JPH0864910A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0864910A JPH0864910A JP19833694A JP19833694A JPH0864910A JP H0864910 A JPH0864910 A JP H0864910A JP 19833694 A JP19833694 A JP 19833694A JP 19833694 A JP19833694 A JP 19833694A JP H0864910 A JPH0864910 A JP H0864910A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 転位の発生が防止された半導体発光素子を提
供することである。 【構成】 ｎ−ＳｉＣ基板１上に、ｎ−ＳｉＣクラッド
層２、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層３およびｐ−ＳｉＣクラ
ッド層４が順に形成される。ｎ−ＳｉＣ基板１の材料と
しては、２Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−Ｓｉ
Ｃを用いる。Ｉｎ 1-x Ｇａx Ｎ活性層３におけるＧａ組
成Ｘは、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層１３のバンドギャップ
がｎ−ＳｉＣクラッド層１２およびｐ−ＳｉＣクラッド
層１４のバンドギャップよりも小さくなるように設定さ
れる。
供することである。 【構成】 ｎ−ＳｉＣ基板１上に、ｎ−ＳｉＣクラッド
層２、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層３およびｐ−ＳｉＣクラ
ッド層４が順に形成される。ｎ−ＳｉＣ基板１の材料と
しては、２Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−Ｓｉ
Ｃを用いる。Ｉｎ 1-x Ｇａx Ｎ活性層３におけるＧａ組
成Ｘは、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層１３のバンドギャップ
がｎ−ＳｉＣクラッド層１２およびｐ−ＳｉＣクラッド
層１４のバンドギャップよりも小さくなるように設定さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】直接遷移型のバンド構造を有するＺｎＳ
ｅやＧａＮは、青色あるいは紫色の光を発する半導体レ
ーザ装置、発光ダイオード等の半導体発光素子の材料と
して有望である。しかしながら、ＺｎＳｅやＧａＮから
なる基板が存在しないため、このような半導体発光素子
を形成する際には他の材料からなる基板を用いる必要が
ある。
ｅやＧａＮは、青色あるいは紫色の光を発する半導体レ
ーザ装置、発光ダイオード等の半導体発光素子の材料と
して有望である。しかしながら、ＺｎＳｅやＧａＮから
なる基板が存在しないため、このような半導体発光素子
を形成する際には他の材料からなる基板を用いる必要が
ある。
【０００３】図６は従来のＺｎＳｅ系半導体レーザ装置
の構造を示す断面図である。図６の半導体レーザ装置は
Ｍ．Ａ．Ｈａａｓｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．５９（１１），９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ
１９９１，ｐｐ．１２７２−１２７３に開示されてい
る。
の構造を示す断面図である。図６の半導体レーザ装置は
Ｍ．Ａ．Ｈａａｓｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．５９（１１），９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ
１９９１，ｐｐ．１２７２−１２７３に開示されてい
る。
【０００４】図６において、ｎ−ＧａＡｓ基板２１上
に、ｎ+ −ＺｎＳｅコンタクト層２２、ｎ−ＺｎＳＳｅ
クラッド層２３、ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸活性
層２４、ｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層２５、ｐ+ −ＺｎＳ
ｅコンタクト層２６およびポリイミド層２７が順に形成
されている。ポリイミド層２７の中央部にはストライプ
状の開口部が形成されている。ポリイミド層２７の上面
およびｐ+ −ＺｎＳｅコンタクト層２６の中央部の上面
にはＡｕ電極２８が形成され、ｎ−ＧａＡｓ基板２１の
下面にはＩｎ電極２９が形成されている。
に、ｎ+ −ＺｎＳｅコンタクト層２２、ｎ−ＺｎＳＳｅ
クラッド層２３、ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸活性
層２４、ｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層２５、ｐ+ −ＺｎＳ
ｅコンタクト層２６およびポリイミド層２７が順に形成
されている。ポリイミド層２７の中央部にはストライプ
状の開口部が形成されている。ポリイミド層２７の上面
およびｐ+ −ＺｎＳｅコンタクト層２６の中央部の上面
にはＡｕ電極２８が形成され、ｎ−ＧａＡｓ基板２１の
下面にはＩｎ電極２９が形成されている。
【０００５】このように、図６の半導体レーザ装置は、
ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸活性層２４をｎ−Ｚｎ
ＳＳｅクラッド層２３およびｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層
２５で挟んだダブルヘテロ構造のｐｎ接合を有する。
ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸活性層２４をｎ−Ｚｎ
ＳＳｅクラッド層２３およびｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層
２５で挟んだダブルヘテロ構造のｐｎ接合を有する。
【０００６】一方、図７は従来のＧａＮ系発光ダイオー
ドの構造を示す断面図である。図７の発光ダイオードは
日経マイクロデバイス１９９４年２月号の第９２頁〜第
９３頁に開示されている。
ドの構造を示す断面図である。図７の発光ダイオードは
日経マイクロデバイス１９９４年２月号の第９２頁〜第
９３頁に開示されている。
【０００７】図７において、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）
基板３１上に、ＧａＮバッファ層３２、ｎ−ＧａＮ層３
３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４、ＩｎＧａＮ活性層
３５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３６およびｐ−ＧａＮ
層３７が順に形成されている。ｎ−ＧａＮ層３３の上部
領域およびｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４からｐ−Ｇａ
Ｎ層３７までの幅は、サファイア基板３１からｎ−Ｇａ
Ｎ層３３の下部領域までの幅よりも狭く形成されてい
る。ｐ−ＧａＮ層３７の上面に正電極３８が形成され、
ｎ−ＧａＮ層３３の上面に負電極３９が形成されてい
る。
基板３１上に、ＧａＮバッファ層３２、ｎ−ＧａＮ層３
３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４、ＩｎＧａＮ活性層
３５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３６およびｐ−ＧａＮ
層３７が順に形成されている。ｎ−ＧａＮ層３３の上部
領域およびｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４からｐ−Ｇａ
Ｎ層３７までの幅は、サファイア基板３１からｎ−Ｇａ
Ｎ層３３の下部領域までの幅よりも狭く形成されてい
る。ｐ−ＧａＮ層３７の上面に正電極３８が形成され、
ｎ−ＧａＮ層３３の上面に負電極３９が形成されてい
る。
【０００８】図７の発光ダイオードは、ＩｎＧａＮ活性
層３５をｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４およびｐ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層３６で挟んだダブルヘテロ構造のｐｎ
接合を有し、青色の光を効率良く発生することができ
る。
層３５をｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４およびｐ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層３６で挟んだダブルヘテロ構造のｐｎ
接合を有し、青色の光を効率良く発生することができ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】表１に各種材料の格子
定数および熱膨張係数を示す。
定数および熱膨張係数を示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】表１から明らかなように、ＧａＡｓの格子
定数はＺｎＳｅの格子定数に近くなっているが、Ｇａ
Ｎ、サファイアおよびＳｉＣの格子定数は互いに異なっ
ている。
定数はＺｎＳｅの格子定数に近くなっているが、Ｇａ
Ｎ、サファイアおよびＳｉＣの格子定数は互いに異なっ
ている。
【００１２】図６のＺｎＳｅ系半導体レーザ装置では、
ＺｎＳｅに近い格子定数を有するＧａＡｓ基板を用いて
おり、クラッド層の材料としてＺｎＳＳｅ混晶を用いて
いる。この半導体レーザ装置においては、ある温度、例
えば成長温度でＺｎＳＳｅ混晶を用いると格子整合がと
れるが、他の温度、例えば室温にすると格子整合がとれ
ず、転位が発生してしまうという問題がある。
ＺｎＳｅに近い格子定数を有するＧａＡｓ基板を用いて
おり、クラッド層の材料としてＺｎＳＳｅ混晶を用いて
いる。この半導体レーザ装置においては、ある温度、例
えば成長温度でＺｎＳＳｅ混晶を用いると格子整合がと
れるが、他の温度、例えば室温にすると格子整合がとれ
ず、転位が発生してしまうという問題がある。
【００１３】一方、図７のＧａＮ系発光ダイオードで
は、表１から明らかなように、ＧａＮの格子定数がサフ
ァイアの格子定数と大きく異なっているので、サファイ
ア上に成長したＧａＮに転位が発生する。
は、表１から明らかなように、ＧａＮの格子定数がサフ
ァイアの格子定数と大きく異なっているので、サファイ
ア上に成長したＧａＮに転位が発生する。
【００１４】これらの結果、上記の従来の半導体レーザ
装置および発光ダイオードに通電すると、転位が増大
し、素子寿命が短くなるという問題があった。本発明の
目的は、転位の発生が防止された半導体発光素子を提供
することである。
装置および発光ダイオードに通電すると、転位が増大
し、素子寿命が短くなるという問題があった。本発明の
目的は、転位の発生が防止された半導体発光素子を提供
することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体発光
素子は、ＳｉＣ基板上にＳｉＣからなる第１のクラッド
層、ＩｎＧａＮからなる活性層およびＳｉＣからなる第
