JP2006245165A - Semiconductor light-emitting element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light-emitting element for improved element's illumination efficiency. <P>SOLUTION: An n-side intermediate layer 12 and a p-side intermediate layer 14 of Al<SB>a</SB>In<SB>b</SB>Ga<SB>1-a-b</SB>N (0<a≤0.2, 0<b≤0.2) are provided on both sides of an active layer. By appropriately adjusting Al composition and In composition of the n-side intermediate layer 12 and p-side intermediate layer 14, a band gap is provided, which is larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer 13, and the effect of polarization field is relaxed at the interface with an adjoining layer. The n-side intermediate layer 12 and p-side intermediate layer 14 may have a structure, consisting of a single composition and may have a gradient structure, in which Al composition and In composition are changed in the thickness direction. They may comprise a multiplex structure, where a layer of Al<SB>w</SB>In<SB>x</SB>Ga<SB>1-w-x</SB>N (0<w<1, 0<x<1) and a layer of Al<SB>y</SB>In<SB>z</SB>Ga<SB>1-y-z</SB>N (0<y<w, x<z<1) are laminated alternately. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)、半導体レーザ等の半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser.

近年、窒化物系III−V族化合物半導体により、可視領域から紫外領域まで発光するLED等の半導体発光素子が実現されており、画像表示装置、照明装置等に応用されている。   In recent years, semiconductor light-emitting elements such as LEDs that emit light from the visible region to the ultraviolet region have been realized with nitride-based III-V group compound semiconductors, and are applied to image display devices, illumination devices, and the like.

ここで、一般的なLEDの基本構造とその動作について簡単に説明する。LEDは、基板上に、一対のキャリア閉じ込め層が形成され、その対のキャリア閉じ込め層の間に発光領域となる活性層を有している。このような構造のLEDでは、一対のキャリア閉じ込め層に電圧を印加すると、一方のキャリア閉じ込め層から電子が、他方のキャリア閉じ込め層から正孔が活性層へ注入される。そして、活性層に注入された電子と正孔が再結合することにより光子が発生(発光)する。   Here, the basic structure and operation of a general LED will be briefly described. In the LED, a pair of carrier confinement layers are formed on a substrate, and an active layer serving as a light emitting region is provided between the pair of carrier confinement layers. In the LED having such a structure, when a voltage is applied to the pair of carrier confinement layers, electrons are injected from one carrier confinement layer and holes are injected from the other carrier confinement layer into the active layer. The electrons and holes injected into the active layer are recombined to generate photons (emit light).

ところで、上記の一対のキャリア閉じ込め層は、キャリアを効率よく活性層へ注入すると共に、キャリアを効率よく活性層に閉じ込めるためものであるが、このキャリア閉じ込め層をAlGaN(アルミニウム・ガリウム・窒素)またはInGaN(インジウム・ガリウム・窒素)で構成することによりキャリアの閉じ込め性を向上させる技術が、例えば特許文献1に開示されている。   By the way, the pair of carrier confinement layers is for injecting carriers into the active layer efficiently and confining the carriers in the active layer efficiently. The carrier confinement layer is made of AlGaN (aluminum / gallium / nitrogen) or For example, Patent Document 1 discloses a technique for improving carrier confinement by using InGaN (indium / gallium / nitrogen).

特開2003−152219号公報JP 2003-152219 A

しかしながら、キャリア閉じ込め層をAlGaNで構成した場合には、キャリアを効率よく閉じ込めることができる反面、キャリアを注入する際のエネルギー障壁が隣接する層との界面に形成されてしまう。一方、キャリア閉じ込め層をInGaNで構成した場合には、製造工程中に加えられる熱によってInGaNが劣化してしまう。そのため、素子の発光効率が低下する虞がある。   However, when the carrier confinement layer is made of AlGaN, carriers can be confined efficiently, but an energy barrier for injecting carriers is formed at the interface with the adjacent layer. On the other hand, when the carrier confinement layer is made of InGaN, InGaN deteriorates due to heat applied during the manufacturing process. Therefore, there is a possibility that the light emission efficiency of the element is lowered.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、素子の発光効率を向上させることができる半導体発光素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a semiconductor light emitting device capable of improving the light emission efficiency of the device.

