JP2001119069A - Nitride semiconductor light emitting element - Google Patents
Nitride semiconductor light emitting elementInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】発光出力が高く、発光スペクトルの半値幅が狭
い窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】活性層(15)を量子井戸構造とする。活
性層(15)上に設けられるp型クラッド層96のう
ち、第1のp型クラッド層(96a)をアルミニウムと
ガリウムを含むp型窒化物半導体で形成し、第2のp型
クラッド層(96b)を同様のp型窒化物半導体である
が、第1のp型クラッド層(96b)よりもバンドギャ
ップの大きいもので形成する。
(57) [Problem] To provide a nitride semiconductor light emitting device having a high light emission output and a narrow half width of an emission spectrum. An active layer (15) has a quantum well structure. Among the p-type cladding layers 96 provided on the active layer (15), the first p-type cladding layer (96a) is formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium, and the second p-type cladding layer (96) is formed. 96b) is a similar p-type nitride semiconductor, but formed with a band gap larger than that of the first p-type cladding layer (96b).
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
(LED)、レーザダイオード(LD)等の半導体発光
素子に係り、特には、基板上に積層される半導体層構造
が窒化物半導体により構成される窒化物半導体発光素子
に発光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) and a laser diode (LD), and more particularly, a semiconductor layer structure formed on a substrate is made of a nitride semiconductor. The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a light emitting device.
【0002】[0002]
【従来の技術】紫外から赤色領域までの波長領域に発光
するLED、LD等の半導体発光素子の材料としてIn
GaN、AlGaN、GaN等の窒化物半導体が有望視
されている。現在、これら窒化物半導体材料で構成され
た青色LED、青緑色LEDが実用化され、ディスプレ
イ、信号等に用いられている。2. Description of the Related Art Indium is used as a material for semiconductor light emitting devices such as LEDs and LDs that emit light in the wavelength region from the ultraviolet to the red.
Promising are nitride semiconductors such as GaN, AlGaN, and GaN. At present, blue LEDs and blue-green LEDs made of these nitride semiconductor materials have been put to practical use and used for displays, signals and the like.
【0003】これらの青色、青緑色発光窒化物半導体L
ED素子は、ダブルヘテロ構造を有し、基本的には、基
板の上に、n型GaNよりなるn型コンタクト層と、n
型AlGaNよりなるn型クラッド層と、n型InGa
Nよりなる活性層と、p型AlGaNよりなるp型クラ
ッド層と、p型GaNよりなるp型コンタクト層とが順
次積層された構造を有している。活性層には、Si、G
e等のドナー不純物および/またはZn、Mg等のアク
セプター不純物がドープされている。このLED素子の
発光波長は、活性層を構成するInGaNのInの比率
を変えるか、または活性層にドープする不純物の種類を
変えることにより、紫外から赤色領域まで変化させるこ
とができる。[0003] These blue and blue-green light emitting nitride semiconductors L
The ED element has a double hetero structure, and basically has an n-type contact layer made of n-type GaN,
N-type cladding layer made of n-type AlGaN and n-type InGa
It has a structure in which an active layer made of N, a p-type clad layer made of p-type AlGaN, and a p-type contact layer made of p-type GaN are sequentially stacked. For the active layer, Si, G
A donor impurity such as e and / or an acceptor impurity such as Zn and Mg are doped. The emission wavelength of this LED element can be changed from the ultraviolet region to the red region by changing the ratio of In in InGaN constituting the active layer or by changing the type of impurities doped into the active layer.
【0004】他方、LD素子については、従来より種々
の構造が提案されている。例えば特開平6−21511
号公報には、分離閉じ込め型のLD素子が開示されてい
る。このLD素子は、InGaNよりなる膜厚100オ
ングストローム以下の活性層をn型GaN層とp型Ga
N層とにより挟持し、さらにn型GaN層およびp型G
aN層のそれぞれの上にp型AlGaN層およびn型A
lGaN層を設けた構造を有する。この素子において、
AlGaN層が光閉じ込め層として作用している。On the other hand, various structures have conventionally been proposed for LD elements. For example, JP-A-6-21511
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 10-125605 discloses a separate confinement type LD element. In this LD device, an active layer made of InGaN and having a thickness of 100 Å or less is formed of an n-type GaN layer and a p-type Ga
N-type GaN layer and p-type G layer.
a p-type AlGaN layer and an n-type A
It has a structure provided with an lGaN layer. In this element,
The AlGaN layer functions as a light confinement layer.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体LED素
子については、上に述べたようなダブルへテロ構造が実
現されたことにより、発光出力は実用レベルまで向上す
るに至っている。しかしながら、LED素子であっても
さらに高い発光出力を示す素子が望ましいばかりでな
く、従来のLED素子においては、活性層(発光層)に
不純物がドープされているために、発光スペクトルの半
値幅が広くなるきらいがある。発光スペクトルの半値幅
が広いと、その発光色は白色味を帯びて見えるので、そ
のようなLED素子を用いて例えばフルカラーディスプ
レイを作製した際には、そのカラーディスプレイの色再
現領域が狭くなることとなる。As for the nitride semiconductor LED device, the light emission output has been improved to a practical level by realizing the double hetero structure as described above. However, it is not only desirable that an LED element exhibit a higher emission output, but also in a conventional LED element, the active layer (light emitting layer) is doped with impurities, so that the half width of the emission spectrum is reduced. There is a tendency to be wide. If the half-width of the emission spectrum is wide, the emission color looks white, so when a full-color display is manufactured using such an LED element, for example, the color reproduction area of the color display is narrowed. Becomes
【0006】他方、窒化物半導体LD素子は、前記特開
平6−21511号公報に記載されているように、ノン
ドープのInGaNで形成された活性層を有するダブル
へテロ構造により、理論的には、実現可能であるが、実
際にはそのLD素子は発振するには至っていない。特に
この公報に記載されているように、活性層を量子井戸構
造とすることにより、発光出力が大幅に向上するはずで
あるが、前述のように、実際はレーザ発振するに至って
いない。On the other hand, a nitride semiconductor LD element has a double hetero structure having an active layer formed of non-doped InGaN, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-21511. Although it is feasible, the LD element has not actually oscillated. In particular, as described in this publication, when the active layer has a quantum well structure, the light emission output should be greatly improved. However, as described above, laser oscillation does not actually occur.
【0007】従って、本発明は、LED素子に適用した
場合には、発光出力が高く、発光スペクトルの半値幅が
狭いLED素子を実現でき、またLD素子に適用した場
合には、現実のレーザ発振を行えるLD素子を実現でき
る新規な構造の窒化物半導体発光素子を提供することを
課題とする。Therefore, when the present invention is applied to an LED element, it is possible to realize an LED element having a high emission output and a narrow half-width of an emission spectrum. It is an object of the present invention to provide a nitride semiconductor light emitting device having a novel structure that can realize an LD device capable of performing the above.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、活性層を
p型半導体層とn型半導体層で挟持した構造の窒化物半
導体発光素子について鋭意研究した結果、活性層をIn
GaNで形成するとともに、これを量子井戸構造(単一
量子井戸および多重量子井戸構造の双方を含む)とする
ことによって当該活性層からの発光をInGaNのバン
ド間発光に基づくものとすることができ、もって半値幅
の狭い発光を得ることができること、および特定のp型
層またはn型層を当該活性層に接して設けることによっ
て、高い発光出力を示すおよび/または現実のレーザ発
振を行える窒化物半導体発光素子が得られることを見い
だした。これらの知見に基づいてさらに研究を進め、本
発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies on a nitride semiconductor light emitting device having a structure in which an active layer is sandwiched between a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer.
By forming the active layer from GaN and making it a quantum well structure (including both a single quantum well structure and a multiple quantum well structure), the light emission from the active layer can be based on the interband emission of InGaN. A nitride capable of providing high emission output and / or real laser oscillation by providing light emission with a narrow half-value width and providing a specific p-type layer or n-type layer in contact with the active layer It has been found that a semiconductor light emitting device can be obtained. Further research was conducted based on these findings, and the present invention was completed.
【0009】より具体的には、本発明の第1の側面によ
れば、第1の主面および第2の主面を有し、かつインジ
ウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井
戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられた
n型窒化物半導体層、および第2の主面上に設けられた
p型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該
n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面に接して
設けられ、かつアルミニウムを含まないn型の窒化物半
導体よりなる第1のn型クラッド層を含み、該p型窒化
物半導体層は、アルミニウムとガリウムとを含むp型の
窒化物半導体よりなる第2のp型クラッド層を含み、さ
らに該第1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位
置に形成されたn型GaNよりなるn型コンタクト層を
含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供され
る。More specifically, according to a first aspect of the present invention, a quantum well having a first main surface and a second main surface and including a nitride semiconductor containing indium and gallium A semiconductor laminated structure having an active layer having a structure, an n-type nitride semiconductor layer provided on a first main surface of the active layer, and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface. The n-type nitride semiconductor layer includes a first n-type cladding layer provided in contact with a first main surface of the active layer and made of an n-type nitride semiconductor not containing aluminum; The n-type nitride semiconductor layer includes a second p-type cladding layer made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium, and is formed at a position further away from the active layer than the first n-type cladding layer. Including an n-type contact layer made of n-type GaN. That the nitride semiconductor light emitting device is provided.
【0010】また、本発明の第2の側面によれば、第1
の主面および第2の主面を有し、かつインジウムとガリ
ウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活
性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物
半導体層、および第2の主面上に設けられたp型窒化物
半導体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物
半導体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、
かつアルミニウムを含まないn型の窒化物半導体よりな
る第1のn型クラッド層を含み、該p型窒化物半導体層
は、アルミニウムとガリウムとを含むp型の窒化物半導
体よりなる第2のp型クラッド層を含み、さらに該第2
のp型クラッド層よりも活性層から離れた位置に形成さ
れたp型GaNよりなるp型コンタクト層を含むことを
特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。According to a second aspect of the present invention, the first aspect
An active layer having a quantum well structure including a nitride semiconductor containing indium and gallium, and an n-type nitride provided on the first main surface of the active layer. A semiconductor laminated structure having a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface, the n-type nitride semiconductor layer being in contact with a first main surface of the active layer. Provided,
And a first n-type cladding layer made of an n-type nitride semiconductor not containing aluminum, wherein the p-type nitride semiconductor layer is made of a second p-type nitride semiconductor made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. A mold clad layer, and the second
And a p-type contact layer made of p-type GaN formed at a position farther from the active layer than the p-type cladding layer.
【0011】上記第1または第2の側面において、活性
層と第1のn型クラッド層とは、合計で300オングス
トローム以上の厚さを有することができる。また、n型
窒化物半導体層は、第1のn型クラッド層よりも活性層
から離れた位置に形成され、かつアルミニウムとガリウ
ムとを含むn型の窒化物半導体よりなる第2のn型クラ
ッド層をさらに含むことができる。さらに、p型窒化物
半導体層は、活性層と第2のp型クラッド層との間に設
けられ、かつアルミニウムを含まないp型の窒化物半導
体よりなる第1のp型クラッド層を含むことができる。
さらにまた、活性層と第1のn型クラッド層と第1のp
型クラッド層とは、合計で300オングストローム以上
の厚さを有することができる。In the first or second aspect, the active layer and the first n-type cladding layer may have a total thickness of 300 Å or more. The n-type nitride semiconductor layer is formed at a position farther from the active layer than the first n-type clad layer, and is formed of an n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. Layers may be further included. Further, the p-type nitride semiconductor layer includes a first p-type clad layer provided between the active layer and the second p-type clad layer and made of a p-type nitride semiconductor not containing aluminum. Can be.
Furthermore, the active layer, the first n-type cladding layer and the first p-type
The mold cladding layer can have a total thickness of 300 Å or more.
【0012】本発明の第3の側面によれば、第1および
第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒
化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層
の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、およ
び該活性層の第2の主面上に設けられたp型窒化物半導
体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半導
体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつ
インジウムとガリウムを含むn型窒化物半導体またはn
型GaNよりなる第1のn型クラッド層と、該第1のn
型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、
該第1のn型クラッド層よりも大きなバンドギャップを
有する第2のn型クラッド層とを含み、さらに、該p型
窒化物半導体は、p型GaNよりなるp型コンタクト層
を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供さ
れる。According to a third aspect of the present invention, there is provided an active layer having a quantum well structure having first and second main surfaces and including a nitride semiconductor containing indium and gallium. A semiconductor multilayer structure having an n-type nitride semiconductor layer provided on a first main surface of the semiconductor device and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface of the active layer; The semiconductor layer is provided in contact with the first main surface of the active layer, and includes an n-type nitride semiconductor containing indium and gallium or an n-type nitride semiconductor.
A first n-type cladding layer made of n-type GaN;
It is provided at a position farther from the active layer than the mold cladding layer,
A second n-type cladding layer having a larger band gap than the first n-type cladding layer, and the p-type nitride semiconductor further includes a p-type contact layer made of p-type GaN. Is provided.
【0013】上記第3の側面において、第1のn型クラ
ッド層は、10オングストローム以上、1.0μm以下
の厚さを有することが好ましい。In the third aspect, the first n-type cladding layer preferably has a thickness of 10 Å to 1.0 μm.
【0014】本発明の第4の側面によれば、第1の主面
および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムと
を含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、
該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体
層、および第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体
層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半導体
層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつイ
ンジウムとガリウムとを含むn型窒化物半導体またはn
型GaNまたはよりなる第1のn型クラッド層と、該第
1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設け
られ、かつn型GaNまたはアルミニウムとガリウムと
を含むn型窒化物半導体よりなる第2のn型クラッド層
とを含み、該p型窒化物半導体層は、該活性層の第2の
主面に接して設けられ、かつアルミニウムとガリウムと
を含むp型窒化物半導体よりなる第1のp型クラッド層
を含み、該第1のp型クラッド層は、10オングストロ
ーム以上、1.0μm以下の厚さを有することを特徴と
する窒化物半導体発光素子が提供される。According to a fourth aspect of the present invention, an active layer having a quantum well structure having a first main surface and a second main surface and including a nitride semiconductor containing indium and gallium,
A semiconductor laminated structure having an n-type nitride semiconductor layer provided on a first main surface of the active layer and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface; The semiconductor layer is provided in contact with the first main surface of the active layer, and includes an n-type nitride semiconductor containing indium and gallium or an n-type nitride semiconductor.
-Type GaN or a first n-type cladding layer, and an n-type nitride semiconductor provided at a position further away from the active layer than the first n-type cladding layer and containing n-type GaN or aluminum and gallium A second n-type cladding layer comprising: a first n-type cladding layer, wherein the p-type nitride semiconductor layer is provided in contact with a second main surface of the active layer, and comprises a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. A first p-type cladding layer, wherein the first p-type cladding layer has a thickness of not less than 10 Å and not more than 1.0 μm.
【0015】また、本発明の第5の側面によれば、第1
および第2の主面を有し、インジウムとガリウムとを含
む窒化物半導体よりなる量子井戸構造の活性層、該活性
層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、お
よび該活性層の第2の主面上に設けられたp型窒化物半
導体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半
導体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、か
つインジウムとガリウムとを含むn型窒化物半導体また
はn型GaNよりなる第1のn型クラッド層を含み、該
p型窒化物半導体層は、該活性層の第2の主面に接して
形成され、かつアルミニウムとガリウムを含むp型窒化
物半導体よりなる第1のp型層、および該第1のp型層
よりも活性層から離れた位置に設けられたp型GaNよ
りなる第2のp型層を含むことを特徴とする窒化物半導
体発光素子が提供される。According to a fifth aspect of the present invention, the first
An active layer having a quantum well structure having a second main surface and made of a nitride semiconductor containing indium and gallium; an n-type nitride semiconductor layer provided on a first main surface of the active layer; A semiconductor laminated structure having a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface of the active layer, wherein the n-type nitride semiconductor layer is provided in contact with the first main surface of the active layer A first n-type cladding layer made of n-type nitride semiconductor or n-type GaN containing indium and gallium, wherein the p-type nitride semiconductor layer is in contact with a second main surface of the active layer. A first p-type layer formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium, and a first p-type GaN layer provided at a position further away from the active layer than the first p-type layer. Provided is a nitride semiconductor light emitting device comprising two p-type layers It is.
【0016】本発明において、活性層は、厚さ100オ
ングストローム以下の井戸層からなる単一量子井戸構造
を構成するか、またはインジウムおよびガリウムを含む
窒化物半導体よりなる井戸層と窒化物半導体よりなる障
壁層とを積層してなる多重量子井戸構造を構成すること
ができる。In the present invention, the active layer forms a single quantum well structure composed of a well layer having a thickness of 100 Å or less, or a well layer composed of a nitride semiconductor containing indium and gallium and a nitride semiconductor. A multiple quantum well structure can be formed by stacking the barrier layer and the barrier layer.
【0017】本発明において、活性層は、ノンドープの
ものであることが好ましい。In the present invention, the active layer is preferably non-doped.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。なお、全図に渡り、しばしば、同
様の部分は、同一符号をもって示されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that, throughout the drawings, similar parts are often denoted by the same reference numerals.
【0019】図1は、本発明による窒化物半導体発光素
子の一形態の構造を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【0020】図1に示す窒化物半導体発光素子10は、
活性層15、並びに活性層15を両側で挟んでいる第1
のn型クラッド層14およびp型クラッド層16からな
る半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、バ
ッファ層12およびn型コンタクト層13を介して、基
板11上に設けられている。The nitride semiconductor light emitting device 10 shown in FIG.
The active layer 15 and the first layer sandwiching the active layer 15 on both sides
Has a semiconductor laminated structure including the n-type cladding layer 14 and the p-type cladding layer 16. This semiconductor laminated structure is provided on a substrate 11 via a buffer layer 12 and an n-type contact layer 13.
【0021】活性層15は、インジウムとガリウムとを
含む窒化物半導体を包含する。インジウムとガリウムを
含む窒化物半導体は、Inm Aln Ga1-m-n N(ここ
で、0<m<1、0≦n<1、m+n=1)で示すこと
ができる。最も好ましくは、活性層15は、式Inm G
a1-m N(ここで、0<m<1)で示される窒化物半導
体を包含する。インジウムの比率、すなわち各式におけ
るmの値を変えることにより、紫外から赤色までの領域
の発光光を得るようにバンドギャップを変えることがで
きる。なお、以下の記載において、式Inm Ga1-m N
(ここで、0<m<1)または同等の式をもって表され
る窒化物半導体を単にInGaNと表示することがあ
る。The active layer 15 includes a nitride semiconductor containing indium and gallium. A nitride semiconductor containing indium and gallium can be represented by In m Al n Ga 1-mn N (where 0 <m <1, 0 ≦ n <1, and m + n = 1). Most preferably, the active layer 15 is of the formula In m G
a 1-m N (here, 0 <m <1) is included. By changing the ratio of indium, that is, the value of m in each formula, the band gap can be changed so as to obtain light emission in the region from ultraviolet to red. In the following description, the formula In m Ga 1-m N
(Here, a nitride semiconductor represented by 0 <m <1) or an equivalent formula may be simply referred to as InGaN.
【0022】活性層15は、量子井戸構造のものであ
る。活性層15を量子井戸構造にすることにより、LE
D素子であれ、LD素子であれ、歪量子井戸効果、エキ
シトン発光効果等により、高出力の発光素子が実現でき
る。The active layer 15 has a quantum well structure. By making the active layer 15 a quantum well structure, LE
A high-output light-emitting element can be realized by a strained quantum well effect, an exciton light-emitting effect, or the like, whether it is a D element or an LD element.
【0023】本発明において、量子井戸構造とは、活性
層を構成する窒化物半導体(InGaN)の量子準位間
発光を生じさせる構造をいい、単一量子井戸構造および
多重量子井戸構造の双方を含む概念である。In the present invention, the term “quantum well structure” refers to a structure in which light emission between quantum levels of a nitride semiconductor (InGaN) constituting an active layer is generated, and both a single quantum well structure and a multiple quantum well structure are used. It is a concept that includes.
【0024】単一量子井戸構造とは、井戸層が単一組成
の窒化物半導体の一層からなる構造を指す。すなわち、
単一量子井戸構造の活性層は、単一の井戸層だけで構成
され、この活性層(すなわち、例えば、単一組成のIn
GaNからなる)を両側で挟持する2つのクラッド層が
障壁層を構成することとなる。The single quantum well structure refers to a structure in which the well layer is composed of a single layer of a nitride semiconductor having a single composition. That is,
An active layer having a single quantum well structure is composed of only a single well layer.
Two cladding layers sandwiching GaN) on both sides constitute a barrier layer.
【0025】また、多重量子井戸構造とは、井戸層と障
壁層とを順次積層した多層膜構造を指す。多重量子井戸
構造の最少積層構造は、1つの障壁層とこの障壁層の両
側に設けられた(2つの)井戸層とからなる3層構造ま
たは1つの井戸層とその両側に設けられた(2つの)障
壁層とからなる3層構造であり得る。多重量子井戸構造
において、両側の2つ最外層は、それぞれ井戸層または
障壁層により構成される。活性層の2つ最外層がそれぞ
れ井戸層によって構成される多重量子井戸構造の場合に
は、当該活性層を両側で挟持する2つのクラッド層が障
壁層を構成する。この多重量子井戸構造の活性層におい
て、井戸層および障壁層は、両者をインジウムとガリウ
ムを含む窒化物半導体(好ましくはInGaN)で形成
することができる(ただし、両者の組成は異なる)が、
井戸層をインジウムとガリウムを含む窒化物半導体(好
ましくは、InGaN)で形成し、障壁層を他の窒化物
半導体で、例えばInNやGaNで形成することもでき
る。すなわち、この多重量子井戸構造の活性層も、イン
ジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する。The multiple quantum well structure refers to a multilayer structure in which well layers and barrier layers are sequentially stacked. The minimum stacked structure of the multiple quantum well structure is a three-layer structure including one barrier layer and (two) well layers provided on both sides of the barrier layer, or a single well layer and provided on both sides thereof (2 And three barrier layers. In the multiple quantum well structure, the two outermost layers on both sides are respectively constituted by a well layer or a barrier layer. In the case of a multiple quantum well structure in which the two outermost layers of the active layer are each constituted by a well layer, two cladding layers sandwiching the active layer on both sides constitute a barrier layer. In the active layer having the multiple quantum well structure, both the well layer and the barrier layer can be formed of a nitride semiconductor containing indium and gallium (preferably, InGaN) (although the compositions of the two are different).
The well layer may be formed of a nitride semiconductor containing indium and gallium (preferably, InGaN), and the barrier layer may be formed of another nitride semiconductor, for example, InN or GaN. That is, the active layer having the multiple quantum well structure also includes a nitride semiconductor containing indium and gallium.
【0026】活性層15は、単一量子井戸構造の場合で
は井戸層を100オングストローム以下の厚さに形成
し、多重量子井戸構造の場合では各井戸層を100オン
グストローム以下の厚さにかつ各障壁層を150オング
ストローム以下の厚さに形成することが好ましい。いず
れの場合でも、井戸層は70オングストローム以下の厚
さを有することがさらに好ましく、50オングストロー
ム以下の厚さを有することが最も好ましい。活性層中の
障壁層は、100オングストローム以下の厚さに形成す
ることがさらに好ましい。多重量子井戸構造の活性層
は、200オングストローム以上の厚さを有することが
特に好ましく、通常、0.5μmまでの厚さを有し得
る。In the case of a single quantum well structure, the active layer 15 is formed with a well layer having a thickness of 100 angstroms or less, and in the case of a multiple quantum well structure, each well layer is formed with a thickness of 100 angstroms or less and each barrier layer is formed. Preferably, the layer is formed to a thickness of no more than 150 angstroms. In any case, the well layer preferably has a thickness of 70 angstroms or less, and most preferably has a thickness of 50 angstroms or less. More preferably, the barrier layer in the active layer is formed to a thickness of 100 Å or less. It is particularly preferred that the active layer of the multiple quantum well structure has a thickness of 200 Angstroms or more, and can typically have a thickness of up to 0.5 μm.
【0027】単一量子井戸構造、多重量子井戸構造いず
れの活性層15においても、活性層はn型、p型いずれ
でもよいが、特にノンドープ(不純物無添加)とするこ
とにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発光、ある
いは量子井戸準位発光が得られるので、特に好ましい。In either the single quantum well structure or the multiple quantum well structure active layer 15, the active layer may be either n-type or p-type. Inter luminescence, exciton luminescence, or quantum well level luminescence is particularly preferred.
