JP2015038949A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高効率の半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体を含むn形半導体層10と、p形半導体層20と、発光部30と、を含む半導体発光素子において、発光部30は、n形半導体層10とp形半導体層20との間に設けられ530nm以上のピーク波長の光を放出する。発光部30は、n側障壁層BLNと第1発光層EL1とを含む。第1発光層EL1は、n側障壁層BLNとp形半導体層20との間に設けられた第1障壁層BL1と、n側障壁層BLNと第1障壁層BL1との間においてn側障壁層BLNに接する第1井戸層WL1と、第1井戸層WL1と第1障壁層BL1との間に設けられ、Alx1Ga1−x1N(0.15≦x1≦1)を含む第1AlGaN層ML1と、第1AlGaN層ML1と第1障壁層BL1との間に設けられ、Inya1Ga1−ya1N(0<ya1≦0.1)を含む第1p側InGaN層CLa1と、を含む。
【選択図】図1
【解決手段】窒化物半導体を含むn形半導体層10と、p形半導体層20と、発光部30と、を含む半導体発光素子において、発光部30は、n形半導体層10とp形半導体層20との間に設けられ530nm以上のピーク波長の光を放出する。発光部30は、n側障壁層BLNと第1発光層EL1とを含む。第1発光層EL1は、n側障壁層BLNとp形半導体層20との間に設けられた第1障壁層BL1と、n側障壁層BLNと第1障壁層BL1との間においてn側障壁層BLNに接する第1井戸層WL1と、第1井戸層WL1と第1障壁層BL1との間に設けられ、Alx1Ga1−x1N(0.15≦x1≦1)を含む第1AlGaN層ML1と、第1AlGaN層ML1と第1障壁層BL1との間に設けられ、Inya1Ga1−ya1N(0<ya1≦0.1)を含む第1p側InGaN層CLa1と、を含む。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
窒化物半導体を用いた半導体発光素子である発光ダイオード(LED)は、例えば、表示装置や照明などに用いられている。このような半導体発光素子において、高効率化が求められている。
本発明の実施形態は、高効率の半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
本発明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、を含む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530ナノメートル以上のピーク波長の光を放出する。前記発光部は、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、Alx1Ga1−x1N(0.15≦x1≦1)を含む第1AlGaN層と、前記第1AlGaN層と前記第1障壁層との間に設けられ、Inya1Ga1−ya1N(0<ya1≦0.1)を含む第1p側InGaN層と、を含む。
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
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。
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。
(第1の実施形態)
図1(a)及び図1(b)は、第1の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、本実施形態に係る半導体発光素子110は、n形半導体層10と、p形半導体層20と、発光部30と、を含む。
図1(a)及び図1(b)は、第1の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、本実施形態に係る半導体発光素子110は、n形半導体層10と、p形半導体層20と、発光部30と、を含む。
n形半導体層10及びp形半導体層20は、窒化物半導体を含む。
発光部30は、n形半導体層10とp形半導体層20との間に設けられる。発光部30は、n側障壁層BLNと、第1発光層EL1と、を含む。第1発光層EL1は、n側障壁層BLNとp形半導体層20との間に設けられる。
n形半導体層10からp形半導体層20に向かう方向をZ軸方向とする。
n形半導体層10からp形半導体層20に向かう方向をZ軸方向とする。
第1発光層EL1は、第1障壁層BL1と、第1井戸層WL1と、第1AlGaN層ML1と、第1p側InGaN層CLa1と、を含む。
第1障壁層BL1は、n側障壁層BLNとp形半導体層20との間に設けられる。第1井戸層WL1は、n側障壁層BLNと第1障壁層BL1との間においてn側障壁層BLNに接する。第1AlGaN層ML1は、第1井戸層WL1と第1障壁層BL1との間に設けられ、Alx1Ga1−x1N(0.15≦x1≦1)を含む。第1p側InGaN層CLa1は、第1AlGaN層ML1と第1障壁層BL1との間に設けられ、Inya1Ga1−ya1N(0<ya1≦0.1)を含む。
半導体発光素子110においては、井戸層WLの数が1である。このように、発光部30は、単一量子井戸(SQW:Single Quantum Well)構成を有することができる。
図1(b)に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子111においては、発光部30は、第2発光層EL2をさらに含む。第2発光層EL2は、例えば、第2障壁層BL2と、第2井戸層WL2と、第2AlGaN層ML2と、第2p側InGaN層CLa2と、を含む。
第2井戸層WL2は、第1井戸層WL1とn形半導体層10との間に設けられる。第2障壁層BL2は、第1井戸層WL1と第2井戸層WL2との間において第1井戸層WL1に接する。第2AlGaN層ML2は、第2井戸層WL2と第2障壁層BL2との間に設けられ、Alx2Ga1−x2N(0.15≦x2≦1)を含む。第2p側InGaN層CLa2は、第2AlGaN層ML2と第2障壁層BL2との間に設けられ、Inya2Ga1−ya2N(0<ya2<1)を含む。
半導体発光素子111においては、複数の井戸層WLが設けられる。このように、発光部30は、多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構成を有することができる。この例では、井戸層WLの数は、例えば、4である。すなわち、発光層ELの数は、4である。本実施形態に係る半導体発光素子において、井戸層WLの数は、任意である。
半導体発光素子111においては、発光部30は、例えば、複数の発光層EL(第1発光層EL1〜第n発光層ELn)を含む。「n」は、2以上の整数である。
第(i+1)発光層EL(i+1)は、第i発光層ELiとn形半導体層10との間に設けられるものとする。「i」は、1以上の整数である。
第i発光層ELiは、第i障壁層BLiと、第i井戸層WLiと、第iAlGaN層MLiと、第ip側InGaN層CLaiを含む。
第(i+1)井戸層WL(i+1)は、第i井戸層WLiとn形半導体層10との間に設けられる。第(i+1)障壁層BL(i+1)は、第i井戸層WLiと第(i+1)井戸層WL(i+1)との間において第i井戸層WLiに接する。第(i+1)AlGaN層ML(i+1)は、第(i+1)井戸層WL(i+1)と第(i+1)障壁層BL(i+1)との間に設けられ、Alx(i+1)Ga1−x(i+1)N(0.15≦x(i+1)≦1)を含む。第(i+1)p側InGaN層CLa(i+1)は、第(i+1)AlGaN層ML(i+1)と第(i+1)障壁層BL(i+1)との間に設けられ、Inya(i+1)Ga1−y(i+1)N(0<ya(i+1)≦0.1)を含む。
本願明細書において、第1〜第n障壁層BL1〜BLnを総称して障壁層BLと言う場合がある。第1〜第n井戸層WL1〜WLnを総称して井戸層WLと言う場合がある。第1〜第nAlGaN層ML1〜MLnを総称してAlGaN層MLと言う場合がある。第1〜第np側InGaN層CLa1〜CLanを総称してp側InGaN層CLaと言う場合がある。
複数のAlGaN層MLにおいてAl組成比(III族中のAl組成比)は、互いに同じでも良く、互いに異なっても良い。任意のAlGaN層MLにおいて、Al組成比xは、0.15≦x≦1に設定される。任意のAlGaN層MLにおいて、Al組成比x(III族中のAl組成比)は、例えば、0.25以上である。Al組成比xは、例えば、0.3以上である。以下では、説明を簡単にするために、複数のAlGaN層MLにおいてAl組成比が同じ(Al組成比xが一定)であるとする。
複数のAlGaN層MLのそれぞれの厚さは、互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。任意のAlGaN層MLにおいて、その厚さは、例えば、1原子層以上2nm以下に設定される。
第i井戸層WLiのバンドギャップエネルギーは、第i障壁層BLiのバンドギャップエネルギーよりも小さく、n側障壁層BLNのバンドギャップエネルギーよりも小さい。
井戸層WLには例えばInGaN層が用いられ、障壁層BLにはGaN層が用いられる。障壁層BLにInGaN層が用いられる場合は、障壁層BLにおけるIn組成比(III族中のIn組成比)は、井戸層WLにおけるIn組成比よりも低い。
井戸層WLにおけるIn組成比は、目的とする発光波長に応じて定められる。井戸層WLにおけるIn組成比は、例えば、0.2以上0.6以下である。
井戸層WLにおけるIn組成比は、目的とする発光波長に応じて定められる。井戸層WLにおけるIn組成比は、例えば、0.2以上0.6以下である。
