JP2012019246A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】III−V族半導体からなるn型層と、前記n型層上に設けられたIII−V族半導体からなる活性層と、前記活性層上に設けられたIII−V族半導体からなるp型第1層と、前記p型第1層上に設けられたIII−V族半導体からなるp型コンタクト層と、前記p型第1層と前記p型コンタクト層との間に設けられて上面が凹凸形状を有し、p型不純物濃度が前記p型コンタクト層のp型不純物濃度より低い、少なくともInおよびAlを含むIII−V族半導体とを備えた凹凸層と、を備え、前記p型コンタクト層の上面は前記凹凸層の前記凹凸形状を受け継いだ凹凸形状を有する。
【選択図】図1
Description
D. Morita他、「Watt-Class High-Output-Power 365 nm Ultraviolet Light-Emitting Diodes」、Japanese Journal of Applied Physics、2004年9月、第43巻、第9A号、pp.5945−5950.
本発明の第1実施形態による半導体発光素子の断面を図1に示す。本実施形態の半導体発光素子は発光ダイオードであって、n型GaNからなる半導体基板1上に形成されたn型GaN層2と、n型GaN層2上に形成されたn型GaNからなるn型ガイド層3と、n型ガイド層3上に形成された活性層4と、活性層4上に形成されたp型GaNからなるp型ガイド層5と、p型ガイド層5上に形成されたp型GaAlNからなる電子オーバーフロー防止層6と、電子オーバーフロー防止層上に形成されたp型GaNからなるp型ガイド層7と、p型ガイド層上に形成された凹凸層8と、凹凸層8上に形成されたp型GaNからなるコンタクト層9と、を備えている。また、このコンタクト層9上に電極11が設けられ、半導体基板1のn型GaN層2とは反対側に電極12が設けられている。
In0.01Ga0.99Nを用いる場合は、成長温度は700℃〜800℃であればよい。
次に、本発明の第2実施形態による半導体発光素子の断面を図3に示す。本実施形態の半導体発光素子は、窒化物系半導体発光ダイオードであって、n型GaNからなる半導体基板211上に、n型GaNからなるコンタクト層212、n型GaNからなるn型ガイド層213、InGaNからなる多重量子井戸構造の活性層214、p型GaAlNからなる電子オーバーフロー防止層215、p型GaNからなるp型ガイド層216、InGaAlNからなる凹凸層217、p型GaNからなるコンタクト層218が、順次積層された構成を有している。
次に、本発明の第3実施形態による半導体発光素子の断面を図4に示す。本実施形態の半導体発光素子は発光ダイオードであって、n型GaNからなる半導体基板301上に形成されたn型GaN層302と、n型GaN層302上に形成されたn型GaNからなるn型ガイド層303と、n型ガイド層303上に形成された多重量子井戸構造の活性層304と、活性層304上に形成されたp型GaNからなるp型ガイド層305と、p型ガイド層305上に形成されたp型GaAlNからなる電子オーバーフロー防止層306と、電子オーバーフロー防止層306上に形成された凹凸層307と、凹凸層307上に形成されたp型GaNからなるp型ガイド層308と、p型ガイド層308上に形成されたp型GaNからなるコンタクト層309と、を備えている。また、このコンタクト層9上に電極311が設けられ、半導体基板301のn型GaN層302とは反対側に電極312が設けられている。
n型GaN層302、n型ガイド層303を成長させる際の成長温度はいずれも1000℃〜1100℃である。また、n型ガイド層303として、n型GaNではなく、膜厚0.1μm程度のIn0.01Ga0.99Nを用いても良い。In0.01Ga0.99Nを用いる場合の成長温度は700℃〜800℃である。
次に、本発明の第4実施形態による半導体発光素子の断面を図6に示す。本実施形態の半導体発光素子はレーザダイオードである。このレーザダイオードは、n型GaNからなる半導体基板401上に形成されたn型GaN層402と、n型GaN層402上に形成されたn型GaAlNからなるn型クラッド層403と、n型クラッド層403上に形成されたn型GaNからなるn型ガイド層404と、n型ガイド層404上に形成された多重量子井戸構造の活性層405と、活性層405上に形成されたp型GaNからなるp型ガイド層406と、p型ガイド層406上に形成されたp型GaAlNからなる電子オーバーフロー防止層407と、電子オーバーフロー防止層407上に形成されたp型GaNからなるp型ガイド層408と、p型ガイド層408上に形成されたp型GaAlNからなるp型クラッド層409と、p型クラッド層409上に形成された凹凸層410と、凹凸層410上に形成されたp型GaNからなるコンタクト層411と、を備えている。
2 n型GaN層
3 n型ガイド層
4 活性層
5 p型ガイド層
6 電子オーバーフロー防止層
7 p型ガイド層
8 凹凸層
9 p型コンタクト層
11 電極
12 電極
211 n型半導体基板
212 n型GaN層
213 n型ガイド層
214 活性層
215 電子オーバーフロー防止層
216 p型GaNガイド層
217 凹凸層
218 p型GaNコンタクト層
221 電極
222 電極
301 n型半導体基板
302 n型GaN層
303 n型ガイド層
304 活性層
305 p型ガイド層
306 電子オーバーフロー防止層
307 凹凸層
308 p型ガイド層
