JP5437538B1 - 窒化物半導体発光素子およびその窒化物半導体発光素子を備えた光源 - Google Patents
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Abstract
本願に開示された窒化物半導体発光素子は、n側電極、p側電極、n側電極に電気的に接続されたn型窒化物半導体層、非極性面または半極性面の主面を有するp型窒化物半導体層、およびn型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層の間に位置する活性層を備える。p型窒化物半導体層は、30ナノメートル以上50ナノメートル以下の高さを有する突起を含み、突起は、マグネシウムだけではなくシリコンをも含有するp型窒化物半導体から形成され、p型窒化物半導体は、1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下のシリコン濃度を有し、突起は、活性層からp側電極に向けて突出しており、窒化物半導体発光素子の平面視において、p側電極は、突起に重なり、突起は、転位を含み、突起の周囲には、p型窒化物半導体から形成されている平坦面が形成されており、突起は、平坦面よりも高い転位密度を有している。
Description
本願は、非極性面または半極性面半導体層を備えた窒化物半導体発光素子およびその窒化物半導体発光素子を備えた光源に関している。
V族元素に窒素(N)を含む窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素子の材料として有望視されている。なかでも、窒化物半導体の研究が盛んに行われており、窒化物半導体を用いた青色発光ダイオード(LED)素子及び緑色LED素子、並びに青色半導体レーザ素子も実用化されている。
窒化物半導体は、一般式AlxGayInzN(但し、0≦x,z<1、0<y≦1、x+y+z=1である。)で表される。
窒化物半導体は、GaをAlやInで置換することにより、そのバンドギャップをGaNのバンドギャップよりも大きくすることも小さくすることも可能である。これにより、青色又は緑色等の短波長の光のみならず、オレンジ色又は赤色等の長波長の光を発光させることも可能となる。このような特徴から、窒化物半導体発光素子は、画像表示装置及び照明装置等に応用することも期待されている。
窒化物半導体はウルツ鉱型結晶構造を有している。図1および図2(a)〜(d)は、ウルツ鉱型結晶構造の面方位を4指数表記(六方晶指数)で表している。図1に示すように、4指数表記では、a1、a2、a3及びcで表される基本ベクトルを用いて結晶面及びその面方位が表される。基本ベクトルcは、[0001]方向に延びており、この方向の軸は「c軸」と呼ばれる。図2(a)に示すように、c軸に垂直な面(plane)は「c面」又は「(0001)面」と呼ばれる。図2(b)〜(d)には、m面「=(10−10)面」、a面「=(11−20)面」およびr面「=(10−12)面」を示している。なお、本明細書においては、ミラー指数を表すカッコ内の数字の左側に付された符号「−」は、その指数の反転を便宜的に表している。
図3は窒化物半導体の結晶構造を棒球モデルで表している。図4(a)はm面表面付近の原子配列をa軸方向から観察した棒球モデルである。m面は、図4(a)の紙面に垂直である。図4(b)は、+c面表面の原子配列をm軸方向から観察した棒球モデルである。c面は、図4(b)の紙面に垂直である。図3及び図4(a)から分かるように、m面に平行な平面上にN原子及びGa原子が位置している。これに対して、c面では、図3及び図4(b)から分かるように、Ga原子のみが配置される層と、N原子のみが配置される層とが形成される。
従来から、窒化物半導体を用いて半導体素子を作製する場合は、窒化物半導体結晶を成長させる基板として、c面基板すなわち(0001)面を主面とする基板が用いられている。この場合、Ga原子及びN原子の配置に起因して、窒化物半導体にはc軸方向に自発的な分極(Electrical Polarization)が形成される。このため、「c面」は「極性面」とも呼ばれる。分極の結果、窒化物半導体発光素子の発光層を構成するInGaNからなる量子井戸層には、c軸方向に沿ってピエゾ電界が発生する。発生したピエゾ電界により、発光層内における電子及びホールの分布に位置ずれが生じ、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果によって、発光層の内部量子効率が低下するという問題がある。この発光層における内部量子効率の低下を抑制するため、(0001)面に形成される発光層の厚さは3nm以下となるように設計されている。
さらに近年、非極性面と呼ばれるm面若しくはa面、又は半極性面と呼ばれる−r面若しくは(11−22)面を主面とする基板を用いて、発光素子を作製することが検討されている。図2に示すように、ウルツ鉱型結晶構造におけるm面はc軸に平行であり、c面と直交する6つの等価な面である。例えば、図2において[10−10]方向に垂直な(10−10)面がm面に該当する。(10−10)面と等価な他のm面には、(−1010)面、(1−100)面、(−1100)面、(01−10)面及び(0−110)面がある。
図3及び図4(a)に示すように、m面においては、Ga原子及びN原子は同一原子面上に存在するため、m面に垂直な方向に分極は発生しない。このため、m面を成長面とする半導体積層構造を用いて発光素子を作製すれば、発光層にピエゾ電界が発生せず、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果による内部量子効率の低下という問題を解決することができる。このことは、m面以外の非極性面であるa面でも同様であり、また、半極性面と呼ばれる−r面又は(11−22)面でも類似の効果を得ることができる。
Applied Physical Letters vol.91 191906 (2007)
非極性面および半極性面を成長面に有する窒化物半導体発光素子においては、発光効率のさらなる向上が求められている。
本願の、限定的ではない例示的なある実施形態は発光効率が向上した窒化物半導体発光素子および光源を提供する。
