JP2015192139A - Light-emitting element and method of manufacturing light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子に関し、特に、多波長の光を発光する多波長発光素子に関する。 The present invention relates to a light emitting device, and more particularly to a multiwavelength light emitting device that emits light of multiple wavelengths.
発光ダイオード(LED)は、n型層、活性層、p型層をこの順に配置することで構成されている。n型層およびp型層の形成材料に活性層の形成材料よりもバンドギャップが大きいものを用いることで、LEDの発光効率を向上させることができる。 A light emitting diode (LED) is configured by arranging an n-type layer, an active layer, and a p-type layer in this order. The light emitting efficiency of the LED can be improved by using a material having a larger band gap than the material for forming the active layer as the material for forming the n-type layer and the p-type layer.
また、活性層にInxAlyGa1−x−yNなる組成の13族窒化物を用いる場合、その組成(x、yの値)を適宜に調整することで、LEDの発光波長を変えることができる。 When a group 13 nitride having a composition of In x Al y Ga 1-xy N is used for the active layer, the emission wavelength of the LED is changed by appropriately adjusting the composition (values of x and y). be able to.
さらには、活性層を、組成の相異なる井戸層と障壁層とを積層することによって量子井戸構造を有するように設けることで、LEDの光出力を高くすることができ、さらには、量子井戸構造を多層形成する多重量子井戸構造(MQW)を採用することで、さらに光出力を高めることができる(例えば、特許文献1参照)。 Furthermore, by providing the active layer so as to have a quantum well structure by stacking a well layer and a barrier layer having different compositions, the light output of the LED can be increased, and further, the quantum well structure By adopting a multiple quantum well structure (MQW) in which multiple layers are formed, the optical output can be further increased (see, for example, Patent Document 1).
また、組成の相異なる複数の活性層を積層形成することで、波長の相異なる光を放出する多波長発光素子を作製できることも既に公知である(例えば、特許文献2および特許文献3参照)。特許文献2には、バンドギャップの大きい材料からなる活性層(短波長:青色)を発光観測面側(素子上面側)に形成することで、バンドギャップの大きい材料からなる活性層(長波長:赤色、中間の波長:緑色)からの光が吸収されることを防ぐ態様が開示されている。また、特許文献3には、活性層の組成が相異なる複数の多重量子井戸構造を順に積層してなることで、それぞれの多重量子井戸構造からの発光波長を違えてなる多波長発光素子が開示されている。 In addition, it is already known that a multi-wavelength light emitting element that emits light having different wavelengths can be manufactured by stacking a plurality of active layers having different compositions (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3). In Patent Document 2, an active layer (short wavelength: blue) made of a material having a large band gap is formed on the light emission observation surface side (element upper surface side), thereby forming an active layer (long wavelength: material having a large band gap). An embodiment is disclosed in which light from red and intermediate wavelengths (green) is prevented from being absorbed. Patent Document 3 discloses a multi-wavelength light emitting device in which a plurality of multiple quantum well structures having different compositions of active layers are sequentially stacked so that light emission wavelengths from the respective multiple quantum well structures are different. Has been.
特許文献2に開示されている多波長発光素子は、相異なる組成の活性層を1層ずつ備えたものである。そのため、それぞれの活性層からの発光(それぞれの活性層に固有の発光波長での発光)の光出力は必ずしも十分ではない。 The multi-wavelength light emitting element disclosed in Patent Document 2 includes active layers having different compositions one by one. Therefore, the light output of light emitted from each active layer (light emission at a light emission wavelength unique to each active layer) is not always sufficient.
一方で、多波長発光素子の光出力を増大させるべく、特許文献3に開示されている構成を採用した場合、光出力の増大は実現されるものの、素子に印加する電流(通電電流)を違えると、出力される光の色度が通電電流によって変化するという問題がある。 On the other hand, when the configuration disclosed in Patent Document 3 is adopted to increase the light output of the multi-wavelength light emitting element, the light output is increased, but the current applied to the element (energization current) is different. There is a problem in that the chromaticity of the output light varies depending on the energization current.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、通電電流の変化による色度の変化が生じず、かつ、高い発光効率を有する多波長発光素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a multi-wavelength light-emitting element that does not cause a change in chromaticity due to a change in energization current and has high luminous efficiency.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、複数の波長の光を発光する発光素子であって、それぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層を含む活性層群を備え、前記活性層群においては、前記井戸層の厚みが4nm以下であり、2以上の前記井戸層と2以上の前記障壁層とが交互に積層されてなり、かつ、隣り合う前記活性層における前記井戸層の組成が相異なる、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is a light emitting device that emits light of a plurality of wavelengths, and includes an active layer group including a plurality of active layers each formed of a well layer and a barrier layer. In the active layer group, the thickness of the well layer is 4 nm or less, two or more well layers and two or more barrier layers are alternately stacked, and in the adjacent active layers The well layers have different compositions.
請求項2の発明は、請求項1に記載の発光素子であって、前記複数の活性層が、前記井戸層として第1の13族窒化物からなる第1井戸層を備える複数の第1活性層と、前記井戸層として前記第1の13族窒化物とは異なる組成の第2の13族窒化物からなる第2井戸層を備える複数の第2活性層であり、前記活性層群においては、前記第1活性層と前記第2活性層とが周期的に積層されてなる、ことを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the light emitting device according to claim 1, wherein the plurality of active layers include a first well layer made of a first group 13 nitride as the well layer. A plurality of second active layers comprising a layer and a second well layer made of a second group 13 nitride having a composition different from that of the first group 13 nitride as the well layer, and the active layer group includes: The first active layer and the second active layer are periodically stacked.
請求項3の発明は、請求項2に記載の発光素子であって、前記複数の第1活性層に備わる前記第1井戸層の総厚および前記複数の第2活性層に備わる前記第2井戸層の総厚がいずれも4nm以上である、ことを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the light emitting device according to claim 2, wherein the total thickness of the first well layer provided in the plurality of first active layers and the second well provided in the plurality of second active layers. The total thickness of the layers is 4 nm or more.
請求項4の発明は、請求項2または請求項3に記載の発光素子であって、前記第1の13族窒化物が青色光を発光波長とする13族窒化物であり、前記第2の13族窒化物が緑色光を発光波長とする13族窒化物である、ことを特徴とする。 The invention of claim 4 is the light emitting device according to claim 2 or claim 3, wherein the first group 13 nitride is a group 13 nitride having a blue light emission wavelength. The group 13 nitride is a group 13 nitride having a green light emission wavelength.
請求項5の発明は、請求項4に記載の発光素子であって、前記第1の13族窒化物がInx1Ga1−x1N(0.20≦x1≦0.30)なる組成の13族窒化物であり、前記第2の13族窒化物がInx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物である、ことを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the light emitting device according to the fourth aspect, wherein the first group 13 nitride has a composition of In x1 Ga 1-x1 N (0.20 ≦ x1 ≦ 0.30). It is a group nitride, and the second group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x2 Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44).
請求項6の発明は、請求項1に記載の発光素子であって、前記複数の活性層が、前記井戸層として第1の13族窒化物からなる第1井戸層を備える複数の第1活性層と、前記井戸層として前記第1の13族窒化物とは異なる組成の第2の13族窒化物からなる第2井戸層を備える複数の第2活性層と、前記井戸層として前記第1および第2の13族窒化物とは異なる組成の第3の13族窒化物からなる第3井戸層を備える複数の第3活性層であり、前記活性層群においては、前記第1活性層と前記第2活性層と前記第3活性層とが周期的に積層されてなる、ことを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the light emitting device according to the first aspect, wherein the plurality of active layers include a first well layer made of a first group 13 nitride as the well layer. A plurality of second active layers including a second well layer made of a second group 13 nitride having a composition different from that of the first group 13 nitride as the well layer, and the first as the well layer And a plurality of third active layers each having a third well layer made of a third group 13 nitride having a composition different from that of the second group 13 nitride. In the active layer group, the first active layer and The second active layer and the third active layer are periodically stacked.
請求項7の発明は、請求項6に記載の発光素子であって、前記複数の第1活性層に備わる前記第1井戸層の総厚、前記複数の第2活性層に備わる前記第2井戸層の総厚、および、前記複数の第3活性層に備わる前記第3井戸層の総厚がいずれも4nm以上である、ことを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the light emitting device according to claim 6, wherein the total thickness of the first well layer provided in the plurality of first active layers, and the second well provided in the plurality of second active layers. The total thickness of the layers and the total thickness of the third well layers provided in the plurality of third active layers are both 4 nm or more.
請求項8の発明は、請求項6または請求項7に記載の発光素子であって、前記第1の13族窒化物が青色光を発光波長とする13族窒化物であり、前記第2の13族窒化物が緑色光を発光波長とする13族窒化物であり、前記第3の13族窒化物が赤色光を発光波長とする13族窒化物である、ことを特徴とする。 The invention of claim 8 is the light emitting device according to claim 6 or claim 7, wherein the first group 13 nitride is a group 13 nitride having a blue light emission wavelength, and the second group 13 nitride The group 13 nitride is a group 13 nitride having an emission wavelength of green light, and the third group 13 nitride is a group 13 nitride having an emission wavelength of red light.
請求項9の発明は、請求項8に記載の発光素子であって、前記第1の13族窒化物がInx1Ga1−x1N(0.20≦x1≦0.30)なる組成の13族窒化物であり、前記第2の13族窒化物がInx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物であり、前記第3の13族窒化物がInx3Ga1−x3N(0.51≦x3≦0.65)なる組成の13族窒化物である、ことを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the light emitting device according to claim 8, wherein the first group 13 nitride has a composition of In x1 Ga 1-x1 N (0.20 ≦ x1 ≦ 0.30). A group 13 nitride having a composition of In x2 Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44), and the third group 13 nitride. The product is a group 13 nitride having a composition of In x3 Ga 1-x3 N (0.51 ≦ x3 ≦ 0.65).
請求項10の発明は、請求項8または請求項9に記載の発光素子であって、前記活性層群が、前記第1活性層、前記第3活性層、前記第2活性層、前記第3活性層という順序の積層を繰り返すことにより構成されてなる、ことを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the light emitting device according to the eighth or ninth aspect, wherein the active layer group includes the first active layer, the third active layer, the second active layer, and the third active layer. It is characterized by being formed by repeating stacking in the order of active layers.
請求項11の発明は、数の波長の光を発光する発光素子を作製可能な発光素子構造の製造方法であって、基板の上にn型導電層をエピタキシャル形成するn型導電層形成工程と、前記n型導電層の上にそれぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層を含む活性層群をエピタキシャル形成する活性層群形成工程と、前記活性層群の上にp型導電層をエピタキシャル形成するp型導電層形成工程と、を備え、前記活性層群形成工程においては、前記井戸層の厚みを4nm以下とするとともに、前記活性層群を、2以上の前記井戸層と2以上の前記障壁層とが交互に積層されるように、かつ、隣り合う前記活性層における前記井戸層の組成が相異なるように形成する、ことを特徴とする。 The invention of claim 11 is a method of manufacturing a light emitting device structure capable of producing a light emitting device that emits light of several wavelengths, and an n type conductive layer forming step of epitaxially forming an n type conductive layer on a substrate; An active layer group forming step of epitaxially forming an active layer group including a plurality of active layers each formed of a well layer and a barrier layer on the n-type conductive layer; and a p-type on the active layer group A p-type conductive layer forming step of epitaxially forming a conductive layer, and in the active layer group forming step, the thickness of the well layer is 4 nm or less, and the active layer group is divided into two or more well layers. And the two or more barrier layers are alternately stacked, and the composition of the well layers in the adjacent active layers is different from each other.
請求項12の発明は、請求項11に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記活性層群形成工程においては、前記井戸層として第1の13族窒化物からなる第1井戸層を備える第1活性層と、前記井戸層として前記第1の13族窒化物とは異なる組成の第2の13族窒化物からなる第2井戸層を備える第2活性層とを、周期的に積層する、ことを特徴とする。 A twelfth aspect of the present invention is the light emitting device structure manufacturing method according to the eleventh aspect, wherein, in the active layer group forming step, a first well layer made of a first group 13 nitride is used as the well layer. A first active layer provided and a second active layer provided with a second well layer made of a second group 13 nitride having a composition different from that of the first group 13 nitride as the well layer. It is characterized by.
請求項13の発明は、請求項12に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記活性層群形成工程においては、前記複数の第1活性層に備わる前記第1井戸層の総厚および前記複数の第2活性層に備わる前記第2井戸層の総厚をいずれも4nm以上とする、ことを特徴とする。 A thirteenth aspect of the present invention is the light emitting device structure manufacturing method according to the twelfth aspect, wherein in the active layer group forming step, the total thickness of the first well layers provided in the plurality of first active layers and The total thickness of the second well layers provided in the plurality of second active layers is all 4 nm or more.
請求項14の発明は、請求項12または請求項13に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記第1の13族窒化物を青色光を発光波長とする13族窒化物とし、前記第2の13族窒化物を緑色光を発光波長とする13族窒化物とする、ことを特徴とする。 The invention of claim 14 is the method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 12 or claim 13, wherein the first group 13 nitride is a group 13 nitride having a blue light emission wavelength, The second group 13 nitride is a group 13 nitride whose emission wavelength is green light.
請求項15の発明は、請求項14に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記第1の13族窒化物をInx1Ga1−x1N(0.20≦x1≦0.30)なる組成の13族窒化物とし、前記第2の13族窒化物をInx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物とする、ことを特徴とする。 A fifteenth aspect of the present invention is the light emitting device structure manufacturing method according to the fourteenth aspect, wherein the first group 13 nitride is In x1 Ga 1-x1 N (0.20 ≦ x1 ≦ 0.30). And the second group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x2 Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44). To do.
