN layer forming the superlattice layer 12 is a slightly lower growth rate, for example, 1.74 μm / h. Thereafter, the p-type AlGaN cap layer 9 and the p-type GaN
Optical waveguide layer 10, p-type AlGaN cladding layer 11, p-type A
A heat treatment for electrically activating the acceptors doped in the lGaN / GaN superlattice layer 12 and the p-type GaN contact layer 13 is performed. This heat treatment is performed, for example, using nitrogen (N 2 ).
This is performed, for example, at about 700 ° C. in an atmosphere.

【0031】次に、p型GaNコンタクト層13上に所
定幅のストライプ形状のレジストパターン(図示せず)
を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、
例えば反応性イオンエッチング(RIE)法によりp型
AlGaNクラッド層11の厚さ方向の途中の深さまで
エッチングし、リッジ部を形成する。この後、このレジ
ストパターンを除去する。
Next, a stripe-shaped resist pattern (not shown) having a predetermined width is formed on the p-type GaN contact layer 13.
After forming this, using this resist pattern as a mask,
For example, the ridge portion is formed by etching the p-type AlGaN cladding layer 11 to an intermediate depth in the thickness direction by a reactive ion etching (RIE) method. Thereafter, the resist pattern is removed.

【0032】次に、このリッジ部を形成するために用い
たレジストパターンよりも幅の広いレジストパターン
(図示せず)をリッジ部を覆うように形成した後、この
レジストパターンをマスクとして、例えばRIE法によ
りn型GaNコンタクト層4の厚さ方向の途中の深さま
でエッチングし、メサ部を形成する。この後、レジスト
パターンを除去する。
Next, after forming a resist pattern (not shown) wider than the resist pattern used to form the ridge portion so as to cover the ridge portion, the resist pattern is used as a mask, for example, by RIE. The n-type GaN contact layer 4 is etched to an intermediate depth in the thickness direction to form a mesa. After that, the resist pattern is removed.

【0033】次に、リッジ部のp型GaNコンタクト層
13上に例えばNi/Pt/Au膜からなるp側電極1
4を形成するとともに、メサ部に隣接する部分のn型G
aNコンタクト層4上に例えばTi/Al/Pt/Au
膜からなるn側電極15を形成する。
Next, a p-side electrode 1 made of, for example, a Ni / Pt / Au film is formed on the p-type GaN contact layer 13 in the ridge portion.
4 and an n-type G in a portion adjacent to the mesa portion.
On the aN contact layer 4, for example, Ti / Al / Pt / Au
An n-side electrode 15 made of a film is formed.

【0034】この後、上述のようにしてレーザ構造が形
成されたc面サファイア基板1を劈開などによりバー状
に加工して両共振器端面を形成し、さらにこれらの共振
器端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開
によりチップ化する。以上により、目的とするSCH構
造のGaN系半導体レーザが製造される。
Thereafter, the c-plane sapphire substrate 1 on which the laser structure is formed as described above is processed into a bar shape by cleaving or the like to form both resonator end faces, and further, these resonator end faces are coated with end faces. After the application, the bar is cut into chips by cleavage. As described above, the intended GaN-based semiconductor laser having the SCH structure is manufactured.

【0035】以上のように、この第1の実施形態によれ
ば、n型GaNコンタクト層4とn型AlGaNクラッ
ド層6とのヘテロ界面にn型AlGaN/GaN超格子
層5が挿入されているとともに、p型AlGaNクラッ
ド層11とp型GaNコンタクト層13とのヘテロ界面
にp型AlGaN/GaN超格子層12が挿入されてい
ることにより、n型GaNコンタクト層4とn型AlG
aNクラッド層6とのヘテロ界面に存在する伝導帯の不
連続およびp型AlGaNクラッド層11とp型GaN
コンタクト層13とのヘテロ界面に存在する価電子帯の
不連続をともに擬似的に消滅させることができる。この
ため、GaN系半導体レーザの動作時にこれらのヘテロ
界面を通って電流が流れやすくなり、伝導性が向上す
る。これによって、GaN系半導体レーザの動作電圧の
大幅な低減を図ることができる。また、動作電圧の低減
により、GaN系半導体レーザの寿命の向上や高出力化
を図ることができる。
As described above, according to the first embodiment, the n-type AlGaN / GaN superlattice layer 5 is inserted at the hetero interface between the n-type GaN contact layer 4 and the n-type AlGaN cladding layer 6. In addition, since the p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12 is inserted at the hetero interface between the p-type AlGaN cladding layer 11 and the p-type GaN contact layer 13, the n-type GaN contact layer 4 and the n-type AlG
Discontinuity of conduction band existing at hetero interface with aN cladding layer 6 and p-type AlGaN cladding layer 11 and p-type GaN
The discontinuity of the valence band existing at the hetero interface with the contact layer 13 can be virtually eliminated. Therefore, when the GaN-based semiconductor laser operates, a current easily flows through these hetero interfaces, and the conductivity is improved. Thereby, the operating voltage of the GaN-based semiconductor laser can be significantly reduced. In addition, the life of the GaN-based semiconductor laser can be improved and the output can be increased by reducing the operating voltage.

