JP4980041B2

JP4980041B2 - Semiconductor light emitting device

Info

Publication number: JP4980041B2
Application number: JP2006344037A
Authority: JP
Inventors: 和彦千田; 宣明松井; 俊次中田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: JP2008159664A

Description

本発明は、たとえばｎ−ＧａＡｓおよびｐ−ＧａＰをその材質に含む半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device containing, for example, n-GaAs and p-GaP as its material.

図５は、従来の半導体発光素子の一例を示している。同図に示された半導体発光素子Ｘは、ｎ型半導体層９１、ｐ型半導体層９２、活性層９３、ｎ側電極９４、およびｐ側電極９５を備えており、赤色光または黄色光を発する構成とされている。ｎ型半導体層９１は、ｎ−ＧａＡｓ基板９１ａにたとえばＳｅがドープされたＡｌ_0.7Ｇａ_0.3ＩｎＰからなるｎ−クラッド層９１ｂが形成された構造とされている。ｐ型半導体層９２は、たとえばｐ−ＧａＰからなるウインドウ層９２ａと、たとえばＺｎがドープされたＡｌ_0.85Ｇａ_0.15ＩｎＰからなるｐ−クラッド層９２ｂとが積層された構造とされている。活性層９３は、いわゆるＭＱＷ（Multiple-Quantum Well:多重量子井戸）構造とされており、ＧａＩｎＰからなる複数の井戸層とＡｌ_0.6Ｇａ_0.4ＩｎＰからなる複数のバリア層とが積層されている。ｎ側電極９４は、ｎ−ＧａＡｓ基板９１ａの裏面に形成されており、ｎ型半導体層９１を介して活性層９３に電子を供給するための電極である。ｐ側電極９５は、ウインドウ層９２ａの表面の一部を覆うように形成されており、ｐ型半導体層９２を介して活性層９３に正孔を供給するための電極である。活性層９３から発せられた光Ｌは、ｐ型半導体層９２を通して出射される。 FIG. 5 shows an example of a conventional semiconductor light emitting device. The semiconductor light emitting device X shown in the figure includes an n-type semiconductor layer 91, a p-type semiconductor layer 92, an active layer 93, an n-side electrode 94, and a p-side electrode 95, and emits red light or yellow light. It is configured. The n-type semiconductor layer 91 has a structure in which an n-cladding layer 91b made of Al _0.7 Ga _0.3 InP doped with Se, for example, is formed on an n-GaAs substrate 91a. The p-type semiconductor layer 92 has a structure in which a window layer 92a made of, for example, p-GaP and a p-cladding layer 92b made of, for example, Al _0.85 Ga _0.15 InP doped with Zn are laminated. The active layer 93 has a so-called MQW (Multiple-Quantum Well) structure, in which a plurality of well layers made of GaInP and a plurality of barrier layers made of Al _0.6 Ga _0.4 InP are stacked. The n-side electrode 94 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 91 a and is an electrode for supplying electrons to the active layer 93 through the n-type semiconductor layer 91. The p-side electrode 95 is formed to cover a part of the surface of the window layer 92 a and is an electrode for supplying holes to the active layer 93 through the p-type semiconductor layer 92. The light L emitted from the active layer 93 is emitted through the p-type semiconductor layer 92.

しかしながら、半導体発光素子Ｘの発光効率を高めるためには、活性層９３からの光の取り出し効率を高める必要がある。光の取り出し効率とは、活性層９３において生じた光のうち、ｎ型半導体層９２から半導体発光素子Ｘ外へと出射される割合をいう。光の取り出し効率を低下させる一因は、ウインドウ層９２ａと空気との間の全反射である。ウインドウ層９２ａを形成するｐ−ＧａＰは、その屈折率が３．４５程度と比較的大きい。このため、ウインドウ層９２ａと空気との界面における臨界角が小さくなり、この界面において全反射される光の割合が大きくなる。全反射される光の割合を小さくすることにより光の取り出し効率を高めるためには、たとえばウインドウ層９２ａの厚さを２０μｍ以上と比較的厚いものとする必要があった。このようなウインドウ層９２ａをたとえばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて成長させるには長時間を要するため、半導体発光素子Ｘの製造効率を低下させることとなっていた。 However, in order to increase the light emission efficiency of the semiconductor light emitting device X, it is necessary to increase the light extraction efficiency from the active layer 93. The light extraction efficiency refers to the proportion of the light generated in the active layer 93 that is emitted from the n-type semiconductor layer 92 to the outside of the semiconductor light emitting element X. One factor that reduces the light extraction efficiency is total reflection between the window layer 92a and the air. P-GaP forming the window layer 92a has a relatively large refractive index of about 3.45. For this reason, the critical angle at the interface between the window layer 92a and air is reduced, and the proportion of light totally reflected at this interface is increased. In order to increase the light extraction efficiency by reducing the ratio of the totally reflected light, for example, the thickness of the window layer 92a needs to be relatively thick, such as 20 μm or more. Since it takes a long time to grow such a window layer 92a using, for example, the MOCVD method (metal organic chemical vapor deposition method), the manufacturing efficiency of the semiconductor light emitting device X is reduced.

