JP4853150B2 - 窒化物半導体発光ダイオード素子 - Google Patents
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Description
窒化物LED200では、サファイア基板201の表面に形成されたストライプ状の凹凸構造の、ストライプ方向に直交する方向に沿って、窒化物半導体層Sの厚さが変動している。つまり、窒化物半導体層Sをコアとする導波路の構造が、この方向に沿って変動している。よって、この導波路構造中を、この方向に伝播する光成分の導波モードは不安定となる。一方、上記凹凸構造のストライプ方向について見ると、窒化物半導体層Sの厚さは一定であって、導波路構造に変動はなく、そのために、この方向に伝播する光成分の導波モードは不安定化されない。
そこで、本発明者等は、窒化物LED200の光取出し効率を改善するには、このストライプ方向に伝播する光成分の導波モードを不安定化させる構造を付与すればよいと考えた。
本発明は、このような考察に基づき、完成されたものである。
(A)一方の面にストライプ状の凹凸構造が形成されたベース層と、該凹凸構造を埋め込んで、該一方の面を覆っており、かつ、ベース層とは異なる屈折率を有する埋め込み層と、からなるベース層/埋め込み層ペア。
(2)素子を上面視したとき、ベース層に形成されたストライプ状の凹凸構造のストライプ方向どうしがなす角が90度である、2つの上記(A)のベース層/埋め込み層ペアを含む、上記(1)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(3)上記積層体構造に含まれる上記(A)のベース層/埋め込み層ペアの数が2つである、上記(1)または(2)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(4)ベース層が透明基板であり、埋め込み層が窒化物半導体層である、上記(A)のベース層/埋め込み層ペアを含む、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(5)上記透明基板が結晶基板であり、上記窒化物半導体層が、該結晶基板上に直接またはバッファ層を介して成長した窒化物半導体層である、上記(4)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(6)上記透明基板がガラス基板である、上記(4)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(7)上記(A)のベース層/埋め込み層ペアが、下記(B)のベース層/埋め込み層ペアである、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(B)一方の面にストライプ状の溝が形成されたベース層と、該溝を埋め込んで、該一方の面を覆っており、かつ、ベース層とは異なる屈折率を有する埋め込み層と、からなるベース層/埋め込み層ペア。
(8)透明基板と複数の窒化物半導体層とからなる積層体構造を有し、該積層体構造の透明基板を除く部分に、pn接合型の発光素子構造を構成する複数の窒化物半導体層が含まれている、窒化物半導体発光ダイオード素子であって、上記積層体構造が、下記(C)のベース層/埋め込み層ペアおよび下記(D)のベース層/埋め込み層ペアを含んでいる、窒化物半導体発光ダイオード素子。
(C)一方の面にストライプ状の凹凸構造が形成されたベース層と、該凹凸構造を埋め込んで、該一方の面を覆っており、かつ、ベース層とは異なる屈折率を有する埋め込み層と、からなるベース層/埋め込み層ペア。
(D)一方の面にドット状の凹凸構造またはランダムな凹凸構造が形成されたベース層と、該凹凸構造を埋め込んで、該一方の面を覆っており、かつ、ベース層とは異なる屈折率を有する埋め込み層と、からなるベース層/埋め込み層ペア。
サファイア基板11AやAlN層11Bの表面にストライプ状の溝T11を形成する方法としては、ドライエッチング、ウェットエッチングなどのエッチング法が挙げられる。好ましい方法は、反応性イオンエッチング法であり、使用するエッチングガスとしては、塩素系ガス(塩素置換した炭化水素を含む)、フッ素系ガス(フッ素置換した炭化水素を含む)が挙げられる。
図1に示す窒化物LED10で用いられているサファイア基板11Aは、SiC、GaN、AlGaN、AlN、GaP、スピネル、ZnO、NGO(NdGaO3)、LGO(LiGaO2)、LAO(LaAlO3)、ZrB2、TiB2などからなる単結晶基板に置き換えることができる。これらの単結晶基板は、いずれも窒化物半導体結晶のエピタキシャル成長に適した透明基板である。単結晶基板上に窒化物半導体結晶を成長させる際には、周知のバッファ層技術を適宜用いることができる。SiC基板、GaN基板、ZnO基板などの導電性基板(半導体基板)を用いる場合には、素子に設ける電極の一方を基板の表面に形成し、基板を経由して窒化物半導体層に電流を供給する構成を採用することもできる。
11 エピタキシャル成長用基板
11A サファイア基板
11B AlN層
12 エピタキシャル成長層
12A n型GaNクラッド層
12B InGaN発光層
12C p型GaNクラッド層
P11 負電極
P12 正電極
S 窒化物半導体層
T11、T12 ストライプ状の溝
Claims (7)
- 透明基板と複数の窒化物半導体層とからなる積層体構造を有し、
該積層体構造の透明基板を除く部分に、pn接合型の発光素子構造を構成する複数の窒化物半導体層が含まれている、窒化物半導体発光ダイオード素子であって、
上記積層体構造が、下記(A)のベース層/埋め込み層ペアであって、ベース層に形成されたストライプ状の凹凸構造のストライプ方向どうしが平行でない、2つのベース層/埋め込み層ペアを含んでいる、窒化物半導体発光ダイオード素子。
(A)一方の面にストライプ状の凹凸構造が形成されたベース層と、該凹凸構造を埋め込んで、該一方の面を覆っており、かつ、ベース層とは異なる屈折率を有する埋め込み層と、からなるベース層/埋め込み層ペア。 - 素子を上面視したとき、ベース層に形成されたストライプ状の凹凸構造のストライプ方向どうしがなす角が90度である、2つの上記(A)のベース層/埋め込み層ペアを含む、請求項1に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
- 上記積層体構造に含まれる上記(A)のベース層/埋め込み層ペアの数が2つである、請求項1または2に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
- ベース層が透明基板であり、埋め込み層が窒化物半導体層である、上記(A)のベース層/埋め込み層ペアを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
- 上記透明基板が結晶基板であり、上記窒化物半導体層が、該結晶基板上に直接またはバッファ層を介して成長した窒化物半導体層である、請求項4に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
- 上記透明基板がガラス基板である、請求項4に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
- 上記(A)のベース層/埋め込み層ペアが、下記(B)のベース層/埋め込み層ペアである、請求項1〜6のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(B)一方の面にストライプ状の溝が形成されたベース層と、該溝を埋め込んで、該一方の面を覆っており、かつ、ベース層とは異なる屈折率を有する埋め込み層と、からなるベ
ース層/埋め込み層ペア。
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