JP2012138639A - 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面に凹凸加工が施されたサファイア基板からなる成長用基板、n型窒化物半導体層、発光層、p型窒化物半導体層、透明導電層および誘電体からなる反射層をこの順で含む窒化物半導体発光素子およびその製造方法である。誘電体からなる反射層は、全反射する光が多くなるように全反射臨界角が小さくなる厚さで形成したSiO2層;斜め25°方向で反射率が最大になるように形成したSiO2層とSiN層との周期構造;および、垂直方向で反射率が最大になるように形成したSiO2層とSiN層との周期構造;からなることができる。
【選択図】図9
Description
[1] 表面に凹凸加工が施されたサファイア基板からなる成長用基板、n型窒化物半導体層、発光層、p型窒化物半導体層、透明導電層および誘電体からなる反射層をこの順で含む窒化物半導体発光素子。
全反射する光が多くなるように全反射臨界角が小さくなる厚さで形成したSiO2層、
斜め25°方向で反射率が最大になるように形成したSiO2層とSiN層との周期構造、および
垂直方向で反射率が最大になるように形成したSiO2層とSiN層との周期構造
からなる[1]〜[4]のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
前記成長用基板上に、前記n型窒化物半導体層、前記発光層、前記p型窒化物半導体層をこの順に積層する工程(a)と、
前記p型窒化物半導体層表面上に、前記透明導電層を形成する工程(b)と、
前記透明導電層、前記p型窒化物半導体層、前記発光層、および前記n型窒化物半導体層の一部をエッチングし、前記n型窒化物半導体層の一部を露出させる工程(c)と、
前記透明導電層の表面上、前記p型窒化物半導体層の表面上および前記n型窒化物半導体層の露出表面上に、前記誘電体からなる反射層として、
全反射臨界角が小さくなる厚さのSiO2層、
斜め25°方向で反射率が最大になるようなSiO2層とSiNとの周期構造、および
垂直方向で反射率が最大となるようなSiO2層とSiNとの周期構造
を形成する工程(d)と、
前記反射層の一部を除去する工程(e)と、
前記反射層を除去した箇所にパッド電極を形成する工程(f)と、
を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の窒化物半導体発光素子の一例を示す概略断面図である。図1に示される窒化物半導体発光素子は、支持基板101、第2の接合層102および第1の接合層103からなる共晶接合層104、誘電体からなる反射層105、透明導電層106、p型GaN層107およびp型AlGaN層108からなるp型窒化物半導体層109、発光層110およびn−GaNからなるn型窒化物半導体層111をこの順に積層した積層構造を有する。n型窒化物半導体層111上には、第1の電極(n側電極)112が、支持基板101の共晶接合層104側とは反対側の表面上には、第2の電極(p側電極)113が形成されており、上下電極構造となっている。
図8は、本発明の窒化物半導体発光素子の他の一例を示す概略断面図である。図8に示される窒化物半導体発光素子は、図1に示される窒化物半導体発光素子の共晶接合層104、支持基板101および第2の電極113の代わりに、メッキ下地層803およびメッキ層801を採用した点において、図1の窒化物半導体発光素子と相違する。すなわち、図8に示される窒化物半導体発光素子は、メッキ層801、メッキ下地層803、誘電体からなる反射層805、透明導電層806、p型GaN層807およびp型AlGaN層808からなるp型窒化物半導体層809、発光層810およびn−GaNからなるn型窒化物半導体層811をこの順に積層した積層構造を有する。n型窒化物半導体層811上には、第1の電極(n側電極)812が形成されている。本実施形態において、メッキ層811は、支持基板としての役割とp側電極としての役割の両方を果たしている。したがって、図8の窒化物半導体発光素子もまた、上下電極構造である。p型GaN層807には、第1の実施形態と同様に電流阻止領域814が形成されている。このような構成の窒化物半導体発光素子においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図1に示される構造の窒化物半導体発光素子を以下の方法により作製した。以下、図2〜7を参照して作製方法を説明する。まず、サファイアからなる成長用基板201上に、GaNからなるバッファ層202、厚み4μmのn型GaN層からなるn型窒化物半導体層111、GaNからなるバリア層とInGaNからなるウェル層の6周期構造からなるMQW層である発光層110(厚み100nm)、p型AlGaN層108(厚み20nm)およびp型GaN層107(厚み80nm)からなるp型窒化物半導体層109をこの順で、MOCVD法により成長させた(工程(A)、図2参照)。次に、電流阻止領域114を形成するために、直径90μmの円形状の開口部が400μmのピッチで形成されたフォトレジストマスクを、p型GaN層107上に形成した。ついで、プラズマ照射を行ない、フォトレジストマスクの開口部内に露出しているp型GaN層107を高抵抗化させ、電流阻止領域114を形成した。
反射層105として、SiO2層(厚み102nm)/SiN層(厚み72nm)を1周期として合計3周期、ついで、SiO2層(厚み76nm)/SiN層(厚み53nm)を1周期として合計7周期形成したこと以外は、実施例1と同様にして窒化物半導体発光素子を得た。得られた窒化物半導体発光素子においては、反射層105に斜め方向に入射する光に対しても、良好な反射率を示し、光取り出し効率がさらに向上した。本実施例の窒化物半導体発光素子の光出力は、26mWであり、駆動電圧は3.2Vであった。
反射層805にリング状の貫通口815を形成する工程までは実施例1と同様に行ない、ついで、メッキ下地層803としてAuを2μmを形成し、次に、電解メッキ法により、Cuからなる厚み80μmのメッキ層801を形成した。以降の工程は実施例1と同様にして行ない、図8に示される窒化物半導体発光素子を得た。本実施例の窒化物半導体発光素子の光出力は、25mWであり、駆動電圧は3.2Vであった。
まず、図9を参照して、成長用基板901として表面に凹凸加工が施されたサファイア基板を用意した。この凹凸の周期は5μmである。また、この凹凸における凸部は、底面が円形である円錐の上部を切ったような形状または、凸レンズのような形状を有しており、その断面は台形または、半円や半楕円形状である。凸部の直径(断面形状の底辺)は2.5μmである。)なお、凸部の形状やサイズは、この例に限られるものではないが、サファイア基板表面がこのような形状を有することで、この上に形成する窒化物半導体層との界面が凹凸形状になるため、光取り出し効率を向上させることができる。また、横方向成長が促進され、貫通転位を抑制することができ、内部量子効率が高い発光素子を作成することができる。
Claims (6)
- 表面に凹凸加工が施されたサファイア基板からなる成長用基板、n型窒化物半導体層、発光層、p型窒化物半導体層、透明導電層および誘電体からなる反射層をこの順で含む窒化物半導体発光素子。
- 前記透明導電層は、導電性金属酸化物またはn型窒化物半導体からなる請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記透明導電層は、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛または酸化インジウムのいずれかからなる請求項2に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記透明導電層は、n型AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1)からなる請求項2に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記誘電体からなる反射層は、
全反射する光が多くなるように全反射臨界角が小さくなる厚さで形成したSiO2層、
斜め25°方向で反射率が最大になるように形成したSiO2層とSiN層との周期構造、および
垂直方向で反射率が最大になるように形成したSiO2層とSiN層との周期構造
からなる請求項1〜4のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 - 表面に凹凸加工が施されたサファイア基板からなる成長用基板、n型窒化物半導体層、発光層、p型窒化物半導体層、透明導電層および誘電体からなる反射層をこの順で含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記成長用基板上に、前記n型窒化物半導体層、前記発光層、前記p型窒化物半導体層をこの順に積層する工程(a)と、
前記p型窒化物半導体層表面上に、前記透明導電層を形成する工程(b)と、
前記透明導電層、前記p型窒化物半導体層、前記発光層、および前記n型窒化物半導体層の一部をエッチングし、前記n型窒化物半導体層の一部を露出させる工程(c)と、
前記透明導電層の表面上、前記p型窒化物半導体層の表面上および前記n型窒化物半導体層の露出表面上に、前記誘電体からなる反射層として、
全反射臨界角が小さくなる厚さのSiO2層、
斜め25°方向で反射率が最大になるようなSiO2層とSiNとの周期構造、および
垂直方向で反射率が最大となるようなSiO2層とSiNとの周期構造
を形成する工程(d)と、
前記反射層の一部を除去する工程(e)と、
前記反射層を除去した箇所にパッド電極を形成する工程(f)と、
を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
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