特開２００４−３５６２７９号公報JP 2004-356279 A

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、製造効率を不当に低下させること無く光の取り出し効率を高めることが可能な半導体発光素子を提供することをその課題とする。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of increasing light extraction efficiency without unduly reducing manufacturing efficiency. To do.

本発明によって提供される半導体発光素子は、正孔と電子とが再結合することにより発光可能とされた活性層と、上記活性層を挟んで配置された第１型半導体層および第２型半導体層と、上記第１型半導体層に導通する第１電極と、上記第２型半導体層のうち上記活性層とは反対側の表面に設けられており、厚さ方向視において上記第２型半導体層よりも小とされている第２電極と、を備えており、上記活性層から少なくとも上記第２型半導体層を透して光を出射する構成とされた半導体発光素子であって、上記第２型半導体層は、上記活性層寄りに位置する高屈折率層と、上記第２電極および上記高屈折率層によって挟まれており、かつ厚さ方向において平均された屈折率が上記高屈折率層の屈折率よりも小さい低屈折率層とを有しているとともに、上記低屈折率層は、複数の第１低屈折率層と、第１低屈折率層よりも屈折率が大きい複数の第２低屈折率層とが交互に積層されており、上記高屈折率層には、上記第２低屈折率層が接していることを特徴としている。 The semiconductor light-emitting device provided by the present invention includes an active layer capable of emitting light by recombination of holes and electrons, and a first type semiconductor layer and a second type semiconductor disposed with the active layer interposed therebetween. A layer, a first electrode conducting to the first type semiconductor layer, and a surface of the second type semiconductor layer opposite to the active layer, and the second type semiconductor in the thickness direction view. A semiconductor light emitting element configured to emit light from the active layer through at least the second type semiconductor layer, wherein the second electrode is smaller than the second electrode. The type 2 semiconductor layer is sandwiched between the high refractive index layer located near the active layer, the second electrode, and the high refractive index layer, and the refractive index averaged in the thickness direction is the high refractive index. and a smaller than the refractive index of the layer low refractive index layer Both of the low refractive index layers are formed by alternately laminating a plurality of first low refractive index layers and a plurality of second low refractive index layers having a refractive index larger than that of the first low refractive index layer. The second low refractive index layer is in contact with the refractive index layer .

このような構成によれば、上記高屈折率層から上記低屈折率層へと入射する場合の臨界角、および上記低屈折率層から空気へと入射する場合の臨界角の双方を、上記高屈折率層から空気へと直接入射する場合の臨界角よりも大きくすることが可能である。したがって、上記活性層からの光が上記高屈折率層、上記低屈折率層、および空気の界面において全反射される割合を小さくすることが可能であり、光の取り出し効率を高めることができる。また、このような構成によれば、上記第２低屈折率層の材料として上記高屈折率層の材料と比較的格子定数が近いものを選定しつつ、上記第１低屈折率層の材料として、屈折率ができるだけ小さいものを選定することが可能である。これは、上記低屈折率層の屈折率を上記高屈折率層の屈折率よりも小としつつ、上記低屈折率層の製造を容易とするのに適している。 According to such a configuration, both the critical angle when entering from the high refractive index layer to the low refractive index layer and the critical angle when entering from the low refractive index layer into the air are It is possible to make it larger than the critical angle in the case of direct incidence from the refractive index layer to the air. Therefore, it is possible to reduce the ratio of the total reflection of light from the active layer at the interface between the high refractive index layer, the low refractive index layer, and the air, and the light extraction efficiency can be increased. Further, according to such a configuration, the material of the first low refractive index layer is selected as the material of the second low refractive index layer while selecting a material having a lattice constant relatively close to that of the high refractive index layer. It is possible to select one having a refractive index as small as possible. This is suitable for facilitating the production of the low refractive index layer while making the refractive index of the low refractive index layer smaller than the refractive index of the high refractive index layer.