【0028】活性層15にドナー不純物および/または
アクセプター不純物をドープする場合、当該不純物をド
ープした活性層の結晶性がノンドープの活性層の結晶性
と実質的に同じであれば、ドナー不純物をドープした活
性層は、ノンドープの活性層よりもバンド間発光強度が
さらに強くなり得、他方、アクセプター不純物をドープ
した活性層は、本来のバンド間発光のピーク波長よりも
約0.5eV低エネルギー側にシフトした発光ピーク波
長を示すが、半値幅は広くなる傾向にある。また、アク
セプター不純物とドナー不純物の双方をドープすると、
アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強度を
さらに増大させることができる。特にアクセプター不純
物をドープした活性層を得ようとする場合、活性層の導
電型はSi等のドナー不純物をもドープしてn型とする
ことが好ましい。When the active layer 15 is doped with a donor impurity and / or an acceptor impurity, if the crystallinity of the active layer doped with the impurity is substantially the same as that of the non-doped active layer, the donor impurity is doped. The active layer thus doped can have a higher inter-band emission intensity than the non-doped active layer, while the active layer doped with the acceptor impurity has an energy lower by about 0.5 eV than the peak wavelength of the original inter-band emission. Although the shifted emission peak wavelength is shown, the half width tends to be wide. When doping both the acceptor impurity and the donor impurity,
The emission intensity of the active layer doped only with the acceptor impurity can be further increased. In particular, when an active layer doped with an acceptor impurity is to be obtained, the conductivity type of the active layer is preferably made n-type by doping also a donor impurity such as Si.
【0029】しかしながら、本発明においては、活性層
はバンド間発光により強力に発光するのが理想であるの
で、活性層15には不純物をドープしないことが最も好
ましい。また、ノンドープの活性層を有する発光素子
は、不純物をドープした活性層を有する発光素子よりも
Vf(順方向電圧)を低くすることができる。However, in the present invention, since it is ideal that the active layer emits light strongly by inter-band light emission, it is most preferable that the active layer 15 is not doped with impurities. Further, a light-emitting element having a non-doped active layer can have a lower Vf (forward voltage) than a light-emitting element having an active layer doped with impurities.
【0030】活性層15の第1の主面に接して設けられ
ている第1のn型クラッド層14は、インジウムとガリ
ウムとを含むn型の窒化物半導体で形成される。Inと
Gaを含む窒化物半導体は、結晶が比較的柔らかいの
で、いわばバッファ層として作用し、以下にも述べるよ
うに、活性層15およびそれ自体に、あるいはその上に
形成され得る他の窒化物半導体層にクラックを生じにく
くさせてそれらの結晶性を悪化させず、もって発光素子
の発光出力を向上させる。第1のn型クラッド層14
は、n型Inj Ga1-j N(0<j<1)で形成するこ
とが望ましい。このInj Ga1-j Nにおいて、jの値
は、0<j≦0.5の範囲内にあることが好ましい。一
般にInGaNは、Inの比率を多くするに従い、結晶
性が次第に悪くなる傾向にあり、n型クラッド層として
当該発光素子に実用的に発光出力の高い発光を行わせる
ためには、j値が0.5以下であることが好ましいので
ある。j値は、さらに好ましくは0<j≦0.3、最も
好ましくは0<j≦0.2の範囲内にある。The first n-type cladding layer 14 provided in contact with the first main surface of the active layer 15 is formed of an n-type nitride semiconductor containing indium and gallium. Since the nitride semiconductor containing In and Ga has a relatively soft crystal, it acts as a so-called buffer layer, and as described below, other nitrides that can be formed on the active layer 15 and itself or on it. Cracks are less likely to occur in the semiconductor layer, and the crystallinity thereof is not deteriorated, so that the light emitting output of the light emitting element is improved. First n-type cladding layer 14
Is preferably formed by n-type In j Ga 1-j N ( 0 <j <1). In this In j Ga 1 -jN, the value of j is preferably in the range of 0 <j ≦ 0.5. In general, InGaN tends to gradually deteriorate in crystallinity as the ratio of In increases, and in order for the light emitting device to emit light with a high light output practically as an n-type cladding layer, the j value is 0. It is preferably not more than 0.5. The j value is more preferably in the range 0 <j ≦ 0.3, most preferably 0 <j ≦ 0.2.
【0031】また、第1のn型クラッド層14のキャリ
ア濃度は、1×1018/cm3 〜1×1020/cm3 の
範囲内にあることが望ましい。n型クラッド層14中の
キャリア濃度が1×1018/cm3 よりも少ないと活性
層15への電子注入効率が低下し、発光出力が低下する
傾向にあり、他方n型クラッド層14中のキャリア濃度
が1×1020/cm3 よりも大きいと第1のn型クラッ
ド層の結晶性が悪くなり、発光出力が低下する傾向にあ
るからである。The carrier concentration of the first n-type cladding layer 14 is desirably in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 . If the carrier concentration in the n-type cladding layer 14 is less than 1 × 10 18 / cm 3, the efficiency of electron injection into the active layer 15 tends to decrease, and the light emission output tends to decrease. This is because if the carrier concentration is higher than 1 × 10 20 / cm 3 , the crystallinity of the first n-type cladding layer becomes poor, and the light emission output tends to decrease.
【0032】第1のn型クラッド層14は、その厚さに
特に制限はないが、活性層15と第1のn型クラッド層
14とは、合計で、300オングストローム以上の厚さ
を有することが望ましい。InとGaとを含む窒化物半
導体層(活性層+第1のn型クラッド層)の総厚が30
0オングストロームよりも薄いと、活性層15および第
1のn型クラッド層14に、さらには第1のn型クラッ
ド層に接して設けられる別の窒化物半導体層に、格子定
数不整、熱膨張率の差等によりそれらの界面に存在し得
る歪応力によって、クラックが生じやすくなるからであ
る。上にも述べたように、InとGaを含む窒化物半導
体は、その結晶が比較的柔らかいので、この応力を緩和
させるのに有益であるが、その総厚を300オングスト
ローム以上の厚さに形成することにより、当該応力をよ
り一層緩和させるようになる。この総厚は、1μm以下
であることが好ましい。Although the thickness of the first n-type cladding layer 14 is not particularly limited, the total thickness of the active layer 15 and the first n-type cladding layer 14 is 300 Å or more. Is desirable. The total thickness of the nitride semiconductor layer containing In and Ga (active layer + first n-type cladding layer) is 30
If the thickness is smaller than 0 Å, the lattice constant irregularity and the coefficient of thermal expansion of the active layer 15 and the first n-type cladding layer 14, and further another nitride semiconductor layer provided in contact with the first n-type cladding layer, are reduced. This is because cracks are likely to occur due to strain stress that may be present at the interface due to the difference between them. As described above, the nitride semiconductor containing In and Ga is useful for relieving this stress because the crystal is relatively soft, but the total thickness is formed to be 300 Å or more. By doing so, the stress is further alleviated. This total thickness is preferably 1 μm or less.
【0033】活性層15の第2の主面に接して形成され
ているp型クラッド層16は、p型窒化物半導体で形成
される。そのような窒化物半導体は、式Ins Alt G
a1- s-t N(ここで、0≦s、0≦t、s+t≦1)で
示すことができる。The p-type cladding layer 16 formed in contact with the second main surface of the active layer 15 is formed of a p-type nitride semiconductor. Such a nitride semiconductor has the formula In s Al t G
a 1- st N (where 0 ≦ s, 0 ≦ t, s + t ≦ 1).
【0034】基板11は、サファイア(C面、R面、A
面を含む)、SiC(6H−SiC、4H−SiCを含
む。)、Si、ZnO、GaAs、スピネル(MgAl
2 O4 、特にその(111)面)、GaN、窒化物半導
体と格子定数の近い酸化物単結晶等で形成することがで
きるが、一般的には、サファイア、スピネル、GaNま
たはSiCが使用される。The substrate 11 is made of sapphire (C-plane, R-plane, A-plane).
Surface, SiC (including 6H-SiC and 4H-SiC), Si, ZnO, GaAs, spinel (MgAl
2 O 4, especially its (111) plane, can be formed of GaN, an oxide single crystal having a lattice constant close to that of a nitride semiconductor, or the like. Generally, sapphire, spinel, GaN or SiC is used. .
【0035】基板11上に形成されているバッファ層1
2は、基板11とその上に形成される窒化物半導体層と
の格子不整合を緩和するために通常形成されるものであ
り、例えばGaN、AlN、GaAlN等により数百オ
ングストロームの厚さに形成される。なお、基板11が
その上に形成される窒化物半導体と格子定数が近いSi
CやZnOのような材料で形成されている場合、また基
板11がその上に形成される窒化物半導体と格子整合し
ている場合には、このバッファ層12は形成されないこ
ともある。The buffer layer 1 formed on the substrate 11
2 is usually formed to alleviate lattice mismatch between the substrate 11 and the nitride semiconductor layer formed thereon, and is formed of, for example, GaN, AlN, GaAlN or the like to a thickness of several hundred angstroms. Is done. Note that the substrate 11 has a lattice constant close to that of the nitride semiconductor formed thereon.
This buffer layer 12 may not be formed when it is formed of a material such as C or ZnO, or when the substrate 11 is lattice-matched with a nitride semiconductor formed thereon.
【0036】バッファ層12上には、第1のn型クラッ
ド層14にも接してn型コンタクト層13が形成されて
いる。このn型コンタクト層13は、GaN、AlGa
N等で形成することが好ましい。On the buffer layer 12, an n-type contact layer 13 is formed in contact with the first n-type clad layer 14. This n-type contact layer 13 is made of GaN, AlGa
It is preferable to use N or the like.
【0037】基板11に所定の各半導体層を形成した
後、エッチングにより露出されたn型コンタクト層の表
面上には、負電極18が形成されている。After each of the predetermined semiconductor layers is formed on the substrate 11, a negative electrode 18 is formed on the surface of the n-type contact layer exposed by etching.
【0038】n型コンタクト層13は、GaNで形成す
ると、負電極18とのより一層好ましいオーミックコン
タクトが達成され、発光素子の順方向電圧(Vf)をよ
り一層低下させる。また、GaNはその結晶性が他の三
元混晶、四元混晶の窒化物半導体に比べて優れているた
め、その上に成長させる第1のn型クラッド層14等の
窒化物半導体層の結晶性を向上させることができるの
で、発光素子の発光出力を向上させる。When the n-type contact layer 13 is formed of GaN, a more preferable ohmic contact with the negative electrode 18 is achieved, and the forward voltage (Vf) of the light emitting device is further reduced. In addition, since GaN is superior in crystallinity to other ternary mixed crystal and quaternary mixed crystal nitride semiconductors, the nitride semiconductor layer such as the first n-type cladding layer 14 grown thereon is grown. Since the crystallinity of the light-emitting element can be improved, the light-emitting output of the light-emitting element can be improved.
【0039】また、n型コンタクト層13のキャリア濃
度は、負電極18との好ましいオーミック接触の達成お
よびその結果としてのVfの低下並びに発光出力の低下
防止の観点から、5×1017/cm3 〜5×1019/c
m3 の範囲内にあることが望ましい。The carrier concentration of the n-type contact layer 13 is set to 5 × 10 17 / cm 3 from the viewpoint of achieving a preferable ohmic contact with the negative electrode 18 and consequently lowering Vf and preventing a reduction in light emission output. ~ 5 × 10 19 / c
It is desirably within the range of m 3 .
【0040】負電極18は、n型コンタクト層13との
好ましいオーミックコンタクトの達成の観点から、チタ
ン(Ti)と金(Au)とを含む金属材料、例えばそれ
らの積層構造または合金、またはTiとアルミニウム
(Al)とを含む金属材料、例えばそれらの積層構造ま
たは合金で形成することが最も好ましい。この場合にお
いて、負電極18は、n型GaNコンタクト層13に直
接接して設けられたチタン層とその上に形成されたアル
ミニウム層との2層構造として形成することが特に好ま
しい。The negative electrode 18 is made of a metal material containing titanium (Ti) and gold (Au), for example, a laminated structure or alloy thereof, or Ti, from the viewpoint of achieving a preferable ohmic contact with the n-type contact layer 13. Most preferably, it is formed of a metal material containing aluminum (Al), for example, a laminated structure or an alloy thereof. In this case, it is particularly preferable that the negative electrode 18 be formed as a two-layer structure of a titanium layer provided directly in contact with the n-type GaN contact layer 13 and an aluminum layer formed thereon.
【0041】p型クラッド層16上には、p型コンタク
ト層17が形成され、その上には、正電極19が形成さ
れている。p型コンタクト層17は、GaN、AlGa
N等で形成することが好ましい。特にp型コンタクト層
17をGaNで形成すると、正電極19とのより一層好
ましいオーミックコンタクトが達成され、発光素子のV
fを低下させることができる。A p-type contact layer 17 is formed on the p-type cladding layer 16, and a positive electrode 19 is formed thereon. The p-type contact layer 17 is made of GaN, AlGa
It is preferable to use N or the like. Particularly, when the p-type contact layer 17 is formed of GaN, a more preferable ohmic contact with the positive electrode 19 is achieved, and the V
f can be reduced.
【0042】正電極19との好ましいオーミック接触の
達成およびその結果としてのVfの低下並びに発光出力
の低下防止の観点から、p型コンタクト層17のキャリ
ア濃度は、1×1017/cm3 〜1×1019/cm3 の
範囲内にあることが望ましい。From the viewpoints of achieving a preferable ohmic contact with the positive electrode 19 and consequently lowering Vf and preventing a reduction in light emission output, the carrier concentration of the p-type contact layer 17 is 1 × 10 17 / cm 3 -1. It is desirable to be within the range of × 10 19 / cm 3 .
【0043】正電極19は、p型コンタクト層17との
好ましいオーミックコンタクトの達成の観点から、ニッ
ケル(Ni)と金(Au)とを含む金属材料、例えばそ
れらの積層構造または合金で形成することが最も好まし
い。この場合において、正電極19は、p型GaNコン
タクト層17に直接接して設けられたニッケル層とその
上に形成された金層との2層構造として形成することが
特に好ましい。The positive electrode 19 is formed of a metal material containing nickel (Ni) and gold (Au), for example, a laminated structure or an alloy thereof, from the viewpoint of achieving a preferable ohmic contact with the p-type contact layer 17. Is most preferred. In this case, it is particularly preferable that the positive electrode 19 be formed as a two-layer structure of a nickel layer provided directly in contact with the p-type GaN contact layer 17 and a gold layer formed thereon.
【0044】図2は、本発明による窒化物半導体発光素
子の別の態様を示す。FIG. 2 shows another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【0045】図2に示す発光素子20は、第1のn型ク
ラッド層14とn型コンタクト層13との間に、第2の
n型クラッド層21を設けた以外は、図1に示す窒化物
半導体素子と同様の構造を有する。The light emitting device 20 shown in FIG. 2 has the same structure as that of FIG. 1 except that a second n-type cladding layer 21 is provided between the first n-type cladding layer 14 and the n-type contact layer 13. It has the same structure as the semiconductor device.
【0046】この発光素子20において、図1に示す発
光素子構造に付加して設けられている第2のn型クラッ
ド層21は、アルミニウムとガリウムを含むn型窒化物
半導体で形成されている。このような第2のn型クラッ
ド層21を設けることによって、第1のn型クラッド層
14との間のバンドギャップ差を大きくすることがで
き、発光素子の発光効率を向上させることができる。In the light emitting device 20, the second n-type cladding layer 21 provided in addition to the light emitting device structure shown in FIG. 1 is formed of an n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. By providing such a second n-type cladding layer 21, the band gap difference between the second n-type cladding layer 21 and the first n-type cladding layer 14 can be increased, and the luminous efficiency of the light emitting element can be improved.
【0047】この第2のn型クラッド層21は、好まし
くは、n型Ala Ga1-a N(ここで、0<a<1)で
形成される。この場合において、aの値は、0<a≦
0.6の範囲内にあることが好ましい。AlGaNはそ
の結晶が比較的硬く、0.6より大きいと、第1のn型
クラッド層14の存在にもかかわらず、その層にクラッ
クが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾
向にあるからである。a値は、0<a≦0.4の範囲内
にあることが最も好ましい。なお、本明細書において、
Ala Ga1-a Nまたは同等の式をもって表される窒化
物半導体を単にAlGaNと表示することがある。The second n-type cladding layer 21 is preferably formed of n-type Al a Ga 1 -aN (here, 0 <a <1). In this case, the value of a is 0 <a ≦
It is preferably in the range of 0.6. When AlGaN has a relatively hard crystal and is larger than 0.6, cracks are relatively likely to occur in the first n-type cladding layer 14 irrespective of the existence of the first n-type cladding layer 14, and the light emission output tends to decrease. Because there is. Most preferably, the value a is in the range of 0 <a ≦ 0.4. In this specification,
A nitride semiconductor represented by Al a Ga 1-a N or an equivalent formula may be simply referred to as AlGaN.
【0048】また、第2のn型クラッド層21のキャリ
ア濃度は、5×1017/cm3 〜1×1019/cm3 の
範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が5×
10 17/cm3 よりも低いと、AlGaNの抵抗率が高
くなるので、発光素子のVfが高くなり、発光効率が低
下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が1×10
19/cm3 よりも高いとAlGaNの結晶性が悪くなり
発光効率が低下するからである。第2のn型クラッド層
21は、通常、50オングストローム〜0.5μmの厚
さをもって形成することができる。The carrier of the second n-type cladding layer 21 is
The concentration is 5 × 1017/ CmThree~ 1 × 1019/ CmThreeof
Desirably within the range. The carrier concentration is 5 ×
10 17/ CmThreeLower, the resistivity of AlGaN is high.
, The Vf of the light emitting element increases, and the luminous efficiency decreases.
On the other hand, while the carrier concentration is 1 × 10
19/ CmThreeIf it is higher than this, the crystallinity of AlGaN deteriorates
This is because the luminous efficiency decreases. Second n-type cladding layer
21 is usually 50 Å to 0.5 μm thick
It can be formed with this.
【0049】基板11、バッファ層12、n型コンタク
ト層13、n型クラッド層14、活性層15、p型クラ
ッド層16、p型コンタクト層17、負電極18および
正電極19は、図1に関して説明した通りのものであ
る。The substrate 11, the buffer layer 12, the n-type contact layer 13, the n-type cladding layer 14, the active layer 15, the p-type cladding layer 16, the p-type contact layer 17, the negative electrode 18 and the positive electrode 19 As described.
【0050】図3は、本発明による窒化物半導体発光素
子の一形態の構造を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【0051】図3に示す窒化物半導体発光素子30は、
活性層15、並びに活性層15を両側で挟んでいるn型
クラッド層34および第1のp型クラッド層36からな
る半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、図
1に示す構造と同様、バッファ層12およびn型コンタ
クト層13を介して、基板11上に設けられている。The nitride semiconductor light emitting device 30 shown in FIG.
It has an active layer 15, and a semiconductor laminated structure including an n-type clad layer 34 and a first p-type clad layer 36 sandwiching the active layer 15 on both sides. This semiconductor laminated structure is provided on a substrate 11 via a buffer layer 12 and an n-type contact layer 13, similarly to the structure shown in FIG.
【0052】活性層15の第2の主面に接して設けられ
ている第1のp型クラッド層36は、インジウムとガリ
ウムとを含むp型の窒化物半導体で形成される。Inと
Gaを含む窒化物半導体は、結晶が比較的柔らかいの
で、いわばバッファ層として作用し、以下にも述べるよ
うに活性層15およびそれ自体に、あるいはその上に形
成され得る他の窒化物半導体層にクラックを生じにくく
させてそれらの結晶性を悪化させず、もって発光素子の
発光出力を向上させる。第1のp型クラッド層36は、
p型Ink Ga1-k N(0<k<1)で形成することが
望ましい。このInk Ga1-k Nにおいて、kの値は、
0<k≦0.5の範囲内にあることが好ましい。一般に
InGaNは、Inの比率を多くするに従い、結晶性が
次第に悪くなる傾向にあり、p型クラッド層として当該
発光素子に実用的に発光出力の高い発光を行わせるため
には、k値が0.5以下であることが好ましいのであ
る。k値は、さらに好ましくは0<k≦0.3、最も好
ましくは0<k≦0.2の範囲内にある。The first p-type cladding layer 36 provided in contact with the second main surface of the active layer 15 is formed of a p-type nitride semiconductor containing indium and gallium. Since the nitride semiconductor containing In and Ga has a relatively soft crystal, it acts as a so-called buffer layer, and as described below, other nitride semiconductors which can be formed on the active layer 15 and itself or on it. Cracks are less likely to occur in the layers, so that their crystallinity is not deteriorated, and thus the light emitting output of the light emitting element is improved. The first p-type cladding layer 36
It is desirable to form with p-type In k Ga 1 -kN (0 <k <1). In this In k Ga 1-k N, the value of k is
It is preferable to be within the range of 0 <k ≦ 0.5. In general, the crystallinity of InGaN tends to gradually deteriorate as the ratio of In increases, and in order for the light emitting device to emit light having a high light output practically as a p-type cladding layer, the k value is 0. It is preferably not more than 0.5. The k value is more preferably in the range 0 <k ≦ 0.3, most preferably 0 <k ≦ 0.2.
【0053】また、第1のp型クラッド層36のキャリ
ア濃度は、1×1017/cm3 〜1×1019/cm3 の
範囲内にあることが望ましい。第1のp型クラッド層3
6中のキャリア濃度が1×1017/cm3 よりも少ない
と活性層15への電子注入効率が低下し、発光出力が低
下する傾向にあり、他方p型クラッド層36中のキャリ
ア濃度が1×1019/cm3 よりも大きいと第1のp型
クラッド層の結晶性が悪くなり、発光出力が低下する傾
向にあるからである。第1のp型クラッド層36は、図
1に示す構造におけるp型クラッド層16に関して述べ
た方法により好ましく得られる。The carrier concentration of the first p-type cladding layer 36 is desirably in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . First p-type cladding layer 3
6 has a carrier concentration of less than 1 × 10 17 / cm 3, the efficiency of electron injection into the active layer 15 decreases, and the light emission output tends to decrease. On the other hand, the carrier concentration in the p-type cladding layer 36 decreases. If it is larger than × 10 19 / cm 3, the crystallinity of the first p-type clad layer will be deteriorated, and the light emission output tends to be reduced. The first p-type cladding layer 36 is preferably obtained by the method described for the p-type cladding layer 16 in the structure shown in FIG.
【0054】第1のp型クラッド層36は、その厚さに
特に制限はないが、活性層15と第1のp型クラッド層
36とは、合計で、300オングストローム以上の厚さ
を有することが望ましい。InとGaとを含む窒化物半
導体層(活性層+第1のp型クラッド層)の総厚が30
0オングストロームよりも薄いと、活性層15および第
1のp型クラッド層36に、さらには第1のp型クラッ
ド層に接して設けられる別の窒化物半導体層に、格子定
数不整、熱膨張率の差等によりそれらの界面に存在し得
る歪応力によって、クラックが生じやすくなるからであ
る。上にも述べたように、InとGaを含む窒化物半導
体は、その結晶が比較的柔らかいので、この応力を緩和
させるのに有益であるが、その総厚を300オングスト
ローム以上の厚さに形成することにより、当該応力をよ
り一層緩和させるようになる。この総厚は、1μm以下
であることが好ましい。The thickness of the first p-type cladding layer 36 is not particularly limited, but the total thickness of the active layer 15 and the first p-type cladding layer 36 is 300 Å or more. Is desirable. The total thickness of the nitride semiconductor layer containing In and Ga (active layer + first p-type cladding layer) is 30
If the thickness is smaller than 0 Å, the lattice constant irregularity and the coefficient of thermal expansion of the active layer 15 and the first p-type cladding layer 36, and further another nitride semiconductor layer provided in contact with the first p-type cladding layer will be reduced. This is because cracks are likely to occur due to strain stress that may be present at the interface due to the difference between them. As described above, the nitride semiconductor containing In and Ga is useful for relieving this stress because the crystal is relatively soft, but the total thickness is formed to be 300 Å or more. By doing so, the stress is further alleviated. This total thickness is preferably 1 μm or less.
【0055】活性層15の第1の主面に接して形成され
ているn型クラッド層34は、n型窒化物半導体で形成
される。そのような窒化物半導体は、式Inu Alv G
a1- u-v N(ここで、0≦u、0≦v、u+v≦1)で
示すことができる。The n-type cladding layer 34 formed in contact with the first main surface of the active layer 15 is formed of an n-type nitride semiconductor. Such a nitride semiconductor has the formula In u Al v G
a 1 -uvN (where 0 ≦ u, 0 ≦ v, u + v ≦ 1).
【0056】基板11、バッファ層12、n型コンタク
ト層13、活性層15、p型コンタクト層17、負電極
18および正電極19は、図1に関して説明した通りの
ものである。The substrate 11, buffer layer 12, n-type contact layer 13, active layer 15, p-type contact layer 17, negative electrode 18 and positive electrode 19 are as described with reference to FIG.
【0057】図4は、本発明による窒化物半導体発光素
子の別の態様を示す。FIG. 4 shows another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【0058】図4に示す発光素子40は、第1のp型ク
ラッド層36とp型コンタクト層17との間に、第2の
p型クラッド層41を設けた以外は、図3に示す窒化物
半導体素子と同様の構造を有する。The light emitting device 40 shown in FIG. 4 has the same structure as that of FIG. 3 except that a second p-type cladding layer 41 is provided between the first p-type cladding layer 36 and the p-type contact layer 17. It has the same structure as the semiconductor device.