２のクラッド層が順に形成されたものである。
素子は、ＳｉＣ基板上にＳｉＣからなる第１のクラッド
層、ＩｎＧａＮからなる活性層およびＳｉＣからなる第
２のクラッド層が順に形成されたものである。
【００１６】活性層は、Ｉｎ組成の小さい複数のＩｎＧ
ａＮ層とＩｎ組成の大きい１以上のＩｎＧａＮ層とが交
互に積層された多層膜により構成されてもよい。
ａＮ層とＩｎ組成の大きい１以上のＩｎＧａＮ層とが交
互に積層された多層膜により構成されてもよい。
【００１７】
【作用】本発明に係る半導体発光素子においては、Ｓｉ
Ｃ基板上にＳｉＣからなる第１のクラッド層が形成され
ているので、格子定数および熱膨張係数が互いに一致し
ている。したがって、比較的膜厚の厚いクラッド層が基
板に対して広い温度範囲で格子整合しているので、クラ
ッド層に転位が発生しない。
Ｃ基板上にＳｉＣからなる第１のクラッド層が形成され
ているので、格子定数および熱膨張係数が互いに一致し
ている。したがって、比較的膜厚の厚いクラッド層が基
板に対して広い温度範囲で格子整合しているので、クラ
ッド層に転位が発生しない。
【００１８】また、活性層が直接遷移型のバンド構造を
有するＩｎＧａＮにより形成されているので、青色ある
いは紫色の光を効率良く発することができる。活性層の
膜厚はクラッド層の膜厚に比べて薄くてよいので、活性
層の格子定数がクラッド層の格子定数と異なっても、格
子が歪むだけで活性層での転位の発生が防止される。
有するＩｎＧａＮにより形成されているので、青色ある
いは紫色の光を効率良く発することができる。活性層の
膜厚はクラッド層の膜厚に比べて薄くてよいので、活性
層の格子定数がクラッド層の格子定数と異なっても、格
子が歪むだけで活性層での転位の発生が防止される。
【００１９】特に、Ｉｎ組成の小さいＩｎＧａＮ層はＳ
ｉＣに近い格子定数を有し、Ｉｎ組成の大きいＩｎＧａ
Ｎ層はＳｉＣに比べて小さいバンドギャップを有する。
したがって、活性層をＩｎ組成の小さいＩｎＧａＮ層お
よびＩｎ組成の大きいＩｎＧａＮ層の多層膜で構成すれ
ば、Ｉｎ組成の小さいＩｎＧａＮ層によりクラッド層と
の格子整合をとり、かつＩｎ組成の大きいＩｎＧａＮ層
によりクラッド層とのバンドギャップの差を大きくする
ことができる。それにより、転位の発生を防止しつつ、
光の閉じ込めを良くするために活性層の膜厚を厚くする
ことができる。
ｉＣに近い格子定数を有し、Ｉｎ組成の大きいＩｎＧａ
Ｎ層はＳｉＣに比べて小さいバンドギャップを有する。
したがって、活性層をＩｎ組成の小さいＩｎＧａＮ層お
よびＩｎ組成の大きいＩｎＧａＮ層の多層膜で構成すれ
ば、Ｉｎ組成の小さいＩｎＧａＮ層によりクラッド層と
の格子整合をとり、かつＩｎ組成の大きいＩｎＧａＮ層
によりクラッド層とのバンドギャップの差を大きくする
ことができる。それにより、転位の発生を防止しつつ、
光の閉じ込めを良くするために活性層の膜厚を厚くする
ことができる。
【００２０】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例による発光ダイ
オードの構造を示す断面図である。
オードの構造を示す断面図である。
【００２１】図１において、ｎ−ＳｉＣ基板１上に、ｎ
−ＳｉＣクラッド層２、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ（０＜ｘ＜
１）活性層３およびｐ−ＳｉＣクラッド層４が順に形成
されている。ｐ−ＳｉＣクラッド層４の上面の中央部に
Ａｌ電極５が形成され、ｎ−ＳｉＣ基板１の下面の中央
部にＮｉ電極６が形成されている。
−ＳｉＣクラッド層２、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ（０＜ｘ＜
１）活性層３およびｐ−ＳｉＣクラッド層４が順に形成
されている。ｐ−ＳｉＣクラッド層４の上面の中央部に
Ａｌ電極５が形成され、ｎ−ＳｉＣ基板１の下面の中央
部にＮｉ電極６が形成されている。
【００２２】このように、図１の発光ダイオードは、直
接遷移型のＩｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層３を活性層３よりバ
ンドギャップが大きくかつ屈折率の小さいｎ−ＳｉＣク
ラッド層２およびｐ−ＳｉＣクラッド層４で挟んだダブ
ルヘテロ構造のｐｎ接合を有している。
接遷移型のＩｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層３を活性層３よりバ
ンドギャップが大きくかつ屈折率の小さいｎ−ＳｉＣク
ラッド層２およびｐ−ＳｉＣクラッド層４で挟んだダブ
ルヘテロ構造のｐｎ接合を有している。
【００２３】表２に各種材料のバンドギャップ、線熱膨
張係数、格子定数および格子不整合を示す。格子不整合
は、ＧａＮに対する格子定数のずれの割合（％）を示し
ている。
張係数、格子定数および格子不整合を示す。格子不整合
は、ＧａＮに対する格子定数のずれの割合（％）を示し
ている。
【００２４】
【表２】
【００２５】本実施例では、特にｎ−ＳｉＣ基板１、ｎ
−ＳｉＣクラッド層２およびｐ−ＳｉＣクラッド層４の
材料として、２．９ｅＶのバンドギャップを有する６Ｈ
−ＳｉＣ、３．２ｅＶのバンドギャップを有する４Ｈ−
ＳｉＣまたは３．３ｅＶのバンドギャップを有する２Ｈ
−ＳｉＣを用いる。表２から明らかなように、６Ｈ−Ｓ
ｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣおよび２Ｈ−ＳｉＣの格子定数はい
ずれも３．０８Åであり、ＧａＮの格子定数３．１６Å
に近く、格子不整合が２．６％と小さくなっている。
−ＳｉＣクラッド層２およびｐ−ＳｉＣクラッド層４の
材料として、２．９ｅＶのバンドギャップを有する６Ｈ
−ＳｉＣ、３．２ｅＶのバンドギャップを有する４Ｈ−
