JP2017126684A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

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優作 藤井
Yusaku Fujii
優作 藤井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light-emitting device having an emission wavelength band (spectral width) over a wide range, high color rendering properties, and a high intensity of light emission.SOLUTION: A semiconductor light-emitting device 10 comprises: a first semiconductor layer 12 having a first conductivity type; a light-emitting functional layer 13 formed on the first semiconductor layer, and including a first luminescent layer; and a second semiconductor layer 15 formed on the light-emitting functional layer, and having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor layer. The first luminescent layer has: a base layer BL having a plurality of base segments BS having a composition subjected to stress distortion from the first semiconductor layer, and formed in a random mesh appearance; a buffer layer BU formed on the base layer so that the segment geometry of the plurality of base segments is left therein; and an active layer AC formed on the buffer layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、発光ダイオード(LED)などの半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED).

半導体発光素子は、通常、成長用基板上に、n型半導体層、活性層及びp型半導体層からなる半導体構造層を成長し、それぞれn型半導体層及びp型半導体層に電圧を印加するn電極及びp電極を形成して作製される。   In a semiconductor light emitting device, a semiconductor structure layer composed of an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer is usually grown on a growth substrate, and a voltage is applied to the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, respectively. It is fabricated by forming an electrode and a p-electrode.

特許文献1には、1つの基板材料上に少なくとも2種類以上の半導体発光素子を形成し、各々の半導体発光素子上に、それぞれの素子の発光波長に反応する蛍光体を複数種類塗布し、各々の半導体発光素子を同時に発光させるように構成された発光装置が開示されている。特許文献2には、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードが、各発光ダイオードから発せられる光が同一方向となるように積層された発光ダイオードが開示されている。   In Patent Document 1, at least two types of semiconductor light emitting elements are formed on one substrate material, and a plurality of types of phosphors that react to the emission wavelength of each element are applied on each semiconductor light emitting element, A light emitting device configured to simultaneously emit light from the semiconductor light emitting elements is disclosed. Patent Document 2 discloses a light emitting diode in which a red light emitting diode, a green light emitting diode, and a blue light emitting diode are stacked so that light emitted from each light emitting diode is in the same direction.

特開2008-071805号公報JP 2008-071805 JP 特開2011-249460号公報JP 2011-249460 JP

半導体発光素子は、電極から素子内に注入された電子と正孔(ホール)とが活性層において再結合することによって発光する。活性層から放出される光の波長(すなわち発光色)は、活性層を構成する半導体材料のバンドギャップによって決まる。例えば、窒化物系半導体を用いた発光素子の場合、その活性層からは青色の光が放出される。   The semiconductor light emitting device emits light by recombination of electrons and holes injected from the electrode into the device in the active layer. The wavelength of light emitted from the active layer (that is, the emission color) is determined by the band gap of the semiconductor material constituting the active layer. For example, in the case of a light emitting element using a nitride-based semiconductor, blue light is emitted from the active layer.

一方、例えば照明用途など、光源に演色性が求められる場合がある。高い演色性を有する光源は自然光に近い光を発する光源である。高い演色性を得るためには、光源から可視域のほぼ全域の波長を有する光が取出されることが好ましい。例えば、演色性の高い光源から取出された光は白色光として観察される。   On the other hand, color rendering properties may be required for the light source, for example, for lighting purposes. A light source having a high color rendering property is a light source that emits light close to natural light. In order to obtain high color rendering properties, it is preferable that light having a wavelength in almost the entire visible range is extracted from the light source. For example, light extracted from a light source having high color rendering properties is observed as white light.

これに対し、上記特許文献に記載されるように、半導体発光素子を用いて白色光を得る様々な手法が提案されている。例えば異なる組成を有する複数の活性層を積層することで、蛍光体を用いずに発光波長の広帯域化を図る手法が提案されている。   On the other hand, as described in the above patent document, various methods for obtaining white light using a semiconductor light emitting element have been proposed. For example, a method has been proposed in which a plurality of active layers having different compositions are stacked to achieve a broad emission wavelength band without using a phosphor.

しかし、これらの手法によって発光装置を作製する場合、各発光色の均一化や製造工程の複雑化、発光強度の点で課題があった。その一例としては、半導体層の形成工程及び接合工程の追加、半導体層の結晶性の劣化などが挙げられる。   However, when a light-emitting device is manufactured by these methods, there are problems in terms of uniform emission colors, complicated manufacturing processes, and emission intensity. Examples thereof include addition of a semiconductor layer forming step and a bonding step, deterioration of crystallinity of the semiconductor layer, and the like.

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、広範囲に亘る発光波長帯域(スペクトル幅)を有する高い演色性かつ高い発光強度の半導体発光素子を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having a high color rendering property and a high light emission intensity having a light emission wavelength band (spectrum width) over a wide range.

本発明による半導体発光素子は、第1の導電型を有する第1の半導体層と、第1の半導体層上に形成され、第1の発光層を含む発光機能層と、発光機能層上に形成され、第1の半導体層とは反対の導電型を有する第2の半導体層と、を有する半導体発光素子であって、第1の発光層は、第1の半導体層から応力歪を受ける組成を有してランダムな網目状に区画された複数のベースセグメントを有するベース層と、複数のベースセグメントのセグメント形状を残存しつつベース層上に形成されたバッファ層と、バッファ層上に形成された活性層と、を有することを特徴としている。   A semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on a light emitting functional layer including a first semiconductor layer having a first conductivity type, a light emitting functional layer formed on the first semiconductor layer and including the first light emitting layer. And a second semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor layer, wherein the first light emitting layer has a composition that receives stress strain from the first semiconductor layer. A base layer having a plurality of base segments partitioned into a random network, a buffer layer formed on the base layer while retaining the segment shape of the plurality of base segments, and formed on the buffer layer And an active layer.

(a)は実施例1に係る半導体発光素子の構造を示す断面図であり、(b)は実施例1に係る半導体発光素子における発光層のベース層を模式的に示す上面図である。(A) is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor light-emitting device which concerns on Example 1, (b) is a top view which shows typically the base layer of the light emitting layer in the semiconductor light-emitting device which concerns on Example 1. FIG. (a)は実施例1に係る半導体発光素子における半導体構造層の構造を示す断面図であり、(b)は実施例に係る半導体発光素子における半導体構造層の組成例を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor structure layer in the semiconductor light-emitting device which concerns on Example 1, (b) is sectional drawing which shows the example of a composition of the semiconductor structure layer in the semiconductor light-emitting device which concerns on an Example. (a)は実施例1の変形例に係る半導体発光素子の構造を示す断面図であり、(b)は実施例1の変形例に係る半導体発光素子における発光層のバッファ層を模式的に示す上面図である。(A) is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor light-emitting device concerning the modification of Example 1, (b) shows typically the buffer layer of the light emitting layer in the semiconductor light-emitting device concerning the modification of Example 1. It is a top view. 実施例2に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor light emitting device according to Example 2. FIG. 実施例3に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor light emitting element according to Example 3. FIG. 実施例3に係る半導体発光素子と比較例に係る半導体発光素子との発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum of the semiconductor light-emitting device which concerns on Example 3, and the semiconductor light-emitting device which concerns on a comparative example.

