JP7005890B2 - Semiconductor light emitting elements, lighting devices, headlights, moving objects, illumination devices, video devices, projection type video devices and projectors. - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光素子、照明装置、ヘッドライト、移動体、イルミネーション装置、映像装置、投射型映像装置及びプロジェクターに関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting element, a lighting device, a headlight, a moving body, an illumination device, an image device, a projection type image device, and a projector.

従来から、１３族窒化物半導体を用いた発光ダイオードや半導体レーザが知られている。半導体レーザとしては、例えば電流狭窄部の側面を誘電体多層膜からなるＤＢＲで覆い、横方向の光の閉じ込めを行うことで光損失を効果的に低減させる構造を具備する面発光レーザが開示されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, light emitting diodes and semiconductor lasers using group 13 nitride semiconductors have been known. As the semiconductor laser, for example, a surface emitting laser having a structure in which a side surface of a current constricted portion is covered with a DBR made of a dielectric multilayer film and a structure for effectively reducing light loss by confining light in the lateral direction is disclosed. (For example, see Patent Document 1).

また、例えば共振器中の定在波のピーク位置に複数の活性層を配置する周期利得構造の面発光レーザが開示されている（例えば、特許文献２参照）。この面発光レーザでは、活性層の間に形成する中間層を、Ｍｇドープ層、Ｉｎを含む窒化物半導体の順に積層した構造としている。 Further, for example, a surface emitting laser having a periodic gain structure in which a plurality of active layers are arranged at peak positions of standing waves in a resonator is disclosed (see, for example, Patent Document 2). This surface emitting laser has a structure in which an intermediate layer formed between active layers is laminated in the order of a Mg-doped layer and a nitride semiconductor containing In.

また、例えば透光性電極の外周に導電性材料を配置し、活性層への電流注入を均一にする構造を具備した面発光レーザが開示されている（例えば、特許文献３参照）。 Further, for example, a surface emitting laser having a structure in which a conductive material is arranged on the outer periphery of a translucent electrode to make the current injection into the active layer uniform is disclosed (see, for example, Patent Document 3).

ところで、従来の面発光レーザでは、ｐ側電極として、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＩＴＯ、ＭｇＯ、Ｎｉ／Ａｕ等の透光性電極が使用されている。これらの透光性電極は、光を少なからず吸収してしまうため、その厚さを厚くすることができない。そのため、積層構造の積層方向と垂直な方向に電流を流す場合、抵抗が高くなり、動作電圧の上昇を招いていた。 By the way, in the conventional surface emitting laser, a translucent electrode such as ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , ATO, ITO, MgO, Ni / Au or the like is used as the p-side electrode. Since these translucent electrodes absorb light to a considerable extent, their thickness cannot be increased. Therefore, when a current is passed in the direction perpendicular to the stacking direction of the laminated structure, the resistance becomes high, which causes an increase in the operating voltage.

そこで、上記課題を鑑み、動作電圧を低減することが可能な半導体発光素子を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of reducing the operating voltage.

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る半導体発光素子は、１３族窒化物半導体により形成された第１の半導体積層構造であって、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を含む第１の半導体積層構造と、１３族窒化物半導体により形成された第２の半導体積層構造であって、前記第１の半導体積層構造と接続され、二次元正孔ガスを形成する積層構造を有し、前記二次元正孔ガスを電流経路とする第２の半導体積層構造と、前記第１の半導体積層構造に接続されたｎ側電極と、前記第２の半導体積層構造に接続されたｐ側電極と、を有する、半導体発光素子であって、 前記二次元正孔ガスを形成する積層構造は、ともに＋ｃ軸方向に順次形成された、ｉ型半導体からなる第１の１３族窒化物半導体とアンドープのｎ型又はｐ型の半導体からなる第２の１３族窒化物半導体を含み、前記第１の１３族窒化物半導体の格子定数と前記第２の１３族窒化物半導体の格子定数とは互いに異なり、 前記二次元正孔ガスは、前記第１の１３族窒化物半導体と前記第２の１３族窒化物半導体の界面近傍の第２の１３族窒化物半導体に形成されており、前記第２の半導体積層構造のｃ軸方向は、前記第１の半導体積層構造のｃ軸方向と同一方向であり、前記第２の半導体積層構造と前記第１の半導体積層構造とは、前記第２の１３族窒化物半導体によって接続される。 In order to achieve the above object, the semiconductor light emitting element according to one aspect of the present invention is a first semiconductor laminated structure formed of a group 13 nitride semiconductor, and is an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer. A first semiconductor laminated structure including, and a second semiconductor laminated structure formed of a group 13 nitride semiconductor, which is connected to the first semiconductor laminated structure to form a two-dimensional hole gas. A second semiconductor laminated structure having the two-dimensional hole gas as a current path, an n-side electrode connected to the first semiconductor laminated structure, and connected to the second semiconductor laminated structure. A semiconductor light emitting element having a p-side electrode, wherein the laminated structure forming the two-dimensional hole gas is a first group 13 nitride made of an i-type semiconductor, both of which are sequentially formed in the + c-axis direction. A second group 13 nitride semiconductor composed of a semiconductor and an undoped n-type or p-type semiconductor is included, and the lattice constants of the first group 13 nitride semiconductor and the lattice constants of the second group 13 nitride semiconductor are included. The two-dimensional hole gas is formed in the second group 13 nitride semiconductor near the interface between the first group 13 nitride semiconductor and the second group 13 nitride semiconductor. The c-axis direction of the second semiconductor laminated structure is the same as the c-axis direction of the first semiconductor laminated structure, and the second semiconductor laminated structure and the first semiconductor laminated structure are the second. It is connected by a group 13 nitride semiconductor of.

開示の技術によれば、動作電圧を低減することが可能な半導体発光素子を提供することができる。 According to the disclosed technique, it is possible to provide a semiconductor light emitting device capable of reducing the operating voltage.

本発明の実施形態の半導体発光素子の一例を示す概略断面図Schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. 第１の半導体積層構造の一例を示す概略断面図（１）Schematic cross-sectional view showing an example of the first semiconductor laminated structure (1) 第１の半導体積層構造の一例を示す概略断面図（２）Schematic cross-sectional view showing an example of the first semiconductor laminated structure (2) 第２の半導体積層構造の一例を示す概略断面図Schematic cross-sectional view showing an example of the second semiconductor laminated structure ｐ側電極の配置を説明するための概略断面図Schematic cross-sectional view for explaining the arrangement of the p-side electrode 本発明の実施形態の半導体発光素子の別の例を示す概略断面図（１）Schematic cross-sectional view showing another example of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention (1). 本発明の実施形態の半導体発光素子の別の例を示す概略断面図（２）Schematic cross-sectional view showing another example of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention (2). 本発明の実施形態の半導体発光素子の別の例を示す概略断面図（３）Schematic cross-sectional view showing another example of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention (3). 実施例１の半導体発光素子を説明するための図The figure for demonstrating the semiconductor light emitting element of Example 1. 実施例２の半導体発光素子を説明するための図The figure for demonstrating the semiconductor light emitting element of Example 2. 実施例３の半導体発光素子を説明するための図The figure for demonstrating the semiconductor light emitting element of Example 3. 実施例４の半導体発光素子を説明するための図The figure for demonstrating the semiconductor light emitting device of Example 4. 実施例５の半導体発光素子を説明するための図The figure for demonstrating the semiconductor light emitting element of Example 5. 実施例６の半導体発光素子を説明するための図The figure for demonstrating the semiconductor light emitting element of Example 6. 実施例７の半導体発光素子を説明するための図The figure for demonstrating the semiconductor light emitting element of Example 7.

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, substantially the same configurations are designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations.

本発明の実施形態の半導体発光素子について説明する。図１は、本発明の実施形態の半導体発光素子の一例を示す概略断面図である。図２及び図３は、第１の半導体積層構造の一例を示す概略断面図である。図４は、第２の半導体積層構造の一例を示す概略断面図である。図５は、ｐ側電極の配置を説明するための概略断面図である。 The semiconductor light emitting device of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 are schematic cross-sectional views showing an example of the first semiconductor laminated structure. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the second semiconductor laminated structure. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the arrangement of the p-side electrode.

図１に示されるように、本発明の実施形態の半導体発光素子は、第１の半導体積層構造１０と、第２の半導体積層構造２０と、ｎ側電極３０と、ｐ側電極４０とを有する。第１の半導体積層構造１０は、ｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３を含む。第２の半導体積層構造２０は、第１の１３族窒化物半導体２１及び第２の１３族窒化物半導体２２を含む。半導体発光素子は、ｎ側電極３０とｐ側電極４０と間に電圧が印加されることにより、活性層１２に電子と正孔を注入され、電子と正孔との再結合によって発光する。 As shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device of the embodiment of the present invention has a first semiconductor laminated structure 10, a second semiconductor laminated structure 20, an n-side electrode 30, and a p-side electrode 40. .. The first semiconductor laminated structure 10 includes an n-type semiconductor layer 11, an active layer 12, and a p-type semiconductor layer 13. The second semiconductor laminated structure 20 includes a first group 13 nitride semiconductor 21 and a second group 13 nitride semiconductor 22. The semiconductor light emitting device injects electrons and holes into the active layer 12 by applying a voltage between the n-side electrode 30 and the p-side electrode 40, and emits light by recombination of the electrons and holes.

第１の半導体積層構造１０は、１３族窒化物半導体により形成された半導体積層構造であって、ｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３を含む。１３族窒化物半導体は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）の１３族金属元素から選択される１３族金属と窒素とからなるウルツ鉱型の窒化物半導体である。 The first semiconductor laminated structure 10 is a semiconductor laminated structure formed of a group 13 nitride semiconductor, and includes an n-type semiconductor layer 11, an active layer 12, and a p-type semiconductor layer 13. The group 13 nitride semiconductor is a wurtzite-type nitride semiconductor composed of a group 13 metal selected from group 13 metal elements of boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) and nitrogen. Is.

本発明の実施形態では、１３族窒化物半導体の極性面であるｃ面の窒素極性面から１３族金属極性面に向かう方向を１３族金属方向（＋ｃ軸方向（＜０００１＞方向））と称する。また、１３族窒化物半導体の極性面であるｃ面の１３族金属極性面から窒素極性面に向かう方向を窒素極性方向（－ｃ軸方向（＜０００－１＞方向））と称する。また、＋ｃ軸方向に結晶成長させる場合を１３族金属面成長（例えばＧａ面成長）、－ｃ軸方向に結晶成長させる場合を窒素面成長と称する。 In the embodiment of the present invention, the direction from the nitrogen polar plane of the c plane, which is the polar plane of the group 13 nitride semiconductor, to the metal polar plane of the 13th group is referred to as a group 13 metal direction (+ c axis direction (<0001> direction)). .. Further, the direction from the group 13 metal polar surface of the group c, which is the polar surface of the group 13 nitride semiconductor, to the nitrogen polar plane is referred to as a nitrogen polar direction (−c axis direction (<000-1> direction)). Further, the case of crystal growth in the + c-axis direction is referred to as group 13 metal plane growth (for example, Ga-plane growth), and the case of crystal growth in the −c-axis direction is referred to as nitrogen plane growth.

ｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３の積層方向は、活性層１２に電子及び正孔が注入され、それらの再結合によって発光する構造であれば、特に限定するものではない。例えば、図２に示されるように、＋ｃ軸方向に沿ってｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３の順であってもよく、図３に示されるように、＋ｃ軸方向に沿ってｐ型半導体層１３、活性層１２及びｎ型半導体層１１の順であってもよい。 The stacking direction of the n-type semiconductor layer 11, the active layer 12, and the p-type semiconductor layer 13 is not particularly limited as long as the structure is such that electrons and holes are injected into the active layer 12 and light is emitted by their recombination. .. For example, as shown in FIG. 2, the n-type semiconductor layer 11, the active layer 12, and the p-type semiconductor layer 13 may be in this order along the + c-axis direction, and as shown in FIG. 3, the + c-axis direction. The p-type semiconductor layer 13, the active layer 12, and the n-type semiconductor layer 11 may be in this order.

第２の半導体積層構造２０は、１３族窒化物半導体により形成された半導体積層構造であって、第１の半導体積層構造１０と接続され、二次元正孔ガス２３を形成する積層構造を有し、二次元正孔ガス２３を電流経路とする。なお、二次元正孔ガスが形成されていることは、第２の半導体積層構造２０のバンド計算をすることで確認することができる。第２の半導体積層構造２０は、図４（ａ）に示されるように、＋ｃ軸方向に沿って第１の１３族窒化物半導体２１及び第２の１３族窒化物半導体２２が連続して積層された構造を含む。 The second semiconductor laminated structure 20 is a semiconductor laminated structure formed of a group 13 nitride semiconductor, and has a laminated structure connected to the first semiconductor laminated structure 10 to form a two-dimensional hole gas 23. , The two-dimensional hole gas 23 is used as the current path. The formation of the two-dimensional hole gas can be confirmed by performing the band calculation of the second semiconductor laminated structure 20. In the second semiconductor laminated structure 20, as shown in FIG. 4A, the first group 13 nitride semiconductor 21 and the second group 13 nitride semiconductor 22 are continuously laminated along the + c-axis direction. Includes the structure.

第１の１３族窒化物半導体２１は、高抵抗なi型半導体である。第２の１３族窒化物半導体２２は、アンドープのｎ型又はｐ型の半導体である。第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２とは格子定数が異なり、第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との格子歪によって第１の１３族窒化物半導体２１にはピエゾ電界が発生する。これにより、第１の１３族窒化物半導体２１は、ｃ面の１３族金属極性面２１ａ側が負に、窒素極性面２１ｂ側が正になるように分極している。そして、図４（ｂ）に示されるように、第２の１３族窒化物半導体２２の、第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との界面近傍には、第１の１３族窒化物半導体２１の分極によって誘起された高濃度の二次元正孔ガス２３が形成されている。 The first group 13 nitride semiconductor 21 is an i-type semiconductor having high resistance. The second group 13 nitride semiconductor 22 is an undoped n-type or p-type semiconductor. The lattice constants of the first group 13 nitride semiconductor 21 and the second group 13 nitride semiconductor 22 are different, and the lattice strain of the first group 13 nitride semiconductor 21 and the second group 13 nitride semiconductor 22 causes it. A piezo electric field is generated in the first group 13 nitride semiconductor 21. As a result, the first group 13 nitride semiconductor 21 is polarized so that the group 13 metal polar surface 21a side of the c-plane is negative and the nitrogen polar surface 21b side is positive. Then, as shown in FIG. 4B, in the vicinity of the interface between the first group 13 nitride semiconductor 21 and the second group 13 nitride semiconductor 22 of the second group 13 nitride semiconductor 22, A high-concentration two-dimensional hole gas 23 induced by the polarization of the first group 13 nitride semiconductor 21 is formed.

第１の１３族窒化物半導体２１の格子定数及び第２の１３族窒化物半導体２２の格子定数は、両者の格子定数の差による歪によって第１の１３族窒化物半導体２１に発生するピエゾ電界を大きくし、二次元正孔ガス２３の濃度が大きくなるように適宜調整される。好適には、第１の１３族窒化物半導体２１の格子定数よりも、第２の１３族窒化物半導体２２の格子定数の方が大きくなるように調整するのがよい。 The lattice constants of the first group 13 nitride semiconductor 21 and the lattice constants of the second group 13 nitride semiconductor 22 are the piezo electric fields generated in the first group 13 nitride semiconductor 21 due to the strain due to the difference between the lattice constants of the two. Is appropriately adjusted so that the concentration of the two-dimensional hole gas 23 is increased. Preferably, it is preferable to adjust so that the lattice constant of the second group 13 nitride semiconductor 22 is larger than the lattice constant of the first group 13 nitride semiconductor 21.

第１の１３族窒化物半導体２１の厚さ及び第２の１３族窒化物半導体２２の厚さは、クラックが発生しない程度に歪を大きくし、二次元正孔ガス２３の濃度が大きくなるように適宜調整される。 The thickness of the first group 13 nitride semiconductor 21 and the thickness of the second group 13 nitride semiconductor 22 increase the strain to the extent that cracks do not occur, and increase the concentration of the two-dimensional hole gas 23. It is adjusted appropriately.

ｎ側電極３０は、第１の半導体積層構造１０に接続されている。より具体的には、ｎ側電極３０は、第１の半導体積層構造１０のｎ型半導体層１１に接続されている。 The n-side electrode 30 is connected to the first semiconductor laminated structure 10. More specifically, the n-side electrode 30 is connected to the n-type semiconductor layer 11 of the first semiconductor laminated structure 10.

ｐ側電極４０は、第２の半導体積層構造２０に接続されている。より具体的には、ｐ側電極４０は、図５（ａ）に示されるように、第２の１３族窒化物半導体２２上に形成されていてもよく、図５（ｂ）に示されるように、第２の１３族窒化物半導体２２の上にｐ型半導体２４を介して形成されていてもよい。また、ｐ側電極４０は、図５（ｃ）に示されるように、第１の１３族窒化物半導体２１上に、第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との界面に接触するように形成されていてもよい。 The p-side electrode 40 is connected to the second semiconductor laminated structure 20. More specifically, the p-side electrode 40 may be formed on the second group 13 nitride semiconductor 22 as shown in FIG. 5 (a), as shown in FIG. 5 (b). In addition, it may be formed on the second group 13 nitride semiconductor 22 via the p-type semiconductor 24. Further, as shown in FIG. 5C, the p-side electrode 40 has a first group 13 nitride semiconductor 21 and a second group 13 nitride semiconductor 22 on the first group 13 nitride semiconductor 21. It may be formed so as to be in contact with the interface with.

そして、図１に示されるように、第２の半導体積層構造２０の電流経路の一部が第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３となる。二次元正孔ガス２３の部分では、電流は第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との界面に平行に流れる。二次元正孔ガス２３が電流経路になることによって、第２の１３族窒化物半導体２２の二次元正孔ガスが形成されていないバルク部分やｐ型半導体層１３を横方向（積層方向に垂直な方向）に電流が流れる場合と比較して、半導体発光素子の抵抗を低くすることができる。なお、図１においては、電流の流れを矢印Ａで表している。 Then, as shown in FIG. 1, a part of the current path of the second semiconductor laminated structure 20 becomes a two-dimensional hole gas 23 formed in the second group 13 nitride semiconductor 22. In the portion of the two-dimensional hole gas 23, the current flows parallel to the interface between the first group 13 nitride semiconductor 21 and the second group 13 nitride semiconductor 22. When the two-dimensional hole gas 23 becomes a current path, the bulk portion of the second group 13 nitride semiconductor 22 in which the two-dimensional hole gas is not formed and the p-type semiconductor layer 13 are laterally (vertically perpendicular to the stacking direction). The resistance of the semiconductor light emitting device can be lowered as compared with the case where the current flows in the above direction. In FIG. 1, the current flow is represented by an arrow A.

このように、第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０は、ｎ側電極３０とｐ側電極４０によって活性層１２が挟まれるように接合している。第１の半導体積層構造１０と第２の半導体積層構造２０との接合の形態については、第１の半導体積層構造１０と第２の半導体積層構造２０とが電気的に接続され、電流が流れる構造であれば特に限定されるものではない。例えば、第１の半導体積層構造１０に含まれるｐ型半導体層１３と、第２の半導体積層構造２０に含まれる第２の１３族窒化物半導体２２とが接合される。このとき、第１の半導体積層構造１０の＋ｃ軸方向の側に第２の半導体積層構造２０が積層されていてもよく、第１の半導体積層構造１０の－ｃ軸方向の側に第２の半導体積層構造２０が積層されていてもよい。また、第１の半導体積層構造１０のｃ軸方向と第２の半導体積層構造２０のｃ軸方向とは、同一方向であってもよく、反対方向であってもよい。 As described above, the first semiconductor laminated structure 10 and the second semiconductor laminated structure 20 are joined so that the active layer 12 is sandwiched between the n-side electrode 30 and the p-side electrode 40. Regarding the form of bonding between the first semiconductor laminated structure 10 and the second semiconductor laminated structure 20, a structure in which the first semiconductor laminated structure 10 and the second semiconductor laminated structure 20 are electrically connected and a current flows. If so, it is not particularly limited. For example, the p-type semiconductor layer 13 included in the first semiconductor laminated structure 10 and the second group 13 nitride semiconductor 22 included in the second semiconductor laminated structure 20 are bonded. At this time, the second semiconductor laminated structure 20 may be laminated on the + c-axis direction side of the first semiconductor laminated structure 10, and the second semiconductor laminated structure 10 may be laminated on the −c-axis direction side of the first semiconductor laminated structure 10. The semiconductor laminated structure 20 may be laminated. Further, the c-axis direction of the first semiconductor laminated structure 10 and the c-axis direction of the second semiconductor laminated structure 20 may be the same direction or opposite directions.

図１に示されるように、第１の半導体積層構造１０の窒素極性面の側に第２の半導体積層構造２０がｃ軸方向を同一方向にして形成されている場合、第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２上に、第１の半導体積層構造１０を積層してもよい。この構造の半導体発光素子では、ｎ側電極３０とｐ側電極４０との間に電圧を印加すると、電流は、ｐ側電極４０から第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３を通る。二次元正孔ガス２３を通った電流は、第２の１３族窒化物半導体２２から、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３に流れ、活性層１２、ｎ型半導体層１１及びｎ側電極３０の順に流れる。そして、活性層１２に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。 As shown in FIG. 1, when the second semiconductor laminated structure 20 is formed on the nitrogen polar surface side of the first semiconductor laminated structure 10 with the c-axis direction in the same direction, the second semiconductor laminated structure is formed. The first semiconductor laminated structure 10 may be laminated on the second group 13 nitride semiconductor 22 of 20. In the semiconductor light emitting device having this structure, when a voltage is applied between the n-side electrode 30 and the p-side electrode 40, the current is generated from the p-side electrode 40 to the second group 13 nitride semiconductor of the second semiconductor laminated structure 20. It passes through the two-dimensional hole gas 23 formed in 22. The current passing through the two-dimensional hole gas 23 flows from the second group 13 nitride semiconductor 22 to the p-type semiconductor layer 13 of the first semiconductor laminated structure 10, and the active layer 12, the n-type semiconductor layer 11 and n It flows in the order of the side electrodes 30. Then, holes and electrons are injected into the active layer 12 and emit light by recombination.

図６から図８は、本発明の実施形態の半導体発光素子の別の例を示す概略断面図である。なお、図６から図８においては、電流の流れを矢印Ａで表している。 6 to 8 are schematic cross-sectional views showing another example of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention. In FIGS. 6 to 8, the current flow is represented by an arrow A.

図６に示されるように、第１の半導体積層構造１０の１３族金属極性面の側に、第２の半導体積層構造２０がｃ軸方向を第１の半導体積層構造１０に対し反対方向にして形成されていてもよい。この場合、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３上に第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２を積層してもよい。そして、第１の半導体積層構造１０と第２の半導体積層構造２０の界面では、１３族金属極性面から窒素極性面に極性が反転している。極性を反転させる方法は、特に限定されず、例えば結晶成長の時に１３族金属面成長から窒素極性面成長に反転させる方法、第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０のそれぞれの１３族金属極性面を接合面として張り合わせる方法が挙げられる。この構造の半導体発光素子では、ｎ側電極３０とｐ側電極４０との間に電圧を印加すると、電流は、ｐ側電極４０から第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３を通る。二次元正孔ガス２３を通った電流は、第２の１３族窒化物半導体２２から、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３に流れ、活性層１２、ｎ型半導体層１１及びｎ側電極３０の順に流れる。そして、活性層１２に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。 As shown in FIG. 6, the second semiconductor laminated structure 20 has the c-axis direction opposite to that of the first semiconductor laminated structure 10 on the side of the group 13 metal polar surface of the first semiconductor laminated structure 10. It may be formed. In this case, the second group 13 nitride semiconductor 22 of the second semiconductor laminated structure 20 may be laminated on the p-type semiconductor layer 13 of the first semiconductor laminated structure 10. At the interface between the first semiconductor laminated structure 10 and the second semiconductor laminated structure 20, the polarity is reversed from the group 13 metal polar plane to the nitrogen polar plane. The method of reversing the polarity is not particularly limited, and for example, a method of reversing from group 13 metal surface growth to nitrogen polar surface growth at the time of crystal growth, and each of the first semiconductor laminated structure 10 and the second semiconductor laminated structure 20. A method of laminating a group 13 metal polar surface as a joint surface can be mentioned. In the semiconductor light emitting device having this structure, when a voltage is applied between the n-side electrode 30 and the p-side electrode 40, the current is generated from the p-side electrode 40 to the second group 13 nitride semiconductor of the second semiconductor laminated structure 20. It passes through the two-dimensional hole gas 23 formed in 22. The current passing through the two-dimensional hole gas 23 flows from the second group 13 nitride semiconductor 22 to the p-type semiconductor layer 13 of the first semiconductor laminated structure 10, and the active layer 12, the n-type semiconductor layer 11 and n It flows in the order of the side electrodes 30. Then, holes and electrons are injected into the active layer 12 and emit light by recombination.

また、図７に示されるように、第１の半導体積層構造１０の１３族金属極性面の側に、第２の半導体積層構造２０がｃ軸方向を第１の半導体積層構造１０のｃ軸方向と同一方向にして積層されていてもよい。この場合、第２の半導体積層構造２０の第１の１３族窒化物半導体２１の一部を除去して、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３上に、第２の１３族窒化物半導体２２を結晶成長させてもよい。この構造の半導体発光素子では、ｎ側電極３０とｐ側電極４０との間に電圧を印加すると、電流は、ｐ側電極４０から第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３を通る。二次元正孔ガス２３を通った電流は、高抵抗の第１の１３族窒化物半導体２１が除去された領域で第２の１３族窒化物半導体２２から、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３に流れ、活性層１２、ｎ型半導体層１１及びｎ側電極３０の順に流れる。そして、活性層１２に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。 Further, as shown in FIG. 7, the second semiconductor laminated structure 20 has the c-axis direction of the first semiconductor laminated structure 10 on the c-axis direction of the first semiconductor laminated structure 10 on the side of the group 13 metal polar surface of the first semiconductor laminated structure 10. It may be laminated in the same direction as. In this case, a part of the first group 13 nitride semiconductor 21 of the second semiconductor laminated structure 20 is removed, and the second group 13 nitride is formed on the p-type semiconductor layer 13 of the first semiconductor laminated structure 10. The physical semiconductor 22 may be crystal-grown. In the semiconductor light emitting device having this structure, when a voltage is applied between the n-side electrode 30 and the p-side electrode 40, the current is generated from the p-side electrode 40 to the second group 13 nitride semiconductor of the second semiconductor laminated structure 20. It passes through the two-dimensional hole gas 23 formed in 22. The current passing through the two-dimensional hole gas 23 is the p of the first semiconductor laminated structure 10 from the second group 13 nitride semiconductor 22 in the region where the high resistance first group 13 nitride semiconductor 21 is removed. It flows through the type semiconductor layer 13, and then flows in the order of the active layer 12, the n-type semiconductor layer 11, and the n-side electrode 30. Then, holes and electrons are injected into the active layer 12 and emit light by recombination.

また、図８に示されるように、第１の半導体積層構造１０の窒素極性面の側に、第２の半導体積層構造２０がｃ軸の向きを第１の半導体積層構造１０に対し反対方向にして積層されていてもよい。この場合、第２の半導体積層構造２０の第１の１３族窒化物半導体２１の一部を除去して、第２の１３族窒化物半導体２２を露出させて第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３を結晶成長させてもよい。この構造の半導体発光素子では、ｎ側電極３０とｐ側電極４０との間に電圧を印加すると、電流は、ｐ側電極４０から第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３を通る。二次元正孔ガス２３を通った電流は、高抵抗の第１の１３族窒化物半導体２１が除去された領域で第２の１３族窒化物半導体２２から、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３に流れ、活性層１２、ｎ型半導体層１１及びｎ側電極３０にこの順に流れる。そして、活性層１２に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。 Further, as shown in FIG. 8, the second semiconductor laminated structure 20 has the c-axis direction opposite to that of the first semiconductor laminated structure 10 on the nitrogen polar surface side of the first semiconductor laminated structure 10. May be laminated. In this case, a part of the first group 13 nitride semiconductor 21 of the second semiconductor laminated structure 20 is removed to expose the second group 13 nitride semiconductor 22 to expose the p of the first semiconductor laminated structure 10. The type semiconductor layer 13 may be crystal-grown. In the semiconductor light emitting device having this structure, when a voltage is applied between the n-side electrode 30 and the p-side electrode 40, the current is generated from the p-side electrode 40 to the second group 13 nitride semiconductor of the second semiconductor laminated structure 20. It passes through the two-dimensional hole gas 23 formed in 22. The current passing through the two-dimensional hole gas 23 is the p of the first semiconductor laminated structure 10 from the second group 13 nitride semiconductor 22 in the region where the high resistance first group 13 nitride semiconductor 21 is removed. It flows through the type semiconductor layer 13, and flows through the active layer 12, the n-type semiconductor layer 11, and the n-side electrode 30 in this order. Then, holes and electrons are injected into the active layer 12 and emit light by recombination.

なお、第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０は、連続して結晶成長させてもよく、一方を結晶成長させた後、結晶成長を中断させて、ウエハプロセスを行った後に他方を結晶成長させてもよい。また、第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０を、それぞれ別々の基板に結晶成長させた後、両者を接合してもよい。 The first semiconductor laminated structure 10 and the second semiconductor laminated structure 20 may be continuously crystal-grown, and after crystal growth of one of them is performed, crystal growth is interrupted and a wafer process is performed. The other may be crystal-grown. Further, the first semiconductor laminated structure 10 and the second semiconductor laminated structure 20 may be crystal-grown on separate substrates and then bonded to each other.

第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０を結晶成長させる基板の材質は、特に限定されるものではない。好適には、サファイア、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｇａ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＺｎＯが使用できる。基板の面方位は、結晶成長させる１３族窒化物半導体が非極性面（ｍ面やａ面）を成長面とする面方位以外であればよいが、ｃ面を成長面とする面方位が好適である。 The material of the substrate on which the first semiconductor laminated structure 10 and the second semiconductor laminated structure 20 are crystal-grown is not particularly limited. Preferably, sapphire, GaN, AlN, Ga 2 O 3 , SiC, ZnO can be used. The plane orientation of the substrate may be any other than the plane orientation in which the group 13 nitride semiconductor to be crystal-grown has the non-polar plane (m plane or a plane) as the growth plane, but the plane orientation in which the c plane is the growth plane is preferable. Is.

また、本発明の実施形態の半導体発光素子には、基板が具備されていてもよいし、発光素子の製造過程で除去されていてもよい。 Further, the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention may be provided with a substrate or may be removed during the manufacturing process of the light emitting device.

以上に説明したように、本発明の実施形態の半導体発光素子では、第２の半導体積層構造２０の電流経路の一部が第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３となっている。そして、二次元正孔ガス２３の部分では、電流は第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との界面に平行に流れる。二次元正孔ガス２３が電流経路になることによって、第２の１３族窒化物半導体２２の二次元正孔ガスが形成されていないバルク部分やｐ型半導体層１３を横方向（積層方向に垂直な方向）に電流が流れる場合と比較して、半導体発光素子の抵抗を低くすることができる。その結果、半導体発光素子の動作電圧を低減することができる。 As described above, in the semiconductor light emitting device of the embodiment of the present invention, a part of the current path of the second semiconductor laminated structure 20 is formed in the second group 13 nitride semiconductor 22. It is 23. Then, in the portion of the two-dimensional hole gas 23, the current flows in parallel with the interface between the first group 13 nitride semiconductor 21 and the second group 13 nitride semiconductor 22. When the two-dimensional hole gas 23 becomes a current path, the bulk portion of the second group 13 nitride semiconductor 22 in which the two-dimensional hole gas is not formed and the p-type semiconductor layer 13 are laterally (vertically perpendicular to the stacking direction). The resistance of the semiconductor light emitting device can be lowered as compared with the case where the current flows in the above direction. As a result, the operating voltage of the semiconductor light emitting device can be reduced.

なお、本発明の実施形態の半導体発光素子は、発光ダイオードであってもよく、レーザであってもよい。また、端面発光型であってもよく、面発光型であってもよい。面発光型の半導体発光素子としては、例えば面発光型発光ダイオード、ミラー付面発光型発光ダイオード、面発光レーザのいずれであってもよい。また、面発光レーザとしては、活性層１２を間に挟んで第１の多層膜反射ミラーと第２の多層膜反射ミラーとを含む垂直共振器構造を有する面発光レーザであってもよい。具体的には、第２の多層膜反射ミラーは、活性層１２からみて第２の半導体積層構造２０がある側に形成され、第１の多層膜反射ミラーは、第２の半導体積層構造２０がある側と反対側に形成されている。第１の多層膜反射ミラーと第２の多層膜反射ミラーの間には、活性層１２が含まれ、且つ、第１の半導体積層構造１０と第２の半導体積層構造２０の全部あるいは一部が含まれて垂直共振器構造が形成されている。第１の多層膜反射ミラー及び第２の多層膜反射ミラーは、半導体多層膜反射ミラーであってもよく、誘電体多層膜反射ミラーであってもよい。また、第１の多層膜反射ミラーを半導体多層膜反射ミラーとし、第２の多層膜反射ミラーを誘電体多層膜反射ミラーとしてもよく、その逆であってもよい。さらに、半導体多層膜反射ミラーに導電性を持たせて、そこに電極を形成してもよい。また、発光ダイオードやレーザは、単一の発光素子であってもよく、複数の発光素子を一次元や二次元にアレイ化したものであってもよい。 The semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention may be a light emitting diode or a laser. Further, it may be an end face light emitting type or a surface light emitting type. The surface-emitting semiconductor light-emitting device may be, for example, a surface-emitting diode, a surface-emitting diode with a mirror, or a surface-emitting laser. Further, the surface emitting laser may be a surface emitting laser having a vertical resonator structure including a first multilayer film reflecting mirror and a second multilayer film reflecting mirror with an active layer 12 sandwiched between them. Specifically, the second multilayer film reflection mirror is formed on the side where the second semiconductor laminated structure 20 is located when viewed from the active layer 12, and the first multilayer film reflecting mirror has the second semiconductor laminated structure 20. It is formed on one side and the other side. An active layer 12 is included between the first multilayer film reflecting mirror and the second multilayer film reflecting mirror, and all or part of the first semiconductor laminated structure 10 and the second semiconductor laminated structure 20 are included. It is included to form a vertical cavity structure. The first multilayer film reflection mirror and the second multilayer film reflection mirror may be a semiconductor multilayer film reflection mirror or a dielectric multilayer film reflection mirror. Further, the first multilayer film reflection mirror may be a semiconductor multilayer film reflection mirror, the second multilayer film reflection mirror may be a dielectric multilayer film reflection mirror, and vice versa. Further, the semiconductor multilayer film reflection mirror may be made conductive and an electrode may be formed therein. Further, the light emitting diode or the laser may be a single light emitting element, or may be a one-dimensional or two-dimensional array of a plurality of light emitting elements.

