JP2003142730A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

Info

Publication number
JP2003142730A
JP2003142730A JP2001339814A JP2001339814A JP2003142730A JP 2003142730 A JP2003142730 A JP 2003142730A JP 2001339814 A JP2001339814 A JP 2001339814A JP 2001339814 A JP2001339814 A JP 2001339814A JP 2003142730 A JP2003142730 A JP 2003142730A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
low
layer
light emitting
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001339814A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3991193B2 (ja
Inventor
Takashi Egawa
孝志 江川
Koji Otsuka
康二 大塚
Tetsuji Moku
哲次 杢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Priority to JP2001339814A priority Critical patent/JP3991193B2/ja
Publication of JP2003142730A publication Critical patent/JP2003142730A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3991193B2 publication Critical patent/JP3991193B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力及び動作電圧の低い半導体発光素子
の低コスト化が困難であった。 【解決手段】 シリコンから成る低抵抗性基板11の上
に低屈折率領域12aと高屈折率領域12bとを交互に
複数層形成したDBR反射層12を設ける。低屈折率領
域12aをSi低ドープの低濃度層21とSi高ドープ
の高濃度層22とで構成する。DBR反射層12の上に
窒化ガリウムから成るn形半導体領域14、窒化ガリウ
ムインジウムから成る発光層15、窒化ガリウムから成
るp形半導体領域16を順次に形成する。p形半導体領
域16の上に第1の電極19を設け、低抵抗性基板11
に第2の電極20を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系化合
物半導体を用いた半導体発光素子に関し、詳細には反射
層を有する半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】GaN(窒化ガリウム)、GaAlN
(窒化ガリウム アルミニウム)、InGaN(窒化イ
ンジウム ガリウム)、InGaAlN(窒化インジウ
ム ガリウム アルミニウム)等の窒化ガリウム系化合
物半導体を用いた例えば青色発光ダイオード等の半導体
発光素子は公知である。この種の発光素子は、サファイ
アから成る絶縁性基板即ちサブストレートの上に窒化ガ
リウム系化合物半導体層を形成し、一対の電極を素子の
上面に配置した構造、又はシリコンカーバイドから成る
低抵抗性基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体層を形
成し、一対の電極を素子の上面と下面に配置した構造と
なっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の発光
素子は周知のように多数の素子の作り込まれたウエハを
ダイシング、スクライビング、へき開等によって切り出
して製作される。この時、サファイア等から成る基板は
硬度が高いため、このダイシングを良好に且つ生産性よ
く行うことが困難であった。また、サファイア等はそれ
自身高価であり、材料コストの面でも不利である。
【0004】そこで、本願出願人の一方は、サファイア
やシリコンカーバイドから成る基板の代わりに、シリコ
ンから成る低抵抗基板を使用した半導体発光素子を試作
した。硬度がサファイアのように高くないシリコン等に
よって基板を構成すれば、ダイシング工程などを良好に
且つ生産性よく行うことが可能であり、また一対の電極
を半導体基体の上面と下面に対向して配置すれば、電流
通路を半導体基体の厚み方向に形成することができ、電
流通路の抵抗値を下げて消費電力及び動作電圧の低減化
も期待された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ン等から成る基板は、窒化ガリウム系化合物半導体から
成る発光層から放出された波長365〜620nmの光
に対して吸収層として機能する。このため、サファイア
又はシリコンカーバイドから成る基板を用いた発光素子
に比べて発光層からの光を効率よく外部に放出し難いこ
とが分かった。即ち、サファイア又はシリコンカーバイ
ドから成る基板を用いた発光素子によれば、基板が発光
層から放出される光を吸収しないため、基板内を透過し