上記課題を解決するために、本発明の一態様にかかる窒化物半導体発光素子は以下を具備する:n側電極、p側電極、前記n側電極に電気的に接続されたn型窒化物半導体層、非極性面または半極性面の主面を有するp型窒化物半導体層、および前記n型窒化物半導体層および前記p型窒化物半導体層の間に位置する活性層、ここで、前記p型窒化物半導体層は、30ナノメートル以上50ナノメートル以下の高さを有する突起を含み、前記突起は、マグネシウムだけではなくシリコンをも含有するp型窒化物半導体から形成され、前記p型窒化物半導体は、1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下のシリコン濃度を有し、前記突起は、前記活性層から前記p側電極に向けて突出しており、前記窒化物半導体発光素子の平面視において、前記p側電極は、前記突起に重なり、前記突起は、転位を含み、前記突起の周囲には、前記p型窒化物半導体から形成されている平坦面が形成されており、前記突起は、前記平坦面よりも高い転位密度を有している。
本発明の一態様にかかる窒化物半導体発光素子によれば、発光効率を向上させることができる。
本発明の一態様の概要は以下のとおりである。
本発明の一態様にかかる窒化物半導体発光素子は以下を具備する:n側電極、p側電極、前記n側電極に電気的に接続されたn型窒化物半導体層、非極性面または半極性面の主面を有するp型窒化物半導体層、および前記n型窒化物半導体層および前記p型窒化物半導体層の間に位置する活性層、ここで、前記p型窒化物半導体層は、30ナノメートル以上50ナノメートル以下の高さを有する突起を含み、前記突起は、マグネシウムだけではなくシリコンをも含有するp型窒化物半導体から形成され、前記p型窒化物半導体は、1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下のシリコン濃度を有し、前記突起は、前記活性層から前記p側電極に向けて突出しており、前記窒化物半導体発光素子の平面視において、前記p側電極は、前記突起に重なり、前記突起は、転位を含み、前記突起の周囲には、前記p型窒化物半導体から形成されている平坦面が形成されており、前記突起は、前記平坦面よりも高い転位密度を有している。
前記突起は、5.0×10-7cm2以上3.8×10-6cm2以下の表面積を有していてもよい。
前記転位密度は、1.0×105cm-2以上1.0×107cm-2以下であってもよい。
前記p型窒化物半導体は、5.0×1019cm-3以上5.0×1020cm-3以下のマグネシウム濃度を有していてもよい。
前記突起の断面形状は、正方形、長方形、円または楕円であってもよい。
窒化物半導体発光素子は、さらにp型窒化物半導体積層構造を具備し、前記p型窒化物半導体積層構造は、p型窒化物半導体電子ブロック層、およびp型窒化物半導体コンタクト層を具備し、前記p型窒化物半導体電子ブロック層は、前記活性層および前記p型窒化物半導体コンタクト層の間に挟まれ、前記p型窒化物半導体コンタクト層は、前記p側電極および前記p型窒化物半導体電子ブロック層の間に挟まれ、前記p型窒化物半導体電子ブロック層は、前記p型窒化物半導体層であってもよい。
前記p型窒化物半導体電子ブロック層および前記p型窒化物半導体コンタクト層の間に、他のp型窒化物半導体層が挟まれていてもよい。
前記p型コンタクト層は、5.0×1019cm-3以上5.0×1020cm-3以下のマグネシウム濃度を有し、かつ前記p型コンタクト層は、26ナノメートル以上60ナノメートル以下の厚みを有していてもよい。
前記p型窒化物半導体層は、前記活性層に近い側にSiドープ層を有し、前記Siドープ層は、10nm以上100nm以下の厚さを有し、前記Siドープ層は、1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下のシリコン濃度を有していてもよい。
前記p型窒化物半導体層は、前記活性層に近い側から100nm以下の範囲において、Alを含んでいてもよい。
本発明の一態様である光源は以下を具備する:上記いずれかに記載の窒化物半導体発光素子、および前記窒化物半導体発光素子から放射された光の波長を変換する蛍光物質を含む波長変換部。
以下、本実施形態における発光効率の向上について説明する。
一般的に、窒化物半導体(窒化物半導体)から構成される活性層の量子井戸層(例えばInxGa1-xN(0<x<1)層)の結晶品質を向上させれば、窒化物半導体発光素子(例えばLED)の発光効率を高めることができる。InxGa1-xN(0<x<1)層に貫通転位やらせん転位、ミスフィット転位や積層欠陥などの転位が存在する場合、その近傍には非発光中心が高い密度で発生しているため、LEDの効率が低下する。そのため、可能な限り転位を発生させずにInxGa1-xN(0<x<1)層を成長する研究が精力的におこなわれている。
転位を少なくするには、LED構造を成長する基板としてGaN系自立基板を用いてホモエピタキシャル成長を行い、格子不整合を小さくすることが有効である。しかし、貫通転位やらせん転位などの転位はもともとGaN系自立基板にも備わっており、その上に成長するLED構造には基板の転位が引き継がれてしまう。したがって、ホモエピタキシャル成長であっても非発光中心による効率低下を完全に防ぐことは難しい。特に、非極性面もしくは半極性面を成長面(主面)とするGaN系自立基板では、転位が発生しやすい場合があり、典型的には、1.0×105cm-2以上の密度で貫通転位やらせん転位などの転位(「結晶欠陥」とも呼ばれる)が存在する。
サファイアや炭化珪素(SiC)などを基板としてヘテロエピタキシャル成長を実施する場合は、基板の物質と窒化物半導体との格子不整合に起因して、基板とLED構造との界面に貫通転位やミスフィット転位などの転位が発生することが知られている。ヘテロエピタキシャル成長では、基板とLED構造の間に緩衝層(バッファ層)を挿入して結晶欠陥を低減する工夫が施されることが多いが、完全に転位の発生を抑止することはできない。
GaN系自立基板からLED構造に引き継がれる転位は、成長面(主面)に略垂直に、LED構造の各層を横断して伝搬する。またヘテロエピタキシャル成長において基板とLED構造の間で発生する転位も、成長面(主面)に略垂直に、LED構造の各層を横断して伝搬する。転位の種類には、貫通転位やらせん転位、ミスフィット転位、刃状転位、混合転位、積層欠陥など様々あるが、本明細書では総じて「転位」と表現する。上述したように、「転位」は、「結晶欠陥」とも呼ばれる。転位は種類がどのようなものであっても、近傍には非発光中心が多く存在する。