本発明の半導体発光素子は、少なくともInおよびAlを含むIII−V族化合物半導体層を活性層の両側にそれぞれ配置したものである。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, a group III-V compound semiconductor layer containing at least In and Al is disposed on both sides of the active layer.

本発明の半導体発光素子では、III−V族化合物半導体層が活性層の両側に配置されると共に、少なくともInおよびAlを含んで構成されている。これにより、III−V族化合物半導体層のAl組成とIn組成とを適切に調整して、活性層の発光波長に相当するエネルギーより大きなバンドギャップとなるようにすると共に、隣接する層との界面における分極場の影響を緩和するようにすることが可能となる。ここで、III−V族化合物半導体層は、キャリアを活性層へ注入すると共に、キャリアを活性層に閉じ込める機能を有するものである。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the group III-V compound semiconductor layer is disposed on both sides of the active layer, and includes at least In and Al. As a result, the Al composition and the In composition of the III-V compound semiconductor layer are appropriately adjusted so that the band gap is larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer, and the interface with the adjacent layer is set. It becomes possible to reduce the influence of the polarization field at. Here, the III-V compound semiconductor layer has a function of injecting carriers into the active layer and confining carriers in the active layer.

本発明の半導体発光素子によれば、少なくともInおよびAlを含むと共に、前記活性層の両側にそれぞれ配置されたIII−V族化合物半導体層を備えるようにしたので、III−V族化合物半導体層のAl組成とIn組成とを適切に調整して、活性層の発光波長に相当するエネルギーより大きなバンドギャップとなるようにすると共に、隣接する層との界面における分極場の影響を緩和するようにすることが可能となる。これにより、活性層にキャリアを効率よく閉じ込めることができると共に、キャリアを活性層へ効率よく注入することが可能となる。その結果、電流密度が増加するにつれて内部量子効率を向上させることができる。   According to the semiconductor light emitting device of the present invention, at least In and Al are included, and the III-V group compound semiconductor layers disposed on both sides of the active layer are provided. The Al composition and the In composition are appropriately adjusted so that the band gap is larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer, and the influence of the polarization field at the interface with the adjacent layer is reduced. It becomes possible. Thereby, carriers can be efficiently confined in the active layer, and carriers can be efficiently injected into the active layer. As a result, the internal quantum efficiency can be improved as the current density increases.

また、Alの作用により、製造工程中に加えられる熱によってIII−V族化合物半導体層自体が劣化するのを防止することができると共に、光の透過率を改善することができ、素子の発光効率が向上する。   In addition, the action of Al can prevent the III-V compound semiconductor layer itself from being deteriorated by heat applied during the manufacturing process, can improve the light transmittance, and can improve the luminous efficiency of the device. Will improve.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1(A)は、本発明の一実施の形態に係る発光ダイオード(LED)1の断面構造を表したものである。この発光ダイオード1は、基板10の一面側に、n型層11、n側中間層12(III−V族化合物半導体層)、活性層13、p側中間層14(III−V族化合物半導体層)、キャップ層15およびp型層16がこの順に積層された積層構造を有する。また、p型層16およびn型層11の表面の一部にはそれぞれ、p側電極17およびn側電極18が形成されている。なお、この発光ダイオード1は、活性層13から発せられた発光光線をp型層16の表面から出射するように構成された上面発光型の発光素子である。   FIG. 1A shows a cross-sectional structure of a light-emitting diode (LED) 1 according to an embodiment of the present invention. The light emitting diode 1 includes an n-type layer 11, an n-side intermediate layer 12 (III-V group compound semiconductor layer), an active layer 13, and a p-side intermediate layer 14 (III-V group compound semiconductor layer) on one surface side of a substrate 10. ), A cap layer 15 and a p-type layer 16 are stacked in this order. A p-side electrode 17 and an n-side electrode 18 are formed on part of the surface of the p-type layer 16 and the n-type layer 11, respectively. The light emitting diode 1 is a top emission type light emitting element configured to emit light emitted from the active layer 13 from the surface of the p type layer 16.