【0059】この発光素子40において、図3に示す発
光素子構造に付加して設けられている第2のp型クラッ
ド層41は、アルミニウムとガリウムを含むp型窒化物
半導体で形成されている。このような第2のp型クラッ
ド層41を設けることによって、第1のp型クラッド層
36との間のバンドギャップ差を大きくすることがで
き、発光素子の発光効率を向上させることができる。In the light emitting device 40, the second p-type cladding layer 41 provided in addition to the light emitting device structure shown in FIG. 3 is formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. By providing such a second p-type cladding layer 41, the band gap difference between the second p-type cladding layer 41 and the first p-type cladding layer 36 can be increased, and the luminous efficiency of the light emitting element can be improved.
【0060】この第2のp型クラッド層41は、好まし
くは、p型Alb Ga1-b N(ここで、0<b<1)で
形成される。この場合において、bの値は、0<b≦
0.6の範囲内にあることが好ましい。AlGaNはそ
の結晶が比較的硬く、0.6より大きいと、第1のp型
クラッド層36の存在にもかかわらず、その層にクラッ
クが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾
向にあるからである。b値は、0<b≦0.4の範囲内
にあることが最も好ましい。The second p-type cladding layer 41 is preferably formed of p-type Al b Ga 1 -bN (here, 0 <b <1). In this case, the value of b is 0 <b ≦
It is preferably in the range of 0.6. If AlGaN has a relatively hard crystal and is larger than 0.6, cracks are relatively likely to occur in the first p-type cladding layer 36 irrespective of the presence of the first p-type cladding layer 36, and the light emission output tends to decrease. Because there is. Most preferably, the b value is in the range of 0 <b ≦ 0.4.
【0061】また、第2のp型クラッド層41のキャリ
ア濃度は、1×1017/cm3 〜1×1019/cm3 の
範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が1×
10 17/cm3 よりも低いと、活性層15への正孔の注
入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、一
方、そのキャリア濃度が1×1019/cm3 よりも高い
とAlGaNの結晶性が悪くなり発光効率が低下するか
らである。第2のp型クラッド層41は、通常、50オ
ングストローム〜0.5μmの厚さをもって形成するこ
とができる。The carrier of the second p-type cladding layer 41 is
The concentration is 1 × 1017/ CmThree~ 1 × 1019/ CmThreeof
Desirably within the range. The carrier concentration is 1 ×
10 17/ CmThreeLower than that, holes are injected into the active layer 15.
Input efficiency and luminous efficiency tend to decrease.
On the other hand, the carrier concentration is 1 × 1019/ CmThreeHigher than
The crystallinity of AlGaN and AlGaN deteriorate and the luminous efficiency decreases?
It is. The second p-type cladding layer 41 usually has a thickness of 50
Formed with a thickness of 0.5 μm
Can be.
【0062】基板11、バッファ層12、n型コンタク
ト層13、活性層15、p型コンタクト層17、負電極
18および正電極19は、図1に関して説明した通りの
ものであり、n型クラッド層34および第1のp型クラ
ッド層36は、図3に関して説明した通りのものであ
る。The substrate 11, buffer layer 12, n-type contact layer 13, active layer 15, p-type contact layer 17, negative electrode 18 and positive electrode 19 are as described with reference to FIG. 34 and the first p-type cladding layer 36 are as described with reference to FIG.
【0063】図5は、本発明による窒化物半導体発光素
子の一形態の構造を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【0064】図5に示す窒化物半導体発光素子50は、
活性層15、並びに活性層15をその両側で挟む第1の
n型クラッド層54を含むn型半導体層501および第
2のp型クラッド層41を含むp型半導体層502から
なる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、
図1に示す構造と同様、バッファ層12およびn型コン
タクト層13を介して、基板11上に設けられている。
図5では、n型半導体層501は、第1のn型クラッド
層54により構成されている。The nitride semiconductor light emitting device 50 shown in FIG.
A semiconductor multilayer structure including an active layer 15, an n-type semiconductor layer 501 including a first n-type cladding layer 54 sandwiching the active layer 15 on both sides thereof, and a p-type semiconductor layer 502 including a second p-type cladding layer 41. Have. This semiconductor stack structure
Similar to the structure shown in FIG. 1, it is provided on substrate 11 via buffer layer 12 and n-type contact layer 13.
In FIG. 5, the n-type semiconductor layer 501 includes the first n-type cladding layer 54.
【0065】この発光素子50は、図1に示す発光素子
10におけるn型クラッド層構造と図4に示すp型クラ
ッド層構造を組み合わせた半導体積層構造を有するもの
といえるが、この特別の場合においては、第1のn型ク
ラッド層54は、図1に示す第1のn型クラッド層14
を構成するインジウムとガリウムを含む窒化物半導体ば
かりでなく、GaNによってもこれを形成でき、同様の
効果を奏することがわかった。また、この場合には、第
1のp型クラッド層56は、図1に示す発光素子10に
おけるp型クラッド層16と同様、いずれのp型窒化物
半導体で形成してもよいこともわかった。このような半
導体積層構造によっても、発光素子は同様の優れた特性
を示す。The light emitting device 50 can be said to have a semiconductor laminated structure in which the n-type cladding layer structure in the light emitting device 10 shown in FIG. 1 and the p-type cladding layer structure shown in FIG. 4 are combined. Means that the first n-type cladding layer 54 is the first n-type cladding layer 14 shown in FIG.
Can be formed not only by the nitride semiconductor containing indium and gallium, but also by GaN, and it has been found that the same effect is obtained. Further, in this case, it was also found that the first p-type cladding layer 56 may be formed of any p-type nitride semiconductor, similarly to the p-type cladding layer 16 in the light emitting device 10 shown in FIG. . Even with such a semiconductor laminated structure, the light-emitting element exhibits similar excellent characteristics.
【0066】より詳しく説明すると、第1のn型クラッ
ド層54は、アルミニウムを含まないn型窒化物半導体
により形成される。この第1のn型クラッド層54は、
n型Inw Ga1-w N(ここで、0≦w<1)で形成す
ることが好ましい。すなわち、この第1のn型クラッド
層54は、図1に示す発光素子10における第1のn型
クラッド層14に関して説明したn型窒化物半導体で形
成することもできるし、n型GaNで形成することがで
きる。図1に示す発光素子10における第1のn型クラ
ッド層14に関して説明した理由と同様の理由から、w
の値は、0≦w≦0.5の範囲内にあることが好まし
く、さらに好ましくは0<w≦0.3、最も好ましくは
0<w≦0.2の範囲内にある。第1のn型クラッド層
54のキャリア濃度も、同様の理由から、1×1018/
cm3 〜1×1020/cm3 の範囲内にあることが望ま
しい。第1のn型クラッド層54も、その厚さに特に制
限はないが、同様の理由から、活性層15と第1のn型
クラッド層54とは、合計で、300オングストローム
以上の厚さを有することが望ましく、1μm以下の厚さ
を有し得る。More specifically, the first n-type clad layer 54 is formed of an n-type nitride semiconductor containing no aluminum. This first n-type cladding layer 54
It is preferable to form n-type In w Ga 1 -w N (here, 0 ≦ w <1). That is, the first n-type cladding layer 54 can be formed of the n-type nitride semiconductor described for the first n-type cladding layer 14 in the light emitting device 10 shown in FIG. 1 or formed of n-type GaN. can do. For the same reason as described for the first n-type cladding layer 14 in the light emitting device 10 shown in FIG.
Is preferably in the range of 0 ≦ w ≦ 0.5, more preferably 0 <w ≦ 0.3, and most preferably 0 <w ≦ 0.2. For the same reason, the carrier concentration of the first n-type cladding layer 54 is 1 × 10 18 /
It is desirable that the density be in the range of cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 . The thickness of the first n-type cladding layer 54 is not particularly limited, but for the same reason, the active layer 15 and the first n-type cladding layer 54 have a total thickness of 300 Å or more. Preferably, it has a thickness of 1 μm or less.
【0067】図5に示す発光素子50において、活性層
の第2の主面に接して形成されている第1のp型クラッ
ド層56は、いずれのp型窒化物半導体で形成してもよ
いが、アルミニウムを含まないp型窒化物半導体で形成
することが好ましい。より具体的には、第1のp型クラ
ッド層56は、p型Inx Ga1-x N(ここで、0≦x
<1)で形成することが望ましい。図3の発光素子30
における第1のp型クラッド層36に関して説明した理
由と同様の理由から、x値は、0≦x≦0.5の範囲内
にあることが好ましく、さらに好ましくは0≦x≦0.
3の範囲内、最も好ましくは0≦x≦0.2の範囲内に
ある。この第1のp型クラッド層56も同様にGaNに
より形成してもいわばバッファ層として同様に作用す
る。また、この第1のp型クラッド層56のキャリア濃
度も、同様の理由から、1×1017/cm3 〜1×10
19/cm3 の範囲内にあることが望ましい。さらに、第
1のクラッド層56の厚さに特に制限はないが、同様の
理由から、活性層15との合計で、300オングストロ
ーム以上の厚さを有することが望ましく、1μm以下の
厚さが好ましい。なお、この第1のp型クラッド層56
は省略してもよいが、これを形成すれば、第1のp型ク
ラッド層がバッファ層として作用するのでクラックが生
じにくくなり、その発光素子は、より一層優れた特性を
示すことは明らかであろう。In the light emitting device 50 shown in FIG. 5, the first p-type cladding layer 56 formed in contact with the second main surface of the active layer may be formed of any p-type nitride semiconductor. Is preferably formed of a p-type nitride semiconductor containing no aluminum. More specifically, the first p-type cladding layer 56 is made of p-type In x Ga 1 -xN (where 0 ≦ x
It is desirable to form it in <1). Light emitting device 30 of FIG.
Is preferably in the range of 0 ≦ x ≦ 0.5, more preferably 0 ≦ x ≦ 0, for the same reason as described for the first p-type cladding layer 36 in the above.
3, most preferably in the range of 0 ≦ x ≦ 0.2. The first p-type cladding layer 56 can be formed of GaN in the same manner, and acts similarly as a buffer layer. For the same reason, the carrier concentration of the first p-type cladding layer 56 is also 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10
It is desirable to be within the range of 19 / cm 3 . Further, the thickness of the first cladding layer 56 is not particularly limited, but for the same reason, it is preferable that the total thickness of the first cladding layer 56 and the active layer 15 is 300 Å or more, and the thickness is 1 μm or less. . The first p-type cladding layer 56
May be omitted, but if this is formed, the first p-type cladding layer acts as a buffer layer, so that cracks are less likely to occur, and it is apparent that the light emitting device exhibits more excellent characteristics. There will be.
【0068】第2のp型クラッド層41は、図4に示す
発光素子40における第2のクラッド層41について説
明した通りのものである。The second p-type cladding layer 41 is as described for the second cladding layer 41 in the light emitting device 40 shown in FIG.
【0069】また、基板11、バッファ層12、n型コ
ンタクト層13、p型コンタクト層17、負電極18お
よび正電極19は、図1に示す発光素子10に関して説
明した通りのものである。The substrate 11, the buffer layer 12, the n-type contact layer 13, the p-type contact layer 17, the negative electrode 18 and the positive electrode 19 are as described for the light emitting device 10 shown in FIG.
【0070】図6は、本発明のによる半導体発光素子の
別の形態の構造を示す概略断面図である。この発光素子
60は、n型コンタクト層13と第1のn型クラッド層
54との間に、第2のn型クラッド層21が追加形成さ
れている以外は、図5に示す発光素子50と同様の構造
を有する。この第2のn型クラッド層21は、図2に示
す発光素子20における第2のn型クラッド層21につ
いて説明した通りのものである。なお、第1のp型クラ
ッド層56は、省略するよりも、これを設けた方が好ま
しいことも、図5に示す発光素子50の場合と同様であ
る。FIG. 6 is a schematic sectional view showing the structure of another embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention. This light emitting device 60 has the same structure as the light emitting device 50 shown in FIG. 5 except that a second n-type cladding layer 21 is additionally formed between the n-type contact layer 13 and the first n-type cladding layer 54. It has a similar structure. The second n-type cladding layer 21 is as described for the second n-type cladding layer 21 in the light emitting device 20 shown in FIG. The first p-type cladding layer 56 is preferably provided rather than omitted, as in the case of the light emitting element 50 shown in FIG.
【0071】以上、本発明のいくつかの側面による窒化
物半導体発光素子について説明したが、これら発光素子
の構造は、LED素子にも、LD素子にも適用できるこ
とはいうまでもない。LDの構造は、例えば図7に斜視
図として示す構造をとる。図7において、基板11上の
半導体層71は、上記バッファ層12、n型コンタクト
層13、第1のn型クラッド層および形成された場合の
第2のn型層からなる半導体層である。活性層15上に
形成されている半導体層72は、上記形成された場合の
第1のクラッド層および第2のクラッド層並びにp型コ
ンタクト17層からなる半導体層である。印加された電
流は、活性層15において、正電極19に対応する領域
15aに集中して流れる。The nitride semiconductor light emitting devices according to some aspects of the present invention have been described above, but it goes without saying that the structures of these light emitting devices can be applied to both LED devices and LD devices. The LD has, for example, a structure shown in a perspective view in FIG. In FIG. 7, the semiconductor layer 71 on the substrate 11 is a semiconductor layer including the buffer layer 12, the n-type contact layer 13, the first n-type cladding layer, and the second n-type layer when formed. The semiconductor layer 72 formed on the active layer 15 is a semiconductor layer including the first clad layer and the second clad layer and the p-type contact 17 layer when formed as described above. The applied current flows intensively in the region 15 a corresponding to the positive electrode 19 in the active layer 15.
【0072】なお、LD素子の場合には、上記発光素子
10ないし60のいずれかの第1のn型クラッド層とn
型コンタクト層13との間、第2のn型クラッド層が形
成されている場合には、その第2のn型クラッド層とn
型コンタクト層13との間に、および/または上記発光
素子10ないし60のいずれかの第1のp型クラッド層
とp型コンタクト層17との間、第2のp型クラッド層
が形成されている場合には、その第2のp型クラッド層
とn型コンタクト層13との間に、互いに組成の異なる
少なくとも2種類の窒化物半導体層を積層してなる多層
膜を光反射膜として形成することもできる。In the case of an LD element, the first n-type cladding layer of any of the light emitting elements 10 to 60 and n
If a second n-type cladding layer is formed between the second n-type cladding layer and the n-type cladding layer,
A second p-type cladding layer is formed between the p-type contact layer 13 and / or the first p-type cladding layer and the p-type contact layer 17 of any of the light emitting elements 10 to 60; In this case, a multilayer film formed by laminating at least two types of nitride semiconductor layers having different compositions from each other is formed as a light reflecting film between the second p-type cladding layer and the n-type contact layer 13. You can also.
【0073】図6に示す発光素子構造に上記多層光反射
膜を適用した例を図8に示す。図8に示す窒化物半導体
発光素子80は、n型コンタクト層13と第2のn型ク
ラッド層21との間に第1の多層光反射膜(n型)81
を、また第2のp型クラッド層41とp型コンタクト層
17との間に第2の多層光反射膜(p型)82を備え
る。FIG. 8 shows an example in which the multilayer light reflecting film is applied to the light emitting device structure shown in FIG. In the nitride semiconductor light emitting device 80 shown in FIG. 8, a first multilayer light reflecting film (n-type) 81 is provided between the n-type contact layer 13 and the second n-type cladding layer 21.
And a second multilayer light reflecting film (p-type) 82 between the second p-type cladding layer 41 and the p-type contact layer 17.
【0074】第1の多層膜81および第2の多層膜82
は、いずれも、互いに組成の異なる窒化物半導体、すな
わち互いに屈折率の異なる窒化物半導体を、各層を例え
ばλ/4n(ここで、λは活性層15からの発光光の波
長、nは屈折率)で算出される厚さで交互に2層以上積
層して形成されるものであり、活性層15からの発光光
をそれら膜により反射できるように設計されている。正
電極19を図7に示すような形状のストライプ電極とし
て例えば幅10μm以下に形成し、レーザ発振を行わせ
ると、活性層15の発光光を多層膜反射層により活性層
15内に閉じこめることがより一層容易となり得るの
で、容易にレーザ発振できる。また、LEDモードにお
いても、多層膜反射層により発光光の漏れが抑えられ、
外部量子効率が向上する。First multilayer film 81 and second multilayer film 82
Are nitride semiconductors having different compositions from each other, that is, nitride semiconductors having different refractive indices. Each of the layers is, for example, λ / 4n (where λ is the wavelength of light emitted from the active layer 15 and n is the refractive index). ) Are alternately laminated with two or more layers with a thickness calculated in (1), and are designed so that light emitted from the active layer 15 can be reflected by these films. When the positive electrode 19 is formed as a stripe electrode having a width of, for example, 10 μm or less as shown in FIG. 7 and laser oscillation is performed, light emitted from the active layer 15 can be confined in the active layer 15 by the multilayer reflective layer. Since laser oscillation can be further facilitated, laser oscillation can be easily performed. Also in the LED mode, leakage of emitted light is suppressed by the multilayer reflective layer,
External quantum efficiency is improved.
【0075】多層光反射膜81および82には、それぞ
れ、ドナー不純物およびアクセプター不純物がドープさ
れて所定の導電型となっている。Each of the multilayer light reflecting films 81 and 82 is doped with a donor impurity and an acceptor impurity to have a predetermined conductivity type.
【0076】なお、図8に示す構造においては、第1の
多光反射層膜81は、n型コンタクト層13と第2のn
型クラッド層21との間に形成されているが、その代り
に、これをn型コンタクト層13内に形成することもで
きる。同様に、第2の多層光反射膜82をp型コンタク
ト層17内に形成してもよい。多層光反射膜は、コンタ
クト層内に形成しても、活性層16からの発光光を同様
に閉じ込めることができる。また、第1の多層光反射膜
81および第2の多層光反射膜82のいずれかを省略し
てもよい。In the structure shown in FIG. 8, the first multi-light reflecting layer film 81 is formed by the n-type contact layer 13 and the second n-type contact layer 13.
Although formed between the mold cladding layer 21 and the mold clad layer 21, it can be formed in the n-type contact layer 13 instead. Similarly, the second multilayer light reflection film 82 may be formed in the p-type contact layer 17. Even when the multilayer light reflecting film is formed in the contact layer, the light emitted from the active layer 16 can be similarly confined. Either the first multilayer light reflecting film 81 or the second multilayer light reflecting film 82 may be omitted.
【0077】また、図8に示すように、サファイアのよ
うな絶縁性材料を基板11としてレーザ素子を作製する
場合、レーザ素子の構造はフリップチップ方式となる。
すなわち、基板11の同一面側に、より具体的には、基
板11の窒化物半導体層形成側に正、負両電極19,1
8を形成する構造となる。この場合、図8に示すよう
に、n型層側に形成する第1の多層光反射膜81は、負
電極18が形成されているn型コンタクト層13の水平
面よりもp層側すなわち上方に位置して形成することが
好ましい。第1の多層光反射膜81をn型コンタクト層
13の水平面よりも基板11側に形成すると、第2のn
型クラッド層21とn型コンタクト層13との屈折率の
差が小さいために、活性層15からの発光光が、活性層
15よりも下側に位置するn型コンタクト層13中に広
がってしまい、十分な光閉じこめができない場合がある
からである。これは、サファイアのような絶縁性基板を
使用した窒化物半導体レーザに特有の現象である。As shown in FIG. 8, when a laser device is manufactured using an insulating material such as sapphire as the substrate 11, the structure of the laser device is a flip-chip type.
That is, both the positive and negative electrodes 19 and 1 are on the same surface side of the substrate 11, more specifically, on the side of the substrate 11 where the nitride semiconductor layer is formed.
8 is formed. In this case, as shown in FIG. 8, the first multilayer light reflecting film 81 formed on the n-type layer side is on the p-layer side, that is, above the horizontal plane of the n-type contact layer 13 on which the negative electrode 18 is formed. It is preferable to form it in a position. When the first multilayer light reflecting film 81 is formed closer to the substrate 11 than the horizontal surface of the n-type contact layer 13, the second n
Since the difference in the refractive index between the mold cladding layer 21 and the n-type contact layer 13 is small, light emitted from the active layer 15 spreads into the n-type contact layer 13 located below the active layer 15. This is because sufficient light confinement may not be achieved. This is a phenomenon unique to a nitride semiconductor laser using an insulating substrate such as sapphire.
【0078】さて、各多層光反射膜81,82を構成す
る2種類の窒化物半導体は、少なくとも一方がインジウ
ムとガリウムとを含む窒化物半導体(例えばInq Ga
1-qN(ここで、0<q<1))またはGaNであるこ
とが好ましい。なぜなら単一層を積層して多層光反射膜
とする場合、その単一層の一方をInGaNまたはGa
Nで形成することにより、そのInGaNまたはGaN
層がバッファ層のような作用をして、もう一方の単一層
にクラックが入るのを防止することができるからであ
る。これは、InGaN層、GaN層の結晶がAlGa
Nに比べて柔らかいことによるものである。これに対
し、多層光反射膜を例えば互いにAl組成の異なるAl
GaN層により、例えば総膜厚0.5μm以上となるよ
うに多層形成すると、多層膜中にクラックが入り、素子
作製が困難となる。[0078] Now, two nitride semiconductor constituting the respective multi-layer optical reflecting film 81 and 82, the nitride semiconductor at least one of which contains indium and gallium (for example an In q Ga
It is preferably 1-qN (where 0 <q <1) or GaN. Because, when a single layer is laminated to form a multilayer light reflection film, one of the single layers is formed of InGaN or Ga.
By forming with N, the InGaN or GaN
This is because the layer acts like a buffer layer and can prevent the other single layer from cracking. This is because the crystal of the InGaN layer and the GaN layer is AlGa
This is due to being softer than N. On the other hand, for example, the multilayer light reflecting film is made of Al having different Al compositions from each other.
If a GaN layer is used to form a multilayer having a total film thickness of, for example, 0.5 μm or more, cracks occur in the multilayer film, and it becomes difficult to manufacture an element.
【0079】各多層光反射膜を構成する2種類の窒化物
半導体層の最良の組み合わせは、一方を前記のようにI
nc Ga1-c NまたはGaNで形成し、もう一方をアル
ミニウムおよび/またはガリウムを含む窒化物半導体
(例えば、Alc Ga1-c N(ここで、0≦c<1))
で形成するものある。Inq Ga1-q NとAlc Ga
1-c Nとは屈折率の差が大きいので、これらの材料で多
層光反射膜を構成することにより、発光波長に応じて反
射率の大きい多層光反射膜の設計が可能となる。また、
Inq Ga1-q Nがバッファ層として作用し得るため、
Alc Ga1-c N層にクラックが入ることなく10層以
上積層することができる。なお、InN、GaN、およ
びAlNの屈折率は、それぞれ、2.9、2.5、およ
び2.15である。これらの混晶の屈折率はベガードの
法則に従うと仮定し、組成に比例するものとして求める
ことができる。Two types of nitrides constituting each multilayer light reflecting film
The best combination of semiconductor layers is one with I
ncGa1-cFormed of N or GaN and the other is Al
Nitride semiconductor containing minium and / or gallium
(For example, AlcGa1-cN (where 0 ≦ c <1)
Some are formed by: InqGa1-qN and AlcGa
1-cSince N has a large difference in the refractive index, these materials are often used.
By forming a layered light reflection film, the reflection of light
It becomes possible to design a multilayer light reflection film having a large emissivity. Also,
InqGa1-qSince N can act as a buffer layer,
AlcGa1-c10 layers or less without cracks in the N layer
Can be stacked on top. Note that InN, GaN, and
And AlN have refractive indices of 2.9, 2.5 and 2.5, respectively.
And 2.15. The refractive index of these mixed crystals is
Assuming to obey the law, calculated as proportional to composition
be able to.
【0080】図9は、本発明による窒化物半導体発光素
子の一形態の構造を示す概略断面図であって、LD素子
としての構造を示す。FIG. 9 is a schematic sectional view showing a structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, and shows a structure as an LD device.
【0081】図9に示す窒化物半導体発光素子90は、
活性層95、並びに活性層95を両側で挟んでいるn型
窒化物半導体層94およびp型窒化物半導体層96から
なる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、
バッファ層92およびn型コンタクト層93を介して、
基板91上に設けられている。The nitride semiconductor light emitting device 90 shown in FIG.
It has an active layer 95 and a semiconductor laminated structure including an n-type nitride semiconductor layer 94 and a p-type nitride semiconductor layer 96 sandwiching the active layer 95 on both sides. This semiconductor stack structure
Through the buffer layer 92 and the n-type contact layer 93,
It is provided on a substrate 91.
【0082】活性層95は、図1に示す半導体発光素子
10における活性層15と同様、インジウムとガリウム
とを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造(単一量
子井戸構造または多重量子井戸構造)のものであり、活
性層15についての上記説明は、この活性層95にもそ
のまま適用される。Active layer 95 has a quantum well structure (single quantum well structure or multiple quantum well structure) including a nitride semiconductor containing indium and gallium, similarly to active layer 15 in semiconductor light emitting device 10 shown in FIG. The description of the active layer 15 is applied to the active layer 95 as it is.
