JP2014027310A - Light-emitting element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting element which is improved in reliability while its light output is increased.SOLUTION: The light-emitting element comprises: a light-emitting layer capable of emitting emission light; a first electrode; a first layer provided between the light-emitting layer and the first electrode; a second layer provided between the first layer and the first electrode; and a clad layer provided between the first layer and the light-emitting layer. The first layer has a first impurity density of a first conductivity type, and is arranged so that carriers injected thereinto from the first electrode can be diffused in an in-plane direction of the light-emitting layer. The second layer has a second impurity density of the first conductivity type which is higher than the first impurity density. The second layer is in contact with the first layer at a first face. The second layer has a second face on the side opposite to the first face, and it has, in the second face, a formation region for forming the first electrode and a non-formation region. In the light-emitting element, protrusions in a net-like form or island-like forms are provided on the non-formation region, and have an average pitch equal to or smaller than the wavelength of the emission light. Further, the clad layer has the first conductivity type.

Description

本発明の実施形態は、発光素子に関する。   Embodiments described herein relate generally to a light emitting device.

照明装置、表示装置、信号機などに用いる発光素子に対して、高出力化が益々要求されている。   Increasing output is increasingly required for light-emitting elements used in lighting devices, display devices, traffic lights, and the like.

発光層と第1電極との間に、高濃度の電流拡散層を設けると、第1電極から注入されたキャリアを発光層の面内で広げ、高い光出力を出射することが容易となる。   When a high-concentration current diffusion layer is provided between the light emitting layer and the first electrode, carriers injected from the first electrode are spread in the plane of the light emitting layer, and it becomes easy to emit a high light output.

また、電流拡散層の光出射側の表面に、微小凹凸を形成すると光取り出し効率が向上し光出力を高めることができる。微小凹凸の形成方法として、ドライエッチング法を用いると、放出光の波長以下のサイズの微小凹凸を確実かつ生産性良く形成することができる。   Moreover, if minute irregularities are formed on the surface of the current diffusion layer on the light emission side, the light extraction efficiency can be improved and the light output can be increased. If a dry etching method is used as a method for forming the minute unevenness, the minute unevenness having a size equal to or smaller than the wavelength of the emitted light can be reliably formed with good productivity.

しかしながら、ドライエッチング法を用いると加工領域に結晶欠陥などを生じ、長時間動作により光出力が低下することがある。   However, when the dry etching method is used, a crystal defect or the like is generated in the processing region, and the light output may be lowered by long-time operation.

特開2006−128227号公報JP 2006-128227 A

光出力を高めつつ、信頼性が改善された発光素子を提供する。   A light-emitting element with improved light output and improved reliability is provided.

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、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の不純物濃度を有する。第2の層は、不純物濃度が1.5×1018cm−3以上であり、上面の少なくとも一部に複数の凸部を含み、結晶欠陥を有する。 A light emitting layer capable of emitting emitted light; a first electrode; a first layer provided between the light emitting layer and the first electrode; and between the first layer and the first electrode. There is provided a light emitting device including a provided second layer. The first layer has a first impurity concentration of the first conductivity type. The second layer has an impurity concentration of 1.5 × 10 18 cm −3 or more, includes a plurality of convex portions on at least a part of the upper surface, and has crystal defects.

図1(a)は第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。FIG. 1A is a schematic plan view of the light emitting device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA. 図2(a)は凸部が設けられた第1導電形層の模式断面図、図2(b)は凸部の部分拡大図、である。2A is a schematic cross-sectional view of a first conductivity type layer provided with a convex portion, and FIG. 2B is a partially enlarged view of the convex portion. 図3(a)は第2の実施形態の発光素子の光出力残存率、図3(b)は第1比較例の光出力残存率、図3(c)は第2比較例の光出力残存率、図3(d)は第3比較例の光出力残存率、のグラフ図である。3A is a light output remaining rate of the light emitting device of the second embodiment, FIG. 3B is a light output remaining rate of the first comparative example, and FIG. 3C is a light output remaining rate of the second comparative example. FIG. 3D is a graph showing the light output remaining ratio of the third comparative example. 図4(a)は第1比較例にかかる発光素子の模式平面図、図4(b)はB−B線に沿った模式断面図、である。FIG. 4A is a schematic plan view of a light emitting element according to a first comparative example, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB. 図5(a)は相対発光強度の第1の層の不純物濃度に対する依存性、図5(b)は相対発光強度の第1の層の厚さに対する依存性、のグラフ図である。FIG. 5A is a graph showing the dependence of the relative emission intensity on the impurity concentration of the first layer, and FIG. 5B is a graph showing the dependence of the relative emission intensity on the thickness of the first layer. 図6(a)は島状の凸部の上面のSEM写真、図6(b)は島状の凸部を斜め上方からみたSEM写真、図6(c)は網状の凸部の模式斜視図、である。6A is an SEM photograph of the top surface of the island-shaped convex portion, FIG. 6B is an SEM photograph of the island-shaped convex portion seen from obliquely above, and FIG. 6C is a schematic perspective view of the net-shaped convex portion. . 図7(a)および(b)はウェットエッチング法により形成した凸部の上面のSEM写真、図7(c)はその断面のSEM写真である。7A and 7B are SEM photographs of the upper surface of the convex portion formed by the wet etching method, and FIG. 7C is an SEM photograph of the cross section thereof. MQW井戸数に対する相対発光強度の依存性のグラフ図である。It is a graph of the dependence of relative light emission intensity with respect to the number of MQW wells. 図9(a)はp形コンタクト層の不純物濃度に対する相対発光強度依存性、図9(b)はp形コンタクト層の不純物濃度に対する順方向電圧の依存性、である。FIG. 9A shows the relative emission intensity dependence on the impurity concentration of the p-type contact layer, and FIG. 9B shows the dependence of the forward voltage on the impurity concentration of the p-type contact layer. 図10(a)は第3の実施形態にかかる発光素子の模式平面図、図10(b)はC−C線に沿った模式断面図、である。FIG. 10A is a schematic plan view of the light emitting device according to the third embodiment, and FIG. 10B is a schematic cross-sectional view taken along the line CC.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic plan view of a light emitting device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA. The light emitting element includes a stacked body 32, a first electrode 50 provided on the stacked body 32, a second electrode 40 provided under the stacked body 32, the substrate 10, and the like.