た光を基板下面で反射させることによって光を比較的良
好に素子外部に取り出すことができる。一方、シリコン
等から成る基板は発光層から放出された光を吸収してし
まうため、発光層から下側に導出された光についての損
失が大きく、発光効率(外部量子効率)を高めることが
困難であった。
【0006】そこで、シリコシ等から成る基板と発光層
との間に、DBR(DistributedBragg Reflectors)反射膜
を形成することが考えられる.DBR反射膜を形成すれ
ば、発光層から素子の下面側に放出きれた光の一部を反
射させて素子上面から取り出すことができ、発光効率を
増加することができる。ここで、DBR反射膜の反射効率
を増加するためには、反射膜を構成する低屈折率領域と
高屈折率領域の屈折率の差を大きくする必要がある。低
屈折率領域は例えはAlxGa1-xNによって形成することが
でき、そのAl混晶比を増加すれば屈折率が大きくなり、
高屈折率領域との屈折率差を大きくすることができる。
【0007】一方、このDBR反射膜は電流経路を構成す
る為、DBR反射膜を低抵抗化する必要がある。ところ
で、屈折率を低下させるために、AlxGa1-xNから形成さ
れる低屈折率領域のAl混晶比が大きい場合には、低屈折
率領域を低抵抗化するために導電性付与不純物(Si)
を多量にドープしなければならない。
【0008】しかし、低屈折率領域に多量の不純物をド
ープすると、低屈折率領域の結晶性が劣化してしまう。
反射膜の結晶性の劣化はその上面に形成される発光層の
結晶性の劣化を招来し、発光特性等を低下させる原因と
なる。
【0009】そこで、本発明の目的は、シリコン等から
成る低抵抗性半導体基板を使用して低コスト化されてい
るにも拘らず、外部量子効率即ち発光効率が高く、良好
な発光特性を有している発光素子を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための本発明は、不純物を含むシリコン
又はシリコン化合物から成り且つ低い抵抗率を有してい
る基板と、前記基板の一方の主面上に配置された反射層
と、発光機能を得るために前記反射層の上に配置された
複数の窒化ガリウム系化合物層を含んでいる半導体領域
と、前記半導体領域の表面上に配置された第1の電極
と、前記基板の他方の主面に配置された第2の電極とを
備えており、前記反射層は、屈折率が小さい低屈折率領
域と前記低屈折率領域よりも屈折率が大きい高屈折率領
域との複合体から成っており、前記低屈折率領域はドナ
−不純物又はアクセプタ不純物即ち導電形決定不純物が
高濃度にドーピングされた高濃度層とこの高濃度層より
も低い濃度にドナ−不純物又はアクセプタ不純物がドー
ピングされた低濃度層とを有していることを特徴とする
半導体発光素子に係わるものである。
【0011】なお、請求項2に示すように、前記低屈折
率領域の前記高濃度層及び前記低濃度層は、ドナ−不純
物又はアクセプタ不純物がドーピングされた 化学式 AlxGa1-xN ここで、xは0<x≦1を満足する数値、で示すことが
できる材料から成り、前記高屈折率領域は、GaN、又
は 化学式 AlyGa1-yN ここで、yはy<x及び0<y<1を満足する数値、で
示すことができる材料から成ることが望ましい。また、
請求項3に示すように、前記低屈折率領域の前記高濃度
層及び前記低濃度層は、ドードナ−不純物又はアクセプ
タ不純物がド−ピングピングされた、 化学式 AlxGa1-xN ここで、xは0<x≦0.8を満足する数値、で示すこと
ができる材料から成ることが望ましい。また、請求項4
に示すように、前記低屈折率領域は、複数の前記高濃度
層と単数又は複数の前記低濃度層とを有し、前記高濃度
層と前記低濃度層とが交互に配置されていることが望ま
しい。また、請求項5に示すように、前記反射層は、複
数の前記低屈折率領域と複数の前記高屈折率領域とから
成り、前記低屈折率領域と前記高屈折率領域とが交互に
配置されていることが望ましい。
【0012】
【発明の効果】本願各請求項の発明は次の効果を有す
る。 (1) 基板即ちサブストレートに半導体を使用してコ
ストの低減を図っているにも拘らず、反射層を形成した
ので、発光素子の発光効率を増大することができる。 (2) 消費電力及び動作抵抗を低減することができ
る。即ち、基板が電流通路を形成することができる低抵
抗性半導体基板であるので、電流通路を半導体基板の厚
み方向に形成することができ、更に、低屈折率領域にド
ナ−不純物又はアクセプタ不純物が高濃度にドープされ
た領域(デルタド−プ領域)が設けられているので、電
流通路の抵抗値を下げて消費電力及び動作電圧の低減化
を図ることができる。 (3)低屈折率領域がドナ−不純物又はアクセプタ不純
物が高濃度にドーピングされた高濃度層とこの高濃度層
よりも低濃度にドナ−不純物又はアクセプタ不純物がド
ーピングされた低濃度層とから成るので、低濃度層が結
晶性の劣化を防ぐ。従って、低屈折率領域の抵抗が平均
的に見て低いにもかかわらず低屈折率領域の結晶性が比
較的良好となる。この結果、反射層の上方に形成される
窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性、及び平坦性が良
好となり、優れた発光特性を有する半導体発光素子を提
供できる。 また、請求項2、3、4、5の発明によれば、より好ま
しい低屈折率領域を得ることができる。
【0013】
【実施形態】次に、図1〜図3を参照して本発明の実施
