JP5848814B2 - 窒化物半導体素子 - Google Patents
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Description
半導体発光素子において、結晶性を向上させ、発光効率を向上することが望まれている。
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。
本実施形態は、窒化物半導体素子に係る。実施形態に係る窒化物半導体素子は、LED及びLDなどの半導体発光素子の他、受光素子を含む。さらに、実施形態に係る窒化物半導体素子は、HEMTなどのGaNを用いたスイッチング素子なども含む。以下では、実施形態に係る窒化物半導体素子の1つの例としてLEDについて説明する。
図2は、第1の実施形態に係る窒化物半導体素子の構成の概要を例示する模式的断面図である。
まず、図2により、本実施形態に係る窒化物半導体素子の構成の概要について説明する。
この例では、半導体機能層90は、第1半導体層10と、発光層30と、第2半導体層20と、を含む。
第1半導体層10は、基板50の主面50a上に設けられる。第1半導体層10は、窒化物半導体を含み、第1導電形である。発光層30は、第1半導体層10の上に設けられ、窒化物半導体を含む。第2半導体層20は、発光層30の上に設けられる。第2半導体層20は、窒化物半導体を含み第2導電形である。第2導電形は、第1導電形とは異なる。
第1電極70は、第1半導体層10と電気的に接続される。第2電極80は、第2半導体層20と電気的に接続される。
第1電極パッド75は、例えば、第1電極70の上(第1電極70の第1半導体層10とは反対の側)に設けられる。第1電極パッド75は、第1電極70と電気的に接続される。第2電極パッド85は、例えば、第2電極80の上(第2電極80の第2半導体層20とは反対の側)に設けられる。第2電極パッド85は、第2電極80と電気的に接続される。
図3は、第1の実施形態に係る窒化物半導体素子の一部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、発光層30は、複数の障壁層31と、複数の障壁層31どうしの間に設けられた井戸層32と、を含む。
すなわち、同図は、窒化物半導体素子110の基板50に設けられる複数の凸部50pを例示する走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)写真像である。
図5(a)は、基板50に設けられる複数の構造体53の配置を例示する模式的平面図である。図5(b)は、図5(a)のA1−A2線断面図である。
図1(a)は、複数の凸部50pのX−Y平面内の配置を模式的に例示している。図1(b)は、基板50の結晶格子を模式的に例示している。
これにより、効率が高い窒化物半導体素子が提供できる。
同図は、参考例の窒化物半導体素子119における複数の凸部50pのX−Y平面内の配置を模式的に例示している。
窒化物半導体素子119においては、複数の凸部50pのX−Y平面内の配置が窒化物半導体素子110とは異なる。これ以外は、窒化物半導体素子110と同様なので説明を省略する。
以下、窒化物半導体素子110の作製方法について説明する。この作製方法は、実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法の1つの例に相当する。
これにより、図1に例示した窒化物半導体素子110が形成される。
図7(a)は、窒化物半導体素子110の特性を示し、図7(b)は、窒化物半導体素子119の特性を示す。これらの図の横軸は、回転角φであり、縦軸は、X線回折強度XRDI(相対値)である。
格子軸方向LAは、例えば、基板50をX線回折により解析することで求めることができる。
図8(a)は、基板50に設けられる複数の構造体53の配置を例示する模式的平面図である。図8(b)は、図8(a)のA1−A2線断面図である。
このように、窒化物半導体素子111によれば、効率が高い窒化物半導体素子が提供できる。
同図は、基板50の主面50a上における複数の構造体53の配置を例示している。構造体53は、凸部50pまたは凹部50dである。すなわち、同図は、窒化物半導体素子110または111における複数の構造体53の配置を例示している。
図9に図示した例では、複数の構造体53が、六角形の中心及び6つの角のそれぞれの位置に、高い精度で整列している。
同図は、基板50の主面50a上における複数の構造体53の配置を例示している。構造体53は、凸部50pまたは凹部50dである。
図11は、第2の実施形態に係る窒化物半導体素子の構成を例示する模式的平面図である。
同図は、第2の実施形態に係る窒化物半導体素子121における複数の構造体53のX−Y平面内の形状及び配置を模式的に例示している。
同図は、第2の実施形態に係る別の窒化物半導体素子122における複数の構造体53のX−Y平面内の形状及び配置を模式的に例示している。この場合には、構造体53は、凹部50dである。
これらの図は、複数の構造体53のX−Y平面内の形状及び配置を模式的に例示している。
本実施形態は、窒化物半導体層を成長させる窒化物半導体層成長用基板に係る。本実施形態に係る窒化物半導体層成長用基板は、第1の実施形態に関して説明した基板50を含む。窒化物半導体層成長用基板は、窒化物半導体層(例えば上記の半導体機能層90)を成長させる主面50aを有する。窒化物半導体層成長用基板は、主面50a内で、例えば2次元的に配置された複数の構造体53を備える。窒化物半導体層成長用基板は、単結晶である。
本実施形態は、窒化物半導体層を成長させる窒化物半導体層成長用基板に係る。本実施形態に係る窒化物半導体層成長用基板は、第2の実施形態に関して説明した基板50を含む。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (4)
- 六方晶系の結晶構造を有する窒化物半導体を含み主面を有する半導体層を備え、
前記半導体層は、前記主面内に配置された複数の構造体を有し、
前記複数の構造体のそれぞれは、前記主面上に設けられた凸部、または、前記主面上に設けられた凹部であり、
前記複数の構造体の配列の最近接の方向と、前記半導体層の結晶格子の前記主面に対して平行な平面内における最近接の方向と、の間の角度の絶対値は、1度以上10度以下である窒化物半導体素子。 - 六方晶系の結晶構造を有する窒化物半導体を含み主面を有する半導体層を備え、
前記半導体層は、前記主面内に配置された複数の構造体を有し、
前記複数の構造体のそれぞれは、前記主面上に設けられた凸部、または、前記主面上に設けられた凹部であり、
前記複数の構造体のそれぞれを前記主面に対して平行な平面で切断した平面形状は、前記主面に対して平行で互いに垂直な2つの軸に関する異方性を有し、
前記異方性の軸方向と、前記半導体層の結晶格子の前記主面に対して平行な平面内における最近接の方向と、の間の角度の絶対値は、1度以上10度以下である窒化物半導体素子。 - 前記半導体層の結晶格子の前記主面に対して平行な平面内における前記最近接の方向は、前記結晶構造のm面に対して平行である請求項1または2に記載の窒化物半導体素子。
- 前記半導体層は、
窒化物半導体を含み第1導電形の第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられ窒化物半導体を含む発光層と、
前記発光層の上に設けられ窒化物半導体を含み前記第1導電形とは異なる第2導電形の第2半導層と、
を含む請求項1〜3のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。
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