積層体32は、発光層22、発光層22の上に設けられた第1導電形層30、および発光層22の下に設けられた第2導電形層20を有する。第1導電形層30は、発光層22の上に設けられた第1の層25と、第1の層25の上に設けられた第2の層26と、を少なくとも有している。また、第1導電形層30が、第2の層26の上にコンタクト層28を有すると、第1電極50との間で良好なオーミックコンタクトを形成できるのでより好ましい。さらに、第1導電形層30が、発光層22と接触したクラッド層24を有すると、発光層22に効果的に光を閉じ込めて発光効率を高めることができるのでより好ましい。   The stacked body 32 includes a light emitting layer 22, a first conductivity type layer 30 provided on the light emitting layer 22, and a second conductivity type layer 20 provided below the light emitting layer 22. The first conductivity type layer 30 includes at least a first layer 25 provided on the light emitting layer 22 and a second layer 26 provided on the first layer 25. In addition, it is more preferable that the first conductivity type layer 30 has the contact layer 28 on the second layer 26 because a good ohmic contact can be formed with the first electrode 50. Furthermore, it is more preferable that the first conductivity type layer 30 has the cladding layer 24 in contact with the light emitting layer 22 because light can be effectively confined in the light emitting layer 22 and the light emission efficiency can be increased.

第2の層26と第1の層25とは、共に第1の導電形を有しており、第1の層25の第1の不純物濃度は、第2の層26の第2の不純物濃度よりも低い。第1の面26aが第1の層25と接触し、第1の面26aとは反対側の第2の層26の第2の面は、第1電極50の形成領域26bと非形成領域26cとを有している。非形成領域26cには、凸部27が設けられている。凸部27の平均ピッチは、放出光の波長よりも小さいことが好ましい。凸部27の平均ピッチについては、のちに詳しく説明する。   Both the second layer 26 and the first layer 25 have the first conductivity type, and the first impurity concentration of the first layer 25 is the second impurity concentration of the second layer 26. Lower than. The first surface 26a is in contact with the first layer 25, and the second surface of the second layer 26 opposite to the first surface 26a is formed between the formation region 26b and the non-formation region 26c of the first electrode 50. And have. A convex portion 27 is provided in the non-formation region 26c. The average pitch of the protrusions 27 is preferably smaller than the wavelength of the emitted light. The average pitch of the convex portions 27 will be described in detail later.

さらに、発光素子は、発光層22とは反対側の第2導電形層20の面の一部に接触して設けられ、外縁が第1電極50からはみ出した電流ブロック層42有していてもよい。この場合、第2電極40は、第2導電形層20とは反対の側の電流ブロック層42の面と、電流ブロック層42とは接触していない第2導電形層20の面の領域と、に接触するように設けられる。発光層22から下方に放出された光の一部は、透明絶縁膜からなる電流ブロック層42のはみ出し領域を透過し、第2電極40により反射され、再び電流ブロック層42を透過して上方に放出される光GLを含む。電流ブロック層42のはみ出し領域を広くすると、光出力をさらに高めることができる。例えば、第1電極50の直径DEは120μm、電流ブロック層42の直径DBは220μm、とされる。   Further, the light emitting element may be provided in contact with a part of the surface of the second conductivity type layer 20 on the side opposite to the light emitting layer 22, and may have a current blocking layer 42 whose outer edge protrudes from the first electrode 50. Good. In this case, the second electrode 40 includes a surface of the current block layer 42 opposite to the second conductivity type layer 20 and a region of the surface of the second conductivity type layer 20 that is not in contact with the current block layer 42. , To be in contact with. A part of the light emitted downward from the light emitting layer 22 is transmitted through the protruding region of the current blocking layer 42 made of a transparent insulating film, reflected by the second electrode 40, and transmitted again through the current blocking layer 42 upward. Contains the emitted light GL. If the protruding area of the current blocking layer 42 is widened, the light output can be further increased. For example, the diameter DE of the first electrode 50 is 120 μm, and the diameter DB of the current blocking layer 42 is 220 μm.

図2(a)は島状の凸部が設けられた第1導電形層の模式断面図、図2(b)はC部の部分拡大図、である。
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。
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of a first conductivity type layer provided with island-shaped convex portions, and FIG. 2B is a partially enlarged view of a C portion.
The thickness of the second layer 26 is T2, and the thickness of the first layer 25 is T1. Further, the convex portion 27 is provided on the second surface of the second layer 26. When the convex portion 27 has a plurality of island shapes, the height H is made smaller than the thickness T2 of the second layer 26 so that the bottom portion 27b around the convex portion 27 does not reach the first surface 26a. To do. Further, the convex portion 27 may be formed in a net shape, and a bottom portion may be provided around the convex portion 27. The net-like convex portion 27 will be described later.

複数の島状の凸部27の場合、1つの島からみて、周囲の島との距離のうち、最短となる距離をピッチP1、P2などとする。その距離は、島の形状がランダムな場合、島を等面積の円に置き換え、その中心間距離とする。それぞれのピッチの平均値を、島状の凸部27の平均ピッチとして定義する。   In the case of a plurality of island-shaped convex portions 27, the shortest distances among the distances to the surrounding islands as viewed from one island are defined as pitches P1, P2, and the like. When the island shape is random, the distance is replaced with a circle of equal area and the distance between the centers is set. The average value of each pitch is defined as the average pitch of the island-shaped convex portions 27.

外部の屈折率が第2の層26の屈折率よりも低い場合、島状の凸部27が設けられた第2の層26の屈折率は、第2の層26の屈折率から外部の屈折率に向かって低下する屈折率勾配(Graded Index) を有する。このために、光取り出し効率を高めることができる。また、島状の凸部27が回折格子として作用し、n次回折光(n=±1、±2、・・・)の一部を取り出すことができ、光取り出し効率をさらに高めることができる。   When the external refractive index is lower than the refractive index of the second layer 26, the refractive index of the second layer 26 provided with the island-shaped convex portions 27 is changed from the refractive index of the second layer 26 to the external refraction. It has a refractive index gradient (Graded Index) that decreases toward the index. For this reason, the light extraction efficiency can be increased. Moreover, the island-shaped convex part 27 acts as a diffraction grating, and a part of n-th order diffracted light (n = ± 1, ± 2,...) Can be extracted, and the light extraction efficiency can be further increased.

第2の層26の第1電極形成領域26bの上に設けられた第1電極50から注入されたキャリア流F1、F2、F3、F4などが、第2の不純物濃度N2を有する第2の層26を通過し、第1の層25に流れ込む。第2の層26の第1電極50の非形成領域26cには凸部27が設けられているので、キャリア流F5は、凸部27の周囲に設けられた底部27bと第2の層26の第1の面26aとの間を水平面方向に広がりつつ第1の層25に流れ込む。すなわち、第1の層25および第2の層26の一部は、電流拡散層として作用する。電流拡散層の不純物濃度を高めると、電流を発光層22の面内に拡散し、光出力を高めることができる。また、電流拡散層を厚くしても、電流を発光層22の面内に拡散し、光出力を高めることができる。   The carrier flow F1, F2, F3, F4, etc. injected from the first electrode 50 provided on the first electrode formation region 26b of the second layer 26 is the second layer having the second impurity concentration N2. 26 and flows into the first layer 25. Since the convex portion 27 is provided in the non-formation region 26 c of the first electrode 50 of the second layer 26, the carrier flow F <b> 5 is generated between the bottom portion 27 b provided around the convex portion 27 and the second layer 26. It flows into the first layer 25 while spreading in the horizontal plane direction between the first surface 26a. That is, a part of the first layer 25 and the second layer 26 functions as a current spreading layer. When the impurity concentration of the current diffusion layer is increased, the current can be diffused in the plane of the light emitting layer 22 to increase the light output. Even if the current diffusion layer is thickened, the current can be diffused in the plane of the light emitting layer 22 to increase the light output.

他方、電流拡散層の不純物濃度が所定の範囲を越えると、バンドギャップ内に不純物エネルギー準位が形成される。このため、光吸収が増大し光出力が低下することがある。   On the other hand, when the impurity concentration of the current diffusion layer exceeds a predetermined range, impurity energy levels are formed in the band gap. For this reason, light absorption may increase and light output may decrease.

放出光の波長よりも小さい平均ピッチを有する凸部27は、例えばブロックコポリマーの自己組織化パターンをマスクに、RIE(Reactive Ion Etching)などのドライエッチング法を用いて形成可能である。   The convex portions 27 having an average pitch smaller than the wavelength of the emitted light can be formed by using a dry etching method such as RIE (Reactive Ion Etching) using, for example, a self-organized pattern of a block copolymer as a mask.

まず、ブロックコポリマーは、ポリスチレン(PS)−ポリメチルメタクリルレート(PMMA)およびPMMAホモポリマーを、例えば等量混合し、PSホモポリマーおよびプロピレングリコールモノエーテルアセテート(PGMEA)を溶媒として調合することができる。ブロックコポリマーを例えばスピンコーターを用いてウェハ上に均一な厚さに塗布した後、ベーキングやアニールなどの加熱処理を行うとPSとPMMAに相分離ができる。すなわち、PSとPMMAが自己組織的に凝集して、粒子形状のPS層が形成される。この場合、PSとPMMAの組成比を変えると、PS層の粒子径や粒子の占有率などを変えることができる。続いてRIEを行うと、PMMAが選択エッチングにより除去され、PS層が、例えば10nm〜300nmの平均ピッチの範囲の島状の凸部として残る。さらに、PS層のパターンをマスクに例えばSiO2膜のマスクを作成し、そのSiO2膜をマスクにしてドライエッチング法を用いると所望の凸部27を形成することができる。なお、レジストパターンをマスクに、ドライエッチング法を用いてもよい。   First, a block copolymer can be prepared by mixing, for example, equal amounts of polystyrene (PS) -polymethyl methacrylate (PMMA) and PMMA homopolymer, and using PS homopolymer and propylene glycol monoether acetate (PGMEA) as a solvent. . After applying the block copolymer to a uniform thickness on the wafer using, for example, a spin coater, heat treatment such as baking or annealing can be performed to separate the phase into PS and PMMA. That is, PS and PMMA are aggregated in a self-organizing manner to form a particulate PS layer. In this case, changing the composition ratio of PS and PMMA can change the particle size of the PS layer, the occupation ratio of the particles, and the like. Subsequently, when RIE is performed, the PMMA is removed by selective etching, and the PS layer remains as an island-shaped convex portion in an average pitch range of, for example, 10 nm to 300 nm. Further, by forming a mask of, for example, a SiO2 film using the PS layer pattern as a mask, and using the dry etching method with the SiO2 film as a mask, a desired convex portion 27 can be formed. Note that a dry etching method may be used with the resist pattern as a mask.

ところが、ドライエッチング工程では、加工条件によっては結晶欠陥などのダメージを生じ、通電により光出力が時間とともに低下する場合がある。発明者らは、ドライエッチング法により凸部を形成した場合、加工領域の不純物濃度を高めるとこのダメージを低減できることを見出した。   However, in the dry etching process, damage such as crystal defects may occur depending on processing conditions, and the light output may decrease with time due to energization. The inventors have found that when the convex portion is formed by the dry etching method, this damage can be reduced by increasing the impurity concentration in the processed region.

