JP2011204959A - Nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

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Masanobu Hiroki
正伸 廣木
Tamotsu Hashizume
保 橋詰
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel nitride semiconductor light emitting element, in which an electric resistance can be reduced, and both the overflow of electrons in high electric field application and the deterioration due to crystal distortion can be suppressed.SOLUTION: The nitride semiconductor light emitting element has an n-type clad layer 30 composed of AlGaN on a predetermined substrate 10, an active layer 40 composed of a quantum well of a nitride semiconductor thereon, and a p-type clad layer 50 composed of AlGaInN thereon. Consequently, the electric resistance of the p-type clad layer 50 can be reduced as compared with a conventional structure, and both the overflow of electrons upon high electric field application and the deterioration due to crystal distortion can be effectively suppressed.

Description

本発明は、ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体材料を用いた半導体レーザや発光ダイオードなどの発光デバイスを構成する窒化物半導体発光素子に関するものである。   The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting element constituting a light emitting device such as a semiconductor laser or a light emitting diode using a nitride semiconductor material such as AlGaN.

窒化物半導体Ａｌ１−ａ−ｂＧａａＩｎｂＮ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１）は、直接遷移であり、バンドギャップが０．８ｅＶから６．２ｅＶと大きく、また、発光効率が高いため、半導体レーザや発光ダイオードなどの短波長の発光素子に用いられている。 Nitride semiconductor Al 1-ab Ga a In b N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) is a direct transition, the band gap is large from 0.8 eV to 6.2 eV, and light emission Because of its high efficiency, it is used for light emitting devices with short wavelengths such as semiconductor lasers and light emitting diodes.

従来用いられている窒化物半導体発光ダイオード、例えば青色近傍の発光帯を有する発光ダイオードの半導体は、所定の基板に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなるｎ型のクラッド層を有し、その上にＩｎｙＧａ１−ｙＮ／ＩｎｚＧａ１−ｚＮ量子井戸で構成される活性層を有し、その上に同じくＡｌｘＧａ１−ｘＮからなるｐ型のクラッド層を有する基本層構成を有している。 A conventionally used nitride semiconductor light emitting diode, for example, a semiconductor of a light emitting diode having a light emitting band in the vicinity of blue, has an n-type cladding layer made of Al x Ga 1-x N on a predetermined substrate. A basic layer having an active layer composed of In y Ga 1-y N / In z Ga 1-z N quantum well and further having a p-type cladding layer made of Al x Ga 1-x N It has a configuration.

また、例えば以下の非特許文献１に示すように紫外域用の発光ダイオードの半導体は、所定の基板に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなるｎ型のクラッド層を有し、その上にＡｌｙＧａ１−ｙＮ／ＡｌｚＧａ１−ｚＮ量子井戸で構成される活性層を有し、その上に同じくＡｌｘＧａ１−ｘＮからなるｐ型のクラッド層を有する基本層構成を有している。いずれもいわゆるダブルへテロ型の構造を有する。 For example, as shown in Non-Patent Document 1 below, a semiconductor of an ultraviolet light emitting diode has an n-type cladding layer made of Al x Ga 1-x N on a predetermined substrate, and Al is formed thereon. y Ga 1-y N / Al z Ga 1-z N has an active layer composed of quantum well, the basic layer structure having a cladding layer of p-type consisting of similarly Al x Ga 1-x N thereon Have. Both have a so-called double hetero structure.

発光ダイオード（ＬＥＤ）の特性向上のためには、発光効率の向上および信頼性の向上が必須である。   In order to improve the characteristics of the light emitting diode (LED), it is essential to improve the light emission efficiency and the reliability.

発光効率向上のためには、まず内部量子効率を向上する必要がある。そのためには結晶中の欠陥密度の低減、量子井戸中の分極による内部電界の抑制等が必要となる。   In order to improve luminous efficiency, it is necessary to improve internal quantum efficiency first. For this purpose, it is necessary to reduce the defect density in the crystal and to suppress the internal electric field due to the polarization in the quantum well.