n型層11、n側中間層12、活性層13、p側中間層14、キャップ層15およびp型層16は、窒化物系III−V族化合物半導体によりそれぞれ構成される。なお、窒化物系III−V族化合物半導体とは、短周期型周期表における3B族元素、例えばアルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In)などと、窒素(N)とを含む化合物半導体のことをいう。   The n-type layer 11, the n-side intermediate layer 12, the active layer 13, the p-side intermediate layer 14, the cap layer 15, and the p-type layer 16 are each composed of a nitride III-V group compound semiconductor. Note that the nitride-based III-V group compound semiconductor is a compound containing a group 3B element in the short-period periodic table, such as aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and nitrogen (N). It refers to semiconductors.

n側中間層12およびp側中間層14は、アンドープ(不純物が添加されていない)Ala Inb Ga1-a-b N(0<a<1,0<b<1)により構成されている。これらn側中間層12およびp側中間層14は、活性層13の発光波長に相当するエネルギーより大きく、かつn型層11およびp型層16より小さなバンドギャップを有する。 The n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 are composed of undoped (undoped impurities) Al a In b Ga 1-ab N (0 <a <1, 0 <b <1). The n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 have a band gap that is larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer 13 and smaller than that of the n-type layer 11 and the p-type layer 16.

なお、n側中間層12およびp側中間層14のAl組成およびIn組成の値は、活性層13に対するキャリアの閉じ込め性や注入性を勘案して決定される。具体的には、Al組成の値aは、0%より大きく20%以下であることが望ましく、0.001%以上6%以下であることがより望ましく、In組成の値bは、0%より大きく20%以下であることが望ましく、0.001%以上5%以下であることがより望ましい。また、厚さは、2nm以上3000nm以下であることが望ましく、10nm以上250nm以下であることがより望ましい。ただし、n側中間層12およびp側中間層14は、互いに等しい組成や厚さである必要はなく、互いに異なる組成や厚さであっても構わない。   The values of the Al composition and the In composition of the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 are determined in consideration of the carrier confinement property and the injection property with respect to the active layer 13. Specifically, the Al composition value a is preferably greater than 0% and 20% or less, more preferably 0.001% or more and 6% or less, and the In composition value b is less than 0%. It is desirably 20% or less, and more desirably 0.001% or more and 5% or less. The thickness is preferably 2 nm or more and 3000 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 250 nm or less. However, the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 do not have to have the same composition and thickness, and may have different compositions and thicknesses.

活性層13は、例えば量子井戸層と障壁層とを交互に積層してなる多重量子井戸構造を備えており、例えばアンドープInc Ga1-c N(量子井戸層)/アンドープInd Ga1-d N(障壁層)(0<c<1,0<d<c)を一組として、それを複数積層して構成される。 The active layer 13 has a multiple quantum well structure in which, for example, quantum well layers and barrier layers are alternately stacked. For example, the undoped In c Ga 1-c N (quantum well layer) / undoped In d Ga 1− d N (barrier layer) (0 <c <1, 0 <d <c) is set as a set, and a plurality of layers are stacked.

