JP2008078460A - Semiconductor light emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発光素子に関し、特に、酸化亜鉛系半導体結晶から構成される発光層を備える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 and a semiconductor laser, and more particularly to a semiconductor light emitting device including a light emitting layer composed of a zinc oxide based semiconductor crystal.
青色発光素子や紫外線発光素子などに用いられるIII-V族窒化物半導体結晶に代わる新しい結晶材料として、酸化亜鉛(ZnO)系半導体結晶が注目されている。
ここで、発光素子とは、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)、レーザダイオード(Laser Diode:LD)、およびそれらの基本原理を応用した素子が含まれる。
また、酸化亜鉛系半導体結晶とは、酸化亜鉛(ノンドープZnO)、酸化亜鉛マグネシウム(ZnMgO)、酸化亜鉛カドミウム(ZnCdO)のようなZnOを母体とした結晶が含まれる。
A zinc oxide (ZnO) -based semiconductor crystal has attracted attention as a new crystal material that can replace a group III-V nitride semiconductor crystal used for a blue light-emitting element or an ultraviolet light-emitting element.
Here, the light emitting element includes a light emitting diode (Light Emitting Diode: LED), a laser diode (Laser Diode: LD), and an element applying these basic principles.
In addition, the zinc oxide based semiconductor crystal includes crystals based on ZnO such as zinc oxide (non-doped ZnO), zinc magnesium oxide (ZnMgO), and zinc cadmium oxide (ZnCdO).
ZnO系半導体結晶によって青色発光素子や紫外線発光素子を実現するにあたり、ZnO系半導体結晶には高い結晶品質と非常に平坦な結晶表面が要求される。従来、ZnO系半導体結晶は、サファイア基板やシリコン基板の上に成長させる技術が一般的であったが、使用する基板とZnO系半導体結晶との間に大きな格子不整合が存在するために、高い結晶品質と平坦な結晶表面を得ることが困難であった。また、この格子不整合が遠因となり、p型の導電性を示すZnO系半導体結晶の成長が困難であった。つまり、サファイア基板やシリコン基板の上にZnO系半導体発光素子を作製することは極めて困難であった。 In order to realize a blue light emitting element or an ultraviolet light emitting element by using a ZnO based semiconductor crystal, the ZnO based semiconductor crystal is required to have a high crystal quality and a very flat crystal surface. Conventionally, a ZnO-based semiconductor crystal is generally grown on a sapphire substrate or a silicon substrate. However, a large lattice mismatch exists between the substrate to be used and the ZnO-based semiconductor crystal. It was difficult to obtain crystal quality and a flat crystal surface. In addition, this lattice mismatch has become a cause, and it has been difficult to grow a ZnO-based semiconductor crystal exhibiting p-type conductivity. That is, it has been extremely difficult to produce a ZnO-based semiconductor light emitting element on a sapphire substrate or a silicon substrate.
しかしながら、近年、水熱合成法や化学気相輸送法で高品質なZnO基板を作製できる技術が確立され、このZnO基板上にZnO系半導体結晶を成長させると、極めて高い結晶品質と平坦な結晶表面が得られることが分かり始めた。また、このZnO基板を使用すれば、アクセプタ不純物として窒素(N)をドーピングすることにより、比較的簡単にp型の導電性を示すZnO系半導体結晶が得られることも分かり始めた。 However, in recent years, a technology has been established that can produce a high-quality ZnO substrate by a hydrothermal synthesis method or a chemical vapor transport method. When a ZnO-based semiconductor crystal is grown on this ZnO substrate, an extremely high crystal quality and a flat crystal can be obtained. I began to see that a surface was obtained. It has also begun to be understood that if this ZnO substrate is used, a ZnO-based semiconductor crystal exhibiting p-type conductivity can be obtained relatively easily by doping nitrogen (N) as an acceptor impurity.
