JPH0856054A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPH0856054A JPH0856054A JP18917894A JP18917894A JPH0856054A JP H0856054 A JPH0856054 A JP H0856054A JP 18917894 A JP18917894 A JP 18917894A JP 18917894 A JP18917894 A JP 18917894A JP H0856054 A JPH0856054 A JP H0856054A
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- gan
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- light emitting
- semiconductor light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高品質な結晶性のクラッド層を得ることがで
き、結晶を高品質に保ったまま格子整合した素子構造を
容易に形成することができる。 【構成】 活性層4,12,15,18がクラッド層
3,5で挟まれた半導体発光装置において、該クラッド
層3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga 1-x
Py N1-y (但し、0<x≦1とし、かつ0<y≦0.
2とする)混晶から形成してなる。
き、結晶を高品質に保ったまま格子整合した素子構造を
容易に形成することができる。 【構成】 活性層4,12,15,18がクラッド層
3,5で挟まれた半導体発光装置において、該クラッド
層3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga 1-x
Py N1-y (但し、0<x≦1とし、かつ0<y≦0.
2とする)混晶から形成してなる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光装置に係
り、詳しくは、GaN系結晶を用いたLEDや半導体レ
ーザ等に適用することができ、特に、高品質な結晶性の
クラッド層を得ることができ、結晶を高品質に保ったま
ま格子整合した素子構造を容易に形成することができる
半導体発光装置に関する。
り、詳しくは、GaN系結晶を用いたLEDや半導体レ
ーザ等に適用することができ、特に、高品質な結晶性の
クラッド層を得ることができ、結晶を高品質に保ったま
ま格子整合した素子構造を容易に形成することができる
半導体発光装置に関する。
【0002】GaNをベースとした材料系は、青色から
紫外域に直接遷移型のバンドギャップを有することか
ら、短波長半導体発光素子の材料として用いることはで
きる。近年、これを用いて作成した青色LEDでは、高
い光出力が得られ、かつ、通電に伴う経時的な光出力が
得られ、かつ、通電に伴う経時特性の劣化がほとんど見
られないことが報告されている。そして、これを契機
に、これまで研究されてきたSiCやZnSe系の材料
に代わる新しいLED用及び半導体レーザ素子用材料と
して盛んに研究開発が行われるようになってきている。
紫外域に直接遷移型のバンドギャップを有することか
ら、短波長半導体発光素子の材料として用いることはで
きる。近年、これを用いて作成した青色LEDでは、高
い光出力が得られ、かつ、通電に伴う経時的な光出力が
得られ、かつ、通電に伴う経時特性の劣化がほとんど見
られないことが報告されている。そして、これを契機
に、これまで研究されてきたSiCやZnSe系の材料
に代わる新しいLED用及び半導体レーザ素子用材料と
して盛んに研究開発が行われるようになってきている。
【0003】
【従来の技術】図8は従来の半導体発光装置の構造を示
す断面図である。図示例は、GaN系結晶を用いたLE
Dに適用する場合である。図8において、1001はA
l2 O3 基板であり、1002〜1006はAl 2 O3
基板1001上に順次形成されたn−GaNコンタクト
層、n−AlGaPNクラッド層、GaN活性層、p−
AlGaPNクラッド層、p−GaNコンタクト層であ
る。1007はp−GaNコンタクト層1006側に形
成されたp電極であり、1008はn−GaNコンタク
ト層1002側に形成されたn電極である。この従来の
半導体発光装置では、Al0.15Ga0.35Nをクラッド層
1003、1005に用い、In0.06Ga0.94Nを活性
層1004に用い、GaNをコンタクト層1002、1
006に用いている。このように、この従来の半導体発
光装置では、GaNをベース材料系としたAlx Gay
In1-x-y N系が用いられている。
す断面図である。図示例は、GaN系結晶を用いたLE
Dに適用する場合である。図8において、1001はA
l2 O3 基板であり、1002〜1006はAl 2 O3
基板1001上に順次形成されたn−GaNコンタクト
層、n−AlGaPNクラッド層、GaN活性層、p−
AlGaPNクラッド層、p−GaNコンタクト層であ
る。1007はp−GaNコンタクト層1006側に形
成されたp電極であり、1008はn−GaNコンタク
ト層1002側に形成されたn電極である。この従来の
半導体発光装置では、Al0.15Ga0.35Nをクラッド層
1003、1005に用い、In0.06Ga0.94Nを活性
層1004に用い、GaNをコンタクト層1002、1
006に用いている。このように、この従来の半導体発
光装置では、GaNをベース材料系としたAlx Gay
In1-x-y N系が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図9はAlx Gay I
n1-x-y N系の格子定数とバンドギャップの関係を示す
図である。図8に示した半導体発光装置のAl0.15Ga
0.35Nクラッド層1003,1005、GaNコンタク
ト層1002,1006及びIn0.06Ga0.94N活性層
1004は、各々図9中の点a、点b、点cに相当す
る。
n1-x-y N系の格子定数とバンドギャップの関係を示す
図である。図8に示した半導体発光装置のAl0.15Ga
0.35Nクラッド層1003,1005、GaNコンタク
ト層1002,1006及びIn0.06Ga0.94N活性層
1004は、各々図9中の点a、点b、点cに相当す
る。
【0005】従来の半導体発光装置では、図9から判る
ように、各層の格子定数は異なっているため、格子不整
合に起因する結晶欠陥が各層の界面付近に多数発生す
る。これらの結晶欠陥は、素子の特性を損なう原因とな
り、素子の特性向上を妨げている。歪量子井戸のよう
に、欠陥の発生する臨界膜厚以下の非常に膜厚の小さな
層(厚さ数十から百オングストローム程度)を利用する
場合を除いては、各層の格子定数は、一致していること
が望ましい。