【0083】p型窒化物半導体層96は、活性層95の
第2の主面に直接接して形成された第1のp型クラッド
層96aおよびこの第1のp型クラッド層96a上に形
成された第2のp型クラッド層96bを含む。P-type nitride semiconductor layer 96 is formed on first p-type cladding layer 96a formed directly in contact with the second main surface of active layer 95 and on first p-type cladding layer 96a. And a second p-type cladding layer 96b.
【0084】第1のp型クラッド層96aは、アルミニ
ウムとガリウムを含むp型窒化物半導体で形成されてい
る。第1のp型クラッド層96aをアルミニウムとガリ
ウムを含む窒化物半導体で形成すると、量子井戸構造故
に不十分であり得る活性層95中の光閉じ込めがより完
全なものとなり、このように第1のp型クラッド層95
は活性層95中に光を閉じ込めるための良好な光ガイド
層として作用することが見い出された。The first p-type cladding layer 96a is formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. When the first p-type cladding layer 96a is formed of a nitride semiconductor containing aluminum and gallium, light confinement in the active layer 95, which may be insufficient due to the quantum well structure, becomes more complete, and thus the first p-type cladding layer 95
Has been found to act as a good light guide layer for confining light in the active layer 95.
【0085】第1のp型クラッド層96aは、p型Al
d Ga1-d N(ここで、0<d<1)で形成することが
最も好ましい。AlGaNは高キャリア濃度のp型のも
のが得られやすく、しかもInGaNを包含する活性層
95に対し、バンドギャップ差および屈折率差を、他の
窒化物半導体に比べて、大きくできるからである。その
上、p型AlGaNは、他の窒化物半導体に比べて、成
長時に分解しにくいという性質を有しており、例えば有
機金属気相エピタキシャル成長法(MOVPE法)によ
りこれを成長させる際、下側の活性層95のInGaN
の分解を抑制し、その結果として結晶性に優れた活性層
95を提供し、もって発光素子の出力を向上させること
となる。The first p-type cladding layer 96a is made of p-type Al
d Ga 1-d N (where, 0 <d <1) is most preferably formed. This is because a p-type AlGaN having a high carrier concentration can be easily obtained, and the band gap difference and the refractive index difference can be made larger with respect to the active layer 95 containing InGaN than with other nitride semiconductors. In addition, p-type AlGaN has a property that it is less likely to be decomposed at the time of growth than other nitride semiconductors. For example, the p-type AlGaN has a lower side when it is grown by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Active layer 95 of InGaN
Is suppressed, and as a result, the active layer 95 having excellent crystallinity is provided, thereby improving the output of the light emitting element.
【0086】第1のp型クラッド層96aは、10オン
グストローム以上、1.0μm以下の厚さを有すること
が好ましい。その厚さが10オングストロームよりも薄
いと、第1のp型クラッド層を設けた効果が得られず、
他方その厚さが1.0μmよりも厚いと、第1のp型ク
ラッド層自体にクラックが入りやすくなるため、素子作
成が難しくなる傾向にある。第1のp型クラッド層96
aは、10オングストローム以上0.5μm以下の厚さ
を有することがさらに好ましい。The first p-type cladding layer 96a preferably has a thickness of not less than 10 Å and not more than 1.0 μm. If the thickness is less than 10 Å, the effect of providing the first p-type cladding layer cannot be obtained,
On the other hand, if the thickness is more than 1.0 μm, the first p-type cladding layer itself is liable to crack, which tends to make element fabrication difficult. First p-type cladding layer 96
a more preferably has a thickness of 10 Å to 0.5 μm.
【0087】第1のp型クラッド層96aは、LED素
子の場合を含めて一般的には上記範囲内の厚さを有する
ことが好ましいが、特にLD素子の場合には、100オ
ングストローム以上(同様の理由から、1.0μm以
下)の厚さを有することがさらに好ましい。その厚さが
100オングストロームより薄いと、第1のp型クラッ
ド層が光ガイド層として作用しにくくなるのである。こ
の場合において、第1のp型クラッド層96aは、10
0オングストローム以上0.5μm以下の厚さを有する
ことが最も好ましい。It is generally preferable that the first p-type cladding layer 96a has a thickness within the above range including the case of an LED element. In particular, in the case of an LD element, the thickness is preferably 100 Å or more. For this reason, it is more preferable to have a thickness of 1.0 μm or less. If the thickness is smaller than 100 angstroms, the first p-type clad layer is less likely to function as a light guide layer. In this case, the first p-type cladding layer 96a
Most preferably, it has a thickness of 0 Å to 0.5 μm.
【0088】第1のp型クラッド層96a上に設けられ
る第2のp型クラッド層96bは、第1のp型クラッド
層96aよりもバンドギャップが大きく、アルミニウム
とガリウムを含むp型窒化物半導体で形成される。この
ようなp型窒化物半導体により第2のp型クラッド層9
6bを形成することにより、当該第2のクラッド層が光
閉じ込め層として効果的に作用し、有効なLD素子等を
提供できることがわかった。The second p-type cladding layer 96b provided on the first p-type cladding layer 96a has a larger band gap than the first p-type cladding layer 96a, and is a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. Is formed. The second p-type cladding layer 9 is made of such a p-type nitride semiconductor.
It has been found that by forming 6b, the second cladding layer effectively functions as a light confinement layer, and an effective LD element or the like can be provided.
【0089】第2のp型クラッド層96bも、第1のp
型クラッド層96aの場合と同様に、高キャリア濃度の
p型のものが得られやすいことから、三元混晶のp型A
leGa1-e N(ここで、0<e<1)で形成すること
が最も好ましい。加えて、第2のp型クラッド層96b
は、これをp型AlGaNで形成すると、第1のp型ク
ラッド層とのバンドギャップの差および屈折率の差を大
きすることができるので、光閉じ込め層としてより一層
効果的に作用するようになる。なお、第2のp型クラッ
ド層96bは、第1のp型クラッド層96aよりもバン
ドギャップが大きいので、例えば、前者を構成するAl
e Ga1-e Nにおけるfの値は、後者を構成するAld
Ga1-d Nにおけるeの値よりも大きい値をとる。この
場合でも、できれば、これら式におけるd値およびe値
は、0を超え0.6までであることが望ましく、0を超
え0.4までであることがさらに望ましい。The second p-type cladding layer 96b also has the first p-type cladding layer 96b.
As in the case of the mold cladding layer 96a, it is easy to obtain a p-type material having a high carrier concentration.
l e Ga 1-e N (where, 0 <e <1) is most preferably formed. In addition, the second p-type cladding layer 96b
When formed from p-type AlGaN, the difference in band gap and the difference in refractive index from the first p-type cladding layer can be increased, so that the layer functions more effectively as a light confinement layer. Become. The second p-type cladding layer 96b has a larger band gap than the first p-type cladding layer 96a.
The value of f in e Ga 1-e N is the value of Al d constituting the latter.
It takes a value larger than the value of e in Ga 1 -dN. Even in this case, if possible, the d value and the e value in these equations are preferably more than 0 and up to 0.6, and more preferably more than 0 and up to 0.4.
【0090】第2のp型クラッド層96bは、その厚さ
に特に制限はないが、500オングストロームないし1
μm程度の厚さを有することが好ましい。第2のp型ク
ラッド層をこのような厚さに形成することにより、それ
自体におけるクラックの発生がより少なく、従って結晶
性がより良好で、しかも高キャリア濃度のp型AlGa
N層が得られるのである。The thickness of the second p-type cladding layer 96b is not particularly limited, but may be 500 Å to 1 Å.
It preferably has a thickness of about μm. By forming the second p-type cladding layer to such a thickness, the occurrence of cracks in itself is reduced, so that the crystallinity is better and the p-type AlGa of high carrier concentration is obtained.
An N layer is obtained.
【0091】なお、第1のp型クラッド層96aおよび
第2のp型クラッド層96bは、いずれも、1×1017
〜1×1019/cm3 という高キャリア濃度を有するも
のとして提供することができる。Note that each of the first p-type cladding layer 96a and the second p-type cladding layer 96b is 1 × 10 17
It can be provided as having a high carrier concentration of 11 × 10 19 / cm 3 .
【0092】また、第1のp型クラッド層96aと第2
のp型クラッド96b層との間に、p型InGaNまた
はp型GaNよりなる層を10オングストロームから1
μmまでの厚さに形成してもよい。この層は、光ガイド
層およびバッファ層として作用する。Further, the first p-type cladding layer 96a and the second
A layer made of p-type InGaN or p-type GaN between 10 angstroms and 1
It may be formed to a thickness of up to μm. This layer acts as a light guide layer and a buffer layer.
【0093】活性層95の第1の主面に接して設けられ
ているn型クラッド層94は、いずれものn型窒化物半
導体で形成することができる。しかしながら、n型クラ
ッド層94は、結晶性がより一層優れた層として形成さ
れ得ることから、GaN、AlGaN、InGaN等の
二元混晶、三元混晶の窒化物半導体で形成することが好
ましい。特にInGaNまたはGaNによりn型クラッ
ド層94を形成することにより、その上により一層良好
な活性層95を設けることができ、発光素子の出力が格
段に向上する。The n-type cladding layer 94 provided in contact with the first main surface of the active layer 95 can be made of any n-type nitride semiconductor. However, since the n-type cladding layer 94 can be formed as a layer having more excellent crystallinity, it is preferable to form the n-type cladding layer 94 from a binary or ternary mixed crystal nitride semiconductor such as GaN, AlGaN, or InGaN. . In particular, by forming the n-type cladding layer 94 of InGaN or GaN, a better active layer 95 can be provided thereon, and the output of the light emitting device is significantly improved.
【0094】n型クラッド層94は、LD素子の場合に
は、100オングストローム以上、1μm以下の膜厚で
形成することが望ましい。In the case of an LD device, the n-type cladding layer 94 is desirably formed to a thickness of 100 Å or more and 1 μm or less.
【0095】基板91は、図1に示す発光素子10にお
ける基板11と同様のものであり、基板11についての
上記説明がこの基板91についてもそのまま適用でき
る。The substrate 91 is the same as the substrate 11 in the light emitting element 10 shown in FIG. 1, and the above description of the substrate 11 can be applied to the substrate 91 as it is.
【0096】基板92上に形成されているバッファ層9
2も、図1に示す発光素子10におけるバッファ層12
と同様のものであり、バッファ層12についての上記説
明がこのバッファ層12についてもそのまま適用でき
る。特別の場合には、このバッファ層92を省略するこ
とができることも同様である。The buffer layer 9 formed on the substrate 92
2 also represents the buffer layer 12 in the light emitting element 10 shown in FIG.
The description of the buffer layer 12 can be applied to the buffer layer 12 as it is. In a special case, the buffer layer 92 can be omitted.
【0097】バッファ層92上に設けられているn型コ
ンタクト層93も、図1に示す発光素子10におけるn
型コンタクト層13と同様のものであり、n型コンタク
ト層13についての上記説明がこのn型コンタクト層9
3についてもそのまま適用できる。The n-type contact layer 93 provided on the buffer layer 92 is also the same as the n-type contact layer 93 in the light emitting device 10 shown in FIG.
This is the same as the n-type contact layer 13.
3 can be applied as it is.
【0098】第2のp型クラッド層96b上に設けられ
ているp型コンタクト層97も、図1に示す発光素子に
おけるp型コンタクト層17と同様のものであり、p型
コンタクト層17についての上記説明がこのp型コンタ
クト層97についてもそのまま適用できる。The p-type contact layer 97 provided on the second p-type cladding layer 96b is similar to the p-type contact layer 17 in the light emitting device shown in FIG. The above description can be applied to the p-type contact layer 97 as it is.
【0099】n型コンタクト層93の露出表面に形成さ
れている負電極98も、図1に示す発光素子における負
電極18と同様のものであり、負電極18についての上
記説明がこの負電極98についてもそのまま適用でき
る。The negative electrode 98 formed on the exposed surface of the n-type contact layer 93 is the same as the negative electrode 18 in the light emitting device shown in FIG. Can be applied as is.
【0100】p型コンタクト層97に接続して設けられ
ている正電極99も、図1に示す発光素子における正電
極19と同様のものであり、正電極19についての上記
説明がこの正電極99についてもそのまま適用できる。
ただし、図9に示すLD構造において、p型コンタクト
層97上には、透孔100aを有し、二酸化ケイ素等の
絶縁材料で形成された電流狭窄層100が設けられてお
り、正電極99は、この電流狭窄層100の透孔100
aを通してp型コンタクト層97と接している。The positive electrode 99 connected to the p-type contact layer 97 is the same as the positive electrode 19 in the light emitting device shown in FIG. Can be applied as is.
However, in the LD structure shown in FIG. 9, a current confinement layer 100 having a through hole 100a and formed of an insulating material such as silicon dioxide is provided on the p-type contact layer 97. , Through holes 100 of this current confinement layer 100
It is in contact with the p-type contact layer 97 through a.
【0101】さて、本発明について、図9に関し、主と
してLD素子について説明したが、LED素子の場合に
は、電流狭窄層100を設ける必要はない。また、LE
D素子の場合には、第2のp型クラッド層96bを省略
することもできる。さらに、LED素子の場合には、n
型クラッド層94の好ましい厚さは10オングストロー
ム以上、1.0μm以下、さらに好ましくは30オング
ストロームないし1.0μmとなり、あるいはこのn型
クラッド層94自体を省略することもできる。n型クラ
ッド層94を省略した場合、n型コンタクト層93がク
ラッド層として作用し得る。LED素子の場合、図9に
示す構造において、n型クラッド層94を省略し、かつ
第2のp型クラッド層96bを省略し、当然電流狭窄層
100をも省略し、n型コンタクト層をn型GaNで形
成し、p型コンタクト層97をp型GaNで形成した構
造、すなわち、インジウムとガリウムを含む窒化物半導
体を包含する量子井戸構造の活性層を有し、その第1の
主面上にn型GaN層が形成され、活性層の第2の主面
上にアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体層
が形成され、このp型窒化物半導体上にp型GaN層が
形成された構造を有するものが最も好ましいLED素子
構造である。これは、本発明による窒化物半導体発光素
子に相当する。The present invention has mainly been described with reference to FIG. 9 for an LD element. However, in the case of an LED element, it is not necessary to provide the current confinement layer 100. Also, LE
In the case of a D element, the second p-type cladding layer 96b can be omitted. Further, in the case of an LED element, n
The preferred thickness of the type cladding layer 94 is 10 Å or more and 1.0 μm or less, more preferably 30 Å to 1.0 μm, or the n-type cladding layer 94 itself can be omitted. When the n-type cladding layer 94 is omitted, the n-type contact layer 93 can function as a cladding layer. In the case of the LED element, in the structure shown in FIG. 9, the n-type cladding layer 94 is omitted, the second p-type cladding layer 96b is omitted, the current confinement layer 100 is also omitted, and the n-type contact layer is replaced by n. Active layer having a structure in which a p-type contact layer 97 is formed of p-type GaN, that is, a quantum well structure including a nitride semiconductor containing indium and gallium, on the first main surface thereof An n-type GaN layer is formed on the second main surface of the active layer, a p-type nitride semiconductor layer containing aluminum and gallium is formed, and a p-type GaN layer is formed on the p-type nitride semiconductor. The one having the structure is the most preferable LED element structure. This corresponds to the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【0102】図10は、本発明による窒化物半導体発光
素子の一形態の構造を示す概略断面図であって、図9と
同様、LD素子としての構造を示す。FIG. 10 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, and shows a structure as an LD device, similarly to FIG.
【0103】図10に示す窒化物半導体発光素子200
は、活性層95、並びに活性層95を両側で挟んでいる
n型窒化物半導体層294およびp型窒化物半導体層2
96からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層
構造は、バッファ層92およびn型コンタクト層93を
介して、基板91上に設けられている。The nitride semiconductor light emitting device 200 shown in FIG.
Are an active layer 95, and an n-type nitride semiconductor layer 294 and a p-type nitride semiconductor layer 2 sandwiching the active layer 95 on both sides.
It has a semiconductor lamination structure of 96. This semiconductor multilayer structure is provided on a substrate 91 via a buffer layer 92 and an n-type contact layer 93.
【0104】n型窒化物半導体層294は、活性層95
の第1の主面に直接接して形成された第1のn型クラッ
ド層294aおよびこの第1のn型クラッド層294a
上に形成された第2のn型クラッド層294bを含む。The n-type nitride semiconductor layer 294 includes the active layer 95
A first n-type cladding layer 294a formed in direct contact with the first main surface of the first and second n-type cladding layers 294a
It includes a second n-type cladding layer 294b formed thereon.
【0105】第1のn型クラッド層294aは、n型G
aNまたはインジウムとガリウムを含むn型窒化物半導
体で形成されている。第1のn型クラッド層294aを
GaNまたはインジウムとガリウムを含む窒化物半導体
で形成すると、量子井戸構造故に不十分であり得る活性
層95中の光閉じ込めがより完全なものとなり、このよ
うに第1のn型クラッド層294aは、活性層95中に
光を閉じ込めるための良好な光ガイド層として作用する
(LD素子の場合)ばかりでなく、当該第1のn型クラ
ッド層がいわばバッファ層として作用してその上に形成
される活性層95にクラックの発生を少なくさせ、発光
素子の発光出力を増大させることができることが見い出
された。The first n-type cladding layer 294a is formed of an n-type G
It is made of aN or an n-type nitride semiconductor containing indium and gallium. If the first n-type cladding layer 294a is formed of GaN or a nitride semiconductor containing indium and gallium, light confinement in the active layer 95, which may be insufficient due to the quantum well structure, becomes more complete, and thus the The first n-type cladding layer 294a not only functions as a good light guide layer for confining light in the active layer 95 (in the case of an LD element), but also the first n-type cladding layer functions as a buffer layer. It has been found that it is possible to reduce the occurrence of cracks in the active layer 95 formed thereon by acting to increase the light emission output of the light emitting element.
【0106】第1のn型クラッド層294aは、Inr
Ga1-r N(ここで、0<r<1)で形成することが最
も好ましい。この場合において、rの値は、上記理由と
同様の理由から、好ましくは0.5まで、より好ましく
は0.3まで、さらに好ましくは0.2までの値をと
る。また、そのキャリア濃度も、上記理由と同様の理由
から、1×1018/cm3 〜1×1020/cm3 である
ことが好ましい。The first n-type cladding layer 294a is made of In r
Most preferably, Ga 1-r N (where 0 <r <1) is used. In this case, the value of r is preferably up to 0.5, more preferably up to 0.3, and even more preferably up to 0.2 for the same reason as described above. Further, the carrier concentration is preferably 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 for the same reason as described above.
【0107】第1のn型クラッド層294aは、10オ
ングストローム以上の厚さを有することが好ましい。第
1のn型クラッド層294aは、10オングストローム
以上の厚さに形成することにより、活性層95と以後述
べる第2のn型クラッド層294bとの間のバッファ層
としてより一層効果的に作用する。すなわち、第1のn
型クラッド層294aを構成するInGaNまたはGa
Nは、その結晶が比較的柔らかいので、第2のn型クラ
ッド層294bと活性層23との間の格子定数不整合と
熱膨張係数差によって生じる歪をより一層効果的に吸収
することができ、バッファ層としてより一層有効に作用
することとなる。その結果、活性層95が十分に薄いも
のであっても、この第1のn型クラッド層294aの存
在により、活性層95、第2のn型クラッド層294
b、ひいてはp型クラッド層296にクラックが入りに
くくなり、それらの結晶性が良好なものとなるので、発
光素子の発光出力をより一層増大させる。It is preferable that first n-type cladding layer 294a has a thickness of 10 Å or more. By forming the first n-type cladding layer 294a to a thickness of 10 angstroms or more, the first n-type cladding layer 294a more effectively acts as a buffer layer between the active layer 95 and a second n-type cladding layer 294b described later. . That is, the first n
Or Ga constituting the mold cladding layer 294a
N can more effectively absorb the strain caused by the lattice constant mismatch between the second n-type cladding layer 294b and the active layer 23 and the difference in the coefficient of thermal expansion since the crystal is relatively soft. , More effectively function as a buffer layer. As a result, even if the active layer 95 is sufficiently thin, the presence of the first n-type cladding layer 294a causes the active layer 95 and the second n-type cladding layer 294.
b, and furthermore, cracks are less likely to be formed in the p-type cladding layer 296, and the crystallinity thereof is improved, so that the light emitting output of the light emitting element is further increased.
【0108】第1のn型クラッド層294aは、LED
素子の場合には、上記範囲内の厚さを有することが好ま
しいが、特にLD素子の場合には、100オングストロ
ーム以上厚さを有することが特に好ましい。その厚さが
100オングストローム未満であると、光ガイド層とし
て作用しにくくなるのである。The first n-type cladding layer 294a is formed by an LED
In the case of an element, it is preferable to have a thickness within the above range, and particularly in the case of an LD element, it is particularly preferable to have a thickness of 100 Å or more. If the thickness is less than 100 angstroms, it is difficult to function as a light guide layer.
【0109】また、第1のn型クラッド層294aは、
いずれの場合でも、1.0μm以下の厚さを有すること
が好ましい。その厚さが1.0μmよりも厚いと、その
結晶の色が黒味を帯びるとともに、多数のピットが結晶
中に生成する傾向にあり、そのため、高出力のLED、
LD素子を得ることが困難となり得る。Further, the first n-type cladding layer 294a is
In any case, it is preferable to have a thickness of 1.0 μm or less. When the thickness is larger than 1.0 μm, the color of the crystal becomes blackish, and a large number of pits tend to be formed in the crystal.
It may be difficult to obtain an LD element.
【0110】第1のn型クラッド層294aに接して設
けられている第2のn型クラッド層294bは、バンド
ギャップが第1のn型クラッド層294aよりも大きけ
ればいずれの窒化物半導体で形成してもよく、例えば、
GaN、AlGaN等の二元混晶、三元混晶の窒化物半
導体で形成することができる。このようなn型窒化物半
導体により第2のn型クラッド層294bを形成するこ
とにより、当該第2のn型クラッド層294bが光閉じ
込め層として効果的に作用し、有効なLD素子等を提供
できることがわかった。The second n-type cladding layer 294b provided in contact with the first n-type cladding layer 294a is formed of any nitride semiconductor if the band gap is larger than the first n-type cladding layer 294a. May be used, for example,
It can be formed of a binary or ternary mixed crystal nitride semiconductor such as GaN or AlGaN. By forming the second n-type cladding layer 294b from such an n-type nitride semiconductor, the second n-type cladding layer 294b effectively functions as a light confinement layer, and provides an effective LD element and the like. I knew I could do it.
【0111】第2のn型クラッド層294bは、n型A
lf Ga1-f N(ここで、0<f<1)で形成すること
が最も好ましい。n型AlGaNは、InGaNを包含
する活性層95に対し、バンドギャップ差および屈折率
差を、他の窒化物半導体に比べて、大きくできるからで
ある。この場合において、fの値は、上記理由と同様の
理由から、0.6までの値をとることが好ましく、0.
4までの値をとることがさらに好ましい。そのキャリア
濃度も、上記理由と同様の理由から、5×10 17/cm
3 〜1×1019/cm3 であることが好ましい。また第
2のn型クラッド層294bとn型コンタクト層93と
の間に、n型InGaNよりなる層を設けることによ
り、AlGaNよりなる第2のn型クラッド層を良好な
結晶性をもってクラックの発生を少なくして成長させる
ことができる。The second n-type cladding layer 294b is formed of an n-type A
lfGa1-fN (where 0 <f <1)
Is most preferred. n-type AlGaN includes InGaN
Band gap difference and refractive index
The difference can be made larger than other nitride semiconductors.
is there. In this case, the value of f is similar to the above-mentioned reason.
For reasons, it is preferred to take values up to 0.6,
It is more preferred to take values up to 4. That carrier
The concentration is also 5 × 10 for the same reason as described above. 17/ Cm
Three~ 1 × 1019/ CmThreeIt is preferred that Also the
2 n-type cladding layer 294b and n-type contact layer 93
By providing a layer made of n-type InGaN between
The second n-type cladding layer made of AlGaN
Growing with low crystal cracking with crystallinity
be able to.
【0112】第2のn型クラッド層294bは、その厚
さに特に制限はないが、500オングストローム以上、
1.0μm以下の厚さを有することが好ましい。第2の
n型クラッド層294bをこの範囲内の厚さに形成する
ことによって、クラックがない結晶性の優れた第2のn
型クラッド層294bが得られるのである。The thickness of the second n-type cladding layer 294b is not particularly limited, but is not less than 500 angstroms.
It preferably has a thickness of 1.0 μm or less. By forming the second n-type cladding layer 294b to a thickness within this range, the second n-type cladding layer 294b having excellent crack-free crystallinity can be obtained.
The mold cladding layer 294b is obtained.
