JP2011171368A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化物半導体を含むn型半導体層10と、窒化物半導体を含むp型半導体層20と、n型半導体層とp型半導体層との間に設けられ、交互に積層された、複数の障壁層31と、複数の井戸層32と、を有する発光部30と、を備えた半導体発光素子が提供される。p型半導体層に最も近い井戸層及び障壁層におけるp側端平均In組成比は、n型半導体層に最も近い井戸層及び障壁層におけるn側端平均In組成比よりも大きく、n側端平均In組成比の5倍以下である。
【選択図】図1
Description
また、GaN系半導体、及び、基板として用いられるサファイアなどは、屈折率が非常に高いため、半導体発光素子のチップ内部で多重反射し、光取り出し効率が低くなりやすい。
しかしながら、この技術においても効率の向上には改良の余地がある。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図2は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。
図1に表したように、本発明の実施形態に係る半導体発光素子110は、窒化物半導体を含むn型半導体層10と、窒化物半導体を含むp型半導体層20と、n型半導体層10とp型半導体層20との間に設けられた発光部30と、を備える。
そして、p側端平均In組成比Apを(wp×twp+bp×tbp)/(twp+tbp)とする。
本実施形態に係る半導体発光素子110においては、p側端平均In組成比Apは、n側端平均In組成比Anよりも大きく、n側端平均In組成比Anの5倍以下に設定される。
まず、サファイアからなる基板5の上に、バッファ層6を形成した後、n型不純物がドープされたn型GaN層11を結晶成長させる。n型GaN層11の厚さは、例えば4μm(マイクロメートル)程度である。
p型GaNコンタクト層22の上に、例えば酸化インジウム錫(ITO)からなるp側電極81が形成される。ITOの厚さは、例えば0.2μmである。ITOの一部の上にはp側パッド電極82として、厚さが例えば1.0μmのAu膜が形成される。
そして、発光部30において、p側端平均In組成比Apをn側端平均In組成比Anよりも大きくし、n側端平均In組成比Anの5倍以下とすることで、内部量子効率が高く、光取り出し効率が高い半導体発光素子が提供できる。
発光部30においては、n型ガイド層12の上に、まず、In0.01Ga0.99Nを含むn側端障壁層31n1を形成し、その上に、アンドープのIn0.07Ga0.93Nを含むn側端井戸層32n1を形成した。その上に、さらに、In0.01Ga0.99Nを含む障壁層31と、アンドープのIn0.07Ga0.93Nを含む井戸層32と、交互に4ペア(計8層)形成した。このように、n型半導体層10の側にIn0.07Ga0.93Nを含む井戸層32が5層形成された。上記において井戸層32の厚さは2.5nmであり、障壁層31の厚さは5.0nmである。
この後、その上に、第1p型ガイド層21aが上記の条件によって形成された。
すなわち、井戸層32のIn組成比は0.15であり、井戸層32はIn0.15Ga0.85Nである。そして、井戸層32の厚さは2.5nmである。そして、障壁層31のIn組成比は0.01であり、障壁層31はIn0.01Ga0.09Nである。そして、障壁層31の厚さは5.0nmである。これ以外は、半導体発光素子111と同様である。
このような構成を有する半導体発光素子111及び119の特性を評価した。
すなわち、図3(a)及び図3(b)は、半導体発光素子111及び119の特性の測定結果を例示している。これらの図において、横軸は波長λ(nm)であり、縦軸は、発光強度ELI(mW/nm)である。
すなわち、同図は、以下に説明する実施形態に係る半導体発光素子110a〜110d、及び、第2比較例の半導体発光素子119aの特性のシミュレーション結果を例示している。
半導体発光素子110aにおける、n側端平均In組成比Anは0.030であり、p側端平均In組成比Apは0.057となる。従って、半導体発光素子110aにおけるIn平均組成比pn比Ap/Anは、1.9となる。
このように、半導体発光素子110bにおいては、p側端井戸層厚twpは、n側端井戸層厚twnをよりも厚い。
半導体発光素子110bにおけるn側端平均In組成比Anは、0.030であり、p側端平均In組成比Apは、0.059となる。従って、半導体発光素子110bにおけるIn平均組成比pn比Ap/Anは、2.0となる。
このように、半導体発光素子110cにおいては、p側端障壁層31p1おけるIn組成比bpは、n側端障壁層31n1におけるIn組成比bnよりも高い。
半導体発光素子110cにおけるn側端平均In組成比Anは、0.030であり、p側端平均In組成比Apは、0.070となる。従って、半導体発光素子110dにおけるIn平均組成比pn比Ap/Anは、2.3となる。
このように、半導体発光素子110dにおいては、p側端障壁層厚tbpは、n側端障壁層厚tbnよりも薄い。
半導体発光素子110dにおけるn側端平均In組成比Anは、0.030であり、p側端平均In組成比Apは、0.064となる。従って、半導体発光素子110dにおけるIn平均組成比pn比Ap/Anは、2.1となる。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (5)
- 窒化物半導体を含むn型半導体層と、
窒化物半導体を含むp型半導体層と、
前記n型半導体層と前記p型半導体層との間に設けられ、
交互に積層された、複数の障壁層と、複数の井戸層と、
を有する発光部と、
を備え、
前記複数の井戸層のうちで前記n型半導体層に最も近いn側端井戸層は、InwnGa1−wnNを含み、層厚twn(ナノメートル)を有し、
前記複数の障壁層のうちで前記n型半導体層に最も近いn側端障壁層は、InbnGa1−bnNを含み、層厚tbn(ナノメートル)を有し、
前記複数の井戸層のうちで前記p型半導体層に最も近いp側端井戸層は、InwpGa1−wpNを含み、層厚twp(ナノメートル)を有し、
前記p側端井戸層よりも前記n型半導体層の側において、前記複数の障壁層のうちで前記p型半導体層に最も近いp側端障壁層は、InbpGa1−bpNを含み、層厚tbp(ナノメートル)を有し、
n側端平均In組成比を(wn×twn+bn×tbn)/(twn+tbn)とし、
p側端平均In組成比を(wp×twp+bp×tbp)/(twp+tbp)としたとき、
前記p側端平均In組成比は、前記n側端平均In組成比よりも大きく、前記n側端平均In組成比の5倍以下であること特徴とする半導体発光素子。 - 前記p側端井戸層におけるIn組成比wpは、前記n側端井戸層におけるIn組成比wnよりも高いことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記層厚twpは、前記層厚twnをよりも厚いこと特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子。
- 前記p側端障壁におけるIn組成比bpは、前記n側端障壁層におけるIn組成比bnよりも高いこと特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記層厚tbpは、前記層厚tbnよりも薄いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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