JP2007042928A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子に関し、特に、高発光効率で紫外光を発光する発光素子に関する。 The present invention relates to a light emitting element, and more particularly to a light emitting element that emits ultraviolet light with high luminous efficiency.
従来の発光素子として、導電性及び透光性を有する基板として、SiC基板上にGaNからなるn型層およびp型層を積層したものが知られていたが、近年、SiC基板に替えてGa2O3基板を用いた発光素子が提案されている。Ga2O3基板は、可視領域から紫外領域までの光を透過する無色透明の導電体であるので、発光素子を垂直構造とすることが可能であり、基板側から紫外光から可視光までの光を取り出すことができるという特徴がある。 As a conventional light emitting device, a substrate having conductivity and translucency, in which an n-type layer and a p-type layer made of GaN are stacked on a SiC substrate, has been known. A light emitting element using a 2 O 3 substrate has been proposed. Since the Ga 2 O 3 substrate is a colorless and transparent conductor that transmits light from the visible region to the ultraviolet region, the light emitting element can have a vertical structure, and from the substrate side to the ultraviolet light to visible light. There is a feature that light can be extracted.
このGa2O3基板を用いた発光素子として、Ga2O3基板に窒化処理を施すことにより、Ga2O3基板とその上に積層されるGaN系半導体層との格子定数の不一致を低減して結晶不良を減らすものが知られている(例えば、特許文献1)。また、Ga2O3基板を用い、バッファ層としてAlGaNバッファ層を形成し、このバッファ層の上にInGaN発光層を有したダブルヘロテ構造のGaN系半導体層を形成した発光素子が知られている(例えば、特許文献2)。
しかし、Ga2O3基板に窒化処理を施して形成されたGaN系半導体層を有する発光素子は、格子定数の不一致を低減して結晶不良を減らす効果はあるものの、波長が300nm以下の紫外光に対して不透明となり、波長が300nm以下の紫外光のGa2O3基板側からの取出しが困難になって光取出効率の向上が図られないという問題がある。また、Ga2O3基板にバッファ層としてAlGaNバッファ層を形成し、その上にダブルへテロ構造のGaN系半導体層を形成した発光素子は発光層としてのInGaNのInの組成比に応じた波長の青色光を効率的に発光するものの紫外光を効率的に発光する発光素子としては考えられていなかった。 However, a light-emitting element having a GaN-based semiconductor layer formed by nitriding a Ga 2 O 3 substrate has an effect of reducing lattice constant mismatch and reducing crystal defects, but ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less. However, it is difficult to extract ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less from the Ga 2 O 3 substrate side, and the light extraction efficiency cannot be improved. Wavelength Also, Ga 2 O 3 the AlGaN buffer layer was formed as a buffer layer on the substrate, the light emitting element formed of GaN-based semiconductor layer of the double heterostructure thereon in accordance with the proportion of In in the InGaN as a light-emitting layer However, it has not been considered as a light emitting element that efficiently emits ultraviolet light.
したがって、本発明の目的は、高発光効率で紫外光を発光する発光素子を提供することにあり、本発明のさらなる目的は、発光層の結晶性を向上させて、より高効率、かつ、歩留まりを向上させた紫外光を発光する発光素子を提供することにある。
特許文献2の出願時の技術水準では、Ga2O3基板上に高い結晶品質で積層できるGaN系半導体層はGaNのみであると考えられていたが、本発明者が創意工夫を重ねた結果、不可能であるとされていた高品質のAlGaNを積層することに成功した。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting device that emits ultraviolet light with high luminous efficiency, and a further object of the present invention is to improve the crystallinity of the light emitting layer, thereby achieving higher efficiency and yield. An object of the present invention is to provide a light-emitting element that emits ultraviolet light with improved brightness.
Although the GaN-based semiconductor layer that can be stacked with high crystal quality on the Ga 2 O 3 substrate was considered to be only GaN at the technical level at the time of filing of Patent Document 2, the result of the inventor's repeated ingenuity We succeeded in stacking high-quality AlGaN, which was considered impossible.
本発明は、上記の目的を達成するため、n型β−Ga2O3あるいはn型(AlGa)2O3よりなる紫外光に対して透明な基板と、前記基板上に形成されたAlGaN半導体層によって構成された発光部とを含むことを特徴とする発光素子を提供する。
また、本発明は、上記の目的を達成するため、n型β−Ga2O3あるいは(AlGa)2O3よりなる紫外光に対して透明な基板と、前記基板上に形成された界面制御層と、前記界面制御層上に形成されたAlGaN半導体層によって構成された発光部を有することを特徴とする発光素子を提供する。
The present invention, in order to achieve the above object, the n-type β-Ga 2 O 3 or n-type (AlGa) and a substrate transparent to ultraviolet light consisting of 2 O 3, AlGaN semiconductor formed on the substrate A light-emitting element including a light-emitting portion including layers is provided.