非特許文献1に記載されている発光素子の構造を図7に示す。図7の半導体発光素子50は、n型の導電性を示すZnO基板51上に、Nをドープしたp型の導電性を示すZnO系半導体結晶層52を成長させてpn接合を形成し、ここに金属電極53,54を介して順電流を流すことにより紫外線の発光を得ている。
また、特許文献1に記載されている発光素子の構造を図8に示す。図8の半導体発光素子60は、n型の導電性を示すZnO基板61上に、n型クラッド層62としてZnMgO、発光層63としてZnO、p型クラッド層64としてZnMgOを順次積層してダブルヘテロ構造を形成し、ここに金属電極65,66を介して順電流を流すことにより紫外線の発光を得ている。
The structure of the light-emitting element described in Non-Patent Document 1 is shown in FIG. In the semiconductor
FIG. 8 shows a structure of the light-emitting element described in Patent Document 1. The semiconductor
この他、発光素子を実現するためには、例えば図9のように、発光層73をZnMgOやZnCdOのような混晶で構成したり、図10のように、発光層83をZnO/ZnMgOのような量子井戸で構成することも考えられる。
図9の半導体発光素子70は、ZnO基板71上に、n型クラッド層72としてZnO、発光層73としてZnCdO、p型クラッド層74としてZnOを順次積層し、さらに金属電極75,76を設けたもの、もしくは、ZnO基板71上に、n型クラッド層72としてZn1−yMgyO、発光層73としてZn1−xMgxO、p型クラッド層74としてZn1−yMgyOを順次積層し(xおよびyはZnMgOの混晶比を示し、x<yである。)、さらに金属電極75,76を設けたものである。
図10の半導体発光素子80は、ZnO基板81上に、n型クラッド層82としてZnMgO、発光層83としてZnO/ZnMgO量子井戸、p型クラッド層84としてZnMgOを順次積層し、さらに金属電極85,86を設けたものである。
In the semiconductor
In the semiconductor
しかしながら、これらのZnO系半導体発光素子において、特に、ZnO基板と同等かそれよりも大きなバンドギャップエネルギーを持つ結晶より放射される光は、その一部がZnO基板に吸収される。その結果、素子外部に放出される光量が小さくなる、すなわち、外部量子効率が大きく低下してしまう問題がある。
ここで、放射とは、素子に投入した電力が素子内部で光に変換されることを意味し、放出とは、素子内部で放射された光が素子外部へ取り出されることを意味する。
また、外部量子効率とは、素子に投入した電力エネルギーに対する、素子外部へ取り出された光エネルギーの効率を意味する。
例えば、図7に示した発光素子50の場合、pn接合部で発光した光(図11中、矢印で示す。)は四方に放射され、その一部は、ZnO基板51に到達する。ZnO基板に到達した光は、ある一定の吸収率でZnO基板に吸収される(図11参照)。従って、当該発光素子の外部量子効率は低下してしまう。
However, in these ZnO-based semiconductor light emitting devices, in particular, a part of light emitted from a crystal having a band gap energy equivalent to or larger than that of the ZnO substrate is absorbed by the ZnO substrate. As a result, there is a problem that the amount of light emitted to the outside of the device is reduced, that is, the external quantum efficiency is greatly reduced.
Here, radiation means that electric power input to the element is converted into light inside the element, and emission means that light emitted inside the element is extracted outside the element.
The external quantum efficiency means the efficiency of light energy extracted outside the device with respect to the power energy input to the device.
For example, in the case of the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外部量子効率に優れた酸化亜鉛系半導体発光素子を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the zinc oxide type semiconductor light-emitting device excellent in the external quantum efficiency.
前記課題を解決するため、本発明は、酸化亜鉛からなる基板上に酸化亜鉛系半導体結晶から構成される発光層を備える半導体発光素子であって、前記基板と前記発光層との間に、発光層より放射された光を反射する反射層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子を提供する。
前記基板と発光層との間に設けられた反射層は、酸化亜鉛と酸化亜鉛マグネシウムとを1周期層以上積層させたものであることが好ましい。
前記基板と発光層との間に設けられた反射層は、n型の導電性を示すものであることが好ましい。
前記発光層は、370nm以下の波長の光を放射するものであることが好ましい。
前記発光層は、少なくとも一部が酸化亜鉛または酸化亜鉛マグネシウムから構成されていることが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a semiconductor light-emitting device comprising a light-emitting layer made of a zinc oxide-based semiconductor crystal on a substrate made of zinc oxide, and emitting light between the substrate and the light-emitting layer. Provided is a semiconductor light emitting element characterized in that a reflective layer for reflecting light emitted from the layer is provided.