本発明の実施形態の半導体発光素子は、動作抵抗を低くすることができるので、消費電力が低い。そのため、高出力で動作しても発熱を低く抑えることができ、アレイ化による大出力動作も可能である。また、活性層に使用される１３族窒化物半導体は、混晶組成を変えることで、紫外～赤外まで発光させることができる。本発明の実施形態の半導体発光素子は、このような特性を生かして、様々な用途に応用可能である。 Since the semiconductor light emitting device of the embodiment of the present invention can reduce the operating resistance, the power consumption is low. Therefore, even if it operates at a high output, heat generation can be suppressed to a low level, and a large output operation by making an array is also possible. Further, the group 13 nitride semiconductor used for the active layer can emit light from ultraviolet to infrared by changing the mixed crystal composition. The semiconductor light emitting device of the embodiment of the present invention can be applied to various applications by taking advantage of such characteristics.

例えば、自動車や、オートバイ、列車、船舶等の移動体のヘッドライトや、住居、オフィス、ホール等の建物内の室内照明、工事現場や公園、道路、トンネル等の屋外照明、イルミネーション等の光装飾用の照明（イルミネーション装置）、等の照明装置の光源として使用される。 For example, headlights of moving objects such as automobiles, motorcycles, trains, and ships, indoor lighting in buildings such as residences, offices, and halls, outdoor lighting such as construction sites, parks, roads, and tunnels, and light decoration such as illuminations. It is used as a light source for lighting devices such as lighting (illumination devices).

また、映像装置の光源としても使用される。例えば、テレビやディスプレイ等のパネル型の映像装置や、空間投影型の立体テレビ、プロジェクションマッピング、プロジェクター、ヘッドアップディスプレイ、網膜走査ディスプレイ等の投射型映像装置の光源としても使用される。 It is also used as a light source for video equipment. For example, it is also used as a light source for panel-type video devices such as televisions and displays, and projection-type video devices such as spatial projection-type stereoscopic televisions, projection mapping, projectors, head-up displays, and retinal scanning displays.

（実施例１）
実施例１の半導体発光素子について説明する。図９は、実施例１の半導体発光素子を説明するための図である。図９（ａ）は、実施例１の半導体発光素子の光出射方向から見た概略断面図である。 (Example 1)
The semiconductor light emitting device of the first embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of the first embodiment. FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of Example 1 as viewed from the light emitting direction.

図９（ａ）に示されるように、実施例１の半導体発光素子は、端面出射型の半導体レーザであり、リッジストライプＳＣＨ ＬＤ（Separate Confinement Heterostructure Laser Diode）である。ＳＣＨ ＬＤ構造は、ＰＡ－ＭＢＥ（Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy）で結晶成長を行い形成した。 As shown in FIG. 9A, the semiconductor light emitting device of the first embodiment is an end face emission type semiconductor laser, and is a ridge stripe SCH LD (Separate Confinement Heterostructure Laser Diode). The SCH LD structure was formed by crystal growth using PA-MBE (Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy).

半導体レーザの積層構造は、ｃ面のＧａＮ基板１００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、第２の半導体積層構造１００２及び第１の半導体積層構造１００１がこの順に形成されている。 In the laminated structure of the semiconductor laser, the second semiconductor laminated structure 1002 and the first semiconductor laminated structure 1001 are formed in this order on the c-plane GaN substrate 100 in the Ga polar direction <0001> direction.

第２の半導体積層構造１００２は、ＧａＮ基板１００上に積層されたアンドープのＧａＮ層１０１（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層１０２（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層１０３（５０ｎｍ）を含む。 The second semiconductor laminated structure 1002 includes an undoped GaN layer 101 (300 nm) laminated on the GaN substrate 100, a high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 102 (50 nm), and a p-type GaN layer 103 (50 nm). )including.

第１の半導体積層構造１００１は、第２の半導体積層構造１００２上に積層されたクラッド層であるｐ型ＧａＮ層１０４（５００ｎｍ）、電子ブロック層であるｐ型Iｎ０．０１Ａｌ０．１４Ｇａ０．８５Ｎ層１０５（２０ｎｍ）、ガイド層であるＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層１０６（４０ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（３ｎｍ）／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ（７ｎｍ） ３ＱＷ）１０７、ガイド層であるＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層１０８（８０ｎｍ）、クラッド層であるｎ型ＧａＮ層１０９（５００ｎｍ）及びｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層１１０（１００ｎｍ）を含む。 The first semiconductor laminated structure 1001 includes a p-type GaN layer 104 (500 nm), which is a clad layer laminated on the second semiconductor laminated structure 1002, and a p-type In 0.01 Al 0.14 Ga, which is an electron block layer. 0.85 N layer 105 (20 nm), guide layer In 0.08 Ga 0.92 N layer 106 (40 nm), multiple quantum well active layer (In 0.14 Ga 0.86 N (3 nm) / In 0.08 Ga 0.92 N (7 nm) 3QW) 107, In 0.08 Ga 0.92 N layer 108 (80 nm) as a guide layer, n-type GaN layer 109 (500 nm) and n-type as a clad layer. It includes an n-type GaN layer 110 (100 nm) which is a contact layer.

そして、半導体レーザの積層構造は、第１の半導体積層構造１００１が、レーザの導波路構造を残して、ｐ型ＧａＮ層１０３に到達するまでエッチングされて、ｐ型ＧａＮ層１０３表面が露出している。また、ｎ型コンタクト層１１０表面から、ｎ型クラッド層１０９の途中までが、リッジストライプ形状にエッチングで形成されている。リッジ幅は３μｍである。レーザの導波路構造の表面は、絶縁膜ＳｉＯ２１１１が形成されているリッジ上部のコンタクト層１１０上の絶縁膜１１１は、ストライプ形状にエッチングされており、コンタクト層１１０表面が露出している。導波路構造の上部にはＴｉ／Ａｕ電極層１１３が堆積されており、露出したコンタクト層１１０には、ｎ側のオーミック電極１１４が形成されている。また、第２の半導体積層構造１００２上部の露出したｐ型ＧａＮ層１０３には、ｐ側オーミック電極Ｎｉ／Ａｕ１１２が形成されている。光出射端面は、へき開で形成され、端面は反射コーティングされている。素子長は、７００μｍである。 Then, in the laminated structure of the semiconductor laser, the first semiconductor laminated structure 1001 is etched until it reaches the p-type GaN layer 103, leaving the waveguide structure of the laser, and the surface of the p-type GaN layer 103 is exposed. There is. Further, from the surface of the n-type contact layer 110 to the middle of the n-type clad layer 109 is formed by etching in a ridge stripe shape. The ridge width is 3 μm. The surface of the waveguide structure of the laser is such that the insulating film 111 on the contact layer 110 above the ridge on which the insulating film SiO 2 111 is formed is etched in a striped shape, and the surface of the contact layer 110 is exposed. A Ti / Au electrode layer 113 is deposited on the upper part of the waveguide structure, and an n-side ohmic electrode 114 is formed on the exposed contact layer 110. Further, a p-side ohmic electrode Ni / Au112 is formed on the exposed p-type GaN layer 103 on the upper part of the second semiconductor laminated structure 1002. The light emitting end face is formed by cleavage, and the end face is reflectively coated. The element length is 700 μm.

図９（ｂ）は、図９（ａ）の第２の半導体積層構造１００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。 9 (b) is a diagram for explaining the polarization structure of the portion of the second semiconductor laminated structure 1002 of FIG. 9 (a) surrounded by a broken line.

図９（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層１０１上に成長した高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層１０２は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層１０１とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層１０２との界面近傍のＧａＮ層１０１には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層１０３とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層１０２との界面近傍のＧａＮ層１０３には二次元正孔ガスが形成される。 As shown in FIG. 9B, the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 102 grown on the undoped GaN layer 101 has a negative Ga polar surface side and a nitrogen polar surface due to lattice strain. The side is positively polarized. Due to this polarization, a two-dimensional electron gas is formed in the GaN layer 101 near the interface between the GaN layer 101 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 102. On the other hand, a two-dimensional hole gas is formed in the GaN layer 103 near the interface between the p-type GaN layer 103 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 102.

実施例１の半導体レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極１１２から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流し、活性層に正孔を注入する。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層１０３の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低い。ｎ側電極とｐ側電極との間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、４３０ｎｍであった。 In the semiconductor laser of Example 1, a two-dimensional hole gas is made to act as a current path, a current is passed laterally from the p-side electrode 112 through the two-dimensional hole gas, and holes are injected into the active layer. Since the current passes through the two-dimensional hole gas, the resistance is lower than when the current is passed in the lateral direction through the portion of the p-type GaN layer 103 in which the two-dimensional hole gas is not formed. By applying a voltage between the n-side electrode and the p-side electrode, holes and electrons are injected into the active layer, and light is emitted by recombination to oscillate the laser. The oscillation wavelength was 430 nm.

（実施例２）
実施例２の半導体発光素子について説明する。図１０は、実施例２の半導体発光素子を説明するための図である。図１０（ａ）は、実施例２の半導体発光素子の概略断面図である。 (Example 2)
The semiconductor light emitting device of the second embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of the second embodiment. FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of the second embodiment.

図１０（ａ）に示されるように、実施例２の半導体発光素子は、面発光型発光ダイオードである。実施例２の面発光型発光ダイオードの半導体積層構造は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）で結晶成長を行い形成した。
半導体積層構造は、ｃ面のサファイア基板２００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、第２の半導体積層構造２００２及び第１の半導体積層構造２００１がこの順に積層されている。第２の半導体積層構造２００２は、サファイア基板２００上に積層された低温ＧａＮバッファ層２０１（５０ｎｍ）、アンドープのＧａＮ層２０２（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層２０３（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層２０４（５０ｎｍ）を含む。第１の半導体積層構造２００１は、第２の半導体積層構造２００２上に積層されたｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層２０５（５００ｎｍ）、電子ブロック層であるｐ型Ｉｎ０．０１Ａｌ０．１４Ｇａ０．８５Ｎ層２０６（２０ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（３ｎｍ）／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ（７ｎｍ） ３ＱＷ）２０７、クラッド層であるｎ型ＧａＮ層２０８（５００ｎｍ）及びｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層２０９（１００ｎｍ）を含む。 As shown in FIG. 10A, the semiconductor light emitting device of the second embodiment is a surface light emitting diode. The semiconductor laminated structure of the surface light emitting diode of Example 2 was formed by crystal growth by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
In the semiconductor laminated structure, the second semiconductor laminated structure 2002 and the first semiconductor laminated structure 2001 are laminated in this order on the c-plane sapphire substrate 200 in the Ga polar direction <0001>. The second semiconductor laminated structure 2002 includes a low temperature GaN buffer layer 201 (50 nm) laminated on the sapphire substrate 200, an undoped GaN layer 202 (300 nm), and a high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 203 (50 nm). ) And p-type GaN layer 204 (50 nm). The first semiconductor laminated structure 2001 includes a p-type GaN layer 205 (500 nm), which is a p-type clad layer laminated on the second semiconductor laminated structure 2002, and a p-type In 0.01 Al 0. 14 Ga 0.85 N layer 206 (20 nm), multiple quantum well active layer (In 0.14 Ga 0.86 N (3 nm) / In 0.08 Ga 0.92 N (7 nm) 3QW) 207, clad It includes an n-type GaN layer 208 (500 nm) which is a layer and an n-type GaN layer 209 (100 nm) which is an n-type contact layer.