ように、各層の格子定数は異なっているため、格子不整
合に起因する結晶欠陥が各層の界面付近に多数発生す
る。これらの結晶欠陥は、素子の特性を損なう原因とな
り、素子の特性向上を妨げている。歪量子井戸のよう
に、欠陥の発生する臨界膜厚以下の非常に膜厚の小さな
層(厚さ数十から百オングストローム程度)を利用する
場合を除いては、各層の格子定数は、一致していること
が望ましい。
【0006】この各層の格子定数を容易に一致させる方
法としては、クラッド層に図9中の点dで示されるよう
なAlx Gay In1-x-y N混晶を用い、活性層にGa
N(点b)とInx Ga1-x N(点c)とからなる歪量
子井戸を用いる方法が挙げられている。このような構造
を採用することにより、Inx Ga1-x N層を除いた部
分の格子定数は、一致するようになり、また、Inx G
a1-x N層も厚さが臨界膜厚以下とすることができるた
め、全体を通して結晶欠陥の発生を完全に抑えることが
できる。
法としては、クラッド層に図9中の点dで示されるよう
なAlx Gay In1-x-y N混晶を用い、活性層にGa
N(点b)とInx Ga1-x N(点c)とからなる歪量
子井戸を用いる方法が挙げられている。このような構造
を採用することにより、Inx Ga1-x N層を除いた部
分の格子定数は、一致するようになり、また、Inx G
a1-x N層も厚さが臨界膜厚以下とすることができるた
め、全体を通して結晶欠陥の発生を完全に抑えることが
できる。
【0007】しかしながら、クラッド層となるAlx G
ay In1-x-y N混晶には、高品質の結晶を得るのが非
常に難しいという問題がある。これはAlx Gay In
1-x- y N混晶を構成する3つの2元結晶AlN,Ga
N,InNを成長する場合の最適温度が各々異なること
による。このAlx Gay In1-x-y N混晶を構成する
3つの2元結晶AlN,GaN,InNのうち、結晶の
結合エネルギーが最も大きいAlNの成長では、結合が
強固で解離し難いため、高品質の結晶を得るのに100
0℃以上の高温が必要であるのに対し、結合エネルギー
が小さいInNの成長では、結合が弱く解離し易いた
め、温度を800℃以下に抑えないと結晶成長が行えな
い。
ay In1-x-y N混晶には、高品質の結晶を得るのが非
常に難しいという問題がある。これはAlx Gay In
1-x- y N混晶を構成する3つの2元結晶AlN,Ga
N,InNを成長する場合の最適温度が各々異なること
による。このAlx Gay In1-x-y N混晶を構成する
3つの2元結晶AlN,GaN,InNのうち、結晶の
結合エネルギーが最も大きいAlNの成長では、結合が
強固で解離し難いため、高品質の結晶を得るのに100
0℃以上の高温が必要であるのに対し、結合エネルギー
が小さいInNの成長では、結合が弱く解離し易いた
め、温度を800℃以下に抑えないと結晶成長が行えな
い。
【0008】このため、クラッド層となるAlx Gay
In1-x-y N混晶の成長は、仮に低温成長が必要なIn
Nに合わせて、800℃以下で結晶成長を行った場合に
は、高温成長が必要なAlNを含んでいるので、高品質
な結晶を得ることができない。また、逆に高温成長が必
要なAlNに合わせて1000℃以上に結晶成長を行っ
た場合には、低温成長が必要なInNは解離してしま
い、InNを含んだAl xGayIn1-x-y混晶を得るこ
とができない(1−x−y≒0)。
In1-x-y N混晶の成長は、仮に低温成長が必要なIn
Nに合わせて、800℃以下で結晶成長を行った場合に
は、高温成長が必要なAlNを含んでいるので、高品質
な結晶を得ることができない。また、逆に高温成長が必
要なAlNに合わせて1000℃以上に結晶成長を行っ
た場合には、低温成長が必要なInNは解離してしま
い、InNを含んだAl xGayIn1-x-y混晶を得るこ
とができない(1−x−y≒0)。
【0009】さて、2元結晶と平衡する5族蒸気圧は、
このような問題を考える際の良い指標となる。ここで、
図10にAlN,GaN及びInNの5族平衡蒸気圧を
示す。AlNとInNの間の5族平衡蒸気圧の差は80
0℃以上の広い温度範囲にわたって30桁以上もあり、
結合エネルギーの差が非常に大きいことが見て取れる。
このような問題を考える際の良い指標となる。ここで、
図10にAlN,GaN及びInNの5族平衡蒸気圧を
示す。AlNとInNの間の5族平衡蒸気圧の差は80
0℃以上の広い温度範囲にわたって30桁以上もあり、
結合エネルギーの差が非常に大きいことが見て取れる。
【0010】以上の説明から判るように、クラッド層と
なるAlx Gay In1-x-y N系の材料では、結晶を高
品質に保ったまま格子整合した素子構造を形成すること
が困難であるという問題があった。そこで、本発明は、
高品質な結晶性のクラッド層を得ることができ、結晶を
高品質に保ったまま格子整合した素子構造を容易に形成
することができる半導体発光装置を提供することを目的
としている。
なるAlx Gay In1-x-y N系の材料では、結晶を高
品質に保ったまま格子整合した素子構造を形成すること
が困難であるという問題があった。そこで、本発明は、
高品質な結晶性のクラッド層を得ることができ、結晶を
高品質に保ったまま格子整合した素子構造を容易に形成
することができる半導体発光装置を提供することを目的
としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
活性層がクラッド層で挟まれた半導体発光装置におい
て、該クラッド層を結晶構造がワルツァイト型のAlx
Ga1-x Py N1-y (但し、0<x≦1とし、かつ0<
y≦0.2とする)混晶から形成してなることを特徴と
するものである。
活性層がクラッド層で挟まれた半導体発光装置におい
て、該クラッド層を結晶構造がワルツァイト型のAlx
Ga1-x Py N1-y (但し、0<x≦1とし、かつ0<
y≦0.2とする)混晶から形成してなることを特徴と
するものである。
【0012】請求項2記載の発明は、上記請求項1記載
の発明において、前記クラッド層は、GaNと格子整合
してなることを特徴とするものである。請求項3記載の
発明は、上記請求項1,2記載の発明において、前記活
性層は、GaNから構成してなることを特徴とするもの
である。請求項4記載の発明は、上記請求項1,2記載
の発明において、前記活性層は、Alx Ga1-x NとG
aPy N1-y (但し、0≦x≦0.5とし、かつ0≦y
≦0.2とする)とからなる歪量子井戸から形成してな
ることを特徴とするものである。
の発明において、前記クラッド層は、GaNと格子整合
してなることを特徴とするものである。請求項3記載の
発明は、上記請求項1,2記載の発明において、前記活
性層は、GaNから構成してなることを特徴とするもの
である。請求項4記載の発明は、上記請求項1,2記載
の発明において、前記活性層は、Alx Ga1-x NとG
aPy N1-y (但し、0≦x≦0.5とし、かつ0≦y
≦0.2とする)とからなる歪量子井戸から形成してな
ることを特徴とするものである。
【0013】請求項5記載の発明は、上記請求項1,2
記載の発明において、前記活性層は、Alx Ga1-x N
とIny Ga1-y N(但し、0≦x≦0.5とし、かつ
0≦y≦0.5とする)とからなる歪量子井戸から形成
してなることを特徴とするものである。請求項6記載の
発明は、上記請求項1乃至5記載の発明において、前記
活性層とクラッド層間に光閉じ込め層を有し、かつ該光
閉じ込め層は、Alx Ga1-xPy N1-y (但し、0≦
x<請求項1のxとし、かつ0≦y<請求項1のyとす
る)から形成してなることを特徴とするものである。
記載の発明において、前記活性層は、Alx Ga1-x N
とIny Ga1-y N(但し、0≦x≦0.5とし、かつ
0≦y≦0.5とする)とからなる歪量子井戸から形成
してなることを特徴とするものである。請求項6記載の
発明は、上記請求項1乃至5記載の発明において、前記
活性層とクラッド層間に光閉じ込め層を有し、かつ該光
閉じ込め層は、Alx Ga1-xPy N1-y (但し、0≦
x<請求項1のxとし、かつ0≦y<請求項1のyとす
る)から形成してなることを特徴とするものである。
【0014】
【作用】従来、GaN系の半導体発光装置のクラッド層
には、前述の如くAlGaInNを用いていたが、この
AlGaInNでは、結晶性良く成長させるのが難し
く、格子整合を犠牲にしつつ素子を形成していた。この
ような問題を解決するために、本発明では、準安定の材
料系であるAlx Ga1-x Py N1-y 系混晶をクラッド
層に利用する方法を採用する。以下、具体的に説明す
る。
には、前述の如くAlGaInNを用いていたが、この
AlGaInNでは、結晶性良く成長させるのが難し
く、格子整合を犠牲にしつつ素子を形成していた。この
ような問題を解決するために、本発明では、準安定の材
料系であるAlx Ga1-x Py N1-y 系混晶をクラッド
層に利用する方法を採用する。以下、具体的に説明す
る。
【0015】Alx Ga1-x Py N1-y 混晶は、この混
晶を構成する4つの2元結晶のうち、AlNとGaNが
ウルツァイト型の結晶構造を有し、AlPとGaPがジ
ンクブレンド型の結晶構造を有することから、安定には
存在し得ないため、これまでこのAlx Ga1-x Py N
1-y 混晶を利用することは考慮されていなかった。Al
N,GaN,AlP及びGaPは各々固溶限があり、G
aP中にNを固溶させて引き上げると、GaNを引き上
げることができるが、そのGaN中にはPは固溶してい
ない。このため、前述の如く、Alx Ga1-x Py N
1-y 混晶を利用することは考慮されていなかった。
晶を構成する4つの2元結晶のうち、AlNとGaNが
ウルツァイト型の結晶構造を有し、AlPとGaPがジ
ンクブレンド型の結晶構造を有することから、安定には
存在し得ないため、これまでこのAlx Ga1-x Py N
1-y 混晶を利用することは考慮されていなかった。Al
N,GaN,AlP及びGaPは各々固溶限があり、G
aP中にNを固溶させて引き上げると、GaNを引き上
げることができるが、そのGaN中にはPは固溶してい
ない。このため、前述の如く、Alx Ga1-x Py N
1-y 混晶を利用することは考慮されていなかった。
【0016】しかしながら、有機金属気相成長法(MO
VPE法)等の気相成長法により1000℃程度の温度
で結晶成長を行った場合、燐組成yが0.1程度の組成
までのAlx Ga1-x Py N1-y 混晶を準安定なウルツ
ァイト型の結晶として得ることができる。ここで、図1
はAlx Ga1-x Py N1-y 系の格子定数とバンドギャ
ップの関係を示す図である。
VPE法)等の気相成長法により1000℃程度の温度
で結晶成長を行った場合、燐組成yが0.1程度の組成
までのAlx Ga1-x Py N1-y 混晶を準安定なウルツ
ァイト型の結晶として得ることができる。ここで、図1
はAlx Ga1-x Py N1-y 系の格子定数とバンドギャ
ップの関係を示す図である。
【0017】この図1から判るように、Alx Gay I
n1-x-y N系同様に格子整合を保ったままバンドギャッ
プを変化させることができる。図1中の点線は、GaN
と格子整合したラインを示すが、例えばこの点線上のA
lx Ga1-x Py N1-y 混晶をクラッド層に用い、Ga
Nをコンタクト層や光閉じ込め層に用いることにより、
結晶欠陥の発生を抑えた半導体発光装置を形成すること
ができる。
n1-x-y N系同様に格子整合を保ったままバンドギャッ
プを変化させることができる。図1中の点線は、GaN
と格子整合したラインを示すが、例えばこの点線上のA
lx Ga1-x Py N1-y 混晶をクラッド層に用い、Ga
Nをコンタクト層や光閉じ込め層に用いることにより、
結晶欠陥の発生を抑えた半導体発光装置を形成すること
ができる。
【0018】また、Alx Ga1-x Py N1-y 系では、
Alx Gay In1-x-y N系におけるInとは異なり、
結晶中にPを含有させるために、Alx Gay In
1-x-y N系よりも極端に成長温度を低くすることなく、
1000℃程度の比較的高温で結晶成長を行うことがで
きる。このため、含有するAlNを高品質に保てる程度
の高温で結晶を成長することができる。
Alx Gay In1-x-y N系におけるInとは異なり、
結晶中にPを含有させるために、Alx Gay In
1-x-y N系よりも極端に成長温度を低くすることなく、
1000℃程度の比較的高温で結晶成長を行うことがで
きる。このため、含有するAlNを高品質に保てる程度
の高温で結晶を成長することができる。
【0019】ここで、図2はAlN,GaN,AlP及
びGaPの5族平衡蒸気圧を示す図である。この図2に
示す如く、InNの場合と異なり、AlPとGaPの5
族平衡蒸気圧は、GaNとAlNの間に位置しており、
InNと比較して、GaPとAlPは、高温でも結晶中
に取込まれ易いことが見て取れる。これから、GaP及
びAlPは、最高成長温度をGaNとAlNの間に持っ
て来ることができるうえ、AlGaNと同程度の温度で
結晶成長することができる。
びGaPの5族平衡蒸気圧を示す図である。この図2に
示す如く、InNの場合と異なり、AlPとGaPの5
族平衡蒸気圧は、GaNとAlNの間に位置しており、
InNと比較して、GaPとAlPは、高温でも結晶中
に取込まれ易いことが見て取れる。これから、GaP及
びAlPは、最高成長温度をGaNとAlNの間に持っ
て来ることができるうえ、AlGaNと同程度の温度で
結晶成長することができる。
【0020】以上の説明から判るように、Alx Ga
1-x Py N1-y 系の材料をクラッド層に採用することに
より、Alx Gay In1-x-y N系の場合よりも高品質
