JP2007049063A - 半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに半導体発光素子の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 基板1上に、n型GaNナノコラム層4、発光層5を形成し、ナノコラム径を広げながらp型GaNコンタクト層6をエピタキシャル成長させた上に、半透明のp型電極7を形成させて成る発光ダイオードD1において、通常、窒化物半導体や酸化物半導体の単結晶を成長させる場合には、基板にも単結晶の基板が必要になり、シリコンやサファイアなどの基板が用いられるのに対して、ナノコラムは、核成長できれば、それに続けて柱状に成長させてゆくことができ、金属基板上にも成長させることを利用して、基板1上に、金属膜から成る反射層2を形成し、その反射層2上にナノコラム3を形成する。したがって、発光層5で発生された光の基板1での吸収を抑え、光取出し効率を向上することができる。
【選択図】 図1
Description
菊池、野村、岸野「窒化物半導体ナノコラム結晶を用いた新しい機能性デバイス材料の開発」(応用物理学会2004年秋季大会予稿集第1分冊4P−W−1)
図1は、本発明の実施の第1の形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードD1の構造を模式的に示す断面図である。注目すべきは、本実施の形態では、基板1上に、金属膜から成る反射層2が形成され、その反射層2上にナノコラム3が形成されることである。
図2は、本発明の実施の第2の形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードD2の構造を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、有機金属気相成長(MOCVD)によって作製を行うことを前提としているが、ナノコラム13の成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)やハイドライド気相成長(HVPE)等の装置を用いてもナノコラムが作製可能であることは公知である。また、発光波長が460nmの窒化物半導体を作製する場合について述べるけれども、発光波長は限定されず、また酸化物半導体であってもよい。さらにまた、基板11は、サファイアに限定されず、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga2O3)、珪素(Si)、ガラス(SiO2)、硼化ジルコニウム(ZrB2)等も候補として挙げられる。
図3は、本発明の実施の第3の形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードD3の構造を模式的に示す断面図である。この発光ダイオードD3は、前述の発光ダイオードD2に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この発光ダイオードD3では、ナノコラム23のn型ナノコラムGaN層15とサファイア基板11との間に、分布型ブラッグ反射鏡21が形成されていることである。
前記分布型ブラッグ反射鏡21の材料には、本実施の形態では、AlGaN/AlGaNの組合わせを用いており、低屈折率材料の方が高屈折率材料に比べてAl組成を高くなるようにしている。したがって、波長460nmで反射率のピークを持つDBR構造を実現するために、低屈折率材料(GaN)の膜厚を48nm、高屈折率材料(Al0.8Ga0.2N)の膜厚を53nmとし、15回繰返して積層させた。その際の成長温度は1130℃、成長圧力は76Torrとした。
図4は、本発明の実施の第4の形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードD4の構造を模式的に示す断面図である。この発光ダイオードD4は、前述の発光ダイオードD3に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この発光ダイオードD4では、第1の反射部として、前記ナノコラム23内に分布型ブラッグ反射鏡21が設けられるとともに、第2の反射部としてp型窒化物半導体層17上に金属膜29が設けられることである。
2,12 反射層
3,13,23 ナノコラム
4 n型GaNナノコラム層
5,16 発光層
6 p型GaNコンタクト層
7,19 p型電極
11 サファイア基板
14 核成長部
15 n型ナノコラムGaN層
17 p型ナノコラムGaN層
18 絶縁体
20 n型電極
21 分布型ブラッグ反射鏡
22 AlGaN下地層
29 金属膜
D1〜D4 発光ダイオード
Claims (6)
- 基板上に、n型窒化物半導体層またはn型酸化物半導体層と、発光層と、p型窒化物半導体層またはp型酸化物半導体層とを順に積層した柱状結晶構造体を複数有して成る半導体発光素子において、
前記基板上に金属または多層膜から成る反射層が形成され、その反射層上に前記柱状結晶構造体が成長されて成ることを特徴とする半導体発光素子。 - 基板上に、n型窒化物半導体層またはn型酸化物半導体層と、発光層と、p型窒化物半導体層またはp型酸化物半導体層とを順に積層した柱状結晶構造体を複数有して成る半導体発光素子において、
前記n型窒化物半導体層またはn型酸化物半導体層と、p型窒化物半導体層またはp型酸化物半導体層との少なくとも一方に、多層膜から成る反射層を有することを特徴とする半導体発光素子。 - 前記反射層は、分布型ブラッグ反射鏡であることを特徴とする請求項2記載の半導体発光素子。
- 前記請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子を用いることを特徴とする照明装置。
- 基板上に、n型窒化物半導体層またはn型酸化物半導体層と、発光層と、p型窒化物半導体層またはp型酸化物半導体層とを順に積層した柱状結晶構造体を複数有して成る半導体発光素子の製造方法において、
前記基板上に、多層膜から成る反射層を形成する工程を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 基板上に、n型窒化物半導体層またはn型酸化物半導体層と、発光層と、p型窒化物半導体層またはp型酸化物半導体層とを順に積層した柱状結晶構造体を複数有して成る半導体発光素子の製造方法において、
前記n型窒化物半導体層またはn型酸化物半導体層と、p型窒化物半導体層またはp型酸化物半導体層との少なくとも一方の成長工程に、多層膜から成る反射層を形成する工程を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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