ＳｉＣまたは３．３ｅＶのバンドギャップを有する２Ｈ
−ＳｉＣを用いる。表２から明らかなように、６Ｈ−Ｓ
ｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣおよび２Ｈ−ＳｉＣの格子定数はい
ずれも３．０８Åであり、ＧａＮの格子定数３．１６Å
に近く、格子不整合が２．６％と小さくなっている。
【００２６】図２にＩｎ1-x Ｇａx ＮにおけるＧａ組成
ｘとバンドギャップとの関係を示す。図２から明らかな
ように、Ｉｎ1-x Ｇａx ＮのバンドギャップはＧａ組成
ｘが０から１．０まで増加するにしたがって２．０ｅＶ
から３．４ｅＶまで変化する。
ｘとバンドギャップとの関係を示す。図２から明らかな
ように、Ｉｎ1-x Ｇａx ＮのバンドギャップはＧａ組成
ｘが０から１．０まで増加するにしたがって２．０ｅＶ
から３．４ｅＶまで変化する。
【００２７】ｎ−ＳｉＣクラッド層２およびｐ−ＳｉＣ
クラッド層４の材料として２Ｈ−ＳｉＣを用いた場合に
は、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎのバンドギャップが３．３よりも
小さくなるように、Ｇａ組成ｘを０．９よりも小さく設
定する。また、４Ｈ−ＳｉＣを用いた場合には、Ｉｎ
1-x Ｇａx Ｎのバンドギャップが３．２ｅＶよりも小さ
くなるようにＧａ組成ｘを０．９以下に設定し、６Ｈ−
ＳｉＣを用いた場合には、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎのバンドギ
ャップが２．９ｅＶよりも小さくなるようにＧａ組成ｘ
を０．７以下に設定する。
クラッド層４の材料として２Ｈ−ＳｉＣを用いた場合に
は、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎのバンドギャップが３．３よりも
小さくなるように、Ｇａ組成ｘを０．９よりも小さく設
定する。また、４Ｈ−ＳｉＣを用いた場合には、Ｉｎ
1-x Ｇａx Ｎのバンドギャップが３．２ｅＶよりも小さ
くなるようにＧａ組成ｘを０．９以下に設定し、６Ｈ−
ＳｉＣを用いた場合には、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎのバンドギ
ャップが２．９ｅＶよりも小さくなるようにＧａ組成ｘ
を０．７以下に設定する。
【００２８】表３にｎ−ＳｉＣクラッド層２およびｐ−
ＳｉＣクラッド層４の成膜条件およびＩｎ1-x Ｇａx Ｎ
活性層３の成膜条件を示す。
ＳｉＣクラッド層４の成膜条件およびＩｎ1-x Ｇａx Ｎ
活性層３の成膜条件を示す。
【００２９】
【表３】
【００３０】表３に示すように、ｎ−ＳｉＣクラッド層
２およびｐ−ＳｉＣクラッド層４の成膜には、ＣＶＤ
（化学的気相成長）法を用い、原料ガスとしてＳｉ
Ｈ4 、Ｃ3Ｈ8 、ＣＨ4 およびＨ2 を用いて基板温度を
１５００℃以下に設定する。ｎ−ＳｉＣクラッド層２の
成膜の際には、Ｎ2 およびＮＨ3 を用いてｎ型不純物と
してＮをドープする。ｐ−ＳｉＣクラッド層４の成膜の
際には、ＴＭＡ〔トリメチルアルミニウム；（ＣＨ3 ）
3 Ａｌ〕を用いてｐ型不純物としてＡｌをドープする。
２およびｐ−ＳｉＣクラッド層４の成膜には、ＣＶＤ
（化学的気相成長）法を用い、原料ガスとしてＳｉ
Ｈ4 、Ｃ3Ｈ8 、ＣＨ4 およびＨ2 を用いて基板温度を
１５００℃以下に設定する。ｎ−ＳｉＣクラッド層２の
成膜の際には、Ｎ2 およびＮＨ3 を用いてｎ型不純物と
してＮをドープする。ｐ−ＳｉＣクラッド層４の成膜の
際には、ＴＭＡ〔トリメチルアルミニウム；（ＣＨ3 ）
3 Ａｌ〕を用いてｐ型不純物としてＡｌをドープする。
【００３１】Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層３の成膜には、Ｃ
ＶＤ法を用い、原料ガスとしてＴＭＧ〔トリメチルガリ
ウム（ＣＨ3 ）3 Ｇａ〕、ＴＭＩ〔トリメチルインジウ
ム；（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ〕、ＴＭＡ、ＮＨ3 、Ｎ2 および
Ｈ2 を用い、基板温度を７５０〜８５０℃に設定する。
また、ＳｉＨ4 を用いてｎ型不純物としてＳｉをドープ
してもよく、Ｃｐ2 Ｍｇ〔ビス（シクロペンタジエニ
ル）マグネシウム；Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 〕、ＤＥＺ〔ジ
エチルジンク；（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ〕等を用いてｐ型不
純物としてＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ等をドープしてもよい。
ＶＤ法を用い、原料ガスとしてＴＭＧ〔トリメチルガリ
ウム（ＣＨ3 ）3 Ｇａ〕、ＴＭＩ〔トリメチルインジウ
ム；（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ〕、ＴＭＡ、ＮＨ3 、Ｎ2 および
Ｈ2 を用い、基板温度を７５０〜８５０℃に設定する。
また、ＳｉＨ4 を用いてｎ型不純物としてＳｉをドープ
してもよく、Ｃｐ2 Ｍｇ〔ビス（シクロペンタジエニ
ル）マグネシウム；Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 〕、ＤＥＺ〔ジ
エチルジンク；（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ〕等を用いてｐ型不
純物としてＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ等をドープしてもよい。
【００３２】図１の発光ダイオードにおいては、１μｍ