請求項16の発明は、請求項11に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記活性層群形成工程においては、前記井戸層として第1の13族窒化物からなる第1井戸層を備える第1活性層と、前記井戸層として前記第1の13族窒化物とは異なる組成の第2の13族窒化物からなる第2井戸層を備える第2活性層と、前記井戸層として前記第1および第2の13族窒化物とは異なる組成の第3の13族窒化物からなる第3井戸層を備える第3活性層とを、周期的に積層する、ことを特徴とする。 The invention according to claim 16 is the method for manufacturing the light emitting device structure according to claim 11, wherein, in the active layer group forming step, a first well layer made of a first group 13 nitride is used as the well layer. A first active layer comprising: a second active layer comprising a second well layer made of a second group 13 nitride having a composition different from that of the first group 13 nitride as the well layer; and A third active layer including a third well layer made of a third group 13 nitride having a composition different from that of the first and second group 13 nitrides is periodically stacked.
請求項17の発明は、請求項16に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記複数の第1活性層に備わる前記第1井戸層の総厚、前記複数の第2活性層に備わる前記第2井戸層の総厚、および、前記複数の第3活性層に備わる前記第3井戸層の総厚がいずれも4nm以上とする、ことを特徴とする。 The invention according to claim 17 is the method for manufacturing the light emitting device structure according to claim 16, wherein the total thickness of the first well layers provided in the plurality of first active layers and the plurality of second active layers are provided. The total thickness of the second well layer and the total thickness of the third well layers provided in the plurality of third active layers are both 4 nm or more.
請求項18の発明は、請求項16または請求項17に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記第1の13族窒化物を青色光を発光波長とする13族窒化物とし、前記第2の13族窒化物を緑色光を発光波長とする13族窒化物とし、前記第3の13族窒化物を赤色光を発光波長とする13族窒化物とする、ことを特徴とする。 The invention of claim 18 is the method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 16 or claim 17, wherein the first group 13 nitride is a group 13 nitride having an emission wavelength of blue light, and The second group 13 nitride is a group 13 nitride whose emission wavelength is green light, and the third group 13 nitride is a group 13 nitride whose emission wavelength is red light.
請求項19の発明は、請求項18に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記第1の13族窒化物をInx1Ga1−x1N(0.20≦x1≦0.30)なる組成の13族窒化物とし、前記第2の13族窒化物をInx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物とし、前記第3の13族窒化物をInx3Ga1−x3N(0.51≦x3≦0.65)なる組成の13族窒化物とする、ことを特徴とする。 The invention according to claim 19 is the method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 18, wherein the first group 13 nitride is In x1 Ga 1-x1 N (0.20 ≦ x1 ≦ 0.30). And the second group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x2 Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44), and the third 13 The group nitride is a group 13 nitride having a composition of In x3 Ga 1-x3 N (0.51 ≦ x3 ≦ 0.65).
請求項20の発明は、請求項18または請求項19に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記活性層群形成工程においては、前記活性層群を、前記第1活性層、前記第3活性層、前記第2活性層、前記第3活性層という順序の積層を繰り返すことにより形成する、ことを特徴とする。 The invention according to claim 20 is the method for manufacturing a light emitting device structure according to claim 18 or claim 19, wherein in the active layer group forming step, the active layer group is defined as the first active layer, the first active layer, It is formed by repeating stacking in the order of three active layers, the second active layer, and the third active layer.
請求項1ないし請求項20の発明によれば、外部に放出される光の色度が、通電量によらずに一定に保たれる多波長発光素子が、実現される。 According to the first to twentieth aspects of the present invention, a multi-wavelength light emitting device is realized in which the chromaticity of the light emitted to the outside is kept constant regardless of the amount of energization.
特に、請求項3、請求項7、請求項13、および、請求項17の発明によれば、外部に放出される光の色度が、通電量によらずに一定に保たれるともに、発光効率の優れた多波長発光素子が、実現される。 In particular, according to the invention of claim 3, claim 7, claim 13, and claim 17, the chromaticity of the light emitted to the outside is kept constant regardless of the amount of energization, and the light emission. A highly efficient multi-wavelength light emitting device is realized.
本明細書中に示す周期表の族番号は、1989年国際純正応用化学連合会(International Union of Pure Applied Chemistry:IUPAC)による無機化学命名法改訂版による1〜18の族番号表示によるものであり、13族とはアルミニウム(Al)・ガリウム(Ga)・インジウム(In)等を指し、15族とは窒素(N)・リン(P)・ヒ素(As)・アンチモン(Sb)等を指す。 The group numbers in the periodic table shown in this specification are based on the 1 to 18 group number designations according to the 1989 International Union of Pure Applied Chemistry (IUPAC) revised inorganic chemical nomenclature. , Group 13 refers to aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and the like, and Group 15 refers to nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and the like.
<第1の実施の形態>
<発光素子の概要>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光素子10の構成を概略的に示す図である。発光素子10は、いわゆる横型構造を有し、かつ、発光波長の相異なる複数の光を発する多波長発光素子である。
<First Embodiment>
<Outline of light emitting element>
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a light-emitting element 10 according to the first embodiment of the present invention. The light-emitting element 10 is a multi-wavelength light-emitting element that has a so-called horizontal structure and emits a plurality of lights having different emission wavelengths.
発光素子10は、基板1の一方主面上に、下地層2と、n型導電層3と、複数の活性層を積層してなる活性層群4と、p型導電層5とをこの順に隣接形成させた積層構造を有する。 The light emitting element 10 includes an underlayer 2, an n-type conductive layer 3, an active layer group 4 formed by stacking a plurality of active layers, and a p-type conductive layer 5 in this order on one main surface of the substrate 1. It has a laminated structure formed adjacent to each other.
さらに、p型導電層5の上には、アノード電極層6aとアノード電極パッド6bとからなるアノード電極部6が設けられてなる。また、n型導電層3の一部は露出しており、その露出部分にカソード電極7が設けられてなる。なお、カソード電極7のことをカソード電極パッド7とも称する。 Further, on the p-type conductive layer 5, an anode electrode portion 6 including an anode electrode layer 6 a and an anode electrode pad 6 b is provided. Further, a part of the n-type conductive layer 3 is exposed, and a cathode electrode 7 is provided on the exposed portion. The cathode electrode 7 is also referred to as a cathode electrode pad 7.
発光素子10は、カソード電極パッド7とアノード電極パッド6bとの間に所定の電圧を印加することで生じる、活性層群4におけるキャリアの再結合による励起発光を、素子外部に向けて出射するものである。 The light emitting element 10 emits excitation light emitted by recombination of carriers in the active layer group 4 generated by applying a predetermined voltage between the cathode electrode pad 7 and the anode electrode pad 6b toward the outside of the element. It is.
基板1は、サファイア、GaN、SiC、ZnOなどの単結晶基材からなる。基板1のサイズに特段の制限はないが、取り扱いの容易さという点からは、厚みが数百μm〜数mm程度のものが好適である。 The substrate 1 is made of a single crystal base material such as sapphire, GaN, SiC, ZnO. Although there is no special restriction | limiting in the size of the board | substrate 1, From the point of the ease of handling, the thing of about several hundred micrometers-several mm thickness is suitable.
このような基板1の上に、MOCVD法などの公知のエピタキシャル成長法によって所定の13族窒化物からなる複数の層を順次にエピタキシャル成長させることで、上述の積層構造を構成する各層が形成されてなる。 A plurality of layers made of a predetermined group 13 nitride are sequentially epitaxially grown on such a substrate 1 by a known epitaxial growth method such as the MOCVD method, thereby forming each layer constituting the above-described stacked structure. .
下地層2は、その上にエピタキシャル形成されるn型導電層3、活性層群4、p型導電層5の結晶品質を良好なものとするために設けられる層である。下地層2としては、GaNからなる、いわゆる低温バッファ層を、10nm〜50nm程度の厚みに設けるのが、好適な一例である。 The underlayer 2 is a layer provided to improve the crystal quality of the n-type conductive layer 3, the active layer group 4, and the p-type conductive layer 5 that are epitaxially formed thereon. As the underlayer 2, it is a preferable example that a so-called low-temperature buffer layer made of GaN is provided in a thickness of about 10 nm to 50 nm.
n型導電層3は、例えばSiなどのn型のドーパントがドープされた、GaNからなる層である。n型導電層3は、2μm〜5μm程度の厚みに形成されてなるのが好適である。また、Siがn型のドーパントとされる場合、n型導電層3におけるSiの原子濃度は、1×1018/cm3〜1×1019/cm3程度であるのが好適である。 The n-type conductive layer 3 is a layer made of GaN doped with an n-type dopant such as Si. The n-type conductive layer 3 is preferably formed to a thickness of about 2 μm to 5 μm. When Si is an n-type dopant, the Si atomic concentration in the n-type conductive layer 3 is preferably about 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 .
活性層群4は、発光素子10において発光を担う複数の活性層を積層してなる部位である。活性層群4は、2以上の井戸層と2以上の障壁層とを交互に(周期的に)積層してなる多重量子井戸(MQW)構造を有してなるが、本実施の形態においては、活性層群4が、図1に示すように、第1井戸層4a1と障壁層4bとからなる第1活性層Aと、第2井戸層4a2と障壁層4bとからなる第2活性層Bとを交互に(周期的に)積層した構成を有するものとなっており、かつ、第1井戸層4a1と第2井戸層4a2とが、組成の相異なる13族窒化物にて形成されてなる。活性層群4の詳細については後述する。換言すれば、発光素子10においては、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるものとなっている。なお、隣り合う井戸層の組成が異なると言うことは、それぞれの活性層からの発光の発光波長が異なるということである。以下においては、第1活性層Aのことを単にAと表し、第2活性層Bのことを単にBと表すことがある。 The active layer group 4 is a portion formed by laminating a plurality of active layers responsible for light emission in the light emitting element 10. The active layer group 4 has a multiple quantum well (MQW) structure in which two or more well layers and two or more barrier layers are alternately (periodically) stacked. In the present embodiment, As shown in FIG. 1, the active layer group 4 includes a first active layer A composed of a first well layer 4a1 and a barrier layer 4b, and a second active layer B composed of a second well layer 4a2 and a barrier layer 4b. And the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are formed of group 13 nitrides having different compositions. . Details of the active layer group 4 will be described later. In other words, in the light emitting element 10, the composition of the well layers existing in the adjacent active layers is different. It should be noted that the fact that the composition of adjacent well layers is different means that the emission wavelengths of light emitted from the respective active layers are different. Hereinafter, the first active layer A may be simply represented as A, and the second active layer B may be simply represented as B.
p型導電層5は、例えばMgなどのp型のドーパントがドープされた、GaNからなる層である。p型導電層5は、100nm〜300nm程度の厚みに形成されてなるのが好適である。また、Mgがp型のドーパントとされる場合、p型導電層5におけるMgの原子濃度は、1×1019/cm3〜1×1020/cm3程度であるのが好適である。 The p-type conductive layer 5 is a layer made of GaN doped with a p-type dopant such as Mg. The p-type conductive layer 5 is preferably formed to a thickness of about 100 nm to 300 nm. When Mg is a p-type dopant, the atomic concentration of Mg in the p-type conductive layer 5 is preferably about 1 × 10 19 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 .
アノード電極層6aは、p型導電層5の上面に透光性を有するように形成される。アノード電極層6aは、Ni/Au積層膜として形成されてなるのが好適な一例である。アノード電極パッド6bは、係るアノード電極層6aの上面の一部領域にNi/Au積層膜として形成されてなるのが好適な一例である。係る場合においては、アノード電極層6aとなるNi/Au積層膜を構成するNi膜、Au膜の厚みはそれぞれ、5nm〜10nm、10nm〜30nm程度であるのが好ましく、アノード電極パッド6bを構成するNi/Au積層膜を構成するNi膜、Au膜の厚みはそれぞれ、5nm〜10nm、50nm〜200nm程度であるのが好ましい。 The anode electrode layer 6 a is formed on the upper surface of the p-type conductive layer 5 so as to have translucency. The anode electrode layer 6a is a preferred example formed as a Ni / Au laminated film. The anode electrode pad 6b is preferably formed as a Ni / Au laminated film in a partial region of the upper surface of the anode electrode layer 6a. In such a case, the thicknesses of the Ni film and the Au film constituting the Ni / Au laminated film to be the anode electrode layer 6a are preferably about 5 nm to 10 nm and 10 nm to 30 nm, respectively, and constitute the anode electrode pad 6b. The thicknesses of the Ni film and the Au film constituting the Ni / Au laminated film are preferably about 5 nm to 10 nm and 50 nm to 200 nm, respectively.
カソード電極7は、Ti/Al/Ni/Au多層膜として形成するのが好適である。係る多層膜を構成するTi膜、Al膜、Ni膜、Au膜の厚みは、それぞれ、5nm〜20nm、50nm〜100nm、5nm〜20nm、50nm〜200nm程度であるのが好ましい。 The cathode electrode 7 is preferably formed as a Ti / Al / Ni / Au multilayer film. The thicknesses of the Ti film, Al film, Ni film, and Au film constituting the multilayer film are preferably about 5 nm to 20 nm, 50 nm to 100 nm, 5 nm to 20 nm, and 50 nm to 200 nm, respectively.
<活性層群の詳細>
本実施の形態に係る発光素子10が備える活性層群4は、上述のように、第1井戸層4a1と障壁層4bとからなる第1活性層Aと、第2井戸層4a2と障壁層4bとからなる第2活性層Bとを交互に積層した構成を有するものとなっている。換言すれば、活性層群4は、障壁層4bを挟んで隣り合う第1井戸層4a1と第2井戸層4a2とが、相異なる発光波長を有する13族窒化物にて形成された構成を有するものとなっている。あるいは、井戸層だけに着目すれば、活性層群4においては、第1井戸層4a1と第2井戸層4a2とが交互に配置されているともいえる。なお、活性層群4の最下層と最上層とはいずれも、障壁層4bとされてなる。
<Details of active layer group>
As described above, the active layer group 4 included in the light emitting element 10 according to the present embodiment includes the first active layer A including the first well layer 4a1 and the barrier layer 4b, the second well layer 4a2, and the barrier layer 4b. It has the structure which laminated | stacked alternately the 2nd active layer B which consists of these. In other words, the active layer group 4 has a configuration in which the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 adjacent to each other with the barrier layer 4b interposed therebetween are formed of group 13 nitrides having different emission wavelengths. It has become a thing. Alternatively, if attention is paid only to the well layers, it can be said that in the active layer group 4, the first well layers 4a1 and the second well layers 4a2 are alternately arranged. The lowermost layer and the uppermost layer of the active layer group 4 are both barrier layers 4b.
このような構成を有する活性層群4からは、カソード電極パッド7とアノード電極パッド6bとの間に所定の電圧が印加されることによって発光素子10に通電がなされると、第1井戸層4a1から発せられる光と第2井戸層4a2から発せられる光とが放出される。 When the light emitting element 10 is energized by applying a predetermined voltage between the cathode electrode pad 7 and the anode electrode pad 6b from the active layer group 4 having such a configuration, the first well layer 4a1. And light emitted from the second well layer 4a2.
例えば、第1井戸層4a1が、Inx1Ga1−x1N(0.2≦x1≦0.3)なる組成の13族窒化物にて形成されてなり、第2井戸層4a2が、Inx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物にて形成されてなり、障壁層4bが、GaNにて形成されてなるのが、活性層群4の好適な一例である。係る場合、第1井戸層4a1においては波長が435nm以上480nm以下の青色光が発光し、第2井戸層4a2においては波長が500nm以上560nm以下の緑色光が発光する。その結果として、活性層群4全体からは(ひいては発光素子10からは)、それら青色光と緑色光とが合成された光が放出される。 For example, the first well layer 4a1 is formed of a group 13 nitride having a composition of In x1 Ga 1-x1 N (0.2 ≦ x1 ≦ 0.3), and the second well layer 4a2 is formed of In x2 The active layer group 4 is formed of a group 13 nitride having a composition of Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44), and the barrier layer 4b is formed of GaN. This is a preferred example. In this case, the first well layer 4a1 emits blue light having a wavelength of 435 nm to 480 nm, and the second well layer 4a2 emits green light having a wavelength of 500 nm to 560 nm. As a result, the active layer group 4 as a whole (and thus from the light emitting element 10) emits light obtained by combining the blue light and the green light.
より詳細には、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2はそれぞれ、1nm〜4nm程度の厚みに形成される。係る要件をみたす場合、通電量の違いによらず色度が一定に保たれた発光素子10が、実現される。なお、障壁層4bは5nm〜15nm程度の厚みに形成されるのが好適である。 More specifically, the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are each formed to a thickness of about 1 nm to 4 nm. When satisfying such requirements, the light emitting element 10 in which the chromaticity is kept constant regardless of the difference in the energization amount is realized. The barrier layer 4b is preferably formed to a thickness of about 5 nm to 15 nm.
さらには、第1活性層Aと第2活性層Bとは、第1活性層Aにおける第1井戸層4a1の総厚と第2活性層Bにおける第2井戸層4a2の総厚とがいずれも4nm以上となるように形成される。係る要件をみたす場合、通電量の違いによらず色度が一定に保たれ、かつ、発光効率の優れた発光素子10が、実現される。また、これらの要件は、第1井戸層4a1と第2井戸層4a2の厚みが薄い場合でも、積層数を多くすることで発光効率の優れた発光素子10を実現出来ることを意味している。 Furthermore, the first active layer A and the second active layer B are both the total thickness of the first well layer 4a1 in the first active layer A and the total thickness of the second well layer 4a2 in the second active layer B. It is formed to be 4 nm or more. When satisfying such requirements, the light-emitting element 10 in which the chromaticity is kept constant regardless of the amount of energization and the light emission efficiency is excellent is realized. In addition, these requirements mean that the light emitting element 10 having excellent light emission efficiency can be realized by increasing the number of stacked layers even when the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are thin.
ここで、通電量の違いによらず色度が一定に保たれるというのは、発光素子10への通電量を増減させたとしても、第1活性層Aからの発光と第2活性層Bからの発光との光強度バランスがほとんど変化しないために、発光素子10から放出される光の色度が通電量によって変化することがないということである。 Here, the chromaticity is kept constant regardless of the difference in the energization amount even if the energization amount to the light emitting element 10 is increased or decreased, the light emission from the first active layer A and the second active layer B. This means that the chromaticity of light emitted from the light emitting element 10 does not change depending on the amount of energization because the light intensity balance with the light emitted from the light source hardly changes.
一般に、発光素子において通電量を多くした場合、発熱が生じ、キャリアの再結合が活性層のp型層寄りの領域で生じやすくなる。その原因は、発光素子が熱せられることで、p型層側から活性層に注入される正孔の寿命が短くなり、ほとんどの正孔が、活性層のp型層の近傍で電子と再結合してしまうためと考えられる。そのため、仮に、p型層の近傍とn型層の近傍とで活性層を構成する井戸層の組成が異なっており、それゆえ発光波長が異なっている場合、通電量が大きくなると、p型層の近傍に存在する井戸層からの発光が支配的となって、通電量が小さい場合に発光される光からの色度のズレが生じてしまうことがある(図4および図5参照)。 In general, when the energization amount is increased in a light emitting element, heat is generated, and carrier recombination is likely to occur in a region near the p-type layer of the active layer. The reason is that the lifetime of holes injected from the p-type layer side into the active layer is shortened by heating the light emitting element, and most of the holes recombine with electrons in the vicinity of the p-type layer of the active layer. It is thought to be because. Therefore, if the composition of the well layer constituting the active layer is different between the vicinity of the p-type layer and the vicinity of the n-type layer, and therefore when the emission wavelength is different, The light emission from the well layer existing in the vicinity of the light becomes dominant, and the chromaticity shift from the emitted light may occur when the energization amount is small (see FIGS. 4 and 5).
これに対し、本実施の形態に係る発光素子10においては、第1活性層Aと第2活性層Bとを上述のような要件の下で交互に積層してなることで、p型導電層5の近傍のみならず活性層群4のどの領域においても、第1活性層Aと第2活性層Bとが併存している。それゆえに、発光素子10においては、第1活性層Aでの発光と第2活性層Bでの発光とが活性層群4において均等に生じる。これにより、発光素子10においては、通電量が大きく、キャリアの再結合がp型導電層5の近傍で生じやすくなっている場合でも、第1活性層Aからの発光と第2活性層Bからの発光との光強度バランスが、通電量が小さい場合と同じに保たれる。すなわち、通電量が小さい場合と同じ色度の発光が得られる。 On the other hand, in the light emitting element 10 according to the present embodiment, the p-type conductive layer is formed by alternately laminating the first active layer A and the second active layer B under the above-described requirements. The first active layer A and the second active layer B coexist not only in the vicinity of 5 but also in any region of the active layer group 4. Therefore, in the light emitting element 10, light emission in the first active layer A and light emission in the second active layer B occur equally in the active layer group 4. Thereby, in the light emitting element 10, even when the energization amount is large and carrier recombination is likely to occur in the vicinity of the p-type conductive layer 5, the light emission from the first active layer A and the second active layer B The light intensity balance with the light emission is kept the same as when the energization amount is small. That is, light emission with the same chromaticity as when the energization amount is small can be obtained.
なお、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の総厚の上限には特段の制限はないが、実際上は、光出力の飽和や活性層の抵抗値増大や活性層の形成時間増大などの観点から、それらの上限は40nm程度とされるのが好ましい。 Although there is no particular limitation on the upper limit of the total thickness of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2, in practice, the saturation of the light output, the increase in the resistance value of the active layer, the increase in the formation time of the active layer, etc. From these viewpoints, the upper limit is preferably about 40 nm.
<発光素子の作製方法>
次に、本実施の形態に係る発光素子10の作製方法の一例を示す。なお、以下においては、13族窒化物からなる各層を、MOCVD法によって形成するものとする。係る場合においては、Ga原料にはTMG(トリメチルガリウム)を用い、In原料にはTMI(トリメチルインジウム)を用い、N原料にはアンモニアガスを用い、Siドーパント原料にはシランガスを用い、Mgドーパント原料にはCp2Mg(ビズ(シクロペンタジエニル)マグネシウム)ガスを用いるものとする。なお、以下に示す作製方法はあくまで例示であって、発光素子10の作製方法は、必ずしもこれに限られるわけではない。
<Method for Manufacturing Light-Emitting Element>
Next, an example of a method for manufacturing the light-emitting element 10 according to this embodiment will be described. In the following, each layer made of a group 13 nitride is formed by the MOCVD method. In such a case, TMG (trimethylgallium) is used as the Ga source, TMI (trimethylindium) is used as the In source, ammonia gas is used as the N source, silane gas is used as the Si dopant source, and Mg dopant source is used. It is assumed that Cp 2 Mg (biz (cyclopentadienyl) magnesium) gas is used. Note that the manufacturing method described below is merely an example, and the manufacturing method of the light-emitting element 10 is not necessarily limited thereto.
まず、厚みが数百μm程度の単結晶基材である基板1を用意し、その上に、下地層2として、GaN低温バッファ層を500℃〜600℃の形成温度で形成する。 First, a substrate 1 which is a single crystal base material having a thickness of about several hundred μm is prepared, and a GaN low-temperature buffer layer is formed thereon as a base layer 2 at a forming temperature of 500 ° C. to 600 ° C.
続いて、下地層2の上に、1000℃〜1100℃の形成温度で、GaNに1×1018/cm3程度〜1×1019/cm3なる原子濃度でSiをドーピングしつつ、n型導電層3をエピタキシャル形成する。 Subsequently, while doping Si with an atomic concentration of about 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 on the underlying layer 2 at a formation temperature of 1000 ° C. to 1100 ° C., n-type Conductive layer 3 is formed epitaxially.
続いて、n型導電層3の上に、650℃〜800℃の形成温度で、活性層群4を形成する。具体的には、それぞれに所望の発光波長に応じた組成を有する13族窒化物からなる第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の形成と、GaNからなる障壁層4bの形成とを、障壁層4b、第1井戸層4a1、障壁層4b、第2井戸層4a2、障壁層4b・・(中略)・・第2井戸層4a1、障壁層4bの順で繰り返すことにより行う。 Subsequently, the active layer group 4 is formed on the n-type conductive layer 3 at a formation temperature of 650 ° C. to 800 ° C. Specifically, the formation of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 made of a group 13 nitride each having a composition corresponding to a desired emission wavelength and the formation of the barrier layer 4b made of GaN are performed as barriers. It is performed by repeating the order of the layer 4b, the first well layer 4a1, the barrier layer 4b, the second well layer 4a2, the barrier layer 4b (...), the second well layer 4a1, and the barrier layer 4b.
続いて、活性層群4の上に、950℃〜1050℃の形成温度で、GaNに1×1019/cm3程度〜1×1020/cm3なる原子濃度でMgをドーピングしつつ、p型導電層5を形成する。 Subsequently, on the active layer group 4, while doping Mg at an atomic concentration of about 1 × 10 19 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 at a formation temperature of 950 ° C. to 1050 ° C., p A mold conductive layer 5 is formed.
このようにして得られた積層構造体に対し、フォトリソグラフィープロセスとRIE法とを用いて、n型導電層3の一部を露出させる。 A part of the n-type conductive layer 3 is exposed to the laminated structure thus obtained by using a photolithography process and an RIE method.
続いて、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、n型導電層3の露出部分に、カソード電極パッド7となるTi/Al/Ni/Au膜を適宜の厚みにパターニングする。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中での900℃以上の温度での熱処理を、好ましくは1000℃での熱処理を数十秒間施す。 Subsequently, a Ti / Al / Ni / Au film to be the cathode electrode pad 7 is patterned to an appropriate thickness on the exposed portion of the n-type conductive layer 3 using a photolithography process and a vacuum deposition method. Thereafter, in order to improve the ohmic contact characteristics, a heat treatment at a temperature of 900 ° C. or higher in a nitrogen atmosphere, preferably a heat treatment at 1000 ° C. is preferably performed for several tens of seconds.
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、p型導電層5の上面に、アノード電極層6aとなるNi/Au膜をパターニングする。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために窒素雰囲気中での600℃の熱処理を数分間施す。 Further, a Ni / Au film to be the anode electrode layer 6a is patterned on the upper surface of the p-type conductive layer 5 by using a photolithography process and a vacuum deposition method. Thereafter, a heat treatment at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere is performed for several minutes in order to improve the ohmic contact characteristics.
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、アノード電極層6aの上面の一部領域に、アノード電極パッド6bとなるNi/Au膜をパターニングする。 Further, a Ni / Au film to be the anode electrode pad 6b is patterned in a partial region on the upper surface of the anode electrode layer 6a by using a photolithography process and a vacuum deposition method.
以上のプロセスを経ることで、発光素子10は作製される。なお実際の製造プロセスは、単結晶基材のウェハを、いわゆる母基板の状態にある基板1として用いることにより、多数の発光素子10を同時に作製する、多数個取りの手法を適用してなされるのが好適である。すなわち、単結晶基材のウェハに、上述の手順にて、各層の形成や、単位パターンが個々の素子の電極をなす電極パターンの形成を行った後、該ウェハをダイサーなどによって所定の素子サイズに個片化(チップ化)することにより、多数個の発光素子10を得ることが出来る。 Through the above process, the light emitting element 10 is manufactured. The actual manufacturing process is performed by applying a multi-cavity method in which a single crystal base wafer is used as the substrate 1 in a so-called mother substrate state, so that a large number of light-emitting elements 10 are simultaneously manufactured. Is preferred. That is, after the formation of each layer and the formation of the electrode pattern in which the unit pattern forms the electrode of each element on the single crystal substrate wafer by the above-mentioned procedure, the wafer is subjected to a predetermined element size by a dicer or the like. By dividing into individual pieces (chips), a large number of light emitting elements 10 can be obtained.
以上、説明したように、本実施の形態によれば、n型導電層とp型導電層の間に、2以上の井戸層と2以上の障壁層とからなる活性層を複数積層してなる多重量子井戸構造(活性層群)を設けた発光素子において、それぞれの井戸層の厚みをそれぞれ4nm以下とするとともに、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるように活性層を周期的に積層することで、該発光素子から外部へと放出される、第1活性層から発せられる光と第2活性層から発せられる光との合成光の色度が、通電量によらずに一定に保たれた発光素子が、実現される。 As described above, according to the present embodiment, a plurality of active layers composed of two or more well layers and two or more barrier layers are stacked between the n-type conductive layer and the p-type conductive layer. In a light emitting device having a multiple quantum well structure (active layer group), the thickness of each well layer is 4 nm or less, and the active layers are cycled so that the compositions of the well layers existing in adjacent active layers are different. Therefore, the chromaticity of the combined light of the light emitted from the first active layer and the light emitted from the second active layer, which is emitted from the light emitting element to the outside, does not depend on the energization amount. A light-emitting element kept constant is realized.
特に、各活性層における井戸層の総厚を4nm以上とすることで、該発光素子から放出される、第1活性層から発せられる光と第2活性層から発せられる光との合成光の色度が、通電量によらずに一定に保たれるとともに、発光効率の優れた発光素子が、実現される。 In particular, by setting the total thickness of the well layers in each active layer to 4 nm or more, the color of the combined light of the light emitted from the first active layer and the light emitted from the second active layer emitted from the light emitting element The light-emitting element is maintained at a constant level regardless of the amount of energization and is excellent in luminous efficiency.
<第2の実施の形態>
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る発光素子110の構成を概略的に示す図である。発光素子110は、いわゆる縦型構造を有し、かつ、発光波長の相異なる複数の光を発する多波長発光素子である。
<Second Embodiment>
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a light emitting device 110 according to the second embodiment of the present invention. The light emitting element 110 is a multi-wavelength light emitting element that has a so-called vertical structure and emits a plurality of lights having different emission wavelengths.
本実施の形態に係る発光素子110は、基板101の一方主面上に、n型導電層103と、複数の活性層を積層してなる活性層群104と、p型導電層105とをこの順に隣接形成させた積層構造を有する。 The light emitting element 110 according to the present embodiment includes an n-type conductive layer 103, an active layer group 104 formed by stacking a plurality of active layers, and a p-type conductive layer 105 on one main surface of a substrate 101. It has a laminated structure formed adjacently in order.
さらに、p型導電層5の上には、アノード反射電極106が設けられてなる。また、基板1の、n型導電層103、活性層群104、および、p型導電層105の形成面とは反対側の主面上には、櫛歯状のカソード電極107が設けられてなる。 Further, an anode reflective electrode 106 is provided on the p-type conductive layer 5. A comb-like cathode electrode 107 is provided on the main surface of the substrate 1 opposite to the surface on which the n-type conductive layer 103, the active layer group 104, and the p-type conductive layer 105 are formed. .
発光素子110は、カソード電極107とアノード反射電極106との間に所定の電圧を印加することで生じる、活性層群104におけるキャリアの再結合による励起発光を、素子外部に向けて、特に、活性層群104からカソード電極107の設けられた側に向かう向きに、出射するものである。 In the light emitting element 110, excitation light emitted by recombination of carriers in the active layer group 104 generated by applying a predetermined voltage between the cathode electrode 107 and the anode reflective electrode 106 is directed toward the outside of the element, in particular, active. The light is emitted in a direction from the layer group 104 toward the side where the cathode electrode 107 is provided.
基板101は、活性層群104から発せられる光に対する吸収能を実質的に有していない材質の単結晶基材からなるのが好適である。例えば、GaN自立基板を用いるのが好適な一例である。基板1のサイズに特段の制限はないが、取り扱いの容易さという点からは、厚みが数百μm〜数mm程度のものが好適である。 The substrate 101 is preferably made of a single crystal base material made of a material that does not substantially have the ability to absorb light emitted from the active layer group 104. For example, a GaN free-standing substrate is a suitable example. Although there is no special restriction | limiting in the size of the board | substrate 1, From the point of the ease of handling, the thing of about several hundred micrometers-several mm thickness is suitable.
このような基板101の上に、MOCVD法などの公知のエピタキシャル成長法によって所定の13族窒化物からなる複数の層を順次にエピタキシャル成長させることで、上述の積層構造を構成する各層が形成されてなる。 A plurality of layers made of a predetermined group 13 nitride are sequentially epitaxially grown on such a substrate 101 by a known epitaxial growth method such as the MOCVD method, thereby forming each layer constituting the above laminated structure. .
n型導電層103、活性層群104、および、p型導電層105の詳細な構成および形成態様(各層の組成や厚み、積層の繰り返しパターンなど)は、それぞれ、第1の実施の形態に係る発光素子10のn型導電層3、活性層群4、および、p型導電層5の形成態様と同じである。それゆえ、詳細な説明は省略する。活性層群104の構成について概略的にいえば、第1井戸層104a1と障壁層104bとが第1活性層Aを構成し、第2井戸層104a2と障壁層104bとが第2活性層Bを構成し、最下層と最上層とは障壁層104bとなっている。 The detailed configuration and formation mode of the n-type conductive layer 103, the active layer group 104, and the p-type conductive layer 105 (the composition and thickness of each layer, the repeated pattern of lamination, etc.) are related to the first embodiment. The formation mode of the n-type conductive layer 3, the active layer group 4, and the p-type conductive layer 5 of the light emitting element 10 is the same. Therefore, detailed description is omitted. Schematically speaking, the configuration of the active layer group 104 is that the first well layer 104a1 and the barrier layer 104b constitute the first active layer A, and the second well layer 104a2 and the barrier layer 104b constitute the second active layer B. The lowermost layer and the uppermost layer constitute a barrier layer 104b.
また、アノード反射電極106は、Ag膜にて100nm〜200nm程度の厚みに形成されてなるのが好適な一例である。カソード電極107は、Ti/Al/Ni/Au多層膜にて、かつ、係る多層膜を構成するTi膜、Al膜、Ni膜、Au膜がそれぞれ、5nm〜20nm、50nm〜100nm、5nm〜20nm、50nm〜200nm程度の厚みに形成されてなるのが好適な一例である。これらアノード反射電極106およびカソード電極107は、公知のフォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて形成が可能である。また、それぞれの電極の形成手法に応じて適宜の熱処理等がなされてもよい。 In addition, the anode reflective electrode 106 is preferably formed of an Ag film with a thickness of about 100 nm to 200 nm. The cathode electrode 107 is a Ti / Al / Ni / Au multilayer film, and the Ti film, Al film, Ni film, and Au film constituting the multilayer film are 5 nm to 20 nm, 50 nm to 100 nm, and 5 nm to 20 nm, respectively. It is a suitable example that it is formed to a thickness of about 50 nm to 200 nm. The anode reflection electrode 106 and the cathode electrode 107 can be formed by using a known photolithography process and a vacuum deposition method. Further, an appropriate heat treatment or the like may be performed according to the method of forming each electrode.
以上のような構成を有する発光素子110は、第1の実施の形態に係る発光素子10と同様、n型導電層103とp型導電層105の間に、井戸層の組成の相異なる第1活性層Aと第2活性層Bと交互に積層した構成を有してなる。それゆえ、発光素子110から放出される、第1活性層Aから発せられる光と第2活性層Bから発せられる光との合成光の色度は、通電量によらずに一定に保たれ、かつ、優れた発光効率が実現されるものとなっている。 The light emitting element 110 having the above-described configuration is the same as the light emitting element 10 according to the first embodiment, in which the first well layer composition is different between the n-type conductive layer 103 and the p-type conductive layer 105. The active layer A and the second active layer B are alternately stacked. Therefore, the chromaticity of the combined light of the light emitted from the first active layer A and the light emitted from the second active layer B emitted from the light emitting device 110 is kept constant regardless of the amount of current flow. In addition, excellent luminous efficiency is realized.
以上、説明したように、本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様、外部へと放出される光の色度が通電量によらず一定に保たれるとともに、発光効率の優れた発光素子が、実現される。 As described above, according to the present embodiment, as in the first embodiment, the chromaticity of the light emitted to the outside is kept constant regardless of the energization amount, and the luminous efficiency is improved. An excellent light emitting element is realized.
<第3の実施の形態>
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る発光素子210の構成を概略的に示す図である。発光素子210は、第1の実施の形態に係る発光素子10と同様、いわゆる横型構造を有し、かつ、発光波長の相異なる複数の光を発する多波長発光素子であるが、活性層群4の構成が第1の実施の形態に係る発光素子10とは異なっている。
<Third Embodiment>
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a light emitting device 210 according to the third embodiment of the present invention. The light-emitting element 210 is a multi-wavelength light-emitting element that has a so-called horizontal structure and emits a plurality of lights having different emission wavelengths, like the light-emitting element 10 according to the first embodiment. The configuration is different from that of the light emitting device 10 according to the first embodiment.
具体的には、図3に示すように、本実施の形態に係る発光素子210の活性層は、第1井戸層4a1と障壁層4bとからなる第1活性層Aと、第2井戸層4a2と障壁層4bとからなる第2活性層Bと、第3井戸層4a3と障壁層4bとからなる第3活性層Cとをこの順に繰り返し積層した構成を有するものとなっている。すなわち、3つの活性層は周期的に積層されてなり、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるものとなっている。換言すれば、井戸層の組成が同じ活性層が隣り合わないようになっている。あるいは、井戸層だけに着目すれば、活性層群4においては、組成の相異なる第1井戸層4a1と第2井戸層4a2と第3井戸層4a3とがこの順に繰り返し配置されているともいえる。なお、活性層群4の最下層と最上層とはいずれも、障壁層4bとされてなる。また、以下においては、第1活性層Aのことを単にAと表し、第2活性層Bのことを単にBと表し、第3活性層Cのことを単にCと表すことがある。 Specifically, as shown in FIG. 3, the active layer of the light emitting device 210 according to the present embodiment includes a first active layer A composed of a first well layer 4a1 and a barrier layer 4b, and a second well layer 4a2. And a second active layer B composed of the barrier layer 4b, and a third active layer C composed of the third well layer 4a3 and the barrier layer 4b, which are repeatedly stacked in this order. That is, the three active layers are periodically stacked, and the compositions of the well layers existing in adjacent active layers are different. In other words, active layers having the same composition of the well layer are not adjacent to each other. Alternatively, focusing only on the well layer, in the active layer group 4, it can be said that the first well layer 4a1, the second well layer 4a2, and the third well layer 4a3 having different compositions are repeatedly arranged in this order. The lowermost layer and the uppermost layer of the active layer group 4 are both barrier layers 4b. In the following description, the first active layer A may be simply expressed as A, the second active layer B may be simply expressed as B, and the third active layer C may be simply expressed as C.
このような構成を有する活性層群4全体からは、互いに波長が相異なる、第1井戸層4a1から発せられる光と第2井戸層4a2から発せられる光と第3井戸層4a3から発せられる光とが合成された光が、放出される。 From the entire active layer group 4 having such a configuration, light emitted from the first well layer 4a1, light emitted from the second well layer 4a2, and light emitted from the third well layer 4a3, which have different wavelengths from each other, The synthesized light is emitted.
例えば、第1井戸層4a1が、Inx1Ga1−x1N(0.20≦x1≦0.30)なる組成の13族窒化物にて形成されてなり、第2井戸層4a2が、Inx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物にて形成されてなり、第3井戸層4a3が、Inx3Ga1−x3N(0.51≦x3≦0.65)なる組成の13族窒化物にて形成されてなり、障壁層4bが、GaNにて形成されてなるのが、活性層群4の好適な一例である。係る場合、第1井戸層4a1においては波長が435nm以上480nm以下の青色光が発光し、第2井戸層4a2においては波長が500nm以上560nm以下の緑色光が発光する。第3井戸層4a3においては波長が610nm以上750nm以下の赤色光が発光する。その結果として、活性層群4全体からは(ひいては発光素子210からは)、それら青色光と緑色光と赤色光とが合成された白色光が放出される。 For example, the first well layer 4a1 is formed of a group 13 nitride having a composition of In x1 Ga 1-x1 N (0.20 ≦ x1 ≦ 0.30), and the second well layer 4a2 is formed of In x2 The third well layer 4a3 is formed of a group 13 nitride having a composition of Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44), and the third well layer 4a3 is formed of In x3 Ga 1-x3 N (0.51 ≦ x3). A preferred example of the active layer group 4 is formed of a group 13 nitride having a composition of ≦ 0.65), and the barrier layer 4b is formed of GaN. In this case, the first well layer 4a1 emits blue light having a wavelength of 435 nm to 480 nm, and the second well layer 4a2 emits green light having a wavelength of 500 nm to 560 nm. In the third well layer 4a3, red light having a wavelength of 610 nm or more and 750 nm or less emits light. As a result, white light in which the blue light, the green light, and the red light are combined is emitted from the entire active layer group 4 (and hence from the light emitting element 210).
より詳細には、第1井戸層4a1、第2井戸層4a2、および、第3井戸層4a3はそれぞれ、1nm〜4nm程度の厚みに形成される。係る要件をみたす場合、通電量の違いによらず色度が一定に保たれた発光素子210が、実現される。なお、障壁層4bは5nm〜15nm程度の厚みに形成されるのが好適である。 More specifically, the first well layer 4a1, the second well layer 4a2, and the third well layer 4a3 are each formed to a thickness of about 1 nm to 4 nm. When satisfying such requirements, the light emitting element 210 in which the chromaticity is kept constant regardless of the difference in the energization amount is realized. The barrier layer 4b is preferably formed to a thickness of about 5 nm to 15 nm.
さらには、第1活性層Aと第2活性層Bと第3活性層Cとは、第1活性層Aにおける第1井戸層4a1の総厚と第2活性層Bにおける第2井戸層4a2の総厚と第3活性層Cにおける第3井戸層4a3の総厚とがいずれも4nm以上となるように形成される。係る要件をみたす場合、通電量の違いによらず色度が一定に保たれ、かつ、発光効率の優れた発光素子210が実現される。また、これらの要件は、第1井戸層4a1と第2井戸層4a2と第3井戸層4a3の厚みが薄い場合でも、積層数を多くすることで発光効率の優れた発光素子210を実現出来ることを意味している。 Furthermore, the first active layer A, the second active layer B, and the third active layer C are composed of the total thickness of the first well layer 4a1 in the first active layer A and the second well layer 4a2 in the second active layer B. Both the total thickness and the total thickness of the third well layer 4a3 in the third active layer C are 4 nm or more. When satisfying such requirements, the light emitting element 210 is realized that has a constant chromaticity regardless of the amount of energization and has excellent light emission efficiency. In addition, these requirements are that even when the thicknesses of the first well layer 4a1, the second well layer 4a2, and the third well layer 4a3 are thin, the light emitting element 210 having excellent luminous efficiency can be realized by increasing the number of stacked layers. Means.
具体的にいえば、本実施の形態に係る発光素子210においては、第1活性層Aと第2活性層Bとを第3活性層Cとを上述のような要件の下でこの順に積層した場合、p型導電層5の近傍のみならず活性層群4のどの領域においても、第1活性層Aと第2活性層Bと第3活性層Cとが併存することとなる。係る場合、発光素子210においては、第1活性層Aでの発光と第2活性層Bでの発光と第3活性層Cでの発光とが活性層群4において均等に生じる。これにより、発光素子210においては、通電量が大きく、キャリアの再結合がp型導電層5の近傍で生じやすくなっている場合でも、第1活性層Aからの発光と第2活性層Bからの発光と第3活性層Cからの発光との光強度バランスが、通電量が小さい場合と同じに保たれるようになる。すなわち、通電量が小さい場合と同じ色度の発光が得られる。 Specifically, in the light emitting device 210 according to the present embodiment, the first active layer A and the second active layer B are laminated with the third active layer C in this order under the above-described requirements. In this case, the first active layer A, the second active layer B, and the third active layer C coexist not only in the vicinity of the p-type conductive layer 5 but also in any region of the active layer group 4. In such a case, in the light emitting element 210, light emission in the first active layer A, light emission in the second active layer B, and light emission in the third active layer C occur evenly in the active layer group 4. Thereby, in the light emitting element 210, even when the energization amount is large and the carrier recombination is likely to occur in the vicinity of the p-type conductive layer 5, the light emission from the first active layer A and the second active layer B The light intensity balance between the light emission and the light emission from the third active layer C is kept the same as when the energization amount is small. That is, light emission with the same chromaticity as when the energization amount is small can be obtained.
なお、白色光における青色光、緑色光、赤色光のバランスをより揃えるという観点からは、図3に示した活性層群4の構成に代えて、第1活性層Aと第2活性層Bと第3活性層Cとを、ACBCACBC・・・のような順序で積層することにより活性層群4を構成するのがより好ましい。これは、青色光と緑色光とに比して赤色光の強度が相対的に弱いという傾向があることを鑑み、第3活性層Cの配置頻度を高めることによって赤色光の強度を増やすことで、より3色の混色のバランスが良い白色光が得られるようにしたものである。係る場合も、3つの活性層の積層態様は周期的であり、かつ、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成は相異なるものとなる。 From the viewpoint of further balancing the blue light, green light, and red light in the white light, instead of the configuration of the active layer group 4 shown in FIG. 3, the first active layer A and the second active layer B More preferably, the active layer group 4 is formed by stacking the third active layer C in the order of ACBCACBC. This is because the intensity of red light tends to be relatively weaker than that of blue light and green light, and the intensity of red light is increased by increasing the arrangement frequency of the third active layer C. Thus, white light with a better balance of the three colors can be obtained. Also in such a case, the stacking mode of the three active layers is periodic, and the composition of the well layers existing in the adjacent active layers is different.
発光素子210の作製は、活性層群4の形成にあたって、それぞれに所望の発光波長に応じた組成を有する13族窒化物からなる第1井戸層4a1、第2井戸層4a2、第3井戸層4aの形成と、GaNからなる障壁層4bの形成とを、障壁層4b、第1井戸層4a1、障壁層4b、第2井戸層4a2、障壁層4b、第3井戸層4a3、障壁層4b・・(中略)・・第3井戸層4a3、障壁層4bの順で繰り返すことにより行う他は、第1の実施の形態に係る発光素子10と同様の手順および条件で行うことで可能である。 The light emitting element 210 is manufactured by forming a first well layer 4a1, a second well layer 4a2, and a third well layer 4a made of a group 13 nitride each having a composition corresponding to a desired emission wavelength in forming the active layer group 4. And the formation of the barrier layer 4b made of GaN are divided into the barrier layer 4b, the first well layer 4a1, the barrier layer 4b, the second well layer 4a2, the barrier layer 4b, the third well layer 4a3, the barrier layer 4b,. (Omitted) ··· Other than repeating the third well layer 4a3 and the barrier layer 4b in this order, the same procedure and conditions as those of the light emitting device 10 according to the first embodiment are possible.
なお、第1井戸層4a1、第2井戸層4a2、および、第3井戸層4a3の総厚の上限には特段の制限はないが、実際上は、光出力の飽和や活性層の抵抗値増大や活性層の形成時間増大などの観点から、それらの上限は40nm程度とされるのが好ましい。 The upper limit of the total thickness of the first well layer 4a1, the second well layer 4a2, and the third well layer 4a3 is not particularly limited, but in practice, the saturation of the optical output and the increase of the resistance value of the active layer In view of increasing the formation time of the active layer and the like, the upper limit thereof is preferably about 40 nm.
以上、説明したように、本実施の形態によれば、発光波長の異なる3種類の活性層を設ける場合にも、第1の実施の形態と同様、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるように活性層を周期的に積層すること、および、それぞれの井戸層の厚みをそれぞれ4nm以下とすることで、外部へと放出される光の色度が通電量によらず一定に保たれ、かつ、発光効率が優れた発光素子が、実現される。 As described above, according to the present embodiment, even when three types of active layers having different emission wavelengths are provided, the composition of the well layers existing in the adjacent active layers as in the first embodiment. By periodically laminating the active layers so that they are different from each other, and by setting the thickness of each well layer to 4 nm or less, the chromaticity of the light emitted to the outside becomes constant regardless of the amount of current flow A light-emitting element that is maintained and has excellent luminous efficiency is realized.
特に、各活性層における井戸層の総厚を4nm以上とすることで、通電量が変化しても色度が保たれ、かつ、発光効率が優れた発光素子が実現される。 In particular, by setting the total thickness of the well layers in each active layer to 4 nm or more, a light emitting element that maintains chromaticity even when the amount of energization changes and has excellent light emission efficiency is realized.
(実施例1)
本実施例では、活性層群4が第1活性層Aと第2活性層Bとからなる点では共通するものの、それぞれに備わる井戸層の厚みや、積層の繰り返しパターンは相異なる、全18種類の発光素子(試料1〜試料18)を作製し、通電量による色度の変化と、発光効率の評価とを行った。
(Example 1)
In the present embodiment, although the active layer group 4 is common in that it includes the first active layer A and the second active layer B, the thickness of the well layer provided in each of them and the repeated pattern of the stacking are different from each other in all 18 types. The light emitting elements (Sample 1 to Sample 18) were prepared, and the change in chromaticity depending on the amount of energization and the evaluation of luminous efficiency were performed.
いずれの試料の作製においても、基板1となる母基板として直径が2インチで厚みが430μmのサファイア基板を用意し、MOCVD法によって、下地層2、n型導電層3、活性層群4、p型導電層5となる13族窒化物の結晶層を順次にエピタキシャル形成した。 In any sample preparation, a sapphire substrate having a diameter of 2 inches and a thickness of 430 μm is prepared as a mother substrate to be the substrate 1, and the underlayer 2, the n-type conductive layer 3, the active layer group 4, p are formed by MOCVD. A group 13 nitride crystal layer to be the type conductive layer 5 was sequentially epitaxially formed.
具体的には、まず、サファイア基板をMOCVD装置内のサセプタに載置したうえで、該サファイア基板を昇温加熱し、基板温度を530℃として、下地層2となるGaN層(GaN低温バッファ層)を40nmの厚みに形成した。次に、基板温度を1050℃として、Si原子濃度が5×1018/cm3になるようにSiをドープしつつGaN層を成長させることにより、n型導電層3となるn−GaN層を3μmの厚みに形成した。 Specifically, first, a sapphire substrate is placed on a susceptor in an MOCVD apparatus, and then the sapphire substrate is heated and heated to a substrate temperature of 530 ° C., and a GaN layer (GaN low-temperature buffer layer) serving as the base layer 2 ) To a thickness of 40 nm. Next, the n-GaN layer that becomes the n-type conductive layer 3 is grown by growing the GaN layer while doping Si so that the substrate temperature is 1050 ° C. and the Si atom concentration is 5 × 10 18 / cm 3. It was formed to a thickness of 3 μm.
続いて、基板温度を750℃として、活性層群4を構成する複数の13族窒化物層を形成した。係る場合においては、第1井戸層4a1となる結晶層を青色光を発光するIn0.25Ga0.75Nにて形成し、第2井戸層4a2となる結晶層を緑色光を発光するIn0.4Ga0.6Nにて形成し、障壁層4bとなる結晶層をGaNにて形成する点、障壁層4bとなるGaN層の厚みを10nmとする点、および、最下層と最上層とを障壁層4bとする点については全ての試料において共通とした。 Subsequently, the substrate temperature was set to 750 ° C., and a plurality of group 13 nitride layers constituting the active layer group 4 were formed. In such a case, the crystal layer that becomes the first well layer 4a1 is formed of In 0.25 Ga 0.75 N that emits blue light, and the crystal layer that becomes the second well layer 4a2 emits green light. It is formed of 0.4 Ga 0.6 N, the crystal layer that becomes the barrier layer 4b is formed of GaN, the thickness of the GaN layer that becomes the barrier layer 4b is 10 nm, and the lowermost layer and the uppermost layer And the barrier layer 4b are common to all samples.
その一方で、試料1〜試料8については、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みは試料3を除いて2nmと一定としつつ、第1活性層Aと第2活性層Bとを交互に積層する際の繰り返し回数をそれぞれに違えた。 On the other hand, for Sample 1 to Sample 8, the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are constant at 2 nm except for the sample 3, and the first active layer A and the second active layer B are made constant. The number of repetitions when alternately laminating was different for each.
具体的には、試料1では、第1活性層Aと第2活性層Bとをこの順に1回ずつ形成した。なお、以降、第1活性層Aと第2活性層Bとが交互にかつペアで積層されるという構成については、活性層群4における第1活性層Aと第2活性層Bの形成パターン(繰り返しパターン)を、当該ペアの個数k(kは自然数)を用いてAB×kと表すことや、単にkの値のみを用いて区別することがある。試料1は、k=1であるAB×1の場合に相当する。 Specifically, in Sample 1, the first active layer A and the second active layer B were formed once in this order. Hereinafter, the configuration in which the first active layer A and the second active layer B are stacked alternately and in pairs is the formation pattern of the first active layer A and the second active layer B in the active layer group 4 (see FIG. The repetition pattern) may be expressed as AB × k using the number k of the pair (k is a natural number) or may be distinguished using only the value of k. Sample 1 corresponds to the case of AB × 1 where k = 1.
また、試料2および試料3では、第1活性層Aのみ2回形成するABAなる構成とした。なお、試料2と試料3の相違は、第1活性層Aに備わる第1井戸層4a1の厚みを、前者は1nmとし、後者は2nmとしたという点である。 Samples 2 and 3 have an ABA structure in which only the first active layer A is formed twice. The difference between Sample 2 and Sample 3 is that the thickness of the first well layer 4a1 provided in the first active layer A is 1 nm for the former and 2 nm for the latter.
さらに、試料4〜8は、それぞれ、k=2、4、6、10、14となるようにパターンを形成した。第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みは全て2nmと一定とした。 Furthermore, samples 4 to 8 were formed with patterns so that k = 2, 4, 6, 10, and 14, respectively. The thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 were all constant at 2 nm.
試料9については、Aのみを4回積層した後、Bのみを4回積層する、AAAABBBBなる構成にて、活性層群4を形成した。 For sample 9, active layer group 4 was formed with a configuration of AAAABBBB, in which only A was stacked four times and then only B was stacked four times.
また、試料10〜14については、k=4とする一方で、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みをそれぞれ、0.5nm、1nm、4nm、6nm、8nmとした。 In Samples 10 to 14, while k = 4, the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 were 0.5 nm, 1 nm, 4 nm, 6 nm, and 8 nm, respectively.
さらに、試料15〜18については、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みと、ABのペアの個数kの値とを違えつつも、活性層群4に存在する第1井戸層4a1の総厚と第2井戸層4a2の総厚がともに8nmで一定となるようにした。具体的には、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みを試料14から順に0.5nm、1nm、4nm、8nmとする一方、ペアの個数kの値については順に16、8、2、1とした。 Further, for samples 15 to 18, the first well layer 4 a 1 existing in the active layer group 4 is different from the thickness of the first well layer 4 a 1 and the second well layer 4 a 2 and the value of the number k of AB pairs. The total thickness of the second well layer 4a2 was made constant at 8 nm. Specifically, the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are set to 0.5 nm, 1 nm, 4 nm, and 8 nm in order from the sample 14, respectively, while the value of the number k of pairs is 16, 8, 2 in order. 1.
以上のような態様での活性層群4となる複数の13族窒化物層群の積層形成に続いて、基板温度を950℃として、Mg原子濃度が1×1019/cm3になるようにMgをドープしつつGaN層を成長させることにより、p型導電層5となるp−GaN層を200nmの厚みに形成した。 Subsequent to the formation of the plurality of group 13 nitride layer groups as the active layer group 4 in the above-described manner, the substrate temperature is set to 950 ° C., and the Mg atom concentration is set to 1 × 10 19 / cm 3. A p-GaN layer to be the p-type conductive layer 5 was formed to a thickness of 200 nm by growing the GaN layer while doping Mg.
その後、得られた積層構造体をMOCVD装置から取り出し、p−GaN層のMgイオンの活性化処理として、窒素雰囲気中で800℃の熱処理を10分間行った。 Thereafter, the obtained laminated structure was taken out from the MOCVD apparatus, and subjected to a heat treatment at 800 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere as an activation treatment of Mg ions in the p-GaN layer.
次に、フォトリソグラフィープロセスとRIE法とを用い、n型導電層3となるn−GaNについて、カソード電極7の形成部分を露出した。 Next, the formation part of the cathode electrode 7 was exposed about n-GaN used as the n-type conductive layer 3 using the photolithographic process and RIE method.
続いて、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、n−GaN層の露出部分に、カソード電極7となるTi/Al/Ni/Au多層膜をパターニングした。それぞれの金属膜の厚みは順に15nm、70nm、12nm、60nmとした。その後、カソード電極7のオーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中での700℃の熱処理を30秒間行った。 Subsequently, a Ti / Al / Ni / Au multilayer film serving as the cathode electrode 7 was patterned on the exposed portion of the n-GaN layer using a photolithography process and a vacuum deposition method. The thickness of each metal film was set to 15 nm, 70 nm, 12 nm, and 60 nm in this order. Thereafter, in order to improve the ohmic contact characteristics of the cathode electrode 7, a heat treatment at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere was performed for 30 seconds.
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、p型導電層5となるp−GaN層の上に、透光性のアノード電極層6aとしてNi/Au積層膜をパターニングした。それぞれの金属膜の厚みは順に6nm、12nmとした。その後、アノード電極層6aのオーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中で500℃の熱処理を30秒間行った。 Furthermore, the Ni / Au laminated film was patterned as the translucent anode electrode layer 6a on the p-GaN layer to be the p-type conductive layer 5 by using a photolithography process and a vacuum deposition method. The thickness of each metal film was 6 nm and 12 nm in this order. Thereafter, in order to improve the ohmic contact characteristics of the anode electrode layer 6a, a heat treatment at 500 ° C. was performed for 30 seconds in a nitrogen atmosphere.
続いて、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、アノード電極層6aの上面の一部領域に、アノード電極パッド6bとなるNi/Au積層膜をパターニングした。それぞれの金属膜の厚みは順に5nm、60nmとした。 Subsequently, a Ni / Au laminated film to be the anode electrode pad 6b was patterned in a partial region on the upper surface of the anode electrode layer 6a by using a photolithography process and a vacuum deposition method. The thickness of each metal film was 5 nm and 60 nm in this order.
最後に、積層構造体を切断してチップ化した。以上により、発光素子10が得られた。 Finally, the laminated structure was cut into chips. Thus, the light emitting element 10 was obtained.
得られた試料1〜18の発光素子について、アノード電極パッド6bとカソード電極パッド7との間に通電し、素子から外部に放出される光の色度(xy色度座標系における座標値)を測定した。通電量は10mAと100mAの2水準とした。それぞれの通電量での色度座標(x、y)を(x1、y1)、(x2、y2)と表すこととする。なお、試料9のみ、さらに50mAの場合についても測定を行った。色度は色彩照度計により測定した。また、色度測定により得られた2つ色度座標(x1、y1)、(x2、y2)の値から、両座標間の距離d={(x2−x1)2+(y2−y1)2}1/2を算出し、これを通電量が10mAから100mAに変化したときの色度変化の量とした。 About the obtained light emitting elements of Samples 1 to 18, the chromaticity (coordinate value in the xy chromaticity coordinate system) of light emitted from the element to the outside by energizing between the anode electrode pad 6b and the cathode electrode pad 7 is determined. It was measured. The energization amount was set at two levels of 10 mA and 100 mA. The chromaticity coordinates (x, y) at the respective energization amounts are represented as (x1, y1) and (x2, y2). Note that only the sample 9 was further measured for 50 mA. Chromaticity was measured with a color illuminometer. Further, from the values of the two chromaticity coordinates (x1, y1) and (x2, y2) obtained by the chromaticity measurement, a distance d = {(x2−x1) 2 + (y2−y1) 2 between the two coordinates. } 1/2 was calculated, and this was taken as the amount of chromaticity change when the energization amount changed from 10 mA to 100 mA.
さらには、100mA通電時の発光効率について測定を行った。発光効率は、フォトダイオードで測定した光出力を消費電力で割ることで算出した。 Furthermore, it measured about the luminous efficiency at the time of 100 mA electricity supply. The luminous efficiency was calculated by dividing the light output measured with a photodiode by the power consumption.
各試料についての、井戸層の厚みと、第1活性層Aと第2活性層Bとの繰り返しパターンと、各活性層についての井戸層の総厚と、色度座標(x1、y1)、(x2、y2)と、色度変化dと、100mA通電時の発光効率とを、表1に示す。なお、発光効率は、試料1の値を1.00として規格化して示している。 For each sample, the thickness of the well layer, the repeating pattern of the first active layer A and the second active layer B, the total thickness of the well layer for each active layer, the chromaticity coordinates (x1, y1), ( Table 1 shows x2, y2), the chromaticity change d, and the luminous efficiency when 100 mA is energized. The luminous efficiency is shown normalized by setting the value of Sample 1 to 1.00.
まず、通電量の違いによる色度の変化についてみると、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みと第1活性層Aと第2活性層Bの積層数が同じ(それゆえ第1井戸層4a1の総厚と第2井戸層4a2の総厚がともに同じ)で、第1活性層Aと第2活性層Bの積層順序が異なる試料5と試料9とを対比すると、発光効率ほぼ同程度であるものの、試料5では色度変化がなかったのに対して、試料9では大きな色度の変化が生じた。図4は、係る試料9の色度座標の変化をxy色度座標系において表す図である。図5は、試料9の発光強度プロファイルを、最大値をピークとして規格化した図である。 First, regarding the change in chromaticity due to the difference in energization amount, the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 and the number of stacked first active layers A and B are the same (hence the first When the sample 5 and the sample 9 in which the stacking order of the first active layer A and the second active layer B are different from each other in the total thickness of the well layer 4a1 and the total thickness of the second well layer 4a2), the luminous efficiency is almost equal. Although the degree was the same, the chromaticity was not changed in the sample 5, while the chromaticity was greatly changed in the sample 9. FIG. 4 is a diagram illustrating a change in the chromaticity coordinates of the sample 9 in the xy chromaticity coordinate system. FIG. 5 is a diagram in which the emission intensity profile of the sample 9 is normalized with the maximum value as a peak.
図4に示すように、試料9については、通電量を大きくすると、緑色の色味がより強くなるような色度の変化が生じた。 As shown in FIG. 4, with respect to the sample 9, when the energization amount was increased, a change in chromaticity such that the green color became stronger was generated.
また、図5に示すように、試料9の発光強度プロファイルは、通電量が10mAの時には波長465nm付近のピークと波長520nm付近のピークとが同程度の強度を示していたのに対して、通電量が50mA、100mAと大きくなるにつれて、前者のピークが相対的に低下していた。前者のピークは、第1活性層Aからの発光に対応するものであることから、表1および図4に示す色度座標の変化をも併せ考えると、試料9の結果は、第1活性層Aを第2活性層Bよりもp型導電層5から遠い位置に設けることによって活性層群4を構成した場合には、通電量が大きくなるにつれ、p型導電層5から近い位置での発光が相対的に支配的となる、ということを意味している。 Further, as shown in FIG. 5, the emission intensity profile of the sample 9 showed that the peak near the wavelength of 465 nm and the peak near the wavelength of 520 nm showed the same intensity when the energization amount was 10 mA. As the amount increased to 50 mA and 100 mA, the former peak relatively decreased. Since the former peak corresponds to light emission from the first active layer A, considering the change in chromaticity coordinates shown in Table 1 and FIG. When the active layer group 4 is configured by providing A at a position farther from the p-type conductive layer 5 than the second active layer B, light emission at a position closer to the p-type conductive layer 5 as the energization amount increases. Means that will be relatively dominant.
試料5では試料9とは異なり色度座標の変化が生じなかったのは、それぞれが含む井戸層の組成が異なる第1活性層Aと第2活性層Bとを交互に積層したことで、p型導電層5の近傍にも第1活性層Aが配置されたことの効果であるといえる。 In sample 5, unlike the sample 9, the chromaticity coordinate did not change because the first active layer A and the second active layer B having different compositions of the well layers included therein were alternately stacked. It can be said that the first active layer A is also arranged in the vicinity of the type conductive layer 5.
また、第1活性層Aと第2活性層Bとを交互に積層する点で共通するものの第1活性層Aと第2活性層Bの積層数が異なる試料1〜試料8についてみると、いずれの試料においても通電量の違いによる色度変化は生じなかった。このことは、試料5のみならず、試料1〜試料8の全てにおいて、p型導電層5の近傍にも第1活性層Aが配置されたことの効果が現れているものと解される。 In addition, regarding Sample 1 to Sample 8, which are common in that the first active layer A and the second active layer B are alternately stacked, but the number of stacked layers of the first active layer A and the second active layer B is different. No change in chromaticity occurred due to the difference in the amount of electricity applied to the sample. This is understood that the effect that the 1st active layer A was arrange | positioned also in the vicinity of the p-type conductive layer 5 not only in the sample 5 but in all of the samples 1-8.
また、kの値をいずれも4とする一方で第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みを違えた試料5と試料10〜試料14とを対比すると、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みが4nm以下である試料5および試料10〜試料12では、通電量の違いによる色度の変化は生じなかった。一方で、厚みが6nm以上の試料13および試料14では色度が変化した。係る場合において、これら試料13および試料14における、通電量を大きくしたことによる色度の変化の傾向(xy色度座標系における色度変化の傾向)は、試料9の場合と概ね同様であった。 Further, when the sample 5 and the samples 10 to 14 in which the values of k are both 4 and the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are different are compared, the first well layer 4a1 and the second well layer 4a1 In the sample 5 and the samples 10 to 12 in which the thickness of the well layer 4a2 is 4 nm or less, no change in chromaticity due to the difference in the energization amount occurred. On the other hand, in samples 13 and 14 having a thickness of 6 nm or more, the chromaticity changed. In such a case, the tendency of the chromaticity change (the tendency of the chromaticity change in the xy chromaticity coordinate system) by increasing the energization amount in these samples 13 and 14 was almost the same as that of the sample 9. .
さらには、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みと、ABのペアの個数kの値とを違えつつも第1井戸層4a1の総厚と第2井戸層4a2の総厚とを8nmとした試料5と試料15〜試料18とを対比すると、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みが4nm以下である試料5および試料15〜試料17では、通電量の違いによる色度の変化は生じなかったが、厚みが8nmの試料18では色度が変化した。 Further, the total thickness of the first well layer 4a1 and the total thickness of the second well layer 4a2 are set while the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are different from the value of the number k of AB pairs. When the sample 5 having a thickness of 8 nm and the samples 15 to 18 are compared, in the sample 5 and the samples 15 to 17 in which the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are 4 nm or less, the color due to the difference in energization amount Although the degree of change did not occur, the chromaticity changed in Sample 18 having a thickness of 8 nm.
以上の結果からは、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みが4nm以下の試料においてのみ、通電量によらず色度が一定に保たれることが確認された。 From the above results, it was confirmed that the chromaticity was kept constant regardless of the amount of energization only in the samples in which the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 were 4 nm or less.
なお、試料13、試料14、および試料18において色度変化が生じたのは、p型導電層5に最も近い第2井戸層4a2の厚みが大きい場合、100mA通電時には当該層での発光再結合が支配的になり、第1活性層Aからの発光に比べて第2活性層Bからの発光が相対的に強くなったためであると考えられる。 Note that the chromaticity change occurred in Sample 13, Sample 14, and Sample 18 when the thickness of the second well layer 4a2 closest to the p-type conductive layer 5 is large, and when light is recombined in the layer when 100 mA is applied. This is considered to be because light emission from the second active layer B is relatively stronger than light emission from the first active layer A.
次に、発光効率についてみると、井戸層の厚みを全て2nmとした試料1および試料3〜試料8の間では違いが生じた。具体的には、第1活性層Aと第2活性層Bのペアの個数kが1である試料1の発光効率が最も低く、kを2以上とすることにより第1井戸層4a1の総厚と第2井戸層4a2の総厚をそれぞれ4nm以上とした試料4〜試料8においては、試料1の2倍以上の高い発光効率が実現された。このような高い発光効率の実現は、多重量子井戸構造を採用した効果であると解される。特に、kが4〜6の時には、試料1の3倍以上の高い発光効率が実現された。 Next, regarding the luminous efficiency, there was a difference between Sample 1 and Sample 3 to Sample 8 in which the thickness of the well layers was all 2 nm. Specifically, the luminous efficiency of the sample 1 in which the number k of pairs of the first active layer A and the second active layer B is 1 is the lowest, and by setting k to 2 or more, the total thickness of the first well layer 4a1. In Sample 4 to Sample 8, in which the total thickness of each of the second well layer 4a2 is 4 nm or more, high luminous efficiency twice or more that of Sample 1 was realized. The realization of such high luminous efficiency is understood to be an effect of adopting a multiple quantum well structure. In particular, when k is 4 to 6, high luminous efficiency that is three times or more that of sample 1 was realized.
なお、kの値が4より大きくなると発光効率が低下する傾向があるが、これは、第1活性層Aと第2活性層Bの積層数を増やして発光再結合の領域を増やした効果が飽和するとともに、活性層群4の総厚が大きくなることで抵抗成分が増加したことが原因であると考えられる。 In addition, when the value of k is larger than 4, the light emission efficiency tends to decrease. This is because the number of stacked layers of the first active layer A and the second active layer B is increased to increase the region of light emission recombination. It is considered that this is because the resistance component increases due to saturation and an increase in the total thickness of the active layer group 4.
また、kの値が同じで第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みを違えた試料5と試料10〜試料14の発光効率は、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の総厚が2nmである試料10を除いて試料1の約2倍あるいはそれ以上となった。さらには、井戸層の厚みと、ABのペアの個数kの値とを違えつつも各活性層の井戸層の総厚を同じ8nmとした試料5と試料15〜試料18との発光効率は全て、試料1の2倍よりも大きかった。 The luminous efficiencies of Sample 5 and Sample 10 to Sample 14 in which the values of k are the same and the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are different are the total of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2. Except for the sample 10 having a thickness of 2 nm, the thickness was about twice that of the sample 1 or more. Further, all the luminous efficiencies of Sample 5 and Sample 15 to Sample 18 in which the total thickness of the well layers of each active layer is the same 8 nm while the thickness of the well layer and the number k of AB pairs are different are all. , Greater than twice that of sample 1.
ただし、値が最大となったのは、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みが2nmである試料5であった。これは、第1井戸層4a1および第2井戸層4a2の厚みが大きいほどそれぞれの総厚が増えて発光再結合の領域を増えるので発光効率が大きくなるという傾向がある一方で、当該厚みが大きくなりすぎると、InGaNからなる第1井戸層4a1および第2井戸層4a2とGaNからなる障壁層4bとの格子不整合による結晶性の低下が顕著となってしまうことが理由であると考えられる。このことは、キャリアの閉じ込めに最適な膜厚が2nmであったということを指し示している。 However, the value was maximum in the sample 5 in which the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 were 2 nm. This is because, as the thicknesses of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 are increased, the total thickness of each of the first well layer 4a1 and the second well layer 4a2 is increased. If it becomes too much, it is thought that the reason is that the decrease in crystallinity due to lattice mismatch between the first well layer 4a1 and second well layer 4a2 made of InGaN and the barrier layer 4b made of GaN becomes remarkable. This indicates that the optimum film thickness for carrier confinement was 2 nm.
以上の試料1〜試料18の結果は、それぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層が、2以上の井戸層と2以上の障壁層とが交互に配置されるように積層されることで、多重量子井戸構造を構成してなる発光素子において、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるように活性層を周期的に積層するという要件、および、それぞれの井戸層の厚みをそれぞれ4nm以下とするという要件がみたされる場合に、通電量が変化しても色度が保たれる発光素子が得られることを示すとともに、さらに各活性層における井戸層の総厚を4nm以上とするという要件がみたされる場合には、通電量が変化しても色度が保たれ、かつ、発光効率が優れた発光素子が得られることを示している。 As a result of the above samples 1 to 18, a plurality of active layers each composed of a well layer and a barrier layer are stacked so that two or more well layers and two or more barrier layers are alternately arranged. Thus, in a light emitting device having a multiple quantum well structure, the requirement that the active layers be periodically stacked so that the composition of the well layers existing in the adjacent active layers is different, and each well When the requirement that the thickness of each layer is 4 nm or less is observed, it is shown that a light-emitting element that can maintain chromaticity even when the amount of energization is changed is obtained, and the total number of well layers in each active layer When the requirement that the thickness is 4 nm or more is observed, it indicates that a light-emitting element that maintains chromaticity and has excellent light emission efficiency can be obtained even when the amount of energization changes.
(実施例2)
本実施例では、第2の実施の形態に係る縦型構造の発光素子110を作製した。
(Example 2)
In this example, the vertical light emitting element 110 according to the second embodiment was manufactured.
具体的には、基板101として直径が2インチで厚みが400μmのGaN自立基板を用意し、MOCVD法により、n型導電層103と、活性層群104と、p型導電層105とを、実施例1の試料5と同じ条件で作製した。 Specifically, a GaN free-standing substrate having a diameter of 2 inches and a thickness of 400 μm is prepared as the substrate 101, and the n-type conductive layer 103, the active layer group 104, and the p-type conductive layer 105 are implemented by MOCVD. It was produced under the same conditions as Sample 5 of Example 1.
さらに、基板101の反対面側(MOCVD法による結晶成長を行っていない側の面)に、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、カソード電極107となるTi/Al/Ni/Au多層膜を櫛歯状にパターニングした。それぞれの金属膜の厚みは順に15nm、70nm、12nm、60nmとした。その後、カソード電極7のオーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中での700℃の熱処理を30秒間行った。 Further, a Ti / Al / Ni / Au multilayer film serving as the cathode electrode 107 is formed on the opposite surface side of the substrate 101 (the surface on which the crystal growth by the MOCVD method is not performed) using a photolithography process and a vacuum deposition method. Was patterned in a comb shape. The thickness of each metal film was set to 15 nm, 70 nm, 12 nm, and 60 nm in this order. Thereafter, in order to improve the ohmic contact characteristics of the cathode electrode 7, a heat treatment at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere was performed for 30 seconds.
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、p型導電層5となるp−GaN層の上に、アノード反射電極106としてのAg電極を200nmの厚みに形成した。 Further, an Ag electrode as the anode reflective electrode 106 was formed to a thickness of 200 nm on the p-GaN layer to be the p-type conductive layer 5 by using a photolithography process and a vacuum evaporation method.
最後に、得られた積層構造体を切断してチップ化した。以上により、発光素子110が得られた。 Finally, the obtained laminated structure was cut into chips. Thus, the light emitting element 110 was obtained.
得られた発光素子110について、実施例1と同様に、色度を測定した。その結果、10mA通電時の色度座標(x1,y1)と100mA通電時の色度座標(x2,y2)はいずれも、(0.14,0.34)であった。当然ながら、色度変化dの値は0であった。すなわち、発光素子101においては、通電量を違えても色度に変化は生じなかった。 For the obtained light-emitting element 110, chromaticity was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the chromaticity coordinates (x1, y1) at the time of 10 mA energization and the chromaticity coordinates (x2, y2) at the time of 100 mA energization were both (0.14, 0.34). Naturally, the value of the chromaticity change d was 0. That is, in the light emitting element 101, the chromaticity did not change even when the energization amount was changed.
また、100mA通電時の発光効率についても実施例1と同様に測定した。その結果は、試料1の値を1.00として規格化した値で3.76となった。すなわち、実施例1のいずれの試料よりも高い発光効率が得られた。これは、GaN自立基板を用いた実施例2の発光素子では、サファイア基板というn型導電層、活性層、および、p型導電層とは組成および構造の異なる異種基板を用いて構成した発光素子に比して格子欠陥が低減されるからであると考えられる。 Further, the luminous efficiency at 100 mA energization was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the value of Sample 1 normalized to 1.00 was 3.76. That is, higher luminous efficiency than any sample of Example 1 was obtained. This is because the light-emitting element of Example 2 using a GaN free-standing substrate was formed using a heterogeneous substrate having a composition and structure different from those of an n-type conductive layer, an active layer, and a p-type conductive layer called a sapphire substrate. This is thought to be because lattice defects are reduced compared to
(実施例3)
本実施例では、活性層群4が第1活性層Aと第2活性層Bと第3活性層Cとからなる点では共通するものの、それぞれに備わる井戸層の厚みや、積層の繰り返しパターンは相異なる、全4種類の発光素子(試料19〜試料22)を作製し、通電量による色度の変化と、発光効率の評価とを行った。活性層群4以外の構成要素については、実施例1と同様の手順にて形成した。
(Example 3)
In this embodiment, although the active layer group 4 is common in that the first active layer A, the second active layer B, and the third active layer C are included, the thickness of the well layer provided in each of them and the repeated pattern of the stacking are as follows. Four different types of light-emitting elements (Sample 19 to Sample 22) were produced, and the change in chromaticity depending on the amount of energization and the evaluation of luminous efficiency were performed. Components other than the active layer group 4 were formed in the same procedure as in Example 1.
活性層群4の形成は、実施例1と同様、n型導電層3となるn−GaN層の形成に続いて、基板温度を750℃として、活性層群4を構成する複数の13族窒化物層を形成することにより行ったが、係る場合においては、第1井戸層4a1となる結晶層を青色光を発光するIn0.25Ga0.75Nにて形成し、第2井戸層4a2となる結晶層を緑色光を発光するIn0.4Ga0.6Nにて形成し、第3井戸層4a3となる結晶層を赤色光を発光するIn0.55Ga0.45Nにて形成し、障壁層4bとなる結晶層をGaNにて形成する点、全ての井戸層の厚みを2nmとする点、障壁層4bとなるGaN層の厚みを10nmとする点、および、最下層と最上層とを障壁層4bとする点については全ての試料において共通とした。 As in the first embodiment, the active layer group 4 is formed by forming a plurality of group 13 nitrides constituting the active layer group 4 at a substrate temperature of 750 ° C. following the formation of the n-GaN layer to be the n-type conductive layer 3. In this case, the crystal layer to be the first well layer 4a1 is formed of In 0.25 Ga 0.75 N that emits blue light, and the second well layer 4a2 is formed. The crystal layer to be green is formed with In 0.4 Ga 0.6 N that emits green light, and the crystal layer that is to be the third well layer 4a3 is formed with In 0.55 Ga 0.45 N that emits red light. And forming a crystal layer to be the barrier layer 4b with GaN, a point to make all the well layers have a thickness of 2 nm, a point to make the thickness of the GaN layer to be the barrier layer 4b 10 nm, and the bottom layer The point that the top layer is the barrier layer 4b is common to all samples. .
その一方で、試料19については、第1活性層Aと第2活性層Bと第3活性層Cとをこの順に1回ずつのみ形成した。試料20については、係る順序での第1活性層Aと第2活性層Bと第3活性層Cの形成を3回繰り返した。 On the other hand, for the sample 19, the first active layer A, the second active layer B, and the third active layer C were formed only once in this order. For the sample 20, the formation of the first active layer A, the second active layer B, and the third active layer C in this order was repeated three times.
試料21については、Aのみを3回積層した後、Bのみを3回積層し、さらにCのみを3回積層する、AAABBBCCCなる構成にて、活性層群4を形成した。 For sample 21, active layer group 4 was formed in a configuration of AAABBCCC in which only A was stacked three times, then only B was stacked three times, and only C was stacked three times.
最後に、試料22については、ACBCACBCACBCなる構成にて活性層群4を形成した。 Finally, for the sample 22, the active layer group 4 was formed with a configuration of ACBCACBCCABC.
得られた試料19〜22の発光素子について、実施例1と同様に、色度と発光効率とを測定した。 With respect to the obtained light emitting elements of Samples 19 to 22, the chromaticity and the luminous efficiency were measured in the same manner as in Example 1.
各試料についての、第1活性層Aと第2活性層Bと第3活性層Cとの繰り返しパターンと、各活性層についての井戸層の総厚と、色度座標(x1、y1)、(x2、y2)と、色度変化dと、100mA通電時の発光効率とを、表2に示す。なお、発光効率は、試料19の値を1.00として規格化して示している。 For each sample, the repeating pattern of the first active layer A, the second active layer B, and the third active layer C, the total thickness of the well layer for each active layer, the chromaticity coordinates (x1, y1), ( Table 2 shows x2, y2), the chromaticity change d, and the luminous efficiency when 100 mA is applied. The luminous efficiency is shown normalized by setting the value of the sample 19 to 1.00.
表2に示すように、試料20および試料22においては、通電量の違いによる色度の変化が生じず、かつ、試料19の2倍以上という高い発光効率が実現された。これに対して、試料9と同様に同一の活性層を連続して積層した試料21については、高い発光効率は同様に得られたものの、通電量によって色度が変化した。 As shown in Table 2, in Sample 20 and Sample 22, no change in chromaticity due to the difference in the amount of energization occurred, and a high luminous efficiency of twice or more that of Sample 19 was realized. On the other hand, in the case of the sample 21 in which the same active layer was continuously laminated as in the case of the sample 9, high luminescence efficiency was obtained in the same manner, but the chromaticity changed depending on the energization amount.
試料20および試料22はともに、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるように活性層を周期的に積層すること、および、それぞれの井戸層の厚みをそれぞれ4nm以下とする一方で、各活性層における井戸層の総厚を4nm以上とすることという要件をみたしている。このことは、発光波長の異なる3種類の活性層を設ける場合にも、これらの要件をみたすようにすることで、通電量が変化しても色度が保たれ、かつ、発光効率が優れた発光素子が得られることを指し示している。 In both sample 20 and sample 22, the active layers are periodically stacked so that the compositions of the well layers existing in the adjacent active layers are different, and the thickness of each well layer is 4 nm or less, respectively. The requirement that the total thickness of the well layers in each active layer be 4 nm or more is satisfied. This means that even when three types of active layers having different emission wavelengths are provided, by satisfying these requirements, the chromaticity is maintained even when the energization amount is changed, and the luminous efficiency is excellent. It indicates that a light emitting element is obtained.
なお、試料20と試料22の色度座標を比較すると、試料22の色度座標の方が、白色を表す図4の点Eに近かった。このことは、試料22の方が、青色、緑色、および、赤色がよりバランスした白色発光が得られていることを意味している。 When the chromaticity coordinates of the sample 20 and the sample 22 were compared, the chromaticity coordinate of the sample 22 was closer to the point E in FIG. 4 representing white. This means that the sample 22 produces white light emission in which blue, green, and red are more balanced.
1、101 基板
2 下地層
3、103 n型導電層
4、104 活性層群
4a1、104a1 第1井戸層
4a2、104a2 第2井戸層
4a3 第3井戸層
4b、104b 障壁層
5、105 p型導電層
6 アノード電極部
6a アノード電極層
6b アノード電極パッド
7、107 カソード電極
10、110、210 発光素子
106 アノード反射電極
A 第1活性層
B 第2活性層
C 第3活性層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Substrate 2 Underlayer 3, 103 n-type conductive layer 4, 104 active layer group 4a1, 104a1 first well layer 4a2, 104a2 second well layer 4a3 third well layer 4b, 104b barrier layer 5, 105 p-type conductivity Layer 6 Anode electrode portion 6a Anode electrode layer 6b Anode electrode pad 7, 107 Cathode electrode 10, 110, 210 Light emitting element 106 Anode reflective electrode A First active layer B Second active layer C Third active layer
Claims (20)
それぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層を含む活性層群を備え、
前記活性層群においては、前記井戸層の厚みが4nm以下であり、2以上の前記井戸層と2以上の前記障壁層とが交互に積層されてなり、かつ、隣り合う前記活性層における前記井戸層の組成が相異なる、
ことを特徴とする発光素子。 A light emitting device that emits light of a plurality of wavelengths,
An active layer group including a plurality of active layers each composed of a well layer and a barrier layer,
In the active layer group, the well layer has a thickness of 4 nm or less, two or more well layers and two or more barrier layers are alternately stacked, and the wells in the adjacent active layers The composition of the layers is different,
A light emitting element characterized by the above.
前記複数の活性層が、前記井戸層として第1の13族窒化物からなる第1井戸層を備える複数の第1活性層と、前記井戸層として前記第1の13族窒化物とは異なる組成の第2の13族窒化物からなる第2井戸層を備える複数の第2活性層であり、
前記活性層群においては、前記第1活性層と前記第2活性層とが周期的に積層されてなる、
ことを特徴とする発光素子。 The light emitting device according to claim 1,
The plurality of active layers include a plurality of first active layers including a first well layer made of a first group 13 nitride as the well layer, and a composition different from the first group 13 nitride as the well layer. A plurality of second active layers comprising a second well layer made of the second group 13 nitride of
In the active layer group, the first active layer and the second active layer are periodically stacked.
A light emitting element characterized by the above.
前記複数の第1活性層に備わる前記第1井戸層の総厚および前記複数の第2活性層に備わる前記第2井戸層の総厚がいずれも4nm以上である、
ことを特徴とする発光素子。 The light emitting device according to claim 2,
The total thickness of the first well layers provided in the plurality of first active layers and the total thickness of the second well layers provided in the plurality of second active layers are both 4 nm or more.
A light emitting element characterized by the above.
前記第1の13族窒化物が青色光を発光波長とする13族窒化物であり、
前記第2の13族窒化物が緑色光を発光波長とする13族窒化物である、
ことを特徴とする発光素子。 The light-emitting device according to claim 2 or 3,
The first group 13 nitride is a group 13 nitride having a blue light emission wavelength;
The second group 13 nitride is a group 13 nitride having green light as an emission wavelength.
A light emitting element characterized by the above.
前記第1の13族窒化物がInx1Ga1−x1N(0.20≦x1≦0.30)なる組成の13族窒化物であり、
前記第2の13族窒化物がInx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物である、
ことを特徴とする発光素子。 The light emitting device according to claim 4,
The first group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x1 Ga 1-x1 N (0.20 ≦ x1 ≦ 0.30);
The second group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x2 Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44).
A light emitting element characterized by the above.
前記複数の活性層が、前記井戸層として第1の13族窒化物からなる第1井戸層を備える複数の第1活性層と、前記井戸層として前記第1の13族窒化物とは異なる組成の第2の13族窒化物からなる第2井戸層を備える複数の第2活性層と、前記井戸層として前記第1および第2の13族窒化物とは異なる組成の第3の13族窒化物からなる第3井戸層を備える複数の第3活性層であり、
前記活性層群においては、前記第1活性層と前記第2活性層と前記第3活性層とが周期的に積層されてなる、
ことを特徴とする発光素子。 The light emitting device according to claim 1,
The plurality of active layers include a plurality of first active layers including a first well layer made of a first group 13 nitride as the well layer, and a composition different from the first group 13 nitride as the well layer. A plurality of second active layers each having a second well layer made of the second group 13 nitride, and a third group 13 nitride having a composition different from that of the first and second group 13 nitrides as the well layer. A plurality of third active layers comprising a third well layer made of a material,
In the active layer group, the first active layer, the second active layer, and the third active layer are periodically stacked.
A light emitting element characterized by the above.
前記複数の第1活性層に備わる前記第1井戸層の総厚、前記複数の第2活性層に備わる前記第2井戸層の総厚、および、前記複数の第3活性層に備わる前記第3井戸層の総厚がいずれも4nm以上である、
ことを特徴とする発光素子。 The light emitting device according to claim 6,
The total thickness of the first well layer provided in the plurality of first active layers, the total thickness of the second well layer provided in the plurality of second active layers, and the third thickness provided in the plurality of third active layers. The total thickness of the well layers is 4 nm or more,
A light emitting element characterized by the above.
前記第1の13族窒化物が青色光を発光波長とする13族窒化物であり、
前記第2の13族窒化物が緑色光を発光波長とする13族窒化物であり、
前記第3の13族窒化物が赤色光を発光波長とする13族窒化物である、
ことを特徴とする発光素子。 The light-emitting device according to claim 6 or 7,
The first group 13 nitride is a group 13 nitride having a blue light emission wavelength;
The second group 13 nitride is a group 13 nitride having a green light emission wavelength;
The third group 13 nitride is a group 13 nitride having red light as an emission wavelength.
A light emitting element characterized by the above.
前記第1の13族窒化物がInx1Ga1−x1N(0.20≦x1≦0.30)なる組成の13族窒化物であり、
前記第2の13族窒化物がInx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物であり、
前記第3の13族窒化物がInx3Ga1−x3N(0.51≦x3≦0.65)なる組成の13族窒化物である、
ことを特徴とする発光素子。 The light emitting device according to claim 8,
The first group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x1 Ga 1-x1 N (0.20 ≦ x1 ≦ 0.30);
The second group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x2 Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44);
The third group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x3 Ga 1-x3 N (0.51 ≦ x3 ≦ 0.65).
A light emitting element characterized by the above.
前記活性層群が、前記第1活性層、前記第3活性層、前記第2活性層、前記第3活性層という順序の積層を繰り返すことにより構成されてなる、
ことを特徴とする発光素子。 The light-emitting device according to claim 8 or 9, wherein
The active layer group is configured by repeating stacking in the order of the first active layer, the third active layer, the second active layer, and the third active layer.
A light emitting element characterized by the above.
基板の上にn型導電層をエピタキシャル形成するn型導電層形成工程と、
前記n型導電層の上にそれぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層を含む活性層群をエピタキシャル形成する活性層群形成工程と、
前記活性層群の上にp型導電層をエピタキシャル形成するp型導電層形成工程と、
を備え、
前記活性層群形成工程においては、前記井戸層の厚みを4nm以下とするとともに、前記活性層群を、2以上の前記井戸層と2以上の前記障壁層とが交互に積層されるように、かつ、隣り合う前記活性層における前記井戸層の組成が相異なるように形成する、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting element structure capable of producing a light emitting element that emits light of a plurality of wavelengths,
An n-type conductive layer forming step of epitaxially forming an n-type conductive layer on the substrate;
An active layer group forming step of epitaxially forming an active layer group including a plurality of active layers each formed of a well layer and a barrier layer on the n-type conductive layer;
A p-type conductive layer forming step of epitaxially forming a p-type conductive layer on the active layer group;
With
In the active layer group formation step, the thickness of the well layer is 4 nm or less, and the active layer group is formed such that two or more well layers and two or more barrier layers are alternately stacked. And it forms so that the composition of the well layer in the adjacent active layer is different,
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
前記活性層群形成工程においては、前記井戸層として第1の13族窒化物からなる第1井戸層を備える第1活性層と、前記井戸層として前記第1の13族窒化物とは異なる組成の第2の13族窒化物からなる第2井戸層を備える第2活性層とを、周期的に積層する、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 11,
In the active layer group forming step, the first active layer including the first well layer made of the first group 13 nitride as the well layer and the first group 13 nitride as the well layer have different compositions. A second active layer including a second well layer made of the second group 13 nitride is periodically stacked.
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
前記活性層群形成工程においては、前記複数の第1活性層に備わる前記第1井戸層の総厚および前記複数の第2活性層に備わる前記第2井戸層の総厚をいずれも4nm以上とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 12,
In the active layer group forming step, the total thickness of the first well layers provided in the plurality of first active layers and the total thickness of the second well layers provided in the plurality of second active layers are both 4 nm or more. To
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
前記第1の13族窒化物を青色光を発光波長とする13族窒化物とし、
前記第2の13族窒化物を緑色光を発光波長とする13族窒化物とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 12 or 13,
The first group 13 nitride is a group 13 nitride having a blue light emission wavelength;
The second group 13 nitride is a group 13 nitride having an emission wavelength of green light.
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
前記第1の13族窒化物をInx1Ga1−x1N(0.20≦x1≦0.30)なる組成の13族窒化物とし、
前記第2の13族窒化物をInx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 14,
The first group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x1 Ga 1-x1 N (0.20 ≦ x1 ≦ 0.30),
The second group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x2 Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44).
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
前記活性層群形成工程においては、前記井戸層として第1の13族窒化物からなる第1井戸層を備える第1活性層と、前記井戸層として前記第1の13族窒化物とは異なる組成の第2の13族窒化物からなる第2井戸層を備える第2活性層と、前記井戸層として前記第1および第2の13族窒化物とは異なる組成の第3の13族窒化物からなる第3井戸層を備える第3活性層とを、周期的に積層する、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 11,
In the active layer group forming step, the first active layer including the first well layer made of the first group 13 nitride as the well layer and the first group 13 nitride as the well layer have different compositions. A second active layer including a second well layer made of the second group 13 nitride, and a third group 13 nitride having a composition different from that of the first and second group 13 nitrides as the well layer. Periodically stacking a third active layer comprising a third well layer,
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
前記複数の第1活性層に備わる前記第1井戸層の総厚、前記複数の第2活性層に備わる前記第2井戸層の総厚、および、前記複数の第3活性層に備わる前記第3井戸層の総厚がいずれも4nm以上とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 16,
The total thickness of the first well layer provided in the plurality of first active layers, the total thickness of the second well layer provided in the plurality of second active layers, and the third thickness provided in the plurality of third active layers. The total thickness of the well layers is 4 nm or more,
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
前記第1の13族窒化物を青色光を発光波長とする13族窒化物とし、
前記第2の13族窒化物を緑色光を発光波長とする13族窒化物とし、
前記第3の13族窒化物を赤色光を発光波長とする13族窒化物とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 16 or claim 17,
The first group 13 nitride is a group 13 nitride having a blue light emission wavelength;
The second group 13 nitride is a group 13 nitride having an emission wavelength of green light,
The third group 13 nitride is a group 13 nitride having a red light emission wavelength.
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
前記第1の13族窒化物をInx1Ga1−x1N(0.20≦x1≦0.30)なる組成の13族窒化物とし、
前記第2の13族窒化物をInx2Ga1−x2N(0.34≦x2≦0.44)なる組成の13族窒化物とし、
前記第3の13族窒化物をInx3Ga1−x3N(0.51≦x3≦0.65)なる組成の13族窒化物とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 18,
The first group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x1 Ga 1-x1 N (0.20 ≦ x1 ≦ 0.30),
The second group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x2 Ga 1-x2 N (0.34 ≦ x2 ≦ 0.44),
The third group 13 nitride is a group 13 nitride having a composition of In x3 Ga 1-x3 N (0.51 ≦ x3 ≦ 0.65).
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
前記活性層群形成工程においては、前記活性層群を、前記第1活性層、前記第3活性層、前記第2活性層、前記第3活性層という順序の積層を繰り返すことにより形成する、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。 A method of manufacturing a light emitting device structure according to claim 18 or claim 19,
In the active layer group forming step, the active layer group is formed by repeating stacking in the order of the first active layer, the third active layer, the second active layer, and the third active layer.
A method for manufacturing a light-emitting element structure.
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