本発明の実施形態に関係する転位をTEM(Transmission Electron Microscope)による分析で観察したところ、図10(a)に示すように、基板から引き継がれた転位がLED構造の表面までほぼ真っ直ぐに伝搬する様子が得られた。図10(a)からでは、単独の欠陥が発生しているのか、もしくは複数の欠陥がごく近い範囲に集中して発生しているのかは判別できない。また図10(b)に示すように、欠陥が複数に分岐して向きを変え、広がりながら表面まで伝搬する様子も得られた。
LED構造を成長した基板を真上から見るとき、図10(a)に示すように真っ直ぐに伝搬する欠陥は、点状もしくは線状の露出で表面に到達する。また、図10(b)に示すように分岐して伝搬する欠陥は、ある程度の面積を有した露出で表面に到達する。
本発明の実施形態においては、LED構造を成長した基板を真上から見るときの露出の広さや形状に関係なく、欠陥が集中する領域及びその近傍で非発光中心が多く発生している領域のことを欠陥部と表現する。欠陥部は貫通転位やらせん転位などの転位が集中する領域及びその近傍で非発光中心が発生している範囲であり、結晶成長に使用した基板の内部からLED構造の最表面における露出まで、成長面(主面)に垂直な方向にLED構造の各層を横断して存在する。
発光効率の低下を防ぐには、ホモエピタキシャル成長ではGaN系自立基板の転位を低減するように当該基板の品質を改善するか、あるいはヘテロエピタキシャル成長では成長界面で発生する転位がLED構造に引き継がれにくくなるような加工を基板にあらかじめ施すことが考えられる。しかし、GaN系自立基板の品質向上の研究は盛んにおこなわれているものの、現状の転位密度を大幅に低減するような革新的技術の報告はなされていない。また、あらかじめ基板に加工を施すことも、コスト・歩留の面から難しいと考えられる。
上記に対し、本発明者らは、非極性面もしくは半極性面を成長面(主面)とする場合に、ホモエピタキシャル成長で基板から引き継がれる転位や、ヘテロエピタキシャル成長で発生する転位への電流注入を選択的に低減し、できるだけ転位から離れた領域を主として発光に寄与させることにより、発光効率の低下を抑制する検討をおこなった。その結果、コストを抑えつつ目的を達成できる技術を発見するに至ったので、以下にその経緯について説明する。
非極性面もしくは半極性面を成長面(主面)とするp型窒化物半導体層は仕事関数が大きいために、p側電極とのコンタクト抵抗が高くなる。p型窒化物半導体層がp側電極と接触する最表面側に、p型ドーパントを高濃度で含むp型コンタクト層を設けることにより、コンタクト抵抗を低減することができる。
本発明者は、例えば、マグネシウム(Mg)などのp型ドーパントを5.0×1019cm-3以上5.0×1020cm-3以下の比較的高濃度で含むp型コンタクト層を、26nm以上60nm以下の厚さで設けることにより、コンタクト抵抗を3.0×10-4Ωcm2程度まで再現よく低減させられることを突き止めた。p側電極は、例えば、Ag、Pt、Mo又はPdから構成されることが良好であることが分かった。または、Ag、Pt、Mo又はPdとMg又はZnとの合金から構成されていてもよいことが分かった。p型コンタクト層が26nmよりも大きいことにより、コンタクト抵抗を十分に低減することができることが分かった。また、p型コンタクト層の厚さが60nm以下であることにより、p型コンタクト層自体のバルク抵抗が大きくなって電流注入が妨げられるのを回避することができることが分かった。
本発明者らは、p型コンタクト層が厚い場合に、バルク抵抗が大きくなって電流注入が抑制されることに注目し、転位とその周辺部分だけp型コンタクト層を局所的に厚くすることにより、転位への注入電流を低減することができると考えた。例えば、p型コンタクト層を転位とその周辺部分だけ選択的に60nm以上の厚さになるように成長させることにより、転位とその周辺部分の抵抗が増大して転位とその周辺部分への注入電流を低減することができる。
ところで、非極性面もしくは半極性面を成長面(主面)とするp型窒化物半導体層では表面凹凸が発生しやすい。その機構については定かではないが、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)といったp型ドーパントが添加されることが原因であると考えられる。表面凹凸の形状は成長面(主面)とする面方位によって若干の差異が見られるが、典型的にはピラミッド型のヒロックとして観察される。例えば、非極性m面を成長面とした場合に見られる特徴的なピラミッド型のヒロックについては、大きさ、形状、密度、結晶軸との関係などが非特許文献1に詳しく報告されている。
特許文献1は、表面凹凸のことを「ピラミッド状の凸部」と表現して、「無極性面や半極性面を有する窒化物半導体基板を用いた場合において、p型窒化物半導体薄膜を900度より低い成膜温度Tg(Tg<900℃)で成膜すると、p型窒化物半導体薄膜の横方向成長を効果的に抑制することができることが分かった。より好ましくは、600℃以上880℃以下の成膜温度で成膜することが望ましい。600℃より低い温度で成膜すると、ピラミッド状の凸部が成長表面に多数発生するために、このピラミッド状の凸部の影響でp型窒化物半導体薄膜の厚さがばらつき、電流の活性層への不均一注入が発生する。(中略)成膜温度が低いほどピラミッド状の凸部は数多く発生する。600℃以上の温度で成膜することにより、ピラミッド状の凸部の発生を抑制」することができると記述している。ピラミッド状の凸部(表面凹凸)が成長表面に発生することを課題視しており、これを抑制するために700℃を上回る温度で成膜をおこなうことが重要であると主張している。
また特許文献2も、p型窒化物半導体層の表面モフォロジーを示す図面(特許文献2の図14)を、表面平坦性が良好でない例として掲載している。
以上のように、近年、非極性面もしくは半極性面を成長面(成長面)とするp型窒化物半導体層はピラミッド型のヒロックの発生によって表面凹凸が形成されやすいことが知られるようになっている。しかし、いずれも表面平坦性の悪化もしくは電流不均一注入の要因になるといった問題を発生させる課題として認識されている。
それに対し、本実施形態は、この非極性面成長もしくは半極性面成長に特徴的な表面凹凸の自発的な発生を制御し、意図的に形成できるようにした上で、利用しようという着想に基づいてなされたものである。すなわち、本実施形態はLED構造において、欠陥部を略中心として表面凹凸の凸部が形成されるように制御することで、転位とその周辺部分のみp型コンタクト層を厚くするものである。p型コンタクト層が厚い箇所は抵抗が大きいために、p型コンタクト層が薄い箇所に比べて電流注入が起こりにくい。したがって、転位近傍の非発光中心が多く存在する箇所への注入電流を低減することでき、発光効率の低下を抑制できる。
本発明者らは、例えば、p型窒化物半導体層に、Mgなどのp型ドーパントと共にシリコン(Si)を添加すると、貫通転位やらせん転位などの転位の周辺部分だけ、p型窒化物半導体層(p型コンタクト層)の厚さを大きくすることができることを発見した。
LED構造は通常、基板上にn型窒化物半導体層、活性層、p型窒化物半導体層をこの順に堆積して作製する。尚、p型窒化物半導体層は最表面側にp型コンタクト層を含んでいてもよく、今後は特別に断らない限り、「p型窒化物半導体層」という表現は、最表面にp型コンタクト層を含む場合も表わすものとする。p型窒化物半導体層には、例えば、Mg、Be、Znなどのp型ドーパントとともにSiを添加してもよい。これにより、低コストで貫通転位やらせん転位などの転位が存在する欠陥部とその周辺部分だけを周囲に比べて相対的に厚くすることができる。
本実施形態を用いると貫通転位やらせん転位などの転位を中心にして、p型窒化物半導体層の厚さを局所的に大きくすることができるが、なぜそのような現象に至るのかは明らかでない。しかし添加するSiにはアンチサーファクタントとしての機能があることが知られているため、Siが転位やその周辺に偏在することでp型窒化物半導体層の成長レートが転位とその周辺部分だけ増大し、結果的に転位とその周辺部分だけが厚膜化するのではないかと考えられる。尚、転位とその周辺部分のみの選択的な厚さ増大はp型ドーパントが存在しない条件では起こりにくい。したがって、p型ドーパントとSiを共に添加すればよい。p型窒化物半導体層(p型コンタクト層)の厚さを、欠陥部とその周辺部分だけ局所的に厚く成長すると、成長表面には凹凸が形成されることになる。今後、表面の凹凸のうち、局所的に厚く成長したところを、形状に関係なく凸部と表現する。
Siの濃度は、例えば、1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下としてもよい。Siはn型のドーパントであるが、Si濃度が6.0×1017cm-3以下であることにより、p型キャリアへの影響を抑制することができる。また、Si濃度が1.0×1017cm-3以上であることにより、より適切に凸部を形成することができる。
Si添加は、例えば、p型窒化物半導体層の成長を開始する際に実施すればよい。これにより、転位とその周辺のみに凸部を再現性良く形成することができる。例えば、p型窒化物半導体層の堆積の開始と同時にSiの供給を開始してもよい。また、p型窒化物半導体層の堆積開始から30nm以内の範囲においてSiの供給を開始していてもよい。さらに、50nm以内の範囲においてSiの供給を開始していてもよい。p型窒化物半導体層を堆積する間中ずっと継続してSi添加をおこなってもよいが、p型窒化物半導体層の堆積開始から100nm以内の範囲にSi添加を終えていてもよい。これにより、p型窒化物半導体層の電気特性の制御が容易になる。また、例えば、Siを添加する厚さが10nm以上であれば、凸部を再現性よく形成することができる。
例えば、p型窒化物半導体層が、p−AlGaN電子ブロック層106(図7に示す)またはオーバーフロー抑制層を有する場合、これらの層の成長開始時にSiを添加してもよい。また、p型窒化物半導体層が、p-GaN層107およびp−GaNコンタクト層108を有する場合、これらの層の成長開始時にSiを添加してもよい。
また、p型窒化物半導体層と活性層との間にアンドープ層を中間層として設けてもよい。Siの供給を停止した後に形成するp型層の厚さは、500nm以下であってもよい。これにより、一旦形成された凸部が消失するのを回避することができる。
本実施形態の方法を用いない場合には凸部が発生しなくなるような高温成長であっても、本実施形態の方法によると、p型窒化物半導体層の最表面に凸部を形成することができる。
p型窒化物半導体層の成長温度は、例えば、800℃以上であってもよい。これにより、成長温度が低いことによる抵抗率の増大を抑制することができる。特に、p型窒化物半導体層に含まれるMg濃度が3.0×1018cm-3以上3.0×1019cm-3以下の範囲になるように成長をおこなう場合における低成長温度による抵抗率の増大を抑制することができる。
ところで、特許文献1には、p型窒化物半導体層を低温で成長すると、最表面にピラミッド状の凸部が発生しやすいことが記載されている。さらに特許文献1には、700℃以上の高温でp型窒化物半導体層を成長するとピラミッド状の凸部の自発的発生は抑えられることが記載されている。尚、p型窒化物半導体層を低温で成長する場合に発生する表面凹凸(ピラミッド状の凸部)は、転位とその周辺部分だけに選択的に発生するものではない。また、従来技術のピラミッド状の凸部は底面積が大きく、一つのピラミッド状の凸部が多数の転位を覆うもので、選択的に転位への電流注入を抑制するものではない。
これに対して本実施形態は、p型窒化物半導体層(または、p型窒化物半導体層に含まれる各層)の堆積開始時にSiを添加するという極めて簡便な方法によって、凸部を形成する箇所を転位とその周辺部分だけに限定することができる。さらに、p型窒化物半導体層を800℃以上の高温で成長しても、表面に凸部を形成することができると共に、良好な抵抗率を実現することができる。
本実施形態を用いるとp型窒化物半導体層を、欠陥部とその周辺部分だけ選択的かつ局所的に厚膜化することができるが、p型窒化物半導体層が最も厚膜化される位置(凸部の中心)と転位が厳密に一致しない場合もある。しかし転位はp型窒化物半導体層が最も厚膜化される位置(凸部の中心)の極めて近傍に存在することができるために、本発明の実施形態の効果を享受するのに問題はない。
図5に、本実施形態を用い、成長温度を変化させてp型窒化物半導体層を作製した試料の表面AFM微分像(80×80μm)を示す。p型窒化物半導体層の最表面には30nmの厚さのp型コンタクト層が設けられており、図5に示すAFM微分像は、p型コンタクト層の表面モフォロジーである。
図5(a)、(b)および(c)に示される試料におけるp型窒化物半導体層の成長温度はそれぞれ、790℃、890℃、1025℃である。試料はすべて非極性面であるm面を成長面(主面)とするGaN自立基板上に、n型窒化物半導体層、p型窒化物半導体層、p型コンタクト層をこの順に堆積している。ただし、p型コンタクト層においては、p型ドーパントであるMgの濃度がp型窒化物半導体層の他の領域よりも高くなるだけで、p型コンタクト層と、p型窒化物半導体層のうちp型コンタクト層以外の領域との間に層としての明確な区別はない。n型窒化物半導体層は1070℃の温度で成長させ、その後、基板をそれぞれの設定温度まで下げ、十分な待機時間を設けた後に、p型窒化物半導体層の成長を開始している。図5(a)、(b)および(c)の試料のすべてにおいて、p型窒化物半導体層の堆積開始直後のみSiを同量添加しているが、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析で確認したところ、Siが添加されたのはp型窒化物半導体層のはじめの30nmの厚さの範囲だけであり、濃度は30nmの厚さの領域内において等しく3.0×1017cm-3であった。
