JP2012124314A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、発光層と、透光層と、半導体層と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記発光層は、活性層を含む。前記透光層は、前記発光層から放出される光に対して透光性を有する。前記半導体層は、前記発光層と前記透光層との間において前記透光層に接する。前記半導体層は、前記透光層の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有し、前記活性層の格子定数よりも小さい格子定数を有し、面内方向の引っ張り応力を有する。
【選択図】図1
Description
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、第1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1に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子110は、発光層30と、透光層40と、第1半導体層10(半導体層)と、を備える。
第1半導体層10は、発光層30と透光層40との間において透光層40に接する。
図2は、第1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2に表したように、発光層30は、複数の障壁層BLと、複数の障壁層BLの間に設けられた活性層WLと、を含む。
図3は、本実施形態に係る別の半導体発光素子111における発光層30の構成を例示している。半導体発光素子111における発光層30以外の構成は、半導体発光素子110の構成と同様なので説明を省略する。
活性層WLの厚さは、例えば3nmである。障壁層BLの厚さは、例えば10nmである。
これにより、発光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される。
透光層40には、例えば、厚さが500nmの酸化珪素膜が用いられる。
このように、半導体発光素子110によれば、発光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される。
図4(a)〜図4(c)は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図4(a)に表したように、本製造方法においては、SOI(Silicon on Insulator)構造を有する基板51が用いられる。本具体例では、基板51は、基体50と、シリコン層60と、絶縁層40fと、を有する。絶縁層40fは、基体50とシリコン層60との間に設けられている。絶縁層40fが、透光層40となる。ただし、実施形態はこれに限らない。例えば、基体50が省略され、基板51は、絶縁層40fと、絶縁層40fの上に設けられたシリコン層60と、を有していても良い。
基板51を例えば、MOCVD(有機金属を用いた気相成長法)装置に導入し、基板51の温度を例えば500℃に上げる。この温度で、TMG(トリメチルガリウム)及びNH3(アンモニア)を原料として、第1のGaN層を形成する。第1のGaN層の厚さは、例えば20nmである。
例えば、積層構造体10sと基体50とを分離し、基体50を除去する。具体的には、例えば、第2半導体層20の表面に保護膜を形成する。そして、基体50を研磨または化学的なエッチングにより除去する。そして、保護膜を除去する。
これにより、半導体発光素子110が作製される。なお、上記の基体50の除去は、技術的に可能な任意の工程で実施できる。
図5(a)に表したように、第1参考例の半導体発光素子119aにおいては、サファイアの基板61の上に第1半導体層10が形成されている。サファイア結晶基板上にGaN結晶層をエピタキシャル成長する場合、GaN結晶格子が整合するサファイア結晶の格子長は、対象となるGaN結晶格子長よりも短い。さらに、サファイアの熱膨張係数は、GaN結晶の熱膨張係数よりも大きい。すなわち、第1参考例においては、第1半導体層10の熱膨張係数は、下地の基板61の熱膨張係数よりも小さい。
同図は、実施形態に係る半導体発光素子110及び第1参考例の半導体発光素子119aのラマン分光測定結果を例示している。同図においては、GaNに対応するラマンスペクトル(E2)が表されている。図5の横軸は、ラマンシフトRS(波数、cm−1)である。縦軸は、ラマン散乱の強度Ir(任意目盛り)である。
すなわち、図7(a)及び図7(b)は、実施形態に係る半導体発光素子110及び第1参考例の半導体発光素子119aの発光特性の測定結果をそれぞれ例示している。半導体発光素子110及び半導体発光素子119aは、MQW構造を有する半導体発光素子である。この発光特性は、光励起の発光測定法(PL法)により測定された。横軸は、波長λ(nm)である。縦軸は、PL発光強度PLI(任意目盛り)である。
図7(b)に表したように、半導体発光素子119aにおけるピーク波長も、約440nmである。
図7(a)及び図7(b)から分かるように、半導体発光素子110のPL発光強度PLIの最大値は、半導体発光素子119aのPL発光強度PLIの最大値よりも大きい。
すなわち、図8(a)及び図8(b)は、実施形態に係る半導体発光素子111及び第4参考例の半導体発光素子119dの発光特性の測定結果をそれぞれ例示している。半導体発光素子111及び半導体発光素子119dは、SQW構造を有する半導体発光素子である。半導体発光素子119dにおける発光層30以外の構成は、図5(a)に例示した半導体発光素子119aと同様である。すなわち、半導体発光素子119dにおいては、サファイアの基板61の上に第1半導体層10が形成され、その上にSQW構造の発光層30が形成された。
図8(b)に表したように、半導体発光素子119dにおけるピーク波長は、約490nmである。
これにより、第1半導体層10は透光膜(透光層40)に接する。
図9は、第2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9に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子120は、発光層30、透光層40及び第1半導体層10に加え、反射層45をさらに備える。なお、この場合も第2半導体層20、第1電極70及び第2電極81が設けられている。発光層30、透光層40及び第1半導体層10の構成については、半導体発光素子110と同様なので説明を省略する。
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 (6)
- 活性層を含む発光層と、
前記発光層から放出される光に対して透光性を有する透光層と、
前記発光層と前記透光層との間において前記透光層に接し、前記透光層の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有し、前記活性層の格子定数よりも小さい格子定数を有し、面内方向の引っ張り応力を有する半導体層と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記透光層は、非晶質であることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記透光層は、酸化珪素を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子。
- 前記活性層は、InGaNを含み、
前記半導体層は、GaNを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記光は、前記透光層を通過して前記半導体発光素子の外部に出射する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。
- 前記光を反射する反射層をさらに備え、
前記透光層は、前記半導体層と前記反射層との間に配置されている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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