In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate transparent to ultraviolet light made of n-type β-Ga 2 O 3 or (AlGa) 2 O 3, and interface control formed on the substrate. There is provided a light emitting device comprising: a light emitting portion composed of an AlGaN semiconductor layer formed on the interface control layer.
本発明の実施の形態は、界面制御層として、単一界面制御層、第1及び第2の界面制御層よりなる2重層、及び第1より第3の界面制御層よりなる3重層から選択される1つの界面制御層を採用することができる。ただし、これらに限定されるものではない。 In the embodiment of the present invention, the interface control layer is selected from a single interface control layer, a double layer composed of the first and second interface control layers, and a triple layer composed of the first to third interface control layers. One interface control layer can be employed. However, it is not limited to these.
単一界面制御層として、AlGaNバッファ層、AlGaNエピタキシャル層、AlGaONバッファ層、AlGaONエピタキシャル層、(AlGa)2O3バッファ層、(AlGa)2O3エピタキシャル層、及び窒化層から選択される1つの界面制御層を採用することができる。
ここで、バッファ層は主としてアモルファスであり、エピタキシャル層は主として単結晶である。また、窒化層は基板の表面を窒化処理することによって得られる。β−Ga2O3基板上に形成される窒化層は、GaNであり、(AlGa)2O3基板上に形成される窒化層は、AlGaN、AlGaON、または、これらの混合状態であり得る。特に、窒化層がGaNである場合には、実質的に紫外線を吸収しない、例えば、数モノレイヤーの厚さを有するGaNが好ましい。
As the single interface control layer, one selected from an AlGaN buffer layer, AlGaN epitaxial layer, AlGaON buffer layer, AlGaON epitaxial layer, (AlGa) 2 O 3 buffer layer, (AlGa) 2 O 3 epitaxial layer, and nitride layer An interface control layer can be employed.
Here, the buffer layer is mainly amorphous, and the epitaxial layer is mainly single crystal. The nitride layer is obtained by nitriding the surface of the substrate. The nitride layer formed on the β-Ga 2 O 3 substrate is GaN, and the nitride layer formed on the (AlGa) 2 O 3 substrate can be AlGaN, AlGaON, or a mixed state thereof. In particular, when the nitride layer is GaN, GaN that does not substantially absorb ultraviolet rays, for example, has a thickness of several monolayers is preferable.
また、2重層を形成する第1の界面制御層は上記した窒化層が好ましく、2重層を形成する第2の界面制御層は単一界面制御層として記載したバッファ層及びエピタキシャル層が好ましい。
また、2重層を形成する第1の界面制御層は(AlGa)2O3よりなるバッファ層及びエピタキシャル層であってもよく、2重層を形成する第2の界面制御層はAlGaNよりなるバッファ層及びエピタキシャル層、及び窒化層(AlGaON)であってもよい。
以上述べた第1及び第2の界面制御層を有した2重層において、β−Ga2O3基板あるいは(AlGa)2O3基板側に位置する界面制御層を、ここでは、第1の界面制御層とする。
The first interface control layer forming the double layer is preferably the above-described nitride layer, and the second interface control layer forming the double layer is preferably the buffer layer and the epitaxial layer described as the single interface control layer.
The first interface control layer forming the double layer may be a buffer layer and an epitaxial layer made of (AlGa) 2 O 3 , and the second interface control layer forming the double layer is a buffer layer made of AlGaN. And an epitaxial layer and a nitride layer (AlGaON).
In the double layer having the first and second interface control layers described above, the interface control layer located on the β-Ga 2 O 3 substrate or the (AlGa) 2 O 3 substrate side is referred to as the first interface here. Control layer.
また、3重層を形成する第1の界面制御層は(AlGa)2O3よりなるバッファ層及びエピタキシャル層が好ましく、3重層を形成する第2の界面制御層は(AlGa)2O3を窒化したAlGaONが好ましく、3重層を形成する第3の界面制御層はAlGaNよりなるバッファ層及びエピタキシャル層が好ましい。
以上述べた第1及び第3の界面制御層を有した3重層において、β−Ga2O3基板あるいは(AlGa)2O3基板に近いものより順に第1より第3の界面制御層とする。
また、AlGaNよりなる層は、N組成比が下方より上方にかけて次第に増加するグラデーションの層であっても良い。
The three first interface control layer forming the layer is (AlGa) buffer layer and the epitaxial layer is preferably composed of 2 O 3, a second interface control layer to form a three layer has nitride (AlGa) 2 O 3 The third interface control layer forming the triple layer is preferably a buffer layer and an epitaxial layer made of AlGaN.
In the triple layer having the first and third interface control layers described above, the first to third interface control layers are formed in order from the one closer to the β-Ga 2 O 3 substrate or the (AlGa) 2 O 3 substrate. .
The layer made of AlGaN may be a gradation layer in which the N composition ratio gradually increases from below to above.
また、本発明の実施の形態は、AlGaN半導体層によって構成された発光部として、n型AlGaN層とp型AlGaNのホモ接合、ノンドープ、及びドナー及びアクセプターがドープされたAlGaNよりなる発光層をそれよりバンドギャップの大きいn型及びp型のクラッド層を挟んだダブルへテロ接合、このダブルへテロ接合のn型クラッド層を省いたシングルへテロ接合、及びダブルへテロ接合及びシングルへテロ接合において、AlGaNよりなる発光層をSQW(単一量子井戸構造)あるいはMQW(多重量子井戸構造)で構成したもの等から何れか1つの発光部を選択することができる。 In the embodiment of the present invention, a light emitting layer made of an AlGaN semiconductor layer is made of an n-type AlGaN layer and p-type AlGaN homojunction, non-doped, and a donor and acceptor doped AlGaN. In double heterojunction with n-type and p-type clad layers having a larger band gap, single heterojunction without n-type clad layer of double heterojunction, and double heterojunction and single heterojunction Any one light-emitting portion can be selected from those in which the light-emitting layer made of AlGaN is composed of SQW (single quantum well structure) or MQW (multiple quantum well structure).
本発明による発光素子は、n型β−Ga2O3基板あるいは(AlGa)2O3基板上に直接あるいは界面制御層を介してAlGaN半導体よりなる発光層を形成している。本発明では、従来の予測を覆して結晶欠陥の少ない高品質のAlGaN半導体よりなる発光層が得られ、その発光層から高発光効率で紫外光、特に300nm以下の波長の紫外光を発光することができる。上記発光素子の基板として、可視領域から紫外領域の光を透過する無色透明の導電体であるn型β−Ga2O3基板あるいは(AlGa)2O3基板を用いることによって、得られる発光素子を垂直構造にすることができる。これにより、製造が容易となるため、歩留まりを向上させるとともに、基板側から紫外光を取り出すことができるため、光の取り出し効率を向上させることができる。 In the light emitting device according to the present invention, a light emitting layer made of an AlGaN semiconductor is formed on an n-type β-Ga 2 O 3 substrate or an (AlGa) 2 O 3 substrate directly or via an interface control layer. In the present invention, a light-emitting layer made of a high-quality AlGaN semiconductor with few crystal defects can be obtained by overcoming conventional predictions, and ultraviolet light, particularly ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, can be emitted from the light-emitting layer with high emission efficiency. Can do. A light-emitting device obtained by using an n-type β-Ga 2 O 3 substrate or (AlGa) 2 O 3 substrate, which is a colorless and transparent conductor that transmits light from the visible region to the ultraviolet region, as the substrate of the light-emitting device Can have a vertical structure. Thereby, since manufacture becomes easy, while improving a yield, since ultraviolet light can be extracted from the board | substrate side, the extraction efficiency of light can be improved.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子1は、n型β−Ga2O3基板2と、このGa2O3基板2の上に形成されたn型AlxGa1−xN薄膜(0<x<1)3と、n型AlxGa1−xN薄膜3に接合されたp型AlxGa1−xN薄膜(0<x<1)4と、n型β−Ga2O3基板2の下に形成されたn電極5と、p型AlyGa1−yN薄膜4の上に形成されたp電極6と、外部から電流を供給するリード9をp電極6でワイヤボンディングするための電極7、及び、ボンディング8とから構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the structure of the light emitting device according to the first embodiment. The light-emitting element 1 includes an n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2, an n-type Al x Ga 1-x N thin film (0 <x <1) 3 formed on the Ga 2 O 3 substrate 2, A p-type Al x Ga 1-x N thin film (0 <x <1) 4 bonded to the n-type Al x Ga 1-x N thin film 3 and an n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2 are formed.
ここで、n型β−Ga2O3基板2は、Si、Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Ge、及び、Snからなる群から選択されるドーパントを含むことにより所定の導電率に制御することができる。また、n型AlxGa1−xN薄膜3は、Si、Ge、Se、及び、Teからなる群から選択されるドーパントを含むことにより所定のキャリア濃度にすることができる。 Here, the n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2 includes a dopant selected from the group consisting of Si, Cu, Ag, Zn, Cd, Al, In, Ge, and Sn, thereby providing a predetermined conductivity. Can be controlled. In addition, the n-type Al x Ga 1-x N thin film 3 can have a predetermined carrier concentration by including a dopant selected from the group consisting of Si, Ge, Se, and Te.