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の第１低屈折率層は、上記高屈折率層寄りにあるものの厚さの方が、上記第２電極寄りにあるものの厚さよりも小とされており、上記複数の第２低屈折率層は、上記高屈折率層寄りにあるものの厚さの方が、上記第２電極寄りにあるものの厚さよりも大とされている。このような構成によれば、上記低屈折率層の屈折率の厚さ方向における分布は、上記高屈折率層に近づくほど比較的大きな値が占める割合が大きくなる。これにより、上記低屈折率層のうち上記高屈折率層に近い部分の屈折率を上記高屈折率層の屈折率に近づけるとともに、上記低屈折率層のうち空気に近い部分の屈折率を空気の屈折率に近づけることが可能である。したがって、光の取り出し効率を高めるのに有利である。 In a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the plurality of first low refractive index layers is closer to the high refractive index layer than the thickness of the first low refractive index layers is closer to the second electrode. The thicknesses of the plurality of second low refractive index layers near the high refractive index layer are larger than those near the second electrode. According to such a configuration, the ratio of the refractive index of the low refractive index layer in the thickness direction is such that the relatively large value occupies the closer to the high refractive index layer. Thereby, the refractive index of the portion close to the high refractive index layer in the low refractive index layer is brought close to the refractive index of the high refractive index layer, and the refractive index of the portion close to air in the low refractive index layer is changed to air. It is possible to approach the refractive index of. Therefore, it is advantageous to increase the light extraction efficiency.

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

図１は、本発明に係る半導体発光素子の一例を示している。本実施形態の半導体発光素子Ａは、ｎ型半導体層１、ｐ型半導体層２、活性層３、ｎ側電極４、およびｐ側電極５を備えている。半導体発光素子Ａは、活性層３から発せられた赤色または黄色などの光をｐ型半導体層２を透して出射可能に構成されている。 FIG. 1 shows an example of a semiconductor light emitting device according to the present invention. The semiconductor light emitting device A of this embodiment includes an n-type semiconductor layer 1, a p-type semiconductor layer 2, an active layer 3, an n-side electrode 4, and a p-side electrode 5. The semiconductor light emitting device A is configured to be able to emit red or yellow light emitted from the active layer 3 through the p-type semiconductor layer 2.

ｎ型半導体層１は、活性層３に対して電子を注入するためのものであり、本発明で言う第１型半導体層の一例である。ｎ型半導体層１は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１およびｎ−クラッド層１２からなる。ｎ−ＧａＡｓ基板１１は、ＧａＡｓにＳｉがドープされることによりｎ型半導体とされた材料からなる基板であり、半導体発光素子Ａを形成するための土台として用いられる。ｎ−クラッド層１２は、ｎ型半導体層１のうち活性層３と隣り合う部分であり、活性層３に正孔を閉じ込めるために設けられている。ｎ−クラッド層１２は、たとえばＡｌ_0.7Ｇａ_0.3ＩｎＰまたはＡｌＩｎＰなどにＳｅがドープされることによりｎ型半導体とされた材料からなり、その厚さが４００〜１０００ｎｍ程度とされている。 The n-type semiconductor layer 1 is for injecting electrons into the active layer 3, and is an example of the first-type semiconductor layer referred to in the present invention. The n-type semiconductor layer 1 includes an n-GaAs substrate 11 and an n-cladding layer 12. The n-GaAs substrate 11 is a substrate made of a material made to be an n-type semiconductor by doping GaAs with Si, and is used as a base for forming the semiconductor light emitting element A. The n-cladding layer 12 is a portion adjacent to the active layer 3 in the n-type semiconductor layer 1 and is provided for confining holes in the active layer 3. The n-cladding layer 12 is made of a material made to be an n-type semiconductor by doping Se into Al _0.7 Ga _0.3 InP or AlInP, for example, and has a thickness of about 400 to 1000 nm.

ｎ側電極（第１電極）４は、ｎ型半導体層１のうち活性層３とは反対側に位置する面、すなわちｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面に形成されており、半導体発光素子Ａに供給される電子を受ける電極である。ｎ側電極４は、Ａｌなどの導電体からなる。 The n-side electrode (first electrode) 4 is formed on the surface of the n-type semiconductor layer 1 opposite to the active layer 3, that is, on the back surface of the n-GaAs substrate 11, and is supplied to the semiconductor light emitting device A. Electrode that receives the generated electrons. The n-side electrode 4 is made of a conductor such as Al.

活性層３は、電子と正孔とが再結合することにより発光する層であり、ｎ型半導体層１とｐ型半導体層２とに挟まれている。本実施形態においては、活性層３は、ＭＱＷ構造とされており、複数の井戸層と複数のバリア層とが交互に積層された構造とされている。上記井戸層は、たとえばＧａＩｎＰからなり、その厚さが４．５ｎｍ程度とされる。上記バリア層は、たとえばＡｌ_0.6Ｇａ_0.4ＩｎＰからなり、その厚さが１２ｎｍ程度とされる。本実施形態においては、６５組の上記井戸層および上記バリア層を備えることにより、活性層３全体の厚さが、１０８０ｎｍ程度とされている。活性層３からは、たとえば赤色または黄色の光が発せられる。 The active layer 3 is a layer that emits light by recombination of electrons and holes, and is sandwiched between the n-type semiconductor layer 1 and the p-type semiconductor layer 2. In this embodiment, the active layer 3 has an MQW structure in which a plurality of well layers and a plurality of barrier layers are alternately stacked. The well layer is made of, for example, GaInP and has a thickness of about 4.5 nm. The barrier layer is made of, for example, Al _0.6 Ga _0.4 InP and has a thickness of about 12 nm. In the present embodiment, by providing 65 sets of the well layers and the barrier layers, the total thickness of the active layer 3 is about 1080 nm. For example, red or yellow light is emitted from the active layer 3.

ｐ型半導体層２は、活性層３に対して正孔を注入するためのものであり、本発明で言う第２型半導体層の一例である。ｐ型半導体層２は、ｐ−クラッド層２３、ウインドウ層２１、および低屈折率層２２からなる。ｐ−クラッド層２３は、ｐ型半導体層２のうち活性層３と隣り合う部分であり、活性層３に電子を閉じ込めるために設けられている。ｐ−クラッド層２３は、たとえばＡｌ_0.85Ｇａ_0.15ＩｎＰまたはＡｌＩｎＰなどにＺｎがドープされることによりｐ型半導体とされた材料からなり、その厚さが４００〜９００ｎｍ程度とされている。 The p-type semiconductor layer 2 is for injecting holes into the active layer 3 and is an example of a second-type semiconductor layer referred to in the present invention. The p-type semiconductor layer 2 includes a p-cladding layer 23, a window layer 21, and a low refractive index layer 22. The p-cladding layer 23 is a portion adjacent to the active layer 3 in the p-type semiconductor layer 2, and is provided to confine electrons in the active layer 3. The p-cladding layer 23 is made of a material made to be a p-type semiconductor by doping Zn into Al _0.85 Ga _0.15 InP or AlInP, for example, and has a thickness of about 400 to 900 nm.

ウインドウ層２１は、半導体発光素子Ａを流れる電流を活性層３が広がる方向において拡散させる機能と、活性層３から発せられた光を透過させることにより半導体発光素子Ａ外へと出射させる機能とを有する層である。ウインドウ層２１は、たとえばＧａＰにＺｎをドープすることによりｐ型半導体とされたｐ−ＧａＰからなり、その厚さが１０μｍ程度とされている。ウインドウ層２１の材質であるｐ−ＧａＰは、屈折率が３．４５程度である。これにより、ウインドウ層２１は、本発明で言う高屈折率層に相当するものとされている。 The window layer 21 has a function of diffusing the current flowing through the semiconductor light emitting element A in the direction in which the active layer 3 spreads, and a function of transmitting the light emitted from the active layer 3 to the outside of the semiconductor light emitting element A. It is a layer having. The window layer 21 is made of, for example, p-GaP made into a p-type semiconductor by doping GaP with Zn, and has a thickness of about 10 μm. P-GaP, which is the material of the window layer 21, has a refractive index of about 3.45. As a result, the window layer 21 corresponds to the high refractive index layer referred to in the present invention.