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。本明細書においては、同一の構成要素に同一の参照符号を付している。   Examples of the present invention will be described in detail below. In this specification, the same reference numerals are assigned to the same components.

図1(a)は、実施例1の半導体発光素子(以下、単に発光素子又は素子と称する場合がある)10の構造を示す断面図である。半導体発光素子10は、搭載基板(以下、単に基板と称する場合がある)11上に半導体構造層SSが形成された構造を有している。半導体構造層SSは、搭載基板11上に形成されたn型半導体層(第1の半導体層)12、n型半導体層12上に形成された発光機能層13、発光機能層13上に形成された電子ブロック層14、電子ブロック層14上に形成されたp型半導体層(第2の半導体層、第1の半導体層12とは反対の導電型を有する半導体層)15を含む。   FIG. 1A is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor light emitting device 10 of the first embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as a light emitting device or an element). The semiconductor light emitting device 10 has a structure in which a semiconductor structure layer SS is formed on a mounting substrate (hereinafter sometimes simply referred to as a substrate) 11. The semiconductor structure layer SS is formed on the n-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 12 formed on the mounting substrate 11, the light emitting functional layer 13 formed on the n type semiconductor layer 12, and the light emitting functional layer 13. The electron block layer 14 and the p-type semiconductor layer (second semiconductor layer, semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor layer 12) 15 formed on the electron block layer 14 are included.

本実施例においては、搭載基板11は、例えば半導体構造層SSの成長に用いる成長用基板であり、例えばサファイアからなる。また、半導体構造層SSは、窒化物系半導体からなる。半導体発光素子10は、例えば、サファイア基板のC面を結晶成長面とし、サファイア基板上に有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD法)を用いて半導体構造層SSを成長することによって、作製することができる。なお、図示していないが、半導体発光素子10は、n型半導体層12及びp型半導体層15にそれぞれ電圧を印加するn電極及びp電極を有している。   In this embodiment, the mounting substrate 11 is a growth substrate used for growing the semiconductor structure layer SS, for example, and is made of sapphire, for example. The semiconductor structure layer SS is made of a nitride semiconductor. For example, the semiconductor light emitting device 10 uses the C plane of a sapphire substrate as a crystal growth surface, and grows a semiconductor structure layer SS on the sapphire substrate by using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. Can be produced. Although not shown, the semiconductor light emitting element 10 has an n electrode and a p electrode for applying a voltage to the n type semiconductor layer 12 and the p type semiconductor layer 15, respectively.

なお、本実施例においては、発光素子10が搭載基板11としての成長用基板上に半導体構造層SSが形成された構造を有する場合について説明するが、搭載基板11は成長用基板である場合に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子10は、成長用基板上に半導体構造層SSを成長した後、半導体構造層SSを他の基板(支持基板)に貼り合わせ、成長用基板を除去した構造を有していてもよい。この場合、当該貼り合わせた他の基板はp型半導体層15上に設けられる。当該貼り合わせ用の基板としては、例えばSi、AlN、Mo、W、CuWなどの放熱性の高い材料を用いることができる。   In the present embodiment, the case where the light emitting element 10 has a structure in which the semiconductor structure layer SS is formed on the growth substrate as the mounting substrate 11 will be described. However, when the mounting substrate 11 is a growth substrate. It is not limited. For example, the semiconductor light emitting device 10 has a structure in which a semiconductor structure layer SS is grown on a growth substrate, the semiconductor structure layer SS is bonded to another substrate (support substrate), and the growth substrate is removed. Also good. In this case, the other bonded substrate is provided on the p-type semiconductor layer 15. As the bonding substrate, for example, a material with high heat dissipation such as Si, AlN, Mo, W, or CuW can be used.

n型半導体層12は、例えば、n型ドーパント(例えばSi)を含むGaN層からなる。電子ブロック層14は、例えばAlGaN層からなる。p型半導体層15は、例えば、p型ドーパント(例えばMg)を含むGaN層からなる。なお、電子ブロック層14は、p型ドーパントを含んでいてもよい。また、p型半導体層15は、電子ブロック層14との界面とは反対側の主面にコンタクト層を有していてもよい。   The n-type semiconductor layer 12 is made of, for example, a GaN layer containing an n-type dopant (for example, Si). The electron block layer 14 is made of, for example, an AlGaN layer. The p-type semiconductor layer 15 is made of, for example, a GaN layer containing a p-type dopant (for example, Mg). The electron block layer 14 may contain a p-type dopant. In addition, the p-type semiconductor layer 15 may have a contact layer on the main surface opposite to the interface with the electron block layer 14.

なお、発光機能層13は複数の発光層を有していてもよいが、本実施例においては、発光機能層13が1つの発光層からなる場合について説明する。本実施例においては、発光層13は、n型半導体層12上に形成され、n型半導体層12とは異なる組成を有するベース層BLを有している。ベース層BLは、n型半導体層12から応力を受けてランダムな網目状に形成された溝(第1の溝)GR1を有している。   Although the light emitting functional layer 13 may have a plurality of light emitting layers, in this embodiment, the case where the light emitting functional layer 13 is composed of one light emitting layer will be described. In this embodiment, the light emitting layer 13 has a base layer BL formed on the n-type semiconductor layer 12 and having a composition different from that of the n-type semiconductor layer 12. The base layer BL has a groove (first groove) GR <b> 1 formed in a random mesh shape under stress from the n-type semiconductor layer 12.

ここで、図1(b)を参照して、ベース層BLについて説明する。図1(b)は、ベース層BLの上面を模式的に示す図である。また、ベース層BLは、溝GR1によって区画され、かつランダムなサイズで形成された多数の微細なベースセグメントBSを有している。ベースセグメントBSの各々は、ベース層BLにおいて、ベース層BLがn型半導体層12から応力歪を受けることによって、ランダムな網目状に区画されている。   Here, the base layer BL will be described with reference to FIG. FIG. 1B is a diagram schematically showing the upper surface of the base layer BL. Further, the base layer BL has a large number of fine base segments BS defined by the grooves GR1 and formed at random sizes. Each of the base segments BS is partitioned in a random mesh pattern in the base layer BL when the base layer BL receives stress strain from the n-type semiconductor layer 12.

溝GR1は、互いにランダムにかつ異なる長さ及び形状の溝部から構成されている。溝GR1は、ベースセグメントBSを区画するように網目状に形成されている。溝GR1は、ベース層BLの表面において網目状(メッシュ状)に張り巡らされるように形成されている。ベースセグメントBSの各々は、この溝GR1によってベース層BL内にランダムに区画形成された部分(セグメント)である。なお、ベースセグメントBSの各々は、略円形や略楕円形、多角形状など、様々な上面形状を有している。   The groove GR1 is composed of groove portions having different lengths and shapes at random from each other. The groove GR1 is formed in a mesh shape so as to partition the base segment BS. The groove GR1 is formed to be stretched in a mesh shape (mesh shape) on the surface of the base layer BL. Each of the base segments BS is a portion (segment) that is randomly partitioned in the base layer BL by the groove GR1. Each base segment BS has various top shapes such as a substantially circular shape, a substantially elliptical shape, and a polygonal shape.