な結晶性のAlx Ga1-x Py N1-y 系クラッド層を得
ることができる。このため、結晶を高品質に保ったまま
格子整合した素子構造を容易に形成することができる。
1-x Py N1-y 系の材料をクラッド層に採用することに
より、Alx Gay In1-x-y N系の場合よりも高品質
な結晶性のAlx Ga1-x Py N1-y 系クラッド層を得
ることができる。このため、結晶を高品質に保ったまま
格子整合した素子構造を容易に形成することができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 (実施例1)図3は本発明に係る実施例1の半導体発光
装置の構造を示す断面図である。図示例は、LED等に
適用することができる。
する。 (実施例1)図3は本発明に係る実施例1の半導体発光
装置の構造を示す断面図である。図示例は、LED等に
適用することができる。
【0022】本実施例の半導体発光装置は、Al2 O3
基板1と、Al2 O3 基板1上に形成された膜厚3μm
程度のn−GaNコンタクト層2と、n−GaNコンタ
クト層2上に形成れた膜厚1μm程度のn−Alx Ga
1-x Py N1-y クラッド層3上に形成された膜厚0.2
μm程度のGaN活性層4と、GaN活性層4上に形成
された膜厚1μm程度のp−Alx Ga1-x Py N1-y
クラッド層5と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッ
ド層5上に形成された膜厚0.5μm程度のp−GaN
コンタクト層6と、n−GaNコンタクト層2側に形成
されたAl等のn電極7と、p−GaNコンタクト層6
側に形成されたAu等のp電極8とから構成されてい
る。
基板1と、Al2 O3 基板1上に形成された膜厚3μm
程度のn−GaNコンタクト層2と、n−GaNコンタ
クト層2上に形成れた膜厚1μm程度のn−Alx Ga
1-x Py N1-y クラッド層3上に形成された膜厚0.2
μm程度のGaN活性層4と、GaN活性層4上に形成
された膜厚1μm程度のp−Alx Ga1-x Py N1-y
クラッド層5と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッ
ド層5上に形成された膜厚0.5μm程度のp−GaN
コンタクト層6と、n−GaNコンタクト層2側に形成
されたAl等のn電極7と、p−GaNコンタクト層6
側に形成されたAu等のp電極8とから構成されてい
る。
【0023】なお、クラッド層3,5を構成するAlx
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると層状に安定に結晶成長し難くなり実用上好ましく
ない。このように、本実施例では、クラッド層3,5を
結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x Py N1-y
混晶から形成して構成したため、前述の如くAlx Ga
y In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶性のAlx
Gay-x Py N1-y クラッド層3,5を得ることができ
る。このため、結晶を高品質に保ったまま格子整合した
素子構造を容易に形成することができる。
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると層状に安定に結晶成長し難くなり実用上好ましく
ない。このように、本実施例では、クラッド層3,5を
結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x Py N1-y
混晶から形成して構成したため、前述の如くAlx Ga
y In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶性のAlx
Gay-x Py N1-y クラッド層3,5を得ることができ
る。このため、結晶を高品質に保ったまま格子整合した
素子構造を容易に形成することができる。
【0024】(実施例2)図4は本発明に係る実施例2
の半導体発光装置の構造を示す断面図である。図示例
は、LED等に適用することができる。本実施例の半導
体発光装置は、Al2 O3 基板1と、Al2 O3 基板1
上に形成された膜厚3μm程度のn−GaNコンタクト
層2と、n−GaNコンタクト層2上に形成れた膜厚1
μm程度のn−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3
と、n−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3上に形
成された膜厚0.1μm程度のクラッド層3,5とは組
織の異なるn−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層
11と、n−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層1
1上に形成された膜厚80オングストローム程度のAl
x Ga1-x N膜と膜厚50オングストローム程度のGa
Py N1-y とからなる歪量子井戸(3周期)構造の活性
層12と、活性層12上に形成された膜厚0.1μm程
度のクラッド層3,5とは組織の異なるp−Alx Ga
1-x Py N1-y 光閉じ込め層13と、p−Alx Ga
1-x P y N1-y 光閉じ込め層13上に形成された膜厚1
μm程度のp−Alx Ga1-xPy N1-y クラッド層5
と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層5上に形
成された膜厚0.5μm程度のp−GaNコンタクト層
6と、n−GaNコンタクト層2側に形成されたAl等
のn電極7と、p−GaNコンタクト層6側に形成され
たAu等のp電極8から構成されている。
の半導体発光装置の構造を示す断面図である。図示例
は、LED等に適用することができる。本実施例の半導
体発光装置は、Al2 O3 基板1と、Al2 O3 基板1
上に形成された膜厚3μm程度のn−GaNコンタクト
層2と、n−GaNコンタクト層2上に形成れた膜厚1
μm程度のn−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3
と、n−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3上に形
成された膜厚0.1μm程度のクラッド層3,5とは組
織の異なるn−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層
11と、n−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層1
1上に形成された膜厚80オングストローム程度のAl
