JP2003163373A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子Info
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- JP2003163373A JP2003163373A JP2001360159A JP2001360159A JP2003163373A JP 2003163373 A JP2003163373 A JP 2003163373A JP 2001360159 A JP2001360159 A JP 2001360159A JP 2001360159 A JP2001360159 A JP 2001360159A JP 2003163373 A JP2003163373 A JP 2003163373A
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- iii nitride
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短い波長（例えば波長：ほぼ５３０ｎｍ）を
高い出力で放出可能なフリップチップタイプの共振型面
発光素子を提供する。 【解決手段】 透光性の基板の上にｎ型層、発光層を含
む層及びｐ型層を備え、ｎ型層と基板との間に半導体多
重層からなる第１の反射層を備え、ｐ型層の上に第２の
反射層を備え、発光層からの光を基板側から外部へ放出
させる。
高い出力で放出可能なフリップチップタイプの共振型面
発光素子を提供する。 【解決手段】 透光性の基板の上にｎ型層、発光層を含
む層及びｐ型層を備え、ｎ型層と基板との間に半導体多
重層からなる第１の反射層を備え、ｐ型層の上に第２の
反射層を備え、発光層からの光を基板側から外部へ放出
させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はIII族窒化物系化合物
半導体発光素子に関し、更に詳しくは共振型面発光の発
光素子に関する。
半導体発光素子に関し、更に詳しくは共振型面発光の発
光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】共振型面発光の発光素子として、例えば
特開平１１−５４８４６号公報に記載の素子では、発光
層からの光を一対の反射層で共振させｐ型層側（基板と
反対側）から放出させている。この発光素子はガリウム
砒素系であるのでｐ型層に充分な導電性を確保できる。
他方、光通信技術の進展から、ガリウム砒素系の発光素
子では実現できない短波長の光（好ましくは５３０ｎｍ
程度の波長を有する光）を放出する共振型面発光素子が
求められている。かかる短波長の光を安定して放出でき
る半導体発光素子としてはIII族窒化物系化合物半導体
からなる発光素子が最も有力である。
特開平１１−５４８４６号公報に記載の素子では、発光
層からの光を一対の反射層で共振させｐ型層側（基板と
反対側）から放出させている。この発光素子はガリウム
砒素系であるのでｐ型層に充分な導電性を確保できる。
他方、光通信技術の進展から、ガリウム砒素系の発光素
子では実現できない短波長の光（好ましくは５３０ｎｍ
程度の波長を有する光）を放出する共振型面発光素子が
求められている。かかる短波長の光を安定して放出でき
る半導体発光素子としてはIII族窒化物系化合物半導体
からなる発光素子が最も有力である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、III族窒化
物系化合物半導体とくにＧａＮ系の半導体ではｐ型層に
高い導電性を得ることは現在困難である。そこでｐ型層
の全面に透光性電極を貼設してｐ型層の全面へ均一に電
流を供給し、もって発光層の均一発光を図っている。そ
の結果、ｐ型層側へ光を放出する際に当該透光性電極に
よる光の吸収が生じて、発光素子の発光効率を低下させ
てしまう。なお、本発明に関連する先行技術として、特
開２００１−７４４４号公報及び特開平１１−２２０１
７１号公報等を参照されたい。
物系化合物半導体とくにＧａＮ系の半導体ではｐ型層に
高い導電性を得ることは現在困難である。そこでｐ型層
の全面に透光性電極を貼設してｐ型層の全面へ均一に電
流を供給し、もって発光層の均一発光を図っている。そ
の結果、ｐ型層側へ光を放出する際に当該透光性電極に
よる光の吸収が生じて、発光素子の発光効率を低下させ
てしまう。なお、本発明に関連する先行技術として、特
開２００１−７４４４号公報及び特開平１１−２２０１
７１号公報等を参照されたい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決すべくなされ、短い波長（例えば波長：ほぼ５３０ｎ
ｍ）を高い出力で放出可能なフリップチップタイプの共
振型面発光素子を提供することを目的とする。この波長
はプラスチックオプティカルファイバー（ＰＯＦ）の光
損失が少ない波長領域で決まる。現在のＰＯＦでは５３
０ｎｍが有利である。即ち、透光性の基板の上にｎ型
層、発光層を含む層及びｐ型層を備え、前記ｎ型層と前
記基板との間に半導体多重層からなる第１の反射層を備
え、前記ｐ型層の上に第２の反射層を備えてなり、前記
発光層からの光は前記基板を通して外部へ放出される、
ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素
子。
決すべくなされ、短い波長（例えば波長：ほぼ５３０ｎ
ｍ）を高い出力で放出可能なフリップチップタイプの共
振型面発光素子を提供することを目的とする。この波長
はプラスチックオプティカルファイバー（ＰＯＦ）の光
損失が少ない波長領域で決まる。現在のＰＯＦでは５３
０ｎｍが有利である。即ち、透光性の基板の上にｎ型
層、発光層を含む層及びｐ型層を備え、前記ｎ型層と前
記基板との間に半導体多重層からなる第１の反射層を備
え、前記ｐ型層の上に第２の反射層を備えてなり、前記
発光層からの光は前記基板を通して外部へ放出される、
ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素
子。
【０００５】このように構成された発光素子はいわゆる
フリップチップタイプとして使用され、その光は基板側