複数のp側InGaN層CLaにおいてIn組成比(III族中のIn組成比)は、互いに同じでも良く、互いに異なっても良い。任意のp側InGaN層CLaにおいて、In組成比yaは、0<ya≦0.1に設定される。任意のp側InGaN層CLaにおいて、In組成比yaは、例えば、井戸層WLにおけるIn組成比よりも低い。任意のp側InGaN層CLaにおいて、In組成比yaは、例えば、0.002以上0.05以下である。In組成比yaは、例えば、0.003以上0.03以下である。以下では、説明を簡単にするために、複数のp側InGaN層CLaにおいてIn組成比が同じ(In組成比yaが一定)であるとする。複数のp側InGaN層CLaにおけるIn組成比は、井戸層WLにおけるIn組成比よりも低い。
複数のp側InGaN層CLaのそれぞれの厚さは、互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。任意のp側InGaN層CLaにおいて、その厚さは、例えば、1原子層以上2nm以下に設定される。p側InGaN層CLaにおけるIn組成比yaが高い場合には、その厚さを薄くすることが好ましい。In組成比yaが0.05以上の場合には、p側InGaN層CLaの厚さを、例えば、2nmよりも薄くすることが好ましい。
井戸層WLの厚さは、例えば、1.0ナノメートル(nm)以上5.0nm以下である。井戸層WLの厚さが1.0nmよりも薄いと、530nmよりも長い波長の発光を得ることが難しい。井戸層WLの厚さが5.0nmよりも厚いと、結晶品質の劣化が起き易くなる。さらに、電子と正孔の波動関数の空間的分離が大きくなり、発光強度が弱くなる傾向にある。
障壁層BLの厚さは、例えば3nm以上50nm以下である。障壁層BLの厚さが、3nmよりも薄いと、複数の井戸層WLどうしの間隔が狭まることで、異なる井戸層WL間の波動関数が干渉する。障壁層BLの厚さが3nm以上のときに、井戸層WLにおける波動関数の干渉が抑制されるの。障壁層BLの厚さが50nmよりも厚いと、発光層ELが厚くなりすぎてしまい、動作電圧が高くなる。
半導体発光素子110及び半導体発光素子111において、第1発光層EL1は、例えば、第1n側InGaN層CLb1と、第1p側窒化物含有層DLa1と、第1n側窒化物含有層DLb1と、をさらに含む。この例では、第1発光層EL1は、第1中間層SL1をさらに含む。
半導体発光素子111においては、第i発光層ELiは、第in側InGaN層CLbiと、第ip側窒化物含有層DLaiと、第in側窒化物含有層DLbiと、第i中間層SLiと、をさらに含む。
本願明細書において、第1〜第nn側InGaN層CLb1〜CLbnを総称してn側InGaN層CLbと言う場合がある。第1〜第np側窒化物含有層DLa1〜DLanを総称してp側窒化物含有層DLaと言う場合がある。第1〜第nn側窒化物含有層DLb1〜DLbnを総称してn側窒化物含有層DLbと言う場合がある。第1〜第n中間層SL1〜SLnを総称して中間層SLと言う場合がある。p側InGaN層CLaとn側InGaN層CLbとを総称してInGaN層CLと言う場合がある。p側窒化物含有層DLaとn側窒化物含有層DLbとを総称して窒化物含有層DLと言う場合がある。
n側InGaN層CLbは、p側InGaN層CLaとAlGaN層MLとの間に設けられ、InybGa1−ybN(0<yb≦0.1)を含む。n側InGaN層CLbにおけるIn組成比ybは、例えば、井戸層WLにおけるIn組成比よりも低い。
複数のn側InGaN層CLbにおいてIn組成比(III族中のIn組成比)は、互いに同じでも良く、互いに異なっても良い。n側InGaN層CLbのIn組成比は、p側InGaN層CLaのIn組成比と同じでもよく、異なってもよい。任意のn側InGaN層CLbにおいて、In組成比ybは、0<yb≦0.1に設定される。任意のn側InGaN層CLbにおいて、In組成比yaは、例えば、0.002以上0.05以下である。In組成比ybは、例えば、0.003以上0.03以下である。以下では、説明を簡単にするために、複数のn側InGaN層CLbにおいてIn組成比が同じ(In組成比ybが一定)であり、p側InGaN層CLaのIn組成比とも同じであるとする。複数のn側InGaN層CLbにおけるIn組成比は、井戸層WLにおけるIn組成比よりも低い。
p側窒化物含有層DLaは、p側InGaN層CLaとn側InGaN層CLbとの間に設けられ、InzaGa1−zaN(0≦za<ya、0≦za<yb)を含む。
n側窒化物含有層DLbは、例えば、n側InGaN層CLbとAlGaN層MLとの間に設けられ、InzbGa1−zbN(0≦zb<ya、0≦zb<yb)を含む。
n側窒化物含有層DLbは、例えば、n側InGaN層CLbとAlGaN層MLとの間に設けられ、InzbGa1−zbN(0≦zb<ya、0≦zb<yb)を含む。
p側窒化物含有層DLaは、例えば、Inを含まない。p側窒化物含有層DLaは、例えば、GaNである。n側窒化物含有層DLbは、例えば、Inを含まない。n側窒化物含有層DLbは、例えば、GaNである。
中間層SLは、例えば、井戸層WLとAlGaN層MLとの間に設けられる。中間層SLの厚さは、例えば、1nm以下である。中間層SLの厚さは、例えば、0.5nmである。中間層SLは、例えば、設けなくてもよい。その場合、AlGaN層MLを井戸層WLに接して設けてもよい。
発光層ELにおいて、例えば、p側InGaN層CLaとAlGaN層MLとが接していてもよい。この場合、発光層ELは、例えば、p側窒化物含有層DLa、n側窒化物含有層DLb及びn側InGaN層CLbを含まない。成長時間が長いInGaNを成長させないので、発光層ELの成長時間が短くなる。
発光層ELにおいて、例えば、n側InGaN層CLbとAlGaN層MLとが接していてもよい。この場合、発光層ELは、例えば、n側窒化物含有層DLbを含まない。これにより、成長時間を短くできる。また、原料ガスの切り替え時間によるAlの抜けを防止することができる。
発光層ELにおいて、例えば、n側InGaN層CLbとAlGaN層MLとが接していてもよい。この場合、発光層ELは、例えば、n側窒化物含有層DLbを含まない。これにより、成長時間を短くできる。また、原料ガスの切り替え時間によるAlの抜けを防止することができる。
図2は、第1の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2に表したように、この例では、本実施形態に係る半導体発光素子110(半導体発光素子111)は、さらに、基板60と、バッファ層50と、n側電極70と、p側電極80と、を含む。例えば、基板60と発光部30との間に、n形半導体層10が設けられる。バッファ層50は、例えば、基板60とn形半導体層10との間に設けられる。
基板60には、例えばサファイアが用いられる。例えば、基板60には、サファイア(0001)基板が用いられる。基板60には、SiC基板、Si基板またはGaN基板を用いても良い。
バッファ層50には、例えば、GaN層が用いられる。バッファ層50の上に、例えば、n形半導体層10、発光部30及びp形半導体層20がこの順で形成される。基板60及びバッファ層50は、必要に応じて設けられ、省略してもよい。バッファ層50の上に上記の半導体層を形成した後に、基板60を除去しても良い。
n形半導体層10は、例えば、第1主面10aと第2主面10bとを有する。第1主面10aは、例えば、発光部30側の面である。第2主面10bは、第1主面10aの反対側の面である。
この例では、第1主面10a側において、n形半導体層10の一部が露出している。n側電極70は、n形半導体層10の露出する部分において、n形半導体層10と電気的に接続される。n側電極70は、例えば、n形半導体層10の第1主面10a側に配置される。
n形半導体層10は、第1部分10pと、第2部分10qと、を含む。第2部分10qは、Z軸方向と交差する方向において、第1部分10pと並ぶ。p形半導体層20は、pZ軸方向において第1部分10pと離間する。第1部分10pとp形半導体層20との間に、発光部30が配置される。
p側電極80は、例えば、p形半導体層20の上に配置される。
上に設けられる状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の層が挿入される状態も含む。
この例では、p側電極80は、第1p側電極部81と、第2p側電極部82と、を含む。第2p側電極部82は、第1p側電極部81とp形半導体層20との間に設けられる。
上に設けられる状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の層が挿入される状態も含む。
この例では、p側電極80は、第1p側電極部81と、第2p側電極部82と、を含む。第2p側電極部82は、第1p側電極部81とp形半導体層20との間に設けられる。
この例では、p形半導体層20は、第1p形層21と第2p形層22とを含む。第2p形層22は、第1p形層21と発光部30との間に設けられる。
n側電極70とp側電極80との間に電圧を印加すると、n形半導体層10及びp形半導体層20を介して、発光部30に電流が供給される。発光部30から光が放出される。
1つの例では、発光部30から放出される光(発光光)のピーク波長λpは、例えば、530ナノメートル(nm)以上である。別の例では、発光光のピーク波長λpは、例えば、530nm以上570nm未満である。別の例では、発光光のピーク波長λpは、例えば、570nm以上600nm未満である。別の例では、発光光のピーク波長λpは、例えば、600nm以上750nm以下である。
このような構成により、高効率が得られる。以下、本実施形態に係る半導体発光素子の構成を構築する基となった実験について説明する。
まず、半導体発光素子111の製造方法の例について説明する。
例えば、サファイア(0001)の基板60を、1100℃のサセプタ温度でサーマルクリーニングする。次に、サセプタ温度を500℃に下げ、基板60の上に、バッファ層50となるバッファ膜を成長させる。バッファ膜は、例えば、GaN膜である。