【0113】活性層95の第2の主面に接して設けられ
ているp型半導体層(クラッド層)296は、いずれも
のp型窒化物半導体で形成することができる。しかしな
がら、p型クラッド層296は、結晶性がより一層優れ
た層として形成され得ることから、p型AlGaNで形
成することが好ましい。p型AlGaNは、他の窒化物
半導体に比べて、成長時に分解しにくいという性質を有
しており、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法
(MOVPE法)によりこれを成長させる際、下側の活
性層95のInGaNの分解を抑制し、その結果として
結晶性に優れた活性層95を提供し、もって発光素子の
出力を向上させることとなる。この場合において、アル
ミニウムの比率やキャリア濃度については、図9に示す
発光素子90における第1のp型クラッド層96aおよ
び第2のp型クラッド層96bについて好ましいとした
値をとることが同様に好ましい。The p-type semiconductor layer (cladding layer) 296 provided in contact with the second main surface of the active layer 95 can be formed of any p-type nitride semiconductor. However, the p-type cladding layer 296 is preferably formed of p-type AlGaN because it can be formed as a layer having more excellent crystallinity. The p-type AlGaN has a property that it is less likely to be decomposed during growth than other nitride semiconductors. For example, when the p-type AlGaN is grown by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE), the lower active layer The decomposition of InGaN 95 is suppressed, and as a result, the active layer 95 having excellent crystallinity is provided, thereby improving the output of the light emitting element. In this case, it is also preferable that the ratio of aluminum and the carrier concentration have the same values as those of the first p-type cladding layer 96a and the second p-type cladding layer 96b in the light-emitting element 90 shown in FIG. .
【0114】p型クラッド層296は、LD素子の場合
には、100オングストローム以上、1μm以下の膜厚
で形成することが望ましい。In the case of an LD element, the p-type cladding layer 296 is desirably formed with a thickness of 100 Å or more and 1 μm or less.
【0115】活性層95、基板91、基板91上に形成
されているバッファ層92、バッファ層92上に設けら
れているn型コンタクト層93、さらにはp型コンタク
ト層97、負電極98、正電極99および電流狭窄層1
00は、図9に示す発光素子に関して説明した通りのも
のである。The active layer 95, the substrate 91, the buffer layer 92 formed on the substrate 91, the n-type contact layer 93 provided on the buffer layer 92, the p-type contact layer 97, the negative electrode 98, Electrode 99 and current confinement layer 1
00 is as described for the light emitting element shown in FIG.
【0116】さて、本発明について、図10に関し、主
としてLD素子について説明したが、LED素子の場合
には、電流狭窄層100を設ける必要はない。また、L
ED素子の場合には、第2のn型クラッド層294bを
省略することもできる。その場合、n型コンタクト層9
3が第2のn型クラッド層として作用する。The present invention has mainly been described with reference to FIG. 10 for an LD element. However, in the case of an LED element, it is not necessary to provide the current confinement layer 100. Also, L
In the case of an ED element, the second n-type cladding layer 294b can be omitted. In that case, the n-type contact layer 9
3 acts as a second n-type cladding layer.
【0117】図11は、本発明による窒化物半導体発光
素子の一形態の構造を示す概略断面図であって、図9お
よび図10と同様、LD素子としての構造を示す。FIG. 11 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, and shows the structure as an LD device, similarly to FIGS. 9 and 10.
【0118】図11に示す窒化物半導体発光素子300
は、活性層95、並びに活性層95を両側で挟んでいる
n型窒化物半導体層294およびp型窒化物半導体層9
6からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層構
造は、バッファ層92およびn型コンタクト層93を介
して、基板91上に設けられている。A nitride semiconductor light emitting device 300 shown in FIG.
Are an active layer 95, and an n-type nitride semiconductor layer 294 and a p-type nitride semiconductor layer 9 sandwiching the active layer 95 on both sides.
6 having a semiconductor laminated structure. This semiconductor multilayer structure is provided on a substrate 91 via a buffer layer 92 and an n-type contact layer 93.
【0119】図11に示す発光素子300は、n型窒化
物半導体層については図10に示す発光素子200にお
けるn型窒化物半導体層294(第1のn型クラッド層
294aおよび第2のn型クラッド層294bからな
る)を、p型窒化物半導体層については図9に示す発光
素子90におけるp型窒化物半導体層96(第1のp型
クラッド層96aおよび第2のp型クラッド層96bか
らなる)を適用したものであり、本発明の最も好ましい
実施の形態の一つである。各半導体層その他の構成につ
いては、特にLED素子の場合に省略し得る窒化物半導
体層および特にLED素子の場合の窒化物半導体層の厚
さについての上記説明を含めて、図9および図10に関
して説明したことがそのまま適用でき、他言を要しな
い。従って、図11に示す発光素子において、n型コン
タクト層93をn型GaNで、第2のn型クラッド層2
94bをn型AlGaNで、第1のn型クラッド層29
4aをn型InGaNまたはn型GaNで、第1のp型
クラッド層96aをp型AlGaNで、第2のp型クラ
ッド層96bをp型AlGaNで、p型コンタクト層9
7をp型GaNでそれぞれ形成し、活性層95をノンド
ープとすることが最も好ましい。なお、図11に示すL
D素子構造の場合には、いうまでもなく、第1のn型ク
ラッド層294aが光ガイド層、第2のクラッド層29
4bが光閉じ込め層、第1のp型クラッド層96aが光
ガイド層、第2のp型クラッド層96bが光閉じ込め層
として作用することも明らかである。また第1のp型ク
ラッド層96aと第2のp型クラッド層96bとの間
に、p型InGaNまたはp型GaNよりなる層をバッ
ファ層として形成してもよいし、n型コンタクト層93
と第2のn型クラッド層294bとの間に、n型InG
aNよりなる層をバッファ層として形成してもよい。In the light emitting device 300 shown in FIG. 11, the n-type nitride semiconductor layer 294 (the first n-type clad layer 294a and the second n-type For the p-type nitride semiconductor layer, the p-type nitride semiconductor layer 96 (consisting of the first p-type clad layer 96a and the second p-type clad layer 96b) of the light emitting device 90 shown in FIG. ) Is one of the most preferred embodiments of the present invention. Each of the semiconductor layers and other configurations will be described with reference to FIGS. 9 and 10, including the above description of the thickness of the nitride semiconductor layer which can be omitted particularly in the case of the LED element and the nitride semiconductor layer particularly in the case of the LED element. What was explained can be applied as it is, and no other words are required. Therefore, in the light emitting device shown in FIG. 11, the n-type contact layer 93 is made of n-type GaN, and the second n-type cladding layer 2 is made of n-type GaN.
94b is n-type AlGaN, and the first n-type cladding layer 29
4a is n-type InGaN or n-type GaN; the first p-type cladding layer 96a is p-type AlGaN; the second p-type cladding layer 96b is p-type AlGaN;
It is most preferable that each of the active layers 95 is made of p-type GaN and the active layer 95 is non-doped. Note that L shown in FIG.
In the case of the D element structure, needless to say, the first n-type cladding layer 294a is formed of the light guide layer and the second cladding layer 29a.
It is also apparent that 4b functions as a light confinement layer, the first p-type cladding layer 96a functions as a light guide layer, and the second p-type cladding layer 96b functions as a light confinement layer. Further, a layer made of p-type InGaN or p-type GaN may be formed as a buffer layer between the first p-type cladding layer 96a and the second p-type cladding layer 96b, or the n-type contact layer 93 may be formed.
Between the n-type cladding layer 294b and the second n-type cladding layer 294b.
A layer made of aN may be formed as a buffer layer.
【0120】また、本発明によれば、n型窒化物半導体
層とp型窒化物半導体層との間にインジウムとガリウム
とを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層
を有し、p型窒化物半導体層は、活性層と接して形成さ
れかつアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体
よりなる第1のp型クラッド層を含み、第1のp型クラ
ッド層は、10オングストローム以上、1.0μm以下
の厚さを有することを特徴とする窒化物半導体発光素子
が提供される。According to the present invention, an active layer having a quantum well structure including a nitride semiconductor containing indium and gallium is provided between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer, The p-type nitride semiconductor layer includes a first p-type cladding layer formed in contact with the active layer and made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium, and the first p-type cladding layer has a thickness of 10 Å or more. , Having a thickness of 1.0 μm or less.
【0121】この発光素子は、基本的には、図9に示す
発光素子90の構造から第2のp型クラッド層96bを
省略した特別の場合に該当する。この特別の場合には、
さらに、図9に示す発光素子の構造からn型コンタクト
層93およびn型クラッド層94のうちのいずれかを省
略してもよく(n型クラッド層を94を省略した場合、
n型コンタクト層93がn型クラッド層として作用す
る)、またp型コンタクト層97をも省略してもよい。This light-emitting element basically corresponds to a special case where the second p-type cladding layer 96b is omitted from the structure of the light-emitting element 90 shown in FIG. In this special case,
Further, any one of the n-type contact layer 93 and the n-type cladding layer 94 may be omitted from the structure of the light emitting element shown in FIG. 9 (when the n-type cladding layer 94 is omitted,
The n-type contact layer 93 functions as an n-type cladding layer), and the p-type contact layer 97 may be omitted.
【0122】さらにまた、この特別の場合には、図9に
示す発光素子90における第2のp型クラッド層96b
に相当する第2のp型クラッド層をp型GaNまたはイ
ンジウムとガリウムとを含むp型窒化物半導体(好まし
くは、InGaN)で形成することができ、これについ
ては、図1に示す発光素子10におけるn型クラッド層
14についての説明が適用できる。さらにまた、図9に
示す発光素子90におけるn型クラッド層94に相当す
るn型クラッド層(第1のn型半導体層)に接して、す
なわち第1のn型クラッド層94とn型コンタクト層9
3との間に、n型GaNまたはアルミニウムとガリウム
とを含む第2のn型窒化物半導体(好ましくは、AlG
aN)を設けることも好ましい。この場合については、
n型GaN層を含めて、図2に示す発光素子20におけ
る第2のn型クラッド層21についての説明が適用でき
る。Further, in this special case, the second p-type cladding layer 96b in the light emitting device 90 shown in FIG.
Can be formed of p-type GaN or a p-type nitride semiconductor containing indium and gallium (preferably, InGaN), which corresponds to the light emitting device 10 shown in FIG. The description of the n-type cladding layer 14 can be applied. Furthermore, in contact with the n-type cladding layer (first n-type semiconductor layer) corresponding to the n-type cladding layer 94 in the light emitting element 90 shown in FIG. 9, that is, the first n-type cladding layer 94 and the n-type contact layer 9
3, a second n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium (preferably AlG
aN) is also preferred. In this case,
The description of the second n-type cladding layer 21 in the light-emitting element 20 shown in FIG. 2 including the n-type GaN layer can be applied.
【0123】図12は、本発明による窒化物半導体発光
素子の一形態の構造を示す概略断面図であって、LD素
子として特に好ましい構造の一つを示している。図12
の窒化物半導体発光素子は、以下述べる第1のp型クラ
ッド層を除くと、図6に関して説明した好ましい形態に
ほぼ相当するということができる。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a structure of one embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, and shows one particularly preferable structure as an LD device. FIG.
It can be said that the nitride semiconductor light-emitting device of the present invention substantially corresponds to the preferred embodiment described with reference to FIG. 6 except for the first p-type cladding layer described below.
【0124】図12に示す窒化物半導体発光素子400
は、活性層405を備え、その第1の主面上には、第1
のn型クラッド層414、第2のn型クラッド層424
およびn型コンタクト層403を含むn型半導体層が設
けられている。加えて、活性層405の第2の主面に
は、第1のp型クラッド層416、第2のp型クラッド
層426、第3のp型クラッド層436、および最外層
としてのp型コンタクト層407を含むp型窒化物半導
体層を有する。このような積層構造は、図12に示す構
造では、バッファ層402を介して、基板401上に設
けられている。A nitride semiconductor light emitting device 400 shown in FIG.
Comprises an active layer 405, on which a first main surface
N-type cladding layer 414 and second n-type cladding layer 424
And an n-type semiconductor layer including an n-type contact layer 403. In addition, the second main surface of the active layer 405 has a first p-type cladding layer 416, a second p-type cladding layer 426, a third p-type cladding layer 436, and a p-type contact as an outermost layer. A p-type nitride semiconductor layer including the layer 407 is provided. In the structure shown in FIG. 12, such a stacked structure is provided over the substrate 401 with the buffer layer 402 interposed therebetween.
【0125】活性層405は、インジウムとガリウムと
を含む窒化物半導体を包含するものであり、当該インジ
ウムとガリウムとを含む窒化物半導体の量子準位間発光
を生じさせる構造、言い換えると量子井戸構造を構成す
る。このような構造については、図1に示す発光素子1
0の活性層15に関して説明したことがすべてそのまま
適用される。LD素子の場合は、活性層405は多重量
子井戸構造をとることが最も好ましい。The active layer 405 contains a nitride semiconductor containing indium and gallium. The active layer 405 has a structure in which the nitride semiconductor containing indium and gallium emits light between quantum levels, in other words, a quantum well structure. Is configured. The light emitting element 1 shown in FIG.
Everything described for the 0 active layer 15 applies as is. In the case of an LD element, the active layer 405 most preferably has a multiple quantum well structure.
【0126】活性層405の第1の主面に接して設けら
れている第1のn型クラッド層414は光ガイド層とし
て作用するものであり、インジウムとガリウムを含むn
型窒化物半導体またはn型GaNで形成されている。よ
り具体的には、この第1のn型クラッド層54は、n型
Iny Ga1-y N(ここで、0≦y<1)で形成され
る。すなわち、この第1のn型クラッド層414は、図
1に示す発光素子10における第1のn型クラッド層1
4に関して説明したn型InGaNで形成することもで
きるし、n型GaNで形成することもできる。図1に示
す発光素子10における第1のn型クラッド層14に関
して説明した理由と同様の理由から、yの値は、0≦y
≦0.5の範囲内にあることが好ましく、さらに好まし
くは0<y≦0.3、最も好ましくは0<y≦0.2の
範囲内にある。第1のn型クラッド層414のキャリア
濃度も、同様の理由から、1×1018/cm3 〜1×1
020/cm3 の範囲内にあることが望ましい。第1のn
型クラッド層414も、その厚さに特に制限はないが、
同様の理由から、活性層15と第1のn型クラッド層4
14とは、合計で、300オングストローム以上の厚さ
を有することが望ましく、1μm以下の厚さを有し得
る。The first n-type clad layer 414 provided in contact with the first main surface of the active layer 405 functions as a light guide layer, and is formed of n containing indium and gallium.
It is formed of a type nitride semiconductor or n-type GaN. More specifically, the first n-type cladding layer 54, (here, 0 ≦ y <1) n-type In y Ga 1-y N formed by. That is, the first n-type cladding layer 414 is the first n-type cladding layer 1 in the light emitting device 10 shown in FIG.
4 can be formed of n-type InGaN or can be formed of n-type GaN. For the same reason as described for the first n-type cladding layer 14 in the light emitting device 10 shown in FIG. 1, the value of y is 0 ≦ y
It is preferably in the range of ≦ 0.5, more preferably in the range of 0 <y ≦ 0.3, and most preferably in the range of 0 <y ≦ 0.2. For the same reason, the carrier concentration of the first n-type cladding layer 414 is 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 1.
Desirably, it is in the range of 0 20 / cm 3 . The first n
The thickness of the mold cladding layer 414 is not particularly limited, either.
For the same reason, the active layer 15 and the first n-type clad layer 4
14 preferably has a total thickness of 300 Å or more, and may have a thickness of 1 μm or less.
【0127】第1のn型クラッド層上に設けられている
第2のn型クラッド層424は、光閉じ込め層として作
用するものであり、第1のn型クラッド層414よりも
バンドギャップが大きく、かつアルミニウムとガリウム
とを含むn型窒化物半導体またはn型GaNで形成され
ている。このような第2のn型クラッド層424を設け
ることによって、第1のn型クラッド層414との間の
バンドギャップ差を大きくすることができ、発光素子の
発光効率を向上させることができる。The second n-type cladding layer 424 provided on the first n-type cladding layer functions as a light confinement layer, and has a larger band gap than the first n-type cladding layer 414. And an n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium or n-type GaN. By providing such a second n-type cladding layer 424, the band gap difference between the first n-type cladding layer 414 and the first n-type cladding layer 414 can be increased, and the luminous efficiency of the light-emitting element can be improved.
【0128】この第2のn型クラッド層424は、n型
Alg Ga1-g N(ここで、0<g<1)で形成する場
合には、gの値は、0<g≦0.6の範囲内にあること
が好ましい。AlGaNはその結晶が比較的硬く、0.
6より大きいと、第1のn型クラッド層414の存在に
もかかわらず、その層にクラックが比較的発生しやすく
なり、発光出力を低下させる傾向にあるからである。g
値は、0<g≦0.4の範囲内にあることが最も好まし
い。When the second n-type cladding layer 424 is formed of n-type Al g Ga 1 -gN (here, 0 <g <1), the value of g is 0 <g ≦ 0. .6. AlGaN has a relatively hard crystal,
If it is larger than 6, cracks are relatively likely to occur in the first n-type cladding layer 414 irrespective of the existence of the first n-type cladding layer 414, and the light emission output tends to be reduced. g
Most preferably, the value is in the range 0 <g ≦ 0.4.
【0129】また、第2のn型クラッド層424のキャ
リア濃度は、5×1017/cm3 〜1×1019/cm3
の範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が5
×1017/cm3 よりも低いと、特にAlGaNの抵抗
率が高くなるので、発光素子のVfが高くなり、発光効
率が低下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が1
×1019/cm3 よりも高いと特にAlGaNの結晶性
が悪くなり発光効率が低下するからである。The carrier concentration of the second n-type cladding layer 424 is 5 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3
Is desirably within the range. The carrier concentration is 5
If the density is lower than × 10 17 / cm 3 , the resistivity of AlGaN is particularly high, so that the Vf of the light emitting element tends to be high and the luminous efficiency tends to decrease.
This is because if it is higher than × 10 19 / cm 3 , the crystallinity of AlGaN is particularly deteriorated, and the luminous efficiency is reduced.
【0130】第2のn型クラッド層424は、通常、5
0オングストローム〜0.5μmの厚さをもって形成す
ることができる。The second n-type cladding layer 424 usually has a thickness of 5
It can be formed with a thickness of 0 Å to 0.5 μm.
【0131】n型半導体層の最外層(活性層から最も離
れて位置する層)として形成されている(図12では、
第2のn型クラッド層424に接して形成されている)
n型コンタクト層403は、n型GaNで形成されてい
る。図1の発光素子10におけるn型コンタクト層13
をn型GaNで形成することが好ましいとした理由と同
様の理由から、n型コンタクト層403は、n型GaN
で形成される。その他の例えばキャリア濃度は、図1に
示す発光素子10におけるn型コンタクト層13の場合
に好ましいとして記載した濃度であることが同様に好ま
しい。It is formed as the outermost layer of the n-type semiconductor layer (the layer located farthest from the active layer).
(Formed in contact with the second n-type cladding layer 424)
The n-type contact layer 403 is formed of n-type GaN. N-type contact layer 13 in light emitting device 10 of FIG.
Is preferably formed of n-type GaN for the same reason that n-type GaN is preferably formed of n-type GaN.
Is formed. Other carrier concentrations, for example, are preferably the concentrations described as preferable in the case of the n-type contact layer 13 in the light emitting element 10 shown in FIG.
【0132】活性層405の第2の主面に接して設けら
れている第1のp型クラッド層416は、キャップ層と
して作用するものであり、これまで説明してきた他の形
態における第1のp型クラッド層と同様に活性層の分解
を防止して発光素子の発光出力を向上させるものであ
る。この第1のp型クラッド層416は、アルミニウム
とガリウムを含むp型窒化物半導体で形成されている。
このような第1のp型クラッド層416を設けることに
よって、より一層優れたLD素子を提供できることがわ
かった。The first p-type clad layer 416 provided in contact with the second main surface of the active layer 405 functions as a cap layer, and serves as the first p-type clad layer in the other embodiments described above. As in the case of the p-type cladding layer, the active layer is prevented from being decomposed to improve the light emitting output of the light emitting device. This first p-type cladding layer 416 is formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium.
It has been found that providing such a first p-type cladding layer 416 can provide an even more excellent LD element.
【0133】この第1のp型クラッド層416は、好ま
しくは、p型Alh Ga1-h N(ここで、0<h<1)
で形成される。この場合において、hの値は、0<h≦
0.6の範囲内にあることが好ましい。AlGaNはそ
の結晶が比較的硬く、その層にクラックが比較的発生し
やすくなり、発光出力を低下させる傾向にあるからであ
る。h値は、0<h≦0.4の範囲内にあることが最も
好ましい。This first p-type cladding layer 416 is preferably made of p-type Al h Ga 1 -hN (where 0 <h <1).
Is formed. In this case, the value of h is 0 <h ≦
It is preferably in the range of 0.6. This is because the crystal of AlGaN is relatively hard, cracks are relatively easily generated in the layer, and the light emission output tends to decrease. Most preferably, the h value is in the range 0 <h ≦ 0.4.
【0134】また、第1のp型クラッド層416のキャ
リア濃度は、1×1017/cm3 〜1×1019/cm3
の範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が1
×1017/cm3 よりも低いと、活性層405への正孔
の注入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、
一方、そのキャリア濃度が1×1019/cm3 よりも高
いとAlGaNの結晶性が悪くなり発光効率が低下する
からである。The carrier concentration of the first p-type cladding layer 416 is 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3.
Is desirably within the range. The carrier concentration is 1
If it is lower than × 10 17 / cm 3, the efficiency of injecting holes into the active layer 405 tends to decrease, and the luminous efficiency tends to decrease.
On the other hand, if the carrier concentration is higher than 1 × 10 19 / cm 3 , the crystallinity of AlGaN deteriorates and the luminous efficiency decreases.
【0135】第1のp型クラッド層416は、通常、5
0オングストローム〜0.5μmの厚さをもって形成す
ることができる。The first p-type cladding layer 416 usually has a thickness of 5
It can be formed with a thickness of 0 Å to 0.5 μm.
【0136】第1のp型クラッド層416上に設けられ
ている第2のp型クラッド層426は、光ガイド層とし
て作用し、インジウムとガリウムとを含むp型窒化物半
導体またはp型GaNで形成されている。より具体的に
は、第1のp型クラッド層416は、p型Inz Ga
1-z N(ここで、0≦z<1)で形成することが望まし
い。図3の発光素子30における第1のp型クラッド層
36に関して説明した理由と同様の理由から、z値は、
0≦z≦0.5の範囲内にあることが好ましく、さらに
好ましくは0≦z≦0.3の範囲内、最も好ましくは0
≦z≦0.2の範囲内にある。この第1のp型クラッド
層416も同様にGaNにより形成してもいわばバッフ
ァ層として同様に作用する。また、この第1のp型クラ
ッド層416のキャリア濃度も、同様の理由から、1×
1017/cm3 〜1×1019/cm 3 の範囲内にあるこ
とが望ましい。さらに、第1のクラッド層416の厚さ
に特に制限はないが、同様の理由から、活性層405と
の合計で、300オングストローム以上の厚さを有する
ことが望ましく、1μm以下の厚さを有し得る。Provided on the first p-type cladding layer 416
The second p-type cladding layer 426 is used as an optical guide layer.
P-type nitride semiconductor containing indium and gallium
It is made of a conductor or p-type GaN. More specifically
Means that the first p-type cladding layer 416zGa
1-zN (where 0 ≦ z <1) is desirable.
No. First p-type cladding layer in light emitting device 30 of FIG.
For similar reasons as described with respect to 36, the z-value is
It is preferably in the range of 0 ≦ z ≦ 0.5, and furthermore
Preferably in the range of 0 ≦ z ≦ 0.3, most preferably 0
≦ z ≦ 0.2. This first p-type cladding
The layer 416 can also be formed of GaN in a similar manner.
Acts similarly as a key layer. In addition, the first p-type
For the same reason, the carrier concentration of the
1017/ CmThree~ 1 × 1019/ Cm ThreeWithin the range of
Is desirable. Further, the thickness of the first cladding layer 416
There is no particular limitation on the active layer 405 and the active layer 405 for the same reason.
Has a thickness of 300 Å or more in total
Preferably, it may have a thickness of 1 μm or less.
【0137】第2のp型クラッド層426上に設けられ
ている第3のp型クラッド層436は、光閉じ込め層と
して作用し、第2のp型クラッド層426よりもバンド
ギャップが大きく、かつアルミニウムとガリウムを含む
p型の窒化物半導体で形成されている。このような第3
のp型クラッド層436を設けることによって、第2の
p型クラッド層426との間のバンドギャップ差を大き
くすることができ、発光素子の発光効率を向上させるこ
とができる。The third p-type cladding layer 436 provided on the second p-type cladding layer 426 functions as a light confinement layer, has a larger band gap than the second p-type cladding layer 426, and It is formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. Third such
By providing the p-type cladding layer 436, the band gap difference between the second p-type cladding layer 426 and the second p-type cladding layer 426 can be increased, and the luminous efficiency of the light-emitting element can be improved.
【0138】この第3のp型クラッド層436は、好ま
しくは、p型Ali Ga1-i N(ここで、0<i<1)
で形成される。この場合において、iの値は、0<i≦
0.6の範囲内にあることが好ましい。AlGaNはそ
の結晶が比較的硬く、0.6より大きいと、第2のp型
クラッド層426の存在にもかかわらず、その層にクラ
ックが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる
傾向にあるからである。b値は、0<b≦0.4の範囲
内にあることが最も好ましい。This third p-type cladding layer 436 is preferably made of p-type Al i Ga 1 -iN (where 0 <i <1).