x Ga1-x N膜と膜厚50オングストローム程度のGa
Py N1-y とからなる歪量子井戸(3周期)構造の活性
層12と、活性層12上に形成された膜厚0.1μm程
度のクラッド層3,5とは組織の異なるp−Alx Ga
1-x Py N1-y 光閉じ込め層13と、p−Alx Ga
1-x P y N1-y 光閉じ込め層13上に形成された膜厚1
μm程度のp−Alx Ga1-xPy N1-y クラッド層5
と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層5上に形
成された膜厚0.5μm程度のp−GaNコンタクト層
6と、n−GaNコンタクト層2側に形成されたAl等
のn電極7と、p−GaNコンタクト層6側に形成され
たAu等のp電極8から構成されている。
【0025】なお、クラッド層3,5を構成するAlx
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると層状に安定に結晶成長し難くなり実用上好ましく
ない。また、光閉じ込め層11,13を構成するAlx
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0≦x<クラッド層
3,5の上記xで、かつ0≦y<クラッド層3,5の上
記yであればよい。p−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉
じ込め層12の歪量子井戸を構成するAlx Ga1-x N
混晶とGaPy N1-y 混晶は、0≦x≦0.5であれば
よく、yは0≦y≦0.2であればよく、xが0.5よ
り大きくなると、、またyが0.2より大きくなると、
層状に安定に形成し難くなり実用上好ましくない。
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると層状に安定に結晶成長し難くなり実用上好ましく
ない。また、光閉じ込め層11,13を構成するAlx
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0≦x<クラッド層
3,5の上記xで、かつ0≦y<クラッド層3,5の上
記yであればよい。p−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉
じ込め層12の歪量子井戸を構成するAlx Ga1-x N
混晶とGaPy N1-y 混晶は、0≦x≦0.5であれば
よく、yは0≦y≦0.2であればよく、xが0.5よ
り大きくなると、、またyが0.2より大きくなると、
層状に安定に形成し難くなり実用上好ましくない。
【0026】このように、本実施例では、クラッド層
3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x P
y N1-y 混晶から形成して構成したため、前述の如く、
AlxGay In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶
性のAlx Ga1-x Py N1-yクラッド層3,5を得る
ことができる。このため、結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができる。
3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x P
y N1-y 混晶から形成して構成したため、前述の如く、
AlxGay In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶
性のAlx Ga1-x Py N1-yクラッド層3,5を得る
ことができる。このため、結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができる。
【0027】(実施例3)図5は本発明に係る実施例3
の半導体発光装置の構造を示す断面図である。図示例
は、LED等に適用することができる。本実施例の半導
体発光装置は、Al2 O3 基板1と、Al2 O3 基板1
上に形成された膜厚3μm程度のn−GaNコンタクト
層2と、n−GaNコンタクト層2上に形成された膜厚
1μm程度のn−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層
3と、n−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3上に
形成された膜厚0.1μm程度のクラッド層3,5とは
組成の異なるn−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め
層11と、n−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層
11上に形成された膜厚80オングストローム程度のA
lx Ga1-x N膜と膜厚50オングストローム程度のI
nx Ga1-x Nとからなる歪量子井戸(3周期)構造の
活性層15と、活性層15上に形成された膜厚0.1μ
m程度のクラッド層3,5とは組成の異なるp−Alx
Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層13と、p−Alx G
a1- x Py N1-y 光閉じ込め層13上に形成された膜厚
1μm程度のp−Alx Ga 1-x Py N1-y クラッド層
5と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層5上に
形成された膜厚0.5μm程度のp−GaNコンタクト
層6と、n−GaNコンタクト層2側に形成されたAl
等のn電極7と、p−GaNコンタクト層6側に形成さ
れたAu等のp電極8から構成されている。
の半導体発光装置の構造を示す断面図である。図示例
は、LED等に適用することができる。本実施例の半導
体発光装置は、Al2 O3 基板1と、Al2 O3 基板1
上に形成された膜厚3μm程度のn−GaNコンタクト
層2と、n−GaNコンタクト層2上に形成された膜厚
1μm程度のn−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層
3と、n−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3上に
形成された膜厚0.1μm程度のクラッド層3,5とは
組成の異なるn−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め
層11と、n−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層
11上に形成された膜厚80オングストローム程度のA
lx Ga1-x N膜と膜厚50オングストローム程度のI
nx Ga1-x Nとからなる歪量子井戸(3周期)構造の
活性層15と、活性層15上に形成された膜厚0.1μ