図5(a)、(b)では形状に差異が見られるものの、表面に凸部が形成されているのが確認できる。図5(a)、(b)および不図示のAFM像から計測した凸部は、典型的に1.0×105cm-2以上1.0×107cm-2以下の密度で存在しており、使用したGaN自立基板に備わる転位密度と一致する結果であった。また、特許文献1には700℃以上の温度でピラミッド状の凸部の自発的発生が抑えられると記載されているが、本実施形態によれば図5(b)に示されるように890℃の高温成長であっても表面に凸部を意図的に形成することができる。しかし、図5(c)に示されるように、Siを添加しても、1025℃の高温成長では表面に凸部を形成することはできなかった。したがって、本実施形態においては、例えば、p型窒化物半導体層を1025℃を下回る温度で成長すればよい。
ところで図5(a)、(b)および(c)に示す試料のp型窒化物半導体層の抵抗率は、それぞれ、5.2Ωcm、1.0Ωcm、および0.9Ωcmであった。したがって本実施形態を用いれば、890℃付近を成長温度とすることで、p型窒化物半導体層の抵抗率を1.0Ωcm程度まで十分に低減しながら、転位とその周辺部分に選択的に凸部を形成することができる。本発明者の検討では、Siの添加濃度を1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下とし、p型窒化物半導体層の成長温度を850℃以上とすると、凸部を十分に形成することができ、かつ抵抗率を2.0Ωcm以下に抑えることができる。尚、p型窒化物半導体層の抵抗率が2.0Ωcm以下の良好な値を示す成長温度では、典型的には、図5(b)に示されるようなピラミッド状の凸部が見られる。
図5(a)もしくは(b)に示される一つ一つの凸部においては、凸部の中心をねらって実施したTEM分析から、貫通転位やらせん転位などの転位が略中心に配置されていることが分かった。本発明者が作製した試料について、凸部の中心をねらって実施したTEM分析の一例を図10に示した。図10に示したものをはじめとするTEM分析では、転位が厳密に凸部の中心の位置に一致するかどうかの判断は解像度の問題で困難であった。しかし転位が凸部の中心近傍にあることは間違いないといえる。
図10(b)に示すように、転位が凸部の表面(p型窒化物半導体層における成長面)に露出する際に空孔の形成を伴う場合があり、その場合には、凸部のうち転位(空孔)の縁に位置する部分の高さは、その凸部内において極大の高さを有する。言い換えれば、その凸部において転位(空孔)の縁に位置する部分(転位の近傍)は、その周辺領域よりも高い位置に配置されている。その凸部において、中心からの距離が大きくなるに従って高さが減少していく。
図5(a)では、凸部の中心から離れるにしたがって段階的に高さが低減し、図5(b)では、略連続的に高さが低減した。しかしいずれにおいても、非発光中心が多く存在する転位とその周辺部分(凸部の略中心)でp型コンタクト層の厚さが極大となるため、電流注入を起こりにくくする効果を発揮できる。
上述したようにp型コンタクト層の厚さが60nmを上回ると抵抗率が増大する。このため、転位とその周辺部分だけp型コンタクト層の厚さが60nmを上回るように凸部を形成できれば、転位とその周辺部分だけ電流が注入されにくい電流不均一注入に至る。本発明者が検討したところ、p型窒化物半導体層の堆積開始の際に添加するSi濃度を1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下の範囲になるように調整し、なおかつp型コンタクト層のMg濃度を5.0×1019cm-3以上5.0×1020cm-3以下の範囲になるように調整したとき、p型窒化物半導体層のうちp型コンタクト層以外の部分をおよそ100〜200nmの厚さで堆積し、その直上にp型コンタクト層をおよそ30〜40nmの厚さで堆積すると、p型コンタクト層の凸部の高さ(表面凹凸の高低差)は典型的に30〜50nm程度であることが分かった。したがって凸部の略中心にある転位とその周辺部分(凸部の略中心)のp型コンタクト層の厚さを典型的に60nm以上とすることができ、非発光中心が多く存在する箇所への注入電流を低減し、発光効率の低下を抑制することができる。
凸部の高さ(表面凹凸の高低差)は、AFMやレーザ顕微鏡などで測定することが可能である。ここでは、凸部の高さを、凸部の中心と、凸部の麓において表面が(p型窒化物半導体層の成長面から)傾斜しはじめた位置との高さの差で表わしている。図5(b)中の点線で示された部分にある凸部を拡大したものを図6に示す。図6にある3つの点Pa、Pbのうち、中央の点Paは凸部の中心部であり、両脇の2つの点Pbは表面が傾斜しはじめた麓の位置である。凸部の高さは、中央の点Paにおける高さと、両脇の2つの点Pbのうちのいずれかの位置の高さの差である。
凸部の高さは、p型窒化物半導体層の成長条件や堆積する厚さによって変化する。特にp型ドーパント濃度の影響は大きく、p型窒化物半導体層に含まれるMgの濃度が3.0×1018cm-3以上3.0×1019cm-3以下の範囲であるときは凸部は形成できるものの、p型窒化物半導体層を100〜200nmの厚さで堆積する間に、例えば10〜20nm程度の高低差が生じるに留まる。これに対してMgの濃度が5.0×1019cm-3以上5.0×1020cm-3以下の範囲にあるp型コンタクト層の場合は、30〜40nmの厚さを堆積する間に、例えば20〜30nm程度の高低差が生じる。