から外部へ放出される。したがって、ｐ型層側に配置さ
れるｐ型電極の構造如何が発光素子における外部量子効
率に何ら影響しなくなって透光性電極により光の吸収が
なくなるので、III族窒化物系化合物半導体を用いて短
波長の光を放出可能な高出力発光素子を提供できること
となる。また、光を基板側から放出することに伴い、p
型層側のｐ型電極及び第２の反射層には充分な設計自由
度が与えらる。よって、安価な発光素子の提供も可能に
なる。
フリップチップタイプとして使用され、その光は基板側
から外部へ放出される。したがって、ｐ型層側に配置さ
れるｐ型電極の構造如何が発光素子における外部量子効
率に何ら影響しなくなって透光性電極により光の吸収が
なくなるので、III族窒化物系化合物半導体を用いて短
波長の光を放出可能な高出力発光素子を提供できること
となる。また、光を基板側から放出することに伴い、p
型層側のｐ型電極及び第２の反射層には充分な設計自由
度が与えらる。よって、安価な発光素子の提供も可能に
なる。
【０００６】以下、本発明を構成する各要素について説
明する。 （基板）本発明の共振型面発光素子は基板側から光が放
出されるので、基板は発光層から放出される光を透過さ
せるものとする。また、基板は、その上にIII族窒化物
系化合物半導体層を成長させることができるものとす
る。このような基板の例として、サファイア、スピネ
ル、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、酸化マ
グネシウム、酸化マンガン、ＹＳＺ（安定化ジルコニア
イットリア）等からなる基板を用いることができる。特
に、サファイア基板を用いることが好ましい。結晶性の
よいIII族窒化物系化合物半導体層を成長させるためで
ある。
明する。 （基板）本発明の共振型面発光素子は基板側から光が放
出されるので、基板は発光層から放出される光を透過さ
せるものとする。また、基板は、その上にIII族窒化物
系化合物半導体層を成長させることができるものとす
る。このような基板の例として、サファイア、スピネ
ル、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、酸化マ
グネシウム、酸化マンガン、ＹＳＺ（安定化ジルコニア
イットリア）等からなる基板を用いることができる。特
に、サファイア基板を用いることが好ましい。結晶性の
よいIII族窒化物系化合物半導体層を成長させるためで
ある。
【０００７】（III族窒化物系化合物半導体層）基板の
上にはIII族窒化物系化合物半導体層が積層され、第１
の反射層、ｎ型層、発光層を含む層及びｐ型層が形成さ
れる。ここで、III族窒化物系化合物半導体とは、一般
式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１ −Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、
０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｎ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、
ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上にお
いて０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族
元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔ
ｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくと
も一部も リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓ
ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III族窒化物
系化合物半導体層は任意のドーパントを含むものであっ
ても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることがで
きる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物
系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉
による加熱にさらすことも可能であるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体層の形成方法は特に限定さ
れないが、周知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相
成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティ
ング法、電子シャワー法等によって形成することができ
る。なお、発光素子の構成としては、ホモ構造、ヘテロ
構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることがで
きる。さらに、量子井戸構造（単一量子井戸構造若しく
は多重量子井戸構造）を採用することもできる。基板と
III族窒化物系化合物半導体からなる結晶層の間にはバ
ッファ層を設けることができる。バッファ層はその上に
成長されるIII族窒化物系化合物半導体の結晶性を向上
する目的で設けられる。バッファ層はＡｌＮ、ＩｎＮ、
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の
III族窒化物系化合物半導体で形成することができる。
その他、金属窒化物、酸化物も利用できる。
上にはIII族窒化物系化合物半導体層が積層され、第１
の反射層、ｎ型層、発光層を含む層及びｐ型層が形成さ
れる。ここで、III族窒化物系化合物半導体とは、一般
式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１ −Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、