この実施の形態によれば、構造が簡単なAlxGa1−xN半導体のpn接合により、300nm以下の紫外領域の光が高効率で得られ、特に、紫外光に対して透明なGa2O3の基板を通して発光光を外部へ取出すことができる。また、例えば、SiをGa2O3基板2とn型AlGaN薄膜3のドーパントとして採用することにより、Ga2O3基板4の導電率を制御することができるとともにn型AlxGa1−xN薄膜3のキャリア濃度を制御することができ、縦方向に電流を流すことができるので、層構造の上下に電極を形成した垂直型の構造を採用することができ、層構成、製造工程の簡素化を図ることができる。
この実施の形態は、高効率かつ高歩留まりで紫外光を発光する発光素子を具体化したものであり、透明なGa2O3基板上の直上にAlGaNのpn接合を形成することによって実現した。この構成は、従来高品質のものを製造することが不可能であると考えられていたが、その予測を覆した。
According to this embodiment, light in the ultraviolet region of 300 nm or less can be obtained with high efficiency by a pn junction of an Al x Ga 1-x N semiconductor having a simple structure, and in particular, Ga 2 that is transparent to ultraviolet light. The emitted light can be taken out through the O 3 substrate. Further, for example, by adopting Si as a dopant for the Ga 2 O 3 substrate 2 and the n-type AlGaN thin film 3, the conductivity of the Ga 2 O 3 substrate 4 can be controlled and n-type Al x Ga 1-x. Since the carrier concentration of the N thin film 3 can be controlled and current can flow in the vertical direction, a vertical structure in which electrodes are formed above and below the layer structure can be adopted, and the layer configuration and manufacturing process Simplification can be achieved.
This embodiment embodies a light-emitting element that emits ultraviolet light with high efficiency and high yield, and is realized by forming an AlGaN pn junction directly on a transparent Ga 2 O 3 substrate. This configuration has been thought to be impossible in the past to produce high quality products, but it has overturned that prediction.
(第2の実施の形態)
図2は、第2の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子1は、n型β−Ga2O3基板2と、このGa2O3基板2の上に界面制御層10を介して形成されたn型AlXGa1−XN薄膜(0<x<1)3と、n型AlXGa1−XN薄膜3に接合されたp型AlyGa1−yN薄膜(0<y<1)4と、n型β−Ga2O3基板2の下に形成されたn電極5と、p型AlyGa1−yN薄膜4の上に形成されたp電極6と、外部から電流を供給するリード9をp電極6でワイヤボンディングするためのボンディング電極7、及び、ボンディング8とから構成される。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a structure of a light emitting device according to the second embodiment. The light-emitting element 1 includes an n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2 and an n-type Al X Ga 1-X N thin film (0 <0) formed on the Ga 2 O 3 substrate 2 via an
ここで、n型β−Ga2O3基板2は、Si、Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Ge、及び、Snからなる群から選択されるドーパントを含むことにより所定の導電率に制御することができる。また、n型AlXGa1−XN薄膜3は、Si、Ge、Se、及び、Teからなる群から選択されるドーパントを含むことにより所定のキャリア濃度にすることができる。 Here, the n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2 includes a dopant selected from the group consisting of Si, Cu, Ag, Zn, Cd, Al, In, Ge, and Sn, thereby providing a predetermined conductivity. Can be controlled. The n-type Al X Ga 1-X N thin film 3 can have a predetermined carrier concentration by including a dopant selected from the group consisting of Si, Ge, Se, and Te.
この実施の形態によれば、構造が簡単なAlXGa1−XN半導体のpn接合により、300nm以下の紫外領域の光が高効率で得られ、特に、紫外光に対して透明なGa2O3の基板を通して発光光を外部へ取出すことができる。また、例えば、SiをGa2O3基板2とn型AlGaN薄膜3のドーパントとして採用することにより、Ga2O3基板4の導電率を制御することができるとともにn型AlXGa1−XN薄膜3のキャリア濃度を制御することができ、縦方向に電流を流すことができるので、層構造の上下に電極を形成した垂直型の構造を採用することができ、層構成、製造工程の簡素化を図ることができる。 According to this embodiment, light in the ultraviolet region of 300 nm or less can be obtained with high efficiency by a pn junction of an Al X Ga 1-X N semiconductor having a simple structure, and in particular, Ga 2 that is transparent to ultraviolet light. The emitted light can be taken out through the O 3 substrate. Further, for example, by adopting Si as a dopant for the Ga 2 O 3 substrate 2 and the n-type AlGaN thin film 3, the conductivity of the Ga 2 O 3 substrate 4 can be controlled and n-type Al X Ga 1-X. Since the carrier concentration of the N thin film 3 can be controlled and current can flow in the vertical direction, a vertical structure in which electrodes are formed above and below the layer structure can be adopted, and the layer configuration and manufacturing process Simplification can be achieved.
ここで、界面制御層10は、AlGaNバッファ層、AlGaNエピタキシャル層、AlGaONのバッファ層及びエピタキシャル層、(AlGa)2O3のバッファ層及びエピタキシャル層、及び数モノレイヤーの厚さを有する窒化処理によって得られた窒化層(GaN)より選択された1つの層である。実施の形態1では、β−Ga2O3基板直上にAlGaNよりなる発光層を形成して紫外光を発光させる発光素子を示したが、より発光効率を向上させることが望ましい。しかし、界面制御層10を設けたことによって結晶欠陥の少ない高品質のAlGaNよりなる発光層を形成することが可能となり、高効率でAlの組成比に応じた波長の紫外光を発光させることが可能になった。
(第3の実施の形態)
Here, the
(Third embodiment)
図3は、第3の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子1は、n型β−Ga2O3基板2と、このGa2O3基板2の上に形成された第1の界面制御層10である窒化層と、第2の界面制御層11であるAlGaNのバッファ層あるいはエピタキシャル層、AlGaONのバッファ層あるいはエピタキシャル層、あるいは(AlGa)2O3のバッファ層あるいはエピタキシャル層と、その上にpn接合で積層されるn型AlXGa1−XN薄膜(0<x<1)3、及びp型AlyGa1−yN薄膜(0<y<1)4と、n型β−Ga2O3基板2の下に形成されたn電極5と、p型AlyGa1−yN薄膜4の上に形成されたp電極6と、外部から電流を供給するリード9をp電極6でワイヤボンディングするためのボンディング電極7、及び、ボンディング8とから構成される。
FIG. 3 shows a structure of a light emitting device according to the third embodiment. The light-emitting element 1 includes an n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2, a nitride layer that is a first
ここで、n型β−Ga2O3基板は、Si、Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Ge、及び、Snからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、n型AlXGa1−XN薄膜は、Si、Ge、Se、及び、Teからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。 Here, the n-type β-Ga 2 O 3 substrate may include a dopant selected from the group consisting of Si, Cu, Ag, Zn, Cd, Al, In, Ge, and Sn. Further, the n-type Al X Ga 1-X N thin film can contain a dopant selected from the group consisting of Si, Ge, Se, and Te.
この実施の形態によれば、第2の実施の形態の効果に加えて、次のような効果がある。すなわち、第1の界面制御層10および第2の界面制御層11によってより格子ひずみを緩和させることができる。その結果、第2の実施の形態に比べて、より結晶性の高いn型AlxGa1−xN薄膜3が得られるので、発光効率を高めるとともに、発光素子としての歩留まりを向上させることができる。
(第4の実施の形態)
According to this embodiment, in addition to the effects of the second embodiment, there are the following effects. That is, the lattice strain can be further relaxed by the first
(Fourth embodiment)
図4は、第4の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子1は、n型β−Ga2O3基板2と、このGa2O3基板2の上に形成された第1の界面制御層10である(AlGa)2O3のバッファ層あるいはエピタキシャル層と、第1の界面制御層10の上に形成された第2の界面制御層11である窒化層としてのAlGaON層と、第2の界面制御層11の上に形成される第3の界面制御層12であるAlGaNのバッファ層あるいはエピタキシャル層と、その上にpn接合で積層されるn型AlXGa1−XN薄膜(0<x<1)3、及びp型AlyGa1−yN薄膜(0<y<1)4と、n型β−Ga2O3基板2の下に形成されたn電極5と、p型AlyGa1−yN薄膜4の上に形成されたp電極6と、外部から電流を供給するリード9をp電極6でワイヤボンディングするためのボンディング電極7、及び、ボンディング8とから構成される。
FIG. 4 shows the structure of the light emitting device according to the fourth embodiment. The light-emitting element 1 includes an n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2 and a (AlGa) 2 O 3 buffer layer or epitaxial layer which is a first
ここで、n型β−Ga2O3基板は、Si、Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Ge、及び、Snからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、n型AlXGa1−XN薄膜は、Si、Ge、Se、及び、Teからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。 Here, the n-type β-Ga 2 O 3 substrate may include a dopant selected from the group consisting of Si, Cu, Ag, Zn, Cd, Al, In, Ge, and Sn. Further, the n-type Al X Ga 1-X N thin film can contain a dopant selected from the group consisting of Si, Ge, Se, and Te.