ところで本実施形態においては、p型コンタクト層を転位とその周辺部分のみ選択的に厚くし、局所的に注入電流を低減する。すなわち、本実施形態は、LEDに敢えて電流不均一注入を起こすことを意図したものである。したがって転位を略中心として凸部が発生する領域が広すぎると、p型コンタクト層の厚さが大きい領域の方が多くなり、全体的に電流注入が起こりにくいLEDとなって動作電圧が過剰に大きくなってしまう。このため、一つ一つの凸部が占める面積は小さい方が良い。本発明者の検討によれば、一つ一つの凸部の麓をたどって区切られる面積(すなわち、平面視における凸部の面積)が、5.0×10-7cm2以上3.8×10-6cm2以下の範囲であってもよい。一つ一つの凸部が占める面積が5.0×10-7cm2以上であることにより、凸部が十分な高さを有するようになり、転位とその周辺部分への注入電流を低減する効果が十分に発揮される。また、一つ一つの凸部が占める面積が3.8×10-6cm2以下であることにより、動作電圧の上昇が抑制される。
以上、図5に示される形状の凸部を例示して本実施形態の内容を説明した。しかし、本実施形態においては、基板から引き継がれる貫通転位やらせん転位などの転位の周辺部分において、p型コンタクト層を意図的に局所的に厚くすればよく、そのためには、凸部そのものの形状は、図5、図6に示されるような形状でなくてもよい。したがって凸部は図5(b)に見られるようなピラミッド型のヒロックである必要はなく、一つ一つの凸部の底面形状は略正方形、略長方形、略円、略楕円など、転位を略中心に持つものであれば何でもよい。なお、「略正方形」および「略長方形」は、例えば、正方形や長方形の角部が丸まったものや、各辺が直線ではなく曲線のものを含む。また、「略円」および「略楕円」は、形が歪んだものを含む。また、p型ドーパントについてMgを例にして説明したが、BeやZnなど、他のp型ドーパントを用いてもよい。
(実施形態1)
以下、図7及び図11を参照しながら、本発明の実施の形態1にかかる窒化物半導体発光素子401(以下、単に発光素子401と呼ぶ)と、その製造方法を説明する。
以下、図7及び図11を参照しながら、本発明の実施の形態1にかかる窒化物半導体発光素子401(以下、単に発光素子401と呼ぶ)と、その製造方法を説明する。
図7は、実施形態1の発光素子401を示す断面図である。発光素子401は、結晶成長用の基板101と、基板101に支持されるn−GaN層(n型窒化物半導体層)102と、p型窒化物半導体層100と、n−GaN層102とp型窒化物半導体層100との間に位置する多重量子井戸活性層105とを備えるように作製した。p型窒化物半導体層100の上にはp側電極110を設け、n−GaN層102の上にはn側電極109を設けた。
基板101の成長面(主面)は非極性面もしくは半極性面であり、p型窒化物半導体層100の成長面も非極性面もしくは半極性面である。なお、基板101は、結晶成長後に除去されていてもよい。
p型窒化物半導体層100の成長面は、複数の転位と、複数の転位のそれぞれの位置に配置され、p型窒化物半導体層100の厚さが局所的に大きい複数の凸部とを有する。例えば、1つの凸部の略中心に、1つの転位が位置している。転位は、単独の転位から構成されているか、または複数の転位の集合体から構成されている。転位が複数の転位の集合体である場合、その転位の集合体は、p型窒化物半導体層100において転位が位置しない領域によって、他の転位とは分離されている。転位の集合体を構成するそれぞれの転位は、単独の転位が分岐したものであってもよい。転位は、p型窒化物半導体層100の成長面において、例えば点状、線状またはある程度の面積を有している。
各転位は、p型窒化物半導体層100の成長面に露出していてもよい。この場合、p型窒化物半導体層100の成長面において、各凸部は、転位を囲むように設けられている。
本実施形態において、「p型窒化物半導体層100」は、p−AlGaN電子ブロック層106、p−GaN層107、p−GaNコンタクト層108を有する。p型窒化物半導体層100は、多重量子井戸活性層105に近い側にSiドープ層111を有していても良い。Siドープ層111は、例えば、10nm以上100nm以下の厚さを有し、1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下の濃度で前記Siを含有する。Siドープ層111がp−AlGaN電子ブロック層106よりも薄く、Siドープ層111の全部が、p−AlGaN電子ブロック層106に含まれていてもよい。また、Siドープ層111とp−AlGaN電子ブロック層106の厚さが同じで、Siドープ層111とp−AlGaN電子ブロック層106が一致していてもよい。また、Siドープ層111がp−AlGaN電子ブロック層106よりも厚く、p−AlGaN電子ブロック層106の全部がSiドープ層111に含まれていてもよい。
Siドープ層111の厚さを10nm以上とすることにより、凸部を再現性よく形成することができる。また、Siドープ層111の厚さを100nm以下とすることにより、n型ドーパントであるSiを添加しても、p型窒化物半導体層の電気特性を所望の値に制御することが容易となる。
基板101としては、非極性面もしくは半極性面を成長面(主面)とするGaN系自立基板がを用いられが、これに限定されるものではない。表面に非極性面もしくは半極性面を主面とする窒化物半導体層が形成されたSiC基板またはサファイア基板であってもよい。LED構造における活性層とp型窒化物半導体層が、非極性面もしくは半極性面を成長面(主面)とする窒化物系半導体層であれば、本実施形態の効果を得ることができる。
多重量子井戸活性層105をはじめとする窒化物半導体の堆積は、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法で行った。まず基板101をバッファードフッ酸溶液(BHF)で洗浄し、その後十分に水洗して乾燥した。基板101は洗浄後、なるべく空気に触れさせないようにして、MOCVD装置の反応室に載置した。その後、窒素源であるアンモニア(NH3)のみを供給しながら基板をおよそ850℃まで加熱して基板表面にクリーニング処置を施した。
次にトリメチルガリウム(TMG)とシラン(SiH4)を供給し、基板を1100℃程度に加熱してn−GaN層102を堆積した。シランはn型ドーパントであるSiを供給する原料ガスである。
次にSiH4の供給を止めて基板の温度を800℃未満まで降温し、トリメチルインジウム(TMI)の供給を開始し、InyGa1-yN(0≦y<1)障壁層103を堆積した。さらにInxGa1-xN(0≦y<x<1)井戸層104を堆積した。InyGa1-yN(0≦y<1)障壁層103とInxGa1-xN(0≦y<x<1)井戸層104は2周期以上で交互に堆積することで、発光部となる多重量子井戸活性層105を形成する。2周期以上とするのは、InxGa1-xN(0≦y<x<1)井戸層104の数が多い方が、大電流駆動時において井戸層内部のキャリア密度が過剰に大きくなることを防ぎ、また活性層をオーバーフローするキャリアの数を減らすことができるため、素子の特性が良好となるためである。InxGa1-xN(0≦y<x<1)井戸層104は、例えば、その厚さが6nm以上20nm以下となるように成長時間を調整して堆積をおこなった。また、InxGa1-xN(0≦y<x<1)井戸層104を隔てるInyGa1-yN(0≦y<1)障壁層103は、例えば、その厚さが6nm以上40nm以下となるように成長時間を調整して堆積をおこなった。
この段階で結晶成長を停止し、反応室から取り出した試料の表面の光学顕微鏡像と、試料の断面模式図を図11(a)に示す。図11(a)で示す断面模式図の横幅のスケールはおよそ20μmであるが、結晶成長方向のスケールは誇張して描写している。表面には大型のピラミッド状のヒロックが形成されていたが、その発生密度は低く、基板101がもともと1.0×105cm-2以上1.0×107cm-2以下の密度で備えている貫通転位やらせん転位などの転位の密度とは合致しなかった。この段階では基板101にもともと備わる転位に個別に対応する凸部は発生していないことが分かった。
多重量子井戸活性層105の堆積後は、TMIの供給を停止し、キャリアガスには窒素に加えて、水素の供給を再開した。さらに成長温度を800℃〜1000℃に上昇させ、トリメチルアルミニウム(TMA)と、p型ドーパントであるMgの原料としてCp2Mgを供給し、p−AlGaN電子ブロック層106を10〜30nmの厚さで形成した。
このように、AlGaN電子ブロック層106などAlを含む層を、多重量子井戸活性層105に近い側から100nm以下の範囲に形成してもよい。これにより、多重量子井戸活性層105をオーバーフローする電子を低減し、電子が多重量子井戸活性層105において、効率よく発光再結合を生じさせることができる。
p−AlGaN電子ブロック層106を堆積する際には微量のSiH4を供給し、p−AlGaN電子ブロック層106にSiを添加した。このとき、p−AlGaN電子ブロック層106に存在するSiの濃度が1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下となるようにSiH4の供給量を調整した。Siを供給することにより、この上に堆積するp−GaN層107およびp−GaNコンタクト層108の表面に凸部を形成することができる。
この段階で結晶成長を停止し、反応室から取り出した試料の表面の光学顕微鏡像と、試料の断面模式図を図11(b)に示す。図11(b)で示す断面模式図の横幅のスケールはおよそ20μmであるが、結晶成長方向のスケールは誇張して描写している。図11(b)に示す試料ではp−AlGaN電子ブロック層106をおよそ20nmの厚さとなるように堆積した。図11(b)では、図11(a)で見られたような大型のピラミッド状のヒロックに加えて、表面に微細な凸部が形成され始めていることが分かった。1つの微細な凸部の高低差は10nm以下のものが多く、この段階では高低差があまり大きくないものについては発生していることを判断することも難しいものがあることが分かった。
次にTMAの供給を停止し、p−GaN層107を形成した。さらにCp2Mgの供給流量を増大させ、p−GaN層107の直上に、p−GaNコンタクト層108を堆積した。p−GaN層107、p−GaNコンタクト層108を、それぞれ100〜200nm、30〜40nmの厚さで堆積すると、p−GaNコンタクト層108の最表面に、典型的には30nm以上50nm以下の高さの凸部を形成することができる。
反応室から取り出した試料の表面の光学顕微鏡像と、試料の断面模式図を図11(c)に示す。図11(c)で示す断面模式図の横幅のスケールはおよそ20μmであるが、結晶成長方向のスケールは誇張して描写している。図11(c)に示す試料ではp−GaN層107をおよそ100nmの厚さとなるように堆積し、p−GaNコンタクト層108をおよそ30nmとなるように堆積した。すなわち図11(c)断面模式図中のh1の値は30nmである。
図11(c)からは表面に明確に凸部が形成されたことが分かる。観察された形状はおよそピラミッド型であった。底面は略長方形であり、長軸の長さは典型的に10〜20μmで、短軸の長さは典型的に5〜10μmであった。形成された凸部の密度は基板101がもともと備えている貫通転位やらせん転位などの転位の密度である、1.0×105cm-2以上1.0×107cm-2以下と合致するものであった。凸部の頂点をねらって実施した断面TEM観察結果の一例は図10に示している。
各凸部の高低差(h2−h1)はばらつきがあるものの、典型的に30nm以上50nm以下の範囲にあった。したがって、p−GaNコンタクト層108の膜厚は、凸部から距離を置いた箇所では30nm(h1)であり、凸部の略中心では典型的に60nm以上80nm以下(h2)であることが分かった。
反応室から取り出した基板はフォトリソグラフィー等の手段を用いてp−GaNコンタクト層108、p−GaN層107、p−AlGaN電子ブロック層106、多重量子井戸活性層105における所定の領域だけをエッチング等の手法を用いて除去し、n−GaN層102の一部を表出する。n−GaN層102が表出した領域には、例えばTi/Al等で構成されるn側電極109を形成する。またp側電極110は、貫通転位やらせん転位などの転位を略中心に持ち、高低差が典型的に30nm以上50nm以下である凸部が形成されたp−GaNコンタクト層108の上に形成する。p側電極110の表面にも、p−GaNコンタクト層108に見られるのと同等の表面モフォロジーが見られる。p側電極110には、例えばPd/Ptなどの金属を使用する。
以上の過程によって、n型、p型それぞれのキャリアを注入することができるようになり、多重量子井戸活性層105において所望の波長で発光する発光素子を作製することができる。
転位とその周辺に形成された凸部のために、p−GaNコンタクト層108は局所的に厚くなっている(h2―h1=30nm以上50nm以下)。凸部が設けられた部分は少なくとも60nmを上回る厚さであるため、その部分の抵抗率は増大する。したがって図12に模式的に示すように、p側電極110に面内均一な電圧が印加されたとしても、転位とその周辺部分のみ注入電流が低減する。このため、転位近傍の非発光中心に起因した発光効率の低下を抑制することができる。
尚、多重量子井戸活性層105とp−AlGaN電子ブロック層106との間に、厚さ100nm以下のアンドープGaNスペーサ層を形成してもよい。
