JPH04236478A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH04236478A JPH04236478A JP3005225A JP522591A JPH04236478A JP H04236478 A JPH04236478 A JP H04236478A JP 3005225 A JP3005225 A JP 3005225A JP 522591 A JP522591 A JP 522591A JP H04236478 A JPH04236478 A JP H04236478A
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
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- ZSBXGIUJOOQZMP-JLNYLFASSA-N Matrine Chemical compound C1CC[C@H]2CN3C(=O)CCC[C@@H]3[C@@H]3[C@H]2N1CCC3 ZSBXGIUJOOQZMP-JLNYLFASSA-N 0.000 description 4
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【技術分野】本発明は、特にレーザ装置に用いられる半
導体発光素子に関する。
導体発光素子に関する。
【0002】
【背景技術】GaN等のIII−Vナイトライド系混晶
エピタキシャル層を使った半導体発光素子では、従来、
基板結晶としてサファイア(α−Al2O3)が用いら
れていた。 GaNの結晶構造はウルツ型であり、一
方、基板結晶であるサファイアはコランダム型である。 ともに六方晶系であるが、サファイアが原子面としては
13回の繰返し周期を持つように、両者は等価ではない
。さらに両者の格子定数が大きく異なり、互いの格子不
整合は14%にも及ぶ。こうした格子不整合のために良
好なエピタキシャル層を形成することが難しく、これら
を使った発光素子において効率の良い発光出力を得るこ
とができなかった。
エピタキシャル層を使った半導体発光素子では、従来、
基板結晶としてサファイア(α−Al2O3)が用いら
れていた。 GaNの結晶構造はウルツ型であり、一
方、基板結晶であるサファイアはコランダム型である。 ともに六方晶系であるが、サファイアが原子面としては
13回の繰返し周期を持つように、両者は等価ではない
。さらに両者の格子定数が大きく異なり、互いの格子不
整合は14%にも及ぶ。こうした格子不整合のために良
好なエピタキシャル層を形成することが難しく、これら
を使った発光素子において効率の良い発光出力を得るこ
とができなかった。
【0003】
【発明の目的】よって、本発明は上記のような問題点を
排除するためになされたものであり、その目的とすると
ころは、基板結晶との格子整合のとれた良好なエピタキ
シャル層を形成し、発光効率の良い半導体発光素子を提
供することである。
排除するためになされたものであり、その目的とすると
ころは、基板結晶との格子整合のとれた良好なエピタキ
シャル層を形成し、発光効率の良い半導体発光素子を提
供することである。
【0004】
【発明の構成】本発明による半導体発光素子は、複数の
III−V族化合物半導体混晶が基板結晶上にエピタキ
シャル層として形成されてなる半導体発光素子であって
、前記基板結晶をZnOとし、前記エピタキシャル層の
組成を AlXGa1−X−YInYN (0≦x <1,0<y <1) としたことを特徴とするものである。
III−V族化合物半導体混晶が基板結晶上にエピタキ
シャル層として形成されてなる半導体発光素子であって
、前記基板結晶をZnOとし、前記エピタキシャル層の
組成を AlXGa1−X−YInYN (0≦x <1,0<y <1) としたことを特徴とするものである。
【0005】
【発明の作用】本発明による半導体発光素子においては
、GaNエピタキシャル層の組成中、Gaの一部をIn
、もしくはIn及びAlで置換したので、基板結晶Zn
Oとの格子整合が得られる。
、GaNエピタキシャル層の組成中、Gaの一部をIn
、もしくはIn及びAlで置換したので、基板結晶Zn
Oとの格子整合が得られる。
【0006】
【実施例】複数のIII−V族化合物半導体GaN,A
lN,InNに関して、横軸に格子定数、縦軸にバンド