この実施の形態によれば、第2及び第3実施の形態の効果に加えて、次のような効果がある。すなわち、第2の界面制御層11に格子ひずみ等が残っていたとしても、第3の界面制御層として、AlGaNバッファ層又はAlGaNエピタキシャル層をMOCVDで形成することによりその格子ひずみを緩和することができ、紫外領域での高発光効率を達成することが可能となる。
(第5の実施の形態)
According to this embodiment, in addition to the effects of the second and third embodiments, there are the following effects. That is, even if lattice strain or the like remains in the second interface control layer 11, the lattice strain can be reduced by forming an AlGaN buffer layer or an AlGaN epitaxial layer by MOCVD as the third interface control layer. It is possible to achieve high luminous efficiency in the ultraviolet region.
(Fifth embodiment)
図5は、第5の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子1は、n型β−Ga2O3基板2と、AlGaNバッファ層、AlGaNエピタキシャル層、AlGaONバッファ層、AlGaONエピタキシャル層、(AlGa)2O3バッファ層、(AlGa)2O3エピタキシャル層、及び窒化層からなる群から選択されてGa2O3基板2の上に形成される界面制御層10と、その上に形成されたn型AlXGa1−XNクラッド層(0<x<1)22と、n型AlXGa1−XNクラッド層(0<x<1)22の上に形成されたAlGaN発光層21と、AlGaN発光層21の上に形成されたp型AlyGa1−yNクラッド層(0<y<1)23と、n型β−Ga2O3基板2の下に形成されたn電極5と、p型AlyGa1−yNクラッド層23の上に形成されたp電極6と、外部から電流を供給するリード9をp電極6でワイヤボンディングするためのボンディング電極7、及び、ボンディング8とから構成される。
FIG. 5 shows a structure of a light emitting device according to the fifth embodiment. The light-emitting element 1 includes an n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2, an AlGaN buffer layer, an AlGaN epitaxial layer, an AlGaON buffer layer, an AlGaON epitaxial layer, an (AlGa) 2 O 3 buffer layer, and an (AlGa) 2 O 3 epitaxial layer. And an
AlGaN発光層21のバンドギャップは、n型AlXGa1−XNクラッド層22及びp型AlyGa1−yNクラッド層23のバンドギャップよりも小さくなるように形成される。 The band gap of the AlGaN light emitting layer 21 is formed to be smaller than the band gaps of the n-type Al X Ga 1-X N cladding layer 22 and the p-type Al y Ga 1-y N cladding layer 23.
また、n型β−Ga2O3基板は、Si、Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Ge、及び、Snからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、n型AlXGa1−XN薄膜は、Si、Ge、Se、及び、Teからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。 Further, n-type β-Ga 2 O 3 substrate, Si, Cu, Ag, Zn , Cd, Al, In, Ge, and may include a dopant selected from the group consisting of Sn. Further, the n-type Al X Ga 1-X N thin film can contain a dopant selected from the group consisting of Si, Ge, Se, and Te.
この実施の形態によれば、n型β−Ga2O3基板2とn型AlXGa1−XNクラッド層22との間に界面制御層10が形成されているので、格子定数の不一致を緩和することができ、AlGaN発光層21の結晶性を向上させることができ、発光素子1は、ダブルへテロ構造を有しているため、さらなる発光強度の増大が可能となる。
(第6の実施の形態)
According to this embodiment, since the
(Sixth embodiment)
図6は、第6の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子1は、n型β−Ga2O3基板2と、このGa2O3基板2の上に形成された第1の界面制御層10である(AlGa)2O3のバッファ層あるいはエピタキシャル層と、窒化層(AlGaN、AlGaON、または、これらの混合状態)、AlGaNバッファ層、AlGaNエピタキシャル層、及び、AlGaONのバッファ層あるいはエピタキシャル層からなる群から選択されて第1の界面制御層10の(AlGa)2O3層上に形成される第2の界面制御層11と、その上に形成されたn型AlXGa1−XNクラッド層(0<x<1)22と、n型AlXGa1−XNクラッド層(0<x<1)22の上に形成されたAlGaN発光層21と、AlGaN発光層21の上に形成されたp型AlyGa1−yNクラッド層(0<y<1)23と、n型β−Ga2O3基板2の下に形成されたn電極5と、p型AlyGa1−yNクラッド層23の上に形成されたp電極6と、外部から電流を供給するリード9をp電極6でワイヤボンディングするためのボンディング電極7、及び、ボンディング8とから構成される。
FIG. 6 shows a structure of a light emitting device according to the sixth embodiment. The light-emitting element 1 includes an n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2 and a (AlGa) 2 O 3 buffer layer or epitaxial layer which is a first
AlGaN発光層21のバンドギャップは、n型AlXGa1−XNクラッド層22及びp型AlyGa1−yNクラッド層23のバンドギャップよりも小さくなるように形成される。 The band gap of the AlGaN light emitting layer 21 is formed to be smaller than the band gaps of the n-type Al X Ga 1-X N cladding layer 22 and the p-type Al y Ga 1-y N cladding layer 23.
