JP2007305851A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多重量子井戸15に含まれるInbGa1−bNバリア層のIn組成比bを0.04≦b≦0.1とし、かつ、このInbGa1−bNバリア層を含めて、発光素子に含まれるIn組成比が0.04〜0.1の範囲のInGaN層の厚さの合計を60nm以下とする。
【選択図】図1
Description
この発光素子は、サファイア基板1上に、低温成長GaNバッファ層2、アンドープGaN層3、n−GaN層4、InaGa1−aN(井戸層)/GaN(バリア層)ペア多重量子井戸5、p−Al0.1Ga0.9N層6、p−GaN層7を順次形成し、さらに、リアクティブ・イオン・エッチング(RIE)装置によるエッチングにより、p−GaN層7の表面からn−GaN層4の一部までエッチングした後、RIEでエッチングされなかったp−GaN層7の表面に透明導電膜8(Ni2nm/Au4nm)を蒸着し、透明導電膜8と一部重なる部分にp電極9を、RIEでエッチングされたn−GaN層4の表面にn電極10をそれぞれ形成したものである。
図1に、第1の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造を示す。
この窒化物半導体発光素子は、サファイア基板1上に、低温成長GaNバッファ層2、アンドープGaN層3、n−GaN層4、InaGa1−aN(井戸層)/InbGa1−bN(バリア層)多重量子井戸15、p−Al0.1Ga0.9N層6、p−GaN層7を順次形成し、さらに、リアクティブ・イオン・エッチング(RIE)装置によるエッチングにより、p−GaN層7の表面からn−GaN層4の一部までエッチングした後、RIEでエッチングされなかったp−GaN層7の表面に透明導電膜8(Ni2nm/Au4nm)を蒸着し、透明導電膜8と一部重なる部分にp電極9を、RIEでエッチングされたn−GaN層4の表面にn電極10をそれぞれ形成したものである。
図2に、第2の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造を示す。
この窒化物半導体発光素子は、図1に示す構造の第1の実施形態に係る窒化物半導体発光素子のn−GaN層4とInaGa1−aN/InbGa1−bN多重量子井戸15との間に、アンドープInbGa1−bN層17を挿入した層構成とした以外は、第1の実施形態に係る窒化物半導体発光素子と同様に形成されている。
第1及び第2の実施形態に係る窒化物半導体発光素子では、低温成長バッファ層2、アンドープ層3及びn型層4をGaNとしたが、これらの層の一部又は全部をAlcGa1−cN(0<c<0.5)で形成することもできる。
(青色窒化物半導体発光素子の作製)
MOVPE法により、図1に示す構造の青色(ピーク波長460nm)窒化物半導体発光素子を製造した。
(緑色窒化物系半導体発光素子の作製)
MOVPE法により、図1に示す構造の緑色(ピーク波長525nm)窒化物系半導体発光ダイオードを製造した。
実施例1及び2で得られた窒化物系半導体発光ダイオードについて、バリア厚が10nmで量子井戸のペア数を4とし、20A/cm2通電時の駆動電圧に対するInGaNバリア層のIn組成依存性、及び光出力に対するInGaNバリア層のIn組成依存性を調べた。結果を図4及び図5に示す。
図2に示すように、多重量子井戸5とn−GaN層4との間に、1〜200nmのアンドープInbGa1−bN層17を挿入したLEDを製作し、実施例1及び実施例2と同様の実験を行った。
実施例3で、活性層の成長温度を680〜800℃の範囲で変えて、発光のピーク波長が430〜560nmの範囲の発光ダイオードを作製した。
実施例3で、低温バッファ層およびn型層をAlcGa1−cN(0<c<0.5)とした発光ダイオードを製作した。この場合にも、実施例3と同様の結果が得られた。
実施例3で、低温バッファ層に代えて、1100℃で成長した1μmのAlN層をバッファ層として用いて発光ダイオードを製作した。この場合にも、実施例3と同様の結果が得られた。
実施例3で、基板をSiCとし、バッファ層を1100℃で成長した100nmのAlN層として発光ダイオードを製作した。この場合にも、実施例3と同様の結果が得られた。
実施例3で、基板をSiとし、バッファ層を1100℃で成長した100nmのAlN層として発光ダイオードを製作した。この場合にも、実施例3と同様の結果が得られた。
実施例3で、図3に示すように、基板をGaNとしてこの上に直接n型のGaN層を成長して発光ダイオードを製作した。この場合にも、実施例3と同様の結果が得られた。
実施例3で、基板をAlNとしてこの上に直接n型のGaN層を成長して発光ダイオードを製作した。この場合にも、実施例3と同様の結果が得られた。
実施例3で、基板をGa2O3としてこの上に直接n型のGaN層を成長して発光ダイオードを製作した。この場合にも、実施例3と同様の結果が得られた。
2 低温成長GaNバッファ層
3 アンドープGaN層
4 n−GaN層
5 InaGa1−aN/InbGa1−bN多重量子井戸
6 p−Al0.1Ga0.9N層
7 p−GaN層
8 透明導電膜
9 p電極
10 n電極
15 InaGa1−aN/GaNペア多重量子井戸
17 アンドープInbGa1−bN層
21 GaN基板
Claims (6)
- 基板上に、少なくともn型層、InGaN井戸層/InGaNバリア層の複数ペアからなる多重量子井戸活性層、及びp型層を積層してなり、
前記多重量子井戸活性層に含まれるInGaNバリア層の組成がInxGa1−xN(0.04≦x≦0.1)で表され、
かつ、前記InGaNバリア層を含めて、発光素子に含まれるIn組成比が0.04〜0.1の範囲のInGaN層の厚さの合計が60nm以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 前記活性層の発光ピーク波長が430〜560nmの範囲にあることを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記InGaNバリア層の厚さが5〜20nmの範囲であることを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記多重量子井戸活性層と前記n型層との間に、In組成比が0.04〜0.1の範囲のInGaN層を挿入したことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記多重量子井戸活性層が、基板上に形成されたGaN層又はAlyGa1−yN層(0<y<0.5)の上に形成されることを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記基板は、サファイア、Ga2O3、SiC、Si、GaN、AlNのいずれかからなる単結晶基板であることを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体発光素子。
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