実施例２の面発光型発光ダイオードは、発光領域が３００×３００μｍ２の四角形になるように、第１の半導体積層構造２００１が、ｐ型ＧａＮ層２０４に到達するまでエッチングされて、ｐ型ＧａＮ層２０４表面が露出している。発光ダイオードレーザの表面は、絶縁膜ＳｉＯ２２１０が形成されている。コンタクト層２０９の周辺部の絶縁膜２１０は、エッチングされており、コンタクト層２０９表面が露出している。露出したコンタクト層２０９には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側のオーミック電極２１２が形成されている。また、第２の半導体積層構造２００２上部の露出したｐ型ＧａＮ層２０４には、ｐ側オーミック電極Ｎｉ／Ａｕ２１１が形成されている。 In the surface light emitting diode of the second embodiment, the first semiconductor laminated structure 2001 is etched until it reaches the p-type GaN layer 204 so that the light emitting region becomes a quadrangle of 300 × 300 μm 2 , and the p-type GaN is obtained. The surface of layer 204 is exposed. An insulating film SiO 2 210 is formed on the surface of the light emitting diode laser. The insulating film 210 around the contact layer 209 is etched to expose the surface of the contact layer 209. Ti / Au is deposited on the exposed contact layer 209, and an ohmic electrode 212 on the n side is formed. Further, a p-side ohmic electrode Ni / Au211 is formed on the exposed p-type GaN layer 204 on the upper part of the second semiconductor laminated structure 2002.

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の第２の半導体積層構造２００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。 FIG. 10 (b) is a diagram for explaining the polarization structure of the portion of the second semiconductor laminated structure 2002 of FIG. 10 (a) surrounded by a broken line.

図１０（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層２０２上に成長した高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層２０３は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層２０２とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層２０３との界面近傍のＧａＮ層２０２には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層２０４とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層２０３との界面近傍のＧａＮ層２０４には二次元正孔ガスが形成される。 As shown in FIG. 10B, the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 203 grown on the undoped GaN layer 202 has a negative Ga polar surface side and a nitrogen polar surface due to lattice strain. The side is positively polarized. Due to this polarization, a two-dimensional electron gas is formed in the GaN layer 202 near the interface between the GaN layer 202 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 203. On the other hand, a two-dimensional hole gas is formed in the GaN layer 204 near the interface between the p-type GaN layer 204 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 203.

実施例２の面発光型発光ダイオードでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極２１１から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層２０４の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低い。ｎ側電極とｐ側電極と間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。発光ピーク波長は、４３０ｎｍであった。 In the surface light emitting diode of the second embodiment, a two-dimensional hole gas is made to act as a current path, and a current flows laterally from the p-side electrode 211 through the two-dimensional hole gas. Since the current passes through the two-dimensional hole gas, the resistance is lower than when the current is passed in the lateral direction through the portion of the p-type GaN layer 204 in which the two-dimensional hole gas is not formed. By applying a voltage between the n-side electrode and the p-side electrode, holes and electrons are injected into the active layer and light is emitted by recombination. The emission peak wavelength was 430 nm.

（実施例３）
実施例３の半導体発光素子について説明する。図１１は、実施例３の半導体発光素子を説明するための図である。図１１（ａ）は、実施例３の半導体発光素子の概略断面図である。 (Example 3)
The semiconductor light emitting device of the third embodiment will be described. FIG. 11 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of the third embodiment. FIG. 11A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of the third embodiment.

図１１（ａ）に示されるように、実施例３の半導体発光素子は、面発光型発光ダイオードである。面発光型発光ダイオードは、第１の半導体積層構造３００１と第２の半導体積層構造３００２とを、それぞれ異なる基板にＭＯＣＶＤで結晶成長し、ウエハ接合している。 As shown in FIG. 11A, the semiconductor light emitting device of the third embodiment is a surface light emitting diode. In the surface light emitting diode, the first semiconductor laminated structure 3001 and the second semiconductor laminated structure 3002 are crystal-grown on different substrates by MOCVD and bonded to a wafer.

第１の半導体積層構造３００１は、ｎ型のｃ面ＧａＮ基板３００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、ｎ型ＧａＮ層３０１（３００ｍ）、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層３０２（５００ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（３ｎｍ）／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ（７ｎｍ） ３ＱＷ）３０３、電子ブロック層であるｐ型Ｉｎ０．０１Ａｌ０．１４Ｇａ０．８５Ｎ層３０４（２０ｎｍ）及びｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層３０５（５００ｎｍ）をこの順に積層することにより形成されている。 The first semiconductor laminated structure 3001 has an n-type GaN layer 301 (300 m) and an n-type GaN layer 302 (n-type GaN layer 302) on the n-type c-plane GaN substrate 300 in the Ga polar direction <0001>. 500 nm), multiple quantum well active layer (In 0.14 Ga 0.86 N (3 nm) / In 0.08 Ga 0.92 N (7 nm) 3QW) 303, p-type In 0. 01 Al 0.14 Ga 0.85 N layer 304 (20 nm) and p-type GaN layer 305 (500 nm), which is a p-type clad layer, are laminated in this order.

第２の半導体積層構造３００２は、図１１（ｃ）に示されるように、ｃ面サファイア基板３１０上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、低温ＧａＮバッファ層（５０ｎｍ）３０９、アンドープＧａＮ層３０８（１０００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層３０７（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層３０６（３００ｎｍ）をこの順に積層することにより形成されている。 As shown in FIG. 11C, the second semiconductor laminated structure 3002 has a low temperature GaN buffer layer (50 nm) 309 and an undoped GaN layer 308 on the c-plane sapphire substrate 310 in the Ga polar direction <0001>. It is formed by laminating (1000 nm), high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 307 (50 nm) and p-type GaN layer 306 (300 nm) in this order.

第１の半導体積層構造３００１及び第２の半導体積層構造３００２は、それぞれの結晶成長の後、ｐ型活性化の熱処理が行なわれる。続いて、第１の半導体積層構造３００１のｐ型ＧａＮ層３０５及び第２の半導体積層構造３００２のｐ型ＧａＮ層３０６を接合面としてウエハ接合される。その後、サファイア基板３１０、低温ＧａＮバッファ層３０９及びアンドープＧａＮ層３０８を、アンドープＧａＮ層３０８のみ１００ｎｍ残して研磨除去することにより、発光ダイオードの積層構造が形成される。 The first semiconductor laminated structure 3001 and the second semiconductor laminated structure 3002 are subjected to p-type activation heat treatment after their respective crystal growth. Subsequently, the p-type GaN layer 305 of the first semiconductor laminated structure 3001 and the p-type GaN layer 306 of the second semiconductor laminated structure 3002 are wafer-bonded as bonding surfaces. After that, the laminated structure of the light emitting diode is formed by polishing and removing the sapphire substrate 310, the low temperature GaN buffer layer 309, and the undoped GaN layer 308, leaving only the undoped GaN layer 308 at 100 nm.

このようにして、第１の半導体積層構造３００１上には、極性反転したｐ型ＧａＮ層３０６（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層３０７（５０ｎｍ）及びキャップ層であるアンドープＧａＮ層３０８（１００ｎｍ）が積層された第２の半導体積層構造３００２が形成される。 In this way, on the first semiconductor laminated structure 3001, the polarity-inverted p-type GaN layer 306 (300 nm), the high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 307 (50 nm), and the undoped cap layer. A second semiconductor laminated structure 3002 in which the GaN layer 308 (100 nm) is laminated is formed.

第２の半導体積層構造３００２の一部が、ｐ型ＧａＮ層３０６の表面までエッチングされ、露出したｐ型ＧａＮ層３０６の表面に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側オーミック電極３１２が形成されている。第２の半導体積層構造上部のｐ側オーミック電極３１２が形成されている部分以外の露出した表面には、絶縁膜ＳｉＯ２３１３が形成されている。また、ＧａＮ基板３００裏面には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側のオーミック電極３１１が形成されている。 A part of the second semiconductor laminated structure 3002 is etched to the surface of the p-type GaN layer 306, and a p-side ohmic electrode 312 made of Ni / Au is formed on the surface of the exposed p-type GaN layer 306. An insulating film SiO 2 313 is formed on the exposed surface other than the portion where the p-side ohmic electrode 312 is formed on the upper part of the second semiconductor laminated structure. Further, Ti / Au is deposited on the back surface of the GaN substrate 300, and the ohmic electrode 311 on the n side is formed.

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の第２の半導体積層構造３００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。 11 (b) is a diagram for explaining the polarization structure of the portion of the second semiconductor laminated structure 3002 of FIG. 11 (a) surrounded by a broken line.

図１１（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層３０８上に成長した高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層３０７は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層３０８とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層３０７との界面近傍のＧａＮ層３０８には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層３０６とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層３０７との界面近傍のＧａＮ層３０６には二次元正孔ガスが形成される。 As shown in FIG. 11B, the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 307 grown on the undoped GaN layer 308 has a negative Ga polar surface side and a nitrogen polar surface due to lattice strain. The side is positively polarized. Due to this polarization, a two-dimensional electron gas is formed in the GaN layer 308 near the interface between the GaN layer 308 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 307. On the other hand, a two-dimensional hole gas is formed in the GaN layer 306 near the interface between the p-type GaN layer 306 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 307.

実施例３の面発光型発光ダイオードでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側オーミック電極３１２から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層３０６の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。ｎ側電極とｐ側電極との間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。発光ピーク波長は、４３０ｎｍであった。 In the surface light emitting diode of Example 3, a two-dimensional hole gas is made to act as a current path, and a current is passed from the p-side ohmic electrode 312 through the two-dimensional hole gas in the lateral direction. Since the current passes through the two-dimensional hole gas, the resistance is lower than when the current is passed in the lateral direction through the portion of the p-type GaN layer 306 where the two-dimensional hole gas is not formed, and the light transmission as in the conventional case. It absorbs less light than when a sex electrode is formed. By applying a voltage between the n-side electrode and the p-side electrode, holes and electrons are injected into the active layer and light is emitted by recombination. The emission peak wavelength was 430 nm.

（実施例４）
実施例４の半導体発光素子について説明する。図１２は、実施例４の半導体発光素子を説明するための図である。図１２（ａ）は、実施例４の半導体発光素子の概略断面図である。 (Example 4)
The semiconductor light emitting device of the fourth embodiment will be described. FIG. 12 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of the fourth embodiment. FIG. 12A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of the fourth embodiment.