なお、活性層13のIn組成の値c,dは、発光波長や発光波長幅、光密度などを勘案して決定される。具体的には、量子井戸層のIn組成の値cは、0%より大きく30%以下であることが望ましく、障壁層のIn組成の値dは、0%より大きく10%以下であることが望ましい。また、量子井戸層の厚さは、1nm以上4nm以下であることが望ましく、障壁層の厚さは、4nm以上50nm以下であることが望ましい。また、活性層13全体の厚さは、6nm以上1000nm以下であることが望ましい。   The In composition values c and d of the active layer 13 are determined in consideration of the emission wavelength, emission wavelength width, light density, and the like. Specifically, the In composition value c of the quantum well layer is preferably greater than 0% and 30% or less, and the In composition value d of the barrier layer is greater than 0% and 10% or less. desirable. The thickness of the quantum well layer is preferably 1 nm or more and 4 nm or less, and the thickness of the barrier layer is preferably 4 nm or more and 50 nm or less. Further, the thickness of the entire active layer 13 is preferably 6 nm or more and 1000 nm or less.

キャップ層15は、例えば厚さ30nmのp型Ale Ga1-e N(0<e<1)により構成される。なお、厚さはキャリアがトンネル効果によってすり抜けられない程度の厚さであることが望ましく、Al組成の値eは高い方が望ましい。このような構成とすることにより、熱が活性層13に伝播するのを抑制すると共に、活性層13でのキャリア・オーバーフローを防止することができる。 The cap layer 15 is made of, for example, p-type Al e Ga 1-e N (0 <e <1) with a thickness of 30 nm. It is desirable that the thickness be such a thickness that carriers cannot pass through due to the tunnel effect, and that the value e of the Al composition is higher. By adopting such a configuration, it is possible to suppress the propagation of heat to the active layer 13 and to prevent carrier overflow in the active layer 13.

基板10は、例えば厚さ430μmの窒化ガリウム(GaN)基板やサファイア(Al2 3 )基板などにより構成される。n型層11は、例えば厚さ4μmのn型GaNにより構成され、一方、p型層16は、例えば厚さ100のnmp型GaNにより構成される。また、n型層11またはp型層16は、主に低抵抗なn型(p型)のオーミック接触を実現するためのn型(p型)コンタクト層としての機能を有する。なお、n型層11はさらに、結晶性を改善するバッファ層としての機能を兼ね備えていてもよい。p側電極17は、例えば、銀(Ag)およびパラジウム(Pd)を積層したもの、または、チタン(Ti)層,白金(Pt)層および金(Au)層をp型層16の側から順に積層したものであり、p型層16と電気的に接続されている。また、n側電極18は、例えば、金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金層,ニッケル(Ni)層および金(Au)層とを基板10の側から順に積層した構造を有しており、基板10と電気的に接続されている。 The substrate 10 is made of, for example, a 430 μm-thick gallium nitride (GaN) substrate or sapphire (Al 2 O 3 ) substrate. The n-type layer 11 is made of n-type GaN having a thickness of 4 μm, for example, while the p-type layer 16 is made of nmp-type GaN having a thickness of 100, for example. Further, the n-type layer 11 or the p-type layer 16 mainly has a function as an n-type (p-type) contact layer for realizing a low-resistance n-type (p-type) ohmic contact. The n-type layer 11 may further have a function as a buffer layer for improving crystallinity. The p-side electrode 17 is, for example, a laminate of silver (Ag) and palladium (Pd), or a titanium (Ti) layer, a platinum (Pt) layer, and a gold (Au) layer in order from the p-type layer 16 side. The stacked layers are electrically connected to the p-type layer 16. The n-side electrode 18 has a structure in which, for example, an alloy layer of gold (Au) and germanium (Ge), a nickel (Ni) layer, and a gold (Au) layer are sequentially stacked from the substrate 10 side. And is electrically connected to the substrate 10.

なお、キャップ層15およびp型層16に含まれるp型不純物としては、例えばSeが挙げられ、n型層11に含まれるn型不純物としては、例えばZnが挙げられる。   The p-type impurity contained in the cap layer 15 and the p-type layer 16 is, for example, Se, and the n-type impurity contained in the n-type layer 11 is, for example, Zn.

このような構成を有する発光ダイオード1は、例えば次のようにして製造することができる。   The light emitting diode 1 having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.