形態に係わる半導体発光素子としての窒化ガリウム系化
合物青色発光ダイオードを説明する。
【0014】図1に示す本発明の1実施形態に従う青色
発光ダイオードは、不純物を含むシリコンから成る低抵
抗性半導体基板即ちサブストレート(以下、低抵抗性基
板という)11、分布ブラッグ反射膜即ちDBR(Dist
ributed Bragg Reflectors)から成る反射層12、及び
発光機能を得るための半導体領域13を有している。発
光機能を有する半導体領域13は、主成分としてガリウ
ムと窒素とを含む化合物半導体層即ち窒化ガリウム系化
合物半導体層を複数有する。即ち、この発光用半導体領
域13は、n形GaN(窒化ガリウム)から成る第1の
半導体領域としてのn形半導体領域14、p形のInG
aN(窒化ガリウムインジウム)から成る発光層15、
及び第2の半導体領域としてのp形GaN(窒化ガリウ
ム)から成るp形半導体領域16、n形GaNから成る
電流制限領域17を順次に積層したものである。なお、
n形半導体領域14はn形クラッド層、p形半導体領域
16はp形クラッド層、発光層15は活性層の機能を有
する。また、反射層12には、光反射機能のみならず、
電流通路を形成する導電機能及びバッファ機能を有す
る。
【0015】p形半導体領域16及び電流制限領域17
の上に周知の光透過性導電膜18を介して第1の電極1
9即ちアノード電極が形成されている。なお、p形半導
体領域16の上面は平面形状四角形であって、電流制限
領域17はp形半導体領域16の中央に配置されてい
る。第1の電極19は光透過性導電膜18を介して電流
制限領域17に対向するように配置されている。
【0016】低抵抗性基板11の下面には、第2の電極
20即ちカソード電極が接続されている。なお、DBR
反射層12、n形半導体領域14、発光層15、及びp
形半導体領域16は低抵抗性基板11の上に順次にそれ
ぞれの結晶方位を揃えて成長させたものである。また、
p形半導体領域16の上面及び基板11の下面は平坦面
であり、互いに平行に配置されている。
【0017】低抵抗性基板11は、n形導電形不純物と
して例えばAs(砒素)が5×10 19cm−3〜5×
10 9cm−3程度の高濃度で導入され且つ(11
1)結晶面を有するn形のシリコン単結晶基板から成
り、その抵抗率は0.0001Ω・cm〜0.01Ω・
cm程度であって、実質的に導電体と呼ぶことができる
ものである。従って、この低抵抗性基板11は第2の電
極20と共に発光ダイオードのカソード電極として機能
する。なお、本実施形態では、反射層12及び主半導体
領域13の機械的支持体として機能するように低抵抗性
基板11の厚みが約350μmに設定されている。
【0018】低抵抗性基板11の平面形状四角形の一方
の主面全体を被覆するように形成された導電性を有する
DBR反射層12は、図2に示すように層又は膜から成
る低屈折率領域12aと層又は膜から成る高屈折率領域
12bとが交互に積層されたものである。図2では図示
の都合上低屈折率領域12aと高屈折率領域12bとの
一部のみ示されているが、実際のDBR反射層12は2
0箇の低屈折率領域12aと20箇の高屈折率領域12
bとを有し、これ等が交互に積層され、合計で40層に
形成されている。
【0019】低屈折率領域12aと高屈折率領域12b
の厚みは、発光層15から放出される光の波長等によっ
て決定される。本実施形態では波長450nm付近に発
光波長ピークを有するGaN系化合物半導体発光素子が
形成されているため、DBR反射層12は450nmの
波長の光に対して最大反射率(反射ピーク)を有するよ
うに形成されている。ここで、低屈折率領域12aと高
屈折率領域12bの厚みは、(λ/4)×(1/n)
(ただし、λは発光波長、nは屈折率)により求めるこ
とができる。本実施形態の低屈折率領域12aの実効屈
折率は2.45であり、その膜厚は約459オングスト
ロームである。高屈折率領域12bの実効屈折率は2.
6であり、その膜厚は約432オングストロームであ
る。従って、DBR反射層12の全体の厚みは約178
2オングストロームである。
【0020】図2の低屈折率領域12aのそれぞれは、
図3に示すように複数(3個)のシリコン低濃度層21
と複数(2個)のシリコン高濃度層22とを交互に積層
したものから成る。低濃度層21及び高濃度層22は、
導電形決定不純物としてのシリコンがドープされた 化学式 AlxGa1-xN ここで0<x≦1を満足する数値、で示すことができる
材料から成る。本実施例では、低濃度層21及び高濃度
層22として、上記化学式においてx=0.5にしたも
ものに相当するAl0.5Ga0. 5Nにシリコンをドープし
たものが使用されている。低濃度層21のシリコンドー
プ量は約2×1018cm-3であり、高濃度層22のシリコン
ドープ量は約2×1019cm-3である。低濃度層21よりも
シリコンが高濃度にドープされた高濃度層22は、低濃
度層21に比較して結晶性が良好に得られない。このた
め、高濃度層22の厚みは、低屈折率領域12aの厚み
の30%以下に設定することが望ましい.一方、高濃度層
22の厚みがあまり小さいと、低屈折率領域12aを低
抵抗化することが難しくなる。したがって、高濃度層2
2の厚みは、低屈折率領域12aの厚みの5%以上に設
定することが望ましい。本実施例では、低屈折率領域1
2aの結晶性が良好に得られ且つ十分に低抵抗化される
ように、高濃度層22の合計の厚みを低屈折率領域12