【0036】次に、この発明の第2の実施形態によるG
aN系半導体レーザについて説明する。
Next, G according to the second embodiment of the present invention will be described.
The aN-based semiconductor laser will be described.

【0037】この第2の実施形態によるGaN系半導体
レーザにおいては、第1の実施形態によるGaN系半導
体レーザと同様に、n型GaNコンタクト層4とn型A
lGaNクラッド層6とのヘテロ界面にn型AlGaN
/GaN超格子層5が挿入されているとともに、p型A
lGaNクラッド層11とp型GaNコンタクト層13
とのヘテロ界面にp型AlGaN/GaN超格子層12
が挿入されているが、この場合、これらのn型AlGa
N/GaN超格子層5およびp型AlGaN/GaN超
格子層12はいずれもその井戸層および障壁層の厚さが
トンネル効果が起こる範囲に設定されている。具体的に
は、例えば、図6Aおよび図6Bに示すように、p型A
lGaN/GaN超格子層12は、トンネル効果が起こ
る厚さ、例えば50nm以下、好適には10nm以下の
厚さのp型AlGaN層とp型GaN層とが交互に8周
期積層され、各周期は一定になっている。また、例え
ば、図7Aおよび図7Bに示すように、n型AlGaN
/GaN超格子層5は、トンネル効果が起こる厚さ、例
えば50nm以下、好適には10nm以下の厚さのn型
AlGaN層とn型GaN層とが交互に8周期積層さ
れ、各周期は一定になっている。その他のことは第1の
実施形態と同様であるので、説明を省略する。
In the GaN-based semiconductor laser according to the second embodiment, similarly to the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment, the n-type GaN contact layer 4 and the n-type A
n-type AlGaN at the hetero interface with the lGaN cladding layer 6
/ GaN superlattice layer 5 is inserted and p-type A
lGaN cladding layer 11 and p-type GaN contact layer 13
P-type AlGaN / GaN superlattice layer 12
Are inserted, in this case, these n-type AlGa
In each of the N / GaN superlattice layer 5 and the p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12, the thicknesses of the well layers and the barrier layers are set in a range where a tunnel effect occurs. Specifically, for example, as shown in FIGS. 6A and 6B, p-type A
The lGaN / GaN superlattice layer 12 is formed by alternately stacking eight p-type AlGaN layers and eight p-type GaN layers having a thickness at which a tunnel effect occurs, for example, a thickness of 50 nm or less, preferably 10 nm or less. It is constant. For example, as shown in FIGS. 7A and 7B, n-type AlGaN
The / GaN superlattice layer 5 is formed by alternately laminating an n-type AlGaN layer and an n-type GaN layer having a thickness at which a tunnel effect occurs, for example, 50 nm or less, preferably 10 nm or less, at eight periods, and each period is constant. It has become. Other points are the same as those of the first embodiment, and the description is omitted.

【0038】この第2の実施形態によれば、第1の実施
形態と同様に、n型GaNコンタクト層4とn型AlG
aNクラッド層6とのヘテロ界面にn型AlGaN/G
aN超格子層5が挿入されているとともに、p型AlG
aNクラッド層11とp型GaNコンタクト層13との
ヘテロ界面にp型AlGaN/GaN超格子層12が挿
入されていることにより、n型GaNコンタクト層4と
n型AlGaNクラッド層6とのヘテロ界面に存在する
伝導帯の不連続およびp型AlGaNクラッド層11と
p型GaNコンタクト層13とのヘテロ界面に存在する
価電子帯の不連続をともに擬似的に消滅させることがで
きる。このため、GaN系半導体レーザの動作時にこれ
らのヘテロ界面を通って電流が流れやすくなり、伝導性
が向上する。これによって、GaN系半導体レーザの動
作電圧の大幅な低減を図ることができる。また、動作電
圧の低減により、GaN系半導体レーザの寿命の向上や
高出力化を図ることができる。
According to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the n-type GaN contact layer 4 and the n-type AlG
n-type AlGaN / G at the hetero interface with the aN cladding layer 6
aN superlattice layer 5 is inserted and p-type AlG
Since the p-type AlGaN / GaN superlattice layer 12 is inserted at the hetero interface between the aN cladding layer 11 and the p-type GaN contact layer 13, the hetero interface between the n-type GaN contact layer 4 and the n-type AlGaN cladding layer 6 is obtained. And the discontinuity of the valence band existing at the hetero interface between the p-type AlGaN cladding layer 11 and the p-type GaN contact layer 13 can be virtually eliminated. Therefore, when the GaN-based semiconductor laser operates, a current easily flows through these hetero interfaces, and the conductivity is improved. Thereby, the operating voltage of the GaN-based semiconductor laser can be significantly reduced. In addition, the life of the GaN-based semiconductor laser can be improved and the output can be increased by reducing the operating voltage.

【0039】次に、この発明の第3の実施形態によるG
aN系半導体レーザについて説明する。図8はこの第3
の実施形態によるGaN系半導体レーザを示す。
Next, G according to the third embodiment of the present invention will be described.
The aN-based semiconductor laser will be described. FIG. 8 shows this third
1 shows a GaN-based semiconductor laser according to the embodiment.

【0040】図8に示すように、この第3の実施形態に
よるGaN系半導体レーザにおいては、n型GaNコン
タクト層4とn型AlGaNクラッド層6とのヘテロ界
面にn型AlGaNグレーディッド層16が挿入されて
いるとともに、p型AlGaNクラッド層11とp型G
aNコンタクト層13とのヘテロ界面にp型AlGaN
グレーディッド層17が挿入されている。ここで、p型
AlGaNグレーディッド層17のAl組成は、p型A
lGaNクラッド層11からp型GaNコンタクト層1
3に向かう方向に、p型AlGaNクラッド層11のA
l組成(例えば、0.06)から0まで直線的に減少し
ている。したがって、図9Bに示すように、p型AlG
aNクラッド層11とp型GaNコンタクト層13との
価電子帯は、p型AlGaNグレーディッド層17を介
して、連続的に接続されている。また、n型AlGaN
グレーディッド層16のAl組成は、n型GaNコンタ
クト層4からn型AlGaNクラッド層6に向かう方向
に、0からn型AlGaNクラッド層6のAl組成(例
えば、0.06)まで直線的に増加している。したがっ
て、図10Bに示すように、n型GaNコンタクト層4
とn型AlGaNクラッド層6との価電子帯は、n型A
lGaNグレーディッド層17を介して、連続的に接続
されている。その他のことは第1の実施形態と同様であ
るので、説明を省略する。
As shown in FIG. 8, in the GaN-based semiconductor laser according to the third embodiment, an n-type AlGaN graded layer 16 is provided at a hetero interface between the n-type GaN contact layer 4 and the n-type AlGaN cladding layer 6. The p-type AlGaN cladding layer 11 and the p-type G
p-type AlGaN at the hetero interface with the aN contact layer 13
The graded layer 17 is inserted. Here, the Al composition of the p-type AlGaN graded layer 17 is p-type A
1GaN cladding layer 11 to p-type GaN contact layer 1
3, the p-type AlGaN cladding layer 11
It decreases linearly from 1 composition (for example, 0.06) to 0. Therefore, as shown in FIG. 9B, p-type AlG
The valence bands of the aN cladding layer 11 and the p-type GaN contact layer 13 are continuously connected via a p-type AlGaN graded layer 17. Also, n-type AlGaN
The Al composition of the graded layer 16 linearly increases from 0 to the Al composition (for example, 0.06) of the n-type AlGaN cladding layer 6 in the direction from the n-type GaN contact layer 4 to the n-type AlGaN cladding layer 6. are doing. Therefore, as shown in FIG. 10B, the n-type GaN contact layer 4
The valence band of the n-type AlGaN cladding layer 6 is n-type A
They are continuously connected via an lGaN graded layer 17. Other points are the same as those of the first embodiment, and the description is omitted.

【0041】以上のように、この第3の実施形態によれ
ば、n型GaNコンタクト層4とn型AlGaNクラッ
ド層6とのヘテロ界面にn型AlGaNグレーディッド
層16が挿入されているとともに、p型AlGaNクラ
ッド層11とp型GaNコンタクト層13とのヘテロ界
面にp型AlGaNグレーディッド層17が挿入されて
いることにより、n型GaNコンタクト層4とn型Al
GaNクラッド層6とのヘテロ界面に存在する伝導帯の
不連続およびp型AlGaNクラッド層11とp型Ga
Nコンタクト層13とのヘテロ界面に存在する価電子帯
の不連続をともに擬似的に消滅させることができる。こ
のため、GaN系半導体レーザの動作時にこれらのヘテ
ロ界面を通って電流が流れやすくなり、伝導性が向上す
る。これによって、GaN系半導体レーザの動作電圧の
大幅な低減を図ることができる。また、動作電圧の低減
により、GaN系半導体レーザの寿命の向上や高出力化
を図ることができる。
As described above, according to the third embodiment, the n-type AlGaN graded layer 16 is inserted at the hetero interface between the n-type GaN contact layer 4 and the n-type AlGaN cladding layer 6, and Since the p-type AlGaN graded layer 17 is inserted at the hetero interface between the p-type AlGaN cladding layer 11 and the p-type GaN contact layer 13, the n-type GaN contact layer 4 and the n-type Al
The discontinuity of the conduction band existing at the hetero interface with the GaN cladding layer 6 and the p-type AlGaN cladding layer 11 and the p-type Ga
The discontinuity of the valence band existing at the hetero interface with the N contact layer 13 can be pseudo-erased. Therefore, when the GaN-based semiconductor laser operates, a current easily flows through these hetero interfaces, and the conductivity is improved. Thereby, the operating voltage of the GaN-based semiconductor laser can be significantly reduced. In addition, the life of the GaN-based semiconductor laser can be improved and the output can be increased by reducing the operating voltage.

【0042】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
Although the embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

【0043】例えば、第1〜第3の実施形態において挙
げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあくまで
も例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構
造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
For example, the numerical values, structures, substrates, raw materials, processes, etc. described in the first to third embodiments are merely examples, and different numerical values, structures, substrates, raw materials, processes, etc. may be used as necessary. Or the like may be used.