Is formed. In this case, the value of i is 0 <i ≦
It is preferably in the range of 0.6. When AlGaN has a relatively hard crystal and is larger than 0.6, cracks are relatively easily generated in the second p-type cladding layer 426 irrespective of the presence of the second p-type cladding layer 426, and the light emission output tends to be reduced. Because there is. Most preferably, the b value is in the range of 0 <b ≦ 0.4.
【0139】また、第3のp型クラッド層436のキャ
リア濃度は、1×1017/cm3 〜1×1019/cm3
の範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が1
×1017/cm3 よりも低いと、活性層405への正孔
の注入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、
一方、そのキャリア濃度が1×1019/cm3 よりも高
いとAlGaNの結晶性が悪くなり発光効率が低下する
からである。第3のp型クラッド層436は、通常、5
0オングストローム〜0.5μmの厚さをもって形成す
ることができる。The carrier concentration of the third p-type cladding layer 436 is 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3
Is desirably within the range. The carrier concentration is 1
If it is lower than × 10 17 / cm 3, the efficiency of injecting holes into the active layer 405 tends to decrease, and the luminous efficiency tends to decrease.
On the other hand, if the carrier concentration is higher than 1 × 10 19 / cm 3 , the crystallinity of AlGaN deteriorates and the luminous efficiency decreases. The third p-type cladding layer 436 typically has
It can be formed with a thickness of 0 Å to 0.5 μm.
【0140】p型半導体層の最外層(活性層405から
最も離れて位置する層)として形成されている(図12
では、第3のp型クラッド層436に接して設けられて
いる)p型コンタクト層407は、p型GaNで形成さ
れている。図1の発光素子10におけるp型コンタクト
層17をp型GaNで形成することが好ましいとした理
由と同様の理由から、p型コンタクト層407は、p型
GaNで形成される。その他の例えばキャリア濃度は、
図1に示す発光素子10におけるp型コンタクト層17
の場合に好ましいとして記載した濃度であることが同様
に好ましい。The p-type semiconductor layer is formed as the outermost layer (the layer located farthest from the active layer 405) (FIG. 12).
The p-type contact layer 407 is provided in contact with the third p-type cladding layer 436. The p-type contact layer 407 is formed of p-type GaN. The p-type contact layer 407 is formed of p-type GaN for the same reason that the p-type contact layer 17 in the light emitting device 10 of FIG. 1 is preferably formed of p-type GaN. Others, for example, carrier concentration,
P-type contact layer 17 in light emitting device 10 shown in FIG.
It is likewise preferred that the concentration is described as preferred in the case of
【0141】基板401、バッファ層402、負電極4
08および正電極409は、それぞれ、図1に示す発光
素子10における基板11、バッファ層12、負電極1
8および正電極19について説明した通りのものであ
る。また、透孔440aを有する電流狭窄層440につ
いても、図9に示す発光素子90における電流狭窄層1
00について説明した通りのものである。Substrate 401, buffer layer 402, negative electrode 4
08 and the positive electrode 409 are respectively the substrate 11, the buffer layer 12, and the negative electrode 1 in the light emitting device 10 shown in FIG.
8 and the positive electrode 19 are as described. Further, the current confinement layer 440 having the through hole 440a is also the same as the current confinement layer 1 in the light emitting element 90 shown in FIG.
00 is as described.
【0142】さらに、本発明によれば、第1および第2
の主面を有し、インジウムとガリウムとを含む窒化物半
導体よりなる量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の
主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および該活性
層の第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有
する半導体積層構造を備え、該p型窒化物半導体層は、
該活性層の第2の主面に接して形成され、かつアルミニ
ウムとガリウムを含むp型窒化物半導体よりなる第1の
p型層、および該第1のp型層に接して設けられたp型
GaNよりなる第2のp型層を含むことを特徴とする窒
化物半導体発光素子が提供される。この態様による発光
素子は、図9に示す発光素子90の構造から第2のp型
クラッド層96bとn型クラッド層94を省略し、かつ
p型コンタクト層97をp型GaNで形成した特別の場
合に該当する。この場合、n型コンタクト層93を最も
好ましくはn型GaNで形成することができる。Further, according to the present invention, the first and second
Active layer having a quantum well structure made of a nitride semiconductor containing indium and gallium, an n-type nitride semiconductor layer provided on a first main surface of the active layer, and the active layer A semiconductor laminated structure having a p-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface of the semiconductor device, wherein the p-type nitride semiconductor layer comprises:
A first p-type layer formed in contact with a second main surface of the active layer and made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium; and a p-type layer provided in contact with the first p-type layer. There is provided a nitride semiconductor light emitting device including a second p-type layer made of type GaN. The light emitting device according to this embodiment has a special structure in which the second p-type cladding layer 96b and the n-type cladding layer 94 are omitted from the structure of the light emitting device 90 shown in FIG. 9 and the p-type contact layer 97 is formed of p-type GaN. This is the case. In this case, the n-type contact layer 93 can be most preferably formed of n-type GaN.
【0143】図13は、量子井戸構造の活性層の井戸層
の厚さを変えて本発明の種々の窒化物半導体発光素子を
作製し、その発光出力(相対値)と井戸層の厚さとの関
係を調べた結果をグラフで示したものである。図13か
らわかるように、本発明の窒化物半導体発光素子におけ
る量子井戸構造の活性層の井戸層の厚さを70オングス
トローム以下にすると、発光素子の発光出力が顕著に向
上することがわかる。井戸層の厚さが50オングストロ
ーム以下となると、発光素子の発光出力は、さらに向上
することもわかる。このような傾向は、本発明のすべて
の窒化物半導体発光素子について、単一量子井戸構造の
活性層においても、多重量子井戸構造の活性層において
も、確認されたばかりでなく、広く、活性層を挟持する
2つのクラッド層の一方がp型窒化物半導体で形成さ
れ、他方がn型窒化物半導体で形成された場合にも確認
された。FIG. 13 shows that various nitride semiconductor light emitting devices of the present invention were manufactured by changing the thickness of the well layer of the active layer having the quantum well structure, and the light emission output (relative value) and the thickness of the well layer were compared. The result of examining the relationship is shown in a graph. As can be seen from FIG. 13, when the thickness of the well layer of the active layer of the quantum well structure in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention is set to 70 Å or less, the light emitting output of the light emitting device is significantly improved. It can also be seen that when the thickness of the well layer is 50 Å or less, the light emitting output of the light emitting element is further improved. Such a tendency has been confirmed not only in the active layer having a single quantum well structure but also in the active layer having a multiple quantum well structure for all the nitride semiconductor light emitting devices of the present invention. It was also confirmed that one of the two clad layers sandwiched was formed of a p-type nitride semiconductor and the other was formed of an n-type nitride semiconductor.
【0144】そこで、本発明によれば、n型窒化物半導
体層とp型窒化物半導体層との間にインジウムとガリウ
ムとを含む窒化物半導体を包含する少なくとも1層の井
戸層を有する量子井戸構造の活性層を備え、井戸層は、
70オングストローム以下の厚さを有することを特徴と
する窒化物半導体発光素子が提供される。Therefore, according to the present invention, a quantum well having at least one well layer containing a nitride semiconductor containing indium and gallium between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer The active layer has a structure, and the well layer has
There is provided a nitride semiconductor light emitting device having a thickness of 70 angstroms or less.
【0145】図14は、多重量子井戸構造の活性層の井
戸層の厚さを一定にし、障壁層の厚さを変えて本発明の
種々の窒化物半導体発光素子を作製し、その発光出力
(相対値)と障壁層の厚さとの関係を調べた結果をグラ
フとして示したものである。図14からわかるように、
本発明の窒化物半導体発光素子における量子井戸構造の
活性層の障壁層の厚さを150オングストローム以下に
すると、発光素子の発光出力が顕著に向上することがわ
かる。障壁層の厚さが100オングストローム以下とな
ると、発光素子の発光出力は、さらに向上することもわ
かる。このような傾向は、本発明のすべての窒化物半導
体発光素子について確認されたばかりでなく、広く、活
性層を挟持する2つのクラッド層の一方がp型窒化物半
導体で形成され、他方がn型窒化物半導体で形成された
場合にも確認された。FIG. 14 shows that various nitride semiconductor light emitting devices of the present invention were manufactured by changing the thickness of the barrier layer while keeping the thickness of the well layer of the active layer of the multiple quantum well structure constant. FIG. 6 is a graph showing the result of examining the relationship between the relative value) and the thickness of the barrier layer. As can be seen from FIG.
It can be seen that when the thickness of the barrier layer of the active layer having the quantum well structure in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention is 150 Å or less, the light emitting output of the light emitting device is significantly improved. It can also be seen that when the thickness of the barrier layer is less than 100 angstroms, the light emitting output of the light emitting device is further improved. Such a tendency was confirmed not only for all the nitride semiconductor light emitting devices of the present invention, but also widely, one of the two cladding layers sandwiching the active layer is formed of a p-type nitride semiconductor, and the other is an n-type. It was also confirmed when formed of a nitride semiconductor.
【0146】図15は、図9に示す構造に類似する構造
の発光素子について、第1のp型クラッド層96aの厚
さを変えた場合におけるその厚さと発光出力(相対値)
との関係を示すグラフである。図15は、より具体的に
は、図9に示す構造において、サファイア基板91上に
GaNバッファ層92を介してn型GaNコンタクト層
93を4μmの厚さに、n型InGaNクラッド層94
を500オングストロームの厚さに、単一量子井戸構造
のInGaN活性層95を20オングストロームの厚さ
に形成し、その上に第1のp型AlGaNクラッド層9
6aを厚さを変えて形成し、さらにその上に第2のp型
AlGaNクラッド層96bを0.1μmの厚さに形成
し、p型GaNコンタクト層97を1μmの厚さに形成
し、負電極98を形成し、電流狭窄層100を設けるこ
となく正電極99を形成したLED素子についてのもの
である。FIG. 15 shows a light emitting device having a structure similar to the structure shown in FIG. 9 and the light emitting output (relative value) when the thickness of the first p-type cladding layer 96a is changed.
6 is a graph showing a relationship with the graph. More specifically, in the structure shown in FIG. 9, an n-type GaN contact layer 93 is formed on a sapphire substrate 91 via a GaN buffer layer 92 to a thickness of 4 μm, and an n-type InGaN cladding layer 94 is formed.
Is formed to a thickness of 500 angstroms, and an InGaN active layer 95 having a single quantum well structure is formed to a thickness of 20 angstroms, and a first p-type AlGaN cladding layer 9 is formed thereon.
6a is formed with a different thickness, a second p-type AlGaN cladding layer 96b is formed thereon with a thickness of 0.1 μm, and a p-type GaN contact layer 97 is formed with a thickness of 1 μm. This is for an LED element in which an electrode 98 is formed and a positive electrode 99 is formed without providing a current confinement layer 100.
【0147】図15に示すように、第1のp型クラッド
層96aの厚さが1μmよりも厚くなると発光出力は急
激に低下する傾向にある。そのような厚さになると、第
1のp型クラッド層96aにクラックが入り、素子の結
晶性が悪くなることによるものである。図15から、L
ED素子の場合には、第1のp型クラッド層96aの膜
さは10オングストローム(0.001μm)以上、1
μm以下の厚さが好ましいことがわかる。このような傾
向は、第1のp型クラッド層をAlGaNで形成する本
発明の他の形態の窒化物半導体発光素子のすべてについ
て確認された。なお、LD素子の場合に第1のp型クラ
ッド層の好ましい厚さが100オングストローム以上で
あるのは、上記の通り、別の理由による。As shown in FIG. 15, when the thickness of the first p-type cladding layer 96a is greater than 1 μm, the light emission output tends to sharply decrease. At such a thickness, cracks occur in the first p-type cladding layer 96a, and the crystallinity of the element deteriorates. From FIG. 15, L
In the case of an ED element, the thickness of the first p-type cladding layer 96a is 10 Å (0.001 μm) or more,
It is understood that a thickness of μm or less is preferable. Such a tendency was confirmed for all of the nitride semiconductor light emitting devices according to other embodiments of the present invention in which the first p-type cladding layer is formed of AlGaN. As described above, the preferable thickness of the first p-type cladding layer is 100 Å or more in the case of an LD element.
【0148】図16は、図10に示す構造に類似する構
造の発光素子について、第1のn型クラッド層294a
の厚さを変えた場合におけるその厚さと発光出力(相対
値)との関係を示すグラフである。図16は、より具体
的には、図10に示す構造において、サファイア基板9
1上にGaNバッファ層92を介してn型GaNコンタ
クト層93を4μmの厚さに、第2のn型AlGaNク
ラッド層294bを0.1μmの厚さに形成し、第1の
n型InGaNクラッド層294aを厚さを変えて形成
し、さらにその上に、単一量子井戸構造のInGaN活
性層95を20オングストロームの厚さに、p型AlG
aNクラッド層296を0.1μmの厚さに形成し、負
電極98を形成し、電流狭窄層100を設けることなく
正電極99を形成したLED素子についてのものであ
る。FIG. 16 shows a light emitting device having a structure similar to that shown in FIG.
5 is a graph showing the relationship between the thickness and the light emission output (relative value) when the thickness of the light emitting device is changed. FIG. 16 shows, more specifically, the structure shown in FIG.
An n-type GaN contact layer 93 having a thickness of 4 μm and a second n-type AlGaN cladding layer 294 b having a thickness of 0.1 μm are formed on the first n-type InGaN cladding layer 92 via a GaN buffer layer 92. A layer 294a is formed with a variable thickness, and an InGaN active layer 95 having a single quantum well structure is formed thereon to a thickness of 20 angstroms to form a p-type AlG layer.
This is for an LED element in which an aN cladding layer 296 is formed to a thickness of 0.1 μm, a negative electrode 98 is formed, and a positive electrode 99 is formed without providing a current confinement layer 100.
【0149】図16からわかるように、第1のn型クラ
ッド層294aの厚さが1μmよりも厚くなると発光出
力は急激に低下する傾向にある。これは第1のn型クラ
ッド層294a自体の結晶性が悪くなり、例えば結晶が
黒くなったり、ピットが発生するためである。また第1
のn型クラッド層294aの厚さが30オングストロー
ムよりも薄くなっても、発光出力が低下する傾向にあ
る。これはInGaNよりなる第1のn型クラッド層2
94aがバッファ層として効果的に作用する好ましい膜
厚が30オングストローム以上であることを示してい
る。このような傾向は、第1のn型クラッド層をInG
aNまたはGaNで形成する本発明の他の形態の窒化物
半導体発光素子のすべてについて確認された。なお、既
に説明したように、第1のn型クラッド層294aが1
0オングストロームよりも薄くなると、バッファ層とし
て作用せず、その上に形成される活性層95およびクラ
ッド層294b、296に多数のクラックが発生するた
め、素子作製も難しくなり、発光出力は大幅に低下す
る。As can be seen from FIG. 16, when the thickness of the first n-type cladding layer 294a is greater than 1 μm, the light emission output tends to sharply decrease. This is because the crystallinity of the first n-type cladding layer 294a itself deteriorates, for example, the crystal becomes black or pits are generated. Also the first
Even if the thickness of the n-type cladding layer 294a is smaller than 30 Å, the light emission output tends to decrease. This is the first n-type cladding layer 2 made of InGaN.
94a indicates that the preferred film thickness effectively acting as a buffer layer is 30 Å or more. This tendency is due to the fact that the first n-type cladding layer is formed of InG
All of the nitride semiconductor light emitting devices according to other embodiments of the present invention formed of aN or GaN were confirmed. Note that, as described above, the first n-type cladding layer 294a
When the thickness is less than 0 Å, the active layer 95 and the cladding layers 294b and 296 formed thereon do not act as a buffer layer, and a large number of cracks are generated. I do.
【0150】さて、本発明において、窒化物半導体は、
いずれも、ドナー不純物をドープしないで成長させても
n型を示すが、最も好ましくは窒化物半導体の結晶成長
中にSi、Ge、Te、S等のドナー不純物をドープす
る。ドナー不純物濃度を調整することにより、n型窒化
物半導体層のキャリア濃度を調整できる。Now, in the present invention, the nitride semiconductor is
All of them show n-type even when grown without doping with donor impurities, but most preferably dope with donor impurities such as Si, Ge, Te, and S during crystal growth of the nitride semiconductor. By adjusting the donor impurity concentration, the carrier concentration of the n-type nitride semiconductor layer can be adjusted.
【0151】また、本発明において、p型窒化物半導体
層は、いずれも、窒化物半導体の結晶成長中にMg、Z
n、Cd、Ca、Be、C等のアクセプター不純物を窒
化物半導体の結晶成長中にドープすることによって得ら
れる。このようにアクセプター不純物をドープして成長
させた窒化物半導体層を400℃以上の温度でアニーリ
ングを行うことによりより一層好ましいp型窒化物半導
体層が得られる。アクセプター不純物の濃度を調整する
ことにより、p型窒化物半導体層のキャリア濃度を調整
することができる。In the present invention, any of the p-type nitride semiconductor layers may be made of Mg, Z
It is obtained by doping acceptor impurities such as n, Cd, Ca, Be, and C during crystal growth of the nitride semiconductor. By annealing the nitride semiconductor layer grown by doping the acceptor impurity at a temperature of 400 ° C. or higher, a more preferable p-type nitride semiconductor layer can be obtained. By adjusting the concentration of the acceptor impurity, the carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layer can be adjusted.
【0152】本発明の窒化物半導体発光素子は、例えば
MOVPE(有機金属気相成長法)、MBE(分子線気
相成長法)、HDVPE(ハイドライド気相成長法)等
の気相成長法を用いて、基板上に各窒化物半導体層を形
成することによって好ましく製造することができる。例
えば、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物、有
機アルミニウム化合物、アンモニア等の窒化物半導体源
を用い、必要に応じて不純物源をも用いて有機MOVP
E法により基板上に各窒化物半導体層を形成し、正電極
および負電極を形成して本発明の窒化物半導体発光素子
を製造することができる。The nitride semiconductor light emitting device of the present invention employs a vapor growth method such as MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), MBE (molecular beam vapor deposition), and HDVPE (hydride vapor phase epitaxy). Then, it can be preferably manufactured by forming each nitride semiconductor layer on a substrate. For example, an organic MOVP can be obtained by using a nitride semiconductor source such as an organic indium compound, an organic gallium compound, an organic aluminum compound, or ammonia, and using an impurity source as necessary.
By forming each nitride semiconductor layer on the substrate by the E method, and forming a positive electrode and a negative electrode, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention can be manufactured.
【0153】以上、図面を参照して本発明の実施の形態
を説明したが、本発明は、これらに限定されるものでは
ない。例えば図9における電流狭窄層100は、LD素
子とした場合における本発明の半導体発光素子にも適用
できる。また、1つのn型もしくはp型InGaN層に
ついてのインジウムの比率およびキャリア濃度に関する
説明は、他のn型もしくはp型InGaN層についても
同様にあてはまり、1つのn型もしくはp型AlGaN
層についてのアルミニウムの比率およびキャリア濃度に
関する説明は、他のn型もしくはp型AlGaN層につ
いても同様にあてはまることが明らかであろう。なお、
以上の説明からも明らかなように、主面とは、窒化物半
導体層(具体的には、活性層)において他の層が形成さ
れる面を意味する。As described above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the current confinement layer 100 in FIG. 9 can be applied to the semiconductor light emitting device of the present invention in the case where the device is an LD device. Further, the description regarding the indium ratio and the carrier concentration for one n-type or p-type InGaN layer applies similarly to the other n-type or p-type InGaN layer.
It will be clear that the description of the aluminum ratio and carrier concentration for the layers applies equally to other n-type or p-type AlGaN layers. In addition,
As is clear from the above description, the main surface means a surface on which another layer is formed in the nitride semiconductor layer (specifically, the active layer).
【0154】[0154]
【実施例】以下本発明を実施例に基づいて説明する。以
下の実施例では、全ての窒化物半導体層をMOVPE法
により成長させている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on embodiments. In the following examples, all nitride semiconductor layers are grown by MOVPE.
【0155】実施例1 まず、原料ガスとしてTMG(トリメチルガリウム)と
NH3 とを用い、反応容器にセットしたサファイア基板
のC面に500℃でGaNよりなるバッファ層を500
オングストロームの厚さに成長させた。Example 1 First, using TMG (trimethylgallium) and NH 3 as source gases, a buffer layer made of GaN was formed at 500 ° C. on a C-plane of a sapphire substrate set in a reaction vessel.
Grown to angstrom thickness.
【0156】次に温度を1050℃まで上げ、TMGと
NH3 からなる上記原料ガスにシランガスを加え、Si
ドープn型GaNよりなるn型コンタクト層を4μmの
厚さに成長させた。このn型コンタクト層の電子キャリ
ア濃度は、2×1019/cm 3 であった。Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG and
NHThreeA silane gas is added to the raw material gas
An n-type contact layer made of doped n-type GaN is
Grown to thickness. The electron carrier of this n-type contact layer
The concentration is 2 × 1019/ Cm ThreeMet.
【0157】続いて、上記原料ガスにさらにTMA(ト
リメチルアルミニウム)を加え、同じく1050℃でS
iドープn型Al0.3 Ga0.7 N層よりなる第2のn型
クラッド層を0.1μmの厚さに成長させた。この第2
のn型クラッド層の電子キャリア濃度は1×1019/c
m3 であった。Subsequently, TMA (trimethylaluminum) was further added to the raw material gas, and
a second n-type clad layer made of i-doped n-type Al 0.3 Ga 0.7 N layer was grown to a thickness of 0.1 [mu] m. This second
The electron carrier concentration of the n-type cladding layer is 1 × 10 19 / c
m 3 .
【0158】次に、温度を800℃に下げ、原料ガスと
してTMG、TMI(トリメチルインジウム)、NH3
およびシランガスを用い、Siドープn型In0.01Ga
0.99Nよりなる第1のn型クラッド層を500オングス
トロームの厚さに成長させた。この第1のn型クラッド
層の電子キャリア濃度は、5×1018/cm3 であっ
た。Next, the temperature was lowered to 800 ° C., and TMG, TMI (trimethylindium), NH 3
Si-doped n-type In 0.01 Ga
A first n-type cladding layer of 0.99 N was grown to a thickness of 500 Å. The electron carrier concentration of this first n-type cladding layer was 5 × 10 18 / cm 3 .
【0159】続いて、原料ガスとしてTMG、TMIお
よびNH3 を用い、800℃でノンドープIn0.05Ga
0.95Nを30オングストロームの厚さに成長させて単一
量子井戸構造の活性層を形成した。Subsequently, TMG, TMI and NH 3 were used as source gases at 800 ° C. for non-doped In 0.05 Ga
An active layer having a single quantum well structure was formed by growing 0.95 N to a thickness of 30 Å.
【0160】次に、温度を1050℃に上げ、原料ガス
としてTMG、TMA、NH3 およびCp2 Mg(シク
ロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgドープp
型Al0.3 Ga0.7 Nよりなる第2のp型クラッド層を
0.1μmの厚さに成長させた。この第2のp型クラッ
ド層のホールキャリア濃度は1×1018/cm3 であっ
た。Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, NH 3 and Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) were used as source gases, and Mg-doped p was used.
A second p-type cladding layer of type Al 0.3 Ga 0.7 N was grown to a thickness of 0.1 μm. The hole carrier concentration of this second p-type cladding layer was 1 × 10 18 / cm 3 .
【0161】続いて、原料ガスとしてTMG、NH3 お
よびCp2 Mgを用い、1050℃でMgドープp型G
aNよりなるp型コンタクト層を0.5μmの厚さに成
長させた。このp型コンタクト層のホールキャリア濃度
は5×1019/cm3 であった。Subsequently, TMG, NH 3 and Cp 2 Mg were used as source gases, and Mg-doped p-type G
A p-type contact layer made of aN was grown to a thickness of 0.5 μm. The hole carrier concentration of this p-type contact layer was 5 × 10 19 / cm 3 .
【0162】しかる後、温度を室温まで下げ、ウエーハ
を反応容器から取り出し、700℃でウエーハのアニー
リングを行って各p型層をさらに低抵抗化させた。次
に、最上層のp型コンタクト層の表面に所定の形状のマ
スクを形成し、n型コンタクト層の表面が露出するまで
エッチングした。n型コンタクト層の露出表面にTiと
Alよりなる負電極を形成し、p型コンタクト層の表面
にNiとAuよりなる正電極を形成した。Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, the wafer was taken out of the reaction vessel, and the wafer was annealed at 700 ° C. to further reduce the resistance of each p-type layer. Next, a mask having a predetermined shape was formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and etching was performed until the surface of the n-type contact layer was exposed. A negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer, and a positive electrode made of Ni and Au was formed on the surface of the p-type contact layer.