ギャップ(禁制帯幅)をとりプロットすると、図1のよ
うなGaN,AlN,InNと記した3点となる。ここ
で、混晶系におけるベガード則を仮定すると、3つの2
元系半導体GaN,AlN,InNを適当な比率で混合
することにより、同図中実線で囲まれた三角形内の領域
において当該4元系混晶の物性値(格子定数とバンドギ
ャップ)を実現することができる。なお、図1における
GaN,AlN,InNは直接遷移型半導体であり、各
伝導帯及び価電子帯のそれぞれエネルギー最小値及び最
大値でのバンドギャップを示すものである。
lN,InNに関して、横軸に格子定数、縦軸にバンド
ギャップ(禁制帯幅)をとりプロットすると、図1のよ
うなGaN,AlN,InNと記した3点となる。ここ
で、混晶系におけるベガード則を仮定すると、3つの2
元系半導体GaN,AlN,InNを適当な比率で混合
することにより、同図中実線で囲まれた三角形内の領域
において当該4元系混晶の物性値(格子定数とバンドギ
ャップ)を実現することができる。なお、図1における
GaN,AlN,InNは直接遷移型半導体であり、各
伝導帯及び価電子帯のそれぞれエネルギー最小値及び最
大値でのバンドギャップを示すものである。
【0007】図中点線で示した直線l1は基板結晶Zn
Oの格子定数3.24Åのラインである。基板結晶Zn
Oは半導体GaNと同じウルツ型の結晶構造であり、G
aNに近い格子定数を有していることが分かる。このラ
インl1とGaN−InN間の3元系混晶のラインとの
交点A、及びラインl1とAlN−InN間の3元系混
晶のラインとの交点Bの組成をベガード則を用いればそ
れぞれ A点:Ga0.82In0.18N B点:Al0.69In0.31N と見積ることができる。
Oの格子定数3.24Åのラインである。基板結晶Zn
Oは半導体GaNと同じウルツ型の結晶構造であり、G
aNに近い格子定数を有していることが分かる。このラ
インl1とGaN−InN間の3元系混晶のラインとの
交点A、及びラインl1とAlN−InN間の3元系混
晶のラインとの交点Bの組成をベガード則を用いればそ
れぞれ A点:Ga0.82In0.18N B点:Al0.69In0.31N と見積ることができる。
【0008】また、線分ABは、混晶GaInAlN系
で基板結晶ZnOと格子整合がとれる組成範囲を示すも
のであり、これに再びベガード則を仮定すれば、線分A
Bの物性値は、上記A点組成とB点組成間の混晶(4元
系混晶)により実現されることになるので、(Ga0.
82In0.18N)1−W(Al0.69In0.3
1N)W ……(1)という概略の組成範囲にて
エピタキシャル層を形成すれば基板結晶ZnOとの格子
整合がなされることになる。
で基板結晶ZnOと格子整合がとれる組成範囲を示すも
のであり、これに再びベガード則を仮定すれば、線分A
Bの物性値は、上記A点組成とB点組成間の混晶(4元
系混晶)により実現されることになるので、(Ga0.
82In0.18N)1−W(Al0.69In0.3
1N)W ……(1)という概略の組成範囲にて
エピタキシャル層を形成すれば基板結晶ZnOとの格子
整合がなされることになる。
【0009】半導体レーザ素子を形成する場合、エピタ
キシャル層をいわゆるダブルヘテロ構造とすることが一
般的に採用されている。この場合、活性層における光子
の閉込めを有効に行なうため、クラッド層のバンドギャ
ップを、活性層のバンドギャップより0.3eV程度大
きい値に設定するのが好ましいと言われており、ZnO
を基板結晶とする場合は、上記組成式(1)で表わされ
る組成範囲の中から、互いのバンドギャップ差が約0.
3eVとなるものを形成すれば良いことになる。例えば
図1中において、活性層として最もシンプルなA点組成
を選択した場合には、当該A点組成におけるバンドギャ
ップよりも0.3eVだけ大きいバンドギャップを有す
るC点組成をクラッド層に適用すれば良い。C点におけ
る混晶の組成は、上述のl1線上の4元系混晶の組成式
(1)及びベガード則より算出することができる。
キシャル層をいわゆるダブルヘテロ構造とすることが一
般的に採用されている。この場合、活性層における光子
の閉込めを有効に行なうため、クラッド層のバンドギャ
ップを、活性層のバンドギャップより0.3eV程度大
きい値に設定するのが好ましいと言われており、ZnO
を基板結晶とする場合は、上記組成式(1)で表わされ
る組成範囲の中から、互いのバンドギャップ差が約0.