図１２（ａ）に示されるように、実施例４の半導体発光素子は、面発光型発光ダイオードである。実施例４の面発光型発光ダイオードの半導体積層構造は、ＰＡ－ＭＢＥで結晶成長を行い形成した。 As shown in FIG. 12A, the semiconductor light emitting device of the fourth embodiment is a surface light emitting diode. The semiconductor laminated structure of the surface light emitting diode of Example 4 was formed by crystal growth with PA-MBE.

第１の半導体積層構造４００１と第２の半導体積層構造４００２とは、それぞれ成長する極性が異なる。第１の半導体積層構造４００１は、Ｇａ極性面を成長面とし、＜０００１＞方向に結晶成長させ、第２の半導体積層構造４００２は、窒素極性面を成長面として、＜０００－１＞方向に結晶成長させている。 The first semiconductor laminated structure 4001 and the second semiconductor laminated structure 4002 have different growth polarities. The first semiconductor laminated structure 4001 has a Ga polar surface as a growth surface and crystal growth is performed in the <0001> direction, and the second semiconductor laminated structure 4002 has a nitrogen polar surface as a growth surface in the <000-1> direction. Crystals are growing.

第１の半導体積層構造４００１は、ｎ型のｃ面ＧａＮ基板４００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、ｎ型ＧａＮ層４０１（３００ｎｍ）、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層４０２（５００ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（３ｎｍ）／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ（７ｎｍ） ３ＱＷ）４０３、電子ブロック層であるｐ型Ｉｎ０．０１Ａｌ０．１４Ｇａ０．８５Ｎ層４０４（２０ｎｍ）及びｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層４０５（５００ｎｍ）をこの順に積層することにより形成されている。 The first semiconductor laminated structure 4001 has an n-type GaN layer 401 (300 nm) and an n-type GaN layer 402 (n-type clad layer) on an n-type c-plane GaN substrate 400 in the Ga polar direction <0001>. 500 nm), multiple quantum well active layer (In 0.14 Ga 0.86 N (3 nm) / In 0.08 Ga 0.92 N (7 nm) 3QW) 403, p-type In 0. 01 Al 0.14 Ga 0.85 N layer 404 (20 nm) and p-type GaN layer 405 (500 nm), which is a p-type clad layer, are laminated in this order.

第２の半導体積層構造４００２は、ｐ型ＧａＮ層４０５（５００ｎｍ）上にアルミニウムを８原子層成長することで極性反転させ、窒素極性方向＜０００－１＞方向に、ｐ型ＧａＮ層４０６（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層４０７（５０ｎｍ）及びアンドープＧａＮ層４０８（１００ｎｍ）をこの順に積層することにより形成されている。 In the second semiconductor laminated structure 4002, the polarity of aluminum is inverted by growing 8 atomic layers of aluminum on the p-type GaN layer 405 (500 nm), and the p-type GaN layer 406 (300 nm) is in the nitrogen polar direction <000-1>. ), High resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 407 (50 nm) and undoped GaN layer 408 (100 nm) are laminated in this order.

第２の半導体積層構造４００２の一部が、ｐ型ＧａＮ層４０６の表面までエッチングされ、露出したｐ型ＧａＮ層４０６の表面に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側オーミック電極４１０が形成されている。第２の半導体積層構造４００２上部のｐ側オーミック電極４１０が形成されている部分以外の露出した表面には、絶縁膜ＳｉＯ２４１１が形成されている。また、ＧａＮ基板４００裏面には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側のオーミック電極４０９が形成されている。 A part of the second semiconductor laminated structure 4002 is etched to the surface of the p-type GaN layer 406, and a p-side ohmic electrode 410 made of Ni / Au is formed on the surface of the exposed p-type GaN layer 406. An insulating film SiO 2 411 is formed on the exposed surface other than the portion where the p-side ohmic electrode 410 is formed on the upper part of the second semiconductor laminated structure 4002. Further, Ti / Au is deposited on the back surface of the GaN substrate 400, and an ohmic electrode 409 on the n side is formed.

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の第２の半導体積層構造４００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。 FIG. 12 (b) is a diagram for explaining the polarization structure of the portion of the second semiconductor laminated structure 4002 of FIG. 12 (a) surrounded by a broken line.

図１２（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層４０８上に成長した高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層４０７は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層４０８とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層４０７との界面近傍のＧａＮ層４０８には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層４０６とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層４０７との界面近傍のＧａＮ層４０６には二次元正孔ガスが形成される。 As shown in FIG. 12 (b), the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 407 grown on the undoped GaN layer 408 has a negative Ga polar surface side and a nitrogen polar surface due to lattice strain. The side is positively polarized. Due to this polarization, a two-dimensional electron gas is formed in the GaN layer 408 near the interface between the GaN layer 408 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 407. On the other hand, a two-dimensional hole gas is formed in the GaN layer 406 near the interface between the p-type GaN layer 406 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 407.

実施例４の面発光型発光ダイオードでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側オーミック電極４１０から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層４０６の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。ｎ側電極とｐ側電極との間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。発光ピーク波長は、４３０ｎｍであった。 In the surface light emitting diode of the fourth embodiment, a two-dimensional hole gas is made to act as a current path, and a current is passed from the p-side ohmic electrode 410 in the lateral direction through the two-dimensional hole gas. Since the current passes through the two-dimensional hole gas, the resistance is lower than when the current is passed in the lateral direction through the portion of the p-type GaN layer 406 where the two-dimensional hole gas is not formed, and the light transmission as in the conventional case. It absorbs less light than when a sex electrode is formed. By applying a voltage between the n-side electrode and the p-side electrode, holes and electrons are injected into the active layer and light is emitted by recombination. The emission peak wavelength was 430 nm.

（実施例５）
実施例５の半導体発光素子について説明する。図１３は、実施例５の半導体発光素子を説明するための図である。図１３（ａ）は、実施例５の半導体発光素子の概略断面図である。 (Example 5)
The semiconductor light emitting device of the fifth embodiment will be described. FIG. 13 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of the fifth embodiment. FIG. 13A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of the fifth embodiment.

図１３（ａ）に示されるように、実施例５の半導体発光素子は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。実施例５の面発光レーザの半導体積層構造は、ＰＡ－ＭＢＥで結晶成長を行い形成した。 As shown in FIG. 13 (a), the semiconductor light emitting device of the fifth embodiment is a surface emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser). The semiconductor laminated structure of the surface emitting laser of Example 5 was formed by crystal growth with PA-MBE.

半導体積層構造は、ｃ面のＧａＮ基板５００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、第２の半導体積層構造５００２及び第１の半導体積層構造５００１がこの順に形成されている。 In the semiconductor laminated structure, the second semiconductor laminated structure 5002 and the first semiconductor laminated structure 5001 are formed in this order on the c-plane GaN substrate 500 in the Ga polar direction <0001>.

第２の半導体積層構造５００２は、ｃ面のＧａＮ基板５００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に積層されたＡｌ０．８Ｉｎ０．２Ｎ／ＧａＮ ＤＢＲ（４１．５ペア）５０１、アンドープＧａＮ層５０２（３５０ｎｍ）、高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層５０３（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層５０４（５０ｎｍ）を含む。 The second semiconductor laminated structure 5002 is an Al 0.8 In 0.2 N / GaN DBR (41.5 pair) 501, undoped, laminated in the Ga polar direction <0001> on the c-plane GaN substrate 500. It contains a GaN layer 502 (350 nm), a high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 503 (50 nm) and a p-type GaN layer 504 (50 nm).

第１の半導体積層構造５００１は、第２の半導体積層構造５００２上に積層されたｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層５０５（３００ｎｍ）、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層５０６（２０ｎｍ）、多重量子井戸活性層であるＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ（５ｎｍ）／Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（５ｎｍ） ５ＱＷ）５０７、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層５０８（２５０ｎｍ）、電流ブロック層であるｐ型ＧａＮ層５０９（１００ｎｍ）及びｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層５１０（１００ｎｍ）を含む。 The first semiconductor laminated structure 5001 includes a p-type GaN layer 505 (300 nm), which is a p-type clad layer laminated on the second semiconductor laminated structure 5002, and a p-type Al 0.2 Ga 0. 8 N layer 506 (20 nm), multiple quantum well active layer In 0.10 Ga 0.90 N (5 nm) / In 0.01 Ga 0.99 N (5 nm) 5QW) 507, n-type clad layer. It includes an n-type GaN layer 508 (250 nm), a p-type GaN layer 509 (100 nm) which is a current block layer, and an n-type GaN layer 510 (100 nm) which is an n-type contact layer.

電流ブロック層であるｐ型ＧａＮ層５０９には、φ８μｍの孔があいており、その孔を通してｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層５０８とｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層５１０とが連結している。第１の半導体積層構造５００１上部には、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２（７ペア）により形成される誘電体多層膜ＤＢＲ５１１が形成されている。 The p-type GaN layer 509, which is a current block layer, has a hole of φ8 μm, and the n-type GaN layer 508, which is an n-type clad layer, and the n-type GaN layer 510, which is an n-type contact layer, are connected through the hole. is doing. A dielectric multilayer film DBR511 formed of TiO 2 / SiO 2 (7 pairs) is formed on the upper portion of the first semiconductor laminated structure 5001.

実施例５の面発光レーザは、第１の半導体積層構造５００１が、エッチングされてφ１００μｍのメサ形状が形成されている。エッチングは、第２の半導体積層構造のｐ型ＧａＮ層５０４に到達するまで行なわれており、ｐ型ＧａＮ層５０４表面が露出している。面発光レーザの表面は、絶縁膜ＳｉＯ２５１２が形成されている。ｎ型コンタクト層５１０の周辺部の絶縁膜５１２は、リング状にエッチングされており、コンタクト層５１０表面が露出している。露出したコンタクト層５１０には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側オーミック電極５１３が形成されている。そして、ｎ側オーミック電極５１３上には、Ｃｒ／Ａｕからなる配線電極５１４が形成され、メサ形状の下まで電極が配置されている。また、第２の半導体積層構造５００２上部の露出したｐ型ＧａＮ層５０４には、ｐ側オーミック電極Ｎｉ／Ａｕ５１５が形成されている。 In the surface emitting laser of the fifth embodiment, the first semiconductor laminated structure 5001 is etched to form a mesa shape having a diameter of 100 μm. Etching is performed until the p-type GaN layer 504 of the second semiconductor laminated structure is reached, and the surface of the p-type GaN layer 504 is exposed. An insulating film SiO 2 512 is formed on the surface of the surface emitting laser. The insulating film 512 in the peripheral portion of the n-type contact layer 510 is etched in a ring shape, and the surface of the contact layer 510 is exposed. Ti / Au is deposited on the exposed contact layer 510, and an n-side ohmic electrode 513 is formed. A wiring electrode 514 made of Cr / Au is formed on the n-side ohmic electrode 513, and the electrode is arranged below the mesa shape. Further, a p-side ohmic electrode Ni / Au515 is formed on the exposed p-type GaN layer 504 on the upper part of the second semiconductor laminated structure 5002.

図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の第２の半導体積層構造５００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。 FIG. 13 (b) is a diagram for explaining the polarization structure of the portion of the second semiconductor laminated structure 5002 of FIG. 13 (a) surrounded by a broken line.

図１３（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層５０２上に成長した高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層５０３は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層５０２とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層５０３との界面近傍のＧａＮ層５０２には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層５０４とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層５０３との界面近傍のＧａＮ層５０４には二次元正孔ガスが形成される。 As shown in FIG. 13 (b), the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 503 grown on the undoped GaN layer 502 has a negative Ga polar surface side and a nitrogen polar surface due to lattice strain. The side is positively polarized. Due to this polarization, a two-dimensional electron gas is formed in the GaN layer 502 near the interface between the GaN layer 502 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 503. On the other hand, a two-dimensional hole gas is formed in the GaN layer 504 near the interface between the p-type GaN layer 504 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 503.

実施例５の面発光レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極５１５から二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層５０４の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低い。そして、ｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層５０５、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層５０６、活性層５０７、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層５０８、電流ブロック層であるｐ型ＧａＮ層５０９、ｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層５１０及びｎ側オーミック電極５１３の順に電流を流す。そして、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、４２０ｎｍであった。 In the surface emitting laser of Example 5, a two-dimensional hole gas is made to act as a current path, and a current is passed in the lateral direction from the p-side electrode 515 through the two-dimensional hole gas. Since the current passes through the two-dimensional hole gas, the resistance is lower than when the current is passed in the lateral direction through the portion of the p-type GaN layer 504 where the two-dimensional hole gas is not formed. Then, the p-type GaN layer 505, which is a p-type clad layer, the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 506, which is an electron block layer, the active layer 507, the n-type GaN layer 508, which is an n-type clad layer, and the current. Current flows in the order of the p-type GaN layer 509, which is a block layer, the n-type GaN layer 510, which is an n-type contact layer, and the n-side ohmic electrode 513. Then, holes and electrons are injected into the active layer, and light is emitted by recombination, and laser oscillation occurs. The oscillation wavelength was 420 nm.

（実施例６）
実施例６の半導体発光素子について説明する。図１４は、実施例６の半導体発光素子を説明するための図である。図１４（ａ）は、実施例６の半導体発光素子の概略断面図である。 (Example 6)
The semiconductor light emitting device of the sixth embodiment will be described. FIG. 14 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of the sixth embodiment. FIG. 14A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of the sixth embodiment.

図１４（ａ）に示されるように、実施例６の半導体発光素子は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。実施例６の面発光レーザは、第１の半導体積層構造６００１と第２の半導体積層構造６００２とを、それぞれ異なる基板にＭＯＣＶＤで結晶成長し、ウエハ接合している。 As shown in FIG. 14A, the semiconductor light emitting device of the sixth embodiment is a surface emitting laser (VCSEL). In the surface emitting laser of the sixth embodiment, the first semiconductor laminated structure 6001 and the second semiconductor laminated structure 6002 are crystal-grown on different substrates by MOCVD and bonded to a wafer.

第１の半導体積層構造６００１は、ｎ型のｃ面ＧａＮ基板６００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に積層されたＳｉをドーピングしたｎ型Ａｌ０．８Ｉｎ０．２Ｎ／ＧａＮ ＤＢＲ（４１．５ペア）６０１、ｎ型ＧａＮ層６０２（１００ｎｍ）、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ６０３（２５０ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ（５ｎｍ）／Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（５ｎｍ）５ＱＷ）６０４、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層６０５（２０ｎｍ）及びｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層６０６（３００ｎｍ）を含む。また、第１の半導体積層構造６００１のｐ型クラッド層６０６には、ボロン（Ｂ）がインプラされた電流ブロック領域６１７が形成され、電流狭窄構造が形成されている。これは、φ８μｍの円形のマスクを使用して、マスク以外の領域６１０にボロン（Ｂ）をイオン注入し、この領域を高抵抗化して形成されている。第１の半導体積層構造６００１は、ボロン（Ｂ）がイオン注入された後、ｐ型活性化の熱処理が行なわれる。 The first semiconductor laminated structure 6001 is an n-type Al 0.8 In 0.2 N / GaN DBR (n-type Al 0.8 In 0.2 N / GaN DBR) obtained by doping Si laminated in the Ga polar direction <0001> on an n-type c-plane GaN substrate 600. 41.5 pairs) 601, n-type GaN layer 602 (100 nm), n-type clad layer n-type GaN 603 (250 nm), multiple quantum well active layer (In 0.10 Ga 0.90 N (5 nm) / In 0.01 Ga 0.99 N (5 nm) 5QW) 604, p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 605 (20 nm), which is an electron block layer, and p-type GaN layer 606, which is a p-type clad layer ( 300 nm) is included. Further, a current block region 617 in which boron (B) is implanted is formed in the p-type clad layer 606 of the first semiconductor laminated structure 6001, and a current constriction structure is formed. This is formed by ion-implanting boron (B) into a region 610 other than the mask using a circular mask having a diameter of 8 μm to increase the resistance of this region. The first semiconductor laminated structure 6001 is subjected to a p-type activation heat treatment after ion implantation of boron (B).

第２の半導体積層構造６００２は、図１４（ｃ）に示されるように、ｃ面サファイア基板６１１上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に積層された低温ＧａＮバッファ層（５０ｎｍ）６１０、キャップ層であるアンドープＧａＮ層６０９（１０００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層６０８（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層６０７（３００ｎｍ）を含む。第２の半導体積層構造６００２は、結晶成長の後、ｐ型活性化の熱処理が行なわれる。続いて、第１の半導体積層構造６００１のｐ型ＧａＮ層６０５及び第２の半導体積層構造６００２のｐ型ＧａＮ層６０７を接合面としてウエハ接合される。その後、サファイア基板６１１、低温ＧａＮバッファ層６１０及びアンドープＧａＮ層６０９を、キャップ層であるアンドープＧａＮ層６０９のみ１３０ｎｍ残して研磨除去することのより、面発光レーザの積層構造が形成される。 As shown in FIG. 14C, the second semiconductor laminated structure 6002 includes a low-temperature GaN buffer layer (50 nm) 610 and a cap layer laminated on the c-plane sapphire substrate 611 in the Ga polar direction <0001>. Includes an undoped GaN layer 609 (1000 nm), a high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 608 (50 nm) and a p-type GaN layer 607 (300 nm). The second semiconductor laminated structure 6002 is subjected to a p-type activation heat treatment after crystal growth. Subsequently, the p-type GaN layer 605 of the first semiconductor laminated structure 6001 and the p-type GaN layer 607 of the second semiconductor laminated structure 6002 are wafer-bonded as bonding surfaces. After that, the sapphire substrate 611, the low temperature GaN buffer layer 610, and the undoped GaN layer 609 are polished and removed leaving only the undoped GaN layer 609, which is the cap layer, at 130 nm to form a laminated structure of the surface emitting laser.

このようにして、第１の半導体積層構造６００１上には、極性反転したｐ型ＧａＮ層６０７（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層６０８（５０ｎｍ）及びキャップ層であるアンドープＧａＮ層６０９（１３０ｎｍ）が積層された第２の半導体積層構造６００２が形成される。 In this way, on the first semiconductor laminated structure 6001, the polarity-inverted p-type GaN layer 607 (300 nm), the high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 608 (50 nm), and the undoped cap layer. A second semiconductor laminated structure 6002 in which the GaN layer 609 (130 nm) is laminated is formed.

第２の半導体積層構造６００２上部には、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２（７ペア）から成る誘電体多層膜ＤＢＲ６１６が形成されている。 A dielectric multilayer film DBR616 made of TiO 2 / SiO 2 (7 pairs) is formed on the upper portion of the second semiconductor laminated structure 6002.

実施例６の面発光レーザは、第１の半導体積層構造６００１と第２の半導体積層構造６００２とが、エッチングされてφ１００μｍのメサ形状が形成されている。エッチングは、第１の半導体積層構造のｎ型ＤＢＲ６０１に到達するまで行なわれており、ｎ型ＤＢＲ６０１表面が露出している。また、第２の半導体積層構造６００２は、ｐ型ＧａＮ層６０７までエッチングされて、φ２０μｍのメサ形状が形成されている。面発光レーザの表面は、絶縁膜ＳｉＯ２６１２が形成されている。ｐ型ＧａＮ層６０７の周辺部の絶縁膜６１２は、リング状にエッチングされており、ｐ型ＧａＮ層６０７表面が露出している。露出したｐ型ＧａＮ層６０７には、Ｎｉ／Ａｕが堆積されており、ｐ側オーミック電極６１３が形成されている。そして、ｐ側オーミック電極６１３上には、Ｃｒ／Ａｕからなる配線電極６１５が形成され、メサ形状の下まで電極が配置されている。また、ＧａＮ基板６００裏面には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側オーミック電極６１４が形成されている。 In the surface emitting laser of the sixth embodiment, the first semiconductor laminated structure 6001 and the second semiconductor laminated structure 6002 are etched to form a mesa shape having a diameter of 100 μm. Etching is performed until the n-type DBR601 of the first semiconductor laminated structure is reached, and the surface of the n-type DBR601 is exposed. Further, the second semiconductor laminated structure 6002 is etched up to the p-type GaN layer 607 to form a mesa shape having a diameter of 20 μm. An insulating film SiO 2 612 is formed on the surface of the surface emitting laser. The insulating film 612 in the peripheral portion of the p-type GaN layer 607 is etched in a ring shape, and the surface of the p-type GaN layer 607 is exposed. Ni / Au is deposited on the exposed p-type GaN layer 607, and the p-side ohmic electrode 613 is formed. A wiring electrode 615 made of Cr / Au is formed on the p-side ohmic electrode 613, and the electrode is arranged below the mesa shape. Further, Ti / Au is deposited on the back surface of the GaN substrate 600, and the n-side ohmic electrode 614 is formed.

図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の第２の半導体積層構造６００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。 FIG. 14 (b) is a diagram for explaining the polarization structure of the portion of the second semiconductor laminated structure 6002 of FIG. 14 (a) surrounded by a broken line.

図１４（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層６０９上に成長した高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層６０８は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層６０９とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層６０８との界面近傍のＧａＮ層６０９には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層６０７とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層６０８との界面近傍のＧａＮ層６０７には二次元正孔ガスが形成される。 As shown in FIG. 14 (b), the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 608 grown on the undoped GaN layer 609 has a negative Ga polar surface side and a nitrogen polar surface due to lattice strain. The side is positively polarized. Due to this polarization, a two-dimensional electron gas is formed in the GaN layer 609 near the interface between the GaN layer 609 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 608. On the other hand, a two-dimensional hole gas is formed in the GaN layer 607 near the interface between the p-type GaN layer 607 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 608.

実施例６の面発光レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極６１３から二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層６０７の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。そして、ｐ型ＧａＮ層６０７からｐ型ＧａＮ層６０６、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層６０５（２０ｎｍ）、活性層６０４、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ６０３（２５０ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層６０２、ｎ型Ａｌ０．８Ｉｎ０．２Ｎ/ＧａＮ ＤＢＲ（４１．５ペア）６０１、ＧａＮ基板６００及びｎ側オーミック電極６１４の順に電流を流す。そして、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、４２０ｎｍであった。 In the surface emitting laser of Example 6, a two-dimensional hole gas is made to act as a current path, and a current flows laterally from the p-side electrode 613 through the two-dimensional hole gas. Since the current passes through the two-dimensional hole gas, the resistance is lower than when the current is passed in the lateral direction through the portion of the p-type GaN layer 607 where the two-dimensional hole gas is not formed, and the light transmission as in the conventional case. It absorbs less light than when a sex electrode is formed. Then, the p-type GaN layer 607 to the p-type GaN layer 606, the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 605 (20 nm) which is an electronic block layer, the active layer 604, and the n-type GaN 603 which is an n-type clad layer ( 250 nm), n-type GaN layer 602, n-type Al 0.8 In 0.2 N / GaN DBR (41.5 pair) 601, GaN substrate 600, and n-side ohmic electrode 614. Then, holes and electrons are injected into the active layer, and light is emitted by recombination, and laser oscillation occurs. The oscillation wavelength was 420 nm.

（実施例７）
実施例７の半導体発光素子について説明する。図１５は、実施例７の半導体発光素子を説明するための図である。図１５（ａ）は、実施例７の半導体発光素子の概略断面図である。 (Example 7)
The semiconductor light emitting device of the seventh embodiment will be described. FIG. 15 is a diagram for explaining the semiconductor light emitting device of the seventh embodiment. FIG. 15A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of the seventh embodiment.

図１５（ａ）に示されるように、実施例７の半導体発光素子は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。実施例７の面発光レーザの半導体積層構造は、ＰＡ－ＭＢＥで結晶成長を行い形成した。 As shown in FIG. 15A, the semiconductor light emitting device of Example 7 is a surface emitting laser (VCSEL). The semiconductor laminated structure of the surface emitting laser of Example 7 was formed by crystal growth with PA-MBE.

面発光レーザの半導体積層構造は、ｃ面のｎ型ＧａＮ基板上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、第１の半導体積層構造７００１及び第２の半導体積層構造７００２がこの順に形成されている。 In the semiconductor laminated structure of the surface emitting laser, the first semiconductor laminated structure 7001 and the second semiconductor laminated structure 7002 are formed in this order on the c-plane n-type GaN substrate in the Ga polar direction <0001>. ..

第１の半導体積層構造７００１は、ｃ面のｎ型ＧａＮ基板上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に積層された結晶成長したｎ型ＧａＮコンタクト層７００（１６０ｎｍ）、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ７０１（２００ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ（５ｎｍ）／Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（５ｎｍ） ５ＱＷ）７０２、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層７０３（２０ｎｍ）及びｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層７０４（２００ｎｍ）を含む。 The first semiconductor laminated structure 7001 is an n-type GaN contact layer 700 (160 nm) and n-type clad layer in which crystals are laminated in the Ga polar direction <0001> on a c-plane n-type GaN substrate. Type GaN701 (200 nm), multiple quantum well active layer (In 0.10 Ga 0.90 N (5 nm) / In 0.01 Ga 0.99 N (5 nm) 5QW) 702, p-type electron block layer It contains an Al 0.2 Ga 0.8 N layer 703 (20 nm) and a p-type GaN layer 704 (200 nm) which is a p-type clad layer.

第２の半導体積層構造７００２は、第１の半導体積層構造７００１上に積層されたアンドープＧａＮ層７０５（５０ｎｍ）、高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層７０６（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層７０７（１１０ｎｍ）を含む。 The second semiconductor laminated structure 7002 includes an undoped GaN layer 705 (50 nm) laminated on the first semiconductor laminated structure 7001, a high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 706 (50 nm), and a p-type GaN layer. Includes 707 (110 nm).

アンドープＧａＮ層７０５及び高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層７０６には、φ８μｍの孔があいており、その孔を通してｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層７０４及びｐ型ＧａＮ層７０７が連結している。 The undoped GaN layer 705 and the high resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 706 have holes of φ8 μm, and the p-type GaN layer 704 and the p-type GaN layer 707, which are p-type clad layers, pass through the holes. It is connected.

半導体積層構造は、ＧａＮ基板から分離されており、ｎ型ＧａＮコンタクト層７００下部とｐ型ＧａＮ層７０７上部には、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２（７ペア）から成る誘電体多層膜ＤＢＲ（７１０、７１１）が形成されている。ｎ型ＧａＮコンタクト層７００には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側オーミック電極７０９が形成されている。また、ｐ型ＧａＮ層７０７には、ｐ側オーミック電極Ｎｉ／Ａｕ７０８が形成されている。
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の第２の半導体積層構造７００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。 The semiconductor laminated structure is separated from the GaN substrate, and the lower part of the n-type GaN contact layer 700 and the upper part of the p-type GaN layer 707 are covered with a dielectric multilayer film DBR (710, 711) composed of TiO 2 / SiO 2 (7 pairs). ) Is formed. Ti / Au is deposited on the n-type GaN contact layer 700, and an n-side ohmic electrode 709 is formed. Further, a p-side ohmic electrode Ni / Au708 is formed on the p-type GaN layer 707.
FIG. 15B is a diagram for explaining the polarization structure of the portion of the second semiconductor laminated structure 7002 of FIG. 15A surrounded by a broken line.

図１５（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層７０５上に成長した高抵抗Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層７０６は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層７０５とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層７０６との界面近傍のＧａＮ層７０５には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層７０７とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層７０６との界面近傍のＧａＮ層７０７には二次元正孔ガスが形成される。 As shown in FIG. 15B, the high-resistance Al 0.3 Ga 0.7 N layer 706 grown on the undoped GaN layer 705 has a negative Ga polar surface side and a nitrogen polar surface due to lattice strain. The side is positively polarized. Due to this polarization, a two-dimensional electron gas is formed in the GaN layer 705 near the interface between the GaN layer 705 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 706. On the other hand, a two-dimensional hole gas is formed in the GaN layer 707 near the interface between the p-type GaN layer 707 and the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 706.

実施例７の面発光レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極７０８から二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層７０７の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。そして、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層７０６とアンドープのＧａＮ層７０５が除去された領域でｐ型ＧａＮ層７０７からｐ型ＧａＮ層７０４に流れ、電子ブロック層ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層７０３、活性層７０２、ｎ型ＧａＮ７０１、ｎ型ＧａＮコンタクト層７００及びｎ側オーミック電極７０９の順に電流が流れる。そして、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、４２０ｎｍであった。 In the surface emitting laser of Example 7, a two-dimensional hole gas is made to act as a current path, and a current is passed in the lateral direction from the p-side electrode 708 through the two-dimensional hole gas. Since the current passes through the two-dimensional hole gas, the resistance is lower than when the current is passed in the lateral direction through the portion of the p-type GaN layer 707 where the two-dimensional hole gas is not formed, and the light transmission as in the conventional case. It absorbs less light than when a sex electrode is formed. Then, in the region where the Al 0.3 Ga 0.7 N layer 706 and the undoped GaN layer 705 are removed, the current flows from the p-type GaN layer 707 to the p-type GaN layer 704, and the electron block layer p-type Al 0.2 Ga 0 . 0.8 Current flows in the order of N layer 703, active layer 702, n-type GaN701, n-type GaN contact layer 700, and n-side ohmic electrode 709. Then, holes and electrons are injected into the active layer, and light is emitted by recombination, and laser oscillation occurs. The oscillation wavelength was 420 nm.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above contents do not limit the contents of the invention, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention.

１０ 第１の半導体積層構造
１１ ｎ型半導体層
１２ 活性層
１３ ｐ型半導体層
２０ 第２の半導体積層構造
２１ 第１の１３族窒化物半導体
２２ 第２の１３族窒化物半導体
２３ 二次元正孔ガス
３０ ｎ側電極
４０ ｐ側電極 10 1st semiconductor laminated structure 11 n-type semiconductor layer 12 active layer 13 p-type semiconductor layer 20 2nd semiconductor laminated structure 21 1st group 13 nitride semiconductor 22 2nd group 13 nitride semiconductor 23 2D holes Gas 30 n-side electrode 40 p-side electrode

特許第５６３３４３５号公報Japanese Patent No. 5633435 特開２０１４－１１２６５４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-112654 特許第５７０７７４２号公報Japanese Patent No. 5707742

Claims (11)

１３族窒化物半導体により形成された第１の半導体積層構造であって、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を含む第１の半導体積層構造と、
１３族窒化物半導体により形成された第２の半導体積層構造であって、前記第１の半導体積層構造と接続され、二次元正孔ガスを形成する積層構造を有し、前記二次元正孔ガスを電流経路とする第２の半導体積層構造と、
前記第１の半導体積層構造に接続されたｎ側電極と、
前記第２の半導体積層構造に接続されたｐ側電極と、
を有する、
半導体発光素子であって、
前記二次元正孔ガスを形成する積層構造は、ともに＋ｃ軸方向に順次形成された、ｉ型半導体からなる第１の１３族窒化物半導体とアンドープのｎ型又はｐ型の半導体からなる第２の１３族窒化物半導体を含み、前記第１の１３族窒化物半導体の格子定数と前記第２の１３族窒化物半導体の格子定数とは互いに異なり、
前記二次元正孔ガスは、前記第１の１３族窒化物半導体と前記第２の１３族窒化物半導体の界面近傍の第２の１３族窒化物半導体に形成されており、
前記第２の半導体積層構造のｃ軸方向は、前記第１の半導体積層構造のｃ軸方向と同一方向であり、前記第２の半導体積層構造と前記第１の半導体積層構造とは、前記第２の１３族窒化物半導体によって接続される、
半導体発光素子。 A first semiconductor laminated structure formed of a group 13 nitride semiconductor, the first semiconductor laminated structure including an n-type semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer.
It is a second semiconductor laminated structure formed of a group 13 nitride semiconductor, has a laminated structure connected to the first semiconductor laminated structure to form a two-dimensional hole gas, and has the two-dimensional hole gas. A second semiconductor laminated structure having a current path of
The n-side electrode connected to the first semiconductor laminated structure and
The p-side electrode connected to the second semiconductor laminated structure and
Have,
It is a semiconductor light emitting device
The laminated structure forming the two-dimensional hole gas is composed of a first group 13 nitride semiconductor made of an i-type semiconductor and an undoped n-type or p-type semiconductor, both of which are sequentially formed in the + c-axis direction. The lattice constants of the first group 13 nitride semiconductor and the lattice constants of the second group 13 nitride semiconductor are different from each other.
The two-dimensional hole gas is formed in a second group 13 nitride semiconductor near the interface between the first group 13 nitride semiconductor and the second group 13 nitride semiconductor.
The c-axis direction of the second semiconductor laminated structure is the same as the c-axis direction of the first semiconductor laminated structure, and the second semiconductor laminated structure and the first semiconductor laminated structure are the first. Connected by Group 13 nitride semiconductors of 2,
Semiconductor light emitting device. 前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間に電圧を印加することで、前記活性層に電子及び正孔を注入し、前記電子及び前記正孔の再結合によって発光する、
請求項１に記載の半導体発光素子。 By applying a voltage between the n-side electrode and the p-side electrode, electrons and holes are injected into the active layer, and light is emitted by recombination of the electrons and holes.
The semiconductor light emitting device according to claim 1. 前記第１の半導体積層構造と前記第２の半導体積層構造とが積層されている方向に光を出射する、
請求項１又は２に記載の半導体発光素子。 Light is emitted in the direction in which the first semiconductor laminated structure and the second semiconductor laminated structure are laminated.
The semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2. 多層膜反射ミラーを具備した垂直共振器構造を有する面発光レーザである、
請求項３に記載の半導体発光素子。 A surface emitting laser having a vertical resonator structure equipped with a multi-layer film reflection mirror.
The semiconductor light emitting device according to claim 3. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とする照明装置。 A lighting device using the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4 as a light source. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とするヘッドライト。 A headlight using the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4 as a light source. 請求項６に記載のヘッドライトを具備した移動体。 A mobile body provided with the headlight according to claim 6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とするイルミネーション装置。 An illumination device using the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4 as a light source. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とする映像装置。 An image device using the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4 as a light source. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とする投射型映像装置。 A projection type video apparatus using the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4 as a light source. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とするプロジェクター。 A projector using the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4 as a light source.
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