本実施の形態の発光ダイオード1を製造するためには、基板10上の窒化物系III−V族化合物半導体を、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により形成する。この際、窒化物系III−V族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMIn)、アンモニア (NH3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えばセレン化水素(H2 Se)を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばジメチル亜鉛(DMZn)を用いる。 In order to manufacture the light emitting diode 1 of the present embodiment, a nitride III-V compound semiconductor on the substrate 10 is formed by, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. To do. At this time, for example, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMIn), or ammonia (NH 3 ) is used as a raw material for the nitride-based III-V group compound semiconductor. For example, hydrogen selenide (H 2 Se) is used, and dimethyl zinc (DMZn), for example, is used as the acceptor impurity raw material.

具体的には、まず、基板10の一面側に、n型層11、n側中間層12、活性層13、p側中間層14、キャップ層15およびp型層16をこの順に積層する。   Specifically, first, the n-type layer 11, the n-side intermediate layer 12, the active layer 13, the p-side intermediate layer 14, the cap layer 15, and the p-type layer 16 are laminated on one surface side of the substrate 10 in this order.

ただし、n側中間層12、活性層13およびp側中間層14を積層する際には、不純物の供給を停止する。これにより、理想的にはこれらの層をアンドープとすることができるが、実際には隣接する層からの不純物の拡散により、これらの層はわずかな不純物濃度を有する。   However, when the n-side intermediate layer 12, the active layer 13, and the p-side intermediate layer 14 are stacked, the supply of impurities is stopped. Thus, ideally, these layers can be undoped, but in reality, these layers have a slight impurity concentration due to diffusion of impurities from adjacent layers.

次に、例えば、p型層16の上にマスク層(図示せず)を形成し、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)法により、p型層16,キャップ層15,p側中間層14,活性層13およびn側中間層12を選択的に除去する。これにより、n型層11の一部が露出すると共に、n型層11上にメサ形状の積層構造が形成される。   Next, for example, a mask layer (not shown) is formed on the p-type layer 16, and the p-type layer 16, the cap layer 15, and the p-side intermediate layer are formed by reactive ion etching (RIE). 14. The active layer 13 and the n-side intermediate layer 12 are selectively removed. Thereby, a part of the n-type layer 11 is exposed and a mesa-shaped stacked structure is formed on the n-type layer 11.

続いて、p型層16の一部の表面上にp側電極17を、n型層11のうち露出している部分の一部の表面上にn側電極18をそれぞれ形成する。このようにして発光ダイオード1が製造される。   Subsequently, the p-side electrode 17 is formed on a part of the surface of the p-type layer 16, and the n-side electrode 18 is formed on a part of the surface of the exposed part of the n-type layer 11. In this way, the light emitting diode 1 is manufactured.

次に、この発光ダイオード1の作用・効果について説明する。   Next, the operation and effect of the light emitting diode 1 will be described.

発光ダイオード1では、n側中間層12およびp側中間層14に電圧を印加すると、一方のn側中間層12から電子が、他方のp側中間層14から正孔が活性層13へ注入される。そして、活性層13に注入された電子と正孔が再結合することにより光子が発生し、発光光がp型層16の表面から外部に出射される。   In the light emitting diode 1, when a voltage is applied to the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14, electrons are injected from one n-side intermediate layer 12 into the active layer 13 from the other p-side intermediate layer 14. The Then, electrons and holes injected into the active layer 13 are recombined to generate photons, and emitted light is emitted from the surface of the p-type layer 16 to the outside.