aの厚みの20%とした。したがって、各高濃度層22の
厚みは約46オングストロームであり、各低濃度層21の
厚みは約122オングストロームである。
【0021】高屈折率領域12bは、GaN、又は化学式 AlyGa1-yN ここで、yはy<x及び0<y<1を満足する数値、で
示すことができる材料から成る膜であり、導電性を付与
する不純物としてシリコンがドーピングされている。し
たがって、高屈折率領域12bは導電性を有する膜であ
る。なお、本実施例の高屈折率領域12bは上記式のy
=0に相当するものであり、シリコンがドーピングされ
たGaNからなる。高屈折率領域12bにおけるシリコン
分布はその厚み方向にほぼ均一である。高屈折率領域1
2bはAlを含まないか又は少しのみ含む膜であるので、
シリコンのドープ量を比較的小さくしてもその抵抗値を
下げることができる。このため、シリコンの高ドーブに
よる結晶性劣化の間題が生じない。本実施例では、高屈
折率領域12bのシリコンドープ量を約1×1019cm-3
した。
【0022】本実施例のDBR反射層12は、周知のM
OCVD(有機金属化学気相成長方法)によってシリコ
ンドープのAl0.5Ga0.5Nから成る低屈折率領域12
aとシリコンドープのGaNから成る高屈折率領域12
bとを順次連続して積層形成したものである。
【0023】次に、発光ダイオ−ドの製造方法を詳しく
説明する。まず、シリコン単結晶の低抵抗性基板11に
弗酸系のエッチング液によって周知の水素終端処理を施
す。次に、この基板11をMOCVD装置の反応室内に
配置し、1210℃、7分間真空中で加熱処理して表面
の酸化膜を除去する。
【0024】次に、反応室の温度を1100℃まで低下
させて安定化した後、反応室内に、TMA(トリメチル
アルミニウム)ガスを63μmol /min、TMG(トリ
メチルガリウム)ガスを63μmol /min、アンモンニ
アを0.14mol /min、及びシラン(SiH4 )を2
0nmol /min流して厚さ約122オングストロームの
シリコンドープAl0.5Ga0.5Nから成る導電性を有す
る低濃度層21を気相成長法で形成する。また、TMA
(トリメチルアルミニウム)ガスを63μmol /min、
TMG(トリメチルガリウム)ガスを63μmol /mi
n、及びシラン(SiH4 )を400nmol /min流して
厚さ約46オングストロームのシリコンドープAl0.5
Ga0.5Nから成る高濃度層22を気相成長法で形成す
る。上記の低濃度層21と高濃度層22を繰返して形成
して厚さ約459オングストロームの低屈折率領域12
aを得る。
【0025】次に、TMAガスの供給をストップしてT
MG(トリメチルガリウム)ガスを63μmol /min、
アンモンニアを0.14mol /min、及びシラン(Si
4 )を20nmol /min流して厚さ約432オングス
トロームのn形GaNから成る高屈折率領域12bを気
相成長法で形成する。低屈折率領域12aと高屈折率領
域12bとを交互に20回繰り返して形成し合計40層
のDBR反射層12を得る。
【0026】DBR反射層12の上にn形半導体領域1
4、発光層15、p形半導体領域16を周知のMOCV
D法によって順次連続して形成する。即ち、DBR反射
層12の形成後にまずMOCVD装置の反応室に配置さ
れた低抵抗性基板11の温度を1040℃とした後、T
MGガスの流量即ちGaの供給量を約4.3μmol /mi
n、NH3 ガスの流量即ちNH3 の供給量を約53.6
mmol/min、シランガスの流量即ちSiの供給量を約
1.5nmol /minとして、n形GaNを約2μmの厚
さに成長させてn形半導体領域14を得る。このn形半
導体領域14の不純物濃度は約3×1019cm-3であっ
て、低抵抗性基板11の不純物濃度より十分に低い。な
お、本実施例によればバッファ層としても機能するDB
R反射層12が介在することにより、比戟的高温でn形
半導体層14をDBR反射層12の上面に直接に形成する
ことが可能になる。
【0027】続いて、低抵抗性基板11の加熱温度を8
00℃とし、反応室内にTMGガス、アンモニアガスに
加えてトリメチルインジウムガス(TMInガス)とビ
スシクロペンタジェニルマグネシウムガス(以下、Cp
2 Mgガスという)を供給してn形半導体領域14の上
面にp形InGaNから成る発光層15を形成する。こ
こで、Cp2 Mgガスは形成膜中にp形導電形の不純物
としてのMgを導入するためのものである。本実施形態
では、TMGガスの流量を約1.1mmol /min、NH3
ガスの流量を約67mmol /min、TMInガスの流量
即ちInの供給量を約45μmol /min、Cp2 Mgガ
スの流量即ちMgの供給量を約12nmol/minとした。
また、発光層15の厚みは約20オングストローム、こ
の不純物濃度は約3×1017cm-3である。
【0028】続いて、低抵抗性基板11の加熱温度を1
040℃とし、反応室内にTMGガス、アンモニアガス
及びCp2 Mgガスを供給して発光層15の上面にp形
GaNから成るp形半導体領域16を形成する。本実施
形態では、この時のTMGガスの流量を約4.3μmol
/min、アンモニアガスの流量を約53.6mmol /mi
n、Cp2 Mgガスの流量を約0.12μmol /minとし
た。なお、p形半導体領域16の厚みは約0.5μm、
この不純物濃度は約3×1018cm-3である。
【0029】続いて、原子状水素がp形GaN中に存在