以上の膜厚を有するクラッド層２，４がｎ−ＳｉＣ基板
１と同じＳｉＣにより形成されるので、広い温度範囲で
格子整合がとれ、転位が発生しない。また、Ｉｎ1-x Ｇ
ａx Ｎ活性層３の膜厚は数百Å（例えば５００Å）程度
に設定されるので、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎの格子定数がｎ−
ＳｉＣ基板１の格子定数に一致していなくても、歪みを
吸収する。したがって、転位の発生が防止される。
以上の膜厚を有するクラッド層２，４がｎ−ＳｉＣ基板
１と同じＳｉＣにより形成されるので、広い温度範囲で
格子整合がとれ、転位が発生しない。また、Ｉｎ1-x Ｇ
ａx Ｎ活性層３の膜厚は数百Å（例えば５００Å）程度
に設定されるので、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎの格子定数がｎ−
ＳｉＣ基板１の格子定数に一致していなくても、歪みを
吸収する。したがって、転位の発生が防止される。
【００３３】このように、図１の発光ダイオードにおい
ては、広い温度範囲でｎ−ＳｉＣクラッド層２、Ｉｎ
1-x Ｇａx Ｎ活性層３およびｐ−ＳｉＣクラッド層４に
転位が発生せず、ｎ−ＳｉＣ基板１上に高品質な結晶層
が得られるため、発光効率が高く、かつ信頼性が高い。
ては、広い温度範囲でｎ−ＳｉＣクラッド層２、Ｉｎ
1-x Ｇａx Ｎ活性層３およびｐ−ＳｉＣクラッド層４に
転位が発生せず、ｎ−ＳｉＣ基板１上に高品質な結晶層
が得られるため、発光効率が高く、かつ信頼性が高い。
【００３４】特に、ｎ−ＳｉＣクラッド層２およびｐ−
ＳｉＣクラッド層４として４Ｈ−ＳｉＣを用いた場合に
は、バンドギャップが約３．２ｅＶであるので、Ｉｎ
1-x Ｇａx Ｎ活性層３は約３ｅＶ（波長で４１５ｎｍ付
近）までの短波長光を効率良く発生する。
ＳｉＣクラッド層４として４Ｈ−ＳｉＣを用いた場合に
は、バンドギャップが約３．２ｅＶであるので、Ｉｎ
1-x Ｇａx Ｎ活性層３は約３ｅＶ（波長で４１５ｎｍ付
近）までの短波長光を効率良く発生する。
【００３５】図３は本発明の第２の実施例による半導体
レーザ装置の構造を示す断面図である。図３において、
ｎ−ＳｉＣ基板１１上に、ｎ−ＳｉＣクラッド層１２、
Ｉｎ1- x Ｇａx Ｎ活性層１３、ｐ−ＳｉＣクラッド層１
４、およびＳｉＯ2 、ＳｉＮ等の絶縁層１５が順に形成
されている。絶縁層１５の中央部にはストライプ状の開
口部が形成されている。絶縁層１５の上面およびｐ−Ｓ
ｉＣクラッド層１４の中央部の上面にＡｌ電極１６が形
成され、ｎ−ＳｉＣ基板１１の下面にＮｉ電極１７が形
成されている。
レーザ装置の構造を示す断面図である。図３において、
ｎ−ＳｉＣ基板１１上に、ｎ−ＳｉＣクラッド層１２、
Ｉｎ1- x Ｇａx Ｎ活性層１３、ｐ−ＳｉＣクラッド層１
４、およびＳｉＯ2 、ＳｉＮ等の絶縁層１５が順に形成
されている。絶縁層１５の中央部にはストライプ状の開
口部が形成されている。絶縁層１５の上面およびｐ−Ｓ
ｉＣクラッド層１４の中央部の上面にＡｌ電極１６が形
成され、ｎ−ＳｉＣ基板１１の下面にＮｉ電極１７が形
成されている。
【００３６】ｎ−ＳｉＣ基板１１の材料およびＩｎ1-x
Ｇａx Ｎ活性層１３のＧａ組成ｘは、第１の実施例と同
様にして選択する。ｎ−ＳｉＣクラッド層１２およびｐ
−ＳｉＣクラッド層１４は光の閉じ込めのためにそれぞ
れ１μｍ程度の膜厚を有し、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層１
３は数百Å（例えば５００Å）程度の膜厚を有する。
Ｇａx Ｎ活性層１３のＧａ組成ｘは、第１の実施例と同
様にして選択する。ｎ−ＳｉＣクラッド層１２およびｐ
−ＳｉＣクラッド層１４は光の閉じ込めのためにそれぞ
れ１μｍ程度の膜厚を有し、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層１
３は数百Å（例えば５００Å）程度の膜厚を有する。
【００３７】このように、図３の半導体レーザ装置にお
いても、膜厚の薄い活性層を挟む膜厚の厚いクラッド層
１２，１４がｎ−ＳｉＣ基板１１と同じＳｉＣにより形
成されているので、広い温度範囲で格子整合がとれ、転
位の発生が防止される。それにより、ｎ−ＳｉＣ基板１
１上に高品質な結晶層が得られるため、発光効率が高
く、かつ信頼性が高い。
いても、膜厚の薄い活性層を挟む膜厚の厚いクラッド層
１２，１４がｎ−ＳｉＣ基板１１と同じＳｉＣにより形
成されているので、広い温度範囲で格子整合がとれ、転
位の発生が防止される。それにより、ｎ−ＳｉＣ基板１
１上に高品質な結晶層が得られるため、発光効率が高
く、かつ信頼性が高い。
【００３８】図４は本発明の第３の実施例による半導体
レーザ装置の構造を示す断面図である。図４の半導体レ
ーザ装置においては、図３の半導体レーザ装置における
Ｉｎ1- x Ｇａx Ｎ活性層１３の代わりに多層膜活性層
（量子井戸構造層）１８が設けられている。多層膜活性
層１８は、図５に示すように、３つのＩｎ0.1 Ｇａ0.9
Ｎ層１８ａおよび２つのＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層１８ｂが
交互に積層されてなる。各Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１８ａ
は１００Åの膜厚を有し、各Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層１８
ｂは８０Åの膜厚を有する。
レーザ装置の構造を示す断面図である。図４の半導体レ
ーザ装置においては、図３の半導体レーザ装置における
Ｉｎ1- x Ｇａx Ｎ活性層１３の代わりに多層膜活性層
（量子井戸構造層）１８が設けられている。多層膜活性
層１８は、図５に示すように、３つのＩｎ0.1 Ｇａ0.9
Ｎ層１８ａおよび２つのＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層１８ｂが
交互に積層されてなる。各Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１８ａ
は１００Åの膜厚を有し、各Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層１８
ｂは８０Åの膜厚を有する。
【００３９】Ｉｎ組成（１−ｘ）の小さいＩｎ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ層１８ａはＳｉＣに近い格子定数を有する。ま
た、図２から明らかなように、Ｉｎ組成（１−ｘ）の大
きいＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層１８ｂはＳｉＣに比べて小さ
いバンドギャップを有する。したがって、Ｉｎ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ層１８ａによりｎ−ＳｉＣクラッド層１２および
ｐ−ＳｉＣクラッド層１４に対して格子整合がとられ
る。また、Ｉｎ0.3 Ｇａ0. 7 Ｎ層１８ｂによりｎ−Ｓｉ
Ｃクラッド層１２およびｐ−ＳｉＣクラッド層１４との
バンドギャップの差を大きくすることができる。それに
より、転位の発生を防止しつつ、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性
層３の膜厚を厚くして光の閉じ込めを良くすることがで
きる。
0.9 Ｎ層１８ａはＳｉＣに近い格子定数を有する。ま
た、図２から明らかなように、Ｉｎ組成（１−ｘ）の大
きいＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層１８ｂはＳｉＣに比べて小さ
いバンドギャップを有する。したがって、Ｉｎ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ層１８ａによりｎ−ＳｉＣクラッド層１２および
ｐ−ＳｉＣクラッド層１４に対して格子整合がとられ
る。また、Ｉｎ0.3 Ｇａ0. 7 Ｎ層１８ｂによりｎ−Ｓｉ
Ｃクラッド層１２およびｐ−ＳｉＣクラッド層１４との
バンドギャップの差を大きくすることができる。それに
より、転位の発生を防止しつつ、Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性
層３の膜厚を厚くして光の閉じ込めを良くすることがで
きる。
【００４０】このように、図４の半導体レーザ装置にお
いても、広い温度範囲で転位の発生が防止され、ｎ−Ｓ
ｉＣ基板１１上に高品質な結晶層が得られるので、発光
効率が高く、かつ信頼性が高く、しかも光の閉じ込めが
良好となる。
いても、広い温度範囲で転位の発生が防止され、ｎ−Ｓ
ｉＣ基板１１上に高品質な結晶層が得られるので、発光
効率が高く、かつ信頼性が高く、しかも光の閉じ込めが
良好となる。
【００４１】上記実施例では、結晶の面方位が傾斜して
いないＳｉＣ基板を用いているが、結晶の面方位が低指
数面から１０°以下に傾けられた基板を用いてもよい。
また、上記実施例のように、ＳｉＣ基板、ｎ−ＳｉＣク
ラッド層およびｐ−ＳｉＣクラッド層を同じ結晶多系の
ＳｉＣにより形成する方が、格子定数が一致するので好
ましいが、ＳｉＣ基板、ｎ−ＳｉＣクラッド層およびｐ
−ＳｉＣクラッド層のいずれかまたは全てを異なる結晶
多系のＳｉＣにより形成してもよい。ただし、ＳｉＣ基
板上のクラッド層はエピタキシャル成長により形成され
るので、ＳｉＣ基板とそれに接するクラッド層を同じ結
晶多系のＳｉＣにより形成する方が製造上容易である。
いないＳｉＣ基板を用いているが、結晶の面方位が低指
数面から１０°以下に傾けられた基板を用いてもよい。
また、上記実施例のように、ＳｉＣ基板、ｎ−ＳｉＣク
ラッド層およびｐ−ＳｉＣクラッド層を同じ結晶多系の
ＳｉＣにより形成する方が、格子定数が一致するので好
ましいが、ＳｉＣ基板、ｎ−ＳｉＣクラッド層およびｐ
−ＳｉＣクラッド層のいずれかまたは全てを異なる結晶
多系のＳｉＣにより形成してもよい。ただし、ＳｉＣ基
板上のクラッド層はエピタキシャル成長により形成され
るので、ＳｉＣ基板とそれに接するクラッド層を同じ結
晶多系のＳｉＣにより形成する方が製造上容易である。
【００４２】さらに、上記実施例では、基板の側からｎ
ｎｐ構造としているが、基板および各層を逆の導電型の
層で形成し、基板の側からｐｐｎ構造としてもよい。
ｎｐ構造としているが、基板および各層を逆の導電型の
層で形成し、基板の側からｐｐｎ構造としてもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＳｉＣ基
板上にＳｉＣからなる第１のクラッド層、ＩｎＧａＮか
らなる活性層およびＳｉＣからなる第２のクラッド層を
順に形成することにより、広い温度範囲で格子整合がと
れるので、転位の発生が防止され、ＳｉＣ基板上に高品
質な結晶層が得られる。したがって、発光効率が高く、
信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
板上にＳｉＣからなる第１のクラッド層、ＩｎＧａＮか
らなる活性層およびＳｉＣからなる第２のクラッド層を
順に形成することにより、広い温度範囲で格子整合がと
れるので、転位の発生が防止され、ＳｉＣ基板上に高品
質な結晶層が得られる。したがって、発光効率が高く、
信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【００４４】特に、活性層をＩｎ組成の小さいＩｎＧａ