3eVとなるものを形成すれば良いことになる。例えば
図1中において、活性層として最もシンプルなA点組成
を選択した場合には、当該A点組成におけるバンドギャ
ップよりも0.3eVだけ大きいバンドギャップを有す
るC点組成をクラッド層に適用すれば良い。C点におけ
る混晶の組成は、上述のl1線上の4元系混晶の組成式
(1)及びベガード則より算出することができる。
【0010】図2に、上述の如く基板結晶ZnOに格子
整合をとったAlXGa1−X−YInYN(0≦x
<1,0<y <1)系混晶で活性層とクラッド層を形
成したダブルヘテロ構造半導体レーザ素子の構成の一例
が示されている。ここでは、基板結晶1をn型ZnOと
し、上記見積られた組成範囲に従って、活性層2を混晶
Ga0.82In0.18Nとし、クラッド層3及び4
をそれぞれp型及びn型の混晶Al0.12Ga0.6
8In0.20Nとしてエピタキシャル層5を形成した
ものである。このようにして構成された半導体レーザ素
子では、通常、クラッド層に順方向バイアスを印加する
ことにより活性層に光子を発生せしめ、層内部の光共振
によって活性層の劈開面より誘導放出されたレーザ光を
得ることができる。
整合をとったAlXGa1−X−YInYN(0≦x
<1,0<y <1)系混晶で活性層とクラッド層を形
成したダブルヘテロ構造半導体レーザ素子の構成の一例
が示されている。ここでは、基板結晶1をn型ZnOと
し、上記見積られた組成範囲に従って、活性層2を混晶
Ga0.82In0.18Nとし、クラッド層3及び4
をそれぞれp型及びn型の混晶Al0.12Ga0.6
8In0.20Nとしてエピタキシャル層5を形成した
ものである。このようにして構成された半導体レーザ素
子では、通常、クラッド層に順方向バイアスを印加する
ことにより活性層に光子を発生せしめ、層内部の光共振
によって活性層の劈開面より誘導放出されたレーザ光を
得ることができる。
【0011】さらに、活性層もAlXGa1−X−YI
nYN(0<x<1,0<y<1)で構成することを考
慮すれば、青色から紫外領域の短波長半導体レーザ光を
得ることが可能となる。また同じように基板結晶ZnO
に格子整合をとったAlXGa1−X−YInYN系混
晶でpn接合を形成し、発光ダイオードとすることも可
能である。
nYN(0<x<1,0<y<1)で構成することを考
慮すれば、青色から紫外領域の短波長半導体レーザ光を
得ることが可能となる。また同じように基板結晶ZnO
に格子整合をとったAlXGa1−X−YInYN系混
晶でpn接合を形成し、発光ダイオードとすることも可
能である。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体発
光素子においては、ZnOを基板結晶とし、エピタキシ
ャル層の組成中、半導体GaNにおいてGaの一部をI
nまたはInとAlで置換することにより基板結晶Zn
Oとの格子整合をなしているので、混晶GaInN系あ
るいは混晶AlGaInN系の良好なエピタキシャル層
が得られ、これらにより発光効率の優れた半導体発光素
子を構成することができる。
光素子においては、ZnOを基板結晶とし、エピタキシ
ャル層の組成中、半導体GaNにおいてGaの一部をI
nまたはInとAlで置換することにより基板結晶Zn
Oとの格子整合をなしているので、混晶GaInN系あ
るいは混晶AlGaInN系の良好なエピタキシャル層
が得られ、これらにより発光効率の優れた半導体発光素
子を構成することができる。
【図1】III−V族化合物半導体とその混晶について
バンドギャップとその格子定数を示す図。
バンドギャップとその格子定数を示す図。
【図2】本発明の実施例におけるダブルヘテロ構造半導
体レーザ素子の構成を示す図。
体レーザ素子の構成を示す図。
【主要部分の符号の説明】1………基板結晶2………活
性層 3,4…クラッド層 5………エピタキシャル層
性層 3,4…クラッド層 5………エピタキシャル層
Claims (1)
- 【請求項1】 複数のIII−V族化合物半導体混晶
が基板結晶上にエピタキシャル層として形成されてなる
半導体発光素子であって、前記基板結晶をZnOとし、
前記エピタキシャル層の組成を AlXGa1−X−YInYN (0≦x <1,0<y <1) としたことを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3005225A JPH04236478A (ja) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | 半導体発光素子 |
| US07/736,471 US5173751A (en) | 1991-01-21 | 1991-07-26 | Semiconductor light emitting device |
| EP19910112811 EP0496030A3 (en) | 1991-01-21 | 1991-07-30 | Semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3005225A JPH04236478A (ja) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04236478A true JPH04236478A (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=11605251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3005225A Pending JPH04236478A (ja) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04236478A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5578839A (en) * | 1992-11-20 | 1996-11-26 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| JPH1027940A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザー装置 |
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| US6734091B2 (en) | 2002-06-28 | 2004-05-11 | Kopin Corporation | Electrode for p-type gallium nitride-based semiconductors |
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| JP2010056434A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Kanazawa Inst Of Technology | 発光素子用基板および発光素子 |
-
1991
- 1991-01-21 JP JP3005225A patent/JPH04236478A/ja active Pending
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| US5751013A (en) * | 1994-07-21 | 1998-05-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| US6133058A (en) * | 1994-07-21 | 2000-10-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fabrication of semiconductor light-emitting device |
| KR100290076B1 (ko) * | 1994-07-21 | 2001-06-01 | 모리시타 요이찌 | 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 |
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| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US7616672B2 (en) | 1994-09-14 | 2009-11-10 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US5815520A (en) * | 1995-07-27 | 1998-09-29 | Nec Corporation | light emitting semiconductor device and its manufacturing method |
| JPH1027940A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザー装置 |
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