JP7419652B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態の発光素子1の断面図である。
発光素子1は、基板10と、半導体構造体20と、p側電極11と、n側電極12とを有する。
図2に示すように、第1超格子層50は、複数の第1窒化物半導体層51と、複数の第2窒化物半導体層52とを有する。第1超格子層50は、例えば、第1窒化物半導体層51と第2窒化物半導体層52の組を15個以上25個以下有することができる。第1超格子層50は、例えば、20層の第1窒化物半導体層51と、20層の第2窒化物半導体層52とを有することができる。第1超格子層50において最も下方(最下層)に第2窒化物半導体層52が位置し、第1超格子層50において最も上方(最上層)に第1窒化物半導体層51が位置する。最下層の第2窒化物半導体層52から最上層の第1窒化物半導体層51に向かって、第2窒化物半導体層52と第1窒化物半導体層51とが交互に配置されている。
図3に示すように、第1活性層60は、複数の第1井戸層61と、少なくとも1つの第1障壁層65とを有する。第1活性層60は、例えば、3以上の第1井戸層61と、2以上の第1障壁層65とを有する。第1活性層60は、例えば、7層の第1井戸層61と、6層の第1障壁層65とを有することができる。それぞれの第1障壁層65は、複数の第1井戸層61のうち隣り合う第1井戸層61間に位置する。さらに、第1活性層60は、第1活性層60において最も下方に位置する第4障壁層63と、第1活性層60において最も上方に位置する第5障壁層64とを有することができる。複数の第1障壁層65のうちの最も下方に位置する第1障壁層65と、第4障壁層63との間に、第1井戸層61が配置されている。複数の第1障壁層65のうちの最も上方に位置する第1障壁層65と、第5障壁層64との間に第1井戸層61が配置されている。第4障壁層63と第5障壁層64との間において、第1井戸層61と第1障壁層65とが交互に配置されている。
図4に示すように、第2超格子層70は、複数の第3窒化物半導体層71と、複数の第4窒化物半導体層72とを有する。第2超格子層70は、例えば、第3窒化物半導体層71と第4窒化物半導体層72の組を15個以上25個以下有することができる。第2超格子層70は、例えば、20層の第3窒化物半導体層71と、20層の第4窒化物半導体層72とを有することができる。第2超格子層70において最も下方(最下層)に第4窒化物半導体層72が位置し、第2超格子層70において最も上方(最上層)に第3窒化物半導体層71が位置する。最下層の第4窒化物半導体層72から最上層の第3窒化物半導体層71に向かって、第4窒化物半導体層72と第3窒化物半導体層71とが交互に配置されている。
図5に示すように、第2活性層80は、複数の第2井戸層81と、少なくとも1つの第2障壁層82とを有する。第2活性層80は、例えば、3以上の第2井戸層81と、2以上の第2障壁層82とを有する。第2活性層80は、例えば、7層の第2井戸層81と、6層の第2障壁層82とを有することができる。それぞれの第2障壁層82は、複数の第2井戸層81のうち隣り合う第2井戸層81間に位置する。
基板10はサファイア基板である。
n側窒化物半導体層41は、n型不純物としてシリコンを含む。n側窒化物半導体層41のシリコン濃度は、約1×1019/cm3である。なお、n側窒化物半導体層41のシリコン濃度とは、n側窒化物半導体層41におけるシリコン濃度のうち、最も高いシリコン濃度である。n側窒化物半導体層41の厚さは、約5μmである。
第1超格子層50は、20層の第1窒化物半導体層51と、20層の第2窒化物半導体層52とを有する。第1窒化物半導体層51は、アンドープのInGaN層である。第1窒化物半導体層51におけるIn組成比は、約7%である。第1窒化物半導体層51の厚さは、約1nmである。第2窒化物半導体層52は、アンドープのGaN層である。第2窒化物半導体層52の厚さは、約2nmである。
第1活性層60は、7層の第1井戸層61と、6層の第1障壁層65とを有する。さらに、第1活性層60は、第1活性層60において最も下方に位置する第4障壁層63と、第1活性層60において最も上方に位置する第5障壁層64とを有する。第1井戸層61は、アンドープのInGaN層である。第1井戸層61におけるIn組成比は、約15%である。第1井戸層61の厚さは約3.5nmである。第1障壁層65は、アンドープのGaN層である。第1障壁層65の厚さは、約4nmである。第4障壁層63は、第1超格子層50側から順に、シリコンがドープされたInGaN層と、アンドープのGaN層とを含む。第4障壁層63の厚さは、約3.5nmである。第5障壁層64は、アンドープのGaN層である。第5障壁層64の厚さは、約4nmである。
第1p側窒化物半導体層42は、p型不純物としてマグネシウムを含む。第1p側窒化物半導体層42のマグネシウム濃度は、約5×1020/cm3である。なお、第1p側窒化物半導体層42のマグネシウム濃度とは、第1p側窒化物半導体層42におけるマグネシウム濃度のうち、最も高いマグネシウム濃度である。第1p側窒化物半導体層42の厚さは、約80nmである。
トンネル接合部30は、シリコンがドープされたn型GaN層とを含む。n型GaN層のシリコン濃度は、約5×1020/cm3である。n型GaN層の厚さは、約150nmである。
第2超格子層70は、20層の第3窒化物半導体層71と、20層の第4窒化物半導体層72とを有する。第3窒化物半導体層71は、シリコンがドープされたInGaN層である。第3窒化物半導体層71におけるIn組成比は、約7%である。第3窒化物半導体層71の厚さは、約1nmである。第4窒化物半導体層72は、シリコンがドープされたGaN層である。第4窒化物半導体層72の厚さは、約2nmである。第3窒化物半導体層71及び第4窒化物半導体層72のシリコン濃度は、約1×1019/cm3である。
第2活性層80は、7層の第2井戸層81と、6層の第2障壁層82とを有する。さらに、第2活性層80は、第2活性層80において最も下方に位置する第6障壁層83と、第2活性層80において最も上方に位置する第3障壁層84とを有する。第2井戸層81は、アンドープのInGaN層である。第2井戸層81におけるIn組成比は、約15%である。第2井戸層81の厚さは約3.5nmである。第2障壁層82は、第1層82aと第2層82bとを有する。第1層82aは、アンドープのAlGaN層である。第1層82aにおけるAl組成比は、約4%である。第2層82bは、アンドープのGaN層である。第2障壁層82の厚さは、約4nmである。各サンプルごとに第2障壁層82のうち第1層82aの厚さは、0.1nm、0.3nm、0.5nm、及び1nmと変更する。第6障壁層83は、第2超格子層70側から順に、シリコンがドープされたInGaN層と、アンドープのGaN層とを含む。第6障壁層83の厚さは、約3.5nmである。第3障壁層84は、アンドープのGaN層である。第3障壁層84の厚さは、約4nmである。
第2p側窒化物半導体層43は、p型不純物としてマグネシウムを含む。第2p側窒化物半導体層43のマグネシウム濃度は、約5×1020/cm3である。なお、第2p側窒化物半導体層43のマグネシウム濃度とは、第2p側窒化物半導体層43におけるマグネシウム濃度のうち、最も高いマグネシウム濃度である。第2p側窒化物半導体層43の厚さは、約100nmである。
図7は、第2実施形態の発光素子2の断面図である。
図8は、第2実施形態の第2活性層180の断面図である。
図9は、第2実施形態の第2超格子層170の断面図である。
図8に示すように、第2活性層180は、複数の第2井戸層81と、少なくとも1つの第2障壁層85とを有する。第2活性層180は、例えば、3以上の第2井戸層81と、2以上の第2障壁層85とを有する。第2活性層180は、例えば、7層の第2井戸層81と、6層の第2障壁層85とを有することができる。それぞれの第2障壁層85は、複数の第2井戸層81のうち隣り合う第2井戸層81間に位置する。さらに、第2活性層180は、第2活性層180において最も下方に位置する第6障壁層83と、第2活性層180において最も上方に位置する第3障壁層84とを有することができる。複数の第2障壁層85のうちの最も下方に位置する第2障壁層85と、第6障壁層83との間に、第2井戸層81が配置されている。複数の第2障壁層85のうちの最も上方に位置する第2障壁層85と、第3障壁層84との間に第2井戸層81が配置されている。第6障壁層83と第3障壁層84との間において、第2井戸層81と第2障壁層85とが交互に配置されている。
図9に示すように、第2超格子層170は、複数の第3窒化物半導体層71と、複数の第4窒化物半導体層73とを有する。第2超格子層170は、例えば、第3窒化物半導体層71と第4窒化物半導体層73の組を15個以上25個以下有することができる。第2超格子層70は、例えば、20層の第3窒化物半導体層71と、20層の第4窒化物半導体層73とを有することができる。第2超格子層170において最も下方(最下層)に第4窒化物半導体層73が位置し、第2超格子層170において最も上方(最上層)に第3窒化物半導体層71が位置する。最下層の第4窒化物半導体層73から最上層の第3窒化物半導体層71に向かって、第4窒化物半導体層73と第3窒化物半導体層71とが交互に配置されている。
基板10はサファイア基板である。
n側窒化物半導体層41は、n型不純物としてシリコンを含む。n側窒化物半導体層41のシリコン濃度は、約1×1019/cm3である。なお、n側窒化物半導体層41のシリコン濃度とは、n側窒化物半導体層41におけるシリコン濃度のうち、最も高いシリコン濃度である。n側窒化物半導体層41の厚さは、約5μmである。
第1超格子層50は、20層の第1窒化物半導体層51と、20層の第2窒化物半導体層52とを有する。第1窒化物半導体層51は、アンドープのInGaN層である。第1窒化物半導体層51におけるIn組成比は、約7%である。第1窒化物半導体層51の厚さは、約1nmである。第2窒化物半導体層52は、アンドープのGaN層である。第2窒化物半導体層52の厚さは、約2nmである。
第1活性層60は、7層の第1井戸層61と、6層の第1障壁層65とを有する。さらに、第1活性層60は、第1活性層60において最も下方に位置する第4障壁層63と、第1活性層60において最も上方に位置する第5障壁層64とを有する。第1井戸層61は、アンドープのInGaN層である。第1井戸層61におけるIn組成比は、約15%である。第1井戸層61の厚さは約3.5nmである。第1障壁層65は、アンドープのGaN層である。第1障壁層65の厚さは、約4nmである。第4障壁層63は、第1超格子層50側から順に、シリコンがドープされたInGaN層と、アンドープのGaN層とを含む。第4障壁層63の厚さは、約3.5nmである。第5障壁層64は、アンドープのGaN層である。第5障壁層64の厚さは、約4nmである。
第1p側窒化物半導体層42は、p型不純物としてマグネシウムを含む。第1p側窒化物半導体層42のマグネシウム濃度は、約5×1020/cm3である。なお、第1p側窒化物半導体層42のマグネシウム濃度とは、第1p側窒化物半導体層42におけるマグネシウム濃度のうち、最も高いマグネシウム濃度である。第1p側窒化物半導体層42の厚さは、約80nmである。
トンネル接合部30は、シリコンがドープされたn型GaN層とを含む。n型GaN層のシリコン濃度は、約5×1020/cm3である。n型GaN層の厚さは、約150nmである。
第2超格子層170は、20層の第3窒化物半導体層71と、20層の第4窒化物半導体層73とを有する。第3窒化物半導体層71は、シリコンがドープされたInGaN層である。第3窒化物半導体層71におけるIn組成比は、約7%である。第3窒化物半導体層71の厚さは、約1nmである。第4窒化物半導体層73は、第4層73aと第5層73bとを有する。第4層73aは、シリコンがドープされたAlGaN層である。第4層73aにおけるAl組成比は、約4%である。第5層73bは、シリコンがドープされたGaN層である。第4窒化物半導体層73の厚さは、約2nmである。第4層73aの厚さは、0.1nm、0.3nm、0.5nm、及び1nmと変更する。第3窒化物半導体層71及び第4窒化物半導体層73のシリコン濃度は、約1×1019/cm3である。
第2活性層180は、7層の第2井戸層81と、6層の第2障壁層85とを有する。さらに、第2活性層180は、第2活性層180において最も下方に位置する第6障壁層83と、第2活性層180において最も上方に位置する第3障壁層84とを有する。第2井戸層81は、アンドープのInGaN層である。第2井戸層81におけるIn組成比は、約15%である。第2井戸層81の厚さは約3.5nmである。第2障壁層85は、アンドープのGaN層である。第2障壁層85の厚さは、約4nmである。第6障壁層83は、第2超格子層70側から順に、シリコンがドープされたInGaN層と、アンドープのGaN層とを含む。第6障壁層83の厚さは、約3.5nmである。第3障壁層84は、アンドープのGaN層である。第3障壁層84の厚さは、約4nmである。
第2p側窒化物半導体層43は、p型不純物としてマグネシウムを含む。第2p側窒化物半導体層43のマグネシウム濃度は、約5×1020/cm3である。なお、第2p側窒化物半導体層43のマグネシウム濃度とは、第2p側窒化物半導体層43におけるマグネシウム濃度のうち、最も高いマグネシウム濃度である。第2p側窒化物半導体層43の厚さは、約100nmである。
図10は、第3実施形態の発光素子3の断面図である。
Claims (10)
- 下方から上方に向かって順に、第1活性層を有する第1発光部と、トンネル接合部と、第2活性層を有する第2発光部とを備え、
前記第1活性層は、複数の第1井戸層と、前記複数の第1井戸層のうち隣り合う第1井戸層間に位置し、前記第1井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する第1障壁層とを有し、
前記第2活性層は、複数の第2井戸層と、前記複数の第2井戸層のうち隣り合う第2井戸層間に位置し、前記第2井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する第2障壁層とを有し、
前記第2障壁層は、アルミニウムとガリウムを含み、前記第1障壁層のアルミニウム組成比よりも高いアルミニウム組成比を有する窒化物半導体層を有し、
前記第2障壁層のアルミニウム組成比のピークは、前記第1発光部側にある発光素子。 - 前記第2障壁層は、第1発光部側から順に、第1層と、第2層とを有し、
前記第2障壁層におけるアルミニウム組成比のピークは、前記第1層に位置し、
前記第1層の厚さは、前記第2障壁層の厚さの2%以上25%以下である請求項1に記載の発光素子。 - 前記第1層の厚さは、0.1nm以上1nm以下の厚さの範囲にある請求項2に記載の発光素子。
- 前記第1層のアルミニウム組成比は、3%以上5%以下である請求項2又は3に記載の発光素子。
- 前記第2障壁層は、前記第1層よりも前記第1発光部側に位置する第3層をさらに有し、
前記第2層のアルミニウム組成比及び前記第3層のアルミニウム組成比は、前記第1層のアルミニウム組成比よりも低い請求項2~4のいずれか1つに記載の発光素子。 - 前記第2発光部は、前記第2活性層と前記トンネル接合部との間に位置する超格子層をさらに有し、
前記超格子層は、複数の第1窒化物半導体層と、前記複数の第1窒化物半導体層のうち隣り合う第1窒化物半導体層間に位置する第2窒化物半導体層とを有し、
前記第2窒化物半導体層は、アルミニウムとガリウムを含み、
前記第2窒化物半導体層におけるアルミニウム組成比のピークは、前記第1発光部側にある請求項1~5のいずれか1つに記載の発光素子。 - 前記第1窒化物半導体層及び前記第2窒化物半導体層は、n型不純物を含む請求項6に記載の発光素子。
- 前記第2活性層は、3以上の前記第2井戸層と、2以上の前記第2障壁層とを有し、
すべての前記第2障壁層におけるアルミニウム組成比のピークは、前記第1発光部側にある請求項1~7のいずれか1つに記載の発光素子。 - 前記第2活性層は、前記第2活性層において最も上方に位置する第3障壁層をさらに有し、
前記第3障壁層のアルミニウム組成比は、前記第2障壁層におけるアルミニウム組成比よりも低い請求項1~8のいずれか1つに記載の発光素子。 - 下方から上方に向かって順に、第1活性層を有する第1発光部と、トンネル接合部と、第2活性層を有する第2発光部とを備え、
前記第1発光部は、前記第1活性層の下方に位置し、複数の第1窒化物半導体層と、前記複数の第1窒化物半導体層のうち隣り合う第1窒化物半導体層間に位置する第2窒化物半導体層とを有する第1超格子層を有し、
前記第2発光部は、前記第2活性層と前記トンネル接合部との間に位置し、複数の第3窒化物半導体層と、前記複数の第3窒化物半導体層のうち隣り合う第3窒化物半導体層間に位置する第4窒化物半導体層とを有する第2超格子層を有し、
前記第4窒化物半導体層は、アルミニウムとガリウムを含み、前記第2窒化物半導体層のアルミニウム組成比よりも高いアルミニウム組成比を有し、
前記第4窒化物半導体層におけるアルミニウム組成比のピークは、前記第1発光部側にある発光素子。
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