低屈折率層２２は、ｐ型半導体層２のうちｐ側電極５と接する部分であり、ウインドウ層２１と隣り合っている。図２に示すように、低屈折率層２２は、複数の第１低屈折率層２２Ａと複数の第２低屈折率層２２Ｂとが交互に積層された構造とされている。第１低屈折率層２２Ａは、たとえばＡｌＩｎＰにＺｎがドープされた材料からなり、その屈折率が３．２９程度である。第２低屈折率層２２Ｂは、たとえば（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5ＰにＺｎがドープされた材料からなり、その屈折率が３．４６程度である。図３は、ウインドウ層２１および低屈折率層２２の厚さ方向における屈折率の分布を示している。本発明においては、低屈折率層２２の平均の屈折率（図３中の二点鎖線）がウインドウ層２１の屈折率よりも小となるように、低屈折率層２２の材質が選定される。また、第１低屈折率層２２Ａの屈折率の方が、第２低屈折率層２２Ｂの屈折率よりも小となるように、第１低屈折率層２２Ａおよび第２低屈折率層２２Ｂの材質が選定される。 The low refractive index layer 22 is a portion in contact with the p-side electrode 5 in the p-type semiconductor layer 2 and is adjacent to the window layer 21. As shown in FIG. 2, the low refractive index layer 22 has a structure in which a plurality of first low refractive index layers 22A and a plurality of second low refractive index layers 22B are alternately stacked. The first low refractive index layer 22A is made of, for example, a material obtained by doping Zn into AlInP and has a refractive index of about 3.29. The second low-refractive index layer 22B is made of, for example, a material in which (Al _0.5 Ga _0.5 ) _0.5 In _0.5 P is doped with Zn and has a refractive index of about 3.46. FIG. 3 shows the refractive index distribution in the thickness direction of the window layer 21 and the low refractive index layer 22. In the present invention, the material of the low refractive index layer 22 is selected so that the average refractive index of the low refractive index layer 22 (two-dot chain line in FIG. 3) is smaller than the refractive index of the window layer 21. . Further, the first low refractive index layer 22A and the second low refractive index layer 22B have a refractive index smaller than that of the second low refractive index layer 22B. Material is selected.

低屈折率層２２のうちウインドウ層２１と接する部分は、第２低屈折率層２２Ｂによって構成されている。また、本実施形態においては、低屈折率層２２のうちｐ側電極５と接する部分も、第２低屈折率層２２Ｂによって構成されている。複数の第１低屈折率層２２Ａは、ウインドウ層２１寄りにあるものほど、その厚さが小とされている。一方、複数の第２低屈折率層２２Ｂは、ウインドウ層２１寄りにあるものほど、その厚さが大とされている。複数の第１低屈折率層２２Ａおよび複数の第２低屈折率層２２Ｂは、それぞれが２〜１０層ずつ程度設けられている。低屈折率層２２全体としては、その平均された屈折率が３．３５程度、その厚さが１０〜５００ｎｍ程度とされている。 A portion of the low refractive index layer 22 that is in contact with the window layer 21 is configured by the second low refractive index layer 22B. In the present embodiment, the portion of the low refractive index layer 22 that contacts the p-side electrode 5 is also constituted by the second low refractive index layer 22B. The plurality of first low refractive index layers 22 </ b> A are closer to the window layer 21, and the thickness thereof is made smaller. On the other hand, the thickness of the plurality of second low-refractive index layers 22B closer to the window layer 21 is increased. Each of the plurality of first low-refractive index layers 22A and the plurality of second low-refractive index layers 22B is provided by about 2 to 10 layers. The low refractive index layer 22 as a whole has an average refractive index of about 3.35 and a thickness of about 10 to 500 nm.

ｐ側電極（第２電極）５は、ｐ型半導体層２のうち活性層３とは反対側に位置する面、すなわち低屈折率層２２の表面に形成されており、半導体発光素子Ａに供給される正孔を受ける電極である。ｐ側電極５は、Ａｌなどの導電体からなる。ｐ型半導体層２の厚さ方向視において、ｐ側電極５は、ｐ型半導体層２よりも小とされている。ｐ型半導体層２のうちｐ側電極によって覆われていない部分から、活性層３から発せられた光が出射される。 The p-side electrode (second electrode) 5 is formed on the surface of the p-type semiconductor layer 2 opposite to the active layer 3, that is, on the surface of the low refractive index layer 22, and is supplied to the semiconductor light emitting element A. It is an electrode that receives the generated holes. The p-side electrode 5 is made of a conductor such as Al. The p-side electrode 5 is smaller than the p-type semiconductor layer 2 in the thickness direction of the p-type semiconductor layer 2. Light emitted from the active layer 3 is emitted from a portion of the p-type semiconductor layer 2 that is not covered by the p-side electrode.