再度図1(a)を参照すると、溝GR1は、例えばV字形状を有し、ライン状の底部BPを有している。本実施例においては、ベースセグメントBSの各々は、溝GR1における底部BPをその端部とする。ベースセグメントBSの各々は、底部BPにおいて他のベースセグメントBSに隣接している。   Referring to FIG. 1A again, the groove GR1 has, for example, a V shape and has a line-shaped bottom portion BP. In the present embodiment, each base segment BS has the bottom BP in the groove GR1 as its end. Each base segment BS is adjacent to another base segment BS at the bottom BP.

また、ベース層BLは、ベースセグメントBSの各々に対応する平坦部(第1の平坦部)FL1を有している。ベース層BLの表面は、平坦部FL1と溝GR1の内壁面とによって構成されている。平坦部FL1の各々は、溝GR1によってベースセグメントBS毎に区画されている。ベースセグメントBSは、平坦部FL1からなる上面と溝GR1の内壁面からなる側面とを有している。   Further, the base layer BL has a flat portion (first flat portion) FL1 corresponding to each of the base segments BS. The surface of the base layer BL is constituted by the flat portion FL1 and the inner wall surface of the groove GR1. Each of the flat portions FL1 is partitioned for each base segment BS by the groove GR1. Base segment BS has an upper surface formed of flat portion FL1 and a side surface formed of an inner wall surface of groove GR1.

すなわち、平坦部FL1はベースセグメントBSの各々における上面を構成し、溝GR1の内壁面はベースセグメントBSの側面を構成する。従って、ベースセグメントBSの各々は、傾斜した側面を有し、またその断面において例えば略台形の形状を有している。   That is, the flat portion FL1 constitutes the upper surface of each base segment BS, and the inner wall surface of the groove GR1 constitutes the side surface of the base segment BS. Accordingly, each base segment BS has an inclined side surface, and has, for example, a substantially trapezoidal shape in its cross section.

なお、図1(b)は、ベース層BL及びベースセグメントBSを模式的に例示するに過ぎない。例えば、ベース層BLは、図1(b)に示すように、上面(ベース層BLに垂直な方向)から視たときに直線的な溝GR1によって区画されている必要はなく、曲線的な溝によって区画されていてもよい。また、以下においては、ベース層BLが平坦部FL1び溝GR1からなる場合について説明するが、ベース層BLの表面形状はこの場合に限定されない。例えば、ベースセグメントBSの上面が曲面形状を有していてもよい。   Note that FIG. 1B only schematically illustrates the base layer BL and the base segment BS. For example, as shown in FIG. 1B, the base layer BL does not need to be partitioned by the straight groove GR1 when viewed from the upper surface (direction perpendicular to the base layer BL), and is a curved groove. It may be partitioned by. In the following, the case where the base layer BL is composed of the flat portion FL1 and the groove GR1 will be described, but the surface shape of the base layer BL is not limited to this case. For example, the upper surface of the base segment BS may have a curved surface shape.

さらに、ベース層BLの表面に完全にベースセグメントBSが区画形成されている必要はない。例えば、溝GR1は、完全な網目形状を有する必要はなく、部分的に途切れていてもよい。ベース層BLがランダムな網目状に区画されたベースセグメントBSを有するとは、ベース層BLが上記したような溝形状、区画形状、あるいは上面形状を有することをいう。   Furthermore, it is not necessary that the base segment BS is completely defined on the surface of the base layer BL. For example, the groove GR1 does not need to have a complete mesh shape and may be partially interrupted. The base layer BL having the base segment BS partitioned in a random network means that the base layer BL has the groove shape, the partition shape, or the top surface shape as described above.

発光層13は、ベース層BL上に形成されたバッファ層BUを有する。図1(a)に示すように、バッファ層BUは、ベース層BLのセグメント形状を残存しつつベース層BL上に形成されている。より具体的には、バッファ層BUは、ベース層BLの溝GR1に対応する溝(第2の溝)GR2を有する。また、バッファ層BUは、ベース層BLの平坦部FL1の各々に対応する平坦部(第2の平坦部)FL2を有する。すなわち、バッファ層BUは、ベース層BLのセグメント形状を維持した上面形状を有する。   The light emitting layer 13 includes a buffer layer BU formed on the base layer BL. As shown in FIG. 1A, the buffer layer BU is formed on the base layer BL while retaining the segment shape of the base layer BL. More specifically, the buffer layer BU has a groove (second groove) GR2 corresponding to the groove GR1 of the base layer BL. Further, the buffer layer BU has a flat portion (second flat portion) FL2 corresponding to each of the flat portions FL1 of the base layer BL. That is, the buffer layer BU has an upper surface shape that maintains the segment shape of the base layer BL.

また、発光層13は、バッファ層BU上に形成された量子井戸層WA及び障壁層BAからなる活性層ACを有している。量子井戸層WAはバッファ層BU上に形成され、障壁層BAは量子井戸層WA上に形成されている。なお、バッファ層BUは、量子井戸層WAに対して障壁層として機能する。   The light emitting layer 13 has an active layer AC formed of the quantum well layer WA and the barrier layer BA formed on the buffer layer BU. The quantum well layer WA is formed on the buffer layer BU, and the barrier layer BA is formed on the quantum well layer WA. The buffer layer BU functions as a barrier layer with respect to the quantum well layer WA.

本実施例においては、量子井戸層WAは、溝GR2を残存しつつバッファ層BU上に形成されている。より具体的には、量子井戸層WAは、バッファ層BUの溝GR2に対応する溝(第3の溝)GR3を有する。また、量子井戸層WAは、バッファ層WAの平坦部FL2の各々に対応する平坦部(第3の平坦部)FL3を有する。量子井戸層WAは、バッファ層BUの上面形状、すなわちベースセグメントBSのセグメント形状を残存するように形成されている。量子井戸層WAは、歪み量子井戸層として形成されている。   In the present embodiment, the quantum well layer WA is formed on the buffer layer BU while leaving the trench GR2. More specifically, the quantum well layer WA has a groove (third groove) GR3 corresponding to the groove GR2 of the buffer layer BU. The quantum well layer WA has a flat portion (third flat portion) FL3 corresponding to each of the flat portions FL2 of the buffer layer WA. The quantum well layer WA is formed so that the upper surface shape of the buffer layer BU, that is, the segment shape of the base segment BS remains. The quantum well layer WA is formed as a strained quantum well layer.