サセプタ温度を、例えば、1120℃まで昇温して、バッファ膜の上にn形半導体層10となるn形半導体膜を形成する。n形半導体膜は、例えば、Siをドープしたn形GaN膜である。
n形半導体膜の上に、n側障壁層BLNとなるn側障壁膜を形成する。n側障壁膜は、例えば、SiをドープしたGaNである。n側障壁膜(n側障壁層BLN)の厚さは、例えば、1nm以上50nm以下であり、例えば、12.5nmである。
その後、サセプタ温度を700℃以上800℃以下の範囲に降温して、第1井戸層WL1となる第1井戸膜を形成する。第1井戸膜は、例えば、InGaN膜である。第1井戸膜(第1井戸層WL1)の厚さは、例えば、約3nmである。第1井戸層WL1のIn組成比は、例えば、約0.23である。
この例では、第1井戸層WL1の上に、第1中間層SL1となる第1中間膜を形成する。第1中間膜(第1中間層SL1)の形成温度は、例えば、第1井戸層WL1の形成温度と同じである。第1中間膜は、例えば、GaN膜である。第1中間膜の厚さは、例えば、0.5nmである。
次に、サセプタ温度を、例えば、890℃に昇温して、第1AlGaN層ML1となる第1AlGaN膜を形成する。第1AlGaN膜(第1AlGaN層ML1)の厚さは、例えば、1nmである。第1AlGaN層ML1のAl組成比は、例えば、0.3である。
この例では、第1AlGaN層ML1の上に、第1n側窒化物含有層DLb1となる第1n側窒化物含有膜を形成している。第1n側窒化物含有層DLb1は、例えば、GaNである。第1n側窒化物含有層DLb1の厚さは、例えば、1nmである。
この例では、第1n側窒化物含有層DLb1の上に、第1n側InGaN層CLb1となる第1n側InGaN膜を形成している。第1n側InGaN膜(第1n側InGaN層CLb1)の厚さは、例えば、1nmである。第1n側InGaN層CLb1のIn組成比ybは、例えば、0.01である。
この例では、第1n側窒化物含有層DLb1の上に、第1n側InGaN層CLb1となる第1n側InGaN膜を形成している。第1n側InGaN膜(第1n側InGaN層CLb1)の厚さは、例えば、1nmである。第1n側InGaN層CLb1のIn組成比ybは、例えば、0.01である。
さらに、第1n側InGaN層CLb1の上に、第1p側窒化物含有層DLa1となる第1p側窒化物含有膜を形成する。第1p側窒化物含有層DLa1は、例えば、GaNである。第1p側窒化物含有層DLa1の厚さは、例えば、1nmである。
第1p側窒化物含有層DLa1の上に、第1p側InGaN層CLa1となる第1p側InGaN膜を形成する。第1p側InGaN膜(第1p側InGaN層CLa1)の厚さは、例えば、1nmである。第1p側InGaN層CLa1のIn組成比yaは、例えば、0.01である。
第1p側窒化物含有層DLa1の上に、第1p側InGaN層CLa1となる第1p側InGaN膜を形成する。第1p側InGaN膜(第1p側InGaN層CLa1)の厚さは、例えば、1nmである。第1p側InGaN層CLa1のIn組成比yaは、例えば、0.01である。
第1n側InGaN層CLb1及び第1p側InGaN層CLa1の形成温度は、例えば、810℃より高く905℃未満である。例えば、860℃以上890℃以下である。例えば、第1AlGaN層ML1の形成温度と同じである。第1n側窒化物含有層DLb1及び第1p側窒化物含有層DLa1の形成温度は、例えば、第1n側InGaN層CLb1及び第1p側InGaN層CLa1の形成温度と同じである。
第1p側InGaN層CLa1の上に、第1障壁層BL1となる第1障壁膜を形成する。第1障壁膜は、例えば、GaNである。第1障壁膜(第1障壁層BL1)の厚さは、例えば、第1中間層SL1、第1p側窒化物含有層DLa1、及び、第1n側窒化物含有層DLb1よりも厚い。第1障壁膜(第1障壁層BL1)の厚さは、例えば、4nmである。第1障壁層BLの形成温度は、例えば、890℃である。
これにより、第1発光層EL1が形成される。
これにより、第1発光層EL1が形成される。
上記と同様にして、例えば、第2発光層EL2〜第4発光層EL4を形成する。
これにより、発光部30が形成される。
これにより、発光部30が形成される。
発光部30の上に、例えば、p形半導体層20を形成する。この例では、発光部30の上に第2p形層22となる第2p形膜を形成する。第2p形膜(第2p形層22)は、例えば、第2濃度でMgをドープしたGaNである。第2p形層22の上に、第1p形層21となる第1p形膜を形成する。第1p形膜(第1p形層21)は、例えば、第1濃度でMgをドープしたGaNである。第1濃度は、例えば、第2濃度よりも高い。
第2p形層22の形成温度は、例えば、910℃である。第1p形層21の厚さは、例えば、80nmである。第1p形層21の形成温度は、例えば、910℃である。第1p形層21の厚さは、例えば、30nmである。
これにより、p形半導体層20が形成される。
第2p形層22の形成温度は、例えば、910℃である。第1p形層21の厚さは、例えば、80nmである。第1p形層21の形成温度は、例えば、910℃である。第1p形層21の厚さは、例えば、30nmである。
これにより、p形半導体層20が形成される。
これらの各層の成長には、例えば、有機金属気相堆積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法、及び、有機金属気相成長(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy:MOVPE)法などを用いることができる。
各半導体層の形成の際の原料には、以下を用いることができる。
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。
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。
その後、p形半導体層20の一部、発光部30の一部及びn形半導体層10の一部を、例えば、エッチング加工により除去し、n形半導体層10の一部を露出させる。
この露出したn形半導体層10の上に、例えば、n側電極70を形成する。n側電極70の形成には、例えば、電子ビーム蒸着法が用いられる。n側電極70には、例えば、Ti/Pt/Auが用いられる。
この露出したn形半導体層10の上に、例えば、n側電極70を形成する。n側電極70の形成には、例えば、電子ビーム蒸着法が用いられる。n側電極70には、例えば、Ti/Pt/Auが用いられる。
p形半導体層20の上に、例えば、p側電極80が形成される。この例では、p形半導体層20の上に、第2p側電極部82となる第2p側電極膜を形成している。第2p側電極膜の形成には、例えば、スパッタ法が用いられる。第2p側電極部82は、例えば、光透過性の電極である。第2p側電極部82には、例えば、In、Sn、Ga及びNiよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。例えばITO(Indium Tin Oxide)などが用いられる。例えば、光透過性の薄い金属層を用いても良い。
この例では、第2p側電極部82の上に、第1p側電極部81が形成される。第1p側電極膜の形成には、例えば、電子ビーム蒸着法が用いられる。第1p側電極部81には、例えば、Ti/Pt/Auが用いられる。
これにより、半導体発光素子111が形成される。
これにより、半導体発光素子111が形成される。
半導体発光素子111の発光層ELのバンド構造の例について説明する。
図3(a)及び図3(b)は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示する模式図である。
図3(a)は、半導体発光素子110(または半導体発光素子111)における第1発光層EL1のエネルギーバンドダイヤグラムの例を示している。図3(a)において、横軸は、バンドギャップエネルギーEgを表している。縦軸は、第1発光層EL1の積層方向(Z軸方向)を表している。図3(b)は、第1発光層EL1の透過型電子顕微鏡写真像である。図3(b)は、半導体発光素子110(または半導体発光素子111)の断面の像である。
図3(a)は、半導体発光素子110(または半導体発光素子111)における第1発光層EL1のエネルギーバンドダイヤグラムの例を示している。図3(a)において、横軸は、バンドギャップエネルギーEgを表している。縦軸は、第1発光層EL1の積層方向(Z軸方向)を表している。図3(b)は、第1発光層EL1の透過型電子顕微鏡写真像である。図3(b)は、半導体発光素子110(または半導体発光素子111)の断面の像である。
第1井戸層WL1のバンドギャップエネルギーEgは、低い。第1AlGaN層ML1のバンドギャップエネルギーEGは高い。n側障壁層BLN及び第1障壁層BL1のバンドギャップエネルギーEgは、第1井戸層WL1のそれよりも高く、第1AlGaN層ML1のそれよりも低い。第1p側InGaN層CLa1及び第1n側InGaN層CLbのバンドギャップエネルギーEgは、第1井戸層WL1のそれよりも高く、第1障壁層BL1のそれよりも低い。第1p側窒化物含有層DLa1、第1n側窒化物含有層DLb1及び第1中間層SL1のバンドギャップエネルギーEgは、第1井戸層WL1のそれよりも高く、第1AlGaN層ML1のそれよりも低い。
図3(b)に表したように、半導体発光素子110において、発光層EL(第1発光層EL1)は、井戸層WLと、AlGaN層MLと、n側InGaN層CLbと、p側InGaN層CLaと、がこの順に並んでいる。この例では、井戸層WLとAlGaN層MLとの間に中間層SLが設けられている。また、AlGaN層MLとn側InGaN層CLbとの間にn側窒化物含有層DLbが設けられている。さらに、n側InGaN層CLbとp側InGaN層CLaとの間にp側窒化物含有層DLaが設けられている。半導体発光素子110においては、効率が高い。
次に、本実施形態に係る半導体発光素子の特性の例について説明する。
図4は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図4において、横軸はピーク波長λp(nm)であり、縦軸は光出力OPである。光出力OPは、20mAの電流を流したときの光出力の相対値である。図4では、本実施形態に係る半導体発光素子111a及び111bの他に、参考例に係る半導体発光素子119a及び119bのデータも示している。
図4は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図4において、横軸はピーク波長λp(nm)であり、縦軸は光出力OPである。光出力OPは、20mAの電流を流したときの光出力の相対値である。図4では、本実施形態に係る半導体発光素子111a及び111bの他に、参考例に係る半導体発光素子119a及び119bのデータも示している。
半導体発光素子111aにおいては、第1発光層EL1の第1p側InGaN層CLa1及び第1n側InGaN層CLb1の形成温度は、それぞれ、840℃である。第2発光層EL2〜第4発光層EL4についても同様である。それ以外については、半導体発光素子111aの構成は、半導体発光素子111の構成と同じである。
半導体発光素子111bにおいては、第1発光層EL1の第1p側InGaN層CLa1及び第1n側InGaN層CLb1の形成温度は、それぞれ、890℃である。第2発光層EL2〜第4発光層EL4についても同様である。それ以外については、半導体発光素子111bの構成は、半導体発光素子111の構成と同じである。
一方、半導体発光素子119aの各発光層ELは、井戸層WLと、障壁層BLと、を含む。すなわち、発光層ELは、AlGaN層ML及びInGaN層CLを含まない。それ以外については、半導体発光素子119aの構成は、半導体発光素子111の構成と同じである。
半導体発光素子119bの各発光層ELは、井戸層WLと、AlGaN層MLと、障壁層BLと、を含む。すなわち、発光層ELは、InGaN層CLを含まない。それ以外については、半導体発光素子119bの構成は、半導体発光素子111の構成と同じである。
図4に表したように、半導体発光素子111a及び111b、参考例の半導体発光素子119a及び119bのそれぞれにおいて、ピーク波長λpが長くなると光出力OPは低下する。AlGaN層ML及びInGaN層CLを含まない半導体発光素子119aにおいては、ピーク波長λpが520nmよりも長くなると、光出力OPが顕著に低下する。
発光層ELがAlGaN層MLを含む半導体発光素子119bでは、半導体発光素子119aよりも、光出力OPが高い。これは、発光層ELにAlGaN層MLを設けることによって、例えば、量子閉じ込めシュタルク効果による発光効率の低下が抑制されるためである。この効果は、例えば、ピーク波長λpが520nm以上の場合に顕著である。
一方、本実施形態に係る半導体発光素子111a及び111bでは、発光層ELは、AlGaN層MLとInGaN層CLとを含む。半導体発光素子111a及び111bは、半導体発光素子119bよりも光出力OPがさらに高い。すなわち、効率が高い。この効果は、例えば、ピーク波長λpが530nm以上の場合において特に顕著である。
本実施形態に係る半導体発光素子111a及び111bにおいて高い光出力OPが得られるのは、以下によるものと考えられる。
半導体発光素子において、井戸層WLの格子間隔が他の層に比べて広いため、歪みが生じ、ピエゾ電界が発生する。このピエゾ電界によって、正孔の波動関数と電子の波動関数との重なり積分値が減少し、発光効率が低減する。特に、530nmよりも長い長波長の井戸層においては、歪みが大きくなり、この傾向が顕著となる。
半導体発光素子において、井戸層WLの格子間隔が他の層に比べて広いため、歪みが生じ、ピエゾ電界が発生する。このピエゾ電界によって、正孔の波動関数と電子の波動関数との重なり積分値が減少し、発光効率が低減する。特に、530nmよりも長い長波長の井戸層においては、歪みが大きくなり、この傾向が顕著となる。
第1AlGaN層ML1を設けることで、上述のように量子閉じ込めシュタルク効果による発光効率の低下は抑制される。しかしながら、発光層EL内にAlを含む層(例えば、AlGaN層ML)を設けると、歪みが導入されてピエゾ電界が発生し易くなると考えられる。
例えば、シュタルク効果を抑制するためには、例えば、第1発光層EL1において、第1AlGaN層ML1におけるAl組成比x1を、例えば、0.15以上に高くすることが有効である。しかしながら、この場合には、井戸層WL1に大きな歪みが生じる。
この歪みが残ったまま、次の層、例えば、第2発光層EL2の第2井戸層WL2を成長させると、第2井戸層WL2にミスフィット転位が生じることを見出した。
この歪みが残ったまま、次の層、例えば、第2発光層EL2の第2井戸層WL2を成長させると、第2井戸層WL2にミスフィット転位が生じることを見出した。
これに対して、半導体発光素子111a及び111bでは、第1発光層EL1内に第1p側InGaN層CLa1を設けている。この第1p側InGaN層CLa1を設けることで、ミスフィット転位は、例えば、第1p側InGaN層CLa1中に生じる。例えば、第2井戸層WL2にミスフィット転位等の欠陥が生じることを抑制できる。それによって、より高い効率を得ることができると考えられる。
一般には、格子不整合を小さくするために、発光層EL内における平均In組成が低くなるように設計される。これに対して、本実施形態に係る半導体発光素子においては、発光層ELにInを含む層を設けることによって、平均In組成比が高くなったとしても、高い効率が得られることを見出した。
p側InGaN層CLa及びn側InGaN層CLbの形成温度を、例えば、860℃以上890℃以下とすることで、より高い効率を得ることができる。これは、例えば、成長中の表面への原料原子の供給が均一化されるためであると考えられる。
半導体発光素子111a及び111bにおいては、各発光層ELが、2つの薄いInGaN層CL(p側InGaN層CLa及びn側InGaN層CLb)と2つの窒化物含有層DL(p側窒化物含有層DLa)を含む。
各発光層ELが1つのInGaN層CLを含んでいてもよい。一方で、例えば、各発光層ELに含まれるInGaN層CL及び窒化物含有層DLの数が多くなって、各発光層ELの厚さが厚くなりすぎると、平均In組成が高くなり、むしろ効率が低下する場合がある。各発光層ELに含まれるInGaN層CLの数は、例えば、2つ程度が好ましい。
各発光層ELが1つのInGaN層CLを含んでいてもよい。一方で、例えば、各発光層ELに含まれるInGaN層CL及び窒化物含有層DLの数が多くなって、各発光層ELの厚さが厚くなりすぎると、平均In組成が高くなり、むしろ効率が低下する場合がある。各発光層ELに含まれるInGaN層CLの数は、例えば、2つ程度が好ましい。
図3(a)に表したように、半導体発光素子111a及び111bにおいては、第1p側InGaN層CLa1及び第1n側InGaN層CLb1と、第1井戸層WL1との間の第1距離d1は、例えば、第1p側InGaN層CLa1及び第1n側InGaN層CLb1と、第2井戸層WL2との間の第2距離d2よりも長い。第1距離d1が、第2距離d2よりも短くてもよい。第1距離d1と第2距離d2とが同じでもよい。
第1距離d1及び第2距離d2は、例えば、各層(第1中間層SL1、第1AlGaN層ML1、第1n側窒化物含有層DLb1、第1n側InGaN層CLb1、第1p側窒化物含有層DLa1、第1p側InGaN層CLa1、第1障壁層BL1)の厚さにより決まる。これらの層のそれぞれの厚さの例については、後述する。
半導体発光素子111a及び111bにおいては、第1発光層EL1〜第4発光層EL4の全てが、AlGaN層ML及びInGaN層CLを含む。発光部30が複数の発光層ELを含む場合には、少なくとも1つの発光層ELにおいて、AlGaN層ML及びInGaN層CLが設けられる。このとき、p形半導体層20の近くに位置する発光層EL(例えば、第1発光層EL1)に、AlGaN層ML及びInGaN層CLを設けることが好ましい。ホールの注入効率が高い発光層(p形半導体層20に近い発光層)において、上記の効果が得られるため、高い効率が得易い。
図5(a)及び図5(b)は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図5(a)は、本実施形態に係る半導体発光素子111bと参考例に係る半導体発光素子119aの効率Effを表している。図5(a)において、横軸は、電流(mA)である。縦軸は、550nmの波長における相対発光効率Effである。
図5(b)は、本実施形態に係る半導体発光素子111bと参考例に係る半導体発光素子119bの効率Effを表している。図5(a)において、横軸は、電流(mA)である。縦軸は、相対光出力OP(波長は550nm)である。
図5(a)は、本実施形態に係る半導体発光素子111bと参考例に係る半導体発光素子119aの効率Effを表している。図5(a)において、横軸は、電流(mA)である。縦軸は、550nmの波長における相対発光効率Effである。
図5(b)は、本実施形態に係る半導体発光素子111bと参考例に係る半導体発光素子119bの効率Effを表している。図5(a)において、横軸は、電流(mA)である。縦軸は、相対光出力OP(波長は550nm)である。
図5(a)及び図5(b)に表したように、半導体発光素子111bにおいては、相対発光効率Eff及び相対光出力OPが、半導体発光素子119bよりも高い。
図6は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図6は、AlGaN層MLの厚さdMLを変えたときの相対EL強度を表している。図6において、横軸は、AlGaN層MLの厚さdML(nm)である。縦軸は、550nmの波長における相対EL強度Int1である。図6では、本実施形態に係る半導体発光素子112a及び112bの他に、参考例に係る半導体発光素子119cのデータも示している。
図6は、AlGaN層MLの厚さdMLを変えたときの相対EL強度を表している。図6において、横軸は、AlGaN層MLの厚さdML(nm)である。縦軸は、550nmの波長における相対EL強度Int1である。図6では、本実施形態に係る半導体発光素子112a及び112bの他に、参考例に係る半導体発光素子119cのデータも示している。
半導体発光素子112aには、半導体発光素子111bに関して説明した構成が適用されている。半導体発光素子112aの発光層ELに含まれるAlGaN層MLのAl組成比xは、0.3である。半導体発光素子112bは、各AlGaN層MLのAl組成比xが0.15であること以外は、半導体発光素子112aと同様の構成を有する。半導体発光素子119cは、各AlGaN層MLのAl組成比xが0であること以外は、半導体発光素子112aと同様の構成を有する。
図6に表したように、発光層ELが、AlGaN層MLを含む場合には、相対EL強度が高い。
図7は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図7では、各InGaN層CLの厚さdCLを変えたときの相対EL強度を表している。図7においては、横軸は、各InGaN層CLの厚さdCL(nm)である。縦軸は、550nmの波長における相対EL強度Int1である。図7には、本実施形態に係る半導体発光素子112c及び112dの他に、参考例に係る半導体発光素子119dのデータも示している。
図7では、各InGaN層CLの厚さdCLを変えたときの相対EL強度を表している。図7においては、横軸は、各InGaN層CLの厚さdCL(nm)である。縦軸は、550nmの波長における相対EL強度Int1である。図7には、本実施形態に係る半導体発光素子112c及び112dの他に、参考例に係る半導体発光素子119dのデータも示している。
半導体発光素子112cにおいては、p側InGaN層CLaのIn組成比ya、及び、n側InGaN層CLbのIn組成比ybは、それぞれ、0.01である。それ以外については、半導体発光素子111bの構成と同じである。半導体発光素子112dにおいては、p側InGaN層CLaのIn組成比ya、及び、n側InGaN層CLbのIn組成比ybが、それぞれ、0.05である以外は、半導体発光素子112cの構成と同じである。半導体発光素子119dにおいては、p側InGaN層CLaのIn組成比ya、及び、n側InGaN層CLbのIn組成比ybが、それぞれ、0である以外は、半導体発光素子112cの構成と同じである。
図7に表したように、InGaN層CLの厚さ、すなわちp側InGaN層CLaの厚さ及びn側InGaN層CLbの厚さがそれぞれ、1nmの場合には、発光層ELがInGaN層CLを含まない半導体発光素子119dよりも相対EL強度が高い。
半導体発光素子112cにおいては、InGaN層CLのIn組成比yが0.01と低い。半導体発光素子112cにおいては、各InGaN層CLの厚さがそれぞれ2nmの場合においても、相対EL強度が高い。
半導体発光素子112dにおいては、InGaN層CLのIn組成比yが0.05であり、半導体発光素子112cよりも高い。半導体発光素子112dにおいては、各InGaN層の厚さがそれぞれ2nmと厚い場合には、半導体発光素子119dよりも相対EL強度が低い。In組成比yが0.05と高い場合には、各InGaN層の厚さを2nm未満とすることが好ましい。
図8は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図8は、本実施形態に係る半導体発光素子112eにおいて、中間層SLの厚さdSLを変えたときの相対EL強度を表している。図8においては、横軸は、中間層SLの厚さdSL(nm)である。縦軸は、550nmの波長における相対EL強度Int1である。中間層SLの厚さdSLは、井戸層WL1とAlGaN層MLとの間の距離に相当する。半導体発光素子112eにおいては、AlGaN層MLにおけるAl組成比xは、0.3である。それ以外は、半導体発光素子111bの構成と同じである。
図8は、本実施形態に係る半導体発光素子112eにおいて、中間層SLの厚さdSLを変えたときの相対EL強度を表している。図8においては、横軸は、中間層SLの厚さdSL(nm)である。縦軸は、550nmの波長における相対EL強度Int1である。中間層SLの厚さdSLは、井戸層WL1とAlGaN層MLとの間の距離に相当する。半導体発光素子112eにおいては、AlGaN層MLにおけるAl組成比xは、0.3である。それ以外は、半導体発光素子111bの構成と同じである。
図8に表したように、中間層SLの厚さdSLが1nm以上の場合には、相対EL強度が低下する。中間層SLの厚さdSLは、例えば、2nm以下である。中間層SLの厚さdSLは、例えば、1nm以下が好ましい。中間層SLは、例えば、設けなくてもよい。
図9(a)〜図9(d)は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図9(a)〜図9(d)は、発光層ELに含まれるAlGaN層MLのAl組成比xを変えたときの発光強度の例を表している。図9(a)〜図9(d)においては、横軸は、それぞれピーク波長λp(nm)である。縦軸は、発光強度Int2である。図9(a)〜図9(d)では、AlGaN層MLを含まない半導体発光素子119eのデータも示している。
図9(a)〜図9(d)は、発光層ELに含まれるAlGaN層MLのAl組成比xを変えたときの発光強度の例を表している。図9(a)〜図9(d)においては、横軸は、それぞれピーク波長λp(nm)である。縦軸は、発光強度Int2である。図9(a)〜図9(d)では、AlGaN層MLを含まない半導体発光素子119eのデータも示している。
半導体発光素子113aにおいては、AlGaN層MLのAl組成比xは、0.09である。それ以外については、半導体発光素子111bの構成と同じである。
半導体発光素子113bにおいては、AlGaN層MLのAl組成比xが、0.13である以外は、半導体発光素子113aの構成と同じである。
半導体発光素子113cにおいては、AlGaN層MLのAl組成比xが、0.18である以外は、半導体発光素子113aの構成と同じである。
半導体発光素子113dにおいては、AlGaN層MLのAl組成比xが、0.30である以外は、半導体発光素子113aの構成と同じである。
半導体発光素子113bにおいては、AlGaN層MLのAl組成比xが、0.13である以外は、半導体発光素子113aの構成と同じである。
半導体発光素子113cにおいては、AlGaN層MLのAl組成比xが、0.18である以外は、半導体発光素子113aの構成と同じである。
半導体発光素子113dにおいては、AlGaN層MLのAl組成比xが、0.30である以外は、半導体発光素子113aの構成と同じである。
図9(a)〜図9(d)に表したように、Al組成比xが0.09または0.13の場合には、半導体発光素子119eよりも、発光強度が低い。一方、半導体発光素子113c及び113dにおいては、半導体発光素子119eよりも、発光強度が高い。
Al組成比は、例えば、ピーク波長λpに応じて適切に設定される。例えば、緑色(ピーク波長λpが例えば500〜570nm)の場合には、Al組成比xは、0.25以上0.6以下とする。これにより、高効率が得られる。例えば、黄色(ピーク波長λpが例えば570〜600nm)の場合には、Al組成比xは、0.3以上0.8以下とする。これにより、高効率が得られる。例えば、赤色(ピーク波長λpが例えば600〜750nm)の場合には、Al組成比xは0.4以上1以下とする。これにより、高効率が得られる。
図10は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図10は、半導体発光素子114aにおいて、発光層ELにおける各InGaN層CL(p側InGaN層CLa及びn側InGaN層CLb)におけるIn組成比yを変えたときの相対発光強度の例を表している。図10において、横軸は、各InGaN層CLにおけるIn組成比yである。縦軸は、550nmの波長における相対発光強度Int3である。半導体発光素子114aにおいては、発光層ELに含まれるAlGaN層MLのAl組成比xは0.25である。半導体発光素子114aにおいては、p側InGaN層CLa及びn側InGaN層CLbの厚さは、それぞれ、1nmである。半導体発光素子114aにおいては、それ以外の構成は、半導体発光素子111bと同じである。
図10は、半導体発光素子114aにおいて、発光層ELにおける各InGaN層CL(p側InGaN層CLa及びn側InGaN層CLb)におけるIn組成比yを変えたときの相対発光強度の例を表している。図10において、横軸は、各InGaN層CLにおけるIn組成比yである。縦軸は、550nmの波長における相対発光強度Int3である。半導体発光素子114aにおいては、発光層ELに含まれるAlGaN層MLのAl組成比xは0.25である。半導体発光素子114aにおいては、p側InGaN層CLa及びn側InGaN層CLbの厚さは、それぞれ、1nmである。半導体発光素子114aにおいては、それ以外の構成は、半導体発光素子111bと同じである。
図10に表したように、InGaN層を設けることで相対発光強度が高くなる。各InGaN層CLにおけるIn組成比yが0.1よりも大きい場合には、InGaN層CLを設けることによる効果が小さくなる。各InGaN層CLにおけるIn組成比yは、例えば、0より大きく0.1以下である。各InGaN層CLにおけるIn組成比yは、例えば、0.002以上0.05以下である。各InGaN層CLにおけるIn組成比yは、例えば、0.003以上0.03以下である。これにより、高効率が得られる。
図11は、第1の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図11は、半導体発光素子114b及び114cにおいて、発光層ELにおける各InGaN層CL(p側InGaN層CLa及びn側InGaN層CLb)におけるIn組成比yを変えたときの相対EL強度の例を表している。図11において、横軸は各InGaN層CLにおけるIn組成比yである。縦軸は、580nmの波長における相対EL強度Int1である。
図11は、半導体発光素子114b及び114cにおいて、発光層ELにおける各InGaN層CL(p側InGaN層CLa及びn側InGaN層CLb)におけるIn組成比yを変えたときの相対EL強度の例を表している。図11において、横軸は各InGaN層CLにおけるIn組成比yである。縦軸は、580nmの波長における相対EL強度Int1である。
半導体発光素子114a発光層ELに含まれるAlGaN層MLのAl組成比xは0.25である。半導体発光素子114bにおいては、p側InGaN層CLaとn側InGaN層CLbの厚さの合計は、2nmである。半導体発光素子114bのそれ以外の構成は、半導体発光素子111bと同じである。半導体発光素子114cにおいては、p側InGaN層CLaとn側InGaN層CLbの厚さの合計が3nmである以外は、半導体発光素子114bと同じである。
図11から分かるように、半導体発光素子114b及び114cにおいては、効率が高い。
図11から分かるように、半導体発光素子114b及び114cにおいては、効率が高い。
本実施形態において、Al組成比x及びIn組成比yは、例えば、エネルギー分散X線分光法(energy dispersive X-ray spectrometry:EDX)などの手法によって測定できる。二次イオン質量分析法(Secondary ion-microprobe mass spectrometer:SIMS)や、X線回折装置を用いたomega-2theta scanによる構造解析手法も用いることができる。
AlGaN層MLやInGaN層CLなどの結晶層の厚さは、例えば、結晶層の断面の電子顕微鏡写真像などから求められる。
AlGaN層MLは、例えば、層状である。InGaN層CLは、層状でも良く、網目状でも良い。網目状においては、開口部が設けられる。InGaN層CLが層状の場合には、例えば、上記の高効率化の効果が得易い。InGaN層CLが網目状の場合には、例えば、高効率化と共に動作電圧の低下の効果が得易い。
(第2の実施形態)
本実施形態は、半導体発光素子の製造方法に係る。この製造方法には、例えば、既に説明した半導体発光素子111の製造方法などを適用できる。
本実施形態は、半導体発光素子の製造方法に係る。この製造方法には、例えば、既に説明した半導体発光素子111の製造方法などを適用できる。
図12は、第2の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、窒化物半導体を含むn形半導体層10の上に設けられたn側障壁層BLNに接して第1井戸層WL1を形成する工程(ステップS110)を含む。この工程においては、第1井戸層WL1を第1温度T1で形成する。
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、窒化物半導体を含むn形半導体層10の上に設けられたn側障壁層BLNに接して第1井戸層WL1を形成する工程(ステップS110)を含む。この工程においては、第1井戸層WL1を第1温度T1で形成する。
本製造方法は、第1井戸層WL1の上に、Alx1Ga1−x1N(0.15≦x1≦1)を含む第1AlGaN層ML1を形成する工程(ステップS120)をさらに含む。この工程においては、第1AlGaN層ML1を第2温度T2で形成する。本製造方法は、第1AlGaN層ML1の上に、Inya1Ga1−ya1N(0<ya1≦0.1)を含む第1p側InGaN層CLa1を形成する工程(ステップS130)をさらに含む。この工程においては、第1p側InGaN層CLa1を第3温度T3で形成する。本製造方法は、第1p側InGaN層CLa1の上に、第1障壁層BLを形成する工程(ステップS140)をさらに含む。この工程においては、第1障壁層BL1を第4温度T4で形成する。
第4温度T4は、例えば、第1温度T1よりも高い。第4温度T4と第1温度T1との差は、例えば、50℃以上である。
第2温度T2は、例えば、第4温度T4と同じである。第3温度T3は、例えば、第4温度T4と同じである。
第2温度T2は、例えば、第4温度T4と同じである。第3温度T3は、例えば、第4温度T4と同じである。
第1温度T1は、例えば、700℃以上800℃以下である。第2温度T2、第3温度T3及び第4温度T4は、例えば、第1温度T1よりも50℃以上高い。第2温度T2、第3温度T3及び第4温度T4は、例えば、810℃以上905℃以下である。第2温度T2、第3温度T3及び第4温度T4は、例えば、860℃以上890℃以下である。
本実施形態に係る製造方法によれば、効率が高い半導体発光素子の製造方法が提供できる。
本実施形態に係る製造方法によれば、効率が高い半導体発光素子の製造方法が提供できる。
(第3の実施形態)
図13(a)及び図13(b)は、第3の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式図である。
図13(a)は、本実施形態に係る半導体発光素子115を例示する模式的断面図である。図13(a)に表したように、半導体発光素子115においても、n形半導体層10、p形半導体層20及び発光部30が設けられる。発光部30において、n側障壁層BLN及び発光層ELが設けられる。発光層ELには、井戸層WL、AlGaN層ML、n側InGaN層CLb、p側InGaN層CLa及び障壁層BLが設けられる。これらの層は、順次積層されている。n形半導体層10、p形半導体層20、n側障壁層BLN、井戸層WL、n側InGaN層CLb、p側InGaN層CLa及び障壁層BLについては、第1の実施形態に関して説明した構成及び材料が適用される。半導体発光素子115においては、AlGaN層MLにおけるAl組成比xは、0.5≦x≦1である。
図13(a)及び図13(b)は、第3の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式図である。
図13(a)は、本実施形態に係る半導体発光素子115を例示する模式的断面図である。図13(a)に表したように、半導体発光素子115においても、n形半導体層10、p形半導体層20及び発光部30が設けられる。発光部30において、n側障壁層BLN及び発光層ELが設けられる。発光層ELには、井戸層WL、AlGaN層ML、n側InGaN層CLb、p側InGaN層CLa及び障壁層BLが設けられる。これらの層は、順次積層されている。n形半導体層10、p形半導体層20、n側障壁層BLN、井戸層WL、n側InGaN層CLb、p側InGaN層CLa及び障壁層BLについては、第1の実施形態に関して説明した構成及び材料が適用される。半導体発光素子115においては、AlGaN層MLにおけるAl組成比xは、0.5≦x≦1である。
図13(b)は、発光層ELのZ軸方向に平行な断面における透過型電子顕微鏡写真像である。
図13(b)において、像中で、濃度(明るさ)が高い(暗い)部分が、井戸層WLに対応する。像中で、濃度が低い(明るい)部分が、AlGaN層MLに対応する。第iAlGaN層MLiと第(i+1)井戸層WL(i+1)との間において、中程度の濃度の部分が、第i障壁層BLi、第ip側InGaN層CLai及び第in側InGaN層CLbiに対応する(iは1以上の整数)。
図13(b)において、像中で、濃度(明るさ)が高い(暗い)部分が、井戸層WLに対応する。像中で、濃度が低い(明るい)部分が、AlGaN層MLに対応する。第iAlGaN層MLiと第(i+1)井戸層WL(i+1)との間において、中程度の濃度の部分が、第i障壁層BLi、第ip側InGaN層CLai及び第in側InGaN層CLbiに対応する(iは1以上の整数)。
井戸層WLには凹凸が形成されており、井戸層WLの厚さは、空間的に変化している。例えば、第i井戸層WLiの上面WLui(例えば、第1井戸層WL1の第1AlGaN層側の面)は凹凸を有している。
AlGaN層MLにも凹凸があり、AlGaN層MLの厚さは、空間的にばらついている(厚さの揺らぎを有している)。例えば、第iAlGaN層MLiの上面MLui(例えば、第1AlGaN層ML1の第1p側InGaN層CLa1側の面)は、凹凸を有している。図13(b)において、AlGaN層MLに対応する部分の像に、濃淡が観察される。透過型電子顕微鏡写真においては、試料の奥行き方向の平均的な情報が観察される。従って、透過型電子顕微鏡写真における像中の濃淡は、厚さのばらつきを反映している。
一方、第iInGaN層CLiの上面CLui(例えば、第1p側InGaN層CLa1の第1障壁層BL1側の面)は、面MLuiよりも平坦である。InGaN層CLは、例えば、層状である。
図14(a)〜図14(f)は、実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式図である。
図14(a)〜図14(c)は、第1AlGaN層ML1を形成した後、発光層ELの他の層を形成する前の試料の原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)像である。これらのAFM像においては、第1AlGaN層ML1の表面(Z軸方向に対して垂直な面)がZ軸方向に沿って観察されている。
図14(a)〜図14(c)は、第1AlGaN層ML1を形成した後、発光層ELの他の層を形成する前の試料の原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)像である。これらのAFM像においては、第1AlGaN層ML1の表面(Z軸方向に対して垂直な面)がZ軸方向に沿って観察されている。
図14(a)〜図14(c)は、それぞれ、半導体発光素子115a、115b及び112aに対応する。半導体発光素子115a及び115bには、半導体発光素子115に関して説明した構成が適用されている。半導体発光素子115a、115b及び112aにおいて、AlGaN層MLのAl組成比xは、それぞれ、0.9、0.5、0.3である。半導体発光素子112aにおいては、第1AlGaN層ML1は、例えば、ステップフロー成長によって、成膜されている。AlGaN層ML以外は、半導体発光素子115a、115b及び112aには、同じ構成が適用される。
図14(a)及び図14(b)から分かるように、半導体発光素子115a及び115bにおいては、第1AlGaN層ML1の表面に斑点状の濃淡が観察される。これらの斑点状の濃淡は、第1AlGaN層ML1の表面の段差に対応する。段差の大きさ(濃淡)は、成膜における原子ステップ数に応じた数(凹凸の大きさ)に対応する。半導体発光素子115a及び115bの第1AlGaN層ML1の表面は、凹凸を有している。半導体発光素子115aにおけるAlGaN層MLの厚さのばらつきの二乗平均平方根(RMS:Root_Mean Square)は、例えば、2.2nm程度である。半導体発光素子115bにおけるAlGaN層MLの厚さのばらつきのRMSは、例えば、1.6nm程度である。
一方、図14(c)に表した半導体発光素子112aにおいては、像の濃淡が少ない。すなわち、半導体発光素子112aにおける第1AlGaN層ML1の表面は、半導体発光素子115a及び115bにおける第1AlGaN層ML1の表面よりも平坦である。半導体発光素子112aにおける第1AlGaN層ML1の厚さのばらつきのRMSは、半導体発光素子115aにおける第1AlGaN層ML1の厚さのばらつきのRMSよりも小さい。例えば、半導体発光素子112aにおける第1AlGaN層ML1の厚さのばらつきのRMSは、0.5nm程度である。第1AlGaN層ML1の厚さのばらつきのRMSは、例えば、第1AlGaN層ML1のAl組成比x1が0.5以上の場合、大きい。
図14(d)〜図14(f)は、第1AlGaN層ML1を形成し、さらにその上に第1発光層EL1の他の層(第1n側InGaN層CLb1、第1p側InGaN層CLa1及び第1障壁層BL1など)を形成した後、第1障壁層BL1の表面を観察したAFM像である。
図14(d)〜図14(f)は、それぞれ、半導体発光素子115a、115b及び112aに対応する。
図14(d)〜図14(f)は、それぞれ、半導体発光素子115a、115b及び112aに対応する。
図14(a)と図14(d)との比較、及び、図14(b)と図14(e)との比較により、第1AlGaN層ML1を形成した直後の表面に対して、第1障壁層BL1の表面は、非常に平坦になっていることが分かる。
さらに、図14(d)と図14(f)との比較、及び、図14(e)と図14(f)との比較により、第1障壁層BL1の平坦性は、半導体発光素子115a及び115bの方が、半導体発光素子112aよりも高いことが分かる。
例えば、図14(d)及び図14(e)においては、図14(f)よりも、濃度の高い点(黒い点)が少ない。これらの点は、例えば、第1障壁層BL1に生じた穴を示している。
このように、半導体発光素子115aの第1障壁層BL1の表面、及び、半導体発光素子115bの第1障壁層BL1の表面は、半導体発光素子112aの第1障壁層BL1の表面よりも、平坦である。例えば、半導体発光素子115aの第1障壁層BL1の表面、及び、半導体発光素子115bの第1障壁層BL1の表面は、ステップアンドテラス構造を有している。
例えば、半導体発光素子115aの障壁層BLの厚さのばらつきのRMSは、0.2nm程度である。例えば、半導体発光素子115bの障壁層BLの厚さのばらつきのRMSは、0.3nm程度である。例えば、半導体発光素子112aの障壁層BLの厚さのばらつきのRMSは、0.6nm程度である。例えば、第1障壁層BL1のp側半導体層20側の面は、第1AlGaN層NL1の第1p側InGaN層CLa1側の面よりも平坦である。
例えば、第1井戸層WL1の形成において、第1井戸層WL1の表面に凹凸が生じる場合がある。第1井戸層WL1の表面に形成された凹凸が、厚さのばらつきが大きい第1AlGaN層ML1(例えばAl組成比xが0.5以上)により、凹みを補うように埋められる。これにより、その上に形成される第1InGaN層CL1の平坦性及び第1障壁層BL1の平坦性が改善する。第1障壁層BL1の表面に、観察される穴が減少する。例えば、第1p側InGaN層CLa1の第1障壁層BL1側の面は、第1AlGaN層ML1の第1p側InGaN層CLa1側の面よりも、平坦である。第1井戸層WL1の厚さのばらつきは、第1井戸層WL1の厚さと第1AlGaN層ML1の厚さとの和のばらつきよりも大きい。すなわち、第1井戸層WL1の厚さのばらつきは、n側障壁層BLNと第1p側InGaN層CLa1との間の距離のばらつきよりも大きい。
半導体発光素子115bのInGaN層CLは、例えば、層状に形成されている。例えば、発光層ELの厚さのばらつきが抑制されている。発光層ELの厚さのばらつきは、AlGaN層MLの厚さのばらつきよりも小さい。
第1AlGaN層ML1の厚さのばらつきのRMSは、第1AlGaN層ML1の厚さの平均値よりも大きくてもよい。第1AlGaN層ML1は、互いに離間したAlGaNを含む複数の部分を含んでも良い。すなわち、第1AlGaN層ML1は、島状に形成されてもよい。互いに離間した複数の部分のうちの少なくとも1つの部分は、Z軸方向に垂直な少なくとも1つの方向において、例えば、10ナノメートル以上200ナノメートル以下の幅を有する。例えば、Al組成比xが0.5以上の場合において、AlGaN層MLは、例えば、島状でも良い。
例えば、第1AlGaN層ML1が島状に形成されている場合、第1AlGaN層ML1の下の層(例えば、第1井戸層WL1)と、第1AlGaN層ML1の上の層(例えば、第1InGaN層CL1)と、が部分的に接触している。
厚さのばらつきが大きい第1AlGaN層ML1を形成し、その上に層状の第1InGaN層CL1を形成することで、発光層ELの結晶品質が向上する。
図15は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図15は、図4に、半導体発光素子115bのデータを加えたグラフ図である。半導体発光素子115bのAlGaN層MLのAl組成比xは、0.9である。
図15は、図4に、半導体発光素子115bのデータを加えたグラフ図である。半導体発光素子115bのAlGaN層MLのAl組成比xは、0.9である。
図15に表したように、Al組成比xの高い半導体発光素子115bにおいては、ピーク波長λpが長い場合の出力OPの低下が抑制されている。例えば、ピーク波長λpが570nm以上の場合に、発光効率の低下の抑制が顕著である。
例えば、Al組成比xが高く、厚さのばらつきの大きい第1AlGaN層ML1を形成する。第1AlGaN層ML1の上に層状の第1InGaN層CL1を形成する。これにより、発光層ELの結晶品質が向上し、長波長における発光効率が向上する。
図16は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図16は、半導体発光素子112aと半導体発光素子115bとにおける、動作電圧Vopを例示している。半導体発光素子112aにおいて、AlGaN層MLのAl組成比xは、0.3である。半導体発光素子115bにおいて、AlGaN層MLのAl組成比xは、0.9である。図16において、横軸は、電流(mA)である。縦軸は、動作電圧Vop(V)である。図16に表したように、半導体発光素子115bの動作電圧は、半導体発光素子112aの動作電圧よりも低い。
図16は、半導体発光素子112aと半導体発光素子115bとにおける、動作電圧Vopを例示している。半導体発光素子112aにおいて、AlGaN層MLのAl組成比xは、0.3である。半導体発光素子115bにおいて、AlGaN層MLのAl組成比xは、0.9である。図16において、横軸は、電流(mA)である。縦軸は、動作電圧Vop(V)である。図16に表したように、半導体発光素子115bの動作電圧は、半導体発光素子112aの動作電圧よりも低い。
例えば、第1AlGaN層ML1の厚さのばらつきが大きいと、第1AlGaN層ML1と第1井戸層WL1との界面の面積が大きくなる。界面の面積が大きいと、例えば、電流の流れる面積が大きくなる。例えば、AlGaN層MLが島状に形成された場合、互いに離間したAlGaNを含む各部分(各島)の間において電流が流れやすい。これにより、例えば、半導体発光素子115bにおいて、低い動作電圧が得られると考えられる。
AlGaN層MLの厚さのばらつきが比較的大きい場合、AlGaN層MLの厚さが薄い領域において、例えば、電流(例えばトンネル電流)が流れ易くなる。これにより、例えば、半導体発光素子115bにおいて、低い動作電圧が得られると考えられる。
半導体発光素子115bにおいては、例えば、In組成比yの高い第1InGaN層CL1は、Al組成比x1の高い第1AlGaN層ML1と、接している、または、近接している。第1InGaN層CL1の格子定数と第1AlGaN層ML1の格子定数との差は大きい。例えば、第1AlGaN層ML1に大きな歪みが生じる。歪みによって第1AlGaN層ML1に高い電界が生じる。例えば、第1AlGaN層ML1に三角ポテンシャルが生じ、鏡像効果が生じる。これにより、例えば、電流が流れやすくなる。
実施形態に係る半導体発光素子においては、例えば、第1井戸層WL1に近づけて第1AlGaN層ML1が設けられる。これにより、量子シュタルク閉じ込め効果による発光効率の低下が抑制される。例えば、AlGaN層MLのAl組成比xが0.5以上の場合、黄色や赤色の長波長における発光効率が改善される。
例えば、Al組成比xが0.5以上の場合、AlGaN層MLの抵抗が高くなり、半導体発光素子の動作電圧が高くなり過ぎる場合がある。それに対して、半導体発光素子115bにおいては、AlGaN層MLの厚さのばらつきが大きいことで、動作電圧を低減できる。
Al組成比xが高く、厚さのばらつきが大きいAlGaN層MLを形成することで、長波長における発光効率が改善し、動作電圧が低減された半導体発光素子を提供できる。
Al組成比xが高く、厚さのばらつきが大きいAlGaN層MLを形成することで、長波長における発光効率が改善し、動作電圧が低減された半導体発光素子を提供できる。
実施形態によれば、高効率の半導体発光素子及びその製造方法が提供できる。
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、BxInyAlzGa1−x−y−zN(0≦x<1,0≦y<1,0≦z<1,x+y+z≦1)なる化学式において組成比x、y及びzをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、N(窒素)以外のV族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれるn形半導体層、p形半導体層、発光部、発光層、井戸層、障壁層、AlGaN層、InGaN層、中間層、窒化物半導体層及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
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。
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。
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…n形半導体層、 10a…第1主面、 10b…第2主面、 10p…第1部分、 10q…第2部分、 20…p形半導体層、 21…第1p形層、 22…第2p形層、 30…発光部、 50…バッファ層、 60…基板、 70…n側電極、 80…p側電極、 81…第1p側電極部、 82…第2p側電極部、 110、111、111a、111b、112a〜112e、113a〜113d、114a〜114c、115、115a、115b、119a〜119e…半導体発光素子、 BL…障壁層、 BL1〜BLi…第1〜第i障壁層、 BLN…n側障壁層、 CL…InGaN層、 CLa…p側InGaN層、 CLa1〜CLai、CLan…第1〜第ip側InGaN層、第np側InGaN層、 CLb…n側InGaN層、 CLb1〜CLbi、CLbn…第1〜第in側InGaN層、第nn側InGaN層、 CLu1〜CLui…面、 DL…窒化物含有層、 DLa…p側窒化物含有層、 DLa1〜DLai、DLan…第1〜第ip側窒化物含有層、第np側窒化物含有層、 DLb…n側窒化物含有層、 DLb1〜DLbi、DLbn…第1〜第in側窒化物含有層、第nn側窒化物含有層、 Eff…効率、 Eg…バンドギャップエネルギー、 EL…発光層、 EL1〜ELi、ELn…第1〜第i発光層、第n発光層、 ML…AlGaN層、 ML1〜MLi、MLn…第1〜第iAlGaN層、第nAlGaN層、 MLu1〜MLui…面、 SL…中間層、 SL1〜SLi、SLn…第1〜第i中間層、第n中間層、 OP…光出力、 T1〜T4…第1〜第4温度、 Vop…動作電圧、 WL…井戸層、 WL1〜WLi…第1〜第i井戸層、WLu1〜WLui…面 d1…第1距離、 d2…第2距離、 λp…ピーク波長
Claims (21)
- 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530ナノメートル以上のピーク波長の光を放出する発光部と、
を備え、
前記発光部は、n側障壁層と、第1発光層と、を含み、
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、Alx1Ga1−x1N(0.15≦x1≦1)を含む第1AlGaN層と、
前記第1AlGaN層と前記第1障壁層との間に設けられ、Inya1Ga1−ya1N(0<ya1≦0.1)を含む第1p側InGaN層と、
を含む半導体発光素子。 - 前記第1AlGaN層と前記第1井戸層との間の距離は、2ナノメートル以下である請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記第1AlGaN層は、前記第1井戸層に接する請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記x1は、0.25以上であり、前記第1AlGaN層の厚さは、1原子層以上2ナノメートル以下である請求項1または2記載の半導体発光素子。
- 前記x1は、0.3以上であり、前記第1AlGaN層の厚さは、1原子層以上2ナノメートル以下である請求項1または2記載の半導体発光素子。
- 前記x1は、0.25以上0.6以下であり、
前記ピーク波長は、570ナノメートル未満である請求項1または2記載の半導体発光素子。 - 前記x1は、0.3以上0.8以下であり、
前記ピーク波長は、570ナノメートル以上600ナノメートル以下である請求項1または2記載の半導体発光素子。 - 前記x1は、0.4以上1以下であり、
前記ピーク波長は、600ナノメートル以上750ナノメートル以下である請求項1または2記載の半導体発光素子。 - 前記x1は、0.5以上1以下であり、
前記第1p側InGaN層の前記第1障壁層側の面は、前記第1AlGaN層の前記第1p側InGaN層側の面よりも平坦である請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記x1は、0.5以上1以下であり、
前記第1障壁層の前記p形半導体層側の面は、前記第1AlGaN層の前記第1p側InGaN層側の面よりも平坦である請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記x1は、0.5以上1以下であり、
前記第1発光層の厚さのばらつきは、前記第1AlGaN層の厚さのばらつきよりも小さい請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記x1は、0.5以上1以下であり、
前記第1井戸層の厚さのばらつきは、前記n側障壁層と前記第1p側InGaN層との間の距離のばらつきよりも大きい請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記第1AlGaN層は、互いに離間したAlx1Ga1−x1Nを含む複数の部分を含み、前記複数の部分のうち少なくとも1つの部分は、前記第1井戸層から前記第1障壁層へ向かう第1方向に対して垂直な少なくとも1つの方向において、10ナノメートル以上200ナノメートル以下の幅を有する請求項9〜12のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記y1は、0.002以上0.05以下であり、前記第1p側InGaN層の厚さは、1原子層以上2ナノメートル未満である請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記y1は、0.003以上0.03以下であり、前記第1p側InGaN層の厚さは、1原子層以上2ナノメートル以下である請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1発光層は、
前記第1p側InGaN層と第1AlGaN層との間に設けられInyb1Ga1−yb1N(0<yb1≦0.1)を含む第1n側InGaN層と、
前記第1p側InGaN層と前記第1n側InGaN層との間に設けられInza1Ga1−za1N(0≦za1<ya1、0≦za1<yb1)を含む第1p側窒化物含有層と、
をさらに含む請求項1〜15のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記第1AlGaN層は前記第1p側InGaN層と接する請求項1〜15のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1AlGaN層と前記第1n側InGaN層とが接する、請求項16記載の半導体発光素子。
- 窒化物半導体を含むn形半導体層の上に設けられたn側障壁層の上に、第1井戸層を第1温度で形成し、
前記第1井戸層の上に、Alx1Ga1−x1N(0.15≦x1≦1)を含む第1AlGaN層を、前記第1温度よりも高い第2温度で形成し、
前記第1AlGaN層の上に、Inya1Ga1−ya1N(0<ya1<1)を含む第1p側InGaN層を、前記第1温度よりも高い第3温度で形成し、
前記第1p側InGaN層の上に、第1障壁層BLを前記第1温度よりも高い第4温度で形成する半導体発光素子の製造方法。 - 前記第2温度と前記第1温度との差は、50℃以上であり、
前記第3温度と前記第1温度との差は、50℃以上であり、
前記第4温度と前記第1温度との差は、50℃以上である請求項19記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第2温度は、860℃以上890℃以下であり、
前記第3温度は、860℃以上890℃以下である請求項19または20記載の半導体発行素子の製造方法。
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