JP5060823B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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単結晶基板の上に、少なくとも第1のn型半導体層、活性層、p型半導体層及び第2のn型半導体層を前記単結晶基板側からこの順で有し、
前記単結晶基板は、第1のドナー性不純物及び第1のアクセプタ性不純物が添加され前記活性層から放出される光により励起されると蛍光を生じる第1蛍光領域を含み、
前記第2のn型半導体層は、第2のドナー性不純物及び第2のアクセプタ性不純物が添加され前記活性層から放出される光により励起されると蛍光を生じる第2蛍光領域を含む発光素子が提供される。
前記第2のn型半導体層における前記第2のドナー性不純物のイオン化エネルギーが100meV以下であり、
前記第2のn型半導体層における前記第2のアクセプタ性不純物のイオン化エネルギーが200meV以上であり、
前記第2のドナー性不純物の濃度が前記第2のアクセプタ性不純物の濃度よりも高いことが好ましい。
前記活性層から放出される光のピーク波長が370nmから420nmの範囲にあり、
前記単結晶基板の前記第1蛍光領域にて生じる蛍光のピーク波長が、550nmから650nmの範囲にあり、
前記第2のn型半導体層の前記第2蛍光領域にて生じる蛍光のピーク波長が、450nmから550nmの範囲にあることが好ましい。
単結晶基板の上に、少なくとも第1のn型半導体層、活性層、p型半導体層及び第2のn型半導体層を前記単結晶基板側からこの順で有し、
前記単結晶基板は、可視光を透過する材料により構成され、
前記第2のn型半導体層は、ドナー性不純物及びアクセプタ性不純物が添加され前記活性層から放出される光により励起されると蛍光を生じる蛍光領域を含む発光素子が提供される。
前記第2のn型半導体層における前記ドナー性不純物のイオン化エネルギーが100meV以下であり、
前記第2のn型半導体層における前記アクセプタ性不純物のイオン化エネルギーが200meV以上であり、
前記ドナー性不純物の濃度が前記アクセプタ性不純物の濃度よりも高いことが好ましい。
前記活性層から放出される光のピーク波長が430nmから490nmの範囲にあり、
前記第2のn型半導体層の前記蛍光領域にて生じる蛍光のピーク波長が、550nmから600nmの範囲にあることが好ましい。
このようなドナーとアクセプタの組合せが好ましい理由は、光励起によって自由電子、自由正孔を同時に生成しないことが、高効率発光には必要だからである。自由電子と自由正孔は、自由に空間を移動できるキャリアで、結晶中に欠陥があると、両者がそこに到達して、非発光再結合によって消滅するとともに発熱する。結晶が極めて高品質化される場合を除いては、結晶中の欠陥における非発光再結合の成分を極力抑えることが必要となる。そして、第1及び第2の実施形態のようにアクセプタのみイオン化エネルギーを高めておくと、光励起されて生成されたキャリアのうち、正孔は非常に高速にアクセプタに捕獲される。このときの正孔は、アクセプタ準位に緩和したことになり、捕獲されると自由には動くことができないため非発光再結合は生じない。尚、電子は自由のままであるが、非発光再結合のためには電子の対となる正孔もないと成り立たない。一方、ドナー及びアクセプタの両方に大きなイオン化エネルギーを持たせても第1及び第2の実施形態のような高効率光励起発光は可能であるが、第1及び第2の実施形態においてはトンネル接合層に対するコンタクト層の機能が別途必要である。従って、アクセプタのみならず、ドナーもイオン化エネルギーを大きくすると、自由キャリアが全くない高抵抗半導体となってしまい、電流輸送ができなくなるという不具合が生じる。この結果、ドナーとアクセプタの一方だけイオン化エネルギーを大きくする方法が最も望ましい。
101 SiC基板
102 バッファ層
103 nコンタクト層
104 多重量子井戸活性層
105 電子ブロック層
106 p接続層
107 pトンネル接合層
108 nトンネル接合層
109 蛍光コンタクト層
110 アノード電極
111 カソード電極
200 白色LEDチップ
201 サファイア基板
204 多重量子井戸活性層
Claims (4)
- 第1のn型半導体層、活性層、p型半導体層及び第2のn型半導体層をこの順で有し、
前記第2のn型半導体層は、ドナー性不純物及びアクセプタ性不純物が添加され前記活性層から放出される光により励起されると蛍光を生じる蛍光領域を含み、
前記第2のn型半導体層における前記ドナー性不純物のイオン化エネルギーが100meV以下であり、
前記第2のn型半導体層における前記アクセプタ性不純物のイオン化エネルギーが200meV以上であり、
前記ドナー性不純物の濃度が前記アクセプタ性不純物の濃度よりも高く、
前記第2のn型半導体層は、前記半導体発光素子の電流輸送を担う部位に設けられ、
前記第1のn型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層及び前記第2のn型半導体層は、GaN系半導体からなり、
前記第2のn型半導体層は、In組成を含む層を含んだ多重量子井戸構造を有し、
前記ドナー性不純物は、Siであり、
前記アクセプタ性不純物は、Znである半導体発光素子。 - 前記第2のn型半導体層は、Ga1−xInxN/Ga1−yInyN(0<x<y<1)の組成式で表現される請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記第1のn型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層及び前記第2のn型半導体層がこの順で形成される単結晶基板を有し、
前記単結晶基板は、ドナー性不純物及びアクセプタ性不純物が添加され、前記活性層から放出される光により励起されると、前記第2のn型半導体層と異なるピーク波長の蛍光を生じる蛍光領域を含む請求項1または2に記載の半導体発光素子。 - 前記第1のn型半導体層、前記活性層、前記p型半導体層及び前記第2のn型半導体層がこの順で形成される単結晶基板を有し、
前記単結晶基板は、可視光を透過する材料により構成される請求項1または2に記載の半導体発光素子。
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