ところで、上述のように、n側中間層12およびp側中間層14のAl組成およびIn組成は、活性層13に対するキャリアの閉じ込め性や注入性などを勘案して決定される。定性的には、Al組成の値を大きくするにつれてキャリアの閉じ込め性が向上し、In組成の値を大きくするにつれてキャリアの注入性が向上する。なお、活性層13に対するキャリアの注入性を考察する際には、隣接する層との界面における分極場の影響も考慮される。このようにして、n側中間層12およびp側中間層14のAl組成とIn組成とを適切に調整することにより、例えば図1(B)に示したようなバンド構造を形成することができる。なお、図1(B)は、発光ダイオード1のバンド構造を概念的に表したものである。   By the way, as described above, the Al composition and the In composition of the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 are determined in consideration of carrier confinement properties and injection properties with respect to the active layer 13. Qualitatively, carrier confinement improves as the value of Al composition increases, and carrier injection improves as the value of In composition increases. When considering the carrier injection property to the active layer 13, the influence of the polarization field at the interface with the adjacent layer is also taken into consideration. In this way, by appropriately adjusting the Al composition and the In composition of the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14, for example, a band structure as shown in FIG. 1B can be formed. . FIG. 1B conceptually shows the band structure of the light emitting diode 1.

n側中間層12およびp側中間層14は、図1(B)に示したように、活性層13のエネルギーギャップより大きく、n型層11やp型層16などのn側中間層12(p側中間層14)と、n側電極18(p側電極17)との間に配置された層のエネルギーギャップより小さい。さらに、n側中間層12およびp側中間層14は、隣接する層との界面に分極場の影響によるバンド構造の曲げが生じないようにAl組成とIn組成とが適切に調整されているので、キャリア(主にホール)を注入する際のエネルギー障壁を有していない。   As shown in FIG. 1B, the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 are larger than the energy gap of the active layer 13, and the n-side intermediate layer 12 (such as the n-type layer 11 or the p-type layer 16) ( It is smaller than the energy gap of the layer disposed between the p-side intermediate layer 14) and the n-side electrode 18 (p-side electrode 17). Further, the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 are appropriately adjusted in Al composition and In composition so that the bending of the band structure due to the influence of the polarization field does not occur at the interface with the adjacent layer. , Does not have an energy barrier when injecting carriers (mainly holes).

このように、本実施の形態の発光ダイオード1によれば、AlInGaNにより構成されるn側中間層12およびp側中間層14を活性層13の両側に備えるようにしたので、n側中間層12およびp側中間層14のAl組成とIn組成とを適切に調整して、活性層13の発光波長に相当するエネルギーより大きなバンドギャップとなるようにすると共に、活性層13との界面における分極場の影響を緩和するようにすることが可能となる。これにより、キャリアを活性層13へ効率よく注入すると共に、活性層13にキャリアを効率よく閉じ込めることができる。その結果、電流密度が増加するにつれて内部量子効率を向上させることができる。   As described above, according to the light-emitting diode 1 of the present embodiment, the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 made of AlInGaN are provided on both sides of the active layer 13. In addition, the Al composition and the In composition of the p-side intermediate layer 14 are appropriately adjusted so that the band gap is larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer 13, and the polarization field at the interface with the active layer 13 It is possible to mitigate the effects of As a result, carriers can be efficiently injected into the active layer 13 and carriers can be efficiently confined in the active layer 13. As a result, the internal quantum efficiency can be improved as the current density increases.

また、Alの作用により、製造工程中に加えられる熱によってn側中間層12およびp側中間層14が劣化するのを防止することができると共に、光の透過率を改善することができ、素子の発光効率が向上する。   In addition, the action of Al can prevent the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 from being deteriorated by heat applied during the manufacturing process, and can improve the light transmittance. The luminous efficiency is improved.

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。   The present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.

例えば、上記実施の形態では、n側中間層12およびp側中間層14が活性層13に接するように構成されていたが、何らかの層を介して活性層13に接するように構成されていてもよい。   For example, in the above embodiment, the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 are configured to be in contact with the active layer 13, but may be configured to be in contact with the active layer 13 through some layer. Good.

