JP5307100B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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図1を参照して、発光層にAl1-XGaXNを用いた発光ダイオードに関し、非特許文献1に記載されている報告例について述べる。この報告例では、図1に示す発光ダイオード100を有機金属気相成長(MOCVD)法により作製している。基板102にはAl2O3(0001)面を使用している。まず、AlNバッファ層104(膜厚0.3μm)、AlN/Al0.85Ga0.15N超格子層106、n型Al0.72Ga0.28N層108、発光層としてAl0.58Ga0.42N/Al0.65Ga0.35N多重量子井戸層(3周期)110、p型Al0.72Ga0.28N層(膜厚20nm)112、p型GaN層114を成長させている。n型電極122はn型Al0.72Ga0.28N層108上に、p型電極124はp型GaN層114上にそれぞれ形成されている。素子サイズは150μm×150μmである。
次に、図3を参照して、発光層にInGaN/GaN多重量子井戸層を用い、p型GaN表面にナノメートルサイズの凹凸を形成した発光ダイオードに関し、非特許文献2に記載されている報告例について述べる。この報告例では、図3に示す発光ダイオード300をMOCVD法により作製している。基板302にはAl2O3(0001)面を使用している。まず、n型GaN層304、発光層としてInGaN/GaN多重量子井戸層306、p型GaN層308を成長させている。p型GaN層308上にクラスター化したPtを形成し、それをマスクとしてn型GaN層308の表面にナノメートルサイズの凹凸をドライエッチングにより形成している。n型電極322はn型GaN層304上に、p型電極324はp型GaN層308上に形成した。この場合、発光層であるInGaN/GaN多重量子井戸層306はAl2O3基板302にエピタキシャル成長するため、InGaN/GaN多重量子井戸層306の<0001>方位とAl2O3基板302の<0001>面方位は平行である。そして、発光層で発光した光は、p型電極324の上方側、つまり、発光層306の<0001>方位方向から取出している。また、本構造では、発光層306の端面を<0001>方位と平行にしている。
図6〜8を参照して半導体発光素子の参考例を説明する。
図6および7に、発光層をAlXGaYInZB1-X-Y-ZN層とした本参考例の発光ダイオード600の断面構造およびその製作方法をそれぞれ示す。
(2)次いで、アンドープAlN層604上に、Siドープn型AlXGaYInZB1-X-Y-ZN層606(膜厚0.5μm、X=0.75、Y=0.24、Z=0.01、Si濃度5×1018cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(3)次いで、Siドープn型AlXGaYInZB1-X-Y-ZN層606上に、アンドープAlXGaYInZB1-X-Y-ZN発光層608(膜厚10nm、X=0.58、Y=0.4、Z=0.015)をエピタキシャル成長させる。
(4)次いで、アンドープAlXGaYInZB1-X-Y-ZN発光層608上に、Mgドープp型AlXGaYInZB1-X-Y-ZN層610(膜厚0.2μm、X=0.75、Y=0.24、Z=0.01、Mg濃度4×1019cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(5)さらに、Mgドープp型AlXGaYInZB1-X-Y-ZN層610上に、半透明Pd/Au電極624を形成する。
(6)次いで、エッチングによりSiドープn型AlXGaYInZB1-X-Y-ZN層606の一部を露出させる。
(7)次いで、露出したSiドープn型AlN上にTi/Al/Ti/Au電極622を形成する。
図9および10を参照して半導体発光素子の参考例を説明する。
(2)次いで、Siドープn型AlN層906(膜厚0.5μm、Si濃度5×1018cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(3)次いで、Siドープn型AlN層906上に、アンドープAlN層908(膜厚10nm)をエピタキシャル成長させる。
(4)次いで、アンドープAlN層908上に、Mgドープp型AlN層910(膜厚0.2μm、Mg濃度4×1019cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(5)さらに、Mgドープp型AlN層910上に、半透明Pd/Au電極924を形成する。
(6)次いで、エッチングによりSiドープn型AlN層906の一部を露出させる。
(7)次いで、露出したSiドープn型AlN上にTi/Al/Ti/Au電極922を形成する。
図11および12を参照して、半導体発光素子の参考例を説明する。図11に、本参考例の発光ダイオード1100の断面構造を示す。本参考例の発光ダイオードは、光取出し方向と発光層の<0001>方位のなす角θ1を変化させるため、異なる面方位のAlN基板や傾斜角の異なるAlN基板上に作製される発光ダイオードである。また、発光ダイオード1100の作製手順は、図7を参照して説明した製造手順に準じる。
(2)次いで、アンドープAlN層1104上に、Siドープn型AlN層1106(膜厚0.5μm、Si濃度5×1018cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(3)次いで、Siドープn型AlN層1106上に、アンドープAlXGaYInZB1-X-Y-ZN発光層1108(膜厚10nm)をエピタキシャル成長させる。
(4)次いで、アンドープAlXGaYInZB1-X-Y-ZN発光層1108上に、Mgドープp型AlN層1110(膜厚0.2μm、Mg濃度4×1019cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(5)さらに、Mgドープp型AlN層1110上に、半透明Pd/Au電極を形成しする。
(6)次いで、エッチングによりSiドープn型AlN層1106の一部を露出させる。
(7)次いで、露出したSiドープn型AlN層上に、Ti/Al/Ti/Au電極1122を形成する。
図13〜15を参照して、半導体発光素子の参考例を説明する。