できない溶解安定化温度以上である1050℃の状態
で、TMGを63μmol/minとシラン(SiH4)を
21nmol/minを流してp形GaNから成るp形半
導体領域16上にn形GaNを25nm成長させる。こ
のn形GaNは図1に示すn形GaNから成る電流制限
層17を得るためのものであって、p形GaNから成る
p形半導体領域16への水素の溶解を防止する。
【0030】次に、このウエハを反応炉から取り出した
後、フォトリソグラィ−と酸化を利用したガスエッチン
グを使用して、最上層のn形GaN層の一部を除去し
て、後に形成する第1の電極19と概ね同じ平面形状を
有するn形GaN電流制限層17を図1に示すようにp
形半導体領域16の中央部に残存させる。ウエハを反応
炉から取り出した時にウエハは原子状水素の溶解安定化
温度以下に曝されるが、最上層のn形GaN層の存在に
よって原子状水素がp形半導体領域16のp形GaNに
溶け込むことが防止できる。この結果、原子状水素がp
形GaN系化合物中に安定して存在することが防止さ
れ、p形不純物元素(アクセプタ元素)の活性化率が向上
し、抵抗(比抵抗)の低いp形GaN系化合物半導体か
ら成るp形半導体領域16が得られる。
【0031】次に、残存するn形GaNから成る電流制
限層17とその周囲に露出するp形半導体領域16の上
面に光透過性導電膜18を形成し、更にn形GaN電流
制限層17の上面に光透過性導電膜18を介して第1の
電極19を形成する。第1の電極19の下側に配置され
たn形GaN電流制限層17は第1の電極の下部に電流
が流れることを防止する電流ブロック層として機能す
る。なお、光透過性導電膜18は、例えばニッケルと金
とで形成し、第1の電極19は金で形成する。第2の電
極20は、例えばチタンとニッケルを周知の真空蒸着法
等によって低抵抗性基板11の下面に形成し、低抵抗性
基板11の下面全体に低抵抗接触させたものである。
【0032】図1の青色発光ダイオードを外部装置に取
付ける時には、例えば第2の電極20を回路基板等の外
部電極に対して半田又は導電性接着剤で固着し、第1の
電極19を周知のワイヤボンディング方法等によって外
部電極に対してワイヤで電気的に接続する。
【0033】本実施形態の青色発光ダイオードは次の効
果を有する。 (1) サファイアやシリコンカーバイドに比べて著し
く低コストであり加工性も良いシリコンから成る半導体
基板11を使用することができるので、材料コスト及び
生産コストの削減が可能である。このため、従来では他
の発光素子に比べて高価であったGaN系発光ダイオー
ドのコスト削減が可能となる。 (2) 光吸収性を有するシリコンから成る低抵抗性基
板11の上に、異なる実効屈折率を有する低屈折率領域
12aと高屈折率領域12bとを一組とする分布ブラッ
グ反射膜(DBR膜)の複数から成るDBR反射層12
が形成されている。従って、発光層15から基板11の
側に放出された光は、DBR反射層12によって基板1
1の上面方向に反射される。この結果、発光素子の外部
量子効率即ち発光効率を増大することができる。 (3) Al0.5Ga0.5Nからなる低屈折率領域12a
にシリコンが高濃度にドープされた高濃度層21が形成
されているため、低屈折率領域12a全体の平均抵抗値
即ち実効的な抵抗値が小さくなっている。このため、D
BR反射層12を介して半導体基体の縦方向に流れる電
流通路の抵抗を十分に小さくすることができ、消費電力
及び動作電圧の小さな発光素子を実現できる。 (4) Al0.5Ga0.5Nからなる低屈折率領域12a
にシリコンが低濃度にドープされた低濃度層22が形成
されているため、低抵抗化したにもかかわらず低屈折率
領域12aの結晶性が比較的良好となる。したがってD
BR反射層12の上方に形成される窒化ガリウム系化合
物半導体層の結晶性及び平坦性が良好となり、優れた発
光特性を有する半導体発光素子を実現できる。 (5) 反射層12は、AlxGa1-xNから成る低屈折
率領域12aとGaN又はAlyGa1-yNから成る高屈
折率領域12bとの複合層であるので、バッファ層とし
て有効に機能する。即ち、反射層12の線膨張係数はシ
リコン又はこの化合物から成る基板11の線膨張係数と
GaN系化合物から成る半導体領域13の線膨張係数との
中間の値を有し、基板11と半導体領域13との熱膨張
係数の差に起因する歪の発生を防止する。これにより、
発光特性が向上する。
【0034】
【変形例】本発明は上述の実施形態に限定されるもので
なく、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 低屈折率領域12aのAl混晶比を0.5以外に設
定しても良い。ただし、低屈折率領域12aと高屈折率
領域12bとの間に屈折率差を持たせて十分な反射効率
を得るためには、Alの混晶比xを0.2以上に設定するこ
とが望ましい。一方、Alの混晶比xが0.8を超えると低
屈折率領域12aのドーピング効率が低下するので、Al
の混晶比xは0・8以下に設定することが望ましい。 (2) 低濃度層21の不純物濃度は、低屈折率領域1
2aの結晶性を良好にするために、約5×1018cm-3以下
にするのがよい。高濃度層22の不純物濃度は、低屈折
率領域12aの抵抗値を低減する為に、1×1019cm-3
上にするのが良い。 (3) 低屈折率領域12aに形成する高濃度層22の
数は増減することができる。例えば、図4に示すように