309 p型コンタクト層
311 電極
312 電極
401 n型半導体基板
402 n型GaN層
403 n型クラッド層
404 n型ガイド層
405 活性層
406 p型ガイド層
407 電子オーバーフロー防止層
408 p型ガイド層
409 p型クラッド層
410 凹凸層
411 p型コンタクト層
421 電極
422 電極
431 電流ブロック層
Claims (16)
- III−V族半導体からなるn型層と、
前記n型層上に設けられたIII−V族半導体からなる活性層と、
前記活性層上に設けられたIII−V族半導体からなるp型第1層と、
前記p型第1層上に設けられたIII−V族半導体からなるp型コンタクト層と、
前記p型第1層と前記p型コンタクト層との間に設けられて上面が凹凸形状を有し、p型不純物濃度が前記p型コンタクト層のp型不純物濃度より低い、少なくともInおよびAlを含むIII−V族半導体とを備えた凹凸層と、
を備え、
前記p型コンタクト層の上面は前記凹凸層の前記凹凸形状を受け継いだ凹凸形状を有することを特徴とする半導体発光素子。 - 前記p型第1層と前記凹凸層との間に設けられIII−V族半導体からなる電子オーバーフロー層と、前記電子オーバーフロー層と前記凹凸層との間に設けられIII−V族半導体からなるp型第2層とを備えていることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記p型第1層と前記凹凸層との間に設けられIII−V族半導体からなる電子オーバーフロー層と、前記凹凸層と前記p型コンタクト層との間に設けられIII−V族半導体からなるp型第2層とを備えていることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記活性層と前記p型第1層との間にIII−V族半導体からなる電子オーバーフロー層が設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記n型半導体基板の前記n型層と反対側に設けられた第1電極と、前記p型コンタクト層上に設けられた第2電極と、を備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずかに記載の半導体発光素子。
- 前記p型コンタクト層から前記n型層に達するまでの積層構造の一部が除去され、この除去された領域の前記n型層上に設けられた第1電極と、前記p型コンタクト層上に設けられた第2電極と、を備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記n型層と前記活性層との間に設けられたn型クラッド層と、前記p型第1層と前記凹凸層との間に設けられ凸部を有するIII−V族半導体からなるp型クラッド層と、前記活性層と前記p型第1層との間と、前記p型第1層と前記p型クラッド層との間のどちらか一方に設けられたIII−V族半導体からなる電子オーバーフロー層と、を備え、
前記凹凸層および前記p型コンタクト層は前記p型クラッド層の凸部の上面に設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。 - 前記電子オーバーフロー層は前記p型第1層と前記凹凸層との間に設けられ、前記電子オーバーフロー層と前記凹凸層との間に設けられたIII−V族半導体からなるp型第2層を更に備えていることを特徴とする請求項7記載の半導体発光素子。
- 前記p型クラッド層の前記凸部、前記凹凸層、および前記p型コンタクト層のそれぞれの側面と、前記p型クラッド層の前記凸部以外の領域とを覆うように設けられた電流ブロック層と、
前記n型層の前記活性層と反対側に設けられた第1電極と、
前記p型コンタクト層上に設けられた第2電極と、
を備えていることを特徴とする請求項7または8記載の半導体発光素子。 - 前記III−V族半導体は窒化物半導体であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記凹凸層はInxGa1−x−yAlyN(0<x<1、0<y<1)からなることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記凹凸層は{1−101}面、{1−102}面、{11−21}面、{11−22}面のいずれか、またはこれらが組み合わせられた面のファセットを有することを特徴とする請求項11記載の半導体発光素子。
- 前記凹凸層のAlの組成が0.00l%以上6%以下であることを特徴とする請求項11または12記載の半導体発光素子。
- 前記凹凸層の凹凸は、周期が5nm以上100nm以下、高低差が5nm以上200nm以下であることを特徴とする請求項11乃至13のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記凹凸層におけるInの組成は1%以上10%以下であり、前記凹凸層におけるAlの組成は0.01%以上3%以下であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 前記凹凸層の上面は、{1−101}面、{1−102}面、{11−21}面、および{11−22}面のいずれかファセット、またはこれらの組み合わせた面のファセットを有していることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の半導体発光素子。
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