半導体発光素子Ａは、たとえばｎ−ＧａＡｓ基板１１を土台として、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ−クラッド層１２、活性層３、およびｐ型半導体層２を順次形成することによって製造することができる。 The semiconductor light emitting element A can be manufactured, for example, by sequentially forming the n-cladding layer 12, the active layer 3, and the p-type semiconductor layer 2 using the MOCVD method with the n-GaAs substrate 11 as a base.

次に、半導体発光素子Ａの作用について説明する。 Next, the operation of the semiconductor light emitting element A will be described.

本実施形態によれば、低屈折率層２２の平均された屈折率は、ウインドウ層２１の屈折率と空気の屈折率との中間の値となっている。このため、ウインドウ層２１から低屈折率層２２へと入射する場合の臨界角が、ウインドウ層２１から空気へと入射する場合の臨界角よりも大きくなる。また、低屈折率層２２から空気へと入射する場合の臨界角は、ウインドウ層２１から空気へと入射する場合の臨界角よりも大きい。したがって、活性層３からの光の取り出し効率を高めることが可能であり、半導体発光素子Ａの高輝度化を図ることができる。 According to the present embodiment, the average refractive index of the low refractive index layer 22 is an intermediate value between the refractive index of the window layer 21 and the refractive index of air. For this reason, the critical angle when entering from the window layer 21 to the low refractive index layer 22 is larger than the critical angle when entering from the window layer 21 to the air. Further, the critical angle when entering the air from the low refractive index layer 22 is larger than the critical angle when entering the air from the window layer 21. Therefore, the light extraction efficiency from the active layer 3 can be increased, and the brightness of the semiconductor light emitting element A can be increased.

低屈折率層２２を構成する第１低屈折率層２２Ａおよび第２低屈折率層２２Ｂは、それぞれＡｌＩｎＰ、（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる。これらの材料は、ＭＯＣＶＤ法によって成長させるのに適した材料である。このため、ｎ−クラッド層１２、活性層３、およびウインドウ層２１をＭＯＣＶＤ法によって形成した後に、同じ製造装置を用いて低屈折率層２２引き続き形成することが可能である。したがって、低屈折率層２２を形成するための別途の製造装置を適用することが不要であり、半導体発光素子Ａの製造効率を不当に低下させることがない。また、低屈折率層２２を備えることによって光の取り出し効率を高めることが可能であるため、ウインドウ層２１を厚さが１０μｍ程度の比較的薄いものとすることができる。これは、半導体発光素子Ａの製造時間の短縮に有利である。 The first low refractive index layer 22A and the second low refractive index layer 22B constituting the low refractive index layer 22 are made of AlInP and (Al _0.5 Ga _0.5 ) _0.5 In _0.5 P, respectively. These materials are suitable for growth by MOCVD. For this reason, after forming the n-cladding layer 12, the active layer 3, and the window layer 21 by the MOCVD method, the low refractive index layer 22 can be continuously formed using the same manufacturing apparatus. Therefore, it is not necessary to apply a separate manufacturing apparatus for forming the low refractive index layer 22, and the manufacturing efficiency of the semiconductor light emitting element A is not unduly lowered. In addition, since the light extraction efficiency can be increased by providing the low refractive index layer 22, the window layer 21 can be made relatively thin with a thickness of about 10 μm. This is advantageous for shortening the manufacturing time of the semiconductor light emitting device A.

ウインドウ層２１に近づくほど、第１低屈折率層２２Ａの厚さが小さく、かつ第２低屈折率層２２Ｂの厚さが大きい構成とすることにより、低屈折率層２２の屈折率の厚さ方向における分布は、ウインドウ層２１に近づくほど比較的大きな値が占める割合が大きくなっている。これにより、低屈折率層２２のうちウインドウ層２１に近い部分の屈折率をウインドウ層２１の屈折率に近づけるとともに、低屈折率層２２のうち空気に近い部分の屈折率を空気の屈折率に近づけることが可能である。したがって、活性層３からの光がウインドウ層２１、低屈折率層２２、および空気の界面において全反射される割合を低減することが可能であり、光の取り出し効率を高めるのに適している。 The closer to the window layer 21, the smaller the thickness of the first low refractive index layer 22A and the larger the thickness of the second low refractive index layer 22B. As the distribution in the direction approaches the window layer 21, a relatively large value occupies a larger ratio. Thereby, the refractive index of the portion close to the window layer 21 in the low refractive index layer 22 is brought close to the refractive index of the window layer 21, and the refractive index of the portion close to air in the low refractive index layer 22 is changed to the refractive index of air. It is possible to approach. Therefore, it is possible to reduce the ratio at which the light from the active layer 3 is totally reflected at the interface of the window layer 21, the low refractive index layer 22, and the air, which is suitable for increasing the light extraction efficiency.