また、本実施例においては、障壁層BAは、量子井戸層WAの溝GR3を埋め込んで量子井戸層WA上に形成されている。具体的には、障壁層BAは、量子井戸層WAとの界面(下面)においては溝GR3に対応する凹凸形状を有する一方で、上面においては平坦形状を有している。従って、障壁層BAは、図1(a)に示すように、量子井戸層WAを埋め込んで平坦化された平坦面FSを有している。   In the present embodiment, the barrier layer BA is formed on the quantum well layer WA by filling the groove GR3 of the quantum well layer WA. Specifically, the barrier layer BA has an uneven shape corresponding to the groove GR3 at the interface (lower surface) with the quantum well layer WA, and has a flat shape at the upper surface. Therefore, as shown in FIG. 1A, the barrier layer BA has a flat surface FS that is flattened by embedding the quantum well layer WA.

図2(a)は、半導体構造層SSの構造を示す断面図である。また、図2(b)は、半導体構造層SSにおけるベース層BL及びバッファ層BUの組成例を示す断面図である。図2(a)及び(b)は、図1(a)の破線で囲まれた部分を拡大して示す部分拡大断面図である。図2(a)を用いて、まず、発光層13についてより詳細に説明する。   FIG. 2A is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor structure layer SS. FIG. 2B is a cross-sectional view showing a composition example of the base layer BL and the buffer layer BU in the semiconductor structure layer SS. 2 (a) and 2 (b) are partial enlarged cross-sectional views showing an enlarged portion surrounded by a broken line in FIG. 1 (a). First, the light emitting layer 13 will be described in more detail with reference to FIG.

図2(a)に示すように、ベース層BLは、Alx1Iny1Ga1-x2-y1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1、0≦x1+y1≦1)の組成を有する。また、バッファ層BUは、Alx2Iny2Ga1-x2-y2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、0≦x2+y2≦1)の組成を有する。また、組成x1及びx2は、0≦x2<x1≦1の関係を満たす。 As shown in FIG. 2A, the base layer BL has a composition of Al x1 In y1 Ga 1 -x2-y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ x1 + y1 ≦ 1). The buffer layer BU has a composition of Al x2 In y2 Ga 1-x2 -y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1,0 ≦ x2 + y2 ≦ 1). The compositions x1 and x2 satisfy the relationship of 0 ≦ x2 <x1 ≦ 1.

次に、ベース層BL及び量子井戸層WA(活性層AC)について説明する。まず、図2(b)に示すように、ベース層BLは、例えば、AlGaN又はAlNの組成を有している(x1>0、y1=0)。ベース層BLにおけるベースセグメントBSは、ベース層BLとしてのAlGaN層又はAlN層を、比較的低温でn型半導体層12としてのGaN層上に成長することで形成することができる。   Next, the base layer BL and the quantum well layer WA (active layer AC) will be described. First, as shown in FIG. 2B, the base layer BL has a composition of, for example, AlGaN or AlN (x1> 0, y1 = 0). The base segment BS in the base layer BL can be formed by growing an AlGaN layer or an AlN layer as the base layer BL on a GaN layer as the n-type semiconductor layer 12 at a relatively low temperature.

まず、n型半導体層12上に、これとは異なる結晶組成のベース層BLを成長した場合、ベース層BLには応力(歪)が生ずる。例えば、ベース層BLは、n型半導体層12よりも小さな格子定数を有する。例えばn型半導体層12としてのGaN層にベース層BLとしてAlGaN層を成長する場合、AlGaN層にはGaN層によって伸張歪が生ずる。従って、AlGaN層にはその成長時に引張応力が生ずる。従って、AlGaN層の成長開始時又は成長途中でAlGaN層に溝が生じ、これ以降は、AlGaN層は3次元的に成長する。すなわち、AlGaN層は立体的に成長し、複数の微細な凹凸が形成される。この溝の形成開始点が溝GR1の底部BPとなる。   First, when a base layer BL having a different crystal composition is grown on the n-type semiconductor layer 12, stress (strain) is generated in the base layer BL. For example, the base layer BL has a lattice constant smaller than that of the n-type semiconductor layer 12. For example, when an AlGaN layer is grown as the base layer BL on the GaN layer as the n-type semiconductor layer 12, tensile strain is generated in the AlGaN layer by the GaN layer. Therefore, tensile stress is generated in the AlGaN layer during its growth. Accordingly, a groove is formed in the AlGaN layer at the beginning or during the growth of the AlGaN layer, and thereafter, the AlGaN layer grows three-dimensionally. That is, the AlGaN layer grows three-dimensionally and a plurality of fine irregularities are formed. The formation start point of this groove is the bottom BP of the groove GR1.

さらに、GaN層上に低温でAlGaN層を成長する場合、AlGaN層における3次元的な成長が促進される。従って、AlGaN層の表面に無数の溝が互いに結合しながら形成され(溝GR1)、これによってAlGaN層の表面が粒状の複数のセグメントに区画されていく。このようにしてベースセグメントBSを有するベース層BLを形成することができる。なお、本実施例においては、1000℃の成長温度でベース層BLとしてのAlGaN層を形成した。   Furthermore, when an AlGaN layer is grown on the GaN layer at a low temperature, three-dimensional growth in the AlGaN layer is promoted. Therefore, innumerable grooves are formed on the surface of the AlGaN layer while being coupled to each other (groove GR1), and thereby the surface of the AlGaN layer is partitioned into a plurality of granular segments. In this way, the base layer BL having the base segment BS can be formed. In this example, an AlGaN layer as the base layer BL was formed at a growth temperature of 1000 ° C.

このベース層BL上に量子井戸層WAとしてのInGaN層を形成すると、量子井戸層WAは歪み量子井戸層として形成される。また、量子井戸層WA内におけるInの含有量に分布が生ずる。すなわち、量子井戸層WAのうち、例えば平坦部FL1上の領域と溝GR1上の領域とでIn組成が異なるように形成される。また、ベースセグメントBSの上面上と側面上とでは量子井戸層WAの層厚が異なる。従って、量子井戸層WAの層内においてはバンドギャップが一定ではない。このようにして微細な島状の凹凸を有する発光層13からは、様々な色の光が放出されることとなる。   When an InGaN layer as the quantum well layer WA is formed on the base layer BL, the quantum well layer WA is formed as a strained quantum well layer. Further, a distribution occurs in the In content in the quantum well layer WA. That is, in the quantum well layer WA, for example, the region on the flat part FL1 and the region on the trench GR1 are formed so as to have different In compositions. The layer thickness of the quantum well layer WA differs between the upper surface and the side surface of the base segment BS. Therefore, the band gap is not constant in the quantum well layer WA. In this way, light of various colors is emitted from the light emitting layer 13 having fine island-shaped irregularities.