m程度のクラッド層3,5とは組成の異なるp−Alx
Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層13と、p−Alx G
a1- x Py N1-y 光閉じ込め層13上に形成された膜厚
1μm程度のp−Alx Ga 1-x Py N1-y クラッド層
5と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層5上に
形成された膜厚0.5μm程度のp−GaNコンタクト
層6と、n−GaNコンタクト層2側に形成されたAl
等のn電極7と、p−GaNコンタクト層6側に形成さ
れたAu等のp電極8から構成されている。
【0028】なお、クラッド層3,5を構成するAlx
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると層状に安定に結晶成長し難くなり実用上好ましく
ない。また、光閉じ込め層11,13を構成するAlx
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0≦x<クラッド層
3,5の上記xで、かつ0≦y<クラッド層3,5の上
記yであればよい。p−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉
じ込め層12の歪量子井戸を構成するAlx Ga1-x N
混晶とIny Ga1-y N混晶は、0≦x≦0.5であれ
ばよく、yは0≦y≦0.5であればよく、xが0.5
より大きくなると、またyが0.5より大きくなると、
層状に安定に形成し難くなり実用上好ましくない。
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると層状に安定に結晶成長し難くなり実用上好ましく
ない。また、光閉じ込め層11,13を構成するAlx
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0≦x<クラッド層
3,5の上記xで、かつ0≦y<クラッド層3,5の上
記yであればよい。p−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉
じ込め層12の歪量子井戸を構成するAlx Ga1-x N
混晶とIny Ga1-y N混晶は、0≦x≦0.5であれ
ばよく、yは0≦y≦0.5であればよく、xが0.5
より大きくなると、またyが0.5より大きくなると、
層状に安定に形成し難くなり実用上好ましくない。
【0029】このように、本実施例では、クラッド層
3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x P
y N1-y 混晶から形成して構成したため、前述の如く、
AlxGay In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶
性のAlx Ga1-x Py N1-yクラッド層3,5を得る
ことができる。このため、結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができる。
3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x P
y N1-y 混晶から形成して構成したため、前述の如く、
AlxGay In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶
性のAlx Ga1-x Py N1-yクラッド層3,5を得る
ことができる。このため、結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができる。
【0030】(実施例4)図6は本発明に係る実施例4
の半導体発光装置の構造を示す断面図である。図示例
は、LED等に適用することができる。本実施例の半導
体発光装置は、Al2 O3 基板1と、Al2 O3 基板1
上に形成された膜厚3μm程度のn−GaNコンタクト
層2と、n−GaNコンタクト層2上に形成れた膜厚1
μm程度のn−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3
と、n−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3上に形
成された膜厚0.1μm程度のn−GaN光閉じ込め層
17と、n−GaN光閉じ込め層17上に形成された膜
厚80オングストローム程度のGaN膜と膜厚50オン
グストローム程度のGaPy N1-y とからなる歪量子井
戸(3周期)構造の活性層18と、活性層18上に形成
された膜厚0.1μm程度のp−GaN光閉じ込め層1
9と、p−GaN光閉じ込め層19上に形成された膜厚
1μm程度のp−Alx Ga1-x P y N1-y クラッド層
5と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層5上に
形成された膜厚0.5μm程度のp−GaNコンタクト
層6と、n−GaNコンタクト層2側に形成されたAl
等のn電極7と、p−GaNコンタクト層6側に形成さ
れたAu等のp電極8から構成されている。
の半導体発光装置の構造を示す断面図である。図示例
は、LED等に適用することができる。本実施例の半導
体発光装置は、Al2 O3 基板1と、Al2 O3 基板1
上に形成された膜厚3μm程度のn−GaNコンタクト
層2と、n−GaNコンタクト層2上に形成れた膜厚1
μm程度のn−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3
と、n−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3上に形
成された膜厚0.1μm程度のn−GaN光閉じ込め層
17と、n−GaN光閉じ込め層17上に形成された膜
厚80オングストローム程度のGaN膜と膜厚50オン
グストローム程度のGaPy N1-y とからなる歪量子井
戸(3周期)構造の活性層18と、活性層18上に形成
された膜厚0.1μm程度のp−GaN光閉じ込め層1
9と、p−GaN光閉じ込め層19上に形成された膜厚
1μm程度のp−Alx Ga1-x P y N1-y クラッド層
5と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層5上に
形成された膜厚0.5μm程度のp−GaNコンタクト
層6と、n−GaNコンタクト層2側に形成されたAl
等のn電極7と、p−GaNコンタクト層6側に形成さ
れたAu等のp電極8から構成されている。
【0031】なお、クラッド層3,5を構成するAlx
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると、層状に安定に結晶成長し難くなり、活性層18
の歪量子井戸を構成するとGaPy N1-y 混晶は、yは
0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きくな
ると、層状に安定に形成し難くなり実用上好ましくな
い。
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると、層状に安定に結晶成長し難くなり、活性層18
の歪量子井戸を構成するとGaPy N1-y 混晶は、yは
0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きくな
ると、層状に安定に形成し難くなり実用上好ましくな
い。
【0032】このように、本実施例では、クラッド層
3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x P
y N1-y 混晶から形成して構成したため、前述の如く、
AlxGay In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶
性のAlx Ga1-x Py N1-yクラッド層3,5を得る
ことができる。このため、結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができる。
3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x P
y N1-y 混晶から形成して構成したため、前述の如く、
AlxGay In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶
性のAlx Ga1-x Py N1-yクラッド層3,5を得る
ことができる。このため、結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができる。
【0033】(実施例5)図7は本発明に係る実施例5
の半導体発光装置の構造を示す断面図である。図示例
は、LED等に適用することができる。本実施例の半導
体発光装置は、Al2 O3 基板1と、Al2 O3 基板1
上に形成された膜厚3μm程度のn−GaNコンタクト
層2と、n−GaNコンタクト層2上に形成れた膜厚1
μm程度のn−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3
と、n−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3上に形
成された膜厚0.1μm程度のn−GaN光閉じ込め層
17と、n−GaN光閉じ込め層17上に形成された膜
厚80オングストローム程度のGaN膜と膜厚50オン
グストローム程度のIny Ga1-y Nとからなる歪量子
井戸(3周期)構造の活性層21と、活性層21上に形
成された膜厚0.1μm程度のp−GaN光閉じ込め層
19と、p−GaN光閉じ込め層19上に形成された膜
厚1μm程度のp−Alx Ga1-xPy N1-y クラッド
層5と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層5上
に形成された膜厚0.5μm程度のp−GaNコンタク
ト層6と、n−GaNコンタクト層2側に形成されたA
l等のn電極7と、p−GaNコンタクト層6側に形成
されたAu等のp電極8から構成されている。
の半導体発光装置の構造を示す断面図である。図示例
は、LED等に適用することができる。本実施例の半導
体発光装置は、Al2 O3 基板1と、Al2 O3 基板1
上に形成された膜厚3μm程度のn−GaNコンタクト
層2と、n−GaNコンタクト層2上に形成れた膜厚1
μm程度のn−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3
と、n−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層3上に形
成された膜厚0.1μm程度のn−GaN光閉じ込め層
17と、n−GaN光閉じ込め層17上に形成された膜
厚80オングストローム程度のGaN膜と膜厚50オン
グストローム程度のIny Ga1-y Nとからなる歪量子
井戸(3周期)構造の活性層21と、活性層21上に形
成された膜厚0.1μm程度のp−GaN光閉じ込め層
19と、p−GaN光閉じ込め層19上に形成された膜
厚1μm程度のp−Alx Ga1-xPy N1-y クラッド
層5と、p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層5上
に形成された膜厚0.5μm程度のp−GaNコンタク
ト層6と、n−GaNコンタクト層2側に形成されたA
l等のn電極7と、p−GaNコンタクト層6側に形成
されたAu等のp電極8から構成されている。
【0034】なお、クラッド層3,5を構成するAlx
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると、層状に安定に結晶成長し難くなり、活性層21
の歪量子井戸を構成するIn y Ga1-y N混晶は、yは
0≦y≦0.5であればよく、yが0.5より大きくな
ると、層状に安定に形成し難くなり実用上好ましくな
い。
Ga1-x Py N1-y 混晶は、xは0<x≦1で、かつy
は0<y≦0.2であればよく、yが0.2より大きく
なると、層状に安定に結晶成長し難くなり、活性層21
の歪量子井戸を構成するIn y Ga1-y N混晶は、yは
0≦y≦0.5であればよく、yが0.5より大きくな
ると、層状に安定に形成し難くなり実用上好ましくな
い。
【0035】このように、本実施例では、クラッド層
3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x P
y N1-y 混晶から形成して構成したため、前述の如く、
AlxGay In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶
性のAlx Ga1-x Py N1-yクラッド層3,5を得る
ことができる。このため、結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができる。
3,5を結晶構造がウルツァイト型のAlx Ga1-x P
y N1-y 混晶から形成して構成したため、前述の如く、
AlxGay In1-x-y N系の場合よりも高品質な結晶
性のAlx Ga1-x Py N1-yクラッド層3,5を得る
ことができる。このため、結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができる。
【0036】なお、上記各実施例では、LEDに適用す
る場合について説明したが、本発明はこれのみに限定さ
れるものではなく、例えば劈開やエッチングにより横方
向にキャビティを形成することにより、ストライプ型の
半導体レーザに適用することができる。また、例えばエ