また、n型β−Ga2O3基板は、Si、Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Ge、及び、Snからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、n型AlXGa1−XN薄膜は、Si、Ge、Se、及び、Teからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。 Further, n-type β-Ga 2 O 3 substrate, Si, Cu, Ag, Zn , Cd, Al, In, Ge, and may include a dopant selected from the group consisting of Sn. Further, the n-type Al X Ga 1-X N thin film can contain a dopant selected from the group consisting of Si, Ge, Se, and Te.
この実施の形態によれば、n型β−Ga2O3基板2とn型AlXGa1−XNクラッド層22との間に第1の界面制御層10及び第2の界面制御層11が形成されているので、第3の実施の形態の効果と同様に格子定数の不一致を緩和することができ、n型AlXGa1−XNクラッド層22の結晶性を向上させることができ、発光素子1は、ダブルへテロ構造を有しているため、さらなる発光強度の増大が可能となる。
(第7の実施の形態)
According to this embodiment, the first
(Seventh embodiment)
図7は、第7の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子1は、n型β−Ga2O3基板2と、このGa2O3基板2の上に形成された第1の界面制御層10である(AlGa)2O3のバッファ層あるいはエピタキシャル層と、第1の界面制御層10の上に形成された第2の界面制御層11である窒化層(AlGaN、AlGaON、または、これらの混合状態)と、この窒化層の上に形成されるAlGaNバッファ層又はAlGaNエピタキシャル層である第3の界面制御層12と、その上に形成されたn型AlXGa1−XNクラッド層(0<x<1)22と、n型AlXGa1−XNクラッド層(0<x<1)22の上に形成されたAlGaN発光層21と、AlGaN発光層21の上に形成されたp型AlyGa1−yNクラッド層(0<y<1)23と、n型β−Ga2O3基板2の下に形成されたn電極5と、p型AlyGa1−yNクラッド層23の上に形成されたp電極6と、外部から電流を供給するリード9をp電極6でワイヤボンディングするためのボンディング電極7、及び、ボンディング8とから構成される。
FIG. 7 shows a structure of a light emitting device according to the seventh embodiment. The light-emitting element 1 includes an n-type beta-Ga 2 O 3 substrate 2, the Ga 2 O 3 is a first
AlGaN発光層21のバンドギャップは、n型AlXGa1−XNクラッド層22及びp型AlyGa1−yNクラッド層23のバンドギャップよりも小さくなるように形成される。 The band gap of the AlGaN light emitting layer 21 is formed to be smaller than the band gaps of the n-type Al X Ga 1-X N cladding layer 22 and the p-type Al y Ga 1-y N cladding layer 23.
また、n型β−Ga2O3基板は、Si、Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Ge、及び、Snからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、n型AlXGa1−XN薄膜は、Si、Ge、Se、及び、Teからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。 The n-type β-Ga 2 O 3 substrate may include a dopant selected from the group consisting of Si, Cu, Ag, Zn, Cd, Al, In, Ge, and Sn. Further, the n-type Al X Ga 1-X N thin film can contain a dopant selected from the group consisting of Si, Ge, Se, and Te.
この実施の形態によれば、n型β−Ga2O3基板2とn型AlXGa1−XNクラッド層22との間に第1の界面制御層10、第2の界面制御層11、及び第3の界面制御層12が形成されているので、格子定数の不一致をさらに緩和することができ、AlGaN発光層21の結晶性を向上させることができ、また、第4の実施の形態と同様に、発光素子1は、ダブルへテロ構造を有しているため、さらなる発光強度の増大が可能となる。
(第8の実施の形態)
According to this embodiment, the first
(Eighth embodiment)
図8は、第8の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。第7の実施の形態に係る発光素子1は、n型β−Ga2O3基板2と、このGa2O3基板2の上に形成された第1の界面制御層10である(AlGa)2O3層と、第1の界面制御層10上に形成された第2の界面制御層11である窒化層(AlGaN、AlGaON、または、これらの混合状態)と、その上に形成されたn型AlXGa1−XNクラッド層(0<x<1)22と、n型AlXGa1−XNクラッド層(0<x<1)22の上に形成された4−MQW層24と、4−MQW層24の上に形成されたp型AlyGa1−yNクラッド層(0<y<1)23と、n型β−Ga2O3基板2の下に形成されたn電極5と、p型AlyGa1−yNクラッド層23の上に形成されたp電極6と、外部から電流を供給するリード9をn電極5でワイヤボンディングするためのボンディング電極7、及び、ボンディング8とで構成され、p電極6をハンダボール30を介してプリント基板31に接続されている。
FIG. 8 shows a structure of a light emitting device according to the eighth embodiment. The light-emitting element 1 according to the seventh embodiment includes an n-type β-Ga 2 O 3 substrate 2 and a first
この実施の形態では、発光素子1は、4−MQW24、即ち、4周期の多重量子井戸構造(MQW)となっている。4−MQW24は、具体的には、井戸層と障壁層が、Al0.54Ga0.46N(障壁層)/Al0.48Ga0.52N(井戸層)の積層構造となっており、n型AlGaNクラッド層22及びp型AlGaNクラッド層23は、共に、Al0.58Ga0.42Nで構成されている。 In this embodiment, the light-emitting element 1 has a 4-MQW 24, that is, a four-cycle multiple quantum well structure (MQW). Specifically, in the 4-MQW24, the well layer and the barrier layer have a laminated structure of Al 0.54 Ga 0.46 N (barrier layer) / Al 0.48 Ga 0.52 N (well layer). The n-type AlGaN cladding layer 22 and the p-type AlGaN cladding layer 23 are both composed of Al 0.58 Ga 0.42 N.