1つの低屈折率領域12aに単一の高濃度層22を形成
しても良い。また、3個以上の高濃度層22を形成して
も良い。なお、高濃度層22を複数形成して、隣り合う
低濃度層21の厚みを量子力学的なトンネル効果が発生
する程度に薄く形成すれば、低濃度層21の不純物濃度
を実質的に絶縁物とみなせるように十分に小さくしても
低屈折率領域12aの低抵抗化が達成される。この結
果、更なる結晶性の向上が期待される。 (4) 高屈折率領域12bをA1yGa1-yN(但し、yはy
<x及び0<y<1を満足する数値である。)で形成して
も良い。この場合、高屈折率領域12bにもSi低濃度
層とSi高濃度層を形成すると良い。 (5) 図2の高屈折率領域12bを組成の異なる複数
の層で形成することができる。 (6) 上述の実施形態では低屈折率領域12aが20
層、高屈折率領域12bが20層、合計40層のDBR
反射層12を示したが、低屈折率層12aと高屈折率層
12bとをそれ以上のペアー、又はそれ以下のペアーで
交互に積層しても良い。但し、良好な反射機能と平坦性
の良い窒化ガリウム系化合物半導体を形成するためのバ
ッファ機能を良好に得るために3ペアー以上、望ましく
は5ペアー以上設けることが良い。また多数に積層して
もDBR反射層12の反射効率が飽和するので、生産性
などの観点から150ペアー以下とすることが望まし
い。 (7) 基板11を単結晶シリコン以外の導電性を有す
る多結晶シリコン、シリコン化合物で構成しても良い。 (8) 基板11、反射層12及び半導体領域13の各半
導体の導電形を上述の実施形態と反対の導電形にするこ
ともできる。 (9) 光透過性導電膜18とp型半導体領域16との
間にp+形半導体領域等を介在させることができる。 (11) 図5に示すように電流制限用GaN層17及
び光透過性導電膜18を省いて第1の電極19aをp形
半導体領域16の一部に接続することができる。 (12) 実施形態では、低屈折率領域12aの高濃度
層22と低濃度層21にドナ−不純物としてSiをド−
ピングした半導体発光素子を示したが、シリコンの代り
にSe(セレン)、Te(テルル)、S(硫黄)、O
(酸素)などのドナー不純物をド−ピングしても良い。
但し、Se、Te、S、O等はSiに比べて、伝導帯か
ら深いエネルギ−準位にドナ−レベルが形成されるた
め、ドナ−化率があまり良くない。このため、Siと同
様のキャリア密度を得ようとすると、ドナ−不純物を高
濃度にド−ピングする必要があり、結晶性の劣化を招く
恐れがある。また、Siに比べて拡散定数が大きいた
め、ド−ピングすべき層以外にも不純物が拡散し、急峻
なド−ピングプロファイルを作り込むのが難しい。従っ
て、実施形態のように、ドナ−不純物としては、Siを
使用することが最も望ましい。 (13) 実施形態では、低屈折率領域12aの高濃度
層22と低濃度層21にドナ−不純物としてのシリコン
をド−ピングした半導体発光素子を示したが、低屈折率
領域12aの高濃度層22と低濃度層21にドナ−不純
物(シリコン)の代りにアクセプタ不純物をド−ピングし
た半導体発光素子としても良い。このアクセプタ不純物
として、Mg(マグネシウム)、Be(ベリリウム)、
Zn(亜鉛)、Cd(カドミウム)、C(炭素)などが
使用できる。ただし、Be、Zn、Cd、C等はMgに
比べて、価電子帯から深いレベルにアクセプタレベルが
形成されるため、アクセプタ化率があまり良くない。こ
のため、Mgと同様のキャリア密度を得ようとすると、
アクセプタ不純物を高濃度にド−ピングする必要があ
り、結晶性の劣化を招く恐れがある。従って、アクセプ
タ不純物としては、Mgを使用することが最も望まし
い。 (14) 本発明は、垂直共振器型面発光レ−ザ等にも
適用できる。垂直共振器型面発光レ−ザは、例えば特開
平8−213693号公報に示されているように、発光
層、第1導電形のクラッド層及び第2導電形のクラッド
層を第1導電形のDBR反射膜と第2導電形のDBR反
射膜で挟んだ構造を有する。本発明に基づいて、第1導
電形のDBR反射膜と第2導電形のDBR反射膜の少な
くとも一方のDBR反射膜の低屈折領域に、ドナ−不純
物又はアクセプタ不純物が高濃度にド−ピングされた高
濃度層とドナ−不純物又はアクセプタ不純物が低濃度に
ド−ピングされた低濃度層を形成することにより、低濃
度層の結晶性の劣化を防いで消費電力及び動作電圧の低
減化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の発光ダイオードを示す中央
縦断面図である。
【図2】図1の発光ダイオードの反射層を詳しく示す断
面図である。
【図3】図2の低屈折率領域の1つを詳しく示す断面図
である。
【図4】変形例の低屈折率領域を示す断面図である。
【図5】変形例の発光素子の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
11 シリコン単結晶から成る低抵抗性基板 12 DBR反射層 12a 低屈折率領域 12b 高屈折率領域 14 n形半導体領域 15 発光層 16 p形半導体領域 21 低濃度層 22 高濃度層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杢 哲次 埼玉県新座市北野三丁目6番3号 サンケ ン電気株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA03 CA33 CA40 CA58 CB15

