JP5726836B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor light emitting device.

III族窒化物半導体は、青色発光ダイオード(LED)や青紫色半導体レーザ(LD)などの発光素子として実用化されている。III族窒化物半導体を用いた発光素子において、青色よりも波長が長くなるに伴い発光効率が低下し、例えば緑色の発光素子の発光効率は、青色の発光素子の発光効率よりも著しく低い。   Group III nitride semiconductors have been put into practical use as light-emitting elements such as blue light-emitting diodes (LEDs) and blue-violet semiconductor lasers (LDs). In a light-emitting element using a group III nitride semiconductor, the light emission efficiency decreases as the wavelength becomes longer than that of blue light. For example, the light emission efficiency of a green light-emitting element is significantly lower than the light emission efficiency of a blue light-emitting element.

特開2007−19455号公報JP 2007-19455 A

本発明の実施形態は、長波長においても発光効率が高い半導体発光素子を提供する。   Embodiments of the present invention provide a semiconductor light emitting device having high luminous efficiency even at a long wavelength.

本発明の実施形態によれば、n形半導体層と、p形半導体層と、発光部と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記n形半導体層及び前記p形半導体層は、窒化物半導体を含む。前記発光部は、第1発光層と、第1障壁層と、第1キャップ層と、n側障壁層と、を含む。前記第1発光層は、前記n形半導体層と前記p形半導体層との間に設けられ、前記n形半導体層から前記p形半導体層に向かう第1方向に対して垂直な平面内に並置された、III族元素中におけるIn組成比が20原子パーセント以上でInを含む第1井戸層領域と、前記第1井戸層領域よりもIn組成比が低い第1非井戸層領域と、を含む窒化物半導体を含む。前記第1障壁層は、前記第1発光層と前記p形半導体層との間に設けられ、前記第1井戸層領域のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。前記第1キャップ層は、前記第1井戸層領域と前記第1障壁層との間において前記第1井戸層領域に接して設けられ前記第1非井戸層領域と前記第1障壁層との間には設けられていない。前記n側障壁層は、前記第1発光層と前記n形半導体層との間に設けられ、前記第1井戸層領域のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。放出される光のピーク波長が500ナノメートル以上である。 According to the implementation mode of the present invention, the n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, a semiconductor light-emitting device comprising a light emitting unit, it is provided. The n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer include a nitride semiconductor. The light emitting unit includes a first light emitting layer, a first barrier layer, a first cap layer, and an n-side barrier layer. The first light emitting layer is provided between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, and is juxtaposed in a plane perpendicular to the first direction from the n-type semiconductor layer toward the p-type semiconductor layer. A first well layer region containing In at a composition ratio of 20 atomic percent or more in the group III element, and a first non-well layer region having an In composition ratio lower than that of the first well layer region. Including nitride semiconductor. The first barrier layer is provided between the first light emitting layer and the p-type semiconductor layer, and has a band gap energy larger than a band gap energy of the first well layer region. Wherein the first cap layer of the first barrier layer and the first well layer region contacting to provided in the first non-well layer regions between said first well layer region and the first barrier layer There is no space in between . The n-side barrier layer is provided between the first light emitting layer and the n-type semiconductor layer, and has a band gap energy larger than a band gap energy of the first well layer region. The peak wavelength of the emitted light is 500 nanometers or more.

図1(a)及び図1(b)は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。FIG. 1A and FIG. 1B are schematic cross-sectional views illustrating the configuration of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment. 図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。FIG. 2A and FIG. 2B are schematic plan views illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment. 実施例に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。It is a typical sectional view which illustrates the composition of the semiconductor light emitting element concerning an example. 図4(a)及び図4(b)は、実施例に係る半導体発光素子の構成を例示する透過型電子顕微鏡写真図である。FIG. 4A and FIG. 4B are transmission electron micrographs illustrating the configuration of the semiconductor light emitting device according to the example. 実施例に係る半導体発光素子の構成を例示する表である。It is a table | surface which illustrates the structure of the semiconductor light-emitting device based on an Example. 実施例に係る別の半導体発光素子の構成を例示する透過型電子顕微鏡写真図である。It is a transmission electron microscope photograph figure which illustrates the structure of another semiconductor light-emitting device based on an Example. 参考例の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。It is a typical sectional view which illustrates the composition of the semiconductor light emitting element of a reference example. 参考例の半導体発光素子の構成を例示する透過型電子顕微鏡写真図である。It is a transmission electron microscope photograph figure which illustrates the structure of the semiconductor light emitting element of a reference example. 半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the characteristic of a semiconductor light emitting element. 半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the characteristic of a semiconductor light emitting element. 図11(a)及び図11(b)は、参考例の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。FIG. 11A and FIG. 11B are schematic cross-sectional views illustrating the configuration of a semiconductor light emitting element of a reference example. 第3の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to a third embodiment. 図13(a)〜図13(d)は、第3の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。FIG. 13A to FIG. 13D are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating the method for manufacturing the semiconductor light emitting element according to the third embodiment. 第3の実施形態に係る半導体発光素子の別の製造方法を例示するフローチャート図である。It is a flowchart figure which illustrates another manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on 3rd Embodiment. 図15(a)〜図15(d)は、第3の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。FIG. 15A to FIG. 15D are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating a method for manufacturing another semiconductor light emitting element according to the third embodiment.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.

(第1の実施の形態)
図1(a)及び図1(b)は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。
図1(a)及び図1(b)は、図2(a)のA1−A2線断面または図2(b)のB1−B2線断面に相当する断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1A and FIG. 1B are schematic cross-sectional views illustrating the configuration of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
FIG. 2A and FIG. 2B are schematic plan views illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment.
1A and 1B are cross-sectional views corresponding to the cross section taken along the line A1-A2 of FIG. 2A or the cross section taken along the line B1-B2 of FIG.

図1(a)に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子110は、n形半導体層10と、p形半導体層20と、n形半導体層10とp形半導体層20との間に設けられた発光部30と、を備える。   As shown in FIG. 1A, the semiconductor light emitting device 110 according to this embodiment includes an n-type semiconductor layer 10, a p-type semiconductor layer 20, and between the n-type semiconductor layer 10 and the p-type semiconductor layer 20. And the light emitting unit 30 provided in the.

ここで、n形半導体層10からp形半導体層20に向かう方向をZ軸方向(第1方向)とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。   Here, a direction from the n-type semiconductor layer 10 toward the p-type semiconductor layer 20 is defined as a Z-axis direction (first direction). One direction perpendicular to the Z-axis direction is taken as an X-axis direction. A direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction is taken as a Y-axis direction.

n形半導体層10及びp形半導体層20は、窒化物半導体を含む。
発光部30は、単一量子井戸構造(SQW:Single Quantum Well)または多重量子井戸構造(MQW:Multi Quantum Well)構造を有する。図1(a)に示した半導体発光素子110においては、発光部30は、MQW構造を有している。
The n-type semiconductor layer 10 and the p-type semiconductor layer 20 include a nitride semiconductor.
The light emitting unit 30 has a single quantum well (SQW) structure or a multiple quantum well (MQW) structure. In the semiconductor light emitting device 110 shown in FIG. 1A, the light emitting unit 30 has an MQW structure.

発光部30は、Z軸方向に沿って積層された複数の発光層32(井戸層を含む層)と、複数の発光層32どうしのそれぞれの間に設けられた障壁層31と、を含む。発光層32は、窒化物半導体を含む。
なお、本願明細書において、「積層」とは、直接重ねられる場合の他、他の層が挿入されて重ねられる場合も含む。
The light emitting unit 30 includes a plurality of light emitting layers 32 (a layer including a well layer) stacked along the Z-axis direction, and a barrier layer 31 provided between the plurality of light emitting layers 32. The light emitting layer 32 includes a nitride semiconductor.
In the specification of the present application, “lamination” includes not only the case of direct stacking but also the case of stacking by inserting other layers.

発光層32のうちでn形半導体層10に最も近い発光層32を、第1発光層LE1とする。障壁層31のうちでn形半導体層10に最も近い障壁層31をn側障壁層BLnとする。第i障壁層BLi(iは1以上の整数)は、第i発光層LEiとp形半導体層20との間に設けられる。   The light emitting layer 32 closest to the n-type semiconductor layer 10 among the light emitting layers 32 is referred to as a first light emitting layer LE1. Of the barrier layers 31, the barrier layer 31 closest to the n-type semiconductor layer 10 is defined as an n-side barrier layer BLn. The i-th barrier layer BLi (i is an integer of 1 or more) is provided between the i-th light emitting layer LEi and the p-type semiconductor layer 20.

発光層32のそれぞれは、第1方向に対して垂直な平面内(X−Y平面内)に並置された井戸層領域34と非井戸層領域33とを有する。井戸層領域34は、III族元素中におけるIn組成比が20%(原子パーセント)以上でInを含む。非井戸層領域33は、井戸層領域34よりもIn組成比が低い。非井戸層領域33におけるIn組成比は、例えば障壁層31におけるIn組成比と実質的に同じである。   Each of the light emitting layers 32 has a well layer region 34 and a non-well layer region 33 juxtaposed in a plane perpendicular to the first direction (in the XY plane). The well layer region 34 has an In composition ratio in the group III element of 20% (atomic percent) or more and contains In. The non-well layer region 33 has a lower In composition ratio than the well layer region 34. The In composition ratio in the non-well layer region 33 is substantially the same as, for example, the In composition ratio in the barrier layer 31.

井戸層領域34におけるIn組成比が20%以上であることは、井戸層領域34が緑系色の波長の光に対応するバンドギャップエネルギーを有することに対応する。井戸層領域34におけるIn組成比が20%以上28%以下である。すなわち、井戸層領域34は、500ナノメートル(nm)以上560nm以下の波長の光を発光する。   That the In composition ratio in the well layer region 34 is 20% or more corresponds to the well layer region 34 having a band gap energy corresponding to light of a green color wavelength. The In composition ratio in the well layer region 34 is 20% or more and 28% or less. That is, the well layer region 34 emits light having a wavelength of 500 nanometers (nm) or more and 560 nm or less.

図2(a)及び図2(b)は、1つの発光層32における井戸層領域34及び非井戸層領域33のパターンの形状を模式的に例示している。
図2(a)に例示したパターンのように、例えば、1つの発光層32において、非井戸層領域33の中に、独立した島状の井戸層領域34が設けられる。
図2(b)に例示したパターンのように、例えば、1つの発光層32において、井戸層領域34の中に、独立した島状の非井戸層領域33が設けられる。
2A and 2B schematically illustrate the pattern shapes of the well layer region 34 and the non-well layer region 33 in one light emitting layer 32. FIG.
As in the pattern illustrated in FIG. 2A, for example, in one light emitting layer 32, an independent island-shaped well layer region 34 is provided in the non-well layer region 33.
As in the pattern illustrated in FIG. 2B, for example, in one light emitting layer 32, an independent island-shaped non-well layer region 33 is provided in the well layer region 34.

このように、井戸層領域34は連続的に設けられても良く、不連続的に(例えば島状)に設けられても良い。非井戸層領域33は連続的に設けられても良く、不連続的に(例えば島状)に設けられても良い。井戸層領域34及び非井戸層領域33のパターン形状は任意である。   As described above, the well layer region 34 may be provided continuously or discontinuously (for example, in an island shape). The non-well layer region 33 may be provided continuously or discontinuously (for example, in an island shape). The pattern shapes of the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are arbitrary.

このように、半導体発光素子110における発光部30は、第1発光層LE1と、n側障壁層BLnと、第1障壁層BL1と、を含む。   As described above, the light emitting unit 30 in the semiconductor light emitting device 110 includes the first light emitting layer LE1, the n-side barrier layer BLn, and the first barrier layer BL1.

図1(a)に表したように、第1発光層LE1は、n形半導体層10とp形半導体層20との間に設けられる。第1発光層LE1は、窒化物半導体を含む。第1発光層LE1は、第1井戸層領域WR1と、第1非井戸層領域NR1と、を含む。第1井戸層領域WR1と、第1非井戸層領域NR1と、は、第1方向に対して垂直な平面内(X−Y平面内)に並置される。第1井戸層領域WR1は、III族元素中におけるIn組成比が20原子パーセント以上でInを含む。第1非井戸層領域NR1のIn組成比は、第1井戸層領域WR1のIn組成比よりも低い。第1非井戸層領域NR1におけるIn組成比は、例えばn側障壁層BLn及び第1障壁層BL1におけるIn組成比と実質的に同じである。例えば、第1非井戸層領域NR1は、実質的にInを含まない層であり、第1非井戸層領域NR1のIn組成比は実質的に0である。   As illustrated in FIG. 1A, the first light emitting layer LE <b> 1 is provided between the n-type semiconductor layer 10 and the p-type semiconductor layer 20. The first light emitting layer LE1 includes a nitride semiconductor. The first light emitting layer LE1 includes a first well layer region WR1 and a first non-well layer region NR1. The first well layer region WR1 and the first non-well layer region NR1 are juxtaposed in a plane perpendicular to the first direction (in the XY plane). The first well layer region WR1 contains In at a composition ratio of 20 atomic percent or more in the group III element. The In composition ratio of the first non-well layer region NR1 is lower than the In composition ratio of the first well layer region WR1. The In composition ratio in the first non-well layer region NR1 is, for example, substantially the same as the In composition ratio in the n-side barrier layer BLn and the first barrier layer BL1. For example, the first non-well layer region NR1 is a layer that does not substantially contain In, and the In composition ratio of the first non-well layer region NR1 is substantially zero.