図13(a)に本参考例の発光ダイオード1300の上面図を示し、図13(b)に本参考例の発光ダイオード1300の断面線Aにおける断面構造を示す。本参考例の発光ダイオード1300は、発光層であるAlXGaYInZB1-X-Y-ZN層の端面とそのAlXGaYInZB1-X-Y-ZN層の<0001>方位とのなす角がθ2となる発光ダイオードである。
(2)次いで、アンドープAlN層1304上に、Siドープn型AlN層1306(膜厚0.5μm、Si濃度5×1018cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(3)次いで、Siドープn型AlN層1306上に、アンドープAlXGaYInZB1-X-Y-ZN発光層1308(膜厚10nm)をエピタキシャル成長させる。
(4)次いで、アンドープAlXGaYInZB1-X-Y-ZN発光層1308上に、Mgドープp型AlN層1310(膜厚0.2μm、Mg濃度4×1019cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(5)さらに、Mgドープp型AlN層1310上に半透明Pd/Au電極1324を形成する。
(6)次いで、エッチングによりSiドープn型AlN層1306の一部を露出させる。この過程で、発光層であるAlXGaYInZB1-X-Y-ZN層1308の端面とそのAlXGaYInZB1-X-Y-ZN層1308の<0001>方位とのなす角θ2はエッチングの条件により制御される。
(7)次いで、露出したSiドープn型AlN層1306上にTi/Al/Ti/Au電極1322を形成する。
図16および17を参照して、本発明に係る半導体発光素子の第1の実施例を説明する。
図16および17に、発光層とそれに接する層の界面が複数の面方位を有する本実施例の発光ダイオード1600の断面構造およびその作製方法をそれぞれ示す。
(2)次いで、エッチングによりアンドープAlN層1604aの一部を除去して、AlN(0001)基板1602の一部を露出させる。
(3)次いで、再成長により、露出したAlN(0001)基板1602および残ったアンドープAlN層1604a上に、アンドープAlN層1604b(膜厚1μm)をエピタキシャル成長させる。アンドープAlN層1604aとアンドープAlN層1604bとは、AlN(0001)基板1602上に作製された凸状のアンドープAlN層1604であり、複数の面方位を有する。これにより、凸状のアンドープAlN層1604上に作製される以下の層は、複数の面方位を有する。
(4)次いで、アンドープAlN層1604b上に、Siドープn型AlN層1606(膜厚0.5μm、Si濃度5×1018cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(5)次いで、Siドープn型AlN層1606上に、アンドープAlN発光層1608(膜厚10nm)をエピタキシャル成長させる。
(6)次いで、アンドープAlN発光層1608上に、Mgドープp型AlN層1610(膜厚0.2μm、Mg濃度4×1019cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(7)さらに、Mgドープp型AlN層1610上に半透明Pd/Au電極1624を形成する。
(8)次いで、エッチングによりSiドープn型AlN層1606の一部を露出させる。
(9)次いで、露出したSiドープn型AlN層1606上にTi/Al/Ti/Au電極を形成する。
図18〜20を参照して、本発明に係る半導体発光素子の第2の実施例を説明する。
図18および19に、本実施例の発光ダイオード1800の断面構造およびその作製方法をそれぞれ示す。
(2)次いで、エッチングによりその基板の一部を除去する。
(3)さらに、マスクを除去し、高さT1の段差を有する凸部を基板1802の表面(積層面)に形成する。例えば、凸部は円柱、円錐、六角柱、六角錐とすることができるが、これに限られない。
(4)次いで、MOCVD法により、その基板1802上に、Siドープn型AlN層1804(膜厚0.5μm、Si濃度5×1018cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(5)次いで、Siドープn型AlN層1804上に、アンドープAlN発光層1806(膜厚10nm)をエピタキシャル成長させる。
(6)次いで、アンドープAlN発光層1806上に、Mgドープp型AlN層1808(膜厚0.2μm、Mg濃度4×1019cm-3)をエピタキシャル成長させる。
(7)次いで、Mgドープp型AlN層1808上の一部に絶縁膜1810を形成する。
(8)さらに、露出しているMgドープp型AlN層1808を覆うように半透明Pd/Au電極1824を形成する。これにより、Mgドープp型AlN層1808は、その一部に絶縁膜1810で、他の部分を半透明Pd/Au電極1824によって覆われる。
(9)次いで、基板1802の裏面(積層面に対向する面)にTi/Al電極1822を形成する。
102,302,402,602,902,1102,1302,1602,1802 基板
110,306,404,608,908,1108,1308,1608,1806 発光層
Claims (2)
- 表面に単一の凸状段差を有し面方位が<0001>方位のAlN基板上に凸状のアンドープAlN層が形成され、前記アンドープAlN層の上にAlXGaYInZB1-X-Y-ZN層である発光層が形成され、前記発光層を介して前記単一の凸状段差を覆うように個別の電極が形成された半導体発光素子であって、
前記AlXGaYInZB1-X-Y-ZN層の各組成を0.3≦X<1、0<Y≦0.7、0<Z≦0.15の範囲とし、前記発光層とそれに接する層の界面が複数の面方位を有し、前記複数の面方位は<0001>方位の面方位及び少なくとも一つの<0001>方位以外の面方位を有することを特徴とする半導体発光素子。 - 表面に単一の凸状段差を有する基板上に形成された発光層をAlXGaYInZB1-X-Y-ZN層とし、前記AlXGaYInZB1-X-Y-ZN層の各組成を0.3≦X≦1、0≦Y≦0.7、0≦Z≦0.15の範囲とし、前記基板にはn型伝導性半導体基板を用い、前記基板の面方位は<0001>方位とし、前記凸状段差の高さをT1とし、前記発光層とそれを挟む層の膜厚の合計をT2とし、T1>T2とし、前記発光層を介して前記単一の凸状段差を覆うように個別の電極が形成された半導体発光素子であって、
前記発光層とそれに接する層の界面が<0001>方位の面方位以外に<0001>方位と垂直な面方位を有することを特徴とする半導体発光素子。
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