また、ベース層BLであるAlGaN層上に量子井戸層WAであるInGaN層を形成する場合、InGaN層はAlGaN層によって圧縮歪を受ける。InGaN層が圧縮歪を受けると、井戸層WA内にInが取り込まれ易くなる。これによって、InGaN層におけるバンドギャップ、すなわち量子準位間のエネルギーは小さくなる。量子井戸層WAからは、より長波長側の発光波長を有する光が放出される。   Further, when the InGaN layer that is the quantum well layer WA is formed on the AlGaN layer that is the base layer BL, the InGaN layer is subjected to compressive strain by the AlGaN layer. When the InGaN layer is subjected to compressive strain, In is easily taken into the well layer WA. Thereby, the band gap in the InGaN layer, that is, the energy between the quantum levels is reduced. From the quantum well layer WA, light having a longer emission wavelength is emitted.

次に、バッファ層BUについて説明する。図2(b)に示すように、バッファ層BUは、例えばGaNの組成を有する(x2=y2=0)。バッファ層BUは、ベース層BLと量子井戸層WA(活性層AC)との間の格子定数を有する。また、バッファ層BUは、ベース層BLにおけるベースセグメントBSのセグメント形状を残存しつつベース層BL上に形成されている。   Next, the buffer layer BU will be described. As shown in FIG. 2B, the buffer layer BU has a composition of GaN, for example (x2 = y2 = 0). The buffer layer BU has a lattice constant between the base layer BL and the quantum well layer WA (active layer AC). The buffer layer BU is formed on the base layer BL while the segment shape of the base segment BS in the base layer BL remains.

このバッファ層BUをベース層BL及び量子井戸層WA間に介在させることで、発光層13からの発光スペクトルの広帯域化と発光強度の向上との両立を図ることができる。従って、高演色性かつ高輝度な半導体発光素子10を提供することができる。   By interposing the buffer layer BU between the base layer BL and the quantum well layer WA, it is possible to achieve both broadening the emission spectrum from the light emitting layer 13 and improving the light emission intensity. Therefore, it is possible to provide the semiconductor light emitting device 10 having high color rendering properties and high luminance.

より具体的には、上記したように、ベース層BLを有することで活性層ACからは広いスペクトル帯域を有する放出光を得ることができる。しかし、その一方で、活性層AC(特に量子井戸層WA)の結晶性が悪化し、発光強度が低下することが懸念される。従って、要求される輝度を得ることができない可能性がある。これに対し、本実施例においては、ベース層BLと活性層ACとの間に、その中間の格子定数を有するバッファ層BUがベースセグメントBSを完全に埋め込まない程度に設けられている。   More specifically, as described above, emission light having a wide spectral band can be obtained from the active layer AC by including the base layer BL. However, on the other hand, there is a concern that the crystallinity of the active layer AC (especially the quantum well layer WA) deteriorates and the emission intensity decreases. Therefore, there is a possibility that the required luminance cannot be obtained. In contrast, in this embodiment, the buffer layer BU having an intermediate lattice constant is provided between the base layer BL and the active layer AC so as not to completely embed the base segment BS.

従って、まず、ベース層BL(ベースセグメントBS)によって活性層ACからの放出光を広帯域化することができる。また、バッファ層BUを設けることでベース層BLによる活性層ACの結晶性の悪化が抑制され、発光強度が向上する。従って、例えば蛍光体などの追加の部材を必要とすることなく、単純な構成で高演色かつ高輝度な半導体発光素子10を得るすることができる。   Therefore, first, the emission light from the active layer AC can be broadened by the base layer BL (base segment BS). Further, by providing the buffer layer BU, deterioration of the crystallinity of the active layer AC due to the base layer BL is suppressed, and the light emission intensity is improved. Therefore, for example, the semiconductor light emitting device 10 having high color rendering and high luminance can be obtained with a simple configuration without requiring an additional member such as a phosphor.

なお、図2(a)に示すように、量子井戸構造の活性層ACを形成する場合、活性層ACは、バッファ層BU上に量子井戸層WA及び障壁層BAが積層された構造を有する。ここで、バッファ層BUは、ベース層BLのセグメント形状を残存することを考慮すると、比較的小さな層厚T1で形成される。一方、バッファ層BLを量子井戸層WAに対する障壁層として機能させるためには一定の層厚が必要となる。   As shown in FIG. 2A, when the active layer AC having the quantum well structure is formed, the active layer AC has a structure in which the quantum well layer WA and the barrier layer BA are stacked on the buffer layer BU. Here, considering that the segment shape of the base layer BL remains, the buffer layer BU is formed with a relatively small layer thickness T1. On the other hand, a certain layer thickness is required for the buffer layer BL to function as a barrier layer for the quantum well layer WA.

これに対し、本実施例においては、バッファ層BUのみならずベース層BLも量子井戸層WAに対する障壁層として機能する。従って、例えば通常の障壁層BAの層厚T2よりも小さな層厚T1でバッファ層BUを形成した場合でも、バッファ層BU及びベース層BLは量子井戸層WAに対する障壁層として機能させることができる。従って、図2(a)に示すように、バッファ層BUは、活性層ACの障壁層BAよりも小さな層厚T1を有する。バッファ層BUの層厚T1は、障壁層BAの層厚T2よりも小さい。   On the other hand, in this embodiment, not only the buffer layer BU but also the base layer BL functions as a barrier layer for the quantum well layer WA. Therefore, for example, even when the buffer layer BU is formed with a layer thickness T1 smaller than the layer thickness T2 of the normal barrier layer BA, the buffer layer BU and the base layer BL can function as a barrier layer for the quantum well layer WA. Therefore, as shown in FIG. 2A, the buffer layer BU has a smaller layer thickness T1 than the barrier layer BA of the active layer AC. The layer thickness T1 of the buffer layer BU is smaller than the layer thickness T2 of the barrier layer BA.

また、図2(a)に示すように、バッファ層BUは、ある程度ベース層BLの表面に形成された溝GR1を埋め込むように形成されている。従って、バッファ層BUの平坦部FL2は、ベース層BL1の平坦部FL1よりも大きい面積を有する。また、バッファ層BUの溝GR2は、ベース層BLの溝GR1よりも浅い。   Further, as shown in FIG. 2A, the buffer layer BU is formed so as to fill the groove GR1 formed in the surface of the base layer BL to some extent. Accordingly, the flat portion FL2 of the buffer layer BU has a larger area than the flat portion FL1 of the base layer BL1. Further, the groove GR2 of the buffer layer BU is shallower than the groove GR1 of the base layer BL.

図3(a)は、実施例1の変形例に係る半導体発光素子10Aの構造を示す断面図である。半導体発光素子10Aは、バッファ層BU1及び量子井戸層WA1(発光層13A)の構造を除いては、半導体発光素子10と同様の構成を有している。本変形例においては、バッファ層BU1は、ベース層BLに設けられた複数のベースセグメントBSのうち、一部のベースセグメントBSを埋め込んで形成されている。また、量子井戸層WA1は、バッファ層BUを埋め込んで平坦化されている。   FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor light emitting element 10A according to a modification of the first embodiment. The semiconductor light emitting device 10A has the same configuration as the semiconductor light emitting device 10 except for the structure of the buffer layer BU1 and the quantum well layer WA1 (light emitting layer 13A). In the present modification, the buffer layer BU1 is formed by embedding some of the base segments BS among the plurality of base segments BS provided in the base layer BL. The quantum well layer WA1 is flattened by embedding the buffer layer BU.

より具体的には、バッファ層BU1は、ベース層BLに設けられた溝GR1の一部を埋め込んで形成されている。換言すれば、バッファ層BU1は、ベースセグメントBSのセグメント形状を部分的に埋め込んだ平坦面FL2を有する。図3(b)は、バッファ層BU1の上面を模式的に示す図である。図3(b)に示すように、バッファ層BU1の上面は、ベースセグメントBSを構成する溝GR1が埋め込まれた部分を有する。   More specifically, the buffer layer BU1 is formed by embedding a part of the groove GR1 provided in the base layer BL. In other words, the buffer layer BU1 has a flat surface FL2 in which the segment shape of the base segment BS is partially embedded. FIG. 3B is a diagram schematically showing the upper surface of the buffer layer BU1. As shown in FIG. 3B, the upper surface of the buffer layer BU1 has a portion in which the groove GR1 constituting the base segment BS is embedded.

バッファ層BU1は、例えばベース層BL上に比較的大きな層厚でGaN層を形成することで形成することができる。従って、バッファ層BU1の表面においては、ベース層BLにおけるベースセグメントBSのセグメント形状が残存するが、一部のベースセグメントBSは埋設されて消失する。   The buffer layer BU1 can be formed, for example, by forming a GaN layer with a relatively large thickness on the base layer BL. Therefore, the segment shape of the base segment BS in the base layer BL remains on the surface of the buffer layer BU1, but a part of the base segment BS is buried and disappears.

このように、ベースセグメントBSを部分的に埋設するようにバッファ層BU1が形成されていてもよい。また、バッファ層BU1の表面に設けられた溝GR2は、部分的に断裂していてもよい。すなわち、溝GR2は完全な網目状に形成されている必要はない。バッファ層BU及びBU1は、ベースセグメントBSのセグメント形状を残存しつつベース層BL上に形成されていればよい。本実施例及び本変形例に示すように、バッファ層BU及びBU1におけるベースセグメントBSのセグメント形状の維持の程度は、求められる演色性及び輝度に応じて適宜調節することができる。なお、ベースセグメントBSが多く埋め込まれるほど、スペクトルのピークは短波長側にシフトする。   Thus, the buffer layer BU1 may be formed so as to partially embed the base segment BS. Further, the groove GR2 provided on the surface of the buffer layer BU1 may be partially broken. That is, the groove GR2 does not have to be formed in a complete mesh shape. The buffer layers BU and BU1 only need to be formed on the base layer BL while retaining the segment shape of the base segment BS. As shown in the present embodiment and the present modification, the degree of maintenance of the segment shape of the base segment BS in the buffer layers BU and BU1 can be appropriately adjusted according to the required color rendering properties and luminance. The more the base segment BS is embedded, the more the spectrum peak shifts to the short wavelength side.

なお、本実施例においては、活性層ACが量子井戸層WA及び障壁層BAからなる量子井戸構造を有する場合について説明したが、活性層ACは量子井戸構造を有する場合に限定されない。活性層ACは単一の活性層であってもよい。   In this embodiment, the case where the active layer AC has a quantum well structure including the quantum well layer WA and the barrier layer BA has been described. However, the active layer AC is not limited to the case where the active layer AC has a quantum well structure. The active layer AC may be a single active layer.

また、本実施例においては、発光機能層(発光層)13とp型半導体層15との間に電子ブロック層14を形成する場合について説明した。しかし、電子ブロック層14は必ずしも設けられる必要はない。例えば、発光機能層13上にp型半導体層15が形成されていてもよい。なお、電子ブロック層14は、n型半導体層12、発光機能層13及びp型半導体層15よりも大きなバンドギャップを有している。従って、電子が発光機能層13を越えてp型半導体層15側にオーバーフローすることを抑制することが可能となる。従って、大電流駆動時及び高温動作時においては電子ブロック層14を設けることが好ましい。   In the present embodiment, the case where the electron blocking layer 14 is formed between the light emitting functional layer (light emitting layer) 13 and the p-type semiconductor layer 15 has been described. However, the electron block layer 14 is not necessarily provided. For example, the p-type semiconductor layer 15 may be formed on the light emitting functional layer 13. The electron block layer 14 has a larger band gap than the n-type semiconductor layer 12, the light emitting functional layer 13, and the p-type semiconductor layer 15. Therefore, it is possible to suppress the electrons from overflowing to the p-type semiconductor layer 15 side beyond the light emitting functional layer 13. Therefore, it is preferable to provide the electronic block layer 14 at the time of driving with a large current and at the time of high temperature operation.

図4は、実施例2に係る半導体発光素子30の構造を示す断面図である。半導体発光素子30は、発光機能層(発光層)33の構造を除いては、半導体発光素子10と同様の構成を有している。図4に示すように、本実施例においては、発光機能層33は、2層構造のベース層BL1と、多重量子井戸構造の活性層AC1とを有する。   FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor light emitting device 30 according to the second embodiment. The semiconductor light emitting element 30 has the same configuration as the semiconductor light emitting element 10 except for the structure of the light emitting functional layer (light emitting layer) 33. As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the light emitting functional layer 33 includes a base layer BL1 having a two-layer structure and an active layer AC1 having a multiple quantum well structure.

まず、ベース層BL1は、第1及び第2の副ベース層BLA及びBLBが積層された構造を有する。ベース層BL1は、n型半導体層12上に形成された第1の副ベース層BLAと第1の副ベース層BLA上に形成された第2の副ベース層BLBとを有する。本実施例においては、バッファ層BUは第2の副ベース層BLB上に形成されている。例えば、第1の副ベース層BLAはAlGaNの組成を有し、第2の副ベース層BLBはAlNの組成を有する。   First, the base layer BL1 has a structure in which first and second sub-base layers BLA and BLB are stacked. The base layer BL1 includes a first sub base layer BLA formed on the n-type semiconductor layer 12 and a second sub base layer BLB formed on the first sub base layer BLA. In this embodiment, the buffer layer BU is formed on the second sub-base layer BLB. For example, the first sub base layer BLA has an AlGaN composition, and the second sub base layer BLB has an AlN composition.

本実施例のように、ベース層BL1を2層構造で形成することで、ベース層BL1におけるベースセグメントBSのサイズの安定した調整を行うことができる。例えば、第1の副ベース層BLAがn型半導体層12よりも小さな格子定数を有し、第2の副ベース層BLBが第1の副ベース層BLAよりも小さな格子定数を有する。n型半導体層12と第2の副ベース層BLBとの間にその中間の格子定数を有する第1の副ベース層BLAを設けることで、結晶性の悪化が抑制され、ベース層BL1におけるベースセグメントBSのサイズが大きくなる。   As in this embodiment, by forming the base layer BL1 with a two-layer structure, the size of the base segment BS in the base layer BL1 can be stably adjusted. For example, the first sub base layer BLA has a lattice constant smaller than that of the n-type semiconductor layer 12, and the second sub base layer BLB has a lattice constant smaller than that of the first sub base layer BLA. By providing the first sub base layer BLA having an intermediate lattice constant between the n-type semiconductor layer 12 and the second sub base layer BLB, deterioration of crystallinity is suppressed, and the base segment in the base layer BL1 is suppressed. The size of the BS increases.

本実施例のように、バッファ層BUのみならず、ベース層BL1によっても、ベースセグメントBSの形状、すなわち活性層AC1に与える応力歪の程度(すなわち発光スペクトル)を調節することができる。   As in this embodiment, not only the buffer layer BU but also the base layer BL1 can adjust the shape of the base segment BS, that is, the degree of stress strain applied to the active layer AC1 (that is, the emission spectrum).

また、本実施例においては、活性層AC1が2つの量子井戸層WA及び障壁層BAを有する。活性層AC1は、バッファ層BU上に2つの量子井戸層WA及び障壁層BAが交互に積層された構造を有する。   In this embodiment, the active layer AC1 includes two quantum well layers WA and a barrier layer BA. The active layer AC1 has a structure in which two quantum well layers WA and barrier layers BA are alternately stacked on the buffer layer BU.

実施例1においては、活性層ACが単一の量子井戸構造を有する場合について説明した。一方、本実施例においては、活性層AC1は多重量子井戸構造を有する。換言すれば、実施例1及び2に示すように、活性層AC(AC1)は、量子井戸構造を有する場合、バッファ層BU(BU1)上に形成された少なくとも1つの量子井戸層WA及び障壁層BAを有していればよい。   In the first embodiment, the case where the active layer AC has a single quantum well structure has been described. On the other hand, in this embodiment, the active layer AC1 has a multiple quantum well structure. In other words, as shown in the first and second embodiments, when the active layer AC (AC1) has a quantum well structure, at least one quantum well layer WA and a barrier layer formed on the buffer layer BU (BU1). What is necessary is just to have BA.

なお、発光層13及び33は、複数回積層された構造を有していてもよい。例えば、発光機能層として、複数の発光層13又は33が積層された構造を有していてもい。この場合、各発光層13又は33の最上層(例えば障壁層BA)がその上に積層されるベース層BL(又はBL1)に応力歪を与える組成を有していればよい。   In addition, the light emitting layers 13 and 33 may have a structure laminated | stacked several times. For example, the light emitting functional layer may have a structure in which a plurality of light emitting layers 13 or 33 are stacked. In this case, the uppermost layer (for example, the barrier layer BA) of each light emitting layer 13 or 33 only needs to have a composition that gives stress strain to the base layer BL (or BL1) laminated thereon.

図5は、実施例3に係る半導体発光素子50の構造を示す断面図である。半導体発光素子50は、発光機能層53の構造を除いては、半導体発光素子10と同様の構成を有している。本実施例においては、発光機能層53は、n型半導体層12と発光層(第1の発光層)13との間に、量子井戸層WB及び障壁層BBからなる量子井戸構造の発光層(第2の発光層)53Aを有する。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor light emitting device 50 according to the third embodiment. The semiconductor light emitting device 50 has the same configuration as that of the semiconductor light emitting device 10 except for the structure of the light emitting functional layer 53. In this example, the light emitting functional layer 53 is a light emitting layer having a quantum well structure (a quantum well layer WB and a barrier layer BB) between the n-type semiconductor layer 12 and the light emitting layer (first light emitting layer) 13. (Second light emitting layer) 53A.

本実施例においては、実施例1における発光層13のn型半導体層12側に、第2の発光層として発光層53Aが設けられている。図5に示すように、発光層53Aは、2つの量子井戸層WBと3つの障壁層BBが交互に積層された構造を有する。量子井戸層WBは、例えば、InGaNの組成を有する。また、障壁層BBは、例えば、GaNの組成を有する。量子井戸層WA及び障壁層BBは、その各々が一様に平坦な層構造を有する。発光層13のベース層BLは、発光層53Aの障壁層BB上に形成されている。   In the present embodiment, a light emitting layer 53A is provided as a second light emitting layer on the n-type semiconductor layer 12 side of the light emitting layer 13 in the first embodiment. As shown in FIG. 5, the light emitting layer 53A has a structure in which two quantum well layers WB and three barrier layers BB are alternately stacked. The quantum well layer WB has a composition of InGaN, for example. Further, the barrier layer BB has, for example, a GaN composition. Each of the quantum well layer WA and the barrier layer BB has a uniformly flat layer structure. The base layer BL of the light emitting layer 13 is formed on the barrier layer BB of the light emitting layer 53A.

発光層53Aは、発光層13よりも短波長側に発光スペクトルのピークを有する。半導体発光素子50は、発光層13からの長波長側の発光スペクトルに発光層53Aからの短波長側の発光スペクトルが付加されたスペクトル特性を示す。本実施例は、短波長側の発光強度を得たい場合に有効な構成である。   The light emitting layer 53 </ b> A has an emission spectrum peak on the shorter wavelength side than the light emitting layer 13. The semiconductor light emitting device 50 exhibits a spectral characteristic in which the emission spectrum on the short wavelength side from the light emitting layer 53 </ b> A is added to the emission spectrum on the long wavelength side from the light emitting layer 13. This example is an effective configuration when it is desired to obtain the emission intensity on the short wavelength side.

図6は、半導体発光素子50及びその比較例に係る発光素子からの発光スペクトルを示す図である。なお、半導体発光素子50からの発光スペクトルを評価するために、バッファ層BUを有しないことを除いては半導体発光素子50と同様の構成を有する半導体発光素子を作製し、発光スペクトルを計測した。図6に示すように、実施例3及び比較例においては、共に2つの発光スペクトルのピークが存在することがわかる。このうちの短波長側(約450nm付近)のピークは、発光層53Aからの放出光によるものである。   FIG. 6 is a diagram showing an emission spectrum from the semiconductor light emitting device 50 and the light emitting device according to the comparative example. In order to evaluate the emission spectrum from the semiconductor light emitting device 50, a semiconductor light emitting device having the same configuration as that of the semiconductor light emitting device 50 was prepared except that the buffer layer BU was not provided, and the emission spectrum was measured. As shown in FIG. 6, in Example 3 and the comparative example, it can be seen that there are two emission spectrum peaks. The peak on the short wavelength side (around 450 nm) is due to the light emitted from the light emitting layer 53A.

