JP2014160806A - Led素子 - Google Patents
Led素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014160806A JP2014160806A JP2013270303A JP2013270303A JP2014160806A JP 2014160806 A JP2014160806 A JP 2014160806A JP 2013270303 A JP2013270303 A JP 2013270303A JP 2013270303 A JP2013270303 A JP 2013270303A JP 2014160806 A JP2014160806 A JP 2014160806A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor layer
- led element
- semiconductor
- ingan
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
【解決手段】 LED素子1は、支持基板11上に窒化物半導体層をc軸成長させてなる素子であり、n型窒化物半導体で構成される第1半導体層15と、電流拡散層3と、窒化物半導体で構成される活性層17と、p型窒化物半導体で構成される第2半導体層19を有する。電流拡散層3は、InxGa1−xN(0<x≦0.05)からなる第3半導体層と、n−Aly1Gay2Iny3N(0<y1<1,0<y2<1,0≦y3≦0.05,y1+y2+y3=1)からなる第4半導体層のヘテロ接合を有し、第3半導体層の膜厚が10nm以上25nm以下である。
【選択図】 図1
Description
前記電流拡散層は、InxGa1−xN(0<x≦0.05)からなる第3半導体層と、n−Aly1Gay2Iny3N(0<y1<1,0<y2<1,0≦y3≦0.05,y1+y2+y3=1)からなる第4半導体層のヘテロ接合を有し、前記第3半導体層の膜厚が10nm以上25nm以下であることを特徴とする。
図1は、本発明のLED素子1の構造を示す概略断面図である。なお、図10に示すLED素子90と同一の構成要素については、同一の符号を付している。また、以下の各図面において、実際の寸法比と図面上の寸法比は必ずしも一致しない。
支持基板11は、サファイア基板で構成される。なお、サファイアの他、Si,SiC,GaN,YAGなどで構成しても構わない。
アンドープ層13は、GaNにて形成される。より具体的には、GaNよりなる低温バッファ層と、その上層にGaNよりなる下地層によって形成される。
n型クラッド層15は、n−AlnGa1−nN(0<n<1)で構成される。なお、アンドープ層13に接触する領域にn−GaNで構成される層(保護層)を含む構成としても構わない。この場合、保護層に、Si,Ge,S,Se,Sn,Teなどのn型不純物がドープされており、特にSiがドープされているのが好ましい。
活性層17は、例えばInaGa1−aN(0<a≦1)からなる井戸層とAlbGa1−bN(0<b≦1)からなる障壁層が繰り返されてなる多重量子井戸構造(MQW)を有する半導体層で形成される。これらの層はノンドープでもp型又はn型にドープされていても構わない。
p型クラッド層19は、例えばp−AlcGa1−cN(0<c≦1)で構成され、Mg,Be,Zn,Cなどのp型不純物がドープされている。本実施形態では、一例としてp型クラッド層19をp−Al0.3Ga0.7Nとp−Al0.07Ga0.93Nの積層構造で形成している。なお、p型コンタクト層21に接触する領域にGaNで構成される層(保護層)を含む構成としても構わない。この場合、保護層に、Mg,Be,Zn,Cなどのp型不純物がドープされている。
p型コンタクト層21は、例えばp−GaNで構成される。特にMg,Be,Zn,Cなどのp型不純物が高濃度にドープされてp+−GaN層で構成される。
電流拡散層3は、InxGa1−xN(0<x≦0.05)からなる層(「第3半導体層」に対応)と、n−Aly1Gay2Iny3N(0<y1<1,0<y2<1,0≦y3≦0.05,y1+y2+y3=1)からなる層(「第4半導体層」に対応)のヘテロ接合によって形成される。このうち、第3半導体層を構成するInxGa1−xNの膜厚は10nm以上25nm以下である。
以下、上記構成の電流拡散層3を備えたことで、LED素子1が従来のLED素子90よりも発光効率が向上することにつき、実施例を参照して説明する。
図2は、電流拡散層3を構成するInxGa1−xN(第3半導体層)のIn組成、すなわちx値を変化させたときの、活性層17を流れる電流とLED素子1から得られる光の出力の関係を示すグラフである。なお、比較のため、電流拡散層3を設けていない従来のLED素子90のデータも載せている。
上述したように、InGaNがほぼ平坦なバンド領域42を形成することから、電子を蓄積する能力を高める意味において、第3半導体(InGaN)の膜厚を大きくするのが好ましいといえる。しかし、GaNとInGaNの格子定数の差に起因して、InGaNの膜厚をあまりに大きくすると、格子緩和が生じ、バンドベンディング領域41及びほぼ平坦なバンド領域42に電子を十分に蓄積させることができなくなる。
図6は、電流拡散層3を構成する第4半導体(AlGaN)のSiドープ濃度を変化させたときの、活性層を流れる電流とLED素子から得られる光出力の関係を示すグラフである。なお、InGaNのIn組成を2%とし、膜厚を15nmとした。
次に、本発明のLED素子1の製造方法につき説明する。なお、下記製造方法で説明する製造条件や膜厚などの寸法は、あくまで一例であって、これらの数値に限定されるものではない。
まず、支持基板11上に、アンドープ層13を形成する。例えば、以下の工程により行われる。
支持基板11としてサファイア基板を用いる場合、c面サファイア基板のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着)装置の処理炉内にc面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が10slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば1150℃に昇温することにより行われる。
次に、支持基板11(c面サファイア基板)の表面に、GaNよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にGaNよりなる下地層を形成する。これら低温バッファ層及び下地層がアンドープ層13に対応する。
次に、アンドープ層13の上層に、n−AlnGa1−nN(0<n≦1)で構成されるn型クラッド層15を形成する。
次に、n型クラッド層15の上層に、InxGa1−xN(0<x≦0.05)からなる第3半導体層と、n−AlyGa1−yN(0<y≦1)からなる第4半導体層を形成することで、電流拡散層3を形成する。
次に、電流拡散層3の上層にInaGa1−aN(0<a≦1)からなる井戸層とAlbGa1−bN(0<b≦1)からなる障壁層が繰り返されてなる多重量子井戸構造を有する活性層17を形成する。
次に、活性層17の上層に、p−AlcGa1−cN(0<c≦1)で構成されるp型クラッド層19を形成し、更にその上層に高濃度のp型コンタクト層21を形成する。
次に、ステップS1〜S5を経て得られたウェハに対して活性化処理を行う。より具体的には、RTA(Rapid Thermal Anneal:急速加熱)装置を用いて、窒素雰囲気下中650℃で15分間の活性化処理を行う。
以下、別実施形態について説明する。
3 : 電流拡散層
11 : 支持基板
13 : アンドープ層
15 : n型クラッド層
17 : 活性層
19 : p型クラッド層
21 : p型コンタクト層
30 : 伝導帯
31 : 価電子帯
32 : InGaNのフェルミ準位
33 : AlGaNのフェルミ準位
41 : AlGaNとInGaNの界面に形成されるバンドベンディング領域
42 : InGaNが形成するほぼ平坦なバンド領域
81 : 引張応力
90 : LED素子
Claims (4)
- 支持基板上に窒化物半導体層をc軸成長させてなるLED素子であって、
n型窒化物半導体で構成される第1半導体層と、
前記第1半導体層の上層に形成された電流拡散層と、
前記電流拡散層の上層に形成された、窒化物半導体で構成される活性層と、
前記活性層の上層に形成された、p型窒化物半導体で構成される第2半導体層を有し、
前記電流拡散層は、InxGa1−xN(0<x≦0.05)からなる第3半導体層と、n−Aly1Gay2Iny3N(0<y1<1,0<y2<1,0≦y3≦0.05,y1+y2+y3=1)からなる第4半導体層のヘテロ接合を有し、前記第3半導体層の膜厚が10nm以上25nm以下であることを特徴とするLED素子。 - 前記第3半導体層のバンドギャップエネルギーが、前記第1半導体層及び前記第4半導体層の各々のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のLED素子。
- 前記第4半導体層のSiドープ濃度が1×1018/cm3以上、5×1018/cm3以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のLED素子。
- 前記電流拡散層は、前記第3半導体層と前記第4半導体層が複数組積層されることで、前記ヘテロ接合を複数有する構成であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のLED素子。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013270303A JP5800251B2 (ja) | 2013-01-23 | 2013-12-26 | Led素子 |
KR1020157015805A KR101665902B1 (ko) | 2013-01-23 | 2014-01-23 | Led 소자 |
CN201480005614.7A CN104937731B (zh) | 2013-01-23 | 2014-01-23 | Led元件 |
US14/762,387 US9818907B2 (en) | 2013-01-23 | 2014-01-23 | LED element |
PCT/JP2014/051363 WO2014115800A1 (ja) | 2013-01-23 | 2014-01-23 | Led素子 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013010554 | 2013-01-23 | ||
JP2013010554 | 2013-01-23 | ||
JP2013270303A JP5800251B2 (ja) | 2013-01-23 | 2013-12-26 | Led素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014160806A true JP2014160806A (ja) | 2014-09-04 |
JP5800251B2 JP5800251B2 (ja) | 2015-10-28 |
Family
ID=51612280
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013270303A Active JP5800251B2 (ja) | 2013-01-23 | 2013-12-26 | Led素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5800251B2 (ja) |
TW (1) | TWI535054B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017069159A1 (ja) * | 2015-10-22 | 2017-04-27 | ウシオ電機株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112436076A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-02 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构及生长方法 |
-
2013
- 2013-12-26 JP JP2013270303A patent/JP5800251B2/ja active Active
-
2014
- 2014-01-08 TW TW103100646A patent/TWI535054B/zh active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017069159A1 (ja) * | 2015-10-22 | 2017-04-27 | ウシオ電機株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
JP2017084851A (ja) * | 2015-10-22 | 2017-05-18 | ウシオ電機株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5800251B2 (ja) | 2015-10-28 |
TW201432937A (zh) | 2014-08-16 |
TWI535054B (zh) | 2016-05-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5533744B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子 | |
JP5737111B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子 | |
US9755107B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting device | |
JP6482573B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
JP2008526014A (ja) | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 | |
JP5861947B2 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
JP2008244307A (ja) | 半導体発光素子および窒化物半導体発光素子 | |
JP2010080955A (ja) | 半導体装置 | |
JP2013012684A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
JP2008288397A (ja) | 半導体発光装置 | |
JP6128138B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
US9954138B2 (en) | Light emitting element | |
US9818907B2 (en) | LED element | |
JP5229048B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP5800251B2 (ja) | Led素子 | |
JP2015115343A (ja) | 窒化物半導体素子の製造方法 | |
JP5800252B2 (ja) | Led素子 | |
WO2014115800A1 (ja) | Led素子 | |
JP2014183285A (ja) | 発光素子 | |
JP2014003121A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
JP6071044B2 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
JP2016225525A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
US9508895B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting device and production method therefor | |
JP5340351B2 (ja) | 窒化物半導体装置 | |
JP2014082396A (ja) | 窒化物半導体発光素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150423 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20150423 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20150602 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150731 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150813 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5800251 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |