JP2006287212A - 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化物半導体発光素子は、第1のIII-V族窒化物半導体よりなるMQW活性層104と、該MQW活性層104における互いに対向する対抗面のうちの一の面上に形成され、InxAlyGa1-x-yN(但し、x,yは、0<x<1,0<y<1,0<x+y<1である。)よりなり、n型の導電性を有する混晶層であるn型コンタクト層103と、該n型コンタクト層103と接するように形成されたオーミック電極であるn側電極106とを有している。MQW活性層104の他の面上には、透明電極107とその一部に形成されたp側電極108が形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
従って、InxAlyGa1-x-yNの格子定数がGaNの格子定数である3.189Åに等しいとすると、In組成のxとAl組成のyとの関係は、以下の[式2]で表わされる。
図2は本願発明者らが、実際にGaN層上に種々の組成比を持つInAlGaNよりなる混晶層をエピタキシャル成長に形成し、形成した混晶層ごとに結晶の歪み量を測定した結果を表わしている。成長した混晶層の組成は、電子プローブ微量分析(Electron probe Micro-Aanalysis:PMA)法により測定し、また、混晶層中の歪量は、X線回折パターン及び逆格子マッピングにより、格子定数のずれを評価することにより算出した。図2から分かるように、歪量が0に近くなる混晶層の組成は、[式2]で表わされる組成よりも、むしろ、以下の[式3]で表わされる関係を持つ組成に近いことが明らかとなった。
なお、[式3]で決定されるn型InAlGaN層は、半導体発光素子に限られず、他の電子デバイス、例えば電界効果トランジスタにおけるn型コンタクト層としても、その結晶性に拘わらず低いコンタクト抵抗を実現できるため有用である。
−c・(1−x−y)−c’・y・(1−x−y) ………[式4]
In0.09Al0.33Ga0.58Nの禁制帯幅が3.46eVであることから、c=c'=2.6eVと求められ、In組成及びAl組成を増大しても、4元混晶の禁制帯幅Eg はあまり大きくならないことが分かる。
以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第3の実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第4の実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第5の実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第6の実施形態について図面を参照しながら説明する。
102 下地層
103 n型コンタクト層
104 多重量子井戸(MQW)活性層
105 p型クラッド層
106 n側電極(オーミック電極)
107 透明電極
108 p側電極
201 基板
202 下地層
203 n型コンタクト層
204 n型クラッド層
205 多重量子井戸(MQW)活性層
206 p型クラッド層
207 n側電極(オーミック電極)
208 透明電極
209 p側電極
300 pn接合構造体
301 めっき層
302 下地金属膜
303 高反射電極
304 絶縁膜
305 p型クラッド層
306 多重量子井戸(MQW)活性層
307 n型クラッド層
308 n型コンタクト層
309 n側電極(オーミック電極)
401 基板
402 下地層
403 保持材
501 基板
502A 下部下地層
502B 上部下地層
503 マスク層
504 n型コンタクト層
505 n型クラッド層
506 多重量子井戸(MQW)活性層
507 p型クラッド層
508 p型コンタクト層
509 n側電極(オーミック電極)
510 保護絶縁膜
511 p側電極(オーミック電極)
512 パッド電極
601 n型基板
602 n型クラッド層
603 多重量子井戸(MQW)活性層
604 p型クラッド層
605 p型コンタクト層
606 n型コンタクト層
607 保護絶縁膜
608 p側電極(オーミック電極)
609 n側電極(オーミック電極)
610 パッド電極
701 n型基板
702 傾斜組成層
703 n型クラッド層
704 多重量子井戸(MQW)活性層
705 p型クラッド層
706 p型コンタクト層
707 保護絶縁膜
708 p側電極(オーミック電極)
709 n側電極(オーミック電極)
710 パッド電極
Claims (21)
- 第1のIII-V族窒化物半導体よりなる活性層と、
前記活性層における互いに対向する対抗面のうちの一の面上に形成され、InxAlyGa1-x-yN(但し、x,yは、0<x<1,0<y<1,0<x+y<1である。)よりなり、n型の導電性を有する混晶層と、
前記混晶層と接するように形成されたオーミック電極とを備えていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 基板と、該基板の上に形成され、第2のIII-V族窒化物半導体よりなる下地層とをさらに備え、
前記混晶層は、前記下地層と格子整合していることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記混晶層は、InxAlyGa1-x-yN(但し、x,yは、0<x<1,0<y<1,0<x+y<1である。)における組成xに対する組成yの比(y/x)の値が3.5以上且つ3.7以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記オーミック電極は、コンタクト抵抗が1×10-6Ωcm2 以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記混晶層と接するように形成され、AlzGa1-zN(但し、zは、0<z≦1である。)よりなり、n型の導電性を有する第1クラッド層をさらに備え、
前記混晶層は、該混晶層と前記第1クラッド層との界面における伝導帯の下端が連続となるように、Al、Ga又はInの組成が傾斜していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記混晶層と接するように形成され、AlzGa1-zN(但し、zは、0<z≦1である。)よりなり、n型の導電性を有する第1クラッド層をさらに備え、
前記第1クラッド層は、該第1クラッド層と前記混晶層との界面における伝導帯の下端が連続となるように、Alの組成が傾斜していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記活性層の他の面上に形成され、第3のIII-V族窒化物半導体よりなり、p型の導電性を有する第2クラッド層と、
前記第2クラッド層と接するように形成され、前記活性層から出射される発光光の波長における反射率が70%よりも大きい金属電極とをさらに備え、
前記発光光は、前記混晶層を通して取り出されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 前記金属電極は、白金(Pt)、銀(Ag)又はロジウム(Rh)を主成分に含むことを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記金属電極と接するように形成され、厚さが10μm以上の金属膜をさらに備えていることを特徴とする請求項7又は8に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記金属膜は、金(Au)を主成分に含むことを特徴とする請求項9に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記活性層の他の面上に形成され、第3のIII-V族窒化物半導体よりなり、p型の導電性を有する第2クラッド層をさらに備え、
前記第2クラッド層は導波路となるストライプ構造を有し、前記ストライプ構造により前記活性層においてレーザ発振を生じることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - GaNよりなり、n型の導電性を有する基板と、
前記基板の一の面上に形成され、活性層を含むpn接合構造体と、
前記基板の他の面上に接するように形成され、InxAlyGa1-x-yN(但し、x,yは、0<x<1,0<y<1,0<x+y<1である。)よりなり、n型の導電性を有する混晶層と、
前記混晶層と接するように形成されたオーミック電極とを備えていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - InxAlyGa1-x-yN(但し、x,yは、0<x<1,0<y<1,0<x+y<1である。)よりなり、n型の導電性を有する基板と、
前記基板上に形成され、活性層を含むpn接合構造体と、
前記基板と接するように形成されたオーミック電極とを備えていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 基板上に、InxAlyGa1-x-yN(但し、x,yは、0<x<1,0<y<1,0<x+y<1である。)よりなり、n型の導電性を有する混晶層をエピタキシャル成長により形成する工程(a)と、
前記混晶層の上に該混晶層と接するように、活性層、p型半導体層及びn型半導体層を含むpn接合構造体をエピタキシャル成長により形成する工程(b)と、
前記混晶層と接するようにオーミック電極を形成する工程(c)とを備えていることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記工程(a)は、前記混晶層を形成するよりも前に、前記基板上に第1のIII-V族窒化物半導体よりなる下地層を形成する工程を含み、
前記混晶層は前記下地層と格子整合するようにエピタキシャル成長することを特徴とする請求項14に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記混晶層及びpn接合構造体を前記基板から分離する工程(d)と、
前記pn接合構造体における前記p型半導体層の上に前記活性層から出射される発光光の発光波長における反射率が70%よりも大きい金属電極を形成する工程(e)と、
前記金属電極と接するように、厚さが10μm以上の金属膜を形成する工程(f)とをさらに備えていることを特徴とする請求項14又は15に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記工程(a)は、前記混晶層を形成するよりも前に、前記基板上に該基板と接するように第2のIII-V族窒化物半導体よりなる半導体層を形成する工程を含み、
前記工程(d)において、前記基板の分離は、前記基板における前記半導体層の反対側の面から前記半導体層に吸収される波長を持つ光を照射し、照射された光によって前記半導体層を分解して行なうことを特徴とする請求項16に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記基板は、サファイア、MgO又はLiGauAl1-uO2 (但し、uは、0≦u≦1である。)よりなり、
前記半導体層は、GaN、InxAlyGa1-x-yN(但し、x,yは、0<x<1,0<y<1,0<x+y<1である。)又はZnOよりなることを特徴とする請求項17に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記光の光源は、パルス状に発振するレーザ光又は水銀灯の輝線であることを特徴とする請求項17又は18に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記工程(b)と前記工程(d)との間に、前記pn接合構造体にIII-V族窒化物半導体とは異なる材料よりなる保持材を貼り合わせる工程(g)をさらに備えていることを特徴とする請求項16又は17に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記工程(d)よりも後に、前記保持材を前記pn接合構造体から分離する工程(h)をさらに備えていることを特徴とする請求項20に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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