第1障壁層BL1は、第1発光層LE1とp形半導体層20との間に設けられ、第1井戸層領域WR1のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。   The first barrier layer BL1 is provided between the first light emitting layer LE1 and the p-type semiconductor layer 20, and has a band gap energy larger than the band gap energy of the first well layer region WR1.

n側障壁層BLnは、第1発光層LE1とn形半導体層10との間に設けられ、第1井戸層領域WR1のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。   The n-side barrier layer BLn is provided between the first light emitting layer LE1 and the n-type semiconductor layer 10, and has a band gap energy larger than the band gap energy of the first well layer region WR1.

本具体例では、発光部30は、第2発光層LE2と、第2障壁層BL2と、をさらに含む。
第2発光層LE2は、第1障壁層BL1とp形半導体層20との間に設けられる。第2発光層LE2は、窒化物半導体を含む。第2発光層LE2は、第1方向に対して垂直な平面内において並置された第2井戸層領域WR2と第2非井戸層領域NR2とを含む。第2井戸層領域WR2は第1井戸層領域WR1におけるIn組成比と同じIn組成比でInを含む。第2非井戸層領域NR2におけるIn組成比は、第2井戸層領域WR2におけるIn組成比よりも低い。
In the specific example, the light emitting unit 30 further includes a second light emitting layer LE2 and a second barrier layer BL2.
The second light emitting layer LE2 is provided between the first barrier layer BL1 and the p-type semiconductor layer 20. The second light emitting layer LE2 includes a nitride semiconductor. The second light emitting layer LE2 includes a second well layer region WR2 and a second non-well layer region NR2 juxtaposed in a plane perpendicular to the first direction. The second well layer region WR2 contains In at the same In composition ratio as the In composition ratio in the first well layer region WR1. The In composition ratio in the second non-well layer region NR2 is lower than the In composition ratio in the second well layer region WR2.

第2井戸層領域WR2のIn組成比が第1井戸層領域WR1におけるIn組成比と同じとは、第2井戸層領域WR2から放出される光の波長帯が、第1井戸層領域WR1から放出される光の波長帯と、実質的に同じであることを指す。すなわち、第1井戸層領域WR1から出射される光は緑系色であり、第2井戸層領域WR2から出射される光も緑系色である。例えば、第1井戸層領域WR1から放出される光が緑系色であるときに、第2井戸層領域WR2から出射される光は、青色ではなく、黄色ではなく、赤色ではない。   The fact that the In composition ratio of the second well layer region WR2 is the same as the In composition ratio of the first well layer region WR1 means that the wavelength band of light emitted from the second well layer region WR2 is emitted from the first well layer region WR1. It means that it is substantially the same as the wavelength band of the light to be emitted. That is, the light emitted from the first well layer region WR1 has a green color, and the light emitted from the second well layer region WR2 also has a green color. For example, when the light emitted from the first well layer region WR1 is green, the light emitted from the second well layer region WR2 is not blue, not yellow, and not red.

第2障壁層BL2は、第2発光層LE2とp形半導体層20との間に設けられ、第2井戸層領域WR2のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。   The second barrier layer BL2 is provided between the second light emitting layer LE2 and the p-type semiconductor layer 20, and has a band gap energy larger than the band gap energy of the second well layer region WR2.

本具体例では、発光部30は、第3発光層LE3と、第3障壁層BL3と、第4発光層LE4と、第4障壁層BL4と、をさらに含む。第3発光層LE3は、X−Y平面に並置された第3井戸層領域WR3と第3非井戸層領域NR3とを含む。第4発光層LE4は、X−Y平面に並置された第4井戸層領域WR4と第4非井戸層領域NR4とを含む。   In the specific example, the light emitting unit 30 further includes a third light emitting layer LE3, a third barrier layer BL3, a fourth light emitting layer LE4, and a fourth barrier layer BL4. The third light emitting layer LE3 includes a third well layer region WR3 and a third non-well layer region NR3 juxtaposed in the XY plane. The fourth light emitting layer LE4 includes a fourth well layer region WR4 and a fourth non-well layer region NR4 juxtaposed in the XY plane.

このように、発光部30は、N個(Nは2以上の整数)の発光層32と、N個の障壁層31と、を含むことができる。
2以上N以下のiにおいて、発光部30は、第(i−1)障壁層BL(i−1)とp形半導体層20との間に設けられ、第1方向に対して垂直な平面内において並置された、第(i−1)井戸層領域WR(i−1)におけるIn組成比と同じIn組成比でInを含む第i井戸層領域WRiと、第i井戸層領域WRiよりもIn組成比が低い第i非井戸層領域NRiと、を含む第i発光層LEiと、第i発光層LEiとp形半導体層20との間に設けられ、第i井戸層領域WRiのバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する第i障壁層BLiと、をさらに含む。
Thus, the light emitting unit 30 can include N (N is an integer of 2 or more) light emitting layers 32 and N barrier layers 31.
In i of 2 or more and N or less, the light emitting unit 30 is provided between the (i-1) th barrier layer BL (i-1) and the p-type semiconductor layer 20, and is in a plane perpendicular to the first direction. The i-th well layer region WRi containing In at the same In composition ratio as the In composition ratio in the (i-1) -th well layer region WR (i-1) juxtaposed in FIG. Band gap energy of the i-th well layer region WRi provided between the i-th light emitting layer LEi including the i-th non-well layer region NRi having a low composition ratio, and the i-th light emitting layer LEi and the p-type semiconductor layer 20. And an i-th barrier layer BLi having a larger band gap energy.

第i井戸層領域WRiのIn組成比が第(i−1)井戸層領域WR(i−1)におけるIn組成比と同じとは、第i井戸層領域WRiから放出される光の波長帯が、第(i−1)井戸層領域WR(i−1)から放出される光の波長帯と、実質的に同じであることを指す。すなわち、第(i−1)井戸層領域WR(i−1)から出射される光は緑系色であり、第i井戸層領域WRiから出射される光も緑系色である。   The In composition ratio of the i-th well layer region WRi is the same as the In composition ratio in the (i-1) -th well layer region WR (i-1). The wavelength band of light emitted from the i-th well layer region WRi is This means that the wavelength band of the light emitted from the (i-1) th well layer region WR (i-1) is substantially the same. That is, the light emitted from the (i-1) -th well layer region WR (i-1) has a green color, and the light emitted from the i-th well layer region WRi also has a green color.

このように、半導体発光素子110においては、発光部30の発光層32のそれぞれにおいて井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられる。すなわち、発光層32の全面で連続した井戸層を用いるのではなく、発光層32の面内において井戸層が設けられる領域(井戸層領域34)と、井戸層が設けられない領域(非井戸層領域33)と、が設けられる。   Thus, in the semiconductor light emitting device 110, the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are provided in each of the light emitting layers 32 of the light emitting unit 30. That is, instead of using a well layer continuous over the entire surface of the light emitting layer 32, a region where the well layer is provided (well layer region 34) and a region where the well layer is not provided (non-well layer) in the plane of the light emitting layer 32 Region 33).

発明者は、発光層32の発光波長が青色よりも長い緑系色において、すなわち、In組成比が20%以上と高い場合において、発光層32の全面で連続した井戸層を用いるのではなく、発光層32の面内において井戸層が設けられる領域(井戸層領域34)と、井戸層が設けられない領域(非井戸層領域33)と、が設けられ、井戸層がX−Y平面内で分断された部分があるときに、発光効率が高くなることを見出した。   The inventor does not use a continuous well layer over the entire surface of the light emitting layer 32 in a green color in which the light emission wavelength of the light emitting layer 32 is longer than blue, that is, when the In composition ratio is as high as 20% or more, A region where the well layer is provided in the plane of the light emitting layer 32 (well layer region 34) and a region where the well layer is not provided (non-well layer region 33) are provided, and the well layer is in the XY plane. It has been found that the luminous efficiency increases when there is a divided portion.

井戸層領域34は、X−Y平面における幅Wが50nm以上の部分を有する。複数の発光層32が設けられる場合において、複数の発光層32のうちの少なくともいずれかにおける井戸層領域34が、X−Y平面内における幅Wが50nm以上の部分を有する。   The well layer region 34 has a portion with a width W of 50 nm or more in the XY plane. In the case where the plurality of light emitting layers 32 are provided, the well layer region 34 in at least one of the plurality of light emitting layers 32 has a portion having a width W of 50 nm or more in the XY plane.

井戸層領域34と非井戸層領域33とは、例えば、発光部30の断面の透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)写真により判別できる。   The well layer region 34 and the non-well layer region 33 can be distinguished from, for example, a transmission electron microscope (TEM) photograph of a cross section of the light emitting unit 30.

後述するように、発光層32における井戸層領域34は、例えば、井戸層領域34となるベース層(例えばInGaN層)を形成した後に、そのベース層の上にキャップ層を部分的に形成し、キャップ層に覆われていない領域のベース層からInを消失させる(In組成比を減少させる)方法で形成できる。これにより、キャップ層に覆われた部分のベース層が井戸層領域34となり、キャップ層に覆われていなかった部分のベース層が非井戸層領域33となる。   As will be described later, the well layer region 34 in the light emitting layer 32 is formed, for example, by forming a base layer (for example, an InGaN layer) to be the well layer region 34 and then partially forming a cap layer on the base layer, It can be formed by a method of eliminating In (reducing the In composition ratio) from the base layer in a region not covered with the cap layer. As a result, the portion of the base layer covered by the cap layer becomes the well layer region 34, and the portion of the base layer not covered by the cap layer becomes the non-well layer region 33.

すなわち、図1(b)に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子110aにおいては、井戸層領域34の上(p形半導体層20の側)にキャップ層35が設けられている。キャップ層35は、非井戸層領域33には設けられていない。   That is, as shown in FIG. 1B, in the semiconductor light emitting device 110a according to this embodiment, the cap layer 35 is provided on the well layer region 34 (on the p-type semiconductor layer 20 side). The cap layer 35 is not provided in the non-well layer region 33.

このように、発光部30は、第1発光層LE1と、n側障壁層BLnと、第1障壁層BL1と、第1キャップ層CL1と、を含む。
第1発光層LE1は、n形半導体層10とp形半導体層20との間に設けられ、第1方向に対して垂直な平面内に並置された、Inを含む第1井戸層領域WR1と、第1井戸層領域WR1よりもIn組成比が低い第1非井戸層領域NR1と、を有する。第1発光層LE1は、窒化物半導体を含む。
As described above, the light emitting unit 30 includes the first light emitting layer LE1, the n-side barrier layer BLn, the first barrier layer BL1, and the first cap layer CL1.
The first light emitting layer LE1 is provided between the n-type semiconductor layer 10 and the p-type semiconductor layer 20, and is juxtaposed in a plane perpendicular to the first direction, and includes a first well layer region WR1 containing In. And a first non-well layer region NR1 having an In composition ratio lower than that of the first well layer region WR1. The first light emitting layer LE1 includes a nitride semiconductor.

n側障壁層BLnは、第1発光層LE1とn形半導体層10との間に設けられ、第1井戸層領域34のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。   The n-side barrier layer BLn is provided between the first light emitting layer LE1 and the n-type semiconductor layer 10, and has a band gap energy larger than the band gap energy of the first well layer region 34.

第1障壁層BL1は、第1発光層LE1とp形半導体層20との間に設けられ、第1井戸層領域34のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。   The first barrier layer BL1 is provided between the first light emitting layer LE1 and the p-type semiconductor layer 20, and has a band gap energy larger than the band gap energy of the first well layer region.

第1キャップ層CL1は、第1発光層LE1の第1井戸層領域34と、第1障壁層BL1と、の間において第1井戸層領域34に接する。   The first cap layer CL1 is in contact with the first well layer region 34 between the first well layer region 34 of the first light emitting layer LE1 and the first barrier layer BL1.

さらに、発光部30は、第2発光層LE2と、第2障壁層BL2と、第2キャップ層CL2と、をさらに含む。   Further, the light emitting unit 30 further includes a second light emitting layer LE2, a second barrier layer BL2, and a second cap layer CL2.

第2発光層LE2は、第1障壁層BL1とp形半導体層20との間に設けられ、第1方向に対して垂直な平面内において並置された、第1井戸層領域WR1におけるIn組成比と同じIn組成比でInを含む第2井戸層領域WR2と、第2井戸層領域WR2よりもIn組成比が低い第2非井戸層領域NR2と、を含む。第2発光層LE2は、窒化物半導体を含む。   The second light emitting layer LE2 is provided between the first barrier layer BL1 and the p-type semiconductor layer 20, and is arranged in parallel in a plane perpendicular to the first direction, and the In composition ratio in the first well layer region WR1. The second well layer region WR2 containing In at the same In composition ratio and the second non-well layer region NR2 having an In composition ratio lower than that of the second well layer region WR2. The second light emitting layer LE2 includes a nitride semiconductor.

第2障壁層BL2は、第2発光層LE2とp形半導体層20との間に設けられ、第2井戸層領域WR2のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。   The second barrier layer BL2 is provided between the second light emitting layer LE2 and the p-type semiconductor layer 20, and has a band gap energy larger than the band gap energy of the second well layer region WR2.