低屈折率層２２のうち空気に触れる部分は、第２低屈折率層２２Ｂによって構成されている。第２低屈折率層２２Ｂの材質である（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐは、第１低屈折率層２２Ａの材質であるＡｌＩｎＰと比べてＡｌの組成比が小さい。低屈折率層２２のうち空気と触れる部分のＡｌ組成比が小さいほど、酸化される度合いが小さくなる。したがって、半導体発光素子Ａが酸化によって変質することを防止するのに有利である。 The portion of the low refractive index layer 22 that comes into contact with air is constituted by the second low refractive index layer 22B. (Al _0.5 Ga _0.5 ) _0.5 In _0.5 P, which is the material of the second low refractive index layer 22B, has a smaller Al composition ratio than AlInP, which is the material of the first low refractive index layer 22A. The smaller the Al composition ratio of the portion of the low refractive index layer 22 that comes into contact with air, the smaller the degree of oxidation. Therefore, it is advantageous for preventing the semiconductor light emitting device A from being deteriorated by oxidation.

図４は、半導体発光素子Ａに備えられる低屈折率層２２の他の例を示している。この構成においては、第１低屈折率層２２Ａがｐ−ＧａＮからなり、第２低屈折率層２２ＢがＺｎがドープされたＡｌＩｎＰからなる点が図２に示す構成と異なっている。また、低屈折率層２２のうち空気と接する部分は、第１低屈折率層２２Ａによって構成されている。 FIG. 4 shows another example of the low refractive index layer 22 provided in the semiconductor light emitting element A. This configuration is different from the configuration shown in FIG. 2 in that the first low refractive index layer 22A is made of p-GaN and the second low refractive index layer 22B is made of AlInP doped with Zn. Further, the portion of the low refractive index layer 22 that comes into contact with air is constituted by the first low refractive index layer 22A.

このような構成によれば、第１低屈折率層２２Ａの屈折率が２．１８程度であることから、低屈折率層２２全体の平均された屈折率を２．８程度の比較的小さい値とすることが可能である。これは、半導体発光素子Ａの光の取り出し効率を高めるのに好適である。 According to such a configuration, since the refractive index of the first low refractive index layer 22A is about 2.18, the average refractive index of the entire low refractive index layer 22 is a relatively small value of about 2.8. Is possible. This is suitable for increasing the light extraction efficiency of the semiconductor light emitting device A.

ＧａＮは、たとえば（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5ＰとくらべてＺｎをドープしにくい材料である。このため、ｐ−ＧａＮからなる第１低屈折率層２２Ａは、ｐ型半導体としての性質が弱く、たとえばｐ側電極５との接合形態をオーミックコンタクトとすることが困難である。しかし、第２低屈折率層２２Ｂの材質として比較的ＺｎをドープしやすいＡｌＩｎＰを選定することにより、低屈折率層２２全体として、ｐ型半導体としての機能を十分に果たすものとすることができる。また、ウインドウ層２１と接する第２低屈折率層２２Ｂを形成する（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐは、ｐ−ＧａＮと比べてウインドウ層２１を形成するｐ−ＧａＰと格子定数が近い。このため、ウインドウ層２１と低屈折率層２２との間で大きな格子間歪みが生じることを抑制することができる。 GaN is a material that is less likely to be doped with Zn than, for example, (Al _0.5 Ga _0.5 ) _0.5 In _0.5 P. For this reason, the first low-refractive index layer 22A made of p-GaN has weak properties as a p-type semiconductor, and it is difficult to form an ohmic contact with the p-side electrode 5, for example. However, by selecting AlInP that is relatively easily doped with Zn as the material of the second low refractive index layer 22B, the low refractive index layer 22 as a whole can sufficiently function as a p-type semiconductor. . Further, (Al _0.5 Ga _0.5 ) _0.5 In _0.5 P forming the second low refractive index layer 22B in contact with the window layer 21 has a lattice constant close to that of p-GaP forming the window layer 21 compared to p-GaN. For this reason, it is possible to suppress a large interstitial distortion between the window layer 21 and the low refractive index layer 22.

本発明に係る半導体発光素子は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体発光素子の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The semiconductor light emitting device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. The specific configuration of each part of the semiconductor light emitting device according to the present invention can be varied in design in various ways.

第１低屈折率層２２Ａおよび第２低屈折率層２２Ｂの材料としては、上述した材料のほかに、たとえばＡｌＰにＺｎをドープした材料を用いることができる。低屈折率層２２を複数の第１低屈折率層２２Ａと複数の第２低屈折率層２２Ｂとが積層された構成に限定されず、単一の材料によって低屈折率層２２を形成してもよい。この材料としては、その屈折率がウインドウ層２１の屈折率と空気の屈折率との間であるものを選定すればよい。本発明で言う第１型半導体層および第２型半導体層は、一方がｎ型半導体からなり他方がｐ型半導体からなる構成であれば、上述した実施形態と入れ替わった構成であってもよい。 As materials for the first low refractive index layer 22A and the second low refractive index layer 22B, in addition to the materials described above, for example, a material in which AlP is doped with Zn can be used. The low refractive index layer 22 is not limited to a configuration in which a plurality of first low refractive index layers 22A and a plurality of second low refractive index layers 22B are stacked, and the low refractive index layer 22 is formed of a single material. Also good. As this material, a material whose refractive index is between the refractive index of the window layer 21 and the refractive index of air may be selected. The first-type semiconductor layer and the second-type semiconductor layer referred to in the present invention may be replaced with the above-described embodiment as long as one is an n-type semiconductor and the other is a p-type semiconductor.

本発明に係る半導体発光素子の一例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows an example of the semiconductor light-emitting device based on this invention. 図１に示す半導体発光素子のウインドウ層および低屈折率層を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the window layer and low refractive index layer of the semiconductor light-emitting device shown in FIG. 図１に示す半導体発光素子のウインドウ層および低屈折率層の屈折率分布を示すグラフである。It is a graph which shows the refractive index distribution of the window layer and low refractive index layer of the semiconductor light-emitting device shown in FIG. 本発明に係る半導体発光素子のウインドウ層および低屈折率層の他の例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the other example of the window layer of the semiconductor light-emitting device which concerns on this invention, and a low-refractive-index layer. 従来の半導体発光素子の一例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows an example of the conventional semiconductor light-emitting device.

Explanation of symbols

Ａ半導体発光素子
１ｎ型半導体層（第１型半導体層）
２ｐ型半導体層（第２型半導体層）
３活性層
４ｎ側電極（第１電極）
５ｐ側電極（第２電極）
１１ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ｎ−クラッド層
２１ウインドウ層（高屈折率層）
２２低屈折率層
２２Ａ第１低屈折率層
２２Ｂ第２低屈折率層
２３ｐ−クラッド層 A Semiconductor light emitting device 1 n-type semiconductor layer (first-type semiconductor layer)
2 p-type semiconductor layer (second-type semiconductor layer)
3 active layer 4 n-side electrode (first electrode)
5 p-side electrode (second electrode)
11 n-GaAs substrate 12 n-cladding layer 21 Window layer (high refractive index layer)
22 low refractive index layer 22A first low refractive index layer 22B second low refractive index layer 23 p-cladding layer

Claims

An active layer capable of emitting light by recombination of holes and electrons;
A first type semiconductor layer and a second type semiconductor layer disposed with the active layer interposed therebetween;
A first electrode conducting to the first type semiconductor layer;
A second electrode that is provided on the surface of the second type semiconductor layer opposite to the active layer and is smaller than the second type semiconductor layer in a thickness direction view. ,
A semiconductor light emitting device configured to emit light from the active layer through at least the second type semiconductor layer,
The second type semiconductor layer is sandwiched between the high refractive index layer located near the active layer, the second electrode and the high refractive index layer, and the refractive index averaged in the thickness direction is the high refractive index layer. And having a low refractive index layer smaller than the refractive index of the refractive index layer ,
The low refractive index layer is formed by alternately laminating a plurality of first low refractive index layers and a plurality of second low refractive index layers having a refractive index larger than that of the first low refractive index layer,
The semiconductor light emitting element, wherein the high refractive index layer is in contact with the second low refractive index layer .

The thickness of the first low refractive index layer closer to the high refractive index layer is made smaller than the thickness closer to the second electrode,
2. The semiconductor according to claim 1 , wherein the plurality of second low-refractive-index layers are closer to the high-refractive-index layer than the one closer to the second electrode. Light emitting element.