０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｎ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、
ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上にお
いて０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族
元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔ
ｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくと
も一部も リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓ
ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III族窒化物
系化合物半導体層は任意のドーパントを含むものであっ
ても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることがで
きる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物
系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉
による加熱にさらすことも可能であるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体層の形成方法は特に限定さ
れないが、周知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相
成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティ
ング法、電子シャワー法等によって形成することができ
る。なお、発光素子の構成としては、ホモ構造、ヘテロ
構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることがで
きる。さらに、量子井戸構造（単一量子井戸構造若しく
は多重量子井戸構造）を採用することもできる。基板と
III族窒化物系化合物半導体からなる結晶層の間にはバ
ッファ層を設けることができる。バッファ層はその上に
成長されるIII族窒化物系化合物半導体の結晶性を向上
する目的で設けられる。バッファ層はＡｌＮ、ＩｎＮ、
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の
III族窒化物系化合物半導体で形成することができる。
その他、金属窒化物、酸化物も利用できる。
【０００８】（第１の反射層）第１の反射層は互いに組
成（屈折率）の異なる２種類のIII族窒化物系化合物半
導体層を積層してなり、各層の膜厚はλ／４ｎ（λ：光
の波長、ｎ：屈折率）の関係を有するいわゆるブラグ反
射層を構成する。２種類のIII族窒化物系化合物半導体
層の組合せとしてはＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／Ａｌ
Ｎが好ましい。２層間の屈折率差をなるべく広くとるこ
とができるからである。２種類の半導体層の繰返し数は
特に限定されるものではないが、５〜１５とすることが
好ましい。更に好ましくは７〜１０である。この第１の
反射層は基板側に形成されるので、共振された光が透過
できるようにその反射率は第２の反射層より小さく、ほ
ぼ８０％とすることが好ましい。
成（屈折率）の異なる２種類のIII族窒化物系化合物半
導体層を積層してなり、各層の膜厚はλ／４ｎ（λ：光
の波長、ｎ：屈折率）の関係を有するいわゆるブラグ反
射層を構成する。２種類のIII族窒化物系化合物半導体
層の組合せとしてはＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／Ａｌ
Ｎが好ましい。２層間の屈折率差をなるべく広くとるこ
とができるからである。２種類の半導体層の繰返し数は
特に限定されるものではないが、５〜１５とすることが
好ましい。更に好ましくは７〜１０である。この第１の
反射層は基板側に形成されるので、共振された光が透過
できるようにその反射率は第２の反射層より小さく、ほ
ぼ８０％とすることが好ましい。
【０００９】（第２の反射層）第２の反射層はｐ型層の
上側に形成される。第２の反射層が導電性を有しかつｐ
型層に対してオーミックコンタクトを得られる材料から
なるときは、ｐ型層の表面に直接貼設される。そして、
図１に示すようにｐ型電極がその側面に電気的に接合さ
れる。第２の反射層とｐ型電極とでｐ型層表面の大部分
を被覆するようにすることが好ましい。図２に示すよう
にｐ型電極を第２の反射層の上に形成することもでき
る。この場合、第２の反射層でｐ型層表面の大部分を被
覆することが好ましい。導電性を有しかつIII族窒化物
系化合物半導体からなるｐ型層に対してオーミックコン
タクトが得られ、更には反射層として発光層からの光を
反射させることができる材料として、ＴｉＮ、ＺｒＮ、
ＨｆＮ、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔの１種又は２種
以上を挙げることができる。第２の反射層として異なる
組成の層を複数積層したものを用いることもできる。
上側に形成される。第２の反射層が導電性を有しかつｐ
型層に対してオーミックコンタクトを得られる材料から
なるときは、ｐ型層の表面に直接貼設される。そして、
図１に示すようにｐ型電極がその側面に電気的に接合さ
れる。第２の反射層とｐ型電極とでｐ型層表面の大部分
を被覆するようにすることが好ましい。図２に示すよう
にｐ型電極を第２の反射層の上に形成することもでき
る。この場合、第２の反射層でｐ型層表面の大部分を被
覆することが好ましい。導電性を有しかつIII族窒化物
系化合物半導体からなるｐ型層に対してオーミックコン
タクトが得られ、更には反射層として発光層からの光を
反射させることができる材料として、ＴｉＮ、ＺｒＮ、
ＨｆＮ、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔの１種又は２種