Ｎ層とＩｎ組成の大きいＩｎＧａＮ層との多層膜で構成
した場合には、光の閉じ込めを良くしつつ転位の発生を
防止することが可能となる。
Ｎ層とＩｎ組成の大きいＩｎＧａＮ層との多層膜で構成
した場合には、光の閉じ込めを良くしつつ転位の発生を
防止することが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図２】Ｉｎ1-x Ｇａx ＮにおけるＧａ組成ｘとバンド
ギャップとの関係を示す図である。
ギャップとの関係を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例による半導体レーザ装置
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例による半導体レーザ装置
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
【図５】図４の半導体レーザ装置における多層膜活性層
の構造を示す図である。
の構造を示す図である。
【図６】従来のＺｎＳｅ系半導体レーザ装置の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図７】従来のＧａＮ系発光ダイオードの構造を示す断
面図である。
面図である。
１，１１ ｎ−ＳｉＣ基板 ２，１２ ｎ−ＳｉＣクラッド層 ３，１３ Ｉｎ1-x Ｇａx Ｎ活性層 ４，１４ ｐ−ＳｉＣクラッド層 １８ 多層膜活性層 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】 ＳｉＣ基板上にＳｉＣからなる第１のク
ラッド層、ＩｎＧａＮからなる活性層およびＳｉＣから
なる第２のクラッド層が順に形成されたことを特徴とす
る半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記活性層は、Ｉｎ組成の小さい複数の
ＩｎＧａＮ層とＩｎ組成の大きい１以上のＩｎＧａＮ層
とが交互に積層された多層膜からなることを特徴とする
請求項１記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19833694A JP3561536B2 (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19833694A JP3561536B2 (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864910A true JPH0864910A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3561536B2 JP3561536B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=16389426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19833694A Expired - Fee Related JP3561536B2 (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3561536B2 (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09307190A (ja) * | 1996-05-15 | 1997-11-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | ＡｌＩｎＧａＮ系半導体発光素子および半導体発光装置 |
| JPH1027940A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザー装置 |
| WO2001084640A1 (de) * | 2000-04-26 | 2001-11-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | LUMINESZENZDIODENCHIP AUF DER BASIS VON GaN UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES LUMINESZENZDIODENBAUELEMENTS |
| US6632694B2 (en) * | 2001-10-17 | 2003-10-14 | Astralux, Inc. | Double heterojunction light emitting diodes and laser diodes having quantum dot silicon light emitters |
| EP1447856A2 (en) * | 2003-02-13 | 2004-08-18 | Cree, Inc. | Group III nitride light emitting device with silicon carbide cladding layer |
| US6878563B2 (en) | 2000-04-26 | 2005-04-12 | Osram Gmbh | Radiation-emitting semiconductor element and method for producing the same |
| US6927422B2 (en) | 2002-10-17 | 2005-08-09 | Astralux, Inc. | Double heterojunction light emitting diodes and laser diodes having quantum dot silicon light emitters |
| US7166874B2 (en) | 1995-11-06 | 2007-01-23 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor with active layer of quantum well structure with indium-containing nitride semiconductor |
| JP2007066986A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 半導体発光素子、半導体発光素子実装体及び半導体発光素子の製造方法 |
| US7265392B2 (en) | 2000-05-26 | 2007-09-04 | Osram Gmbh | Light-emitting-diode chip comprising a sequence of GaN-based epitaxial layers which emit radiation and a method for producing the same |
| JP2012038958A (ja) * | 2010-08-09 | 2012-02-23 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2013179363A (ja) * | 2007-02-12 | 2013-09-09 | Regents Of The Univ Of California | Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ｎクラッディングフリー非極性ＩＩＩ族窒化物ベースのレーザダイオードおよび発光ダイオード |
| JP2013219386A (ja) * | 2013-06-24 | 2013-10-24 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| EP2273574A3 (de) * | 2000-04-26 | 2014-01-01 | OSRAM Opto Semiconductors GmbH | Lumineszenzdiodenchip auf der Basis von GaN und Verfahren zum Herstellen eines Lumineszenzdiodenbauelements mit einem Lumineszenzdiodenchip auf der Basis von GaN |
| KR101617312B1 (ko) * | 2011-01-26 | 2016-05-02 | 에피스타 코포레이션 | 발광소자 |
| KR20160096959A (ko) * | 2015-02-06 | 2016-08-17 | 한국전자통신연구원 | 실리콘 나노 결정 발광소자 및 그 제조방법 |
-
1994
- 1994-08-23 JP JP19833694A patent/JP3561536B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8304790B2 (en) | 1995-11-06 | 2012-11-06 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor with active layer of quantum well structure with indium-containing nitride semiconductor |
| US7166869B2 (en) | 1995-11-06 | 2007-01-23 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor with active layer of quantum well structure with indium-containing nitride semiconductor |
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| US6878563B2 (en) | 2000-04-26 | 2005-04-12 | Osram Gmbh | Radiation-emitting semiconductor element and method for producing the same |
| US7319247B2 (en) | 2000-04-26 | 2008-01-15 | Osram Gmbh | Light emitting-diode chip and a method for producing same |
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| US9040327B2 (en) | 2007-02-12 | 2015-05-26 | The Regents Of The University Of California | Al(x)Ga(1-x)N-cladding-free nonpolar III-nitride based laser diodes and light emitting diodes |
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| KR101617312B1 (ko) * | 2011-01-26 | 2016-05-02 | 에피스타 코포레이션 | 발광소자 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3561536B2 (ja) | 2004-09-02 |
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