この知見にもとずいて、本実施形態では、第2の層26の第2の不純物濃度N2を所定の濃度以上とし、ドライエッチング法を用いて第2の層26に凸部27を形成する。また、第1の層25の第1の不純物濃度N1を第2の層26の第2の不純物濃度N2よりも低くし、かつ所定の濃度以上とすることにより電流拡散効果を保ちつつ光吸収の増大を抑制することができる。これにより、電流を発光層22の面内に広げつつ、凸部27の加工ダメージの影響を低減することができる。   Based on this knowledge, in the present embodiment, the second impurity concentration N2 of the second layer 26 is set to a predetermined concentration or more, and the convex portion 27 is formed on the second layer 26 using a dry etching method. . Further, by making the first impurity concentration N1 of the first layer 25 lower than the second impurity concentration N2 of the second layer 26 and not less than a predetermined concentration, light absorption is maintained while maintaining the current diffusion effect. The increase can be suppressed. Thereby, the influence of the processing damage of the convex part 27 can be reduced, spreading an electric current in the surface of the light emitting layer 22. FIG.

なお、発光層22を有する積層体32は、In(GaAl1−y1−xP(但し、0≦x≦1、0≦y≦1)、またはAlGa1−xAs(0≦x≦1)をそれぞれ含むことができる。また、例えば、発光層22、クラッド層24、はそれぞれIn(GaAl1−y1−xP(但し、0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、第1の層25および第2の層26のうち少なくとも一方はAlGa1−xAs(0≦x≦1)からなり、他方(両方がAlGa1−xAs(0≦x≦1)である場合以外)はIn(GaAl1−y1−xP(但し、0≦x≦1、0≦y≦1)からなるものとすることができる。さらに、積層体32は、InGaAl1−x−yN(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)などを含むことができる。 Note that the stacked body 32 including the light-emitting layer 22 is In x (Ga y Al 1-y ) 1-x P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), or Al x Ga 1-x As. (0 ≦ x ≦ 1) can be included. Further, for example, each light-emitting layer 22, the cladding layer 24, the In x (Ga y Al 1- y) 1-x P ( where, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) consists, first layer 25 and at least one of the second layers 26 is made of Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) and the other (both are Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1)) except) can be made of in x (Ga y Al 1- y) 1-x P ( where, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1). Further, the stacked body 32 may include In x Ga y Al 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1).

次に、積層体32がIn(GaAl1−y1−xP(但し、0≦x≦1、0≦y≦1)なる組成式で表すInGaAlP系材料である場合を、第2の実施形態とする。図1(a)および(b)において、積層体32は、例えばGaAs基板(図示せず)の上に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)法を用い、この順序で結晶成長された第1導電形層30、発光層22、および第2導電形層20を有する。 Next, the case where the laminate 32 is In x (Ga y Al 1- y) 1-x P ( where, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) is a InGaAlP-based material represented by a composition formula, the The second embodiment is used. 1A and 1B, the laminated body 32 is formed in this order using, for example, a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or MBE (Molecular Beam Epitaxy) method on a GaAs substrate (not shown). The first conductivity type layer 30, the light emitting layer 22, and the second conductivity type layer 20 that are crystal-grown in FIG.

第1導電形層30は、GaAsコンタクト層28(不純物濃度1.0×1018cm−3、厚さ0.1μm)、In0.5(Ga0.7Al0.30.5Pからなる第1の層25、In0.5(Ga0.6Al0.40.5Pからなる第2の層26、およびIn0.5Al0.5Pからなるクラッド層24(不純物濃度4×1017cm−3、厚さ0.6μm)を有する。 The first conductivity type layer 30 includes a GaAs contact layer 28 (impurity concentration 1.0 × 10 18 cm −3 , thickness 0.1 μm), In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P A first layer 25 made of, a second layer 26 made of In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ) 0.5 P, and a cladding layer 24 made of In 0.5 Al 0.5 P ( Impurity concentration of 4 × 10 17 cm −3 and thickness of 0.6 μm).

発光層22は、例えば、In0.5(Ga0.9Al0.10.5Pからなる井戸層(厚さ8nm)およびIn0.5(Ga0.4Al0.60.5P(厚さ5nm)からなる障壁層を含むMQW(Multi Quantum Well)構造を有する。なお、例えば、井戸数は30〜60の範囲とする。その場合、障壁数は井戸数よりも1つ多くする。 The light emitting layer 22 is, for example, a well layer (thickness 8 nm) made of In 0.5 (Ga 0.9 Al 0.1 ) 0.5 P and In 0.5 (Ga 0.4 Al 0.6 ) 0. It has a MQW (Multi Quantum Well) structure including a barrier layer made of 5 P (thickness 5 nm). For example, the number of wells is in the range of 30-60. In that case, the number of barriers is one more than the number of wells.

第2導電形層20は、例えばIn0.5Al0.5Pからなるクラッド層18(不純物濃度3×1017cm−3、厚さ0.6μm)、In0.5(Ga0.7Al0.30.5Pからなる電流拡散層16(不純物濃度4×1017cm−3、厚さ0.2μm)、およびAl0.5Ga0.5Asからなるコンタクト層14(不純物濃度9×1018cm−3、厚さ0.2μm)を有する。 The second conductivity type layer 20 includes, for example, a cladding layer 18 (impurity concentration 3 × 10 17 cm −3 , thickness 0.6 μm) made of In 0.5 Al 0.5 P, In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P current diffusion layer 16 (impurity concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.2 μm), and Al 0.5 Ga 0.5 As contact layer 14 (impurities Concentration 9 × 10 18 cm −3 , thickness 0.2 μm).

コンタクト層28の上に第1電極50が設けられ、第1電極50の下を除いた非形成領域26cにおいて、コンタクト層28が除去される、すなわち、第2の層26の第2の面は、第1電極50の非形成領域26cが露出し、コンタクト層28および第1電極50が設けられた非形成領域26bは露出しない。非形成領域26cには凸部27が形成される。   The first electrode 50 is provided on the contact layer 28, and the contact layer 28 is removed in the non-formation region 26c except under the first electrode 50. That is, the second surface of the second layer 26 is The non-formation region 26c of the first electrode 50 is exposed, and the non-formation region 26b provided with the contact layer 28 and the first electrode 50 is not exposed. A convex portion 27 is formed in the non-formation region 26c.

第2電極40は、導電性Siなどからなる基板10の上に設けられた基板第1電極12と、ウェーハ状態で接着されたのち、GaAs基板が除去される。基板10の裏面には、基板第2電極13が設けられる。   The second electrode 40 is bonded to the substrate first electrode 12 provided on the substrate 10 made of conductive Si or the like in a wafer state, and then the GaAs substrate is removed. A substrate second electrode 13 is provided on the back surface of the substrate 10.

図3(a)は第2の実施形態の発光素子の光出力残存率、図3(b)は第1比較例の光出力残存率、図3(c)は第2比較例の光出力残存率、図3(d)は第3比較例の光出力残存率、である。
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。
3A is a light output remaining rate of the light emitting device of the second embodiment, FIG. 3B is a light output remaining rate of the first comparative example, and FIG. 3C is a light output remaining rate of the second comparative example. FIG. 3D shows the light output remaining rate of the third comparative example.
The vertical axis represents the optical output remaining rate (%), and the horizontal axis represents the energization time (h). The light output remaining rate (%) represents the ratio of the light output that has changed due to energization, where the light output before energization is 100%. The operating current was 50 mA for all.

図3(a)は、第2の実施形態であるInGaAlP系発光素子の光出力残存率である、第2の層26は、n形In0.5(Ga0.6Al0.40.5Pからなり、第2の不純物濃度N2は30×1017cm−3、厚さT2は1μm、とした。また、第1の層25は、n形In0.5(Ga0.7Al0.30.5Pからなり、第1の不純物濃度N1は8×1017cm−3、厚さT1は3μm、とした。さらに、凸部27の高さHは、0.5μmとした。1000時間経過しても、光出力は殆ど低下しなかった。 FIG. 3A shows the remaining optical output rate of the InGaAlP-based light-emitting element according to the second embodiment. The second layer 26 has n-type In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ) 0. consists .5 P, the second impurity concentration N2 30 × 10 17 cm -3, thickness T2 was 1 [mu] m, and. The first layer 25 is made of n-type In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P, and the first impurity concentration N1 is 8 × 10 17 cm −3 and the thickness T1. Was 3 μm. Furthermore, the height H of the convex part 27 was 0.5 μm. Even after 1000 hours, the light output hardly decreased.

図4(a)は第1比較例にかかる発光素子の模式平面図、図4(b)はB−B線に沿った模式断面図、である。
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(Ga0.7Al0.30.5P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。
FIG. 4A is a schematic plan view of a light emitting element according to a first comparative example, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB.
In the first comparative example, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. A current diffusion layer 125 is provided between the first electrode 150 and the cladding layer 124. The current diffusion layer 125 is made of In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P, has a thickness of 3 μm, and an impurity concentration of 8 × 10 17 cm −3 . In addition, island-shaped convex portions 127 are formed on the upper surface 125 a of the current diffusion layer 125.

なお、発光層122、n形層130のうちのクラッド層124およびコンタクト層128、p形層120、第1電極150、第2電極140、電流ブロック層142は、第2の実施形態のInGaAlP系発光素子と同一であるものとする。   The light emitting layer 122, the cladding layer 124 of the n-type layer 130, the contact layer 128, the p-type layer 120, the first electrode 150, the second electrode 140, and the current blocking layer 142 are the InGaAlP-based layers of the second embodiment. Suppose that it is the same as a light emitting element.

図3(b)のように、168時間経過後の光出力残存率は略50%、1000時間経過後の光出力残存率は略40%であった。凸部127を形成するドライエッチング工程において、電流拡散層125に結晶欠陥が発生し、通電により結晶欠陥が増加したため時間とともに光出力の低下が起きている。   As shown in FIG. 3B, the light output remaining rate after 168 hours was approximately 50%, and the light output remaining rate after 1000 hours was approximately 40%. In the dry etching process for forming the convex portion 127, crystal defects are generated in the current diffusion layer 125, and the crystal defects are increased by energization, so that the light output is lowered with time.

図3(c)は、第2比較例の光出力残存率である。第2の層は、n形In0.5(Ga0.6Al0.40.5Pからなり、第2の不純物濃度N2は、30×1017cm−3、厚さT2は0.4μm、とした、また、第1の層は、n形In0.5(Ga0.7Al0.30.5Pからなり、第1の不純物濃度N1は8×1017cm−3、厚さT1は3μm、とした。凸部27の高さHは0.5μmとした。168時間経過後の光出力残存率は60〜63%、1000時間経過後の光出力残存率は58〜61%であった。この場合、凸部27の周囲の底部は、第1の層にまで到達している。すなわち、ドライエッチング工程において不純物濃度が低い第1の層に結晶欠陥が発生する。この領域に通電されることにより光出力の低下を生じる。 FIG. 3C shows the light output remaining rate of the second comparative example. The second layer is made of n-type In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ) 0.5 P, the second impurity concentration N 2 is 30 × 10 17 cm −3 , and the thickness T 2 is 0. The first layer is made of n-type In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P, and the first impurity concentration N1 is 8 × 10 17 cm −. 3 and the thickness T1 was 3 μm. The height H of the convex part 27 was 0.5 μm. The light output remaining rate after 168 hours passed was 60 to 63%, and the light output remaining rate after 1000 hours passed was 58 to 61%. In this case, the bottom part around the convex part 27 reaches the first layer. That is, crystal defects occur in the first layer having a low impurity concentration in the dry etching process. When this region is energized, the light output is reduced.

図5(a)は相対発光強度の第1の層の不純物濃度に対する依存性、図5(b)は相対発光強度の第1の層の厚さに対する依存性、を第2の実施形態において調べたグラフ図である。
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。
FIG. 5A shows the dependence of the relative emission intensity on the impurity concentration of the first layer, and FIG. 5B shows the dependence of the relative emission intensity on the thickness of the first layer in the second embodiment. FIG.
For example, in FIG. 5A, the thickness T1 of the first layer 25 is 3 μm. The vertical axis represents the relative light emission intensity, and the horizontal axis represents the impurity concentration N1 (× 10 17 cm −3 ) of the first layer 25. When the impurity concentration N1 is 5 × 10 17 cm −3 or more, the injected current spreads sufficiently in the first layer 25 and increases the light that is reflected by the second electrode 40 and can be extracted without being blocked by the first electrode 50. To do. For this reason, it can be made about 1.5 times the light emission intensity when the impurity concentration N1 of the first layer 25 is 4 × 10 17 cm −3 . In addition, since the activation rate is about 1 when Si is added to the InGaAlP-based material to form n-type, the impurity concentration represents the carrier concentration.

また、図5(b)において、不純物濃度N1は5×1017cm−3とする。縦軸は相対発光強度、横軸は第1の層25の厚さT1(μm)、である。第1の層25の厚さT1を2μm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、電流拡散層の厚さが1μmの場合の発光強度の略1.5倍と高くできる。 In FIG. 5B, the impurity concentration N1 is set to 5 × 10 17 cm −3 . The vertical axis represents the relative light emission intensity, and the horizontal axis represents the thickness T1 (μm) of the first layer 25. When the thickness T1 of the first layer 25 is 2 μm or more, the injected current is sufficiently spread by the first layer 25, reflected by the second electrode 40, and light that can be extracted without being blocked by the first electrode 50. Increase. For this reason, it can be as high as about 1.5 times the emission intensity when the thickness of the current diffusion layer is 1 μm.

よって、InGaAlP系発光素子である第2の実施形態では、第1の層25の不純物濃度N1は、式(1)の範囲とすることがより好ましい。   Therefore, in the second embodiment which is an InGaAlP-based light emitting element, the impurity concentration N1 of the first layer 25 is more preferably in the range of the formula (1).


5×1017≦N1(1/cm) 式(1)

5 × 10 17 ≦ N1 (1 / cm 3 ) Formula (1)

なお、不純物濃度N1が30×1017cm−3よりも高いと、ドナー濃度が高すぎてバンドギャップ内に不純物エネルギー準位が形成され光を吸収する。このため、光出力が低下する。すなわち、不純物濃度N1は、30×1017cm−3以下であることがより好ましい。 If the impurity concentration N1 is higher than 30 × 10 17 cm −3 , the donor concentration is too high and an impurity energy level is formed in the band gap to absorb light. For this reason, the light output decreases. That is, the impurity concentration N1 is more preferably 30 × 10 17 cm −3 or less.

また、第1の層25の厚さT1を5μmよりも大きくすると、結晶欠陥の増加などにより成長膜の品質が低下し光出力が低下する。すなわち、第1の層25の厚さT1は、式(2)の範囲とすることがより好ましい。   Further, when the thickness T1 of the first layer 25 is larger than 5 μm, the quality of the growth film is lowered due to an increase in crystal defects and the light output is lowered. In other words, the thickness T1 of the first layer 25 is more preferably in the range of the formula (2).


2≦T1(μm)≦5 式(2)

2 ≦ T1 (μm) ≦ 5 Formula (2)

なお、凸部27の高さHを第2の層26の厚さT2に近づけた場合、第2の層26の下部領域の電流拡散効果が低下する。この場合、第1の層25で必要とする電流拡散を行うことがより好ましい。   When the height H of the convex portion 27 is brought close to the thickness T2 of the second layer 26, the current spreading effect in the lower region of the second layer 26 is reduced. In this case, it is more preferable to perform the current diffusion required in the first layer 25.

図3(d)は、第3比較例の光出力残存率である。第2の層は、n形In0.5(Ga0.6Al0.40.5Pからなり、第2の不純物濃度N2は、1×1018cm−3、厚さT2は1μm、である、また、第1の層は、n形In0.5(Ga0.7Al0.30.5Pからなり、第1の不純物濃度N1は8×1017cm−3、厚さT1は3μm、である。凸部の高さHは0.5μmである。168時間経過後の光出力残存率は56〜64%、1000時間経過後の光出力残存率は55〜62%であった。この場合、凸部の底部は第2の層に到達していないが、第2の層の不純物濃度が1×1018cm−3では低過ぎ、結晶欠陥が増加することを示している。すなわち、ドライエッチング工程におけるダメージを低減可能な不純物濃度N2は、式(3)の範囲とするとより好ましいことが判明した。なお、式(3)は、第1の層及び第2の層が、それぞれAlGa1−xAs(0≦x≦1)からなる場合にも適用できる。 FIG. 3D shows the light output residual ratio of the third comparative example. The second layer is made of n-type In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ) 0.5 P, the second impurity concentration N2 is 1 × 10 18 cm −3 , and the thickness T2 is 1 μm. The first layer is made of n-type In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P, and the first impurity concentration N1 is 8 × 10 17 cm −3 , The thickness T1 is 3 μm. The height H of the convex portion is 0.5 μm. The remaining light output after 168 hours was 56 to 64%, and the remaining light output after 1000 hours was 55 to 62%. In this case, the bottom of the convex portion does not reach the second layer, but the impurity concentration of the second layer is too low at 1 × 10 18 cm −3 , indicating that crystal defects increase. That is, it has been found that the impurity concentration N2 capable of reducing damage in the dry etching process is more preferable when it is within the range of the formula (3). Equation (3) can also be applied to the case where the first layer and the second layer are each made of Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1).


1.5×1018≦N2(1/cm) 式(3)

1.5 × 10 18 ≦ N2 (1 / cm 3 ) Formula (3)

なお、第2の層26の第2の不純物濃度N2が高くなりすぎるとバンドギャップ中に形成された不純物エネルギー準位により光吸収が増加することがある。すなわち、第2の不純物濃度N2は、50×1017cm−3以下とすると、より好ましい。 Note that if the second impurity concentration N2 of the second layer 26 becomes too high, light absorption may increase due to the impurity energy level formed in the band gap. That is, it is more preferable that the second impurity concentration N2 is 50 × 10 17 cm −3 or less.

図6(a)はInGaAlPからなる島状の凸部の上面のSEM写真、図6(b)は島状の凸部を斜め上方からみたSEM写真、図6(c)は網状の凸部の模式斜視図、である。
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。
6A is an SEM photograph of the top surface of an island-shaped convex portion made of InGaAlP, FIG. 6B is an SEM photograph of the island-shaped convex portion seen from obliquely above, and FIG. 6C is a mesh-shaped convex portion. It is a model perspective view.
When a dry etching method is used with a block copolymer as a mask, fine convex portions 27 having a random shape as shown in SEM (Scanning Electron Microscope) photographs of FIGS. 6A and 6B can be formed. FIG. 6B is an SEM photograph corresponding to the schematic cross-sectional view of FIG. The convex portion 27 including a plurality of island shapes can be formed in a columnar shape having a flat region on the upper surface 27a, and the bottom portion 27b provided around the convex portion 27 can be inclined.

また、図6(c)に表すように、網状の凸部27は、上面27cに平坦領域を有しその周囲に複数の底部27dが設けられる。なお、このような網状の凸部27は、ブロックコポリマーにおけるPMMAに対するPSの相対組成比を増加することにより形成することができる。網状の凸部27の場合、凸部27の周囲に設けられた1つの底部27dの中心からみて、周囲の底部27dの中心との距離のうち、最短となる距離をピッチP4、P5などとする。このようにして、それぞれのピッチPの平均値を、網状の凸部27の平均ピッチとして定義する。   As shown in FIG. 6C, the net-like convex portion 27 has a flat region on the upper surface 27c, and a plurality of bottom portions 27d are provided around it. Such a net-like convex portion 27 can be formed by increasing the relative composition ratio of PS to PMMA in the block copolymer. In the case of the net-like convex part 27, the shortest distances among the distances from the center of one bottom part 27d provided around the convex part 27 are the pitches P4, P5, etc. . In this way, the average value of the respective pitches P is defined as the average pitch of the net-like convex portions 27.

図6(a)および(b)の凸部27の平均ピッチは赤色光の610〜700nmの波長範囲よりも小さい。また、柱の径は100〜200nm、凹部27の深さHが200〜600nm、などの範囲に分布している。なお、フォトレジストのマスクを用いて、規則的な形状の凸部27を形成することも可能である。   The average pitch of the convex portions 27 in FIGS. 6A and 6B is smaller than the wavelength range of 610 to 700 nm of red light. The column diameter is distributed in a range of 100 to 200 nm, the depth H of the recess 27 is 200 to 600 nm, and the like. It is also possible to form the convex portions 27 having a regular shape using a photoresist mask.

図6のようにすると、第2の層26の表面から深さ方向に屈折率勾配を設けると共に、回折光を上方に取り出すことができ、高い光取り出し効率を得ることができる。   6, a refractive index gradient is provided in the depth direction from the surface of the second layer 26, and diffracted light can be extracted upward, so that high light extraction efficiency can be obtained.

図7(a)および(b)はウェットエッチング法により形成した島状の凸部上部のSEM写真、図7(c)はその断面のSEM写真である。
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。
7A and 7B are SEM photographs of the upper portion of the island-shaped convex portion formed by the wet etching method, and FIG. 7C is an SEM photograph of the cross section thereof.
When a frost treatment is performed using a wet etching method or the like, it is difficult to form island-like or net-like convex shapes having a size smaller than the wavelength, and it is difficult to increase the convex portions. Therefore, it is difficult to form the refractive index gradient region with good controllability and to form a diffraction grating. Further, it is difficult to control the upper surface of the convex portion to be flat.

図8は、MQW井戸数に対する相対発光強度の依存性を示すグラフ図である。
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(Ga0.6Al0.40.5P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(Ga0.7Al0.30.5P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。
FIG. 8 is a graph showing the dependence of relative emission intensity on the number of MQW wells.
The vertical axis represents relative emission intensity, and the horizontal axis represents the number of MQW wells. A solid line indicates the InGaAlP-based light emitting element according to the second embodiment. The second layer 26 is made of n-type In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ) 0.5 P, the second impurity concentration N 2 is 30 × 10 17 cm −3 , and the thickness T 2. Is 1 μm. The first layer 25 is made of n-type In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P, and the first impurity concentration N1 is 8 × 10 17 cm −3 and the thickness T1. Is 3 μm. Moreover, the height H of the convex part 27 shall be 0.5 micrometer. The light emission intensity of the second embodiment represented by a solid line can be approximately 1.4 times the light emission intensity of SQW (Single Quantum Well) in the range of 30 to 60 wells.

第2の実施形態では、第1の層25により、発光層22の面内に電流をより広げ、井戸数を30〜60と増やしてもそれぞれの井戸のキャリアを、発光層22の面内および縦方向においてより均一に分布させることができるので、発光強度を高めることが可能となる。   In the second embodiment, the first layer 25 further spreads the current in the plane of the light emitting layer 22, and even if the number of wells is increased to 30 to 60, the carriers of each well are in the plane of the light emitting layer 22 and Since it can be more uniformly distributed in the vertical direction, the emission intensity can be increased.

図9(a)はp形コンタクト層の不純物濃度に対する相対発光強度依存性、図9(b)はp形コンタクト層のキャリア濃度に対する順方向電圧の依存性、である。
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。
FIG. 9A shows the relative emission intensity dependence on the impurity concentration of the p-type contact layer, and FIG. 9B shows the dependence of the forward voltage on the carrier concentration of the p-type contact layer.
As shown in FIG. 9A, when the impurity concentration of the contact layer 14 made of p-type Al 0.5 Ga 0.5 As is higher than 30 × 10 18 cm −3 , the emission intensity rapidly decreases. This is because when the impurity concentration increases, the acceptor forms a non-emission level in the band gap and absorbs the emitted light.

他方、図9(b)のように、p形不純物濃度が7×1018cm−3よりも低下すると、第2電極40との間のコンタクト抵抗が増大し、順方向電圧が増大する。これらの結果から、コンタクト層14の不純物濃度を7〜30×1018cm−3とすると、順方向電圧の増大を抑制しつつ、発光強度を高めることが容易となる。 On the other hand, as shown in FIG. 9B, when the p-type impurity concentration is lower than 7 × 10 18 cm −3 , the contact resistance with the second electrode 40 increases and the forward voltage increases. From these results, when the impurity concentration of the contact layer 14 is 7 to 30 × 10 18 cm −3 , it is easy to increase the emission intensity while suppressing an increase in the forward voltage.

次に、積層体32がInGaAl1−x−yN(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)を含む窒化物系材料の場合を、第3の実施形態の発光素子とする。
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。
Next, in the case where the stacked body 32 is a nitride-based material containing In x Ga y Al 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1), It is set as the light emitting element of embodiment.
FIG. 10A is a schematic plan view of the third embodiment, and FIG. 10B is a schematic cross-sectional view taken along the line CC.

発光素子は、基板80、積層体89、第1電極90、および第2電極92を有している。
積層体89は、InGaAl1−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。
The light emitting element includes a substrate 80, a stacked body 89, a first electrode 90, and a second electrode 92.
The laminate 89 includes In x Ga y Al 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1), and the emitted light is in the ultraviolet to green wavelength range. And The laminated body 89 is provided on the light emitting layer 84 and the light emitting layer 84, has the first conductivity type, and is provided on the clad layer 85 and the clad layer 85 made of Al 0.2 Ga 0.8 N or the like. A first layer 86 having a first impurity concentration of one conductivity type, a second layer having a second impurity concentration of a first conductivity type provided on the first layer 86 and higher than the first impurity concentration. Layer 88.

また、積層体89は、発光層84の下に設けられたAl0.2Ga0.8Nなどからなるクラッド層83およびコンタクト層82を含む第2導電形層81を有する。なお、基板80を絶縁性を有するサファイヤとする場合、第2電極92は、基板80と接触している面とは反対側のコンタクト層82の面に設けることができる。 The stacked body 89 has a second conductivity type layer 81 including a cladding layer 83 made of Al 0.2 Ga 0.8 N or the like provided under the light emitting layer 84 and a contact layer 82. When the substrate 80 is an insulating sapphire, the second electrode 92 can be provided on the surface of the contact layer 82 opposite to the surface in contact with the substrate 80.

第1の層86の一方の面は、第1電極90の形成領域及び非形成領域を有する。非形成領域には、網状または複数の島状の凸部97が設けられている。凸部97の平均ピッチは、第2の層88内における放出光の波長よりも小さい。   One surface of the first layer 86 has a formation region and a non-formation region of the first electrode 90. In the non-formation region, a net-like or a plurality of island-like convex portions 97 are provided. The average pitch of the convex portions 97 is smaller than the wavelength of the emitted light in the second layer 88.

本発明の実施形態によれば、光出力を高めつつ、長時間動作における信頼性が改善された発光素子が提供される。これらの発光素子は、可視光波長範囲の光を出射可能であり、照明装置、表示装置、信号機などに広く用いることができる。   According to the embodiment of the present invention, a light emitting device with improved light output and improved reliability in long-time operation is provided. These light-emitting elements can emit light in the visible light wavelength range and can be widely used in lighting devices, display devices, traffic lights, and the like.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

20、81 第2導電形層、22、84 発光層、24、85 クラッド層、25、86 第1の層、26、88 第2の層、27、97 凸部、40、92 第2電極、42電流ブロック層、50、90 第1電極 20, 81 Second conductivity type layer, 22, 84 Light emitting layer, 24, 85 Cladding layer, 25, 86 First layer, 26, 88 Second layer, 27, 97 Convex portion, 40, 92 Second electrode, 42 current blocking layer, 50, 90 first electrode

Claims (10)

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導電形の第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、第1導電形の不純物濃度が1.5×1018cm−3以上であり、上面の少なくとも一部に複数の凸部が設けられ、結晶欠陥を有する第2の層と、
を備えたことを特徴とする発光素子。
A light emitting layer capable of emitting emitted light;
A first electrode;
A first layer of a first conductivity type provided between the light emitting layer and the first electrode;
Provided between the first layer and the first electrode, the impurity concentration of the first conductivity type is 1.5 × 10 18 cm −3 or more, and a plurality of protrusions are provided on at least a part of the upper surface A second layer having crystal defects;
A light-emitting element comprising:
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。   The light emitting device according to claim 1, wherein an upper surface of the convex portion has a flat region. 前記凸部の周囲の底部は、前記第2の層内に位置す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。   The light emitting device according to claim 1, wherein a bottom portion around the convex portion is located in the second layer. 前記第1の層の不純物濃度は、前記第2の層の前記不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光素子。   4. The light-emitting element according to claim 1, wherein the impurity concentration of the first layer is lower than the impurity concentration of the second layer. 前記発光層は、In(GaAl1−y1−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AlGa1−xAs(0≦x≦1)からなり、いずれか他方はIn(GaAl1−y1−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AlGa1−xAs(0≦x≦1)からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子。
The EML, In x (Ga y Al 1 -y) 1-x P ( However, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) consists,
One of the first layer and the second layer is made of Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1), and the other is In x (Ga y Al 1-y ) 1− x P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), or both the first and second layers are composed of Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1). The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is a light emitting device.
前記第1の層および前記第2の層の第1導電形の不純物は、Siを含むことを特徴とする請求項5記載の発光素子。   6. The light emitting device according to claim 5, wherein the first conductivity type impurities of the first layer and the second layer contain Si. 前記発光層は、InGaAl1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子。 The EML, In x Ga y Al 1- x-y N ( However, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) any one of claims 1 to 4, characterized in that it consists of The light emitting element as described in one. 第2電極と、
前記第2電極と前記発光層との間に設けられた第2導電形層と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光素子。
A second electrode;
A second conductivity type layer provided between the second electrode and the light emitting layer;
The light emitting device according to claim 1, further comprising:
前記複数の凸部は、リアクティブイオンエッチング法により形成されてなる請求項1〜8のいずれか1つに記載の発光素子。   The light emitting element according to claim 1, wherein the plurality of convex portions are formed by a reactive ion etching method. 前記結晶欠陥は、前記リアクティブイオンエッチング法により形成されてなる請求項9記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 9, wherein the crystal defect is formed by the reactive ion etching method.
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