以上を挙げることができる。第２の反射層として異なる
組成の層を複数積層したものを用いることもできる。
【００１０】第２の反射層を誘電体の多層膜で形成する
こともできる。この場合、第２の反射層は互いに組成
（屈折率）の異なる２種類の誘電体を積層してなり、各
層の膜厚はλ／４ｎ（λ：光の波長、ｎ：屈折率）の関
係を有するいわゆるブラグ反射層を構成する。２種類の
誘電体の組合せとしてはＴｉＯ２／ＳｉＯ２が好まし
い。膜形成が比較的容易であり、又、膜が安定してお
り、さらに屈折率差が大きいからである。２種類の誘電
体層の繰返し数は特に限定されるものではないが、３〜
１０とすることが好ましい。更に好ましくは５〜７であ
る。この第２の反射層は共振する光のほぼ１００％を反
射させることが好ましい。誘電体からなる第２の反射層
を用いた場合、ｐ型層に対する電流密度ができる限り均
一になるようにｐ型電極はｐ型層の表面を広く被うよう
に形成される。その結果、ｐ型電極は第２の反射層に接
して配設されることが好ましい。第２の反射層を、図４
に示す通り、透光性電極の上に形成することもできる。
こともできる。この場合、第２の反射層は互いに組成
（屈折率）の異なる２種類の誘電体を積層してなり、各
層の膜厚はλ／４ｎ（λ：光の波長、ｎ：屈折率）の関
係を有するいわゆるブラグ反射層を構成する。２種類の
誘電体の組合せとしてはＴｉＯ２／ＳｉＯ２が好まし
い。膜形成が比較的容易であり、又、膜が安定してお
り、さらに屈折率差が大きいからである。２種類の誘電
体層の繰返し数は特に限定されるものではないが、３〜
１０とすることが好ましい。更に好ましくは５〜７であ
る。この第２の反射層は共振する光のほぼ１００％を反
射させることが好ましい。誘電体からなる第２の反射層
を用いた場合、ｐ型層に対する電流密度ができる限り均
一になるようにｐ型電極はｐ型層の表面を広く被うよう
に形成される。その結果、ｐ型電極は第２の反射層に接
して配設されることが好ましい。第２の反射層を、図４
に示す通り、透光性電極の上に形成することもできる。
【００１１】（ｐ型電極）ｐ型電極材料としては、Ｒ
ｈ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍ
ｇ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｒｅなどの金属ま
たはこれらの任意の２種類以上の合金を用いることがで
きる。中でもＡｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕは、III族窒化物
系化合物半導体発光素子の発光波長に対して高い反射効
率を有し、かつｐ型III族窒化物系化合物半導体層に対
するコンタクト抵抗が低いため、好適なｐ側電極材料と
して用いることができる。ｐ型電極を、異なる組成の層
が積層された二層又は多層構造とすることもできる。
ｈ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍ
ｇ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｒｅなどの金属ま
たはこれらの任意の２種類以上の合金を用いることがで
きる。中でもＡｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕは、III族窒化物
系化合物半導体発光素子の発光波長に対して高い反射効
率を有し、かつｐ型III族窒化物系化合物半導体層に対
するコンタクト抵抗が低いため、好適なｐ側電極材料と
して用いることができる。ｐ型電極を、異なる組成の層
が積層された二層又は多層構造とすることもできる。
【００１２】（ｎ型電極）サファイアなどの絶縁性の基
板を用いたときには、基板に電極を接続できないので、
エッチングによりｎ型層を表出させそこにｎ型電極を形
成することとなる。 ｎ型電極材料としては、Ａｌ、
Ｖ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、
Ｈｆなどの金属またはこれらの任意の２種類以上の合金
を用いることができる。ｎ側電極を、異なる組成の層が
積層された二層又は多層構造とすることもできる。例え
ば、ＶとＡｌの２層構造とすることができる。
板を用いたときには、基板に電極を接続できないので、
エッチングによりｎ型層を表出させそこにｎ型電極を形
成することとなる。 ｎ型電極材料としては、Ａｌ、
Ｖ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、
Ｈｆなどの金属またはこれらの任意の２種類以上の合金
を用いることができる。ｎ側電極を、異なる組成の層が
積層された二層又は多層構造とすることもできる。例え
ば、ＶとＡｌの２層構造とすることができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を用いて、本発明の構
成をより詳細に説明する。図１は、本発明の一の実施例
であるフリップチップタイプの発光素子１の構成を模式
的に示した図である。発光素子１の各層のスペックは次
の通りである。 層 ： 組成 第２の反射層１７ ： Ｒｈ（ロジウム） ｐ型層１５ ： ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ 発光する層を含む層１４ ： ＩｎＧａＮ層を含む ｎ型層１３ ： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ 第１の反射層１６ ： ＧａＮ／ＡｌＧａＮ（５ペア） バッファ層１２ ： ＡｌＮ 基板１１ ： サファイア
成をより詳細に説明する。図１は、本発明の一の実施例
であるフリップチップタイプの発光素子１の構成を模式
的に示した図である。発光素子１の各層のスペックは次
の通りである。 層 ： 組成 第２の反射層１７ ： Ｒｈ（ロジウム） ｐ型層１５ ： ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ 発光する層を含む層１４ ： ＩｎＧａＮ層を含む ｎ型層１３ ： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ 第１の反射層１６ ： ＧａＮ／ＡｌＧａＮ（５ペア） バッファ層１２ ： ＡｌＮ 基板１１ ： サファイア
