JP2012216751A - Iii族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各層はIII 族窒化物半導体から成り、n型層側クラッド層103、Alx Ga1-x N(0<x<1)層を障壁層141とする多重量子構造を有した発光層104、p型層側クラッド層106を少なくとも有するIII 族窒化物半導体発光素子である。発光層104は、n型層側クラッド層103からp型層側クラッド層106の方向の厚さ方向に沿って、3区分の第1区分、第2区分、第3区分に分ける時、第1区分と第3区分における障壁層141の層数を等しくし、第1区分における障壁層141のAl組成比をx、第2区分における障壁層141のAl組成比をy、第3区分における障壁層141のAl組成比をzとする時、x+z=2y、且つ、z<xを満たすように、それぞれの障壁層141のAl組成比を設定した。
【選択図】図7
Description
また、特許文献3には、障壁層、井戸層、障壁層の3層構造の活性層において、n型層側の障壁層のバンドギャップをp型層側の障壁層のバンドギャップよりも大きくした構造、n型層側の障壁層の厚さをp型層側の障壁層の厚さよりも薄くした構造が開示されている。
そこで、本発明の目的は、駆動電圧を向上させることなく、III 族窒化物半導体発光素子の発光出力、発光効率を向上させることである。
第1区分と第3区分の障壁層の層数をk、発光層の障壁層の全層数をnとする。本発明では、第1区分における障壁層のAl組成比の平均x、第2区分における障壁層のAl組成比の平均y、第3区分における障壁層のAl組成比の平均zは、次式により決定される。ただし、z<xである。
換言すれば、第2区分の障壁層のAl組成比の平均yに対する第1区分の障壁層のAl組成比の平均xの偏差(x−y)と、第3区分の障壁層のAl組成比の平均zに対する第2区分の障壁層のAl組成比の平均yの偏差(y−z)とを等しくしている。また、第2区分の障壁層のAl組成比の平均yに対する第1区分の障壁層のAl組成比の平均xの比x/yの1に対する偏差(x/y−1)と、1の第2区分の障壁層のAl組成比の平均yに対する第3区分の障壁層のAl組成比の平均zの比z/yに対する偏差(1−z/y)とを等しくしている。本件発明は、発光層における3つの区分における障壁層のAl組成比の平均に関して、上記のような対称性を持たせることにより、発光効率を改善している。また、最も望ましくは、各同一区分内における複数の障壁層のAl組成比を同一にしても良い。この場合には、第1区分の全ての障壁層のAl組成比はxで等しく、第2区分の全ての障壁層のAl組成比はyで等しく、第3区分の全ての障壁層のAl組成比はzで等しくなる。このことは、以下の発明においても、適用される。
換言すれば、第1区分の障壁層の厚さの平均aに対する第2区分の障壁層の厚さの平均bの偏差(b−a)と、第2区分の障壁層の厚さの平均bに対する第3区分の障壁層の厚さの平均cの偏差(c−b)とを等しくしている。また、1の第2区分の障壁層の厚さの平均bに対する第1区分の障壁層の厚さの平均aの比a/bに対する偏差(1−a/b)と、第2区分の障壁層の厚さの平均bに対する第3区分の障壁層の厚さの平均cの比c/bの1に対する偏差(c/b−1)とを等しくしている。本件発明は、発光層における障壁層のAl組成比の分布と厚さの平均の分布に関して、上記のような対称性を持たせることにより、発光効率を改善している。また、最も望ましくは、各同一区分内における複数の障壁層の厚さを同一にしても良い。この場合には、第1区分の全ての障壁層の厚さはaで等しく、第2区分の全ての障壁層の厚さはbで等しく、第3区分の全ての障壁層の厚さはcで等しくなる。このことは、以下の発明においても、適用される。
以下において、符号144は障壁層にも用い、符号142は井戸層にも用いる。
用いた結晶成長方法は有機金属化合物気相成長法(MOCVD法)である。ここで用いられたガスは、キャリアガスは水素と窒素(H2 又はN2 )を用い、窒素源には、アンモニアガス(NH3 )、Ga源には、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3:以下「TMG」と書く。) 、In源には、トリメチルインジウム(In(CH3)3:以下「TMI」と書く。) 、Al源には、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3:以下「TMA」と書く。) 、n型ドーパントガスには、シラン(SiH4 )、p型ドーパントガスには、シクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5 H5 )2 :以下「CP2 Mg」と書く。)を用いた。
障壁層144の厚さの分布に関しては、図5、6のように、発光層104の厚さの中央CLに対して点対称性があれば、点対称性がない場合よりも発光光度は高くなる。このような障壁層144の厚さの分布により発光層104の厚さ方向での発光光度を一様化することができるため、発光光度が向上する。
101:n型コンタクト層
102:ESD層
103:n型クラッド層
104:発光層
105:ノンドープクラッド層
106:p型クラッド層
107:p型コンタクト層
108:p電極
130:n電極
110:第1ESD層
111:第2ESD層
120:バッファ層
131:Iny Ga1-y N層
132:Alx Ga1-x N層
133:GaN層
Claims (11)
- 各層がIII 族窒化物半導体から成り、n型層側クラッド層、Alx Ga1-x N(0<x<1)層を障壁層とする多重量子構造を有した発光層、p型層側クラッド層を少なくとも有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記発光層は、前記n型層側クラッド層から前記p型層側クラッド層の方向の厚さ方向に沿って、3区分の第1区分、第2区分、第3区分に分ける時、前記第1区分における前記障壁層のAl組成比の平均をx、前記第2区分における前記障壁層のAl組成比の平均をy、前記第3区分における前記障壁層のAl組成比の平均をzとする時、z<y<xを満たすように、それぞれの前記障壁層のAl組成比を設定したことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 前記第1区分と前記第3区分における前記障壁層の層数を等しくし、x+z=2yを満たすように、それぞれの前記障壁層のAl組成比を設定したことを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- 比x/yを、1.1≦x/y≦2.2としたことを特徴とする請求項2に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- 前記第1区分における前記障壁層の厚さの平均をa、前記第2区分における前記障壁層の厚さの平均をb、前記第3区分における前記障壁層の厚さの平均をcとする時、a<b<c、又は、c<b<aを満たすように、それぞれの前記障壁層の厚さを設定したことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- 前記第1区分と前記第3区分における前記障壁層の層数を等しくし、a+c=2bを満たすように、それぞれの前記障壁層の厚さを設定したことを特徴とする請求項4に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- a<cの関係に設定することを特徴とする請求項5に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- a<b<cの場合には、比a/bを、0.7≦a/b≦0.9とし、c<b<aの場合には、比c/bを、0.7≦c/b≦0.9としたことを特徴とする請求項5に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- 各層がIII 族窒化物半導体から成り、n型層側クラッド層、Alx Ga1-x N(0<x<1)層を障壁層とする多重量子構造を有した発光層、p型層側クラッド層を少なくとも有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記発光層は、前記n型層側クラッド層から前記p型層側クラッド層の方向の厚さ方向に沿って、3区分の第1区分、第2区分、第3区分に分ける時、第1区分、第2区分、第3区分の前記障壁層のAl組成比を等しくし、前記第1区分における前記障壁層の厚さの平均をa、前記第2区分における前記障壁層の厚さの平均をb、前記第3区分における前記障壁層の厚さの平均をcとする時、a<b<c、又は、c<b<aを満たすように、それぞれの前記障壁層の厚さを設定したことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 第1区分と第3区分における前記障壁層の層数を等しくし、a+c=2bを満たすように、それぞれの前記障壁層の厚さを設定したことを特徴とする請求項8に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- a<cの関係に設定することを特徴とする請求項9に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- a<b<cの場合には、比a/bを、0.7≦a/b≦0.9とし、c<b<aの場合には、比c/bを、0.7≦c/b≦0.9としたことを特徴とする請求項9に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
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