この構成によれば、ピーク波長が約270nmの紫外光が高効率で放射可能で、本実施の形態により発光強度の増大が可能となった。 According to this configuration, ultraviolet light having a peak wavelength of about 270 nm can be emitted with high efficiency, and the emission intensity can be increased by this embodiment.
以下、MQW及びクラッド層の他の構成と発光波長を示す。
本発明による界面制御層、および、AlGaN発光層は、MOCVD、CVD、MBE,スパッタ等の任意の物理的または化学的気相成長法が適用できる。
なお、実施の形態8では、発光素子1が第1の界面制御層10および第2の界面制御層11を有する例を示したが、発光素子1が、実施の形態2および5のように単一の界面制御層10、または、実施の形態4および7のように第1の界面制御層10、第2の界面制御層11および第3の界面制御層12を有していてもよい。
Any physical or chemical vapor deposition method such as MOCVD, CVD, MBE, or sputtering can be applied to the interface control layer and the AlGaN light emitting layer according to the present invention.
Note that in Embodiment 8, an example in which the light-emitting element 1 includes the first
[産業上の利用可能性]
本発明の発光素子は、発光部をAlGaNによって構成することによって紫外光を発光する。基板として、β−Ga2O3等の紫外光に対して透明な基板を用いることにより、紫外光を上部及び下部の何れからも高効率で取り出すことができる。その結果、表示器、照明等の各種の分野に利用することができる。
[Industrial applicability]
The light emitting device of the present invention emits ultraviolet light by forming the light emitting portion with AlGaN. By using a substrate transparent to ultraviolet light such as β-Ga 2 O 3 as the substrate, it is possible to extract ultraviolet light from both the upper part and the lower part with high efficiency. As a result, it can be used in various fields such as a display and illumination.
1 発光素子
2 n型β−Ga2O3基板
3 n型AlXGa1−XN薄膜
4 p型AlyGa1−yN薄膜
5 n電極
6 p電極
7 ボンディング電極
8 ボンディング
9 リード
10 第1の界面制御層
11 第2の界面制御層
12 第3の界面制御層
21 AlGaN発光層
22 n型AlXGa1−XNクラッド層
23 p型AlyGa1−yNクラッド層
24 4−MQW層
30 ハンダボール
31 プリント基板
1 the light emitting element 2 n-type β-Ga 2 O 3 substrate 3 n-type Al X Ga 1-X N film 4 p-type Al y Ga 1-y N thin film 5 n electrode 6 p electrode 7 bonding electrode 8 bonding 9 leads 10 second 1 interface control layer 11 second interface control layer 12 third interface control layer 21 AlGaN light emitting layer 22 n-type Al X Ga 1-X N cladding layer 23 p-type Al y Ga 1-y N cladding layer 24 4 MQW layer 30 Solder ball 31 Printed circuit board
Claims (11)
前記基板上に形成されたAlGaN半導体層によって構成された発光部とを含むことを特徴とする発光素子。 a substrate transparent to ultraviolet light made of n-type β-Ga 2 O 3 or n-type (AlGa) 2 O 3 ;
A light-emitting element comprising an AlGaN semiconductor layer formed on the substrate.
前記基板上に形成された界面制御層と、
前記界面制御層上に形成されたAlGaN半導体層によって構成された発光部とを含むことを特徴とする発光素子。 a substrate transparent to ultraviolet light made of n-type β-Ga 2 O 3 or n-type (AlGa) 2 O 3 ;
An interface control layer formed on the substrate;
And a light-emitting portion formed of an AlGaN semiconductor layer formed on the interface control layer.
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