さらに、外部量子効率を向上する必要がある。そのために、電極の接触抵抗の低減、クラッド層の抵抗の低減、活性層においてのキャリアの閉じ込めの向上、光取り出し効率の向上等が必要となる。   Furthermore, it is necessary to improve the external quantum efficiency. Therefore, it is necessary to reduce the contact resistance of the electrode, reduce the resistance of the cladding layer, improve the confinement of carriers in the active layer, and improve the light extraction efficiency.

従来の構造において、ダブルへテロ型の層構成を有するのは、キャリアの閉じ込め効率の向上のためである。またデバイス寿命の向上のために、結晶品質の向上等が必要である。   The reason why the conventional structure has a double hetero layer structure is to improve carrier confinement efficiency. In addition, in order to improve the device life, it is necessary to improve the crystal quality.

Ｖ．Ａｄｉｖａｒａｈａｎ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８５（２００４）２１７５．V. Adivarahan et al. , Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 2175.

従来の発光ダイオードの特性向上として、以下の３つの課題を克服することがとりわけ重要である。   In order to improve the characteristics of conventional light emitting diodes, it is particularly important to overcome the following three problems.

１つ目の課題は、ｐ型クラッド層の抵抗の低減である。   The first problem is to reduce the resistance of the p-type cladding layer.

上記に挙げた青色より短波長の発光ダイオードにおいては、クラッド層としてＡｌＧａＮが用いられる。ＡｌＧａＮはＧａＮに対し価電子帯の底が深く、それに伴い、例えばＭｇドープによるアクセプター準位が深くなるため、正孔の活性化率が低く、正孔を高濃度に生成することが困難である。   In the light-emitting diode having a wavelength shorter than that of the blue color listed above, AlGaN is used as the cladding layer. AlGaN has a deeper valence band than GaN, and accordingly, for example, the acceptor level due to Mg doping becomes deeper, so that the activation rate of holes is low and it is difficult to generate holes at a high concentration. .

２つ目の課題は、電子のオーバーフローの抑制である。   The second problem is suppression of electron overflow.

発光ダイオードを高輝度に光らせるためには、高電界の印加により高密度のキャリアを注入する必要がある。高電界下においては、正孔の有効質量に対し、電子の有効質量が小さいため、電子の高速化が顕著となる。その際、電子が活性層の再結合に寄与せず、オーバーフローしてしまう現象が生じる。   In order to make the light emitting diode emit light with high luminance, it is necessary to inject high density carriers by applying a high electric field. Under a high electric field, since the effective mass of electrons is smaller than the effective mass of holes, the speeding up of electrons becomes significant. At that time, a phenomenon occurs in which electrons do not contribute to recombination of the active layer and overflow.

３つ目の課題は、結晶歪みによる劣化の抑制である。   The third problem is suppression of deterioration due to crystal distortion.

従来構造のＡｌＧａＮクラッド層および活性層は、格子不整合のため、内部応力が掛かっている。デバイスの駆動時、その内部応力のためミスフィット転位が生成し、デバイスの特性の劣化が促されデバイスの寿命が短くなる。   The AlGaN cladding layer and the active layer having a conventional structure are subjected to internal stress due to lattice mismatch. When the device is driven, misfit dislocations are generated due to the internal stress, which promotes deterioration of device characteristics and shortens the lifetime of the device.

そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、
電気抵抗を低減できると共に、高電界印加時の電子のオーバーフローおよび結晶歪みによる劣化のいずれも抑制できる新規な窒化物半導体発光素子を提供することである。 Therefore, the present invention has been devised to solve these problems, and its purpose is as follows.
It is an object to provide a novel nitride semiconductor light emitting device capable of reducing electrical resistance and suppressing both electron overflow and crystal distortion caused by application of a high electric field.

前記課題を解決するために第１の発明は、
基板上に、ＡｌＧａＮからなるｎ型のクラッド層を有し、その上に窒化物半導体の量子井戸で構成される活性層を有し、その上にＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型のクラッド層を有することを特徴とする窒化物半導体発光素子である。 In order to solve the above problems, the first invention
It has an n-type clad layer made of AlGaN on a substrate, an active layer made of a nitride semiconductor quantum well on it, and a p-type clad layer made of AlGaInN on it. The nitride semiconductor light emitting device is characterized.