ピタキシャル膜の上下に半導体多層膜や誘電体多層膜に
より反射鏡を形成し、上下方向にキャビティを形成する
ことにより、面発光型の半導体レーザに適用することが
できる。
る場合について説明したが、本発明はこれのみに限定さ
れるものではなく、例えば劈開やエッチングにより横方
向にキャビティを形成することにより、ストライプ型の
半導体レーザに適用することができる。また、例えばエ
ピタキシャル膜の上下に半導体多層膜や誘電体多層膜に
より反射鏡を形成し、上下方向にキャビティを形成する
ことにより、面発光型の半導体レーザに適用することが
できる。
【0037】上記各実施例では、基板1を、サファイア
で構成する場合を説明したが、本発明はこれのみに限定
されるものではなく、基板1をSi,SiC,GaA
s,GaP,ZnO,MgO等で構成してもよい。
で構成する場合を説明したが、本発明はこれのみに限定
されるものではなく、基板1をSi,SiC,GaA
s,GaP,ZnO,MgO等で構成してもよい。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、高品質な結晶性のクラ
ッド層を得ることができ。結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができるとい
う効果がある。
ッド層を得ることができ。結晶を高品質に保ったまま格
子整合した素子構造を容易に形成することができるとい
う効果がある。
【図1】Alx Ga1-x Py N1-y 系の格子定数とバン
ドギャップの関係を示す図である。
ドギャップの関係を示す図である。
【図2】AlN,GaN,AlP及びGaPの5族平衡
蒸気圧を示す図である。
蒸気圧を示す図である。
【図3】本発明に係る実施例1の半導体発光装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図4】本発明に係る実施例2の半導体発光装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図5】本発明に係る実施例3の半導体発光装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図6】本発明に係る実施例4の半導体発光装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図7】本発明に係る実施例5の半導体発光装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図8】従来例の半導体発光装置の構造を示す断面図で
ある。
ある。
【図9】Alx Gay In1-x-y N系の格子定数とバン
ドギャップの関係を示す図である。
ドギャップの関係を示す図である。
【図10】AlN,GaN及びInNの5族平衡蒸気圧
を示す図である。
を示す図である。
1 Al2 O3 基板 2 n−GaNコンタクト層 3 n−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層 4 GaN活性層 5 p−Alx Ga1-x Py N1-y クラッド層 6 p−GaNコンタクト層 7 n電極 8 p電極 11 n−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層 12 活性層 13 p−Alx Ga1-x Py N1-y 光閉じ込め層 15 活性層 17 n−GaN光閉じ込め層 18 活性層 19 p−GaN光閉じ込め層 21 活性層
Claims (6)
- 【請求項1】活性層(4,12,15,18)がクラッ
ド層(3,5)で挟まれた半導体発光装置において、該
クラッド層(3,5)を結晶構造がウルツァイト型のA
lxGa1-x Py N1-y (但し、0<x≦1とし、かつ
0<y≦0.2とする)混晶から形成してなることを特
徴とする半導体発光装置。 - 【請求項2】前記クラッド層(3,5)は、GaNと格
子整合してなることを特徴とする請求項1記載の半導体
発光装置。 - 【請求項3】前記活性層(4)は、GaNから構成して
なることを特徴とする請求項1,2記載の半導体発光装
置。 - 【請求項4】前記活性層(12,18)は、Alx Ga
1-x NとGaPy N1-y (但し、0≦x≦0.5とし、
かつ0≦y≦0.2とする)とからなる歪量子井戸から
形成してなることを特徴とする請求項1記載の半導体発
光装置。 - 【請求項5】前記活性層(15,21)は、Alx Ga
1-x NとIny Ga1-y N(但し、0≦x≦0.5と
し、かつ0≦y≦0.5とする)とからなる歪量子井戸
から形成してなることを特徴とする請求項1,2記載の
半導体発光装置。 - 【請求項6】前記活性層(12,15,18,21)と
クラッド層(3,5)間に光閉じ込め層(11,13,
17,19)を有し、かつ該光閉じ込め層(11,1
3,17,19)は、Alx Ga1-x Py N1-y (但
し、0≦x<請求項1のxとし、かつ0≦y<請求項1
のyとする)から形成してなることを特徴とする請求項
1乃至5記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18917894A JPH0856054A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18917894A JPH0856054A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0856054A true JPH0856054A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=16236805
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18917894A Withdrawn JPH0856054A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0856054A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08213654A (ja) * | 1994-10-28 | 1996-08-20 | Mitsubishi Chem Corp | 分布ブラッグ反射ミラー多層膜を有する半導体装置 |
JPH08222764A (ja) * | 1995-02-14 | 1996-08-30 | Showa Denko Kk | 発光ダイオード |
JP2000114594A (ja) * | 1998-10-06 | 2000-04-21 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
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