実施例3の発光素子50における長波長側(約530nm付近)のピークは、発光層13からの放出光によるものであり、比較例における長波長側(約540nm付近)のピークも同様である。図6に示すように、発光層13がバッファ層BUを有することで、発光強度が向上していることがわかる。一方で、バッファ層BUを有さない場合に比べても、発光スペクトルの帯域は狭くなっていない。これは、バッファ層BUがベースセグメントBSの形状を残存(維持)して形成されていることに起因する。従って、演色性を犠牲にすることなく発光強度を向上させることができる。なお、本実施例においては、発光素子50からの発光スペクトルにおける半値幅は約45nmであった。   The peak on the long wavelength side (around 530 nm) in the light emitting device 50 of Example 3 is due to the light emitted from the light emitting layer 13, and the peak on the long wavelength side (around 540 nm) in the comparative example is the same. As shown in FIG. 6, it can be seen that the light emission layer 13 has the buffer layer BU, so that the light emission intensity is improved. On the other hand, even when the buffer layer BU is not provided, the band of the emission spectrum is not narrowed. This is because the buffer layer BU is formed with the shape of the base segment BS remaining (maintained). Therefore, the emission intensity can be improved without sacrificing the color rendering properties. In this example, the half width in the emission spectrum from the light emitting element 50 was about 45 nm.

なお、実施例1、実施例2及び実施例3は、互いに組み合わせることが可能である。例えば、発光層13、発光層33及び発光層53Aからなる発光機能層を形成することができる。   The first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment can be combined with each other. For example, a light emitting functional layer including the light emitting layer 13, the light emitting layer 33, and the light emitting layer 53A can be formed.

本実施例及びその変形例においては、発光層(第1の発光層)13は、n型半導体層12から応力歪を受ける組成を有してランダムな網目状に形成された複数のベースセグメントBSを有するベース層BLと、ベースセグメントBSのセグメント形状を残存しつつベース層BL上に形成されたバッファ層BUと、バッファ層BU上に形成された活性層ACとを含む。従って、可視域の広範囲に亘って高い発光強度を有する光を放出することが可能な半導体発光素子を提供することが可能となる。   In this embodiment and its modification, the light emitting layer (first light emitting layer) 13 has a composition that receives stress strain from the n-type semiconductor layer 12 and has a plurality of base segments BS formed in a random network shape. , A buffer layer BU formed on the base layer BL while retaining the segment shape of the base segment BS, and an active layer AC formed on the buffer layer BU. Therefore, it is possible to provide a semiconductor light emitting device capable of emitting light having high emission intensity over a wide visible range.

なお、本実施例においては、第1の導電型がn型の導電型であり、第2の導電型がp型である場合について説明したが、第1の導電型がp型であり、第2の導電型がn型であってもよい。   In the present embodiment, the case where the first conductivity type is the n-type conductivity type and the second conductivity type is the p-type has been described, but the first conductivity type is the p-type, The conductivity type of 2 may be n-type.

10、10A、30、50 半導体発光素子
12 n型半導体層(第1の半導体層)
13、13A、33、53A 発光機能層(発光層)
BL ベース層
WA、WB 量子井戸層
BA、BB 障壁層
15 p型半導体層(第2の半導体層)
BS ベースセグメント
10, 10A, 30, 50 Semiconductor light emitting element 12 n-type semiconductor layer (first semiconductor layer)
13, 13A, 33, 53A Light emitting functional layer (light emitting layer)
BL base layer WA, WB quantum well layer BA, BB barrier layer 15 p-type semiconductor layer (second semiconductor layer)
BS Base segment

Claims (9)

第1の導電型を有する第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に形成され、第1の発光層を含む発光機能層と、前記発光機能層上に形成され、前記第1の半導体層とは反対の導電型を有する第2の半導体層と、を有する半導体発光素子であって、
前記第1の発光層は、前記第1の半導体層から応力歪を受ける組成を有してランダムな網目状に区画された複数のベースセグメントを有するベース層と、前記複数のベースセグメントのセグメント形状を残存しつつ前記ベース層上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された活性層と、を有することを特徴とする半導体発光素子。
A first semiconductor layer having a first conductivity type; a light emitting functional layer formed on the first semiconductor layer and including a first light emitting layer; formed on the light emitting functional layer; A semiconductor light emitting device having a second semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor layer,
The first light-emitting layer includes a base layer having a plurality of base segments having a composition that receives stress strain from the first semiconductor layer and partitioned in a random network, and a segment shape of the plurality of base segments A semiconductor light emitting device comprising: a buffer layer formed on the base layer while remaining in the base layer; and an active layer formed on the buffer layer.
前記活性層は、少なくとも1つの量子井戸層及び障壁層を含み、
前記バッファ層は、前記ベース層と前記量子井戸層との間の格子定数を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
The active layer includes at least one quantum well layer and a barrier layer;
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the buffer layer has a lattice constant between the base layer and the quantum well layer.
前記ベース層は、前記第1の半導体層よりも小さな格子定数を有し、
前記ベース層は、前記複数のベースセグメントを区画する網目状の溝を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
The base layer has a smaller lattice constant than the first semiconductor layer;
3. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the base layer has a mesh-like groove that partitions the plurality of base segments. 4.
前記ベース層は、Alx1Iny1Ga1-x1-y1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1、0≦x1+y1≦1)の組成を有し、
前記バッファ層は、Alx2Iny2Ga1-x2-y2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、0≦x2+y2≦1)の組成を有し、
前記第1及び第2の半導体層は、GaNの組成を有し、
前記量子井戸層は、InGaNの組成を有し、
前記組成x1及びx2は、0≦x2<x1≦1の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
The base layer has a composition of Al x1 In y1 Ga 1-x1-y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ x1 + y1 ≦ 1),
The buffer layer has a composition of Al x2 In y2 Ga 1 -x2-y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, 0 ≦ x2 + y2 ≦ 1),
The first and second semiconductor layers have a GaN composition;
The quantum well layer has a composition of InGaN,
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the compositions x1 and x2 satisfy a relationship of 0 ≦ x2 <x1 ≦ 1. 5.
前記バッファ層は、前記複数のベースセグメントのうち、一部のベースセグメントを埋設するように形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。   5. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the buffer layer is formed so as to embed a part of the plurality of base segments. 前記バッファ層は、前記障壁層よりも小さな層厚を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the buffer layer has a smaller layer thickness than the barrier layer. 前記ベース層は、AlN又はAlGaNの組成を有し、
前記バッファ層は、GaNの組成を有することを特徴とする請求項3に記載の半導体発光素子。
The base layer has a composition of AlN or AlGaN,
The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the buffer layer has a composition of GaN.
前記ベース層は、第1及び第2の副ベース層が積層された構造を有し、
前記第1の副ベース層はAlGaNの組成を有し、前記第2の副ベース層はAlNの組成を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
The base layer has a structure in which first and second sub-base layers are laminated,
8. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first sub-base layer has an AlGaN composition, and the second sub-base layer has an AlN composition.
前記発光機能層は、前記第1の半導体層と前記第1の発光層との間に形成され、少なくとも1つの量子井戸層及び複数の障壁層からなる第2の発光層を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載の半導体発光素子。   The light emitting functional layer is formed between the first semiconductor layer and the first light emitting layer, and has a second light emitting layer composed of at least one quantum well layer and a plurality of barrier layers. The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
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