【００１４】サファイア基板１１の上にはバッファ層１
２を介して第１の反射層１６、ｎ型不純物としてＳｉを
ドープしたＧａＮからなるｎ型層１３を形成する。さら
にバッファ層はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成され
るがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａ
Ｎ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａ
Ｎ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長
法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ
法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャ
ワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物
半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省
略することができる。さらに基板とバッファ層は半導体
素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
２を介して第１の反射層１６、ｎ型不純物としてＳｉを
ドープしたＧａＮからなるｎ型層１３を形成する。さら
にバッファ層はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成され
るがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａ
Ｎ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａ
Ｎ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長
法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ
法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャ
ワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物
半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省
略することができる。さらに基板とバッファ層は半導体
素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
【００１５】第１の反射層１６はバッファ層側からＧａ
ＮとＡｌＧａＮとの積層を５回繰返したものである。各
ＧａＮ層の膜厚は６２ｎｍであり、ＡｌＧａＮ層の膜厚
は７２ｎｍである。第１の反射層としてバッファ層側か
らＧａＮとＡｌＮとの積層、若しくはＡｌＧａＮとＧａ
Ｎとの積層を繰返すことも可能である。ここでｎ型層は
ＧａＮで形成するが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくは
ＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。また、ｎ型層に
はｎ型不純物としてＳｉがドープされているが、このほ
かにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用い
ることもできる。ｎ型層１３は発光する層を含む層１４
側の低電子濃度ｎ-層とバッファ層１２側の高電子濃度
ｎ＋層とからなる２層構造とすることができる。発光す
る層を含む層１４は量子井戸構造の発光層を含んでいて
もよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ
型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよ
い。発光する層を含む層１４はｐ型層１５の側にマグネ
シウム等のアクセプタをドープしたバンドギャップの広
いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。
これは発光する層を含む層１４中に注入された電子がｐ
型層１５に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層１４の上にｐ型不純物としてＭｇを
ドープしたＧａＮからなるｐ型層１５が形成される。こ
のｐ型層はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ
とすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、
Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。さら
に、ｐ型層１５を発光する層を含む層１４側の低ホール
濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とからなる２
層構造とすることができる。上記構成の発光ダイオード
において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な
条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成
長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ
法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャ
ワー法等の方法で形成することもできる。
ＮとＡｌＧａＮとの積層を５回繰返したものである。各
ＧａＮ層の膜厚は６２ｎｍであり、ＡｌＧａＮ層の膜厚
は７２ｎｍである。第１の反射層としてバッファ層側か
らＧａＮとＡｌＮとの積層、若しくはＡｌＧａＮとＧａ
Ｎとの積層を繰返すことも可能である。ここでｎ型層は