【0044】具体的には、第1〜第3の実施形態におい
ては、この発明をSCH構造のGaN系半導体レーザに
適用した場合について説明したが、この発明は、DH
(Double Heterostructure)構造のGaN系半導体レー
ザに適用してもよいことは言うまでもなく、GaN系発
光ダイオードに適用してもよい。
More specifically, in the first to third embodiments, the case where the present invention is applied to a GaN-based semiconductor laser having an SCH structure has been described.
Needless to say, the present invention may be applied to a GaN-based semiconductor laser having a (Double Heterostructure) structure, and may be applied to a GaN-based light emitting diode.

【0045】また、第1〜第3の実施形態においては、
基板としてc面サファイア基板1を用いているが、一般
には、半導体装置または半導体発光素子の基板として
は、炭化ケイ素(SiC)、酸化亜鉛(ZnO)、スピ
ネル、ケイ素(Si)、ヒ化ガリウム(GaAs)など
からなるものを用いてもよい。
In the first to third embodiments,
Although a c-plane sapphire substrate 1 is used as a substrate, generally, as a substrate of a semiconductor device or a semiconductor light emitting element, silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), spinel, silicon (Si), gallium arsenide ( GaAs) or the like may be used.

【0046】また、窒化物系III−V族化合物半導体
層の成長には、MOCVD法以外の方法、例えば、ハラ
イド気相エピタキシャル成長法(塩化物気相エピタキシ
ャル成長法はその一種)またはハイドライド気相エピタ
キシャル成長法(ともに「HVPE法」と呼ばれ
る。)、分子線エピタキシー(MBE)法などを用いて
もよい。
The nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown by a method other than the MOCVD method, for example, a halide vapor phase epitaxial growth method (a chloride vapor phase epitaxial growth method is a kind) or a hydride vapor phase epitaxial growth method. (Both are referred to as “HVPE”), molecular beam epitaxy (MBE), or the like.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、互いに異なる二つの窒化物系III−V族化合物半
導体層が接し、バンド不連続が存在するヘテロ界面に、
そのバンド不連続を擬似的に消滅または低減する超格子
層または組成傾斜層が挿入されていることにより、その
ヘテロ界面を横切って電流が流れやすくなり、伝導性の
向上を図ることができ、特に半導体発光素子において
は、動作電圧の低減を図ることができ、寿命の向上や高
出力化を図ることができる。
As described above, according to the present invention, two different nitride-based III-V compound semiconductor layers are in contact with each other, and the hetero-interface at which band discontinuity exists exists.
By inserting a superlattice layer or a compositionally graded layer that pseudo-disappears or reduces the band discontinuity, current can easily flow across the hetero interface, and conductivity can be improved. In the semiconductor light emitting device, the operating voltage can be reduced, the life can be improved, and the output can be increased.

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

【図1】この発明の第1の実施形態によるGaN系半導
体レーザを示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a GaN-based semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施形態によるGaN系半導
体レーザの要部の断面図および価電子帯を示す略線図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention and a schematic diagram illustrating a valence band.

【図3】この発明の第1の実施形態によるGaN系半導
体レーザに順バイアスを印加したときの価電子帯を示す
略線図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a valence band when a forward bias is applied to the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention;

【図4】この発明の第1の実施形態によるGaN系半導
体レーザの要部の断面図および伝導帯を示す略線図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention and a schematic diagram showing a conduction band.

【図5】この発明の第1の実施形態によるGaN系半導
体レーザに順バイアスを印加したときの要部の伝導帯を
示す略線図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a conduction band of a main part when a forward bias is applied to the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention;

【図6】この発明の第2の実施形態によるGaN系半導
体レーザの要部の断面図および価電子帯を示す略線図で
ある。
FIG. 6 is a sectional view of a main part of a GaN-based semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention and a schematic diagram showing a valence band.

【図7】この発明の第2の実施形態によるGaN系半導
体レーザの要部の断面図および伝導帯を示す略線図であ
る。
7A and 7B are a cross-sectional view of a main part of a GaN-based semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention and a schematic diagram showing a conduction band.

【図8】この発明の第3の実施形態によるGaN系半導
体レーザを示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a GaN-based semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第3の実施形態によるGaN系半導
体レーザの要部の断面図および価電子帯を示す略線図で
ある。
FIG. 9 is a sectional view of a main part of a GaN-based semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention and a schematic diagram showing a valence band.

【図10】この発明の第3の実施形態によるGaN系半
導体レーザの要部の断面図および伝導帯を示す略線図で
ある。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part of a GaN-based semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention and a schematic diagram showing a conduction band.

【図11】従来のGaN系半導体レーザを示す断面図で
ある。
FIG. 11 is a sectional view showing a conventional GaN-based semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・c面サファイア基板、4・・・n型GaNコン
タクト層、5・・・n型AlGaN/GaN超格子層、
6・・・n型AlGaNクラッド層、7・・・n型Ga
N光導波層、8・・・活性層、9・・・p型AlGaN
キャップ層、10・・・p型GaN光導波層、11・・
・p型AlGaNクラッド層、12・・・p型AlGa
N/GaN超格子層、13・・・p型GaNコンタクト
層、14・・・p側電極、15・・・n側電極、16・
・・n型AlGaNグレーディッド層、17・・・p型
AlGaNグレーディッド層
1 ... c-plane sapphire substrate, 4 ... n-type GaN contact layer, 5 ... n-type AlGaN / GaN superlattice layer,
6 ... n-type AlGaN cladding layer, 7 ... n-type Ga
N optical waveguide layer, 8 ... active layer, 9 ... p-type AlGaN
Cap layer, 10 ... p-type GaN optical waveguide layer, 11 ...
-P-type AlGaN cladding layer, 12 ... p-type AlGa
N / GaN superlattice layer, 13 ... p-type GaN contact layer, 14 ... p-side electrode, 15 ... n-side electrode, 16 ...
..N-type AlGaN graded layer, 17 ... p-type AlGaN graded layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 昌夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA24 AA44 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA65 CB05 5F073 AA13 AA45 AA74 BA06 CA07 CB05 CB09 CB10 DA05 EA28 EA29  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Masao Ikeda 7-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo F-term in Sony Corporation (reference) 5F041 AA24 AA44 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA65 CB05 5F073 AA13 AA45 AA74 BA06 CA07 CB05 CB09 CB10 DA05 EA28 EA29

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに異なる二つの窒化物系III−V
族化合物半導体層が接し、バンド不連続が存在するヘテ
ロ界面を少なくとも一つ有する半導体装置において、 上記ヘテロ界面に、上記バンド不連続を擬似的に消滅ま
たは低減する超格子層が挿入されていることを特徴とす
る半導体装置。
1. Two different nitride-based III-Vs
In a semiconductor device having at least one heterointerface where a group compound semiconductor layer is in contact and a band discontinuity exists, a superlattice layer for pseudo-eliminating or reducing the band discontinuity is inserted in the heterointerface. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 上記超格子層は第1の窒化物系III−
V族化合物半導体層および第2の窒化物系III−V族
化合物半導体層が交互に積層された構造を有し、上記第
1の窒化物系III−V族化合物半導体層および上記第
2の窒化物系III−V族化合物半導体層の厚さはトン
ネル効果が起こる範囲に設定されていることを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置。
2. The superlattice layer is formed of a first nitride III-
It has a structure in which a group V compound semiconductor layer and a second nitride III-V compound semiconductor layer are alternately laminated, and the first nitride III-V compound semiconductor layer and the second nitride 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the compound III-V compound semiconductor layer is set in a range where a tunnel effect occurs.
【請求項3】 上記超格子層は第1の窒化物系III−
V族化合物半導体層および第2の窒化物系III−V族
化合物半導体層が交互に積層された構造を有し、上記超
格子層の井戸層の厚さは積層方向に単調に変化している
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
3. The superlattice layer is formed of a first nitride III-
It has a structure in which a group V compound semiconductor layer and a second nitride III-V compound semiconductor layer are alternately stacked, and the thickness of the well layer of the superlattice layer monotonically changes in the stacking direction. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 上記二つの窒化物系III−V族化合物
半導体層はBx1Aly1Gaz1In1-x1-y1-z1N層(ただ
し、0≦x1、y1、z1≦1、x1+y1+z1≦
1)およびBx2Aly2Gaz2In1-x2-y2-z2N層(ただ
し、0≦x2、y2、z2≦1、x2+y2+z2≦
1)からなり、上記超格子層はBx3Aly3Gaz3In
1-x3-y3-z3N層(ただし、0≦x3、y3、z3≦1、
x3+y3+z3≦1)およびBx4Aly4Gaz4In
1-x4-y4-z4N層(ただし、0≦x4、y4、z4≦1、
x4+y4+z4≦1)が交互に積層されたものからな
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
4. The two nitride III-V group compound semiconductor layers are B x1 Al y1 Gaz1 In 1-x1-y1-z1 N layers (where 0 ≦ x1, y1, z1 ≦ 1, x1 + y1 + z1 ≦).
1) and a B x2 Al y2 Gaz2 In 1-x2-y2-z2 N layer (where 0 ≦ x2, y2, z2 ≦ 1, x2 + y2 + z2 ≦)
1), wherein the superlattice layer is B x3 Al y3 Gaz3 In
1-x3-y3-z3 N layer (however, 0 ≦ x3, y3, z3 ≦ 1,
x3 + y3 + z3 ≦ 1) and B x4 Al y4 Ga z4 In
1-x4-y4-z4 N layer (however, 0 ≦ x4, y4, z4 ≦ 1,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein (x4 + y4 + z4 ≦ 1) are alternately stacked.
【請求項5】 上記Bx3Aly3Gaz3In1-x3-y3-z3
層および上記Bx4Aly4Gaz4In1-x4-y4-z4N層の厚
さはトンネル効果が起こる範囲に設定されていることを
特徴とする請求項4記載の半導体装置。
Wherein said B x3 Al y3 Ga z3 In 1 -x3-y3-z3 N
Layer and the B x4 Al y4 Ga z4 In 1 -x4-y4-z4 thickness of the N layer of the semiconductor device according to claim 4, characterized in that it is set in a range tunnel effect occurs.
【請求項6】 上記超格子層の井戸層の厚さは積層方向
に単調に変化していることを特徴とする請求項4記載の
半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 4, wherein the thickness of the well layer of the superlattice layer monotonically changes in the stacking direction.
【請求項7】 上記ヘテロ界面はAlGaN層とGaN
層とのヘテロ界面であることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。
7. The method according to claim 1, wherein the hetero interface comprises an AlGaN layer and GaN.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a hetero interface with a layer.
【請求項8】 互いに異なる二つの窒化物系III−V
族化合物半導体層が接し、バンド不連続が存在するヘテ
ロ界面を少なくとも一つ有する半導体装置において、 上記ヘテロ界面に、上記バンド不連続を擬似的に消滅ま
たは低減する組成傾斜層が挿入されていることを特徴と
する半導体装置。
8. Two different nitride systems III-V
In a semiconductor device having at least one heterointerface where a group compound semiconductor layer is in contact and a band discontinuity is present, a composition gradient layer that pseudo-eliminates or reduces the band discontinuity is inserted at the heterointerface. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項9】 上記二つの窒化物系III−V族化合物
半導体層はBx1Aly1Gaz1In1-x1-y1-z1N層(ただ
し、0≦x1、y1、z1≦1、x1+y1+z1≦
1)およびBx2Aly2Gaz2In1-x2-y2-z2N層(ただ
し、0≦x2、y2、z2≦1、x2+y2+z2≦
1)からなり、上記組成傾斜層はBx5Aly5Gaz5In
1-x5-y5-z5N層(ただし、0≦x5、y5、z5≦1、
x5+y5+z5≦1)からなることを特徴とする請求
項8記載の半導体装置。
9. The two nitride III-V group compound semiconductor layers are B x1 Al y1 Gaz1 In 1-x1-y1-z1 N layers (where 0 ≦ x1, y1, z1 ≦ 1, x1 + y1 + z1 ≦).
1) and a B x2 Al y2 Gaz2 In 1-x2-y2-z2 N layer (where 0 ≦ x2, y2, z2 ≦ 1, x2 + y2 + z2 ≦)
1), wherein the composition gradient layer is B x5 Al y5 Gaz5 In.
1-x5-y5-z5 N layer (however, 0 ≦ x5, y5, z5 ≦ 1,
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein x5 + y5 + z5 ≦ 1).
【請求項10】 上記ヘテロ界面はAlGaN層とGa
N層とのヘテロ界面であることを特徴とする請求項8記
載の半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the heterointerface is formed of an AlGaN layer and Ga.
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor device is a hetero interface with the N layer.
【請求項11】 互いに異なる二つの窒化物系III−
V族化合物半導体層が接し、バンド不連続が存在するヘ
テロ界面を少なくとも一つ有する半導体発光素子におい
て、 上記ヘテロ界面に、上記バンド不連続を擬似的に消滅ま
たは低減する超格子層が挿入されていることを特徴とす
る半導体発光素子。
11. Two different nitrides III-
In a semiconductor light emitting device having at least one heterointerface in which a group V compound semiconductor layer is in contact with and having a band discontinuity, a superlattice layer that pseudo-eliminates or reduces the band discontinuity is inserted into the heterointerface. A semiconductor light-emitting device.
【請求項12】 上記超格子層は第1の窒化物系III
−V族化合物半導体層および第2の窒化物系III−V
族化合物半導体層が交互に積層された構造を有し、上記
第1の窒化物系III−V族化合物半導体層および上記
第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の厚さはト
ンネル効果が起こる範囲に設定されていることを特徴と
する請求項11記載の半導体発光素子。
12. The superlattice layer is formed of a first nitride III
-V group compound semiconductor layer and second nitride III-V
The first nitride-based III-V compound semiconductor layer and the second nitride-based III-V compound semiconductor layer have a tunnel effect. 12. The semiconductor light-emitting device according to claim 11, wherein the range is set to occur.
【請求項13】 上記超格子層は第1の窒化物系III
−V族化合物半導体層および第2の窒化物系III−V
族化合物半導体層が交互に積層された構造を有し、上記
超格子層の井戸層の厚さは積層方向に単調に変化してい
ることを特徴とする請求項11記載の半導体発光素子。
13. The superlattice layer is formed of a first nitride III
-V group compound semiconductor layer and second nitride III-V
12. The semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the semiconductor light emitting device has a structure in which group compound semiconductor layers are alternately stacked, and the thickness of the well layer of the superlattice layer monotonically changes in the stacking direction.
【請求項14】 上記二つの窒化物系III−V族化合
物半導体層はBx1Aly1Gaz1In1-x1-y1-z1N層(た
だし、0≦x1、y1、z1≦1、x1+y1+z1≦
1)およびBx2Aly2Gaz2In1-x2-y2-z2N層(ただ
し、0≦x2、y2、z2≦1、x2+y2+z2≦
1)からなり、上記超格子層はBx3Aly3Gaz3In
1-x3-y3-z3N層(ただし、0≦x3、y3、z3≦1、
x3+y3+z3≦1)およびBx4Aly4Gaz4In
1-x4-y4-z4N層(ただし、0≦x4、y4、z4≦1、
x4+y4+z4≦1)が交互に積層されたものからな
ることを特徴とする請求項11記載の半導体発光素子。
14. The two nitride III-V compound semiconductor layers are B x1 Al y1 Gaz1 In 1-x1-y1-z1 N layers (where 0 ≦ x1, y1, z1 ≦ 1, x1 + y1 + z1 ≦).
1) and a B x2 Al y2 Gaz2 In 1-x2-y2-z2 N layer (where 0 ≦ x2, y2, z2 ≦ 1, x2 + y2 + z2 ≦)
1), wherein the superlattice layer is B x3 Al y3 Gaz3 In
1-x3-y3-z3 N layer (however, 0 ≦ x3, y3, z3 ≦ 1,
x3 + y3 + z3 ≦ 1) and B x4 Al y4 Ga z4 In
1-x4-y4-z4 N layer (however, 0 ≦ x4, y4, z4 ≦ 1,
12. The semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein (x4 + y4 + z4 ≦ 1) are alternately stacked.
【請求項15】 上記Bx3Aly3Gaz3In1-x3-y3-z3
N層および上記Bx4Aly4Gaz4In1-x4-y4-z4N層の
厚さはトンネル効果が起こる範囲に設定されていること
を特徴とする請求項14記載の半導体発光素子。
15. The B x3 Al y3 Gaz3 In 1-x3-y3-z3
N layer and the B x4 Al y4 Ga z4 In 1 -x4-y4-z4 thickness of the N layer is a semiconductor light emitting device according to claim 14, wherein it is set to a range where the tunnel effect occurs.
【請求項16】 上記超格子層の井戸層の厚さは積層方
向に単調に変化していることを特徴とする請求項14記
載の半導体発光素子。
16. The semiconductor light emitting device according to claim 14, wherein the thickness of the well layer of the superlattice layer monotonically changes in the laminating direction.
【請求項17】 上記ヘテロ界面はAlGaN層とGa
N層とのヘテロ界面であることを特徴とする請求項11
記載の半導体発光素子。
17. The method according to claim 17, wherein the hetero interface is formed of an AlGaN layer and Ga.
12. A hetero interface with an N layer.
The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
【請求項18】 p型AlGaNクラッド層とp型Ga
Nコンタクト層とが接した構造を有し、上記p型AlG
aNクラッド層と上記p型GaNコンタクト層とのヘテ
ロ界面にp型AlGaN層およびp型GaN層が交互に
積層された構造を有する上記超格子層が挿入されてお
り、上記p型AlGaN層および上記p型GaN層の厚
さはトンネル効果が起こる範囲に設定されていることを
特徴とする請求項11記載の半導体発光素子。
18. A p-type AlGaN cladding layer and a p-type Ga
Having a structure in contact with an N-contact layer;
The superlattice layer having a structure in which a p-type AlGaN layer and a p-type GaN layer are alternately stacked is inserted at a hetero interface between the aN clad layer and the p-type GaN contact layer, and the p-type AlGaN layer and the The semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the thickness of the p-type GaN layer is set in a range where a tunnel effect occurs.
【請求項19】 p型AlGaNクラッド層とp型Ga
Nコンタクト層とが接した構造を有し、上記p型AlG
aNクラッド層と上記p型GaNコンタクト層とのヘテ
ロ界面にp型AlGaN層およびp型GaN層が交互に
積層された構造を有する上記超格子層が挿入されてお
り、上記p型GaN層の厚さは上記p型AlGaNクラ
ッド層から上記p型GaNコンタクト層に向かって積層
方向に単調に増加していることを特徴とする請求項11
記載の半導体発光素子。
19. A p-type AlGaN cladding layer and a p-type Ga
Having a structure in contact with an N-contact layer;
