JP5258285B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
また、多層積層構造を用いた反射層については特許文献1によれば500〜650nmの可視光の範囲では反射率が100%に近いものの短波長側では反射率が落ちている。短波長の光に対しての反射層については非特許文献1に示すように360nm以下の波長で60〜80%の反射率が得られているが、上記の問題がある。いずれにしても、光の反射に対しては、多層積層構造または金属による反射層を設けることが前提としてあり、付随する問題を解決することに主眼が置かれていた。さらには、反射層を設ける場合、基板は平坦であることが必要であり、指向性の向上は発光素子以外の例えばランプ装置の構造に委ねられていた。
(1)半導体基板上に、n型又はp型の下側半導体層と、発光層と、p型又はn型の上側半導体層とを積層してなる半導体層を持つ半導体発光素子において、前記発光素子のピーク波長は200〜350nmであり、前記半導体基板は、前記発光素子のピーク波長における反射率が60%以上である物性を有し、反射層としての機能を兼ね、Si又はGaAsからなり、前記半導体基板の表面は、凹状をなすか又は前記半導体層を取り囲む傾斜面を有し、発光層からの光を上方へ反射することを特徴とする半導体発光素子。
(実施例1)
実施例1は、図1に示すように、直径2インチで結晶面が(111)、基板厚300μmのSiからなる半導体基板10を用意し、MOCVD法を用い、前記Si基板10上に、膜厚1000nmの緩衝層20であるAlN層20を形成し、該AlN層20上に、下側半導体層40として、SiがドープされたAlGaNである、n型コンタクト層(図示せず)及びn型クラッド層(図示せず)を、順次積層させてなる、膜厚2μmのn型窒化物半導体層を形成し、該n型窒化物半導体層40上に、発光層50として、量子井戸構造を有する、膜厚100nmのInAlGaN層50を形成し、該InAlGaN層50の上に、上側半導体層60として、MgがドープされたAlGaNからなる、p型ブロック層(図示せず)及びp型クラッド層(図示せず)を順次形成し、その上に、MgがドープされたGaNからなるp型コンタクト層(図示せず)を形成してなる、膜厚1μmのp型窒化物半導体層60を形成した。その後、エッチングにより前記n型コンタクト層を露出させ、その上にN電極70を設けた後、pコンタクト層上にP電極80を設けることにより、サンプルとなる半導体発光素子を作製した。なお、発光波長は280nmとなるように調整した。
実施例2は、図3(a)に示すように、直径2インチで結晶面が(111)、基板厚300μmのSiからなる半導体基板10を、エッチングで加工することにより、表面が前記上側半導体層40の発光面サイズに対応して凹状をなすSi基板11を得た。なお、該Si基板11の傾斜面は(100)である。その後、実施例1と同様の方法により、AlN層20、n型窒化物半導体層40、InAlGaN層50、及びp型窒化物半導体層60を順次形成し、電極70、80を設けることにより、サンプルとなる半導体発光素子を作製した。なお、発光波長は280nmとなるように調整した。
実施例3は、図3(b)に示すように、Si基板11とn型コンタクト層(図示せず)とが電気的に接続されるように、迂回電極90を形成し、また、Si基板11の裏面にN電極70を形成したこと以外は、実施例2と同様の方法により、サンプルとなる半導体発光素子を作製した。なお、発光波長は280nmとなるように調整した。
実施例4は、図4(a)に示すように、直径2インチで結晶面が(111)、基板厚300μmのSiからなる半導体基板12を、エッチングで加工することにより、半導体層30を取り囲む傾斜面12aを有するSi基板12を得た。なお、前記傾斜面は(100)である。その後、実施例1と同様の方法により、AlN層20、n型窒化物半導体層40、InAlGaN層50、及びp型窒化物半導体層60を順次形成し、電極70、80を設けることにより、サンプルとなる半導体発光素子を作製した。なお、発光波長は280nmとなるように調整した。
実施例5は、図4(b)に示すように、Si基板12とn型コンタクト層(図示せず)とが電気的に接続されるように、迂回電極90を形成し、また、Si基板12の裏面にN電極70を形成したこと以外は、実施例4と同様の方法により、サンプルとなる半導体発光素子を作製した。なお、発光波長は280nmとなるように調整した。
実施例6は、図5(a)に示すように、直径2インチのサファイア基板(図示せず)上に、実施例1と同様の方法により、AlN層20、n型窒化物半導体層40、InAlGaN層50、及びp型窒化物半導体層60を順次形成し、p型窒化物半導体層60のp型コンタクト層(図示せず)上に、Cu合金からなる支持基板(図示せず)を接着用ワックスで貼り付けた後、前記サファイア基板をリフトオフすることにより、n型窒化物半導体層40のnコンタクト層(図示せず)を露出させた。その後、n型コンタクト層(図示せず)の上に、AuSnからなる接合層100を部分的に形成して、Si基板10(直径2インチ、結晶面 (111)、膜厚300μm)と接合させた後、接着用ワックスを溶解させて前記成長用基板を除去し、Si基板10の裏面にN電極70を設け、pコンタクト層上にP電極80を設けることにより、サンプルとなる半導体発光素子を作製した。部分的にAuSnからなる接合層100を形成することでAuSnのない部分に照射された光を基板で反射して取り出すことが出来る。本実施例では接合層100の面積が接合面全体の面積の40%となるようにドット状の接合層100を形成した。なお、発光波長は280nmとなるように調整した。
実施例7は、図5(b)に示すように、エッチングにより、Si基板13の形状が複数の凹部(凹部のサイズ:30μmΦ)を有するように加工されていること以外は、実施例6と同様の方法によりサンプルとなる半導体発光素子を作製した。なお、発光波長は280nmとなるように調整した。
比較例1は、直径2インチで結晶面が(0001)、膜厚300μmのサファイア基板を半導体基板10として用いたこと以外は、実施例1と同様の方法により、サンプルとなる半導体発光素子を作製した。なお、発光波長は280nmとなるように調整した。
比較例2は、前記緩衝層20の上に、窒化物多層膜からなる反射層(図示せず)を形成したこと以外は、比較例1と同様の方法によりサンプルとなる半導体発光素子を作製した。なお、発光波長は280nmとなるように調整した。
(1)軸上強度
発光効率は、上記実施例及び比較例で作製した半導体発光素子に、20mAの電流を流し、分光光度計を用いてチップ上面側の軸上強度を計測することにより行い、以下の基準に従って評価した。チップと分光光度計の距離は50cm、立体角は1×10-6ステラジアンで測定を行った。比較例1を基準(100)とした評価結果を表1に示す。
◎:130超え
○:100超え、130以下
×:100以下
配光性は、実施例1及び実施例5で作製した半導体発光素子に、20mAの電流を流して分光光度計を用いて測定した。チップと分光光度計の距離は50cm、立体角は1×10-6ステラジアンで測定を行った。チップを180度回転しながら測定を行い、配光特性を測定した。評価結果を図6に示す。
10、11、12、13 Si基板
20 緩衝層
30 半導体層
40 下側半導体層
50 発光層
60 上側半導体層
70 N電極
80 P電極
90 迂回電極
100 接着層
Claims (4)
- 半導体基板上に、n型又はp型の下側半導体層と、発光層と、p型又はn型の上側半導体層とを積層してなる半導体層を持つ半導体発光素子において、
前記発光素子のピーク波長は200〜350nmであり、前記半導体基板は、前記発光素子のピーク波長における反射率が60%以上である物性を有し、反射層としての機能を兼ね、Si又はGaAsからなり、
前記半導体基板の表面は、凹状をなすか又は前記半導体層を取り囲む傾斜面を有し、発光層からの光を上方へ反射することを特徴とする半導体発光素子。 - 前記半導体基板と前記半導体層との間に、緩衝層をさらに形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記緩衝層は、AlNからなることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体基板と前記半導体層との間に、金属からなる接合層をさらに形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
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