ＧａＮで形成するが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくは
ＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。また、ｎ型層に
はｎ型不純物としてＳｉがドープされているが、このほ
かにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用い
ることもできる。ｎ型層１３は発光する層を含む層１４
側の低電子濃度ｎ-層とバッファ層１２側の高電子濃度
ｎ＋層とからなる２層構造とすることができる。発光す
る層を含む層１４は量子井戸構造の発光層を含んでいて
もよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ
型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよ
い。発光する層を含む層１４はｐ型層１５の側にマグネ
シウム等のアクセプタをドープしたバンドギャップの広
いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。
これは発光する層を含む層１４中に注入された電子がｐ
型層１５に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層１４の上にｐ型不純物としてＭｇを
ドープしたＧａＮからなるｐ型層１５が形成される。こ
のｐ型層はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ
とすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、
Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。さら
に、ｐ型層１５を発光する層を含む層１４側の低ホール
濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とからなる２
層構造とすることができる。上記構成の発光ダイオード
において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な
条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成
長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ
法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャ
ワー法等の方法で形成することもできる。
【００１６】ｐ型層１５の形成後、ｐ型層１５、発光す
る層を含む層１４、ｎ型層１３のそれぞれ一部をエッチ
ングにより除去し、ｎ型層１３の一部を表出させる。続
いて、ｐ型層１５上に、Ｒｈ層を蒸着により形成する。
当該Ｒｈ層は第２の反射層１７の機能と電極（電極パッ
ド）１８の機能とを有する。ｎ電極１９はＡｌとＶの２
層で構成され、蒸着によりｎ型層１３上に形成される。
その後、周知の方法でアロイ化する。
る層を含む層１４、ｎ型層１３のそれぞれ一部をエッチ
ングにより除去し、ｎ型層１３の一部を表出させる。続
いて、ｐ型層１５上に、Ｒｈ層を蒸着により形成する。
当該Ｒｈ層は第２の反射層１７の機能と電極（電極パッ
ド）１８の機能とを有する。ｎ電極１９はＡｌとＶの２
層で構成され、蒸着によりｎ型層１３上に形成される。
その後、周知の方法でアロイ化する。
【００１７】図２には他の実施例の発光素子２０を示
す。図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明
を省略する。この発光素子２０ではＲｈ層の全体を第２
の反射層２７としてその上にｐ型電極としての電極パッ
ド２８が形成される。
す。図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明
を省略する。この発光素子２０ではＲｈ層の全体を第２
の反射層２７としてその上にｐ型電極としての電極パッ
ド２８が形成される。
【００１８】図３には他の実施例の発光素子３０を示
す。図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明
を省略する。この発光素子３０では第２の反射層３７と
してＴｉＯ２とＳｉＯ２の積層体ブラグ反射膜を用いて
いる。ＴｉＯ２／ＳｉＯ２の繰返し数は５とし、各誘電
体層の膜厚は５２ｎｍ、９０ｎｍである。第２の反射層
３７を構成する誘電体としてＴｉＯ２とＳｉＯ２の外
に、ＣｅＯ２、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＨｆＯ２を挙げる
ことができる。ｐ型電極３８はｐ型層１５に対する接触
面積を稼ぐ見地から、第２の反射層３７へ接して形成さ
れる。ｐ型電極３８自体も光反射作用を有する材料で形
成することが好ましい。
す。図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明
を省略する。この発光素子３０では第２の反射層３７と
してＴｉＯ２とＳｉＯ２の積層体ブラグ反射膜を用いて
いる。ＴｉＯ２／ＳｉＯ２の繰返し数は５とし、各誘電
体層の膜厚は５２ｎｍ、９０ｎｍである。第２の反射層
３７を構成する誘電体としてＴｉＯ２とＳｉＯ２の外
に、ＣｅＯ２、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＨｆＯ２を挙げる
ことができる。ｐ型電極３８はｐ型層１５に対する接触
面積を稼ぐ見地から、第２の反射層３７へ接して形成さ
れる。ｐ型電極３８自体も光反射作用を有する材料で形
成することが好ましい。
【００１９】図４には他の実施例の発光素子４０を示
す。図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明
を省略する。この発光素子４０はｐ型層１５の表面に金
合金からなる薄膜の透光性電極４１を形成し、その上に
第２の反射膜４７が形成されている。第２の反射膜４７
は図３の実施例と同様に誘電体多層膜から構成される。
す。図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明