また、第２の発明は、
前記ｐ型のクラッド層の上に、ＧａＩｎＮからなるｐ型のコンタクト層を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子である。
第３の発明は、
前記活性層の量子井戸を構成する障壁層および井戸層は、いずれもＡｌＧａＩｎＮからな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である。
第４の発明は、
前記ＡｌＧａＮからなるｎ型のクラッド層の価電子帯ポテンシャルは、前記ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型のクラッド層より低く、且つ前記活性層よりも高くなっていると共に、前記活性層の伝導帯ポテンシャルは、前記ＡｌＧａＮからなるｎ型のクラッド層よりも高くなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子である。 In addition, the second invention,
2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a p-type contact layer made of GaInN on the p-type cladding layer. 3.
The third invention is
3. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein each of the barrier layer and the well layer constituting the quantum well of the active layer is made of AlGaInN. 4.
The fourth invention is:
The valence band potential of the n-type cladding layer made of AlGaN is lower than the p-type cladding layer made of AlGaInN and higher than the active layer, and the conduction band potential of the active layer is 4. The nitride semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the nitride semiconductor light emitting element is higher than an n-type clad layer made of AlGaN. 5.

第５の発明は、
基板上に、ｎ型クラッド層と、量子井戸で構成される活性層と、ｐ型クラッド層とを順に有する窒化物半導体発光素子であって、前記ｐ型クラッド層の価電子帯ポテンシャルが、前記ｎ型クラッド層より低く、且つ前記活性層よりも高くなっていると共に、前記活性層の伝導帯ポテンシャルが、前記ｎ型クラッド層よりも高くなっていることを特徴とする窒化物半導体発光素子である。 The fifth invention is:
A nitride semiconductor light emitting device having an n-type cladding layer, an active layer composed of quantum wells, and a p-type cladding layer in order on a substrate, wherein the valence band potential of the p-type cladding layer is A nitride semiconductor light emitting device characterized by being lower than an n-type cladding layer and higher than the active layer, and having a conduction band potential of the active layer higher than that of the n-type cladding layer. is there.

本発明によれば、ＡｌＧａＮなどからなるｎ型のクラッド層の上に窒化物半導体などからなる量子井戸で構成される活性層を有し、その上にＡｌＧａＩｎＮなどからなるｐ型のクラッド層を形成したため、ｎ型クラッド層の価電子帯ポテンシャルをｐ型クラッド層より低く、且つ活性層よりも高くできると共に、前記活性層の伝導帯ポテンシャルをｎ型クラッド層よりも高くできる。   According to the present invention, an active layer composed of a quantum well composed of a nitride semiconductor or the like is formed on an n-type cladding layer composed of AlGaN or the like, and a p-type cladding layer composed of AlGaInN or the like is formed thereon. Therefore, the valence band potential of the n-type cladding layer can be lower than that of the p-type cladding layer and higher than that of the active layer, and the conduction band potential of the active layer can be higher than that of the n-type cladding layer.

この結果、従来のｐ型クラッド層よりも価電子帯ポテンシャルを低くできるため、アクセプターの活性化率が向上し、ｐ型クラッド層の電気抵抗を従来構造より低減できる。   As a result, since the valence band potential can be made lower than that of the conventional p-type cladding layer, the activation rate of the acceptor is improved, and the electric resistance of the p-type cladding layer can be reduced as compared with the conventional structure.

また、従来のｎ型クラッド層よりも価電子帯ポテンシャルを高くできるため、高電界印加時の電子のオーバーフローを抑制できる。   Moreover, since the valence band potential can be made higher than that of the conventional n-type cladding layer, it is possible to suppress the overflow of electrons when a high electric field is applied.

さらに、格子不整合が従来構造よりも低くなるため、内部応力によるデバイスの劣化を抑制できる。   Furthermore, since the lattice mismatch is lower than that of the conventional structure, the deterioration of the device due to internal stress can be suppressed.

