JP2019121757A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1の実施の形態について、図1から図5を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。また、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の窒化物半導体発光素子の寸法比と一致するものではない。なお、以下、本発明を説明するにあたり、「上方」又は「下方」とは、一つの対象物と他の対象物との相対的な位置関係を示すものであり、当該一つの対象物が当該他の対象物に直接的に上側又は下側に配置されているもののみならず、当該一つの対象物が別の第三対象物を介して当該他の対象物に間接的に上側又は下側に配置されているものも含む。
図3は、図1に示す発光素子から第2のn型クラッド層90及び第1の電極層120を抜き出して示す部分断面図であり、電流の拡散を模式的に示す概念図である。図3内の矢印は、電流の流れを示している。図3に示すように、反射電極部124は、接触抵抗の高いAlを含んで構成されているため、電流が流れにくいのに対して、コンタクト電極部122は、接触抵抗の低いTiを含んで構成されているため、電流が流れやすい。したがって、コンタクト電極部122から流れる電流は、第2のn型クラッド層90内を通る際、縦方向(厚さ方向)のみならず、横方向(厚さ方向と直行する方向)にも流れやすい。以上のようにして、第1の電極層120から流れる電流が第2のn型クラッド層90内で横方向に拡散して均一化する。
次に、図4及び図5を参照して、発光素子1からの光の取出し効率について説明する。図4は、pGaN層の厚さと紫外光の透過率との関係を模式的に示すグラフである。図5は、発光素子からの光の取出し効率を概略的に示す図である。以下では、説明の便宜上、フリップ型の発光素子1において、反射電極部124の面積とコンタクト電極部122の面積とが略等しい構成を例に挙げて説明する。また、特に記載のない限り、p型層82の厚さ及びn型層84の厚さをともに10nmとして説明する。
P=exp(−α×t)
ここで、
α=1.7x10−2
なお、このαの値は、波長280nmの紫外光に対する値の一例である。また、expは、自然対数の底である。
図6各図は、第1の電極層120の構成の変形例を模式的に示す上面図である。例えば、図6(a),(b)に示すように、上面視において円形状のコンタクト電極部122を点状(ドット状)に配置したうえで、反射電極部124をコンタクト電極部122の周囲に配置してもよい。また、図6(a),(b)に示すように、コンタクト電極部122は、回転対称性を有するように配置してもよい(4回対称(図6(a))、6回対称(図6(b)))。なお、図6(a),(b)において、説明の便宜上、反射電極部124とコンタクト電極部122とを視覚的に容易に区別できるようにするために、反射電極部124を白色で示し、コンタクト電極部122を黒色で示した。
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態及び変形例に係る発光素子1では、n型AlGaNにより形成された第1のn型クラッド層30と、この第1のn型クラッド層30の上方に位置する多重量子井戸層と、この多重量子井戸層の上方に位置し、p型AlGaNによって形成されたp型クラッド層70と、p型クラッド層70上に位置し、p型クラッド層70にn型の半導体を含む層をトンネル接合させるトンネルジャンクション80と、トンネルジャンクション80上に位置し、第1のn型クラッド層30を形成するAlGaNのAl組成比と略等しいAl組成比を有するAlGaNからなる第2のn型クラッド層90と、第2のn型クラッド層90の上方に位置して、重量子井戸層から発せされた光を反射させる反射電極部124と、反射電極部124と空間的に分離して設けられ、反射電極部124と異なる材料により形成されたコンタクト電極部122とを含む第1の電極層120を備えている。
図7は、本発明の第2の実施の形態に係る発光素子発光素子の構成を概略的に示す断面図である。第2の実施の形態に係る発光素子1は、第2のn型クラッド層が電流拡散層を備える点で、第1の実施の形態に係る発光素子1と相違する。以下、第1の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略するとともに、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
以上、本発明の第2の実施の形態のようにしても、発光出力の低下を小さくするとともに、発光素子を長寿命化することができ、さらに、発光素子1の光の取出し効率を向上しつつ面内で均一に発光させることが可能となる。また、これに加えて、本発明の第2の実施の形態に係る発光素子1は、高抵抗の第2の電流拡散層94をさらに備えることにより、電流の拡散がさらに促進されるため、より均一に面内で発光させることが可能となる。
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
[2]前記第2のn型クラッド層(90)を形成するAlGaNのAl組成比は、前記第1のn型クラッド層(30)を形成するAlGaNのAl組成比と略等しい、前記[1]に記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[3]前記トンネルジャンクション層(90)は、前記p型クラッド層(70)上に位置するp型のAlaInbGa1−a−bN(0≦a≦0.2、0≦b≦0.2)により形成されたp型層(82)と、前記p型層(82)上に位置するn型のAlcIndGa1−c−dN(0≦c≦0.2、0≦d≦0.2)により形成されたn型層(84)とを含む、前記[1]又は[2]に記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[4]前記電極層は、前記第2のn型クラッド層(90)上に、前記多重量子井戸層から発せされた光を反射させる反射電極部(124)と、前記第2のn型クラッド層(90)に電流を供給するコンタクト電極部(122)とを備え、前記反射電極部(124)と前記コンタクト電極部122とは、交互に配置されている、前記[1]から[3]のいずれか1つに記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[5]前記コンタクト電極部(122)は、前記第2のn型クラッド層(90)の上面視において、点状に配置されている、前記[4]に記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[6]前記コンタクト電極部(122)は、前記第2のn型クラッド層(90)に対して、前記反射電極部(124)の前記第2のn型クラッド層(90)に対する接触抵抗よりも小さい接触抵抗を有する、前記[1]から[5]のいずれか1つに記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[7]前記反射電極部(124)は、アルミニウム(Al)を含んで構成されている、前記[6]に記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[8]前記コンタクト電極部(122)は、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)及びパラジウム(Pd)のうちのいずれ1つかを含んで構成されている、前記[6]又は[7]に記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[9]前記反射電極部(124)の表面積は、前記コンタクト電極部(122)の表面積以上である、前記[1]から[8]のいずれか1つに記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[10]前記反射電極部(124)の前記断面積は、前記電極層の横断面の断面積の50〜90%である、前記[9]に記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[11]前記トンネルジャンクション(80)は、20nm以下の厚さを有する、前記[1]から[10]のいずれか1つに記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[12]前記第2のn型クラッド層(90)は、内部に、前記n型クラッド層(90)のSiの添加濃度よりも小さな添加濃度のSiを含む電流拡散層(94)を備える、前記[1]から[11]のいずれか1つに記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[13]前記電流拡散層(94)のSiの添加濃度は、前記第2のn型クラッド層(90)のSiの添加濃度の略10分の1である、前記[12]に記載の窒化物半導体発光素子(1)。
2…下地構造部
10…基板
20…バッファ層
22…AlN層
24…u−AlpGa1−pN層
30…第1のn型クラッド層
40…中間層
50…活性層
52,52a,52b,52c…障壁層
54,54a,54b,54c…井戸層
60…電子ブロック層
70…p型クラッド層
80…トンネルジャンクション
82…p型層
84…n型層
90…第2のn型クラッド層
94…電流拡散層
100…アノード電極
120…第1の電極層
122…コンタクト電極部
124…反射電極部
140…第2の電極層
200…カソード電極
P…透過率
W…反射電極部の幅
d…第2のn型クラッド層の厚さ
α…吸収係数
Claims (13)
- n型のAlGaNによって形成された第1のn型クラッド層と、
前記第1のn型クラッド層の上方に位置する多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層の上方に位置し、p型AlGaNによって形成されたp型クラッド層と、
前記p型クラッド層の上方に位置し、前記p型クラッド層にn型の半導体を含む層をトンネル接合させるトンネルジャンクション層と、
前記トンネルジャンクション層の上方に形成された電極層とを含む窒化物半導体発光素子であって、
前記トンネルジャンクション層と前記電極層の間に、n型のAlGaNによって形成された第2のn型クラッド層をさらに含む、窒化物半導体発光素子。 - 前記第2のn型クラッド層を形成するAlGaNのAl組成比は、前記第1のn型クラッド層を形成するAlGaNのAl組成比と略等しい、
請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記トンネルジャンクション層は、前記p型クラッド層上に位置するp型のAlaInbGa1−a−bN(0≦a≦0.2、0≦b≦0.2)により形成されたp型層と、前記p型層上に位置するn型のAlcIndGa1−c−dN(0≦c≦0.2、0≦d≦0.2)により形成されたn型層とを含む、
請求項1又は2に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記電極層は、前記第2のn型クラッド層上に、前記多重量子井戸層から発せされた光を反射させる反射電極部と、前記第2のn型クラッド層に電流を供給するコンタクト電極部とを備え、
前記反射電極部と前記コンタクト電極部とは、交互に配置されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記コンタクト電極部は、前記第2のn型クラッド層の上面視において、点状に配置されている、
請求項4に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記コンタクト電極部は、前記第2のn型クラッド層に対して、前記反射電極部の前記第2のn型クラッド層に対する接触抵抗よりも小さい接触抵抗を有する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記反射電極部は、アルミニウムを含んで構成されている、
請求項6に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記コンタクト電極部は、チタン、ニッケル、及びパラジウムのうちのいずれか1つを含んで構成されている、
請求項6又は7に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記反射電極部の表面積は、前記コンタクト電極部の表面積以上である、
請求項1から8のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記反射電極部の前記断面積は、前記電極層の横断面の断面積の50〜90%である、 請求項9に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記トンネルジャンクションは、20nm以下の厚さを有する、
請求項1から10のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記第2のn型クラッド層は、内部に、前記n型クラッド層のSiの添加濃度よりも小さな添加濃度のSiを含む電流拡散層を備える、
請求項1から11のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記電流拡散層のSiの添加濃度は、前記第2のn型クラッド層のSiの添加濃度の略10分の1である、
請求項12に記載の窒化物半導体発光素子。
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