JP5533744B2 - Iii族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、この課題を解決するために成されたものであり、その目的は、電子に対する電気抵抗を増大させることなく、正孔を発光層に効率良く閉じ込めることで、駆動電圧を上昇させることなく、発光効率を向上させることである。
この発明において、n側クラッド層における超格子層の最初の層と、最終層は、Iny Ga1-y N(0<y<1)層、Alx Ga1-x N(0<x<1)層、及び、GaNのうちの1層であれば良く、必ずしも、最初の層( 発光層に対して最も遠い位置に存在する層)をIny Ga1-y N(0<y<1)層とし、最後の層(発光層に対して最も近い位置に存在する層)を、GaN層とする必要はない。また、周期構造における層の順序は、発光層に向けて、Iny Ga1-y N(0<y<1)層、厚さ0.3nm以上2.5nm以下のGaN層、Alx Ga1-x N(0<x<1)層、GaN層の順で、任意の層から開始した周期構造であっても良い。また、1単位の周期構造の最初の層(発光層に対して最も遠い位置に存在する層)は、Iny Ga1-y N(0<y<1)層、Alx Ga1-x N(0<x<1)層、及び、GaN層のうちの何れか1つとすれば良く、必ずしも、Iny Ga1-y N(0<y<1)層とする必要はない。
上記の発明において、Alx Ga1-x N(0<x<1)層のAlの組成比xは、0.05以上、1より小さい。Alの組成比が大きい程、障壁の高さは大きくなり、層の厚さを薄くする必要がある。この組成比の範囲において、厚さを適正に設定することで、電子をトンネルさせ、正孔をブロックさせることができる。
上記の発明において、発光層は、n層側クラッド層に接した直上に形成している。これにより、電子の発光層への注入と、正孔の発光層での閉じ込めを効率良く行うことができる。
上記の発明において、p層側クラッド層は、成長させる順に見て、Inw Ga1-w N層、厚さ0.3nm以上2.5nm以下のGaN層、Alz Ga1-z N(0<z<1)層の3層の周期構造から成る超格子層としている。この構成により、電子を発光層に効果的に閉じ込め、正孔を発光層に効果的に注入することができる。この結果、発光効率が向上する。
上記の発明において、n層側クラッド層の周期構造は、Iny Ga1-y N(0<y<1)層とAlx Ga1-x N(0<x<1)層との間に、厚さ0.3nm以上2.5nm以下のGaN層を有した4層の周期構造としている。この構造により、隣接する層間の格子定数の差を小さくでき、Alx Ga1-x N(0<x<1)層やIny Ga1-y N(0<y<1)層の結晶性を改善することができる。また、隣接する層の間に、Alx Ga1-x-y Iny N(0<x<1,0<y<1,0<x+y<1)が形成されることが防止される。これにより、発光素子の特性を向上させることができる。
第3ESD層112は、ノンドープのGaNである。第3ESD層112の厚さは50〜200nmである。第3ESD層112の表面112aにもピットが生じており、そのピット密度は2×108 /cm2 以上である。第3ESD層112はノンドープであるが、残留キャリアによりキャリア濃度が1×1016〜1×1017/cm3 となっている。なお、第3ESD層112には、キャリア濃度が5×1017/cm3 以下となる範囲でSiがドープされていてもよい。
用いた結晶成長方法は有機金属化合物気相成長法(MOCVD法)である。ここで用いられたガスは、キャリアガスは水素と窒素(H2 又はN2 )を用い、窒素源には、アンモニアガス(NH3 )、Ga源には、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3:以下「TMG」と書く。) 、In源には、トリメチルインジウム(In(CH3)3:以下「TMI」と書く。) 、Al源には、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3:以下「TMA」と書く。) 、n型ドーパントガスには、シラン(SiH4 )、p型ドーパントガスには、シクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5 H5 )2 :以下「CP2 Mg」と書く。)を用いた。
101:n型コンタクト層
102:ESD層
103:n型クラッド層
104:発光層
105:ノンドープクラッド層
106:p型クラッド層
107:p型コンタクト層
108:p電極
130:n電極
110:第1ESD層
111:第2ESD層
112:第3ESD層
113:第4ESD層
131:Iny Ga1-y N層
132:Alx Ga1-x N層
133:GaN層
Claims (1)
- 各層がIII 族窒化物半導体から成り、n型層側クラッド層、発光層、p型層側クラッド層を少なくとも有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記n層側クラッド層は、成長させる順に見て、Iny Ga1-y N(0<y<1)層、厚さ0.3nm以上2.5nm以下のGaN層、Alx Ga1-x N(0<x<1)層、及び、GaN層の4層の周期構造から成る超格子層であり、
前記Al x Ga 1-x N(0<x<1)層の厚さは、電子がトンネル可能であり、正孔を閉じ込める範囲の厚さである0.3nm以上、2.5nm以下であり、
前記Al x Ga 1-x N(0<x<1)層のAlの組成比xは、0.05以上、1より小さく、
前記発光層は、成長させる順に見て、第1のAlGaN層、InGaN層、GaN層、第1のAlGaN層よりもAl組成比の大きい第2のAlGaN層の4層の周期構造であり、
前記p層側クラッド層は、成長させる順に見て、In w Ga 1-w N層、厚さ0.3nm以上2.5nm以下のGaN層、Al z Ga 1-z N(0<z<1)層の3層の周期構造から成る超格子層であり、
前記n層側クラッド層の前記Al x Ga 1-x N(0<x<1)層の組成比xは、前記p層側クラッド層の前記Al z Ga 1-z N(0<z<1)層の組成比zの1/2以上であり、
前記n層側クラッド層の1周期を構成する4層のうち少なくとも1つの層には、Siが添加されており、
前記発光層は、前記n層側クラッド層に接した直上に形成されている
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
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