第2キャップ層CL2は、第2発光層LE2の第2井戸層領域WR2と、第2障壁層BL2と、の間において第2井戸層領域WR2に接する。   The second cap layer CL2 is in contact with the second well layer region WR2 between the second well layer region WR2 of the second light emitting layer LE2 and the second barrier layer BL2.

半導体発光素子110aにおいては、さらに、発光部30は、第3発光層LE3と、第3障壁層BL3と、第3キャップ層CL3と、第4発光層LE4と、第4障壁層BL4と、第4キャップ層CL4と、をさらに含む。第3発光層LE3は、X−Y平面に並置された第3井戸層領域WR3と第3非井戸層領域NR3とを含む。第4発光層LE4は、X−Y平面に並置された第4井戸層領域WR4と第4非井戸層領域NR4とを含む。第3キャップ層CL3は、第3発光層LE3の第3井戸層領域WR3と、第3障壁層BL3と、の間において第3井戸層領域WR3に接する。第4キャップ層CL4は、第4発光層LE4の第4井戸層領域WR4と、第4障壁層BL4と、の間において第4井戸層領域WR4に接する。   In the semiconductor light emitting device 110a, the light emitting unit 30 further includes a third light emitting layer LE3, a third barrier layer BL3, a third cap layer CL3, a fourth light emitting layer LE4, a fourth barrier layer BL4, 4 cap layer CL4. The third light emitting layer LE3 includes a third well layer region WR3 and a third non-well layer region NR3 juxtaposed in the XY plane. The fourth light emitting layer LE4 includes a fourth well layer region WR4 and a fourth non-well layer region NR4 juxtaposed in the XY plane. The third cap layer CL3 is in contact with the third well layer region WR3 between the third well layer region WR3 of the third light emitting layer LE3 and the third barrier layer BL3. The fourth cap layer CL4 is in contact with the fourth well layer region WR4 between the fourth well layer region WR4 of the fourth light emitting layer LE4 and the fourth barrier layer BL4.

このように、発光部30は、N個の発光層32と、N個の障壁層31と、N個のキャップ層35と、を含むことができる。
2以上N以下のiにおいて、発光部30は、第(i−1)障壁層BL(i−1)とp形半導体層20との間に設けられ、第1方向に対して垂直な平面内において並置された、第(i−1)井戸層領域WR(i−1)におけるIn組成比と同じIn組成比でInを含む第i井戸層領域WRiと、第i井戸層領域WRiよりもIn組成比が低い第i非井戸層領域NRiと、を含む第i発光層LEiと、第i発光層LEiとp形半導体層20との間に設けられ、第i井戸層領域WRiのバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する第i障壁層BLiと、第i発光層LEiの第i井戸層領域WRiと、第i障壁層BLiと、の間において第i井戸層領域WRiに接する第iキャップ層CLiと、をさらに含む。
As described above, the light emitting unit 30 can include the N light emitting layers 32, the N barrier layers 31, and the N cap layers 35.
In i of 2 or more and N or less, the light emitting unit 30 is provided between the (i-1) th barrier layer BL (i-1) and the p-type semiconductor layer 20, and is in a plane perpendicular to the first direction. The i-th well layer region WRi containing In at the same In composition ratio as the In composition ratio in the (i-1) -th well layer region WR (i-1) juxtaposed in FIG. Band gap energy of the i-th well layer region WRi provided between the i-th light emitting layer LEi including the i-th non-well layer region NRi having a low composition ratio, and the i-th light emitting layer LEi and the p-type semiconductor layer 20. An i-th cap in contact with the i-th well layer region WRi between the i-th barrier layer BLi having a larger band gap energy, the i-th well layer region WRi of the i-th light emitting layer LEi, and the i-th barrier layer BLi. A layer CLi.

このときも、第i井戸層領域WRiのIn組成比が第(i−1)井戸層領域WR(i−1)におけるIn組成比と同じとは、第i井戸層領域WRiから放出される光の波長帯が、第(i−1)井戸層領域WR(i−1)から放出される光の波長帯と、実質的に同じであることを指す。   At this time, the light emitted from the i-th well layer region WRi means that the In composition ratio of the i-th well layer region WRi is the same as the In composition ratio in the (i-1) -th well layer region WR (i-1). This means that the wavelength band is substantially the same as the wavelength band of light emitted from the (i-1) th well layer region WR (i-1).

このように、半導体発光素子110aにおいても、発光層32の面内において井戸層が設けられる領域(井戸層領域34)と、井戸層が設けられない領域(非井戸層領域33)と、が設けられ、井戸層がX−Y平面内で分断されることから、井戸層領域34におけるIn組成比が緑系色の20%以上であっても、結晶欠陥が抑制され、結果として、発光効率が高い半導体発光素子が得られる。   Thus, also in the semiconductor light emitting device 110a, a region where the well layer is provided (well layer region 34) and a region where the well layer is not provided (non-well layer region 33) are provided in the plane of the light emitting layer 32. Since the well layer is divided in the XY plane, even if the In composition ratio in the well layer region 34 is 20% or more of the green color, crystal defects are suppressed, and as a result, the luminous efficiency is improved. A high semiconductor light emitting device can be obtained.

後述するように、キャップ層35は、TEMにより観察され得る。ただし、TEMの性能によってはキャップ層35の検出が困難な場合もある。   As will be described later, the cap layer 35 can be observed by TEM. However, the detection of the cap layer 35 may be difficult depending on the performance of the TEM.

(実施例)
以下、第1の実施形態の実施例に係る半導体発光素子について説明する。
図3は、実施例に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図3に表したように、実施例に係る半導体発光素子111においては、例えば基板5が設けられる。基板5には例えばサファイアが用いられる。
(Example)
Hereinafter, semiconductor light emitting devices according to examples of the first embodiment will be described.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the semiconductor light emitting element according to the example.
As shown in FIG. 3, in the semiconductor light emitting device 111 according to the example, for example, a substrate 5 is provided. For example, sapphire is used for the substrate 5.

基板5の表面は、凹凸形状に加工される。基板5の上にバッファ層6が設けられる。バッファ層6には、例えばGaNが用いられる。バッファ層6の上に、n形半導体層10が設けられる。n形半導体層10には、例えばSiがドープされたGaNが用いられる。n形半導体層10は、n側コンタクト層となる。   The surface of the substrate 5 is processed into an uneven shape. A buffer layer 6 is provided on the substrate 5. For example, GaN is used for the buffer layer 6. An n-type semiconductor layer 10 is provided on the buffer layer 6. For the n-type semiconductor layer 10, for example, GaN doped with Si is used. The n-type semiconductor layer 10 becomes an n-side contact layer.

n形半導体層10の上に例えば積層膜60が設けられる。積層膜60は、例えば超格子層である。積層膜60は、Z軸方向に沿って交互に積層された、複数の第1層61と、複数の第2層62と、を含む。第1層61は、例えばGaN層であり、第2層62は、例えばIn0.07Ga0.93N層である。第1層61の数は21であり、第2層62の数は20である。 For example, a stacked film 60 is provided on the n-type semiconductor layer 10. The laminated film 60 is a superlattice layer, for example. The stacked film 60 includes a plurality of first layers 61 and a plurality of second layers 62 that are alternately stacked along the Z-axis direction. The first layer 61 is, for example, a GaN layer, and the second layer 62 is, for example, an In 0.07 Ga 0.93 N layer. The number of first layers 61 is 21, and the number of second layers 62 is 20.

積層膜60の上に、発光部30が設けられている。発光部30は、図1(a)及び図1(b)、並びに、図2(a)及び図2(b)に関して説明した構成を有している。半導体発光素子111においては、発光層32の数は8である。ただし、図3においては、簡単のために発光層32は4つ描かれている。n形半導体層10に最も近い(積層膜60に最も近い)第1発光層LE1の下にn側障壁層BLn(図示しない)が設けられる。一番上の第8発光層LE8の上に第8障壁層BL8(図示しない)が設けられる。   The light emitting unit 30 is provided on the stacked film 60. The light emitting unit 30 has the configuration described with reference to FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B. In the semiconductor light emitting device 111, the number of the light emitting layers 32 is eight. However, in FIG. 3, four light emitting layers 32 are drawn for simplicity. An n-side barrier layer BLn (not shown) is provided under the first light emitting layer LE1 that is closest to the n-type semiconductor layer 10 (closest to the stacked film 60). An eighth barrier layer BL8 (not shown) is provided on the uppermost eighth light emitting layer LE8.

発光部30の上に、p形半導体層20が設けられる。p形半導体層20は、発光部30に接する第1p側層21と、第3p側層23と、第1p側層21と第3p側層23との間に設けられた第2p側層22と、を含む。第1p側層21には、例えば、MgをドープしたAl0.1Ga0.9Nが用いられる。第1p側層21は、例えば電子オーバーフロー抑制層として機能する。第2p側層22には、例えば、MgがドープされたGaNが用いられる。第3p側層23には、Mgが高濃度でドープされたGaNが用いられる。第3p側層23はp側コンタクト層となる。 A p-type semiconductor layer 20 is provided on the light emitting unit 30. The p-type semiconductor layer 20 includes a first p-side layer 21 in contact with the light emitting unit 30, a third p-side layer 23, a second p-side layer 22 provided between the first p-side layer 21 and the third p-side layer 23, ,including. For the first p-side layer 21, for example, Mg-doped Al 0.1 Ga 0.9 N is used. The first p-side layer 21 functions as an electron overflow suppression layer, for example. For the second p-side layer 22, for example, GaN doped with Mg is used. For the third p-side layer 23, GaN doped with Mg at a high concentration is used. The third p-side layer 23 becomes a p-side contact layer.

n形半導体層10のp形半導体層20の側の一部が露出しており、n形半導体層10に電気的に接触されるn側電極40が設けられる。さらに、p形半導体層20に電気的に接触されるp側電極50が設けられる。p側電極50は、p形半導体層20の上に設けられたp側透明電極51と、p側透明電極51の上に設けられたp側導電層52と、を有する。   A part of the n-type semiconductor layer 10 on the p-type semiconductor layer 20 side is exposed, and an n-side electrode 40 that is in electrical contact with the n-type semiconductor layer 10 is provided. Further, a p-side electrode 50 that is in electrical contact with the p-type semiconductor layer 20 is provided. The p-side electrode 50 includes a p-side transparent electrode 51 provided on the p-type semiconductor layer 20 and a p-side conductive layer 52 provided on the p-side transparent electrode 51.

半導体発光素子111の製造方法の一例について説明する。半導体発光素子111の製造方法において、窒化物半導体の結晶成長には、例えば有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置が用いられる。   An example of a method for manufacturing the semiconductor light emitting device 111 will be described. In the method for manufacturing the semiconductor light emitting device 111, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus is used for crystal growth of the nitride semiconductor.

基板5が、MOCVD装置の反応室内のサセプタに載置される。次に、水素ガスを導入しつつ、反応室内部の圧力を500Torrに保持する。次に、基板5を1100℃に加熱して10分間保持する。   The substrate 5 is placed on the susceptor in the reaction chamber of the MOCVD apparatus. Next, while introducing hydrogen gas, the pressure in the reaction chamber is maintained at 500 Torr. Next, the substrate 5 is heated to 1100 ° C. and held for 10 minutes.

次に、基板5の温度を500℃に設定し、トリメチルガリウム(TMG)ガスを含む水素ガス、及び、NHガスを導入する。これにより、基板5上に、多結晶GaNからなる下層バッファ層を成長させる。下層バッファ層の厚さは、例えば20ナノメートル(nm)である。 Next, the temperature of the substrate 5 is set to 500 ° C., and hydrogen gas containing trimethylgallium (TMG) gas and NH 3 gas are introduced. Thereby, a lower buffer layer made of polycrystalline GaN is grown on the substrate 5. The thickness of the lower buffer layer is, for example, 20 nanometers (nm).

TMGガスの導入を停止し、基板5の温度を1050℃に昇温する。
その後、TMGガスを含む水素ガス、及び、NHガスを導入することにより、GaNからなる上層バッファ層を成長させる。上層バッファ層の厚さは、例えば2マイクロメートル(μm)である。上記の下層バッファ層と上層バッファ層が、バッファ層6に対応する。
The introduction of the TMG gas is stopped, and the temperature of the substrate 5 is raised to 1050 ° C.
Then, an upper buffer layer made of GaN is grown by introducing hydrogen gas containing TMG gas and NH 3 gas. The thickness of the upper buffer layer is, for example, 2 micrometers (μm). The lower buffer layer and the upper buffer layer correspond to the buffer layer 6.

モノシランガスを導入し、バッファ層6の上(上層バッファ層の上)に、SiがドープされたGaNからなるn形半導体層10を成長させる。   Monosilane gas is introduced, and an n-type semiconductor layer 10 made of GaN doped with Si is grown on the buffer layer 6 (on the upper buffer layer).

TMGガス及びモノシランガスの導入を停止し、水素ガスを窒素ガスに切り替えると共に、基板5の温度を850℃に設定する。
その後TMGガスを導入し、GaNからなる第1層61を成長させる。第1層61の厚さは、例えば3nmである。
The introduction of TMG gas and monosilane gas is stopped, the hydrogen gas is switched to nitrogen gas, and the temperature of the substrate 5 is set to 850 ° C.
Thereafter, TMG gas is introduced to grow the first layer 61 made of GaN. The thickness of the first layer 61 is, for example, 3 nm.

続いて、トリメチルインジウム(TMI)ガスをさらに導入する。これにより、第2層62を成長させる。第2層62には、例えばIII族元素中におけるIn組成比が7%(7原子パーセント)のInGaNが用いられる。第2層62の厚さは、例えば1nmである。   Subsequently, trimethylindium (TMI) gas is further introduced. Thereby, the second layer 62 is grown. For the second layer 62, for example, InGaN having an In composition ratio of 7% (7 atomic percent) in the group III element is used. The thickness of the second layer 62 is, for example, 1 nm.

この後、第1層61と第2層62との組み合わせを、計19回繰り返してさらに成長させ、その後、その上に、上記と同じ条件で第1層61をさらに成長させる。これにより、第1層61と第2層62の組み合わせが20周期で積層された積層膜60が形成される。   Thereafter, the combination of the first layer 61 and the second layer 62 is repeated for a total of 19 times to further grow, and then the first layer 61 is further grown on the same conditions as described above. Thereby, the laminated film 60 in which the combination of the first layer 61 and the second layer 62 is laminated in 20 cycles is formed.

次に、TMGガスの導入を停止し、基板5の温度を800℃に設定する。その後TMGガスを導入し、GaNからなる下側障壁層を成長させる。下側障壁層の厚さは、例えば6nmとされる。   Next, the introduction of TMG gas is stopped, and the temperature of the substrate 5 is set to 800 ° C. Thereafter, TMG gas is introduced to grow a lower barrier layer made of GaN. The thickness of the lower barrier layer is 6 nm, for example.

次に、TMGガスの導入を停止し、基板5の温度を700℃に設定する。その後TMGガスを導入し、GaNからなる上側障壁層を成長させる。上側障壁の厚さは、例えば2nmとされる。
上記の下側障壁層と、上側障壁層と、がn側障壁層BLnに対応する。
Next, the introduction of TMG gas is stopped, and the temperature of the substrate 5 is set to 700 ° C. Thereafter, TMG gas is introduced to grow an upper barrier layer made of GaN. The thickness of the upper barrier is, for example, 2 nm.
The lower barrier layer and the upper barrier layer correspond to the n-side barrier layer BLn.

続いて、TMIガスをさらに導入する。これにより、III族元素中におけるIn組成比が25%(25原子パーセント)のInGaNからなるベース層を成長させる。ベース層は、発光層32(第1発光層LE1)となる層である。ベース層の厚さは、2.5nmとされる。   Subsequently, TMI gas is further introduced. Thus, a base layer made of InGaN having an In composition ratio of 25% (25 atomic percent) in the group III element is grown. The base layer is a layer that becomes the light emitting layer 32 (first light emitting layer LE1). The thickness of the base layer is 2.5 nm.

続いて、TMIガスの導入を停止し、GaNからなるキャップ層35を成長させる。キャップ層35は、不均一に形成される。すなわち、ベース層はキャップ層35に覆われた部分とキャップ層35に覆われていない部分とを有する。キャップ層35は、例えば島状に形成される。キャップ層35は、例えば網目状に設けられる。キャップ層35の平均の厚さは、例えば2nm程度以下である。   Subsequently, the introduction of the TMI gas is stopped, and the cap layer 35 made of GaN is grown. The cap layer 35 is formed unevenly. That is, the base layer has a portion covered with the cap layer 35 and a portion not covered with the cap layer 35. The cap layer 35 is formed in an island shape, for example. The cap layer 35 is provided in a mesh shape, for example. The average thickness of the cap layer 35 is, for example, about 2 nm or less.

次に、TMGガスの導入を停止し、基板5の温度を800℃に上昇する。この時、ベース層のうちのキャップ層35に覆われていない部分からInが放出され、この部分におけるIn組成比が低下する。そして、ベース層のうちのキャップ層35に覆われた部分においては、Inは消失し難い。これにより、ベース層のうちのキャップ層35に覆われた部分は井戸層領域34となり、ベース層のうちのキャップ層35に覆われていない部分が非井戸層領域33となる。非井戸層領域33におけるIn濃度は、障壁層31と同じ程度まで低下する。   Next, the introduction of TMG gas is stopped, and the temperature of the substrate 5 is raised to 800 ° C. At this time, In is released from a portion of the base layer that is not covered with the cap layer 35, and the In composition ratio in this portion decreases. In the portion of the base layer covered with the cap layer 35, In is difficult to disappear. As a result, the portion of the base layer covered with the cap layer 35 becomes the well layer region 34, and the portion of the base layer not covered with the cap layer 35 becomes the non-well layer region 33. The In concentration in the non-well layer region 33 is reduced to the same level as that of the barrier layer 31.

その後TMGガスを導入し、GaNからなる障壁層31(第1障壁層BL1)を成長させる。第1障壁層BL1の厚さは例えば6nmとされる。   Thereafter, TMG gas is introduced to grow the barrier layer 31 (first barrier layer BL1) made of GaN. The thickness of the first barrier layer BL1 is 6 nm, for example.

この後、上記のベース層と、キャップ層35と、障壁層31と、の組み合わせを、計7回繰り返してさらに成長させる。これにより、8周期の多重量子井戸構造の発光部30が形成される。   Thereafter, the combination of the base layer, the cap layer 35, and the barrier layer 31 is further grown by repeating the combination a total of seven times. As a result, the light-emitting portion 30 having an eight-cycle multiple quantum well structure is formed.

次に、TMGガス及びTMIガスの導入を停止し、基板5の温度を1000℃に昇温する。
この後、TMGガス、TMAガス及びCpMgガスを含む水素ガス、並びに、NHガスを導入し、MgドープAl0.1Ga0.9Nからなる第1p側層21を成長させる。
Next, the introduction of TMG gas and TMI gas is stopped, and the temperature of the substrate 5 is raised to 1000 ° C.
Thereafter, hydrogen gas containing TMG gas, TMA gas and Cp 2 Mg gas, and NH 3 gas are introduced, and the first p-side layer 21 made of Mg-doped Al 0.1 Ga 0.9 N is grown.

次に、TMAガスの導入を停止し、MgドープGaNからなる第2p側層22を成長させ、続いて、CpMgガスの流量を調整して、第3p側層23を成長させる。 Next, the introduction of TMA gas is stopped, the second p-side layer 22 made of Mg-doped GaN is grown, and then the third p-side layer 23 is grown by adjusting the flow rate of the Cp 2 Mg gas.

成長が終了した基板5を取り出し、例えば、結晶の積層膜を所定の形状に加工し、p側透明電極51及びp側導電層52を含むp側電極50と、n側電極40と、を形成し、半導体発光素子111が作製される。   The grown substrate 5 is taken out, for example, a crystal laminated film is processed into a predetermined shape, and a p-side electrode 50 including a p-side transparent electrode 51 and a p-side conductive layer 52 and an n-side electrode 40 are formed. Then, the semiconductor light emitting device 111 is manufactured.

図4(a)及び図4(b)は、実施例に係る半導体発光素子の構成を例示する透過型電子顕微鏡写真図である。
図4(a)は、半導体発光素子111の発光部30のTEM写真図であり、図4(b)は、図4(a)のTEM写真図に比較的明確に現れているキャップ層35の輪郭線を描いたものである。
FIG. 4A and FIG. 4B are transmission electron micrographs illustrating the configuration of the semiconductor light emitting device according to the example.
4A is a TEM photograph of the light emitting portion 30 of the semiconductor light emitting device 111, and FIG. 4B is a view of the cap layer 35 that appears relatively clearly in the TEM photograph of FIG. 4A. A contour line is drawn.

図4(a)に表したように、半導体発光素子111においては、発光層32に相当する部分(X−Y平面に平行な平面)において、写真の像の濃度が高い部分と、濃度が低い部分とが観察される。発光層32どうしの間においては、写真の像の濃度は低く、この部分が障壁層31に対応する。発光層32に相当する部分(X−Y平面に平行な平面)において、写真の像の濃度が高い部分が井戸層領域34に対応し、濃度が低い部分が非井戸層領域33に対応する。非井戸層領域33に対応する部分の像の濃度は、障壁層31に対応する部分の像の濃度と同じ程度に低い。   As shown in FIG. 4A, in the semiconductor light emitting device 111, a portion corresponding to the light emitting layer 32 (a plane parallel to the XY plane) has a high density and a low density of the photographic image. A part is observed. The density of the photographic image is low between the light emitting layers 32, and this portion corresponds to the barrier layer 31. In a portion corresponding to the light emitting layer 32 (a plane parallel to the XY plane), a portion having a high photographic image density corresponds to the well layer region 34, and a portion having a low concentration corresponds to the non-well layer region 33. The density of the image corresponding to the non-well layer region 33 is as low as the density of the image corresponding to the barrier layer 31.

このように、半導体発光素子111においては、発光層32の全面で連続した井戸層を用いるのではなく、発光層32の面内に井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられ、井戸層領域34がX−Y平面内で分断されている。   As described above, in the semiconductor light emitting device 111, the well layer continuous with the entire surface of the light emitting layer 32 is not used, but the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are provided in the surface of the light emitting layer 32. The layer region 34 is divided in the XY plane.

なお、本具体例では、写真の像の濃度が低い部分が障壁層31及び非井戸層領域33に対応し、濃度が高い部分が井戸層領域34に対応しているが、TEMの撮像条件及び画像処理条件によっては、写真の像の濃度が高い部分が障壁層31及び非井戸層領域33に対応し、濃度が低い部分が井戸層領域34に対応する場合がある。In組成比が高い井戸層領域34と、In組成比が井戸層領域34よりも低い障壁層31及び非井戸層領域33と、で、少なくとも像の濃度が異なることで、井戸層領域34と、障壁層31及び非井戸層領域33と、が区別できる。   In this specific example, the low density portion of the photographic image corresponds to the barrier layer 31 and the non-well layer region 33, and the high density portion corresponds to the well layer region 34. Depending on the image processing conditions, a portion where the density of the photographic image is high may correspond to the barrier layer 31 and the non-well layer region 33, and a portion where the concentration is low may correspond to the well layer region 34. The well layer region 34 having a high In composition ratio, and the barrier layer 31 and the non-well layer region 33 having an In composition ratio lower than the well layer region 34 are different in at least the image concentration. The barrier layer 31 and the non-well layer region 33 can be distinguished.

図4(b)に表したように、半導体発光素子111においては、井戸層領域34の上にキャップ層35が形成されている。本TEM写真において、井戸層領域34に対応する像の濃度が高い領域にキャップ層35が明確に観察されている。本TEM写真において、像の濃度が比較低い部分(例えば非井戸層領域33)には、キャップ層35は観察されない。   As shown in FIG. 4B, in the semiconductor light emitting device 111, a cap layer 35 is formed on the well layer region 34. In this TEM photograph, the cap layer 35 is clearly observed in a region having a high image density corresponding to the well layer region 34. In the present TEM photograph, the cap layer 35 is not observed in a portion where the image density is relatively low (for example, the non-well layer region 33).

キャップ層35が明確に観察される部分では、井戸層領域34に対応する部分の濃度が高く、井戸層領域34が明確である。逆に、キャップ層35が明確に観察されない部分では、写真の像の濃度が低く、井戸層領域34が設けられておらず、非井戸層領域33が設けられている。   In the portion where the cap layer 35 is clearly observed, the concentration of the portion corresponding to the well layer region 34 is high, and the well layer region 34 is clear. On the contrary, in the portion where the cap layer 35 is not clearly observed, the density of the photographic image is low, the well layer region 34 is not provided, and the non-well layer region 33 is provided.

Z軸方向に積層された複数の発光層32において、井戸層領域34が設けられるX−Y平面内の位置は互いに異なっている。ベース層の上に形成されるキャップ層35は不特定の場所に不特定の形状で形成されると考えられる。キャップ層35の有無によって、井戸層領域34及び非井戸層領域33が形成されることから、X−Y平面内における不特定の場所に、井戸層領域34及び非井戸層領域33が形成されると考えられる。   In the plurality of light emitting layers 32 stacked in the Z-axis direction, positions in the XY plane where the well layer regions 34 are provided are different from each other. The cap layer 35 formed on the base layer is considered to be formed in an unspecified shape at an unspecified location. Since the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are formed depending on the presence or absence of the cap layer 35, the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are formed at unspecified locations in the XY plane. it is conceivable that.

ただし、井戸層領域34及び非井戸層領域33は、X−Y平面上に並置される。すなわち、Z軸方向における同じ位置の平面内に、井戸層領域34及び非井戸層領域33が形成される。これは、井戸層領域34及び非井戸層領域33がベース層を基にして形成されることに起因する。   However, the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are juxtaposed on the XY plane. That is, the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are formed in the same plane in the Z-axis direction. This is because the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are formed based on the base layer.

図5は、実施例に係る半導体発光素子の構成を例示する表である。
すなわち、同図は、半導体発光素子111における各発光層32(第1〜第8発光層LE1〜LE8)の井戸層領域34の厚さの最大値tmaxと最小値tminを図4(a)及び図4(b)のTEM写真図から読み取った値を示している。
FIG. 5 is a table illustrating the configuration of the semiconductor light emitting device according to the example.
That is, FIG. 4 shows the maximum value tmax and the minimum value tmin of the thickness of the well layer region 34 of each light emitting layer 32 (first to eighth light emitting layers LE1 to LE8) in the semiconductor light emitting device 111. The value read from the TEM photograph of FIG. 4B is shown.

図5に表したように、第1発光層LE1〜第8発光層LE8において、井戸層領域34の厚さの最大値tmaxは、1.9nm〜2.5nmである。一方、第1発光層LE1〜第8発光層LE8において、井戸層領域34の厚さの最小値tminが0のものがある。すなわち、第2発光層LE2、第5発光層LE5及び第7発光層LE7においては、井戸層領域34の厚さの最小値tminが0である。井戸層領域34の厚さの最小値tminが0である部分は、井戸層領域34ではなく、非井戸層領域33に対応する。すなわち、本具体例では、第2発光層LE2、第5発光層LE5及び第7発光層LE7において、井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられている。   As shown in FIG. 5, in the first light emitting layer LE1 to the eighth light emitting layer LE8, the maximum value tmax of the thickness of the well layer region 34 is 1.9 nm to 2.5 nm. On the other hand, in the first light emitting layer LE1 to the eighth light emitting layer LE8, there is one in which the minimum thickness tmin of the well layer region 34 is zero. That is, in the second light emitting layer LE2, the fifth light emitting layer LE5, and the seventh light emitting layer LE7, the minimum value tmin of the thickness of the well layer region 34 is zero. The portion where the minimum thickness tmin of the well layer region 34 is 0 corresponds to the non-well layer region 33 instead of the well layer region 34. That is, in this specific example, the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are provided in the second light emitting layer LE2, the fifth light emitting layer LE5, and the seventh light emitting layer LE7.

このように、複数の発光層32が設けられる場合において、複数の発光層32のうちの少なくともいずれかにおいて、井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられる。   Thus, in the case where the plurality of light emitting layers 32 are provided, the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are provided in at least one of the plurality of light emitting layers 32.

図6は、実施例に係る別の半導体発光素子の構成を例示する透過型電子顕微鏡写真図である。
図6は、第1の実施形態の実施例に係る別の半導体発光素子112の発光部30のTEM写真図である。
FIG. 6 is a transmission electron micrograph illustrating the configuration of another semiconductor light emitting device according to the example.
FIG. 6 is a TEM photograph of the light emitting unit 30 of another semiconductor light emitting device 112 according to the example of the first embodiment.

半導体発光素子112は、半導体発光素子111の製造条件の一部を変更して製造されたものである。半導体発光素子112においても、発光層32の全面で連続した井戸層を用いるのではなく、発光層32の面内に井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられ、井戸層領域34がX−Y平面内で分断されている。半導体発光素子112においては、非井戸層領域33の割合が半導体発光素子111に比べて大きい。   The semiconductor light emitting device 112 is manufactured by changing a part of the manufacturing conditions of the semiconductor light emitting device 111. Also in the semiconductor light emitting device 112, a well layer continuous over the entire surface of the light emitting layer 32 is not used, but a well layer region 34 and a non-well layer region 33 are provided in the surface of the light emitting layer 32, and the well layer region 34 is It is divided in the XY plane. In the semiconductor light emitting device 112, the ratio of the non-well layer region 33 is larger than that of the semiconductor light emitting device 111.

本実施形態に係る半導体発光素子において、井戸層領域34と非井戸層領域33との割合は、種々に変更することができる。   In the semiconductor light emitting device according to this embodiment, the ratio between the well layer region 34 and the non-well layer region 33 can be variously changed.

図7は、参考例の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図7に表したように、第1参考例の半導体発光素子119aにおいては、発光層32の全面が井戸層領域34である。すなわち、半導体発光素子119aにおいては、井戸層(発光層32)がX−Y平面の全面に渡って設けられている。半導体発光素子119aにおいても、発光層32におけるIn組成比は25%である。この他の条件は、半導体発光素子111と同様である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a semiconductor light emitting element of a reference example.
As shown in FIG. 7, in the semiconductor light emitting device 119 a of the first reference example, the entire surface of the light emitting layer 32 is the well layer region 34. That is, in the semiconductor light emitting device 119a, the well layer (light emitting layer 32) is provided over the entire surface of the XY plane. Also in the semiconductor light emitting device 119a, the In composition ratio in the light emitting layer 32 is 25%. Other conditions are the same as those of the semiconductor light emitting device 111.

このような半導体発光素子119aは、キャップ層35を設けず、ベース層(発光層32となる層)の全面に、障壁層31を形成することで作製される。すなわち、ベース層中のInが、ベース層の全面を被覆する障壁層31に遮断されてベース層から消失しない。これにより、X−Y平面の全面に井戸層(発光層32)が形成される。   Such a semiconductor light emitting device 119a is manufactured by forming the barrier layer 31 on the entire surface of the base layer (the layer that becomes the light emitting layer 32) without providing the cap layer 35. That is, In in the base layer is blocked by the barrier layer 31 covering the entire surface of the base layer and does not disappear from the base layer. Thereby, a well layer (light emitting layer 32) is formed on the entire surface of the XY plane.

図8は、参考例の半導体発光素子の構成を例示する透過型電子顕微鏡写真図である。
図8に表したように、半導体発光素子119aにおいては、発光部30の結晶に欠陥が発生している。半導体発光素子119aにおいては、井戸層(発光層32)が全面に連続的に設けられるために、井戸層(発光層32)において格子不整合に起因した格子歪みが発生し易い。この格子歪みにより、発光層32の結晶品質が劣化する。結晶品質の劣化は、発光層32の結晶成長中に発生すると共に、結晶成長が終了し、例えば電極等の形成工程中の種々の応力によっても発生する。
このように、発光層32の井戸層におけるIn組成比が20%以上で、かつ、発光層32がX−Y平面の全面に連続した層である場合には、結晶欠陥が発生し易い。
FIG. 8 is a transmission electron micrograph illustrating the configuration of the semiconductor light emitting device of the reference example.
As shown in FIG. 8, in the semiconductor light emitting device 119a, a defect occurs in the crystal of the light emitting unit 30. In the semiconductor light emitting device 119a, since the well layer (light emitting layer 32) is continuously provided on the entire surface, lattice strain due to lattice mismatch is likely to occur in the well layer (light emitting layer 32). Due to the lattice distortion, the crystal quality of the light emitting layer 32 is deteriorated. The deterioration of the crystal quality occurs during the crystal growth of the light emitting layer 32, and is also caused by various stresses during the formation process of the electrodes and the like after the crystal growth is completed.
As described above, when the In composition ratio in the well layer of the light emitting layer 32 is 20% or more and the light emitting layer 32 is a continuous layer on the entire surface of the XY plane, crystal defects are likely to occur.

図9は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、発光層32におけるIn組成比を変えた試料を作製し、そのときの発光光の主波波長(ピーク波長)と、光出力と、を評価した結果を例示している。同図には、発光層32の井戸層領域がX−Y平面の全面に連続している参考例の半導体発光素子と、発光層32において井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられる実施例の半導体発光素子と、の結果が示されている。同図の横軸は、発光波長の波長λであり、同図の縦軸は、20ミリアンペア(mA)の電流を通電したときの光出力OPである。
FIG. 9 is a graph illustrating characteristics of the semiconductor light emitting device.
That is, this figure exemplifies the results of producing samples with different In composition ratios in the light emitting layer 32 and evaluating the main wave wavelength (peak wavelength) of the emitted light and the light output at that time. In the figure, the semiconductor light emitting device of the reference example in which the well layer region of the light emitting layer 32 is continuous over the entire surface of the XY plane, and the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are provided in the light emitting layer 32. The result of the semiconductor light emitting device of the example is shown. The horizontal axis of the figure is the wavelength λ of the emission wavelength, and the vertical axis of the figure is the optical output OP when a current of 20 milliamperes (mA) is applied.

図9に表したように、発光層32の井戸層領域がX−Y平面の全面に連続しており、波長λが約500nm以下の第2参考例の半導体発光素子119bにおいては、光出力OPは大きい。しかしながら、発光層32の井戸層領域がX−Y平面の全面に連続している場合には、波長λが500nmよりも長くなると光出力OPは著しく低い。波長λが500nmよりも大きい第1参考例の半導体発光素子119aにおいては、波長λが約500nm以下の第2参考例の半導体発光素子119bに比べて、光出力OPが2分の1以下に低下している。   As shown in FIG. 9, in the semiconductor light emitting device 119b of the second reference example in which the well layer region of the light emitting layer 32 is continuous over the entire surface of the XY plane and the wavelength λ is about 500 nm or less, the optical output OP Is big. However, when the well layer region of the light emitting layer 32 is continuous over the entire surface of the XY plane, the light output OP is remarkably low when the wavelength λ is longer than 500 nm. In the semiconductor light emitting device 119a of the first reference example in which the wavelength λ is larger than 500 nm, the optical output OP is reduced to a half or less compared to the semiconductor light emitting device 119b of the second reference example in which the wavelength λ is about 500 nm or less. doing.

これに対し、波長λが500nmよりも長い領域において、発光層32が井戸層領域34と非井戸層領域33とを有する実施例に係る半導体発光素子111においては、光出力OPは高い値を維持していることが分かった。
この現象は、発明者の実験により新たに見出されたものである。
On the other hand, in the region where the wavelength λ is longer than 500 nm, in the semiconductor light emitting device 111 according to the example in which the light emitting layer 32 has the well layer region 34 and the non-well layer region 33, the optical output OP maintains a high value. I found out that
This phenomenon was newly found by the inventors' experiments.

発光部30は、例えばGaNなどの下地層(例えばn形半導体層10など)の上に形成される。発光部30の発光層32においては、所望の波長の光を発光するように、GaNにInが添加される。GaNにInが添加されることで、GaNの下地層と、Inを含む井戸層との格子不整合が大きくなり、井戸層において結晶に欠陥が発生し易くなる。   The light emitting unit 30 is formed on a base layer such as GaN (for example, the n-type semiconductor layer 10). In the light emitting layer 32 of the light emitting unit 30, In is added to GaN so as to emit light having a desired wavelength. By adding In to GaN, the lattice mismatch between the GaN underlayer and the well layer containing In increases, and defects are easily generated in the crystal in the well layer.

青系色の波長の場合には、発光層32の井戸層におけるIn組成比は13%〜18%程度とされるが、緑系色の波長の場合には、発光層32の井戸層におけるIn組成比は20%〜28%程度とされる。このため、緑系色の波長を発光する半導体発光素子の場合においては、格子不整合が特に大きくなり、結晶欠陥が特に発生し易くなる。なお、井戸層のIn組成比が20%以上28%以下は井戸層から放出される光の波長が500nm以上560nm以下に対応する。   In the case of a blue color wavelength, the In composition ratio in the well layer of the light emitting layer 32 is about 13% to 18%. In the case of a green color wavelength, the In composition in the well layer of the light emitting layer 32 is set. The composition ratio is about 20% to 28%. For this reason, in the case of a semiconductor light emitting device that emits a green color wavelength, the lattice mismatch is particularly large, and crystal defects are particularly likely to occur. The In composition ratio of the well layer of 20% to 28% corresponds to the wavelength of light emitted from the well layer of 500 nm to 560 nm.

図9に例示したように、発光層32の井戸層領域がX−Y平面の全面に連続している参考例において、波長λが約500nm以下(第2参考例の半導体発光素子119b)に比べて、波長が500nmよりも長くなると(第1参考例の半導体発光素子119a)、光出力OPが著しく低下するのは、In組成比が高く格子不整合が大きくなり、その結果、図8に例示したような結晶欠陥が発生し、光出力が大幅に低下したものと考えられる。   As illustrated in FIG. 9, in the reference example in which the well layer region of the light emitting layer 32 is continuous over the entire surface of the XY plane, the wavelength λ is about 500 nm or less (semiconductor light emitting device 119b of the second reference example). When the wavelength is longer than 500 nm (semiconductor light emitting device 119a of the first reference example), the optical output OP is significantly reduced because the In composition ratio is high and the lattice mismatch is large. As a result, as illustrated in FIG. It is considered that such crystal defects occurred and the optical output was greatly reduced.

これに対し、半導体発光素子111においては、発光層32に井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられるため、格子歪みが緩和され易く、結晶品質が高いため、その結果、光出力の低下が抑制されたものと考えられる。   On the other hand, in the semiconductor light emitting device 111, since the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are provided in the light emitting layer 32, the lattice distortion is easily relaxed and the crystal quality is high. It is thought that the decrease was suppressed.

本実施形態に係る半導体発光素子110及び110a(半導体発光素子111など)の構成は、今回初めて見出された上記の実験事実に基づいて構築されたものである。
すなわち、発光層32の全面で連続した井戸層を用いるのではなく、発光層32の面内において井戸層領域34と、井戸層が設けられない領域(非井戸層領域33)と、が設けられ、井戸層(井戸層領域34))がX−Y平面内で分断されている。このため、発光層32において結晶欠陥が発生し難い。これにより、井戸層領域34におけるIn組成比が緑系色の20%以上であっても、結晶欠陥が抑制され、結果として、発光効率が高い半導体発光素子が得られたと考えられる。
The configurations of the semiconductor light emitting devices 110 and 110a (semiconductor light emitting device 111 and the like) according to the present embodiment are constructed based on the above experimental facts found for the first time.
That is, a well layer continuous over the entire surface of the light emitting layer 32 is not used, but a well layer region 34 and a region in which no well layer is provided (non-well layer region 33) are provided in the plane of the light emitting layer 32. The well layer (well layer region 34) is divided in the XY plane. For this reason, crystal defects are unlikely to occur in the light emitting layer 32. Thereby, even if the In composition ratio in the well layer region 34 is 20% or more of the green color, it is considered that a crystal defect is suppressed, and as a result, a semiconductor light emitting device with high luminous efficiency is obtained.

図10は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
同図は、半導体発光素子において、発光層32に井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられる場合(実線)と、発光層32において非井戸層領域33が設けられず井戸層領域がX−Y平面の全面に連続している場合(破線)と、が示されている。
FIG. 10 is a graph illustrating characteristics of the semiconductor light emitting device.
In the figure, in the semiconductor light emitting device, when the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are provided in the light emitting layer 32 (solid line), the non-well layer region 33 is not provided in the light emitting layer 32. The case where it is continuous over the entire surface of the XY plane (broken line) is shown.

図10において破線で例示したように、発光層32において非井戸層領域33が設けられず井戸層領域がX−Y平面の全面に連続している場合は、波長λが短く、井戸層におけるIn組成比が低い場合(第2参考例の半導体発光素子119b)においては、格子不整合が小さく結晶品質が高いため、光出力OPが高い。しかしながら、波長λが長くなり、井戸層におけるIn組成比が高い場合(第1参考例の半導体発光素子119a)においては、格子不整合が大きくなり結晶品質が低くなり、光出力OPが著しく低下する。   As illustrated by a broken line in FIG. 10, when the non-well layer region 33 is not provided in the light emitting layer 32 and the well layer region is continuous over the entire surface of the XY plane, the wavelength λ is short, and the In When the composition ratio is low (semiconductor light emitting device 119b of the second reference example), the optical output OP is high because the lattice mismatch is small and the crystal quality is high. However, in the case where the wavelength λ is long and the In composition ratio in the well layer is high (the semiconductor light emitting device 119a of the first reference example), the lattice mismatch becomes large, the crystal quality is lowered, and the optical output OP is remarkably lowered. .

一方、図10において実線で例示したように、発光層32に井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられ、波長λが短く井戸層領域34におけるIn組成比が低い場合(第3参考例の半導体発光素子119c)においては、格子不整合が小さく結晶品質が高いが、井戸層領域34のX−Y平面における面積比率が低い。このため、第3参考例の半導体発光素子119cにおける光出力は、第2参考例の半導体発光素子119bよりも低くなると考えられる。
このため、格子不整合が小さいIn組成比の場合には、井戸層を分断する方法は採用されなかったものと考えられる。
On the other hand, as illustrated by a solid line in FIG. 10, when the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are provided in the light emitting layer 32 and the wavelength λ is short and the In composition ratio in the well layer region 34 is low (third reference In the example semiconductor light emitting device 119c), the lattice mismatch is small and the crystal quality is high, but the area ratio in the XY plane of the well layer region 34 is low. For this reason, it is considered that the light output of the semiconductor light emitting device 119c of the third reference example is lower than that of the semiconductor light emitting device 119b of the second reference example.
For this reason, it is considered that the method of dividing the well layer was not adopted in the case of the In composition ratio with a small lattice mismatch.

一方、発光層32に井戸層領域34と非井戸層領域33とが設けられ、波長λが長く井戸層領域34におけるIn組成比が高い場合(実施形態に係る半導体発光素子110及び110a)においては、井戸層領域34のX−Y平面における面積比率が低いことによってある程度光出力OPが低下するが、格子不整合が小さく結晶品質が高い。このため、半導体発光素子111(半導体発光素子110及び110a)における光出力は、第1参考例の半導体発光素子119aよりも高くなる。
このように、格子不整合が大きいIn組成比の場合には、井戸層を分断することによって井戸層領域34の面積比率が低くなるデメリットを上回って、結晶品質を高くすることのメリットが発揮される。これにより、長波長においても高い発光効率が得られる。
On the other hand, in the case where the well layer region 34 and the non-well layer region 33 are provided in the light emitting layer 32 and the wavelength λ is long and the In composition ratio in the well layer region 34 is high (semiconductor light emitting devices 110 and 110a according to the embodiment). The light output OP decreases to some extent due to the low area ratio in the XY plane of the well layer region 34, but the lattice mismatch is small and the crystal quality is high. For this reason, the light output in the semiconductor light emitting device 111 (semiconductor light emitting devices 110 and 110a) is higher than that in the semiconductor light emitting device 119a of the first reference example.
As described above, in the case of the In composition ratio having a large lattice mismatch, the merit of increasing the crystal quality is exhibited over the disadvantage that the area ratio of the well layer region 34 is reduced by dividing the well layer. The Thereby, high luminous efficiency can be obtained even at a long wavelength.

図11(a)及び図11(b)は、参考例の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図11(a)に表したように、第4参考例の半導体発光素子119dの発光部30においては、島状結晶39aが設けられている。島状結晶39aは、下地層となる例えばn形半導体層10(クラッド層)の上に、下地層の格子定数とは異なる層をMOCVD法により形成することで形成できるとされている。また、島状結晶39aの上に基層39bを形成し、さらにその上に島状結晶39aを形成する構造も知られている。島状結晶39aの平均直径(島状結晶の底面における平均直径)は、5nm〜30nmとされている。さらに、積層された各段に位置する島状結晶毎で発光波長を変えることで、白色光を生成する構成も知られている。島状結晶の大きさ(X−Y平面に沿った幅)を変えて島状結晶から波長の異なる光を得る。すなわち、この構成においては、島状結晶における量子効果を利用する。
FIG. 11A and FIG. 11B are schematic cross-sectional views illustrating the configuration of a semiconductor light emitting element of a reference example.
As shown in FIG. 11A, an island-shaped crystal 39a is provided in the light emitting unit 30 of the semiconductor light emitting device 119d of the fourth reference example. The island-shaped crystal 39a can be formed by forming a layer different from the lattice constant of the underlayer by, for example, the MOCVD method on the n-type semiconductor layer 10 (cladding layer) serving as the underlayer. A structure is also known in which a base layer 39b is formed on an island-shaped crystal 39a, and an island-shaped crystal 39a is further formed thereon. The average diameter of the island-shaped crystals 39a (the average diameter at the bottom surface of the island-shaped crystals) is set to 5 nm to 30 nm. Furthermore, the structure which produces | generates white light is also known by changing light emission wavelength for every island-like crystal located in each laminated | stacked stage. Light with different wavelengths is obtained from the island-shaped crystal by changing the size of the island-shaped crystal (width along the XY plane). That is, in this configuration, the quantum effect in the island crystal is used.

図11(b)に表したように、第5参考例の半導体発光素子119eの発光部30においては、障壁層BLの中に多数の井戸箱WBが散在している。井戸箱WBは量子箱である。例えば、井戸箱WBのX−Y平面に沿った幅Wは約10nmであり、厚さは5nmであり、井戸箱WBは直方体である。井戸箱WBどうしの間隔は例えば10nmである。発光部30において、井戸箱WBは、規則性を持って散在している。このような井戸箱WBは、井戸箱WBとなる層と、障壁層BLと、の格子定数の制御によって形成できるとされている。井戸箱WBを用いることで、キャリアの3次元的な閉じ込めが可能となり発光効率が向上するとされている。   As shown in FIG. 11B, in the light emitting unit 30 of the semiconductor light emitting device 119e of the fifth reference example, a large number of well boxes WB are scattered in the barrier layer BL. The well box WB is a quantum box. For example, the width W along the XY plane of the well box WB is about 10 nm, the thickness is 5 nm, and the well box WB is a rectangular parallelepiped. The interval between the well boxes WB is, for example, 10 nm. In the light emitting unit 30, the well boxes WB are scattered with regularity. Such a well box WB is supposed to be formed by controlling the lattice constant of the layer that becomes the well box WB and the barrier layer BL. By using the well box WB, the carrier can be confined three-dimensionally and the light emission efficiency is improved.

第4参考例の半導体発光素子119d及び第5参考例の半導体発光素子119eにおいては、量子効果を得るために、島状結晶39aまたは井戸箱WBが用いられている。このため、半導体発光素子119dにおいては、島状結晶39aの平均直径(X−Y平面に沿った幅W)は、5nm〜30nmのように、量子効果が顕著に表れる比較的小さい値に設定されている。そして、半導体発光素子119dにおいては、井戸箱WBのX−Y平面に沿った幅Wは、約10nmのように、量子効果が顕著に表れる比較的小さい値に設定されている。   In the semiconductor light emitting device 119d of the fourth reference example and the semiconductor light emitting device 119e of the fifth reference example, an island crystal 39a or a well box WB is used in order to obtain a quantum effect. For this reason, in the semiconductor light emitting device 119d, the average diameter (width W along the XY plane) of the island-shaped crystal 39a is set to a relatively small value such that the quantum effect is remarkably exhibited, such as 5 nm to 30 nm. ing. In the semiconductor light emitting device 119d, the width W along the XY plane of the well box WB is set to a relatively small value in which the quantum effect is remarkably exhibited, such as about 10 nm.

これに対し、本実施形態に係る半導体発光素子110及び110a(例えば半導体発光素子111など)においては、発光層32における格子不整合による結晶品質の低下を井戸層領域34と非井戸層領域33とを設けることで抑制する。このため、井戸層領域34におけるX−Y平面内の量子効果を必要としない。この井戸層領域34のX−Y平面内における幅Wは任意であり、量子効果が発現しない大きさでも良い。井戸層領域34は、X−Y平面内における幅Wが50nm以上の部分を有する。例えば、第1井戸層領域WR1及び第2井戸層領域WR2の少なくともいずれかは、Z軸方向に対して垂直な方向に沿った幅が50nm以上の部分を有する。   On the other hand, in the semiconductor light emitting devices 110 and 110a (for example, the semiconductor light emitting device 111) according to the present embodiment, the crystal quality deteriorates due to lattice mismatch in the light emitting layer 32 due to the well layer region 34 and the non-well layer region 33. It suppresses by providing. For this reason, the quantum effect in the XY plane in the well layer region 34 is not required. The width W of the well layer region 34 in the XY plane is arbitrary, and may be a size that does not exhibit the quantum effect. The well layer region 34 has a portion having a width W of 50 nm or more in the XY plane. For example, at least one of the first well layer region WR1 and the second well layer region WR2 has a portion having a width of 50 nm or more along a direction perpendicular to the Z-axis direction.

なお、島状結晶や井戸箱のような量子ドットや量子箱を用いる構成においては、量子効果により発光波長が短波長化する。このため、目的とする発光波長(例えば緑色の波長)を得るために、In組成比がより高く設定される。In組成比が高いほど結晶品質が低下する傾向にあるため、量子ドットや量子箱を用いる構成においては発光効率が低下し易い。   In the configuration using quantum dots and quantum boxes such as island crystals and well boxes, the emission wavelength is shortened by the quantum effect. For this reason, in order to obtain the target emission wavelength (for example, green wavelength), the In composition ratio is set higher. Since the crystal quality tends to decrease as the In composition ratio increases, the light emission efficiency tends to decrease in a configuration using quantum dots or quantum boxes.

これに対し、本実施形態においては、X−Y平面内の量子効果を必要としないため、発光波長の短波長化が抑制される。このため、量子効果を利用する場合に比べてIn組成比を低く設定できる。これにより高い結晶品質が得られ、その結果、発光効率が高い。   On the other hand, in the present embodiment, since the quantum effect in the XY plane is not required, shortening of the emission wavelength is suppressed. For this reason, the In composition ratio can be set lower than in the case of using the quantum effect. Thereby, high crystal quality is obtained, and as a result, the luminous efficiency is high.

全面に連続した複数の井戸層を積層し、その井戸層ごとに発光色を変えて白色光を得ようとする構成においては、発光効率の高い井戸層において主に発光し発光効率の低い井戸層においては実質的には発光せず目的とする白色光が得られない。このため、井戸層のうちのいずれかを多数の量子点または結晶体(crystallites)とする構成により、白色光を得ようとする試みが知られている。すなわち、波長の長い井戸層を不連続にすることで、波長の短い井戸層への電流注入効率を高めることを目的として、波長の長い井戸層を多数の量子点または結晶体とする構成が知られている。また、上記の半導体発光素子119dのように、波長の異なる島状結晶を用いる構成が知られている。   In a structure in which a plurality of continuous well layers are stacked on the entire surface and the emission color is changed for each well layer to obtain white light, a well layer that emits light mainly in a well layer with high emission efficiency and has low emission efficiency. In the case of, substantially no light is emitted and the desired white light cannot be obtained. For this reason, an attempt to obtain white light by a configuration in which any one of the well layers is made up of a large number of quantum dots or crystallites is known. In other words, a configuration in which a long-wavelength well layer is made up of a large number of quantum dots or crystals is known in order to increase the current injection efficiency into the short-wavelength well layer by making the long-wavelength well layer discontinuous. It has been. Further, a configuration using island crystals having different wavelengths, such as the semiconductor light emitting device 119d, is known.