【0163】電極形成後、ウエーハを350μm角のチ
ップに分離した後、常法に従い半値角15度の指向特性
を持つLED素子とした。このLED素子はIf(順方
向電流)20mAにおいて、Vf(順方向電圧)3.5
V、発光ピーク波長415nmの青色発光を示し、発光
出力は6mWであった。また、その発光スペクトルの半
値幅は20nmであり、非常に色純度の良い発光を示し
た。After forming the electrodes, the wafer was separated into chips of 350 μm square, and an LED element having a directional characteristic of a half-value angle of 15 ° was obtained according to a conventional method. This LED element has a Vf (forward voltage) of 3.5 at If (forward current) of 20 mA.
V, blue light emission with a light emission peak wavelength of 415 nm, and a light emission output of 6 mW. The half width of the light emission spectrum was 20 nm, and light emission with very good color purity was exhibited.
【0164】実施例2 実施例1と同様にしてサファイア基板の上にSiドープ
n型Al0.3 Ga0.7N層よりなる第2のn型クラッド
層まで成長させた後、第2のクラッド層の上に実施例1
と同様の条件で、ノンドープIn0.05Ga0.95Nを40
オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造
の活性層を形成した。Example 2 A second n-type clad layer composed of a Si-doped n-type Al 0.3 Ga 0.7 N layer was grown on a sapphire substrate in the same manner as in Example 1, and then a second n-type clad layer was formed on the sapphire substrate. Example 1
Under the same conditions as described above, the non-doped In 0.05 Ga 0.95 N
An active layer having a single quantum well structure was formed by growing to a thickness of Å.
【0165】次に、活性層の上に、原料ガスとしてTM
G、TMI、NH3 およびCp2 Mgを用い、800℃
で、Mgドープp型In0.01Ga0.99Nよりなる第1の
p型クラッド層を500オングストロームの厚さに成長
させた。この第1のp型層のアニーリング後のホールキ
ャリア濃度は2×1017/cm3 であった。Next, on the active layer, TM was used as a source gas.
800 ° C. using G, TMI, NH 3 and Cp 2 Mg
In, and the first p-type cladding layer made of Mg-doped p-type In 0.01 Ga 0.99 N was grown to a thickness of 500 angstroms. The hole carrier concentration of the first p-type layer after annealing was 2 × 10 17 / cm 3 .
【0166】これ以降の第2のp型クラッド層、p型コ
ンタクト層の成長、その他は実施例1と同様にして所望
のLED素子を得た。このLED素子は、If20mA
において、Vf3.5V、発光ピーク波長410nm、
発光スペクトルの半値幅20nmであり、発光出力は5
mWであった。A desired LED element was obtained in the same manner as in Example 1 except for the subsequent growth of the second p-type clad layer and the p-type contact layer. This LED element has an If 20 mA
, Vf 3.5 V, emission peak wavelength 410 nm,
The half width of the emission spectrum is 20 nm, and the emission output is 5 nm.
mW.
【0167】実施例3 実施例1と同様にして、サファイア基板の上に、Siド
ープn型In0.01Ga 0.99Nよりなる第1のn型クラッ
ド層まで成長させた後、その第1のn型クラッド層の上
に、ノンドープIn0.05Ga0.95Nを40オングストロ
ームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形
成した。Example 3 In the same manner as in Example 1, an Si substrate was formed on a sapphire substrate.
N-type In0.01Ga 0.99N-type first n-type crack
After growing up to the first n-type cladding layer,
In addition, non-doped In0.05Ga0.95N 40 Angstro
To form a single quantum well active layer.
Done.
【0168】続いて、原料ガスとしてTMG、TMI、
NH3 およびCp2 Mgを用い、800℃で、Mgドー
プp型In0.01Ga0.99Nよりなる第1のp型クラッド
層を500オングストロームの厚さに成長させた。この
第1のp型クラッド層のアニール後のホールキャリア濃
度は、2×1017/cm3 であった。Subsequently, TMG, TMI,
Using NH 3 and Cp 2 Mg, a first p-type cladding layer made of Mg-doped p-type In 0.01 Ga 0.99 N was grown at 800 ° C. to a thickness of 500 Å. The hole carrier concentration of the first p-type clad layer after annealing was 2 × 10 17 / cm 3 .
【0169】次に、実施例1と同様にして、第1のp型
クラッド層上にMgドープp型Al 0.3 Ga0.7 Nより
なる第2のp型クラッド層を成長させ、そしてその上に
Mgドープp型GaNよりなるp型コンタクト層を成長
させた。その後、実施例1と同様にして、所望のLED
素子を得た。このLED素子は、If20mAでVf
3.5V、発光ピーク波長410nm、発光スペクトル
の半値幅20nmであり、発光出力は6mWであった。Next, in the same manner as in Example 1, the first p-type
Mg-doped p-type Al on cladding layer 0.3Ga0.7From N
Grow a second p-type cladding layer, and
Growth of p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN
I let it. Then, in the same manner as in Example 1, the desired LED
An element was obtained. This LED element has Vf at If20mA.
3.5V, emission peak wavelength 410nm, emission spectrum
Was 20 nm, and the light emission output was 6 mW.
【0170】実施例4 実施例1と同様にして、サファイア基板の上に、Siド
ープn型Al0.3 Ga 0.7 N層よりなる第2のn型クラ
ッド層まで成長させた後、その第2のn型クラッド層の
上に、Siドープn型GaNよりなる第1のn型クラッ
ド層を500オングストロームの厚さに成長させた。こ
の第1のn型クラッド層の電子キャリア濃度は2×10
19/cm3 であった。Example 4 In the same manner as in Example 1, an Si substrate was formed on a sapphire substrate.
N-type Al0.3Ga 0.7A second n-type cladding comprising an N layer
After growing the second n-type cladding layer,
A first n-type clad made of Si-doped n-type GaN
The layer was grown to a thickness of 500 Å. This
The electron carrier concentration of the first n-type cladding layer is 2 × 10
19/ CmThreeMet.
【0171】次に、実施例3と同様に第1のn型クラッ
ド層55の上に、ノンドープIn0. 05Ga0.95Nを40
オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造
の活性層を形成した。[0171] Next, on the first n-type cladding layer 55 in the same manner as in Example 3, a non-doped In 0. 05 Ga 0.95 N 40
An active layer having a single quantum well structure was formed by growing to a thickness of Å.
【0172】次に、活性層の上に、実施例1と同様にし
て、Mgドープp型Al0.3 Ga0. 7 Nよりなる第2の
p型クラッド層とMgドープp型GaNよりなるp型コ
ンタクト層を順次成長させた。これ以降は実施例1と同
様にしてLED素子を得た。このLED素子は、If2
0mAでVf3.5V、発光ピーク波長415nm、発
光スペクトルの半値幅20nmであり、発光出力は5m
Wであった。[0172] Next, on the active layer, in the same manner as in Example 1, second p-type cladding layer and a p-type consisting of Mg-doped p-type GaN composed of Mg-doped p-type Al 0.3 Ga 0. 7 N Contact layers were grown sequentially. Thereafter, an LED element was obtained in the same manner as in Example 1. This LED element is If2
At 0 mA, Vf is 3.5 V, the emission peak wavelength is 415 nm, the half width of the emission spectrum is 20 nm, and the emission output is 5 m.
W.
【0173】実施例5 活性層をIn0.2 Ga0.8 Nで形成した以外は実施例1
と同様にしてLED素子を作製した。このLED素子
は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光ピーク
波長455nm、半値幅20nmの青色発光を示し、発
光出力は5mWであった。Example 5 Example 1 was conducted except that the active layer was formed of In 0.2 Ga 0.8 N.
In the same manner as in the above, an LED element was produced. This LED element emitted blue light with a Vf of 3.5 V, an emission peak wavelength of 455 nm, and a half-value width of 20 nm at If mA of 20 mA, and an emission output of 5 mW.
【0174】実施例6 本実施例は、活性層の形成以外は実施例1と同様に行っ
た。すなわち、本実施例では、活性層を形成するため
に、原料ガスとしてTMG、TMIおよびNH3を用
い、800℃で、ノンドープIn0.1 Ga0.9 N薄膜
(井戸層)を20オングストロームの厚さに成長させ
た。続いて、In0.02Ga0.98N薄膜(障壁層)を20
オングストローム厚さに成長させた。この操作を交互に
それぞれ3回ずつ繰り返し、最後にIn0.1 Ga0.9 N
薄膜(障壁層)を20オングストロームの厚さに成長さ
せ、総膜厚140オングストロームの多重量子井戸構造
の活性層を形成した。こうして得られたLED素子は、
If20mAにおいて、Vf3.5V、発光ピーク波長
420nmの青色発光を示し、発光出力は7mWであっ
た。Example 6 This example was performed in the same manner as in Example 1 except for the formation of the active layer. That is, in this embodiment, in order to form an active layer, a non-doped In 0.1 Ga 0.9 N thin film (well layer) is grown to a thickness of 20 Å at 800 ° C. using TMG, TMI and NH 3 as source gases. I let it. Subsequently, an In 0.02 Ga 0.98 N thin film (barrier layer) is
Angstrom thickness was grown. This operation is alternately repeated three times each, and finally In 0.1 Ga 0.9 N
A thin film (barrier layer) was grown to a thickness of 20 Å to form an active layer having a multiple quantum well structure with a total thickness of 140 Å. The LED element thus obtained is
At 20 mA If, the device emitted blue light with a Vf of 3.5 V and a light emission peak wavelength of 420 nm, and the light emission output was 7 mW.
【0175】実施例7 アクセプター不純物源としてDEZ(ジエチルジン
ク)、ドナー不純物としてシランガスを用い、活性層と
してSiとZnをドープした単一量子井戸構造のIn
0.05Ga0.95N層を50オングストロームの厚さに形成
した以外は実施例1と同様にしてLED素子を作製し
た。このLED素子はIf20mAにおいて、Vf3.
5V、発光ピーク波長450nm、半値幅70nmの青
色発光を示し、発光出力3mWであった。Example 7 DEZ (diethyl zinc) was used as an acceptor impurity source, silane gas was used as a donor impurity, and a single quantum well structure doped with Si and Zn was used as an active layer.
An LED device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the 0.05 Ga 0.95 N layer was formed to a thickness of 50 Å. This LED element has a Vf3.
It exhibited blue light emission of 5 V, an emission peak wavelength of 450 nm, and a half width of 70 nm, and the emission output was 3 mW.
【0176】実施例8 実施例1の手法に従い、n型コンタクト層の上にSiド
ープn型In0.01Ga 0.99Nよりなる第1のn型クラッ
ド層、ノンドープIn0.05Ga0.95Nよりなる活性層、
Mgドープp型Al0.3 Ga0.7 Nよりなる第2のp型
クラッド層、およびMgドープp型GaNよりなるp型
コンタクト層を成長させた。すなわち、第2のn型クラ
ッド層を形成しなかった以外は実施例1と同様にしてL
ED素子を得た。このLED素子は、If20mAにお
いて、Vf3.5V、発光ピーク波長410nm、発光
出力は5mWであった。Embodiment 8 In accordance with the method of Embodiment 1, a silicon dopant is formed on the n-type contact layer.
N-type In0.01Ga 0.99N-type first n-type crack
Layer, non-doped In0.05Ga0.95An active layer made of N,
Mg-doped p-type Al0.3Ga0.7A second p-type made of N
Cladding layer and p-type composed of Mg-doped p-type GaN
A contact layer was grown. That is, the second n-type
L in the same manner as in Example 1 except that no pad layer was formed.
An ED element was obtained. This LED element is rated for If20mA.
Vf 3.5 V, emission peak wavelength 410 nm, emission
The output was 5 mW.
【0177】実施例9 実施例1と同様にして、サファイア基板の上に、n型コ
ンタクト層までの各半導体層を成長させた後、温度を8
00℃に下げ、原料ガスとしてTMG、TMI、NH3
およびシランガスを用い、Siドープn型In0.01Ga
0.99Nよりなる薄膜を380オングストロームの厚さに
成長させた。次に、温度を1050℃に上げ、原料ガス
としてTMG、TMA、NH3 およびシランガスを用
い、Siドープn型Al0.2 Ga0.8 Nよりなる薄膜を
390オングストロームの厚さに成長させた。これらの
操作を20回繰り返し、Siドープn型In0.01Ga
0.99N層とSiドープAl0.2 Ga0.8 N層を交互に1
0層づつ積層したn型多層膜(第1の多層反射膜)を形
成した。Example 9 In the same manner as in Example 1, after growing each semiconductor layer up to the n-type contact layer on the sapphire substrate, the temperature was raised to 8 ° C.
The temperature was lowered to 00 ° C, and TMG, TMI, NH 3
Si-doped n-type In 0.01 Ga
A thin film of 0.99 N was grown to a thickness of 380 Å. Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and a thin film of Si-doped n-type Al 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 390 Å using TMG, TMA, NH 3 and silane gas as source gases. These operations are repeated 20 times, and the Si-doped n-type In 0.01 Ga
0.99 N layer and Si-doped Al 0.2 Ga 0.8 N layer alternately
An n-type multilayer film (first multilayer reflection film) laminated by 0 layers was formed.
【0178】次に、n型多層膜上に、実施例3と同様に
して、第2のn型クラッド層、第1のn型クラッド層、
活性層、第1のp型クラッド層、および第2のp型クラ
ッド層を順次成長させた。Next, the second n-type clad layer, the first n-type clad layer,
An active layer, a first p-type cladding layer, and a second p-type cladding layer were sequentially grown.
【0179】次に、温度を800℃に設定して、原料ガ
スとしてTMG、TMI、NH3 およびCp2 Mgを用
い、第2のp型クラッド層上にMgドープp型In0.01
Ga 0.99N層を380オングストロームの厚さに成長さ
せた後、温度を1050℃に上げ、原料ガスとしてTM
G、TMA、NH3 およびCp2 Mgガスを用い、Mg
ドープp型Al0.2 Ga0.8 N層を390オングストロ
ームの厚さに成長させた。これらの操作を繰り返し、M
gドープp型In0.01Ga0.99N層とMgドープp型A
l0.2 Ga0.8 N層とを交互に10層づつ積層したp型
多層膜(第2の多層反射膜)を形成した。Next, the temperature was set to 800 ° C.
TMG, TMI, NHThreeAnd CpTwoUse Mg
The Mg-doped p-type In is formed on the second p-type clad layer.0.01
Ga 0.99N layer grown to 380 Å thickness
After raising the temperature to 1050 ° C, TM
G, TMA, NHThreeAnd CpTwoUsing Mg gas, Mg
Doped p-type Al0.2Ga0.8N layer 390 Å
Grew to the thickness of the bomb. By repeating these operations, M
g-doped p-type In0.01Ga0.99N layer and Mg-doped p-type A
l0.2Ga0.8P-type with 10 layers alternately stacked with N layers
A multilayer film (second multilayer reflection film) was formed.
【0180】ついで、p型多層膜上に、実施例1と同様
にして、p型コンタクト層を成長させた。Next, a p-type contact layer was grown on the p-type multilayer film in the same manner as in Example 1.
【0181】こうして得られたウエーハについて、実施
例1と同様にして窒化物半導体層をエッチングした後、
最上層であるp型コンタクト層の表面に所定の形状のマ
スクを形成し、n型コンタクト層上に50μmの幅で負
電極を、p型コンタクト層上にに10μmの幅で正電極
をそれぞれ形成した。このようにn型コンタクト層上に
n型多層膜を形成すると、負電極を形成する水平面がn
型多層膜よりも下、すなわち基板側となる。After the nitride semiconductor layer was etched on the thus obtained wafer in the same manner as in Example 1,
A mask of a predetermined shape is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and a negative electrode is formed on the n-type contact layer with a width of 50 μm and a positive electrode is formed on the p-type contact layer with a width of 10 μm. did. When the n-type multilayer film is formed on the n-type contact layer in this manner, the horizontal plane forming the negative electrode is n-type.
Lower than the mold multilayer film, that is, on the substrate side.
【0182】次に、窒化物半導体層を形成していない方
のサファイア基板面を研磨して基板の厚さを90μmに
し、サファイア基板表面のM面(六方晶系において六角
柱の側面に相当する面)をスクライブした。スクライブ
後、ウエーハを700μm角のチップに分割し、ストラ
イプ型のLD素子を作製した。このLD素子は、ストラ
イプ状の正電極と直交する窒化物半導体層面を光共振面
としている。また、このLD素子の表面は、各電極表面
を除き表面をSiO2 よりなる絶縁膜(図示せず)で被
覆されている。次に、このチップをヒートシンクに設置
し、各電極をワイヤーボンドした後、常温でレーザ発振
を試みたところ、しきい値電流密度1.5kA/cm2
で発振波長390nmのレーザ発振が確認された。Next, the surface of the sapphire substrate on which the nitride semiconductor layer is not formed is polished to a thickness of 90 μm, and the M surface of the sapphire substrate surface (corresponding to the side surface of a hexagonal column in a hexagonal system). Side). After scribing, the wafer was divided into chips of 700 μm square to produce a stripe type LD element. In this LD element, the nitride semiconductor layer surface orthogonal to the stripe-shaped positive electrode is used as an optical resonance surface. The surface of the LD element is covered with an insulating film (not shown) made of SiO 2 except for the surface of each electrode. Next, this chip was set on a heat sink, and after wire bonding each electrode, laser oscillation was attempted at room temperature. As a result, the threshold current density was 1.5 kA / cm 2.
As a result, laser oscillation having an oscillation wavelength of 390 nm was confirmed.
【0183】実施例10 まず、原料ガスとしてTMGとNH3 とを用い、反応容
器にセットしたサファイア基板のC面に、500℃で、
GaNよりなるバッファ層を200オングストロームの
厚さに成長させた。Example 10 First, TMG and NH 3 were used as source gases, and the C surface of a sapphire substrate set in a reaction vessel was heated at 500 ° C.
A buffer layer of GaN was grown to a thickness of 200 Å.
【0184】次に、温度を1050℃まで上げ、TMG
とNH3 との原料ガスにシランガスを加え、Siドープ
n型GaNよりなるn型コンタクト層を4μmの厚さに
成長させた。Next, the temperature was raised to 1050 ° C.
A silane gas was added to the source gases of NH 3 and NH 3 to grow an n-type contact layer made of Si-doped n-type GaN to a thickness of 4 μm.
【0185】ついで、温度を800℃に下げ、上記原料
ガスにさらにTMIを加え、Siドープn型In0.05G
a0.95N層よりなる第1のn型クラッド層を500オン
グストロームの厚さに成長させた。Then, the temperature was lowered to 800 ° C., and TMI was further added to the raw material gas to form a Si-doped n-type In 0.05 G
A first n-type cladding layer consisting of a 0.95 N layer was grown to a thickness of 500 Å.
【0186】続いて、800℃で、第1のn型クラッド
層上にノンドープIn0.2 Ga0.8Nを20オングスト
ロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を
形成した。Subsequently, at 800 ° C., non-doped In 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 20 angstroms on the first n-type cladding layer to form an active layer having a single quantum well structure.
【0187】次に、温度を1050℃に上げ、原料ガス
としてTMG、TMA、NH3 およびCp2 Mgを用
い、Mgドープp型Al0.1 Ga0.9 Nよりなる第1の
p型クラッド層を0.1μmの厚さに成長させた。Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, NH 3 and Cp 2 Mg were used as source gases, and a first p-type clad layer made of Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N was placed at 0.10 ° C. It was grown to a thickness of 1 μm.
【0188】続いて、1050℃で、Mgドープp型A
l0.3 Ga0.7 Nよりなる第2のp型クラッド層を0.
5μmの厚さに成長させた。Subsequently, at 1050 ° C., Mg-doped p-type A
The second p-type cladding layer made of 0.3 g 0.7 Ga 0.7 N is coated with 0.1 μm.
It was grown to a thickness of 5 μm.
【0189】引き続き、1050℃でMgドープGaN
よりなるp型コンタクト層を1.0μmの厚さに成長さ
せた。Subsequently, at 1050 ° C., Mg-doped GaN
A p-type contact layer was grown to a thickness of 1.0 μm.
【0190】反応終了後、温度を室温まで下げ、ウエー
ハを反応容器から取り出し、700℃でウエーハのアニ
ーリングを行い、p型層をさらに低抵抗化させた。次
に、最上層のp型コンタクト層からn型コンタクト層の
表面が露出するまでエッチングした。エッチング後、p
型コンタクト層の表面にSiO2 の層を被着し、これに
透孔を設けて電流狭窄層とし、さらにその電流狭窄層上
に、p型コンタクト層と透孔を介して接続するNiとA
uよりなる正電極を形成した。また、n型コンタクト層
の上記露出表面に、TiとAlよりなる負電極を形成し
た。After the completion of the reaction, the temperature was lowered to room temperature, the wafer was taken out of the reaction vessel, and the wafer was annealed at 700 ° C. to further reduce the resistance of the p-type layer. Next, etching was performed until the surface of the n-type contact layer was exposed from the uppermost p-type contact layer. After etching, p
A layer of SiO 2 is deposited on the surface of the type contact layer, a hole is provided in the layer to form a current confinement layer, and Ni and A are connected to the p-type contact layer via the hole on the current confinement layer.
A positive electrode made of u was formed. A negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer.
【0191】次に、窒化物半導体層を形成していない方
のサファイア基板面を研磨して基板の厚さを90μmと
し、サファイア基板のM面をスクライブして強制的に劈
開し、レーザチップを得た。その劈開面に誘電体多層膜
を設けた後、チップをヒートシンクに設置し、常温でレ
ーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度2.0kA
/cm2 で発振波長450nmのレーザ発振が確認され
た。Next, the surface of the sapphire substrate on which the nitride semiconductor layer was not formed was polished to a thickness of 90 μm, and the M surface of the sapphire substrate was scribed and forcibly cleaved. Obtained. After a dielectric multilayer film was provided on the cleavage plane, the chip was placed on a heat sink and laser oscillation was attempted at room temperature.
At / cm 2 , laser oscillation with an oscillation wavelength of 450 nm was confirmed.
【0192】実施例11 実施例10と同様にして、サファイア基板上にGaNバ
ッファ層を200オングストロームの厚さに、n型Ga
Nよりなるn型コンタクト層を4μmの厚さに順次形成
した。Embodiment 11 In the same manner as in Embodiment 10, a GaN buffer layer was formed on a sapphire substrate to a thickness of 200 angstroms and an n-type Ga
N-type contact layers of N were sequentially formed to a thickness of 4 μm.
【0193】次に、Siドープn型Al0.3 Ga0.7 N
よりなる第2のn型クラッド層を0.5μmの厚さに形
成した後、Siドープn型In0.05Ga0.95Nよりなる
第1のn型クラッド層71を500オングストロームの
厚さに形成した。Next, the Si-doped n-type Al 0.3 Ga 0.7 N
After forming a second n-type clad layer having a thickness of 0.5 μm, a first n-type clad layer 71 made of Si-doped n-type In 0.05 Ga 0.95 N was formed to a thickness of 500 angstroms.
【0194】次にノンドープIn0.2 Ga0.8 Nを20
オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造
の活性層を形成し、その上にMgドープp型Al0.3 G
a0. 7 Nよりなる第2のp型クラッド層を0.5μmの
厚さに、ついでMgドープp型GaNよりなるp型コン
タクト層を1μmの厚さに形成した。Next, non-doped In 0.2 Ga 0.8 N was added to 20
An active layer having a single quantum well structure is formed by growing to a thickness of Å, and an Mg-doped p-type Al 0.3 G
a second p-type cladding layer made of a 0. 7 N to a thickness of 0.5 [mu] m, then forming a p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN to a thickness of 1 [mu] m.
【0195】これ以降は実施例10と同様にして、得ら
れたLD素子のレーザ発振を試みたところ、しきい値電
流密度2.0kA/cm2 で発振波長450nmのレー
ザ発振が確認された。Thereafter, the laser oscillation of the obtained LD element was attempted in the same manner as in Example 10. As a result, laser oscillation with an oscillation wavelength of 450 nm was confirmed at a threshold current density of 2.0 kA / cm 2 .
【0196】実施例12 実施例10と同様にして、サファイア基板上にGaNバ
ッファ層を200オングストロームの厚さに、n型Ga
Nよりなるn型コンタクト層を4μmの厚さに順次形成
した。Example 12 In the same manner as in Example 10, a GaN buffer layer was formed on a sapphire substrate to a thickness of 200 angstroms and an n-type Ga
N-type contact layers of N were sequentially formed to a thickness of 4 μm.
【0197】次に、Siドープn型Al0.3 Ga0.7 N
よりなる第2のn型クラッド層を0.5μmの厚さに形
成した後、Siドープn型In0.05Ga0.95Nよりなる
第1のn型クラッド層を0.1μmの厚さに形成した。Next, the Si-doped n-type Al 0.3 Ga 0.7 N
After forming a second n-type clad layer having a thickness of 0.5 μm, a first n-type clad layer made of Si-doped n-type In 0.05 Ga 0.95 N was formed with a thickness of 0.1 μm.
【0198】ついで、ノンドープIn0.2 Ga0.8 Nを
20オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸
構造の活性層を形成し、その上にMgドープp型Al
0.1 Ga0.9 Nよりなる第1のp型クラッド層を0.1
μmの厚さに成長させ、さらにMgドープp型Al0.3
Ga0.7 Nよりなる第2のp型クラッド層を0.5μm
の厚さに成長させ、最後にMgドープp型GaNよりな
るp型コンタクト層を0.5μmの厚さに成長させた。Then, non-doped In 0.2 Ga 0.8 N is grown to a thickness of 20 Å to form an active layer having a single quantum well structure, and Mg-doped p-type Al is formed thereon.
0.1 Ga 0.9 the first p-type cladding layer of N 0.1
μm, and further doped with Mg-doped p-type Al 0.3
0.5 μm of the second p-type cladding layer made of Ga 0.7 N
Finally, a p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN was grown to a thickness of 0.5 μm.
【0199】これ以降は実施例10と同様にして、得ら
れたLD素子のレーザ発振を試みたところ、実施例10
および11のLD素子のしきい値電流密度よりも低いし
きい値電流密度1.0kA/cm2 で発振波長450n
mのレーザ発振が確認された。Thereafter, laser oscillation of the obtained LD element was attempted in the same manner as in Example 10.
And a lasing wavelength of 450 n at a threshold current density of 1.0 kA / cm 2 lower than the threshold current densities of the LD elements of FIGS.
m laser oscillation was confirmed.
【0200】実施例13 この実施例は、第1のn型クラッド層および活性層の形
成を除き、実施例12と同様に行った。すなわち、第1
のn型クラッド層として、Siドープn型In 0.05Ga
0.95Nの代わりに、Siドープn型GaN層を0.1μ
mの厚さに成長させた。また、活性層を形成するため
に、ノンドープIn0.4 Ga0.6 N井戸層を30オング
ストロームの厚さに成長させ、その上にノンドープIn
0.08Ga0. 92N障壁層を50オングストロームの厚さに
成長させるという操作を繰り返し、井戸層/障壁層/井
戸層/障壁層/井戸層という5層構成で総膜厚190オ
ングストロームの多重量子井戸構造の活性層を成長させ
た。Embodiment 13 This embodiment relates to a structure of the first n-type cladding layer and the active layer.
The procedure was performed in the same manner as in Example 12 except for the composition. That is, the first
As an n-type cladding layer of Si-doped n-type In 0.05Ga
0.95Instead of N, a Si-doped n-type GaN layer
m. Also, to form an active layer
In addition, non-doped In0.4Ga0.630 Å for N well layer
Grown to the thickness of a storm, and then undoped In
0.08Ga0. 92N barrier layer to 50 Å thickness
The operation of growing is repeated, and the well layer / barrier layer / well
A total thickness of 190 layers with a five-layer structure consisting of a door layer / barrier layer / well layer
Growing active layer with multiple quantum well structure
Was.
【0201】得られたLD素子について、実施例10と
同様にしてレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密
度0.9kA/cm2 で500nmのレーザ発振を示し
た。Laser oscillation of the obtained LD device was attempted in the same manner as in Example 10. As a result, laser oscillation of 500 nm was shown at a threshold current density of 0.9 kA / cm 2 .
【0202】実施例14 第1のp型クラッド層を形成した後、第2のp型クラッ
ド層を形成することなくp型コンタクト層を形成した以
外は実施例10と同様にして、サファイア基板上にp型
コンタクト層までの各半導体層を成長させた。得られた
ウエーハについて、実施例10と同様に、アニーリング
によるp型窒化物半導体層の低抵抗化、およびp型コン
タクト層からn型コンタクト層までのエッチングを行っ
た後、p型コンタクト層上に、電流狭窄層を形成するこ
となく、NiとAuよりなる正電極を直接形成し、n型
コンタクト層の露出表面にTiとAlよりなる負電極を
形成した。こうして、所望のLED素子を得た。このL
ED素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発
光波長450nmの青色発光を示し、発光出力は6mW
であった。また、発光スペクトルの半値幅は20nmと
シャープなバンド間発光を示した。Example 14 A sapphire substrate was formed in the same manner as in Example 10 except that a p-type contact layer was formed without forming a second p-type clad layer after forming a first p-type clad layer. Then, each semiconductor layer up to the p-type contact layer was grown. About the obtained wafer, as in Example 10, after lowering the resistance of the p-type nitride semiconductor layer by annealing and etching from the p-type contact layer to the n-type contact layer, the wafer is put on the p-type contact layer. A positive electrode made of Ni and Au was directly formed without forming a current confinement layer, and a negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer. Thus, a desired LED element was obtained. This L
The ED device emits blue light with a Vf of 3.5 V and an emission wavelength of 450 nm at If 20 mA, and an emission output of 6 mW.
Met. Further, the half width of the emission spectrum was 20 nm and sharp inter-band emission was exhibited.
【0203】実施例15 実施例10と同様にして、サファイア基板上にp型コン
タクト層までの各半導体層を成長させた。得られたウエ
ーハについて、実施例10と同様に、アニーリングによ
るp型窒化物半導体層の低抵抗化、およびp型コンタク
ト層からn型コンタクト層までのエッチングを行った
後、p型コンタクト層上に、電流狭窄層を形成すること
なく、NiとAuよりなる正電極を直接形成し、n型コ
ンタクト層の露出表面にTiとAlよりなる負電極を形
成した。こうして、所望のLED素子を得た。このLE
D素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光
波長450nmの青色発光を示し、発光出力は6mWと
高出力であった。発光スペクトルの半値幅は20nmと
シャープなバンド間発光を示した。Example 15 In the same manner as in Example 10, semiconductor layers up to the p-type contact layer were grown on a sapphire substrate. About the obtained wafer, as in Example 10, after lowering the resistance of the p-type nitride semiconductor layer by annealing and etching from the p-type contact layer to the n-type contact layer, the wafer is put on the p-type contact layer. A positive electrode made of Ni and Au was directly formed without forming a current confinement layer, and a negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer. Thus, a desired LED element was obtained. This LE
The D element emitted blue light at a Vf of 3.5 V and an emission wavelength of 450 nm at If 20 mA, and had a high light output of 6 mW. The half width of the emission spectrum was 20 nm, indicating sharp interband emission.
【0204】実施例16 実施例10と同様にして、サファイア基板上に、GaN
バッファ層を200オングストロームの厚さに、n型G
aNよりなるn型コンタクト層を4μmの厚さに順次形
成した。このn型コンタクト層は、本実施例のLED素
子において第1のn型クラッド層としても作用する。Example 16 In the same manner as in Example 10, GaN was formed on a sapphire substrate.
The buffer layer has a thickness of 200 angstroms, and the n-type G
An n-type contact layer made of aN was sequentially formed to a thickness of 4 μm. This n-type contact layer also functions as a first n-type clad layer in the LED element of this embodiment.
【0205】次に、n型コンタクト層の上に、ノンドー
プIn0.2 Ga0.8 Nを30オングストロームの厚さに
成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成した。Next, on the n-type contact layer, non-doped In 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 30 Å to form an active layer having a single quantum well structure.
【0206】ついで、Mgドープp型Al0.1 Ga0.9
Nよりなる第1のp型クラッド層を0.05μmの厚さ
に成長させ、その上にMgドープp型GaNよりなるp
型コンタクト層を0.5μmの厚さに直接成長させた。Then, Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9
A first p-type cladding layer of N is grown to a thickness of 0.05 μm, and a p-type layer of Mg-doped p-type GaN is formed thereon.
The mold contact layer was grown directly to a thickness of 0.5 μm.
【0207】しかる後、実施例14と同様にして、アニ
ーリングによるp型窒化物半導体層の低抵抗化、および
p型コンタクト層からn型コンタクト層までのエッチン
グを行った後、p型コンタクト層上にNiとAuよりな
る正電極を直接形成し、n型コンタクト層の露出表面に
TiとAlよりなる負電極を形成した。こうして、所望
のLED素子を得た。このLED素子は、If20mA
において、Vf3.5V、発光波長450nmの青色発
光を示し、発光出力も7mWと高出力であった。発光ス
ペクトルの半値幅は、20nmとシャープなバンド間発
光を示した。Thereafter, in the same manner as in Example 14, the resistance of the p-type nitride semiconductor layer is lowered by annealing, and etching is performed from the p-type contact layer to the n-type contact layer. A positive electrode made of Ni and Au was directly formed, and a negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer. Thus, a desired LED element was obtained. This LED element has an If 20 mA
Showed blue light emission with a Vf of 3.5 V and an emission wavelength of 450 nm, and the emission output was as high as 7 mW. The half-value width of the emission spectrum showed a sharp inter-band emission of 20 nm.
【0208】実施例17 活性層としてIn0.4 Ga0.6 Nを50オングストロー
ムの厚さに成長させた以外は実施例16と同様の操作に
よりLED素子を得た。このLED素子は、このLED
素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光波
長520nmの緑色発光を示し、発光出力は4mWであ
り、発光スペクトルの半値幅は、40nmであった。Example 17 An LED element was obtained in the same manner as in Example 16, except that In 0.4 Ga 0.6 N was grown to a thickness of 50 Å as an active layer. This LED element is
The device exhibited green light emission with a Vf of 3.5 V and an emission wavelength of 520 nm at If20 mA, an emission output of 4 mW, and a half-value width of an emission spectrum of 40 nm.
【0209】実施例18 活性層および第1のp型クラッド層の形成以外は実施例
3と同じ操作を行ってLD素子を得た。すなわち、本実
施例では、活性層を形成するために、第1のn型クラッ
ド層上に井戸層としてノンドープIn0.15Ga0.85Nを
25オングストロームの厚さに成長させ、その上に障壁
層としてノンドープIn0.05Ga0.95Nを50オングス
トロームの厚さに成長させるという操作を13回繰り返
し、最後に井戸層としてノンドープIn0.15Ga0.85N
を25オングストロームの厚さに成長させ、総厚100
0オングストロームの多重量子井戸構造の活性層を形成
した。また、第1のp型クラッド層として、Al0.05G
a0.95Nを500オングストロームの厚さに成長させ
た。こうして得られたウエーハについて実施例9と同様
の処理を行って所望のLD素子を得た。このLD素子
は、しきい値電流密度1.0kA/cm2 で415nm
のレーザ発振を示した。Example 18 An LD element was obtained by performing the same operations as in Example 3 except for the formation of the active layer and the first p-type clad layer. That is, in this embodiment, in order to form an active layer, non-doped In 0.15 Ga 0.85 N is grown to a thickness of 25 Å as a well layer on the first n-type cladding layer, and a non-doped barrier layer is formed thereon. The operation of growing In 0.05 Ga 0.95 N to a thickness of 50 angstroms was repeated 13 times, and finally a non-doped In 0.15 Ga 0.85 N was formed as a well layer.
Is grown to a thickness of 25 angstroms and a total thickness of 100
An active layer having a multiple quantum well structure of 0 Å was formed. Further, as the first p-type cladding layer, Al 0.05 G
a 0.95 N was grown to a thickness of 500 Å. The same processing as in Example 9 was performed on the thus obtained wafer to obtain a desired LD element. This LD element has a threshold current density of 1.0 kA / cm 2 and 415 nm.
Laser oscillation.
【0210】実施例19 活性層の形成以外は実施例3と同じ操作を行ってLD素
子を得た。すなわち、本実施例では、活性層を形成する
ために、第1のn型クラッド層上に井戸層としてノンド
ープIn0.15Ga0.85Nを25オングストロームの厚さ
に成長させ、その上に障壁層としてノンドープIn0.05
Ga0.95Nを50オングストロームの厚さに成長させる
という操作を26回繰り返し、最後に井戸層としてノン
ドープIn0.15Ga0.85Nを25オングストロームの厚
さに成長させ、総厚1975オングストロームの多重量
子井戸構造の活性層を形成した。こうして得られたウエ
ーハについて実施例9と同様の処理を行って所望のLD
素子を得た。このLD素子は、室温、しきい値電流密度
1.0kA/cm2 で415nmのレーザ発振を示し
た。Example 19 An LD element was obtained by performing the same operations as in Example 3 except for the formation of the active layer. That is, in this embodiment, in order to form an active layer, non-doped In 0.15 Ga 0.85 N is grown to a thickness of 25 Å as a well layer on the first n-type cladding layer, and a non-doped barrier layer is formed thereon. In 0.05
The operation of growing Ga 0.95 N to a thickness of 50 angstroms was repeated 26 times, and finally, non-doped In 0.15 Ga 0.85 N was grown to a thickness of 25 angstroms as a well layer to form a multiple quantum well structure having a total thickness of 1975 angstroms. An active layer was formed. The wafer thus obtained is subjected to the same processing as in Example 9 to obtain a desired LD.
An element was obtained. This LD device exhibited laser oscillation of 415 nm at room temperature and a threshold current density of 1.0 kA / cm 2 .
【0211】実施例20 実施例16で得た青色LED素子と、実施例17で得た
緑色LED素子と、従来のGaAs系材料またはAlI
nGaP系の材料よりなる発光出力3mW、660nm
の赤色LEDとのそれぞれ一個づつを1ドットとする2
56×256画素のフルカラーLEDディスプレイを作
製したところ、その白色の面輝度は1万cdであり、し
かも色再現領域はテレビよりも広かった。Example 20 The blue LED element obtained in Example 16, the green LED element obtained in Example 17, and a conventional GaAs-based material or AlI
Light output 3 mW, 660 nm made of nGaP-based material
Each one of the red LEDs as one dot
When a full-color LED display having 56 × 256 pixels was produced, the white surface luminance was 10,000 cd and the color reproduction area was wider than that of the television.
【0212】[0212]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
発光出力が高く、発光スペクトルの半値幅が狭い窒化物
半導体発光素子が提供される。As described in detail above, according to the present invention,
Provided is a nitride semiconductor light emitting device having a high light emission output and a narrow half width of an emission spectrum.
【図1】本発明による窒化物半導体発光素子の一形態の
構造を示す概略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図2】本発明による窒化物半導体発光素子の他の形態
の構造を示す概略断面図。FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図3】本発明による窒化物半導体発光素子の一形態の
構造を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic sectional view showing a structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図4】本発明による窒化物半導体発光素子の他の形態
の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図5】本発明による窒化物半導体発光素子の一形態の
構造を示す概略断面図。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図6】本発明による窒化物半導体発光素子の一形態の
構造を示す概略断面図。FIG. 6 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図7】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造の一例
を示す斜視図。FIG. 7 is a perspective view showing an example of the structure of the nitride semiconductor laser device of the present invention.
【図8】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の構造を
示す概略断面図。FIG. 8 is a schematic sectional view showing another structure of the nitride semiconductor laser device of the present invention.
【図9】本発明による窒化物半導体発光素子の一形態の
構造を示す概略断面図。FIG. 9 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図10】本発明による窒化物半導体発光素子の一形態
の構造を示す概略断面図。FIG. 10 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図11】本発明による窒化物半導体発光素子の一形態
の構造を示す概略断面図。FIG. 11 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図12】本発明による窒化物半導体発光素子の一形態
の構造を示す概略断面図。FIG. 12 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図13】本発明の窒化物半導体発光素子における活性
層の井戸層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示す
グラフ図。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the thickness of the well layer of the active layer and the light emission output of the light emitting device in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention.
【図14】本発明の窒化物半導体発光素子における活性
層の障壁層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示す
グラフ図。FIG. 14 is a graph showing the relationship between the thickness of the barrier layer of the active layer and the light output of the light emitting device in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention.
【図15】本発明の窒化物半導体発光素子におけるp型
AlGaNクラッド層の厚さと発光素子の発光出力との
関係を示すグラフ図。FIG. 15 is a graph showing the relationship between the thickness of the p-type AlGaN cladding layer and the light emission output of the light emitting device in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention.
【図16】本発明の窒化物半導体発光素子におけるn型
InGaNクラッド層の厚さと発光素子の発光出力との
関係を示すグラフ図。FIG. 16 is a graph showing the relationship between the thickness of the n-type InGaN cladding layer and the light emission output of the light emitting device in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention.
11,91,401…基板 13,93,403…n型コンタクト層 14,21,34,54,501,94,294,29
4a,294b,414,412…n型クラッド層 15,95,405…活性層 16,36,41,56,502,96,96a,96
b,296,416,426,436…p型クラッド層 17,97,407…p型コンタクト層 18,98,408…負電極 19,99,409…正電極11, 91, 401 ... substrate 13, 93, 403 ... n-type contact layer 14, 21, 34, 54, 501, 94, 294, 29
4a, 294b, 414, 412 ... n-type cladding layer 15, 95, 405 ... active layer 16, 36, 41, 56, 502, 96, 96a, 96
b, 296,416,426,436 ... p-type cladding layer 17,97,407 ... p-type contact layer 18,98,408 ... negative electrode 19,99,409 ... positive electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平7−118046 (32)優先日 平成7年5月17日(1995.5.17) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 岩佐 成人 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化 学工業株式会社内 (72)発明者 清久 裕之 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化 学工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 7-118046 (32) Priority date May 17, 1995 (May 17, 1995) (33) Priority claim country Japan (JP) (72) Inventor Iwasa Adult 491 Kaminakacho Oka, Anan-shi, Tokushima Prefecture Inside Nichika Gaku Kogyo Co., Ltd.
Claims (13)
つインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含す
る量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設
けられたn型窒化物半導体層、および第2の主面上に設
けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を
備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面
に接して設けられ、かつアルミニウムを含まないn型の
窒化物半導体よりなる第1のn型クラッド層を含み、該
p型窒化物半導体層は、アルミニウムとガリウムとを含
むp型の窒化物半導体よりなる第2のp型クラッド層を
含み、さらに該第1のn型クラッド層よりも活性層から
離れた位置に形成されたn型GaNよりなるn型コンタ
クト層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子。1. An active layer having a quantum well structure having a first main surface and a second main surface and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, and on the first main surface of the active layer. A semiconductor stacked structure having an n-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface and a p-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface, wherein the n-type nitride semiconductor layer 1 and includes a first n-type cladding layer made of an n-type nitride semiconductor not containing aluminum and comprising a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. A second p-type cladding layer made of a nitride semiconductor of the above, further comprising an n-type contact layer made of n-type GaN formed at a position further away from the active layer than the first n-type cladding layer. A nitride semiconductor light emitting device, characterized by:
つインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含す
る量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設
けられたn型窒化物半導体層、および第2の主面上に設
けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を
備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面
に接して設けられ、かつアルミニウムを含まないn型の
窒化物半導体よりなる第1のn型クラッド層を含み、該
p型窒化物半導体層は、アルミニウムとガリウムとを含
むp型の窒化物半導体よりなる第2のp型クラッド層を
含み、さらに該第2のp型クラッド層よりも活性層から
離れた位置に形成されたp型GaNよりなるp型コンタ
クト層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子。2. An active layer having a quantum well structure having a first main surface and a second main surface and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, and on the first main surface of the active layer. A semiconductor stacked structure having an n-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface and a p-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface, wherein the n-type nitride semiconductor layer 1 and includes a first n-type cladding layer made of an n-type nitride semiconductor not containing aluminum and comprising a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. A second p-type cladding layer made of a nitride semiconductor, and a p-type contact layer made of p-type GaN formed at a position farther from the active layer than the second p-type cladding layer. A nitride semiconductor light emitting device, characterized by:
計で300オングストローム以上の厚さを有することを
特徴とする請求項1または2に記載の窒化物半導体発光
素子。3. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the active layer and the first n-type cladding layer have a total thickness of 300 Å or more.
ッド層よりも活性層から離れた位置に形成され、かつア
ルミニウムとガリウムとを含むn型の窒化物半導体より
なる第2のn型クラッド層をさらに含むことを特徴とす
る請求項1ないし3のいずれか1項に記載の窒化物半導
体発光素子。4. The second n-type nitride semiconductor layer is formed at a position farther from the active layer than the first n-type clad layer, and is made of an n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising an n-type clad layer.
p型クラッド層との間に設けられ、かつアルミニウムを
含まないp型の窒化物半導体よりなる第1のp型クラッ
ド層を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれ
か1項に記載の窒化物半導体発光素子。5. A first p-type cladding layer provided between an active layer and a second p-type cladding layer and made of a p-type nitride semiconductor not containing aluminum. The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4, comprising:
p型クラッド層とが、合計で300オングストローム以
上の厚さを有することを特徴とする請求項5に記載の窒
化物半導体発光素子。6. The nitride semiconductor according to claim 5, wherein the active layer, the first n-type cladding layer, and the first p-type cladding layer have a total thickness of 300 Å or more. Light emitting element.
ジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井
戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられた
n型窒化物半導体層、および該活性層の第2の主面上に
設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造
を備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主
面に接して設けられ、かつインジウムとガリウムを含む
n型窒化物半導体またはn型GaNよりなる第1のn型
クラッド層と、該第1のn型クラッド層よりも活性層か
ら離れた位置に設けられ、該第1のn型クラッド層より
も大きなバンドギャップを有する第2のn型クラッド層
とを含み、さらに、該p型窒化物半導体は、p型GaN
よりなるp型コンタクト層を含むことを特徴とする窒化
物半導体発光素子。7. An active layer having a quantum well structure including first and second main surfaces and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, provided on the first main surface of the active layer. a semiconductor laminated structure having an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface of the active layer, wherein the n-type nitride semiconductor layer is a third layer of the active layer. A first n-type cladding layer which is provided in contact with the main surface of the first and is made of an n-type nitride semiconductor or n-type GaN containing indium and gallium, and which is farther from the active layer than the first n-type cladding layer. And a second n-type cladding layer having a band gap larger than that of the first n-type cladding layer. The p-type nitride semiconductor further comprises a p-type GaN
A nitride semiconductor light emitting device comprising a p-type contact layer comprising:
トローム以上、1.0μm以下の厚さを有することを特
徴とする請求項7に記載の窒化物半導体発光素子。8. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the first n-type cladding layer has a thickness of not less than 10 Å and not more than 1.0 μm.
つインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含す
る量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設
けられたn型窒化物半導体層、および第2の主面上に設
けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を
備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面
に接して設けられ、かつインジウムとガリウムとを含む
n型窒化物半導体またはn型GaNまたはよりなる第1
のn型クラッド層と、該第1のn型クラッド層よりも活
性層から離れた位置に設けられ、かつn型GaNまたは
アルミニウムとガリウムとを含むn型窒化物半導体より
なる第2のn型クラッド層とを含み、該p型窒化物半導
体層は、該活性層の第2の主面に接して設けられ、かつ
アルミニウムとガリウムとを含むp型窒化物半導体より
なる第1のp型クラッド層を含み、該第1のp型クラッ
ド層は、10オングストローム以上、1.0μm以下の
厚さを有することを特徴とする窒化物半導体発光素子。9. An active layer having a quantum well structure having a first main surface and a second main surface and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, and on the first main surface of the active layer. A semiconductor stacked structure having an n-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface and a p-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface, wherein the n-type nitride semiconductor layer N-type nitride semiconductor, n-type GaN, or
And a second n-type cladding layer provided at a position further away from the active layer than the first n-type cladding layer and made of n-type GaN or an n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium A first p-type cladding layer provided in contact with a second main surface of the active layer and made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. A first p-type cladding layer having a thickness of not less than 10 Å and not more than 1.0 μm.
ウムとガリウムとを含む窒化物半導体よりなる量子井戸
構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn
型窒化物半導体層、および該活性層の第2の主面上に設
けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を
備え、 該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面に接し
て設けられ、かつインジウムとガリウムとを含むn型窒
化物半導体またはn型GaNよりなる第1のn型クラッ
ド層を含み、 該p型窒化物半導体層は、該活性層の第2の主面に接し
て形成され、かつアルミニウムとガリウムを含むp型窒
化物半導体よりなる第1のp型層、および該第1のp型
層よりも活性層から離れた位置に設けられたp型GaN
よりなる第2のp型層を含むことを特徴とする窒化物半
導体発光素子。10. An active layer having a quantum well structure having a first and a second main surface and made of a nitride semiconductor containing indium and gallium, and n provided on the first main surface of the active layer.
A semiconductor laminated structure having a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface of the active layer, wherein the n-type nitride semiconductor layer is a first layer of the active layer. And a first n-type clad layer made of n-type nitride semiconductor or n-type GaN containing indium and gallium, and the p-type nitride semiconductor layer is A first p-type layer formed in contact with the second main surface and made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium, and provided at a position further away from the active layer than the first p-type layer P-type GaN
A nitride semiconductor light-emitting device comprising a second p-type layer comprising:
ム以下の井戸層からなる単一量子井戸構造を構成するこ
とを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記
載の窒化物半導体発光素子。11. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the active layer has a single quantum well structure comprising a well layer having a thickness of 100 Å or less. .
を含む窒化物半導体よりなる井戸層と窒化物半導体より
なる障壁層とを積層してなる多重量子井戸構造を構成す
ることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項
に記載の窒化物半導体発光素子。12. The multi-quantum well structure in which an active layer is formed by laminating a well layer made of a nitride semiconductor containing indium and gallium and a barrier layer made of a nitride semiconductor. 11. The nitride semiconductor light-emitting device according to any one of items 10 to 10.
求項1ないし12のいずれか1項に記載の窒化物半導体
発光素子。13. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the active layer is non-doped.
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|---|---|---|---|---|
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-
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