JP5166594B1 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1導電形の第1半導体層10と、第2導電形の第2半導体層20と、発光層30と、第1応力印加層16と、を備えた半導体発光素子110が提供される。第1半導体層は、窒化物半導体結晶を含み(0001)面内に引張り応力を有する。第2半導体層は、窒化物半導体結晶を含み(0001)面内に引張り応力を有する。発光層は、第1半導体層と第2半導体層との間に設けられ、窒化物半導体結晶を含む。発光層の平均の格子定数は、第1半導体層の格子定数よりも大きい。第1応力印加層は、第1半導体層の発光層とは反対側に設けられ、第1半導体層に圧縮応力を印加する。
【選択図】図1
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1に表したように、実施形態にかかる半導体発光素子110は、第1導電形の第1半導体層10と、第2導電形の第2半導体層20と、発光層30と、第1応力印加層16と、を備える。半導体発光素子110は、例えば、LED素子である。半導体発光素子110は、レーザダイオードでも良い。以下では、半導体発光素子110が、LEDである場合として説明する。
図2(a)は、実施形態にかかる半導体発光素子110のLED積層構造に発生する応力を例示している。図2(b)は、参考例の半導体発光素子のLED積層構造に発生する応力を例示している。
第2応力印加層22は、AlGaN層を含む。また、第2応力印加層22は、AlN層を含んでいてもよい。
図3に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子120では、シリコン基板50の上に、AlN層とAlGaN層とを有するバッファ層12が配置されている。バッファ層12の上には、厚さ300ナノメートル(nm)のnon−doped 障壁層14をはさみ、厚さ15nmのAlN層(第1応力印加層)16が3回繰り返して設けられている。AlN層16の上には、第1半導体層10が積層されている。第1半導体層10には、厚さ2マイクロメートル(μm)のn形GaN層18、及び厚さ1μmのnon−doped GaN層17が積層されている。
図4(a)〜図5(c)は、図3に表した半導体発光素子構造を作製するプロセスを示す断面模式図である。
Si基板50上に100nmのAlN層を積層したのち、基板温度を1100℃に設定しAl組成25%、厚さ250nmのAlGaN層を積層する。
このようにして形成されたAlN層およびAlGaN層は、図3に表したバッファ層12に相当する。
最後に、図5(c)に表したように、n形電極生成部を保護していたマスク89を除去し、エッチングによりn形GaNを露出させ、n形電極を形成する。
図6(a)および図6(b)は、実施形態にかかる半導体発光素子の他の例を示す断面模式図および写真図である。
また、図7は、実施形態にかかる半導体発光素子のさらに他の例を示す断面模式図である。
なお、図6(b)は、図6(a)に表した範囲B1の拡大写真図である。
このように、複数層のAlN層16のうちのいずれかのAlN層16が連続膜として残されていることで、AlN層16は、第1の半導体結晶層に圧縮応力を印加することができる。これにより、クラックの発生あるいは欠陥の導入に伴う素子特性の劣化を抑制し発光効率の高い半導体発光素子を提供することができる。
また、図6(a)に表した半導体発光素子130において、第1半導体層10は、厚さ1μmのnon−doped GaN層17と、厚さ2μmのn形GaN層18と、から構成され合計3μmの厚さを有するが、第1応力印加層16として要求されるAlNの厚さは、この第1半導体層10の厚さに依存する。すなわち、第1半導体層10の厚さが薄い場合には、第1応力印加層16の厚さは、薄くてもよい。より具体的には、第1半導体層10が厚さ2μmのn形GaN層から構成される場合には、第1応力印加層16のAlNの厚さは、10nm以上であればよい。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (10)
- 窒化物半導体結晶を含み(0001)面内に引張り応力を有する第1導電形の第1半導体層と、
窒化物半導体結晶を含み(0001)面内に引張り応力を有する第2導電形の第2半導体層と、
前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられ、窒化物半導体結晶を含み、平均の格子定数が前記第1半導体層の格子定数よりも大きい発光層と、
前記第1半導体層の前記発光層とは反対側に設けられ、前記第1半導体層に圧縮応力を印加する第1応力印加層と、
を備えた半導体発光素子。 - 前記第2半導体層の前記発光層とは反対側の面に設けられ、前記第2半導体層に圧縮応力を印加する第2応力印加層をさらに備えた請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記第1応力印加層は、Alx1Ga1−x1N(0<x1≦1)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2応力印加層は、Alx2Ga1−x2N(0<x2<1)を含む請求項2記載の半導体発光素子。
- 前記発光層の平均のIn組成は、4.0%以上であり、前記発光層の厚さは、56ナノメートル以上である請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記発光層の平均のIn組成は、4.5%以上であり、前記発光層の厚さは、48ナノメートル以上である請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第2半導体層の前記発光層とは反対側に設けられ、前記第1応力印加層、前記第1半導体層、前記発光層及び前記第2半導体層を支持する導電性の支持基板をさらに備えた請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1応力印加層を貫通し、前記第1半導体層に電気的に接続された第1電極をさらに備えた請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1応力印加層の前記第1半導体層とは反対側に設けられた光取り出し層をさらに備え、
前記光取り出し層の前記第1応力印加層とは反対側の表面には、凹凸が設けられている請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記発光層から放出される光は、前記第1半導体層および前記第1応力印加層を介して外部に出射する請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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