The superlattice layer having a structure in which a p-type AlGaN layer and a p-type GaN layer are alternately stacked is inserted at a hetero interface between the aN clad layer and the p-type GaN contact layer, and the thickness of the p-type GaN layer is 12. The method according to claim 11, wherein the thickness monotonically increases in the stacking direction from the p-type AlGaN cladding layer toward the p-type GaN contact layer.
The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
【請求項20】 n型GaNコンタクト層とn型AlG
aNクラッド層とが接した構造を有し、上記n型GaN
コンタクト層と上記n型AlGaNクラッド層とのヘテ
ロ界面にn型AlGaN層およびn型GaN層が交互に
積層された構造を有する上記超格子層が挿入されてお
り、上記n型GaNコンタクト層および上記n型AlG
aNクラッド層の厚さはトンネル効果が起こる範囲に設
定されていることを特徴とする請求項11記載の半導体
発光素子。
20. An n-type GaN contact layer and an n-type AlG
an n-type GaN having a structure in contact with an aN cladding layer;
The superlattice layer having a structure in which an n-type AlGaN layer and an n-type GaN layer are alternately laminated is inserted at a hetero interface between the contact layer and the n-type AlGaN cladding layer, and the n-type GaN contact layer and the n-type AlG
The semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the thickness of the aN cladding layer is set in a range where a tunnel effect occurs.
【請求項21】 n型GaNコンタクト層とn型AlG
aNクラッド層とが接した構造を有し、上記n型GaN
コンタクト層と上記n型AlGaNクラッド層とのヘテ
ロ界面にn型AlGaN層およびn型GaN層が交互に
積層された構造を有する上記超格子層が挿入されてお
り、上記n型GaN層の厚さは上記n型GaNコンタク
ト層から上記n型AlGaNクラッド層に向かって積層
方向に単調に減少していることを特徴とする請求項11
記載の半導体発光素子。
21. An n-type GaN contact layer and an n-type AlG
an n-type GaN having a structure in contact with an aN cladding layer;
The superlattice layer having a structure in which an n-type AlGaN layer and an n-type GaN layer are alternately stacked is inserted at a hetero interface between the contact layer and the n-type AlGaN cladding layer, and the thickness of the n-type GaN layer is 12. The method according to claim 11, wherein monotonically decreases from the n-type GaN contact layer toward the n-type AlGaN cladding layer in the stacking direction.
The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
【請求項22】 互いに異なる二つの窒化物系III−
V族化合物半導体層が接し、バンド不連続が存在するヘ
テロ界面を少なくとも一つ有する半導体発光素子におい
て、 上記ヘテロ界面に、上記バンド不連続を擬似的に消滅ま
たは低減する組成傾斜層が挿入されていることを特徴と
する半導体発光素子。
22. Two different nitrides III-
In a semiconductor light emitting device having at least one heterointerface in which a group V compound semiconductor layer is in contact and a band discontinuity is present, a composition gradient layer that pseudo-eliminates or reduces the band discontinuity is inserted into the heterointerface. A semiconductor light-emitting device.
【請求項23】 上記二つの窒化物系III−V族化合
物半導体層はBx1Aly1Gaz1In1-x1-y1-z1N層(た
だし、0≦x1、y1、z1≦1、x1+y1+z1≦
1)およびBx2Aly2Gaz2In1-x2-y2-z2N層(ただ
し、0≦x2、y2、z2≦1、x2+y2+z2≦
1)からなり、上記組成傾斜層はBx5Aly5Gaz5In
1-x5-y5-z5N層(ただし、0≦x5、y5、z5≦1、
x5+y5+z5≦1)からなることを特徴とする請求
項22記載の半導体発光素子。
23. The two nitride III-V compound semiconductor layers are B x1 Al y1 Gaz1 In 1-x1-y1-z1 N layers (where 0 ≦ x1, y1, z1 ≦ 1, x1 + y1 + z1 ≦).
1) and a B x2 Al y2 Gaz2 In 1-x2-y2-z2 N layer (where 0 ≦ x2, y2, z2 ≦ 1, x2 + y2 + z2 ≦)
1), wherein the composition gradient layer is B x5 Al y5 Gaz5 In.
1-x5-y5-z5 N layer (however, 0 ≦ x5, y5, z5 ≦ 1,
23. The semiconductor light emitting device according to claim 22, wherein x5 + y5 + z5 ≦ 1).
【請求項24】 上記ヘテロ界面はAlGaN層とGa
N層とのヘテロ界面であることを特徴とする請求項22
記載の半導体発光素子。
24. The heterointerface according to claim 1, wherein the AlGaN layer and the Ga
23. A hetero interface with an N layer.
The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
【請求項25】 p型AlGaNクラッド層とp型Ga
Nコンタクト層とが接した構造を有し、上記p型AlG
aNクラッド層と上記p型GaNコンタクト層とのヘテ
ロ界面に上記p型AlGaNクラッド層の価電子帯と上
記p型GaNコンタクト層の価電子帯とを連続的に接続
するp型AlGaNからなる上記組成傾斜層が挿入され
ていることを特徴とする請求項22記載の半導体発光素
子。
25. A p-type AlGaN cladding layer and a p-type Ga
Having a structure in contact with an N-contact layer;
The above composition comprising p-type AlGaN which continuously connects a valence band of the p-type AlGaN cladding layer and a valence band of the p-type GaN contact layer at a hetero interface between the aN cladding layer and the p-type GaN contact layer. 23. The semiconductor light emitting device according to claim 22, wherein an inclined layer is inserted.
【請求項26】 n型GaNコンタクト層とn型AlG
aNクラッド層とが積層された構造を有し、上記n型G
aNコンタクト層と上記n型AlGaNクラッド層との
ヘテロ界面に上記n型GaNコンタクト層の伝導帯と上
記n型AlGaNクラッド層の伝導帯とを連続的に接続
するn型AlGaNからなる上記組成傾斜層が挿入され
ていることを特徴とする請求項22記載の半導体発光素
子。
26. An n-type GaN contact layer and an n-type AlG
aN clad layer, and the n-type G
The composition gradient layer of n-type AlGaN that continuously connects a conduction band of the n-type GaN contact layer and a conduction band of the n-type AlGaN cladding layer at a hetero interface between the aN contact layer and the n-type AlGaN cladding layer. 23. The semiconductor light emitting device according to claim 22, wherein is inserted.
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