The reflective layer provided between the substrate and the light emitting layer is preferably a laminate of one or more periodic layers of zinc oxide and zinc magnesium oxide.
It is preferable that the reflective layer provided between the substrate and the light emitting layer exhibits n-type conductivity.
The light emitting layer preferably emits light having a wavelength of 370 nm or less.
It is preferable that at least a part of the light emitting layer is made of zinc oxide or zinc magnesium oxide.
前記基板と発光層との間に設けられた反射層を第一の反射層とし、さらに前記発光層の前記基板と反対の側に第二の反射層を設けて、第一の反射層と第二の反射層とで共振器を構成し、発光層より放射された光の少なくとも一部を、第一の反射層と第二の反射層とにより共振させて発光素子の外部へ放出させるように構成されていることが好ましい。
第一の反射層および第二の反射層は、これら第一の反射層と第二の反射層との間で共振させた光を、反転分布を生じた状態で発光素子の外部へ放出させるものであることが好ましい。
前記第二の反射層は、酸化亜鉛と酸化亜鉛マグネシウムとを1周期層以上積層させたものであることが好ましい。
前記第二の反射層は、p型の導電性を示すものであることが好ましい。
The reflective layer provided between the substrate and the light emitting layer is used as a first reflective layer, and a second reflective layer is provided on the side of the light emitting layer opposite to the substrate, and the first reflective layer and the first reflective layer are formed. A resonator is constituted by the two reflective layers, and at least a part of the light emitted from the light emitting layer is resonated by the first reflective layer and the second reflective layer and emitted to the outside of the light emitting element. It is preferable to be configured.
The first reflective layer and the second reflective layer emit light resonated between the first reflective layer and the second reflective layer to the outside of the light emitting element in a state where an inversion distribution is generated. It is preferable that
The second reflective layer is preferably formed by laminating one or more periodic layers of zinc oxide and zinc magnesium oxide.
The second reflective layer preferably has p-type conductivity.
本発明の半導体発光素子によれば、ZnO系半導体結晶よりZnO基板に向かって放射された光を反射して素子外部に放出させることができるので、発光素子の外部量子効率を向上することができる。
基板と発光層との間に設けられた反射層を、ZnOとZnMgOとを1周期層以上積層させてなる分布ブラッグ反射型ミラーにより構成した場合、ZnO基板との格子不整合がほとんどなくなり、高品質の反射層とすることができる。また、分布ブラッグ反射型ミラーにおける高屈折率層と低屈折率層との比屈折率差と積層周期数を調節することにより、所望の反射率を実現することができる。このとき、ZnOとZnMgOとから構成される反射層がn型の導電性を示すものである場合、素子構造が簡便となる。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, since the light emitted from the ZnO-based semiconductor crystal toward the ZnO substrate can be reflected and emitted to the outside of the device, the external quantum efficiency of the light emitting device can be improved. .
When the reflective layer provided between the substrate and the light emitting layer is composed of a distributed Bragg reflection type mirror in which one or more periodic layers of ZnO and ZnMgO are stacked, there is almost no lattice mismatch with the ZnO substrate, It can be a quality reflective layer. Further, by adjusting the relative refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index layer and the number of lamination periods in the distributed Bragg reflection type mirror, a desired reflectance can be realized. At this time, when the reflective layer composed of ZnO and ZnMgO exhibits n-type conductivity, the element structure becomes simple.
ZnO系半導体結晶より構成した発光層から放出される光の波長が370nm以下である場合、基板と発光層との間に反射層を設けることにより、外部量子効率の向上がより顕著なものとなる。また、このとき、発光層の少なくとも一部をZnOまたはZnMgOで構成した場合、発光層から放出される光の波長を370nm以下とすることができる。 When the wavelength of light emitted from the light emitting layer composed of a ZnO-based semiconductor crystal is 370 nm or less, the external quantum efficiency is more significantly improved by providing a reflective layer between the substrate and the light emitting layer. . At this time, when at least a part of the light emitting layer is made of ZnO or ZnMgO, the wavelength of light emitted from the light emitting layer can be 370 nm or less.