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物を含むシリコン又はシリコン化合
    物から成り且つ低い抵抗率を有している基板と、 前記基板の一方の主面上に配置された反射層と、 発光機能を得るために前記反射層の上に配置された複数
    の窒化ガリウム系化合物層を含んでいる半導体領域と、 前記半導体領域の表面上に配置された第1の電極と、 前記基板の他方の主面に配置された第2の電極とを備え
    ており、前記反射層は、屈折率が小さい低屈折率領域と
    前記低屈折率領域よりも屈折率が大きい高屈折率領域と
    の複合体から成っており、前記低屈折率領域はドナ−不
    純物又はアクセプタ不純物が高濃度にドーピングされた
    高濃度層とこの高濃度層よりも低い濃度にドナ−不純物
    又はアクセプタ不純物がドーピングされた低濃度層とを
    有していることを特徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項2】 前記低屈折率領域の前記高濃度層及び前
    記低濃度層は、ドナ−不純物又はアクセプタ不純物がド
    ーピングされた 化学式 AlxGa1-xN ここで、xは0<x≦1を満足する数値、で示すことが
    できる材料から成り、前記高屈折率領域は、GaN、又
    は 化学式 AlyGa1-yN ここで、yはy<x及び0<y<1を満足する数値、で
    示すことができる材料から成ることを特徴とする請求項
    1記載の半導体発光素子。
  3. 【請求項3】 前記低屈折率領域の前記高濃度層及び前
    記低濃度層は、ドナ−不純物又はアクセプタ不純物がド
    ーピングされた、 化学式 AlxGa1-xN ここで、xは0<x≦0.8を満足する数値、で示すこと
    ができる材料から成ることを特徴とする請求項2記載の
    半導体発光素子。
  4. 【請求項4】 前記低屈折率領域は、複数の前記高濃度
    層と単数又は複数の前記低濃度層とを有し、前記高濃度
    層と前記低濃度層とが交互に配置されていることを特徴
    とする請求項1又は2又は3記載の半導体発光素子。
  5. 【請求項5】 前記反射層は、複数の前記低屈折率領域
    と複数の前記高屈折率領域とから成り、前記低屈折率領
    域と前記高屈折率領域とが交互に配置されていることを
    特徴とする請求項1又は2又は3又は4記載の半導体発
    光素子。
JP2001339814A 2001-11-05 2001-11-05 半導体発光素子 Expired - Fee Related JP3991193B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001339814A JP3991193B2 (ja) 2001-11-05 2001-11-05 半導体発光素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001339814A JP3991193B2 (ja) 2001-11-05 2001-11-05 半導体発光素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003142730A true JP2003142730A (ja) 2003-05-16
JP3991193B2 JP3991193B2 (ja) 2007-10-17

Family

ID=19154106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001339814A Expired - Fee Related JP3991193B2 (ja) 2001-11-05 2001-11-05 半導体発光素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3991193B2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007052840A1 (en) * 2005-11-07 2007-05-10 Showa Denko K.K. Semiconductor light-emitting diode
JP2007149713A (ja) * 2005-11-07 2007-06-14 Showa Denko Kk 半導体発光ダイオード
WO2007111255A1 (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Showa Denko K.K. Iii族窒化物半導体発光素子、iii族窒化物半導体発光素子の製造方法及びランプ
JP2008182110A (ja) * 2007-01-25 2008-08-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化物半導体発光装置
KR101055003B1 (ko) 2010-03-09 2011-08-05 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007052840A1 (en) * 2005-11-07 2007-05-10 Showa Denko K.K. Semiconductor light-emitting diode
JP2007149713A (ja) * 2005-11-07 2007-06-14 Showa Denko Kk 半導体発光ダイオード
KR100992499B1 (ko) 2005-11-07 2010-11-08 쇼와 덴코 가부시키가이샤 반도체 발광 다이오드
US8299451B2 (en) 2005-11-07 2012-10-30 Showa Denko K.K. Semiconductor light-emitting diode
WO2007111255A1 (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Showa Denko K.K. Iii族窒化物半導体発光素子、iii族窒化物半導体発光素子の製造方法及びランプ
JP2007258529A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Showa Denko Kk Iii族窒化物半導体発光素子、iii族窒化物半導体発光素子の製造方法及びランプ
KR101020905B1 (ko) * 2006-03-24 2011-03-09 쇼와 덴코 가부시키가이샤 Ⅲ족 질화물 반도체 발광 소자, ⅲ족 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법 및 램프
US8049227B2 (en) 2006-03-24 2011-11-01 Showa Denko K.K. Group III nitride semiconductor light emitting device, method for producing the same, and lamp thereof
JP2008182110A (ja) * 2007-01-25 2008-08-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化物半導体発光装置
US7518153B2 (en) 2007-01-25 2009-04-14 Panasonic Corporation Nitride semiconductor light emitting device
KR101055003B1 (ko) 2010-03-09 2011-08-05 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법
US8735921B2 (en) 2010-03-09 2014-05-27 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, light emitting device package, and lighting system

Also Published As

Publication number Publication date
JP3991193B2 (ja) 2007-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7173277B2 (en) Semiconductor light emitting device and method for fabricating the same
JP4954536B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
US7244957B2 (en) Group III nitride compound semiconductor light-emitting device and method for producing the same
JPWO2006038665A1 (ja) 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
US7485902B2 (en) Nitride-based semiconductor light-emitting device
JPWO2008153130A1 (ja) 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体の製造方法
JP2006332205A (ja) 窒化物半導体発光素子
JP2008226906A (ja) 窒化物半導体発光素子
JP2008130877A (ja) 窒化物半導体発光素子の製造方法
US20070202621A1 (en) Method of manufacturing nitride semiconductor light emitting device
JP2010021576A (ja) 半導体装置の製造方法
TWI714146B (zh) 具有光提取強化之利用內部色彩轉換之發光二極體
US8211726B2 (en) Method of manufacturing nitride semiconductor light emitting device
JP5579435B2 (ja) 窒化物系半導体装置およびその製造方法
JP2003168822A (ja) 発光素子及びその製造方法
JP4058590B2 (ja) 半導体発光素子
JP2006040998A (ja) 半導体発光素子、半導体発光素子用エピタキシャルウェハ
JP2004104088A (ja) 窒化物半導体素子
JP3991193B2 (ja) 半導体発光素子
JP3981797B2 (ja) 半導体発光素子
JP2003188414A (ja) 半導体発光素子の製造方法
KR101124470B1 (ko) 반도체 발광소자
JP2012089801A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法、および実装基板
JP5306873B2 (ja) 窒化物半導体発光ダイオードおよびその製造方法
JP2005294813A (ja) pn接合型III族窒化物半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040908

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070309

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070411

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070608

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070627

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070710

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100803

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110803

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110803

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120803

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120803

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130803

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees