JP6010088B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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このような半導体発光素子において、高輝度化が求められている。
本発明の別の実施形態によれば、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、発光部と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記発光部は、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、n側障壁層と、第1発光層と、を含む。前記第1発光層は、前記n側障壁層と前記p形半導体層との間に設けられた第1障壁層と、前記n側障壁層と前記第1障壁層との間においてn側障壁層に接する第1井戸層と、前記第1井戸層と前記第1障壁層との間に設けられたAlz1Ga1−z1N(0<z1≦1)を含む第1AlGaN層と、前記第1AlGaN層と前記第1障壁層とに接する第1窒化物半導体層と、を含む。前記第1AlGaN層の厚さのばらつきは、前記第1AlGaN層の平均の厚さのプラスマイナス33%以下である。前記第1AlGaN層におけるIII族中のAl組成比z1と、前記発光部から放出される光のピーク波長λp(ナノメートル)とは、1.15z1>0.0024λp−0.972>0.90z1、λp>405ナノメートルの関係を満たす。
本発明の別の実施形態によれば、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、発光部と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記発光部は、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、n側障壁層と、第1発光層と、を含む。前記第1発光層は、前記n側障壁層と前記p形半導体層との間に設けられた第1障壁層と、前記n側障壁層と前記第1障壁層との間においてn側障壁層に接する第1井戸層と、前記第1井戸層と前記第1障壁層との間に設けられたAlz1Ga1−z1N(0<z1≦1)を含む第1AlGaN層と、前記第1AlGaN層と前記第1障壁層とに接する第1窒化物半導体層と、を含む。前記第1AlGaN層において、陥没しているまたは貫通孔が設けられている領域の面積は、前記第1AlGaN層の層面のうちの10%未満である。前記第1AlGaN層におけるIII族中のAl組成比z1と、前記発光部から放出される光のピーク波長λp(ナノメートル)とは、1.15z1>0.0024λp−0.972、λp>405ナノメートルの関係を満たす。
本発明の別の実施形態によれば、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、発光部と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記発光部は、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、n側障壁層と、第1発光層と、を含む。前記第1発光層は、前記n側障壁層と前記p形半導体層との間に設けられた第1障壁層と、前記n側障壁層と前記第1障壁層との間においてn側障壁層に接する第1井戸層と、前記第1井戸層と前記第1障壁層との間に設けられたAlz1Ga1−z1N(0<z1≦1)を含む第1AlGaN層と、前記第1AlGaN層と前記第1障壁層とに接する第1窒化物半導体層と、を含む。前記第1AlGaN層において、陥没しているまたは貫通孔が設けられている領域の面積は、前記第1AlGaN層の層面のうちの10%未満である。 前記第1AlGaN層におけるIII族中のAl組成比z1と、前記発光部から放出される光のピーク波長λp(ナノメートル)とは、1.15z1>0.0024λp−0.972>0.90z1、λp>405ナノメートルの関係を満たす。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1(a)及び図1(b)は、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1(a)に表したように、実施形態に係る半導体発光素子110は、n形半導体層20と、p形半導体層50と、発光部40と、を備える。
図2に表したように、実施形態に係る半導体発光素子110(111)は、さらに、基板10と、バッファ層11と、を備えている。基板10及びバッファ層11は、必要に応じて設けられ、省略しても良い。基板10と発光部40との間にn形半導体層20が設けられる。基板10とn形半導体層20との間にバッファ層11が設けられる。
具体的には、例えば、厚膜層SAはGaNを含む。薄膜層SBは、InGaNを含む。 厚膜層SAには、例えば実質的にInを含まないGaN層が用いられる。多層積層体30に含まれる層がInGaN層を含む場合、そのIn組成は、後に成長する井戸層WLのIn組成より低いことが望ましい。多層積層体30は必要に応じて設けられ、場合によっては省略できる。以下では、多層積層体30が設けられる場合として説明する。
すなわち、これらの図は、実施形態に係る半導体発光素子111、第1〜第4参考例の半導体発光素子119a〜119dの特性の測定結果を示している。横軸は、各半導体発光素子の試料におけるピーク波長λpに対応する。縦軸は、出力パワーOPに対応する(対数表示)。出力パワーOPは、20mAの電流を流した時の値である。
すなわち、発光部40から放出される光のピーク波長λpが、515nmよりも長い半導体発光素子において、AlzGa1−zN(0.25<z≦1)を含むAlGaN層MLを用いる。このAlGaN層MLは、井戸層WLと、その井戸層WLのp形半導体層50の側の障壁層WLとの間に設けられる。すなわち、第1AlGaN層ML1は、第1井戸層WLと第1障壁層BL1との間に設けられる。これにより、高輝度が得られる。
図5は、半導体発光素子111の結晶層(発光部40)の断面の像である。
図5に表したように、半導体発光素子111において、AlGaN層MLは層状である。例えば、AlGaN層MLには、貫通した孔の領域や、大きく陥没した領域は形成されていない。例えば、AlGaN層MLの陥没や貫通孔などによって、井戸層WLの一部が露出して障壁層BLと実質的に接することもない。
図6に表したように、実施形態に係る半導体発光素子112においては、キャップ層が設けられる。例えば、第1発光層EL1は、第1AlGaN層ML1と第1障壁層BL1とに接し、窒化物半導体を含む第1キャップ層CL(キャップ層CL)をさらに含む。
これにより、第1AlGaN層ML1においては、層状を維持が維持される。このキャップ層CLは、例えば電子顕微鏡観察などの解析手法により観察される場合もあり、観察されない場合もある。
この図は、図4に例示した実験のデータを基にして描かれている。図7の横軸は、ピーク波長λpである。縦軸は、AlGaN層MLにおけるAl組成比zである。
1.15z>0.0024λp−0.972>0.90z
を満たすときに、高い出力パワーOPが得られる。
1.15z1>0.0024λp−0.972>0.90z1
を満たすときに、高い出力パワーOPが得られる。
Gaの原料として、例えば、TMGa(トリメチルガリウム)及びTEGa(トリエチルガリウム)などを用いることができる。Inの原料として、例えば、TMIn(トリメチルインジウム)及びTEIn(トリエチルインジウム)などを用いることができる。Alの原料として、例えば、TMAl(トリメチルアルミニウム)などを用いることができる。Nの原料として、例えば、NH3(アンモニア)、MMHy(モノメチルヒドラジン)及びDMHy(ジメチルヒドラジン)などを用いることができる。Siの原料として、例えば、SiH4(モノシラン)などを用いることができる。Mgの原料として、例えば、Cp2Mg(ビスシクロペンタジエニルマグネシウム)などを用いることができる。
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。
Claims (7)
- 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、n側障壁層と、第1発光層と、を含む発光部であって、前記第1発光層は、
前記n側障壁層と前記p形半導体層との間に設けられた第1障壁層と、
前記n側障壁層と前記第1障壁層との間においてn側障壁層に接する第1井戸層と、
前記第1井戸層と前記第1障壁層との間に設けられたAlz1Ga1−z1N(0<z1≦1)を含む第1AlGaN層と、
前記第1AlGaN層と前記第1障壁層とに接する第1窒化物半導体層と、
を含む発光部と、
を備え、
前記第1AlGaN層の厚さのばらつきは、前記第1AlGaN層の平均の厚さのプラスマイナス33%以下であり、
前記第1AlGaN層におけるIII族中のAl組成比z1と、前記発光部から放出される光のピーク波長λp(ナノメートル)とは、
1.15z1>0.0024λp−0.972、λp>405ナノメートル
の関係を満たす半導体発光素子。 - 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、n側障壁層と、第1発光層と、を含む発光部であって、前記第1発光層は、
前記n側障壁層と前記p形半導体層との間に設けられた第1障壁層と、
前記n側障壁層と前記第1障壁層との間においてn側障壁層に接する第1井戸層と、
前記第1井戸層と前記第1障壁層との間に設けられたAlz1Ga1−z1N(0<z1≦1)を含む第1AlGaN層と、
前記第1AlGaN層と前記第1障壁層とに接する第1窒化物半導体層と、
を含む発光部と、
を備え、
前記第1AlGaN層の厚さのばらつきは、前記第1AlGaN層の平均の厚さのプラスマイナス33%以下であり、
前記第1AlGaN層におけるIII族中のAl組成比z1と、前記発光部から放出される光のピーク波長λp(ナノメートル)とは、
1.15z1>0.0024λp−0.972>0.90z1、λp>405ナノメートル
の関係を満たす半導体発光素子。 - 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、n側障壁層と、第1発光層と、を含む発光部であって、前記第1発光層は、
前記n側障壁層と前記p形半導体層との間に設けられた第1障壁層と、
前記n側障壁層と前記第1障壁層との間においてn側障壁層に接する第1井戸層と、
前記第1井戸層と前記第1障壁層との間に設けられたAlz1Ga1−z1N(0<z1≦1)を含む第1AlGaN層と、
前記第1AlGaN層と前記第1障壁層とに接する第1窒化物半導体層と、
を含む発光部と、
を備え、
前記第1AlGaN層において、陥没しているまたは貫通孔が設けられている領域の面積は、前記第1AlGaN層の層面のうちの10%未満であり、
前記第1AlGaN層におけるIII族中のAl組成比z1と、前記発光部から放出される光のピーク波長λp(ナノメートル)とは、
1.15z1>0.0024λp−0.972、λp>405ナノメートル
の関係を満たす半導体発光素子。 - 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、n側障壁層と、第1発光層と、を含む発光部であって、前記第1発光層は、
前記n側障壁層と前記p形半導体層との間に設けられた第1障壁層と、
前記n側障壁層と前記第1障壁層との間においてn側障壁層に接する第1井戸層と、
前記第1井戸層と前記第1障壁層との間に設けられたAlz1Ga1−z1N(0<z1≦1)を含む第1AlGaN層と、
前記第1AlGaN層と前記第1障壁層とに接する第1窒化物半導体層と、
を含む発光部と、
を備え、
前記第1AlGaN層において、陥没しているまたは貫通孔が設けられている領域の面積は、前記第1AlGaN層の層面のうちの10%未満であり、
前記第1AlGaN層におけるIII族中のAl組成比z1と、前記発光部から放出される光のピーク波長λp(ナノメートル)とは、
1.15z1>0.0024λp−0.972>0.90z1、λp>405ナノメートル
の関係を満たす半導体発光素子。 - 前記n形半導体層の主面は、c面である請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1障壁層は、Inx1Ga1−x1N(0≦x1<1)を含み、
前記n側障壁層は、Inx2Ga1−x2N(0≦x2<1)を含む請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 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た第2障壁層と、
前記第1障壁層と前記第2障壁層との間において前記第1障壁層に接する第2井戸層と、
前記第2井戸層と前記第2障壁層との間に設けられた層状の第2AlGaN層と、
前記第2AlGaN層と前記第2障壁層とに接する第2窒化物半導体層と、
を含む第2発光層をさらに有する請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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