を省略する。この発光素子４０はｐ型層１５の表面に金
合金からなる薄膜の透光性電極４１を形成し、その上に
第２の反射膜４７が形成されている。第２の反射膜４７
は図３の実施例と同様に誘電体多層膜から構成される。
【００２０】このように構成された共振型面発光素子
１、２０、３０及び４０によれば、発光層を含む層１４
で発生した光が第１の反射層と第２の反射層との間で共
振され、所定のエネルギーを持つに至った光が第１の反
射層１６、バッファ層１２及びサファイア基板１１を透
過して外部放出されることとなる。
１、２０、３０及び４０によれば、発光層を含む層１４
で発生した光が第１の反射層と第２の反射層との間で共
振され、所定のエネルギーを持つに至った光が第１の反
射層１６、バッファ層１２及びサファイア基板１１を透
過して外部放出されることとなる。
【００２１】この発明は、上記発明の実施の形態の説明
に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載
を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変
形態様もこの発明に含まれる。
に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載
を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変
形態様もこの発明に含まれる。
【図１】図１は本発明の実施例の発光素子の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】図２は他の実施例の発光素子の構成を示す断面
図である。
図である。
【図３】図３は他の実施例の発光素子の構成を示す断面
図である。
図である。
【図４】図４も他の実施例の発光素子の構成を示す断面
図である。
図である。
１、２０、３０、４０ 発光素子
１１ サファイア基板
１３ ｎ型層
１４ 発光層を含む層
１５ ｐ型層
１６ 第１の反射層
１７、２７、３７、４７ 第２の反射層
１８、２８、３８、４８ ｐ型電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉村 直樹
愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１
番地 豊田合成株式会社内
(72)発明者 加藤 俊宏
愛知県名古屋市南区大同町ニ丁目30番地
大同特殊鋼株式会社技術開発研究所内
(72)発明者 廣谷 真澄
愛知県名古屋市南区大同町ニ丁目30番地
大同特殊鋼株式会社技術開発研究所内
Ｆターム(参考） 5F041 AA11 CA01 CA13 CA34 CA49
CA53 CA57 CA64 CA83 CA92
DA04 DA09 FF14
5F073 AA52 AA55 AB19 BA02 CA07
CB05 CB14 DA05 EA07 EA24
Claims (7)
- 【請求項１】 透光性の基板の上にｎ型層、発光層を含
む層及びｐ型層を備え、前記ｎ型層と前記基板との間に
半導体多重層からなる第１の反射層を備え、前記ｐ型層
の上に第２の反射層を備えてなり、前記発光層からの光
は前記基板を通して外部へ放出される、ことを特徴とす
るIII族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第２の反射層は前記ｐ型層に対して
オーミックコンタクト可能な材料で形成されている、こ
とを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物
半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第２の反射層の材料はＴｉＮ、Ｚｒ
Ｎ、ＨｆＮ、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔから選ばれ
る１種又は２種以上の材料からなる、ことを特徴とする
請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子。 - 【請求項４】 前記第２の反射層が誘電体多層膜からな
る、ことを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系
化合物半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記誘電体多層膜はＴｉＯ２層とＳｉＯ
２層の積層体である、ことを特徴とする請求項４に記載
のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記発光層から放出される光は３６０〜
５７０ｎｍ付近にピーク波長を有する、ことを特徴とす
る請求項１〜５の何れかに記載のIII族窒化物系化合物
半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記発光層から放出される光は５３０ｎ
ｍ付近にピーク波長を有する、ことを特徴とする請求項
１〜５の何れかに記載のIII族窒化物系化合物半導体発
光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001360159A JP2003163373A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001360159A JP2003163373A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003163373A true JP2003163373A (ja) | 2003-06-06 |
Family
ID=19171025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001360159A Pending JP2003163373A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2003163373A (ja) |
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