基板と発光層との間に設けた第一の反射層と、発光層の基板と反対の側に設けた第二の反射層とで共振器を構成し、発光層より放射された光の少なくとも一部を共振させて発光素子の外部へ放出させるように構成した場合、より発光スペクトル幅の狭い発光素子とすることができる。また、第一の反射層および第二の反射層の反射率を適当に設定することにより、反転分布の状態を作り出すことができ、極めて発光輝度の高い素子を得ることができる。 The first reflective layer provided between the substrate and the light emitting layer and the second reflective layer provided on the opposite side of the light emitting layer from the substrate constitute a resonator, and at least of the light emitted from the light emitting layer When a part is resonated and emitted to the outside of the light emitting element, a light emitting element with a narrower emission spectrum width can be obtained. In addition, by appropriately setting the reflectance of the first reflective layer and the second reflective layer, a state of inversion distribution can be created, and an element with extremely high emission luminance can be obtained.
第二の反射層を、ZnOとZnMgOとを1周期層以上積層させてなる分布ブラッグ反射型ミラーにより構成した場合、高屈折率層と低屈折率層との比屈折率差と積層周期数を調節することにより、所望の反射率を実現することができる。このとき、ZnOとZnMgOとから構成される第二の反射層がp型の導電性を示すものである場合、素子構造が簡便となる。 When the second reflective layer is composed of a distributed Bragg reflector type mirror in which one or more periodic layers of ZnO and ZnMgO are laminated, the relative refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index layer and the number of lamination periods are set. By adjusting, a desired reflectance can be realized. At this time, when the second reflective layer composed of ZnO and ZnMgO exhibits p-type conductivity, the element structure becomes simple.
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図1は、本発明の第一形態例に係る半導体発光素子を模式的に示す。この半導体発光素子10は、ZnO基板11と、このZnO基板11の上に設けられた反射層12と、この反射層12の上に設けられたZnO系半導体結晶層13と、ZnO基板11の裏面に設けられた第一の金属電極14と、ZnO系半導体結晶層13の上に設けられた第二の金属電極15とを備えて構成され、ZnO系半導体結晶層13は、発光層(図示略)を備えている。
The present invention will be described below with reference to the drawings based on the best mode.
FIG. 1 schematically shows a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor
この半導体発光素子10に順電流を流すことにより、図2に示すように、発光層を備えたZnO系半導体結晶層13より四方に光が放射される。ここで、発光層よりZnO基板に向かって放射された光は、ZnO基板と発光層との間に設けられた反射層12により反射されて素子の上面および側面より素子外部へと放出されることになる。この結果、発光素子の外部量子効率が向上する。
By applying a forward current to the semiconductor
図3に、第一形態例に係る半導体発光素子の構造の一例を模式的に示す。この構造例に係る半導体発光素子10Aにおいて、ZnO基板11としては、水熱合成法で作製したn型の導電性を示すZnO基板が用いられている。
FIG. 3 schematically shows an example of the structure of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment. In the semiconductor
このZnO基板11上に、反射層12として、ZnOとZnMgOとを1周期層以上積層させてなる分布ブラッグ反射型(Distributed Bragg Reflector:DBR)ミラー(以下、DBRミラーという。)が設けられている。より詳細には、このDBRミラーは、高屈折率層であるZnO層と、低屈折率層であるZnMgO層を、1/4波長に相当する膜厚で任意の周期積層したものである。第一形態例に係る半導体発光素子において、ZnO基板と発光層との間に設けられた反射層12は、発光層より放射される光を反射できるものであればいかなるものでも構わないが、本構造例のように、ZnOとZnMgOとで構成したDBRミラー(以下、ZnO/ZnMgO DBRミラーという。)とすることにより、ZnO基板11との格子不整合がほとんどなくなり、高品質な反射層となる。また、DBRミラーにおける高屈折率層と低屈折率層との比屈折率差と積層周期数を調節することにより、DBRミラーの反射率をいかようにでも設定することができる。ここで比屈折率差は、ZnMgOにおけるZnとMgの混晶比を調節して低屈折率層であるZnMgO層の屈折率を変化させることにより、調節することができる。さらに、DBRミラーを構成するZnO層とZnMgO層とに、例えばガリウム(Ga)のようなドーパントを混入させておくことにより、n型の導電性を示すものとしておくことが望ましい。これにより、後述する発光層が、より簡便な構造となる。
On the
この構造例におけるZnO系半導体結晶層13は、ZnMgOからなるn型クラッド層16と、ZnOからなる発光層17と、ZnMgOからなるp型クラッド層18とから構成され、ダブルヘテロ構造を形成している。
なお、ZnO/ZnMgO DBRミラー、n型ZnMgOクラッド層16、ZnO発光層17、p型ZnMgOクラッド層18は、例えば分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法、レーザ分子線エピタキシ(レーザMBE)法、有機金属気相エピタキシ(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy:MOVPE)法などで成長させることが可能である。
The ZnO-based
The ZnO / ZnMgO DBR mirror, the n-type ZnMgO clad
ZnO基板11の裏面に設けられる第一の金属電極14は、ZnO基板11とオーミック接触となる金属材料から構成されている。また、ZnO系半導体結晶層13(詳しくはp型クラッド層18)の表面に設けられる第二の金属電極15は、ZnO系半導体結晶層13(詳しくはp型クラッド層18)とオーミック接触となる金属材料から構成されている。これらの金属電極14,15は、真空蒸着法や電子ビーム(Electron Beam:EB)蒸着法で作製することが可能である。さらに、必要であれば、フォトグラフィー技術とエッチングプロセスを用いて、所定の形状にパターニングしても良い。
The
この構造例に係る半導体発光素子10Aに順電流を流すことにより、ZnO発光層17より約370nmの波長の光が放射される。ZnO基板11は、この波長の光に対して比較的高い吸収率を持っているので、反射層12がない場合は、発光層17よりZnO基板11に向かって放射された光の一部が吸収され、その結果として外部量子効率が低下する。しかし、ZnO基板11と発光層17との間に反射層12を設けると、ZnO基板11に向かって放射された光を該反射層12で反射して素子の上面および側面へ放出させることができる。この結果、発光素子の外部量子効率が向上する。
By applying a forward current to the semiconductor
上述の例では、発光層17がZnOからなる場合を説明したが、本発明の効果を奏する発光層17は、ZnO発光層に限定されるものではない。ZnO基板11が比較的高い吸収率を持つ370nm以下の波長の光を放射する発光層であれば、同様に有効である。
少なくとも一部がZnOまたはZnMgOから構成され、かつ370nm以下の波長の光を放射する発光層の具体例としては、上述のZnOの他、ZnMgO、ZnO/ZnMgOからなる量子井戸、Zn1−xMgxO/Zn1−yMgyOからなる量子井戸(xおよびyはZnMgOの混晶比を示し、x<yである。)等が挙げられ、いずれの場合においても、本発明の構成によって優れた効果を発揮できるものである。
In the example described above, the case where the
Specific examples of the light-emitting layer that is at least partially composed of ZnO or ZnMgO and emits light having a wavelength of 370 nm or less include a quantum well made of ZnMgO, ZnO / ZnMgO, Zn 1-x Mg, in addition to the above-described ZnO. x O / Zn 1-y Mg y O quantum wells (x and y are ZnMgO mixed crystal ratios, x <y) and the like are included. An excellent effect can be exhibited.
次に、本発明の第二形態例に係る半導体発光素子について説明する。
図4は、本発明の第二形態例に係る半導体発光素子を模式的に示す。この半導体発光素子20は、ZnO基板21と、このZnO基板21の上に設けられた第一の反射層22と、この第一の反射層22の上に設けられたZnO系半導体結晶層23と、ZnO系半導体結晶層23の上に設けられた第二の反射層24と、ZnO基板11の裏面に設けられた第一の金属電極25と、第二の反射層24の上に設けられた第二の金属電極26とを備えて構成され、ZnO系半導体結晶層23は、発光層(図示略)を備えている。
Next, a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 schematically shows a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention. The semiconductor
第一の反射層22と第二の反射層24との間に設けられるZnO系半導体結晶層23は、その実効光路長が、発光層から放射される光の波長にほぼ合致するように設計され、発光層から放射される光の少なくとも一部が、第一の反射層22と第二の反射層24との間で共振する構造としている。この半導体発光素子20に順電流を流すことにより、発光層より放射された光の少なくとも一部は、第一の反射層22と第二の反射層24との間で共振して発光素子の外部へ放出される。
なお、ZnO基板21、第一の反射層22、ZnO系半導体結晶層23、第一の金属電極25、第二の金属電極26の構成は、第一形態例に係るZnO基板11、反射層12、ZnO系半導体結晶層13、第一の金属電極14、第二の金属電極15の構成と同様であるので、重複する説明を省略する。
The ZnO-based
The configuration of the
図5に、第二形態例に係る半導体発光素子の構造の第一の例を模式的に示す。この構造例に係る半導体発光素子20Aにおいて、ZnO系半導体結晶層23は、ZnMgOからなるn型クラッド層27と、ZnOからなる発光層28と、ZnMgOからなるp型クラッド層29とから構成されている。
FIG. 5 schematically shows a first example of the structure of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment. In the semiconductor
第一の反射層22は、ZnO/ZnMgO DBRミラーであり、さらに好ましくは、n型導電性を示すものである。
p型クラッド層29の表面に設けられた半透明/半透過金属電極24Aは、第二形態例に係る半導体発光素子の第二の反射層24と第二の金属電極26を兼ねるものである。
The first
The translucent /
また、n型ZnMgOクラッド層27、ZnO発光層28、p型ZnMgOクラッド層29の総膜厚を実効光路長とみなして、ZnO発光層28から放射される光の波長にほぼ合致するように膜厚設計を行い、ZnO発光層28から放射された光の少なくとも一部が、DBRミラーと半透明/半透過金属電極との間で共振する構造としている。このような構成とすれば、ZnO系半導体結晶層23の内部で共振された光を素子外部へ放出するようにすることができる。
Further, the total film thickness of the n-type ZnMgO clad
さらに、この構造例の半導体発光素子20Aにおいて、共振器により共振された光は、ZnO系半導体結晶層23の内部で誘導放出を起こすことができる。一般に、誘導放出光は、発光スペクトル幅が非常に狭いため、単色性が比較的高い光を得ることができる。また、誘導放出される光の波長は、実効共振器長に依存する。一般的に、実効共振器長は発光素子温度に対する変化が小さいため、結果として、発光素子から放出される光の発光波長の温度依存性を極めて小さくすることができる。紫外線発光素子や青色発光素子と蛍光体を組み合わせて白色発光素子を実現する場合、紫外線発光素子や青色発光素子の発光波長の変化によって、白色発光素子の色合いや発光強度を大きく変化させてしまうことが知られている。このため、共振器によって光を誘導放出させる本構造によれば、白色発光素子へ応用する場合に、白色発光素子の色合いや発光強度の変化を低減させることが期待でき、非常に有用である。
Furthermore, in the semiconductor
図6に、第二形態例に係る半導体発光素子の構造の第二の例を模式的に示す。この構造例に係る半導体発光素子20Bは、ZnO基板21上に、n型ZnO/ZnMgO DBRミラーからなる第一の反射層22、n型ZnMgOクラッド層27、ZnO発光層28、p型ZnMgOクラッド層29、p型ZnO/ZnMgO DBRミラーからなる第二の反射層24を順次積層し、さらに、ZnO基板21の裏面に第一の金属電極25、第二の反射層24の上に第二の金属電極26とを備えている。
ここで、p型ZnO/ZnMgO DBRミラーとは、ZnOとZnMgOとを1周期層以上積層させて設けたDBRミラーにおいて、例えば窒素(N)のようなドーパントを混入させておくことにより、p型の導電性を示すものである。
FIG. 6 schematically shows a second example of the structure of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment. The semiconductor
Here, the p-type ZnO / ZnMgO DBR mirror refers to a p-type ZnO / ZnMgO DBR mirror in which a dopant such as nitrogen (N) is mixed in a DBR mirror provided by laminating one or more periodic layers of ZnO and ZnMgO. This shows the electrical conductivity.