これに対し、本実施形態に係る半導体発光素子110及び110a(例えば半導体発光素子111など)においては、複数の発光層32における発光色が互いに同系色で良い。 すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子110及び110aにおいては、例えば、赤、青及び緑の光、または、互いに補色の関係の複数の色の光を用いて白色光を得ることが目的ではなく、発光層32に井戸層領域34と非井戸層領域33とを設け、発光層32における格子歪みを抑制することを目的としている。   On the other hand, in the semiconductor light emitting devices 110 and 110a (for example, the semiconductor light emitting device 111) according to the present embodiment, the emission colors in the plurality of light emitting layers 32 may be similar to each other. That is, the semiconductor light emitting devices 110 and 110a according to the present embodiment are not intended to obtain white light using, for example, red, blue, and green light, or light of a plurality of colors that are complementary to each other. The light emitting layer 32 is provided with a well layer region 34 and a non-well layer region 33 to suppress lattice distortion in the light emitting layer 32.

このため、積層される複数の発光層32のそれぞれの井戸層領域34のIn組成比は実質的に同じとされる。すなわち、第2井戸層領域WR2におけるIn組成比は、第1井戸層領域WR1におけるIn組成比と実質的に同じとされる。ただし、既に説明したように、第2井戸層領域WR2における発光色と、第1井戸層領域WR1における発光色とが互いに同系色となれば良い。第2井戸層領域WR2におけるIn組成比は、第1井戸層領域WR1におけるIn組成比に対してプラスマイナス20%程度以下とされる。これにより、第2井戸層領域WR2における発光色と、第1井戸層領域WR1における発光色とが互いに同系色となれる。   For this reason, the In composition ratio of each well layer region 34 of the plurality of light emitting layers 32 to be stacked is substantially the same. That is, the In composition ratio in the second well layer region WR2 is substantially the same as the In composition ratio in the first well layer region WR1. However, as already described, it is only necessary that the emission color in the second well layer region WR2 and the emission color in the first well layer region WR1 are similar to each other. The In composition ratio in the second well layer region WR2 is about plus or minus 20% or less with respect to the In composition ratio in the first well layer region WR1. Thereby, the emission color in the second well layer region WR2 and the emission color in the first well layer region WR1 can be the same color.

なお、p形半導体層を成長して活性化アニールを行い、その後、島状結晶の発光層の成長、及び、n形半導体層の成長を行う構成も知られている。この構成においては、島状結晶における熱劣化が顕著であり、発光層の熱劣化を避けるために、p形半導体層の成長及び活性化アニールの後に、島状結晶(発光層)の成長が行われている。   A configuration is also known in which a p-type semiconductor layer is grown and activation annealing is performed, and thereafter, an island-shaped crystal light-emitting layer and an n-type semiconductor layer are grown. In this configuration, the thermal degradation of the island crystals is significant, and in order to avoid thermal degradation of the light emitting layer, the island crystals (light emitting layer) grow after the growth of the p-type semiconductor layer and the activation annealing. It has been broken.

これに対し、本実施形態に係る半導体発光素子110及び110aにおいては、n形半導体層10を形成した後に、井戸層領域34を含む発光層32が形成される。本実施形態に係る半導体発光素子110及び110aにおいては、発光層32に井戸層領域34と非井戸層領域33とを設けることで、例えば熱による結晶品質の劣化が抑制される。   On the other hand, in the semiconductor light emitting devices 110 and 110a according to the present embodiment, the light emitting layer 32 including the well layer region 34 is formed after the n-type semiconductor layer 10 is formed. In the semiconductor light emitting devices 110 and 110a according to the present embodiment, by providing the well layer region 34 and the non-well layer region 33 in the light emitting layer 32, for example, deterioration of crystal quality due to heat is suppressed.

本実施形態に係る半導体発光素子110及び110aにおいて、非井戸層領域33の発光層32に占める面積の割合は30%よりも大きいことが望ましい。非井戸層領域33の発光層32に占める面積の割合が30%以下だと、非井戸層領域33を設けることによる格子歪みの抑制効果が小さくなることがある。非井戸層領域33の発光層32に占める面積の割合は、50%以上であることがさらに望ましい。   In the semiconductor light emitting devices 110 and 110a according to the present embodiment, the ratio of the area of the non-well layer region 33 to the light emitting layer 32 is desirably larger than 30%. When the ratio of the area occupied by the non-well layer region 33 to the light emitting layer 32 is 30% or less, the effect of suppressing the lattice distortion by providing the non-well layer region 33 may be reduced. The ratio of the area of the non-well layer region 33 to the light emitting layer 32 is more preferably 50% or more.

複数の発光層32が設けられる場合においては、複数の発光層32のうちの少なくともいずれかにおける非井戸層領域33の発光層32に占める面積の割合が30%よりも大きければ良い。また、複数の発光層32のうちの少なくともいずれかにおける非井戸層領域33の発光層32に占める割合が50%以上であることがさらに望ましい。   In the case where the plurality of light emitting layers 32 are provided, the proportion of the area occupied by the non-well layer region 33 in the light emitting layer 32 in at least one of the plurality of light emitting layers 32 may be larger than 30%. Further, it is more desirable that the ratio of the non-well layer region 33 to the light emitting layer 32 in at least one of the plurality of light emitting layers 32 is 50% or more.

非井戸層領域33の発光層32における面積の割合は、例えば図4(a)及び図4(b)並びに図5に例示したTEM写真像などによって見積もることができる。   The ratio of the area of the non-well layer region 33 in the light emitting layer 32 can be estimated by, for example, the TEM photographic images illustrated in FIGS. 4A and 4B and FIG.

すなわち、TEM像において、X軸方向(またはY軸方向)に沿った非井戸層領域33の長さの、X軸方向(またはY軸方向)に沿った全体(発光層32)の長さに対する比率から、非井戸層領域33の発光層32における面積の割合に相当する値を算出できる。   That is, in the TEM image, the length of the non-well layer region 33 along the X-axis direction (or Y-axis direction) with respect to the entire length (light-emitting layer 32) along the X-axis direction (or Y-axis direction). From the ratio, a value corresponding to the ratio of the area of the non-well layer region 33 in the light emitting layer 32 can be calculated.

例えば、第1非井戸層領域NR1及び第2非井戸層領域NR2の少なくともいずれかのZ軸方向に対して垂直な第2方向(例えばX軸方向またはY軸方向など)に沿った長さは、第1発光層LE1及び第2発光層LE2の上記の第2方向に沿った長さの30%よりも長いことが望ましい。第1非井戸層領域NR1及び第2非井戸層領域NR2の少なくともいずれかのZ軸方向に対して垂直な第2方向に沿った長さは、第1発光層LE1及び第2発光層LE2の上記の第2方向に沿った長さの50%以上であることがさらに望ましい。   For example, the length along the second direction (for example, the X-axis direction or the Y-axis direction) perpendicular to the Z-axis direction of at least one of the first non-well layer region NR1 and the second non-well layer region NR2 is It is desirable that the length of the first light emitting layer LE1 and the second light emitting layer LE2 is longer than 30% of the length along the second direction. The length along the second direction perpendicular to the Z-axis direction of at least one of the first non-well layer region NR1 and the second non-well layer region NR2 is the length of the first light-emitting layer LE1 and the second light-emitting layer LE2. It is further desirable that it is 50% or more of the length along the second direction.

なお、井戸層の膜厚を不均一にして発光効率を向上させようと試みる構成(第6参考例)が知られているが、この場合には、井戸層の膜厚が0になる領域が存在すると発光出力の低下の原因になるため、井戸層の膜厚が0になる領域は少ない方が良いということが知られている。このような第6参考例においては、例えば、井戸層の膜厚が0である領域の井戸層全体に対する割合は30%以下が好ましく、20%以下がさらに好ましく、さらに10%以下がさらに好ましいことが知られている。   In addition, a configuration (sixth reference example) that attempts to improve the light emission efficiency by making the thickness of the well layer non-uniform is known, but in this case, the region where the thickness of the well layer is zero is known. It is known that the presence of the well layer has a smaller area where the film thickness of the well layer is zero because it causes a decrease in light emission output. In such a sixth reference example, for example, the ratio of the region where the thickness of the well layer is 0 to the whole well layer is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and further preferably 10% or less. It has been known.

これに対し、本実施形態に係る半導体発光素子110及び110aにおいては、第6参考例とは逆に、非井戸層領域33を一定以上の割合で設けることで、格子不整合が大きい条件において特に発生する格子歪みを抑制する。   On the other hand, in the semiconductor light emitting devices 110 and 110a according to the present embodiment, contrary to the sixth reference example, the non-well layer regions 33 are provided at a certain ratio or more, particularly under the condition that the lattice mismatch is large. Suppresses the lattice distortion that occurs.

(第3の実施の形態)
図12は、第3の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図13(a)〜図13(d)は、第3の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図12及び図13(a)に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法においては、n形半導体層10の上に、Inを含む窒化物半導体を含む第1ベース層BF1を形成する(ステップS110)。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the semiconductor light emitting element according to the third embodiment.
FIG. 13A to FIG. 13D are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating the method for manufacturing the semiconductor light emitting element according to the third embodiment.
As shown in FIGS. 12 and 13A, in the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to this embodiment, the first base layer BF1 including a nitride semiconductor including In on the n-type semiconductor layer 10. Is formed (step S110).

本願明細書においては、「上に層を形成する」とは、下地層に上層を直接形成する場合の他、下地層の上に別の層を形成し、その別の層の上に上層を形成することを含む。   In the specification of the present application, “to form a layer on” refers to the case where an upper layer is directly formed on the underlayer, or another layer is formed on the underlayer, and the upper layer is formed on the other layer. Forming.

図13(a)に示した例では、n形半導体層10の上に、n側障壁層BLn(例えばGaN層)が形成され、n側障壁層BLnの上に、第1ベース層BF1が形成されている。さらに、実施例に係る半導体発光素子111及びその製造方法に関して説明したように、n形半導体層10の上に積層膜60(例えば超格子層)を形成し、積層膜60の上にn側障壁層BLnを形成し、n側障壁層BLnの上に第1ベース層BF1を形成することもできる。   In the example shown in FIG. 13A, an n-side barrier layer BLn (for example, a GaN layer) is formed on the n-type semiconductor layer 10, and a first base layer BF1 is formed on the n-side barrier layer BLn. Has been. Furthermore, as described regarding the semiconductor light emitting device 111 according to the embodiment and the manufacturing method thereof, the stacked film 60 (for example, a superlattice layer) is formed on the n-type semiconductor layer 10 and the n-side barrier is formed on the stacked film 60. The layer BLn may be formed, and the first base layer BF1 may be formed on the n-side barrier layer BLn.

第1ベース層BF1として、例えば、In組成比が25%のInGaNからなる結晶が成長される。第1ベース層BF1の厚さは、2.0nm以上5.0nm以下とされる。   As the first base layer BF1, for example, a crystal made of InGaN having an In composition ratio of 25% is grown. The thickness of the first base layer BF1 is not less than 2.0 nm and not more than 5.0 nm.

図12及び図13(b)に表したように、第1ベース層BF1の上の一部に第1キャップ層CL1を形成する(ステップS120)。第1ベース層BF1として、例えばGaNからなる結晶が成長される。第1ベース層BF1の一部は第1キャップ層CL1に覆われ、第1ベース層BF1の他の一部は第1キャップ層CL1に覆われていない。第1キャップ層CL1は、例えば島状に形成される。第1キャップ層CL1は、例えば網目状に設けられる。第1キャップ層CL1の平均の厚さは、例えば2nm程度以下とされる。   As shown in FIGS. 12 and 13B, the first cap layer CL1 is formed on a part of the first base layer BF1 (step S120). For example, a crystal made of GaN is grown as the first base layer BF1. A part of the first base layer BF1 is covered with the first cap layer CL1, and the other part of the first base layer BF1 is not covered with the first cap layer CL1. The first cap layer CL1 is formed in an island shape, for example. The first cap layer CL1 is provided in a mesh shape, for example. The average thickness of the first cap layer CL1 is, for example, about 2 nm or less.

図12及び図13(c)に表したように、第1ベース層BF1うちの第1キャップ層CL1に覆われていない部分に含まれるInの含有比を減少させて、第1ベース層BF1のうちの第1キャップ層CL1に覆われていない上記の部分を第1非井戸層領域NR1に変化させ、第1ベース層BF1のうちの第1キャップ層CL1に覆われた部分からなる第1井戸層領域WR1と、第1非井戸層領域NR1と、を含む第1発光層LE1を形成する(ステップS130)。例えば、温度を上昇させることにより、第1ベース層BF1うちの第1キャップ層CL1に覆われていない部分に含まれるInが消失し、この部分のIn組成比が低下する。これにより、例えばInを実質的に含まない領域である第1非井戸層領域NR1が形成される。   As shown in FIG. 12 and FIG. 13C, the content ratio of In contained in the portion of the first base layer BF1 that is not covered with the first cap layer CL1 is reduced, and the first base layer BF1 Of these, the above-mentioned portion not covered with the first cap layer CL1 is changed to the first non-well layer region NR1, and the first well composed of the portion covered with the first cap layer CL1 in the first base layer BF1. A first light emitting layer LE1 including the layer region WR1 and the first non-well layer region NR1 is formed (step S130). For example, when the temperature is raised, In contained in a portion of the first base layer BF1 that is not covered with the first cap layer CL1 disappears, and the In composition ratio of this portion decreases. Thereby, for example, the first non-well layer region NR1 that is a region substantially not containing In is formed.