これらの効果により、ＬＥＤなどの発送素子としての発光効率が向上すると共に、信頼性が大幅に向上し、長寿命化を達成できる。   With these effects, light emission efficiency as a shipping element such as an LED can be improved, reliability can be greatly improved, and a longer life can be achieved.

本発明に係る窒化物半導体素子の実施の一形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the nitride semiconductor element which concerns on this invention. 従来構造の窒化物半導体素子のポテンシャルプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the potential profile of the nitride semiconductor element of a conventional structure. 本発明に係る窒化物半導体素子のポテンシャルプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the potential profile of the nitride semiconductor element which concerns on this invention. 本発明に係る窒化物半導体素子の有効な範囲の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the effective range of the nitride semiconductor element which concerns on this invention. 本発明に係る窒化物半導体素子の他の実施形態を示す図である。It is a figure which shows other embodiment of the nitride semiconductor element which concerns on this invention.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明に係る窒化物半導体発光ダイオード（発光素子）１００の層構造を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic view showing a layer structure of a nitride semiconductor light emitting diode (light emitting element) 100 according to the present invention.

図示するようにこの窒化物半導体発光ダイオード１００は、所定の基板１０上に、緩衝層（バッファ層）２０と、ｎ型クラッド層３０と、活性層４０と、ｐ型クラッド層５０と、ｐ型コンタクト層６０とを順次堆積し、これら基板１０とｐ型コンタクト層６０に電極７０ａ、７０ｂを備えた構造となっている。   As shown in the figure, the nitride semiconductor light emitting diode 100 includes a buffer layer (buffer layer) 20, an n-type cladding layer 30, an active layer 40, a p-type cladding layer 50, and a p-type on a predetermined substrate 10. The contact layer 60 is sequentially deposited, and the substrate 10 and the p-type contact layer 60 are provided with electrodes 70a and 70b.

そして、電源８０から供給される電気によって活性層４０に注入されたキャリア（電子・ホール）が再結合し、この層の物性であるバンドギャップエネルギーに応じた波長の光を発光するようになっている。   Then, carriers (electrons / holes) injected into the active layer 40 by electricity supplied from the power source 80 are recombined, and light having a wavelength corresponding to the band gap energy which is a physical property of this layer is emitted. Yes.

この活性層４０は、障壁層および井戸層からなる量子井戸構造となっており、発光波長により、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸、もしくはＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸、もしくはＡｌＧａＮ／ＧａＮ量子井戸、もしくはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸、もしくはＡｌＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮ量子井戸から構成されている。   The active layer 40 has a quantum well structure including a barrier layer and a well layer, and depending on the emission wavelength, an InGaN / InGaN quantum well, a GaN / InGaN quantum well, an AlGaN / GaN quantum well, or an AlGaN / AlGaN quantum well. It is composed of a well or an AlGaInN / AlGaInN quantum well.

また、ｐ型コンタクト層６０は、ｐ型の電極７０ｂとの接触抵抗の低減のために、少なくともｐ型クラッド層５０よりもバンドギャップが小さいＡｌＧａＮ、ＧａＮもしくはＧａＩｎＮで構成されている。   The p-type contact layer 60 is made of AlGaN, GaN, or GaInN having a band gap smaller than that of the p-type cladding layer 50 in order to reduce the contact resistance with the p-type electrode 70b.

従来の構造においては、この活性層４０の上下に位置するｐ型クラッド層５０およびｎ型クラッド層３０は、いずれもこの活性層４０の量子井戸よりもバンドギャップの大きな同じ組成のＡｌＧａＮで構成されている。   In the conventional structure, the p-type cladding layer 50 and the n-type cladding layer 30 positioned above and below the active layer 40 are both made of AlGaN having the same composition with a larger band gap than the quantum well of the active layer 40. ing.

一方、本発明に係る窒化物半導体発光ダイオード１００においては、ｎ型クラッド層３０は、従来構造と同様のＡｌＧａＮからなっているが、ｐ型クラッド層５０は、インジウム（Ｉｎ）を含むＡｌＧａＩｎＮからなっている。   On the other hand, in the nitride semiconductor light emitting diode 100 according to the present invention, the n-type cladding layer 30 is made of AlGaN similar to the conventional structure, but the p-type cladding layer 50 is made of AlGaInN containing indium (In). ing.

そして、このＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型クラッド層５０の価電子帯ポテンシャルがＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３０より低く、且つ、活性層４０よりも高くなっており（価電子帯ポテンシャル：ｎ型クラッド層３０＞ｐ型クラッド層５０＞活性層４０）、また、活性層４０の伝導帯ポテンシャルが前記ｎ型クラッド層３０よりも高いという関係になっている（伝導帯ポテンシャル：活性層４０＞ｎ型クラッド層３０）。   The valence band potential of the p-type cladding layer 50 made of AlGaInN is lower than that of the n-type cladding layer 30 made of AlGaN and higher than that of the active layer 40 (valence band potential: n-type cladding layer 30). > P-type cladding layer 50> active layer 40) and the conduction band potential of the active layer 40 is higher than that of the n-type cladding layer 30 (conduction band potential: active layer 40> n-type cladding layer). 30).

なお、従来構造と同様にｐ型のドーパントとしてはＭｇを、ｎ型のドーパントとしてはＳｉを用いているが、ドーパント材料の種別は本発明の効果になんら影響を与えるものではない。   As in the conventional structure, Mg is used as the p-type dopant and Si is used as the n-type dopant, but the type of the dopant material does not affect the effect of the present invention.

また、基板１０および他層の結晶性を高めるための緩衝層２０も従来構造と同様に、サファイアやＧａＮなどを用いることができるが、その材料の種別は本発明の効果になんら影響を与えるものではない。   Also, the buffer layer 20 for enhancing the crystallinity of the substrate 10 and other layers can be made of sapphire, GaN, or the like, as in the conventional structure, but the type of the material has any effect on the effect of the present invention. is not.

また、ｐ型コンタクト層６０は、ｐ型クラッド層５０と電極７０ｂとを繋ぐための層であり、ＧａＩｎＮなどの窒化物半導体から構成されているが、このｐ型コンタクト層６０の有無は本発明の効果に直接影響を与えるものではない。   The p-type contact layer 60 is a layer for connecting the p-type cladding layer 50 and the electrode 70b, and is made of a nitride semiconductor such as GaInN. The presence or absence of the p-type contact layer 60 is the present invention. It does not directly affect the effect.

また、このｐ型コンタクト層６０を備える場合は、ｐ型クラッド層５０よりも価電子帯ポテンシャルが低い窒化物半導体であれば、いかなる組成をとろうとも本発明の効果になんら影響を与えるものではない。   In addition, when the p-type contact layer 60 is provided, the effect of the present invention is not affected at all regardless of the composition as long as the nitride semiconductor has a valence band potential lower than that of the p-type cladding layer 50. Absent.

また、活性層４０の種別も、クラッド層３０，５０よりも価電子帯ポテンシャルが低い条件を満たす範囲の構造であれば、本発明の効果になんら影響を与えるものではない。
図２は、従来の窒化物半導体発光ダイオードのポテンシャルプロファイル、図３は、本発明に係る窒化物半導体発光ダイオード１００のポテンシャルプロファイルである。 Further, if the type of the active layer 40 is a structure that satisfies the condition that the valence band potential is lower than that of the cladding layers 30 and 50, the effect of the present invention is not affected at all.
FIG. 2 is a potential profile of a conventional nitride semiconductor light emitting diode, and FIG. 3 is a potential profile of the nitride semiconductor light emitting diode 100 according to the present invention.

これら図２および図３に示すポテンシャルプロファイルより、本発明に係る窒化物半導体発光ダイオード１００においては、ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型クラッド層５０の価電子帯ポテンシャルが、従来構造のＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層よりも低いことに伴い、Ｍｇアクセプター準位は浅くなることが分かる。その結果、アクセプターの活性化率を向上することが可能である。   2 and 3, in the nitride semiconductor light emitting diode 100 according to the present invention, the valence band potential of the p-type cladding layer 50 made of AlGaInN is p-type cladding layer made of AlGaN having a conventional structure. It can be seen that the Mg acceptor level becomes shallower as it is lower. As a result, the activation rate of the acceptor can be improved.