また、上記実施の形態では、n側電極18は、n型層11の表面の一部に接続された構造としていたが、基板10が導電性を有する場合には、基板10の下面の一部に接続するようにしてもよい。   In the above embodiment, the n-side electrode 18 is connected to a part of the surface of the n-type layer 11. However, when the substrate 10 is conductive, a part of the lower surface of the substrate 10 is provided. You may make it connect to.

また、上記実施の形態では、活性層13は、多重量子井戸構造を備えていたが、単一量子井戸構造を備えていてもよいし、そのような量子井戸構造を備えていないバルクであってもよい。ただし、活性層13が単一量子井戸構造の場合には、量子井戸層のIn組成の値cは、0%より大きく30%以下であることが望ましく、障壁層のIn組成の値dは、0%より大きく30%以下であることが望ましい。また、量子井戸層の厚さは、1nm以上4nm以下であることが望ましく、障壁層の厚さは、4nm以上50nm以下であることが望ましい。また、活性層13がバルクの場合には、活性層13のIn組成の値は、0%より大きく20%以下であることが望ましく、活性層13の厚さは、5nm以上104nm以下であることが望ましい。   In the above embodiment, the active layer 13 has a multiple quantum well structure. However, the active layer 13 may have a single quantum well structure or a bulk that does not have such a quantum well structure. Also good. However, when the active layer 13 has a single quantum well structure, the In composition value c of the quantum well layer is preferably greater than 0% and 30% or less, and the In composition value d of the barrier layer is It is desirable that it is greater than 0% and 30% or less. The thickness of the quantum well layer is preferably 1 nm or more and 4 nm or less, and the thickness of the barrier layer is preferably 4 nm or more and 50 nm or less. When the active layer 13 is bulk, the In composition value of the active layer 13 is desirably greater than 0% and not greater than 20%, and the thickness of the active layer 13 is not less than 5 nm and not greater than 104 nm. Is desirable.

また、上記実施の形態では、n側中間層12およびp側中間層14は、単一のAl組成とIn組成を有していたが、例えば図2に示したような、厚さ方向にAl組成およびIn組成を変化させた傾斜構造を有していてもよい。なお、このような傾斜構造は、n側中間層12およびp側中間層14を製造する際に、トリメチルアルミニウム(TMA)およびトリメチルインジウム(TMIn)の供給量を調整することで実現することができる。   Further, in the above embodiment, the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 have a single Al composition and In composition. However, for example, as shown in FIG. You may have the inclination structure which changed the composition and In composition. Such an inclined structure can be realized by adjusting the supply amounts of trimethylaluminum (TMA) and trimethylindium (TMIn) when the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 are manufactured. .

これにより、n側中間層12およびp側中間層14がこのような傾斜構造を有することにより、基板10近傍の領域においてAlGaNの特性を利用すると共に、活性層13近傍の領域においてInGaNの特性を利用することが可能となる。具体的には、基板10および活性層13との間で格子整合させることが可能となる。その結果、ミスフィット転位などの格子欠陥を低減することが可能となる。   As a result, the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 have such a tilted structure, so that the characteristics of AlGaN are utilized in the region near the substrate 10 and the characteristics of InGaN in the region near the active layer 13. It can be used. Specifically, lattice matching between the substrate 10 and the active layer 13 can be achieved. As a result, lattice defects such as misfit dislocations can be reduced.

また、n側中間層12およびp側中間層14は、例えば図3に示したような、Alw Inx Ga1-w-x N(0<w<1,0<x<1)からなる層と、Aly Inz Ga1-y-z N(0<y<w,x<z<1)からなる層とを交互に積層してなる多重構造を有していてもよい。これにより、上記と同様に、基板10および活性層13との間で格子整合させることが可能となるので、ミスフィット転位などの格子欠陥を低減することが可能となる。 Further, the n-side intermediate layer 12 and the p-side intermediate layer 14 are, for example, a layer made of Al w In x Ga 1 -wx N (0 <w <1, 0 <x <1) as shown in FIG. , Al y In z Ga 1-yz N (0 <y <w, x <z <1) and a multilayer structure in which layers are alternately stacked may be provided. Thereby, similarly to the above, lattice matching can be performed between the substrate 10 and the active layer 13, so that lattice defects such as misfit dislocations can be reduced.

また、本発明は、本実施の形態のように、発光ダイオード1に対してのみ適用されるものではなく、例えば半導体レーザなどの半導体発光素子に対しても適用され得るものである。   Further, the present invention is not only applied to the light emitting diode 1 as in the present embodiment, but can also be applied to a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser.

本発明の一実施の形態に係る発光ダイオードの断面構成およびバンド構造を表す図である。It is a figure showing the cross-sectional structure and band structure of the light emitting diode which concern on one embodiment of this invention. 図1に示した発光ダイオードの中間層の組成を傾斜構造とした場合について説明するためのIn組成の概念図である。It is a conceptual diagram of In composition for demonstrating the case where the composition of the intermediate | middle layer of the light emitting diode shown in FIG. 1 is made into a gradient structure. 図1に示した発光ダイオードの中間層の組成を積層構造とした場合について説明するためのバンド構造図である。It is a band structure diagram for demonstrating the case where the composition of the intermediate | middle layer of the light emitting diode shown in FIG. 1 is made into a laminated structure.

符号の説明Explanation of symbols

1…発光ダイオード、10…基板、11…n型層、12…n側中間層、13…活性層、14…p側中間層、15…キャップ層、16…p型層、17…p側電極、18…n側電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light emitting diode, 10 ... Board | substrate, 11 ... N-type layer, 12 ... N side intermediate layer, 13 ... Active layer, 14 ... P side intermediate layer, 15 ... Cap layer, 16 ... P type layer, 17 ... P side electrode 18, n-side electrode

Claims (6)

活性層と、
少なくともInおよびAlを含むと共に、前記活性層の両側にそれぞれ配置されたIII−V族化合物半導体層と
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
An active layer;
A semiconductor light emitting device comprising: a group III-V compound semiconductor layer containing at least In and Al and disposed on both sides of the active layer.
前記活性層は、量子井戸層と障壁層とを交互に積層してなる多重量子井戸構造を有しており、
前記量子井戸層は、5%以上30%以下のIn組成を有すると共に、0.5nm以上6nm以下の厚さを有し、
前記III−V族化合物半導体層は、前記量子井戸層より低いIn組成を有すると共に、2nm以上500nm以下の厚さを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
The active layer has a multiple quantum well structure formed by alternately stacking quantum well layers and barrier layers,
The quantum well layer has an In composition of 5% to 30% and a thickness of 0.5 nm to 6 nm.
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the III-V compound semiconductor layer has an In composition lower than that of the quantum well layer and has a thickness of 2 nm to 500 nm.
前記III−V族化合物半導体層は、Ala Inb Ga1-a-b N(0<a≦0.2,0<b≦0.2)により構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
The III-V group compound semiconductor layer is made of Al a In b Ga 1-ab N (0 <a ≦ 0.2, 0 <b ≦ 0.2). The semiconductor light emitting element as described.
前記III−V族化合物半導体層は、互いに異なる組成で構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the III-V compound semiconductor layers are composed of different compositions.
前記III−V族化合物半導体層は、厚さ方向にAl組成およびIn組成を変化させた傾斜構造を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the III-V compound semiconductor layer has an inclined structure in which an Al composition and an In composition are changed in a thickness direction.
前記III−V族化合物半導体層は、Alw Inx Ga1-w-x N(0<w<1,0<x<1)からなる層と、Aly Inz Ga1-y-z N(0<y<w,x<z<1)からなる層とを交互に積層してなる多重構造を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
The III-V group compound semiconductor layer includes Al w In x Ga 1 -wx N (0 <w <1, 0 <x <1), Al y In z Ga 1-yz N (0 <y The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting device has a multiple structure in which layers made of <w, x <z <1) are alternately stacked.
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