図12及び図13(d)に表したように、第1発光層LE1の上、及び、第1キャップ層CL1の上に第1障壁層BL1を形成する(ステップS140)。第1障壁層BL1として、GaNからなる結晶が成長される。第1障壁層BL1の厚さは、例えば6nmとされる。   As shown in FIGS. 12 and 13D, the first barrier layer BL1 is formed on the first light emitting layer LE1 and on the first cap layer CL1 (step S140). A crystal made of GaN is grown as the first barrier layer BL1. The thickness of the first barrier layer BL1 is 6 nm, for example.

そして、第1障壁層BL1の上にp形半導体層20を形成する(ステップS150)。なお、既に説明したように、第1障壁層BL1の上に、p形半導体層20として、第1p側層21、第2p側層22及び第3p側層23が順次形成される。   Then, the p-type semiconductor layer 20 is formed on the first barrier layer BL1 (step S150). As already described, the first p-side layer 21, the second p-side layer 22, and the third p-side layer 23 are sequentially formed as the p-type semiconductor layer 20 on the first barrier layer BL1.

本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法によれば、井戸層領域34と非井戸層領域33とを有する発光層32が簡便に安定して形成でき、In組成比の高い発光層においても高い結晶品質を維持できる。これにより、長波長においても発光効率が高い半導体発光素子が製造できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to this embodiment, the light emitting layer 32 having the well layer region 34 and the non-well layer region 33 can be easily and stably formed, and the light emitting layer having a high In composition ratio is also high. Crystal quality can be maintained. As a result, a semiconductor light emitting device having high light emission efficiency even at a long wavelength can be manufactured.

図14は、第3の実施形態に係る半導体発光素子の別の製造方法を例示するフローチャート図である。
図15(a)〜図15(d)は、第3の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図14に表したように、本製造方法は、図12に例示した製造方法における第1障壁層BL1の形成(ステップS140)と、p形半導体層20の形成(ステップS150)と、の間において実施される以下の工程(ステップS210〜ステップS240)をさらに備える。
FIG. 14 is a flowchart illustrating another method for manufacturing the semiconductor light emitting element according to the third embodiment.
FIG. 15A to FIG. 15D are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating a method for manufacturing another semiconductor light emitting element according to the third embodiment.
As shown in FIG. 14, the present manufacturing method is performed between the formation of the first barrier layer BL1 (step S140) and the formation of the p-type semiconductor layer 20 (step S150) in the manufacturing method illustrated in FIG. The following steps (step S210 to step S240) to be performed are further provided.

図15(a)に表したように、第1障壁層BL1の上に、第1ベース層BF1に含まれるIn組成比と同じIn組成比でInを含む窒化物半導体を含む第2ベース層BF2を形成する(ステップS210)。   As shown in FIG. 15A, the second base layer BF2 including the nitride semiconductor including In at the same In composition ratio as the In composition ratio included in the first base layer BF1 on the first barrier layer BL1. Is formed (step S210).

図15(b)に表したように、第2ベース層BF2の上の一部に第2キャップ層CL2を形成する(ステップS220)。   As shown in FIG. 15B, the second cap layer CL2 is formed on a part of the second base layer BF2 (step S220).

図15(c)に表したように、第2ベース層BF2のうちの第2キャップ層CL2に覆われていない部分に含まれるInの含有比を減少させて、第2ベース層BF2のうちの第2キャップ層CL2に覆われていない上記の部分を第2非井戸層領域NR2に変化させ、第2ベース層BF2のうちの第2キャップ層CL2に覆われた部分からなる第2井戸層領域WR2と、第2非井戸層領域NR2と、を含む第2発光層LE2を形成する(ステップS230)。   As shown in FIG. 15C, the content ratio of In contained in the portion of the second base layer BF2 that is not covered with the second cap layer CL2 is reduced, and the second base layer BF2 The above-mentioned portion not covered with the second cap layer CL2 is changed to the second non-well layer region NR2, and the second well layer region composed of the portion covered with the second cap layer CL2 in the second base layer BF2 A second light emitting layer LE2 including WR2 and the second non-well layer region NR2 is formed (step S230).

第2発光層LE2の上、及び、第2キャップ層CL2の上に第2障壁層BL2を形成する(ステップS240)。
そして、p形半導体層20は、第2障壁層BL2の上に形成される。
A second barrier layer BL2 is formed on the second light emitting layer LE2 and on the second cap layer CL2 (step S240).
The p-type semiconductor layer 20 is formed on the second barrier layer BL2.

さらに、上記のベース層の形成、キャップ層35の形成、ベース層の一部からInを消失させて井戸層領域34と非井戸層領域33とを含む発光層32の形成、及び、障壁層31の形成の組み合わせは、任意の回数で繰り返して実施することができる。これにより、MQW構造を有する発光部30を含む半導体発光素子が製造できる。   Further, formation of the base layer, formation of the cap layer 35, formation of the light emitting layer 32 including the well layer region 34 and the non-well layer region 33 by eliminating In from a part of the base layer, and the barrier layer 31 The combination of formation can be repeated any number of times. Thereby, a semiconductor light emitting device including the light emitting unit 30 having the MQW structure can be manufactured.

実施形態によれば、長波長においても発光効率が高い半導体発光素子及びその製造方法が提供できる。   According to the embodiment, it is possible to provide a semiconductor light emitting device having high luminous efficiency even at a long wavelength and a method for manufacturing the same.

なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、BInAlGa1−x−y−zN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1,x+y+z≦1)なる化学式において組成比x、y及びzをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、N(窒素)以外のV族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。 In this specification, “nitride semiconductor” means B x In y Al z Ga 1-xyz N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z ≦ 1) Semiconductors having all compositions in which the composition ratios x, y, and z are changed within the respective ranges are included. Furthermore, in the above chemical formula, those further containing a group V element other than N (nitrogen), those further containing various elements added for controlling various physical properties such as conductivity type, and unintentionally Those further including various elements included are also included in the “nitride semiconductor”.

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。   In the present specification, “vertical” and “parallel” include not only strict vertical and strict parallel but also include, for example, variations in the manufacturing process, and may be substantially vertical and substantially parallel. is good.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれる基板、バッファ層、n形半導体層、p形半導体層、発光部、発光層、障壁層、井戸層領域、非井戸層領域、積層膜(超格子層)及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
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。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, a substrate, a buffer layer, an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, a light emitting portion, a light emitting layer, a barrier layer, a well layer region, a non-well layer region, a laminated film (superlattice layer) and an electrode included in a semiconductor light emitting device With regard to the specific configuration of each element such as those described above, the present invention is similarly implemented by appropriately selecting from the well-known ranges by those skilled in the art, and is included in the scope of the present invention as long as similar effects can be obtained. .
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   In addition, all semiconductor light-emitting devices and methods for manufacturing the same that can be implemented by those skilled in the art based on the semiconductor light-emitting devices and methods for manufacturing the same described above as embodiments of the present invention are also included in the gist of the present invention. As long as it is included, it belongs to the scope of the present invention.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

5…基板、 6…バッファ層、 10…n形半導体層、 20…p側半導体層、 21…第1p側層、 22…第2p側層、 23…第3p側層、 30…発光部、 31…障壁層、 32…発光層、 33…非井戸層領域、 34…井戸層領域、 35…キャップ層、 39a…島状結晶、 39b…基層、 40…n側電極、 50…p側電極、 51…p側透明電極、 52…p側導電層、 60…積層膜、 61…第1層、 62…第2層、 110、110a、111、112、119a、119b、119c、119d、119e…半導体発光素子、 BF1、BF2…第1及び第2ベース層、 BL1〜BL8…第1〜第8障壁層、 BLn…n側障壁層、 CL1〜CL4…第1〜第4キャップ層、 NR1〜NR4…第1〜第4非井戸層領域、 OP…光出力、 WB…井戸箱、 WR1〜WR4…第1〜第4井戸層領域、 tmax…最大値、 tmin…最小値   DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Board | substrate, 6 ... Buffer layer, 10 ... N-type semiconductor layer, 20 ... P side semiconductor layer, 21 ... 1st p side layer, 22 ... 2nd p side layer, 23 ... 3rd p side layer, 30 ... Light emitting part, 31 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Barrier layer, 32 ... Light emitting layer, 33 ... Non-well layer region, 34 ... Well layer region, 35 ... Cap layer, 39a ... Island crystal, 39b ... Base layer, 40 ... N-side electrode, 50 ... P-side electrode, 51 ... p-side transparent electrode, 52 ... p-side conductive layer, 60 ... laminated film, 61 ... first layer, 62 ... second layer, 110, 110a, 111, 112, 119a, 119b, 119c, 119d, 119e ... semiconductor light emitting Element, BF1, BF2 ... 1st and 2nd base layer, BL1-BL8 ... 1st-8th barrier layer, BLn ... n-side barrier layer, CL1-CL4 ... 1st-4th cap layer, NR1-NR4 ... 1st 1st to 4th non-well layer region OP ... light output, WB ... well box, WR1 to WR4 ... first to fourth well layer region, tmax ... maximum value, tmin ... minimum value

Claims (4)

窒化物半導体を含むn形半導体層と、
窒化物半導体を含むp形半導体層と、
前記n形半導体層と前記p形半導体層との間に設けられ、前記n形半導体層から前記p形半導体層に向かう第1方向に対して垂直な平面内に並置された、III族元素中におけるIn組成比が20原子パーセント以上でInを含む第1井戸層領域と、前記第1井戸層領域よりもIn組成比が低い第1非井戸層領域と、を含む窒化物半導体を含む第1発光層と、
前記第1発光層と前記p形半導体層との間に設けられ、前記第1井戸層領域のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する第1障壁層と、
前記第1井戸層領域と前記第1障壁層との間において前記第1井戸層領域に接して設けられ前記第1非井戸層領域と前記第1障壁層との間には設けられていない第1キャップ層と、
前記第1発光層と前記n形半導体層との間に設けられ、前記第1井戸層領域のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するn側障壁層と、
を含み、放出される光のピーク波長が500ナノメートル以上の発光部と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
An n-type semiconductor layer including a nitride semiconductor;
A p-type semiconductor layer including a nitride semiconductor;
A group III element provided between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer and juxtaposed in a plane perpendicular to the first direction from the n-type semiconductor layer toward the p-type semiconductor layer. A first semiconductor layer including a nitride semiconductor including a first well layer region including In at an In composition ratio of 20 atomic percent or more and a first non-well layer region having an In composition ratio lower than that of the first well layer region. A light emitting layer;
A first barrier layer provided between the first light emitting layer and the p-type semiconductor layer and having a band gap energy larger than a band gap energy of the first well layer region;
Not provided between the first provided against the well layer region and the first non-well layer region and said first barrier layer between said first well layer region and the first barrier layer A first cap layer;
An n-side barrier layer provided between the first light emitting layer and the n-type semiconductor layer and having a band gap energy larger than a band gap energy of the first well layer region;
A light emitting part having a peak wavelength of emitted light of 500 nanometers or more,
A semiconductor light emitting device comprising:
前記ピーク波長は、560ナノメートル以下であることを特徴とする請求項記載の半導体発光素子。 The peak wavelength semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a is less than or equal to 560 nm. 前記発光部は、
前記第1障壁層と前記p形半導体層との間に設けられ、前記第1方向に対して垂直な平面内において並置された、前記第1井戸層領域におけるIn組成比と同じIn組成比でInを含む第2井戸層領域と、前記第2井戸層領域よりもIn組成比が低い第2非井戸層領域と、を含む窒化物半導体を含む第2発光層と、
前記第2発光層と前記p形半導体層との間に設けられ、前記第2井戸層領域のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する第2障壁層と、
前記第2井戸層領域と前記第2障壁層との間において前記第2井戸層領域に接して設けられ前記第2非井戸層領域と前記第2障壁層との間には設けられていない第2キャップ層と、
をさらに含むことを特徴とする請求項またはに記載の半導体発光素子。
The light emitting unit
The In composition ratio is the same as the In composition ratio in the first well layer region provided between the first barrier layer and the p-type semiconductor layer and juxtaposed in a plane perpendicular to the first direction. A second light-emitting layer including a nitride semiconductor including a second well layer region including In and a second non-well layer region having an In composition ratio lower than that of the second well layer region;
A second barrier layer provided between the second light emitting layer and the p-type semiconductor layer and having a band gap energy larger than a band gap energy of the second well layer region;
Not provided between the second provided against the well layer region and the second non-well layer region and the second barrier layer between said second well layer region and the second barrier layer A second cap layer;
The device according to claim 1 or 2, further comprising a.
前記第1井戸層領域及び前記第2井戸層領域の少なくともいずれかは、前記第1方向に対して垂直な方向の幅が50ナノメートル以上の部分を有することを特徴とする請求項のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 Wherein at least one of the first well layer region and the second well layer region, claims 1 to 3, the width of the direction perpendicular to the first direction and having a portion of more than 50 nm The semiconductor light-emitting device according to any one of the above.
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