さらに、活性層４０との伝導帯オフセットが大きいことから、高電界印加時において、電子のオーバーフローを抑制されることが分かる。   Furthermore, since the conduction band offset with the active layer 40 is large, it can be seen that the overflow of electrons is suppressed when a high electric field is applied.

さらに、ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型クラッド層５０の格子不整合は、従来構造でのＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層よりも小さいため、内部応力によるデバイスの劣化を抑制できる。その結果、デバイスの信頼性および長寿命化に有効である。   Furthermore, since the lattice mismatch of the p-type cladding layer 50 made of AlGaInN is smaller than that of the p-type cladding layer made of AlGaN in the conventional structure, device deterioration due to internal stress can be suppressed. As a result, it is effective for device reliability and longer life.

図４は、窒化物半導体のａ軸格子定数（ａ−ａｘｉｓ ｌａｔｔｉｃｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ）とポテンシャル（Ｂａｎｄ ｅｄｇｅ）との関係を示したものである。   FIG. 4 shows a relationship between an a-axis lattice constant and a potential (Band edge) of a nitride semiconductor.

例えば、ｎ型クラッド層３０がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ、活性層４０の井戸がＧａＮであるとき、斜線で示した領域の価電子帯ポテンシャルをとる組成のＡｌＧａＩｎＮ層が、本発明の有効な範囲となる。 For example, when the n-type cladding layer 30 is Al 0.3 Ga 0.7 N and the well of the active layer 40 is GaN, an AlGaInN layer having a composition that takes the valence band potential of the region indicated by the oblique lines is The effective range.

横線Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ、ｎ型クラッド層（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ）３０の伝導帯ポテンシャル（Ａ）、活性層（ＧａＮ）４０の価電子帯ポテンシャル（Ｂ）、ｎ型クラッド層（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ）３０の価電子帯ポテンシャル（Ｃ）を示す。 Horizontal lines A, B, and C indicate the conduction band potential (A) of the n-type cladding layer (Al 0.3 Ga 0.7 N) 30, the valence band potential (B) of the active layer (GaN) 40, and the n-type, respectively. The valence band potential (C) of the clad layer (Al 0.3 Ga 0.7 N) 30 is shown.

縦線α、β、γは、それぞれ、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎのａ軸格子定数（α）、活性層ＧａＮと等しい価電子帯ポテンシャルを有するＡｌＩｎＮのａ軸格子定数（β）、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎと等しい伝導帯ポテンシャルを有するＡｌＩｎＮのａ軸格子定数（γ）である。 The vertical lines α, β, γ are respectively the a-axis lattice constant (α) of Al 0.3 Ga 0.7 N, the a-axis lattice constant (β) of AlInN having the same valence band potential as that of the active layer GaN, It is an a-axis lattice constant (γ) of AlInN having a conduction band potential equal to Al 0.3 Ga 0.7 N.

この場合、本発明に係るｐ型クラッド層５０は、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層より価電子帯ポテンシャルが低い、すなわち価電子帯において横線Ｃが境界となる。斜線領域のａ−ｂがその伝導帯側に対応する。 In this case, the p-type cladding layer 50 according to the present invention has a valence band potential lower than that of the Al 0.3 Ga 0.7 N layer, that is, the horizontal line C is a boundary in the valence band. The ab in the hatched area corresponds to the conduction band side.

また、本発明に係るｐ型クラッド層５０は、伝導帯ポテンシャルがクラッド層Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎより高く、且つ価電子帯ポテンシャルが活性層ＧａＮより低い必要がある。斜線領域のａ−ｃがその伝導帯側に対応する。 The p-type cladding layer 50 according to the present invention needs to have a conduction band potential higher than that of the cladding layer Al 0.3 Ga 0.7 N and a valence band potential lower than that of the active layer GaN. The hatched region a-c corresponds to the conduction band side.

同一のａ軸格子定数で価電子帯および伝導帯ポテンシャルが最も高いＩｎＡｌＮで上記の範囲を満たす斜線領域のｂ−ｃで囲まれた領域が本発明の効果が有効な範囲となる。   The region surrounded by bc in the hatched region satisfying the above range with InAlN having the same a-axis lattice constant and the highest valence band and conduction band potential is an effective range of the present invention.

なお、他の組成のクラッド層、活性層を有した場合においても、上記と同様の条件を満たす領域が本発明の効果が有効な範囲である。   Even in the case of having a cladding layer and an active layer having other compositions, a region satisfying the same condition as described above is an effective range of the effect of the present invention.

また、本実施の形態における発光ダイオード（発光素子）１００は、基板１０とｐ型コンタクト層６０とにそれぞれ電極７０ａ、７０ｂを設けた構成となっているが、基板１０および緩衝層２０が絶縁体である場合は、図５に示すように一方の電極７０ａをｎ型クラッド層３０に設ける構成となる。   In addition, the light emitting diode (light emitting element) 100 in the present embodiment has a configuration in which electrodes 70a and 70b are provided on the substrate 10 and the p-type contact layer 60, respectively, but the substrate 10 and the buffer layer 20 are insulators. In this case, as shown in FIG. 5, one electrode 70 a is provided on the n-type cladding layer 30.

１００…窒化物半導体発光素子（発光ダイオード）
１０…基板
２０…緩衝層
３０…ｎ型クラッド層（ＡｌＧａＮ）
４０…活性層（量子井戸：ＡｌＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮ）
５０…ｐ型クラッド層（ＡｌＧａＩｎＮ）
６０…ｐ型コンタクト層
７０ａ、７０ｂ…電極
８０…電源 100: Nitride semiconductor light emitting device (light emitting diode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate 20 ... Buffer layer 30 ... N-type clad layer (AlGaN)
40 ... Active layer (quantum well: AlGaInN / AlGaInN)
50 ... p-type cladding layer (AlGaInN)
60 ... p-type contact layer 70a, 70b ... electrode 80 ... power source

Claims (5)

基板上に、ＡｌＧａＮからなるｎ型のクラッド層を有し、その上に窒化物半導体の量子井戸で構成される活性層を有し、その上にＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型のクラッド層を有することを特徴とする窒化物半導体発光素子。   It has an n-type clad layer made of AlGaN on a substrate, an active layer made of a nitride semiconductor quantum well on it, and a p-type clad layer made of AlGaInN on it. A nitride semiconductor light emitting device. 前記ｐ型のクラッド層の上に、ＧａＩｎＮからなるｐ型のコンタクト層を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light-emitting element according to claim 1, further comprising a p-type contact layer made of GaInN on the p-type cladding layer. 前記活性層の量子井戸を構成する障壁層および井戸層は、いずれもＡｌＧａＩｎＮからな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 each of the barrier layer and the well layer constituting the quantum well of the active layer is made of AlGaInN. 4. 前記ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型のクラッド層の価電子帯ポテンシャルは、前記ＡｌＧａＮからなるｎ型のクラッド層より低く、且つ前記活性層よりも高くなっていると共に、前記活性層の伝導帯ポテンシャルは、前記ＡｌＧａＮからなるｎ型のクラッド層よりも高くなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。   The valence band potential of the p-type cladding layer made of AlGaInN is lower than the n-type cladding layer made of AlGaN and higher than the active layer, and the conduction band potential of the active layer is 4. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor light emitting device is higher than an n-type cladding layer made of AlGaN. 5. 基板上に、ｎ型クラッド層と、量子井戸で構成される活性層と、ｐ型クラッド層とを順に積層した窒化物半導体発光素子であって、
前記ｐ型クラッド層の価電子帯ポテンシャルが、前記ｎ型クラッド層より低く、且つ前記活性層よりも高くなっていると共に、前記活性層の伝導帯ポテンシャルが、前記ｎ型クラッド層よりも高くなっていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 A nitride semiconductor light emitting device in which an n-type cladding layer, an active layer composed of quantum wells, and a p-type cladding layer are sequentially stacked on a substrate,
The valence band potential of the p-type cladding layer is lower than that of the n-type cladding layer and higher than that of the active layer, and the conduction band potential of the active layer is higher than that of the n-type cladding layer. A nitride semiconductor light emitting device characterized by comprising:
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