また、n型ZnMgOクラッド層27、ZnO発光層28、p型ZnMgOクラッド層29の総膜厚を実効光路長とみなして、ZnO発光層28から放射される光の波長にほぼ合致するように膜厚設計を行い、ZnO発光層28から放射された光の少なくとも一部が、n型ZnO/ZnMgO DBRミラーとp型ZnO/ZnMgO DBRミラーとの間で共振する構造としている。
Further, the total film thickness of the n-type ZnMgO clad
また、発光素子の特定の領域のみに電流注入を行えるように、イオン注入法などにより、発光素子の一部に絶縁部30を設けて電流狭窄構造としている。
さらに、発光素子の上面には、素子内部より放射された光を素子外部に取り出すための光取出し部31を設けている。
In addition, an insulating
Furthermore, a
このような構造を持つ半導体発光素子20Bにおいて、2つのZnO/ZnMgO DBRミラーの反射率を適当に設計することにより、ZnO系半導体結晶層23の内部で反転分布を生じた状態を起こし、誘導放出光のみを素子外部へ放出させることができる。誘導放出光のみが素子外部へ放出される場合、その発光スペクトル幅はきわめて狭く、単色性が極めて高い光を得ることができる。また、開口断面積の限られた光取出し部31より放出された光は、極めて指向性が高いため、高輝度な光が必要な場合に極めて有用である。
In the semiconductor
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、本発明において、発光層を含むZnO系半導体結晶層の構造は、上記の各構造例で例示したものに限定されるものではない。この他、図7、図8、図9、図10で例示した構造でも構わない。
As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to the above-mentioned example, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
For example, in the present invention, the structure of the ZnO-based semiconductor crystal layer including the light emitting layer is not limited to those exemplified in the above structural examples. In addition, the structure illustrated in FIGS. 7, 8, 9, and 10 may be used.
また、本発明において、反射層12、第一の反射層22、第二の反射層24として用いるDBRミラーは、ZnO/ZnMgOからなるものに限定されるものではない。この他、ZnO、ZnMgO、ZnCdO、酸硫化亜鉛(ZnOS)、酸セレン化亜鉛(ZnOSe)等のZnO系半導体結晶層を、組み合わせる層が同じ屈折率とならない限り、いかなる組み合わせで用いても構わないし、あるいは、ZnMgO、ZnCdO、ZnOS、ZnOSe等のZnO系混晶から一種を選択し、組成比を変えて組み合わせたものでも構わない。前者の例としては、高屈折率層をZnCdO、低屈折率層をZnOで構成したものが挙げられる。また、後者の例としては、高屈折率層をZn1−xMgxO、低屈折率層をZn1−yMgyO(xおよびyはZnMgOの混晶比を示し、x<yである。)で構成したものが挙げられる。
In the present invention, the DBR mirrors used as the
本発明は、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、およびそれらの基本原理を応用した素子を含む、各種の半導体発光素子として利用することができる。 The present invention can be used as various semiconductor light emitting devices including light emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs), and devices that apply these basic principles.
10,10A…第一形態例に係る半導体発光素子、11…ZnO基板、12…反射層、13…ZnO系半導体結晶層、17…発光層、20,20A,20B…第二形態例に係る半導体発光素子、21…ZnO基板、22…第一の反射層、23…ZnO系半導体結晶層、24…第二の反射層、28…発光層。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記基板と前記発光層との間に、発光層より放射された光を反射する反射層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。 A semiconductor light emitting device comprising a light emitting layer composed of a zinc oxide based semiconductor crystal on a substrate made of zinc oxide,
A semiconductor light emitting element, wherein a reflective layer for reflecting light emitted from the light emitting layer is provided between the substrate and the light emitting layer.
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