JP2012033537A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放出光を放出可能な発光層と、第1電極と、前記発光層と前記第1電極との間に設けられた第1の層と、前記第1の層と前記第1電極との間に設けられた第2の層と、前記第1の層と前記発光層との間に設けられたクラッド層と、を備えた発光素子が提供される。第1の層は、第1導電形の第1の不純物濃度を有し、前記第1電極から注入されたキャリアを前記発光層の面内方向に拡散可能とする。第2の層は、前記第1の不純物濃度よりも高い第1導電形の第2の不純物濃度を有し、第1の面が前記第1の層と接触し、前記第1の面とは反対側の第2の面が前記第1電極の形成領域と非形成領域とを有し、平均ピッチが前記放出光の波長以下とされた網状または複数の島状の凸部が前記非形成領域に設けられている。前記クラッド層は、第1導電形を有する。
【選択図】図1
Description
図1(a)は、本発明の第1の実施形態にかかる発光素子の模式平面図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、である。発光素子は、積層体32、積層体32の上に設けられた第1電極50、および積層体32の下に設けられた第2電極40、基板10、などを有する。
第2の層26の厚さをT2、第1の層25の厚さをT1、とする。また、凸部27は、第2の層26の第2の面に設けられる。凸部27を複数の島状とする場合、高さHが第2の層26の厚さT2よりも小さくし、凸部27の周囲の底部27bが第1の面26aには到達しないようにする。また、凸部27を網状とし、凸部27の周囲に底部を設けてもよい。なお、網状の凸部27については、のちに説明をする。
縦軸は光出力残存率(%)、横軸は通電時間(h)である。なお、光出力残存率(%)とは、通電前の光出力を100%として、通電にともない変化した光出力の割合をあらわす。動作電流はいずれも50mAとした。
なお、第1比較例では、第1導電形をn形、第2導電形をp形、とする。第1電極150と、クラッド層124との間に、電流拡散層125が設けられている。電流拡散層125は、In0.5(Ga0.7Al0.3)0.5Pからなり、厚さを3μm、不純物濃度を8×1017cm−3とする。また、電流拡散層125の上面125aには島状の凸部127が形成されている。
例えば、図5(a)において、第1の層25の厚さT1は3μmとする。縦軸は相対発光強度、横軸は第1の層25の不純物濃度N1(×1017cm−3)、である。不純物濃度N1が5×1017cm−3以上とすると、注入された電流が第1の層25で十分に広がるとともに第2電極40で反射され第1電極50で遮光されずに取り出せる光が増大する。このため、第1の層25の不純物濃度N1が4×1017cm−3の場合の発光強度の略1.5倍とできる。なお、InGaAlP系材料に、Siを添加しn形とする場合の活性化率は略1であるので、不純物濃度はキャリア濃度を表しているものとする。
5×1017≦N1(1/cm3) 式(1)
2≦T1(μm)≦5 式(2)
1.5×1018≦N2(1/cm3) 式(3)
ブロックコポリマーをマスクにドライエッチング法を用いると、図6(a)および(b)のSEM(Scanning Electron Microscope)写真のようなランダム形状の微細な凸部27を形成することができる。図6(b)は、図2(b)の模式断面図に対応するSEM写真である。複数の島状を含む凸部27は、上面27aに平坦領域を有する柱状とし、凸部27の周囲に設けられた底部27bを傾斜させることができる。
ウェットエッチング法などを用いて、フロスト処理を行うと、波長よりもサイズが小さい島状や網状の凸部形状を形成することが難しく、また、凸部を高くすることも難しい。よって、屈折率勾配領域を制御性良く形成することや回折格子の形成が困難である。また凸部の上面を平坦に制御することが困難である。
縦軸は相対発光強度、横軸はMQW井戸数、である。実線は、第2の実施形態であるInGaAlP系発光素子を示す。なお、第2の層26は、n形In0.5(Ga0.6Al0.4)0.5Pからなり、第2の不純物濃度N2は30×1017cm−3、厚さT2は1μm、とする。また、第1の層25は、n形In0.5(Ga0.7Al0.3)0.5Pからなり、第1の不純物濃度N1は8×1017cm−3、厚さT1は3μm、とする。また、凸部27の高さHは、0.5μmとする。実線で表す第2の実施形態の発光強度は、井戸数が30〜60の範囲でSQW(Single Quantum Well)の発光強度の略1.4倍とすることができる。
図9(a)のように、p形Al0.5Ga0.5Asからなるコンタクト層14の不純物濃度が30×1018cm−3よりも高くなると、発光強度が急激に低下する。これは、不純物濃度が高くなると、アクセプタがバンドギャップ内に非発光準位を形成し、放出光を吸収することなどによる。
図10(a)は第3の実施形態の模式平面図、図10(b)はC−C線に沿った模式断面図、である。
積層体89は、InxGayAl1−x−yN(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)を含み、放出光は紫外〜緑色の波長範囲であるものとする。積層体89は、発光層84、発光層84の上に設けられ第1導電形を有し、Al0.2Ga0.8Nなどからなるクラッド層85、クラッド層85の上に設けられ第1導電形の第1の不純物濃度を有する第1の層86、第1の層86の上に設けられ、第1の不純物濃度よりも高い第1導電形の第2の不純物濃度を有する第2の層88、を有する。
Claims (6)
- 放出光を放出可能な発光層と、
第1電極と、
前記発光層と前記第1電極との間に設けられ、第1導電形の第1の不純物濃度を有し、前記第1電極から注入されたキャリアを前記発光層の面内方向に拡散可能な第1の層と、
前記第1の層と前記第1電極との間に設けられ、前記第1の不純物濃度よりも高い第1導電形の第2の不純物濃度を有し、第1の面が前記第1の層と接触し、前記第1の面とは反対側の第2の面が前記第1電極の形成領域と非形成領域とを有する第2の層であって、平均ピッチが前記放出光の波長以下とされた網状または複数の島状の凸部が前記非形成領域に設けられた第2の層と、
前記第1の層と前記発光層との間に設けられ、第1導電形の不純物濃度を有するクラッド層と、
を備えたことを特徴とする発光素子。 - 前記凸部の上面は、平坦な領域を有することを特徴とする請求項1記載の発光素子。
- 前記発光層、前記第1及び第2の層、及び前記クラッド層は、それぞれInx(GayAl1−y)1−xP(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、
前記第2の不純物濃度は、1.5×1018cm−3以上とされたことを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子。 - 前記第1の層の厚さは、2μm以上、かつ5μm以下の範囲とされ、
前記第1の不純物濃度は、5×1017cm−3以上とされたことを特徴とする請求項3記載の発光素子。 - 前記発光層及び前記クラッド層は、それぞれInx(GayAl1−y)1−xP(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、
前記第1の層及び前記第2の層のうちいずれか一方はAlxGa1−xAs(0≦x≦1)からなり、いずれか他方はInx(GayAl1−y)1−xP(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1)からなるか、または前記第1及び第2の層が共にAlxGa1−xAs(0≦x≦1)からなることを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子。 - 前記第1の層とは反対側の前記発光層の面に設けられた第2導電形層と、
前記発光層とは反対側の前記第2導電形層の面の一部に接触して設けられ、外縁が前記第1電極からはみ出した電流ブロック層と、
前記第2導電形層とは反対の側の前記電流ブロック層の面と、前記電流ブロック層とは接触していない前記第2導電形層の前記面の領域と、に接触し、前記放出光の一部を反射可能とする第2電極と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光素子。
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