Siは、p−AlGaN電子ブロック層106の全体に添加しなくてもよい。本実施形態のようにp−AlGaN電子ブロック層106の厚さが10〜30nmである場合は、p−AlGaN電子ブロック層106の、多重量子井戸活性層105の側に近い方の一部分にのみSiが添加されていても良い。例えば、30nmの厚さでp−AlGaN電子ブロック層106を堆積する場合、はじめの20nmにのみSiが添加され、残りの10nmにはSiが添加されなくてもよい。また、例えば同様に、30nmの厚さでp−AlGaN電子ブロック層106を堆積する場合、p−AlGaN電子ブロック層106の全体にわたってSiを添加し、その後p−GaN層107の一部にも継続してSiの添加をおこなってもよい。その場合、Siを添加する部分の厚さが30nm以上100nm以下となるように調整してもよい。なお、p−AlGaN電子ブロック層106は必ずしも設けなくともよい。その場合、p−GaN層107の堆積開始時に厚さが10nm以上100nm以下または30nm以上100nm以下となるように、Si添加をおこなってもよい。また、p−GaNコンタクト層108の形成を開始する際に、Siを供給してもよい。また、多重量子井戸活性層105とp−GaN層107との間にオーバーフロー抑制層を形成してもよく、その場合には、オーバーフロー抑制層の成長を開始する際にSiを添加してもよい。
p−GaNコンタクト層108の膜厚(h1)が30nmのとき、各凸部の典型的な高低差(h2−h1)が30nm未満である場合は、各凸部の略中心におけるp−GaNコンタクト層の膜厚は60nm未満となり、局所的な抵抗率の増大効果が得られない。すなわち転位においても、その他の領域と同じように電流が注入されるために、転位近傍に多く存在する非発光中心を回避することができず、発光効率の低下をふせぐことができない。
図8(a)は、比較例としてp−AlGaN電子ブロック層106にSiを添加せずに作製した試料のAFM微分像(80×80μm)を示し、図8(b)は、本実施形態によってp−AlGaN電子ブロック層106にSiを添加して作製した試料のAFM微分像(80×80μm)を示す。図7はそれぞれの試料に電流注入をおこなった際に、同じ電流を注入したときの光出力を比較したグラフである。
図8(a)、(b)に示す試料は、p−AlGaN電子ブロック層106、p−GaN層107、p−GaNコンタクト層108を、それぞれ30nm、100nm、30nmのねらい膜厚で成長しており、成長温度はすべて890℃に設定して作製した。また、p型ドーパントであるMgの濃度は、p−AlGaN電子ブロック層106からp−GaN層107にかけては3.0×1018cm-3以上3.0×1019cm-3以下であり、p−GaNコンタクト層108においては5.0×1019cm-3以上5.0×1020cm-3以下であった。p−AlGaN電子ブロック層106にSiを添加した試料では、Siの濃度は1.5〜2.0×1017cm-3であった。
図8(a)と図8(b)とを比較すると、同じ成長条件であっても、p−AlGaN電子ブロック層106にSiを添加しているかどうかで、表面の様子が大きく異なることが明確である。図8(b)に見られるようにSiを添加する場合は、貫通転位やらせん転位などの転位を略中心にして凸部が形成されたが、Siを添加しない場合は図8(a)に見られるように明確な凸部は形成されなかった。また、図9に示されるように、Siを添加して意図的に凸部を形成した試料の方が、電流注入した際の光出力が約10%向上する優位性が見られた。凸部が形成できたことで、図12に模式的に示されるように、転位へ注入される電流を低減できることで、転位近傍に存在する非発光中心による効率の低下を抑制できたと考えられる。
本実施形態によると、GaN系自立基板にもともと備わる貫通転位やらせん転位などの転位がLED構造にも引き継がれるために起こる発光効率の低下を、簡便な方法によって可能な限り抑制することができる。また、ヘテロエピタキシャル成長で基板界面から発生するミスフィット転位などの転位に対しても同様の効果を発揮することができる。したがってGaN系自立基板やヘテロエピタキシャル成長基板にあらかじめ加工を施すなどして転位密度を低減する煩雑な作業をおこなうことなく、量子閉じ込めシュタルク効果の排除という非極性面や半極性面を成長面(主面)とするLEDの特長を生かして、良好な発光効率を示すLEDを作製することが可能になる。
(実施形態2)
以下、実施形態2について図13を参照しながら説明する。
以下、実施形態2について図13を参照しながら説明する。
実施形態1に係る発光素子は、それ自体で光源装置として利用することができる。
また、上述した各実施形態及び変形例に係る発光素子のいずれかと、波長変換を行う蛍光材を含む封止樹脂等とを組み合わせてもよい。これにより、発光波長帯域を拡大させることができ、例えば白色光源装置として使用することができる。
図13に白色光源装置の一例を示す。図13に示すように、実施形態2に係る白色光源装置400は、実施形態1に係る発光素子401と、該発光素子401から放射された光の波長を、より長波長に変換する蛍光材(例えば、Yttrium Alumninum Garnet:YAG)が分散された樹脂層402とを備えている。
発光素子401は、例えば、上面に配線パターンが形成されたパッケージ等の保持部材404の上に、その基板を上に向け且つ発光層を下に向ける、いわゆるジャンクションダウン法により固着されている。保持部材404の上には発光素子401を取り囲むように、例えば金属からなる反射部材403が配置されている。
樹脂層402は、保持部材404の上で且つ反射部材403の内側に発光素子401を覆うように形成されている。
以上のように、第3の実施形態によると、高効率な白色光源装置400を得ることができる。
なお、実際の窒化物半導体層の「m面」は、m面に対して完全に平行な面である必要はなく、m面から所定の角度で傾斜していてもよい。傾斜角度は、窒化物半導体層の主面の法線とm面(傾斜していない場合のm面)の法線とが形成する角度により規定される。実際の窒化物半導体層の主面は、m面(傾斜していない場合のm面)から、ある結晶方位に基づく方向、例えばc軸やa軸、〈11−22〉などの方向によって表されるベクトルの方向に向って傾斜していてもよい。例えば傾斜角度の絶対値は、c軸方向において5°以下、または1°以下の範囲であればよい。また、a軸方向において5°以下、または1°以下の範囲であればよい。すなわち、本発明においては、「m面」は、±5°の範囲内でm面(傾斜していない場合のm面)から所定の方向に傾斜している面を含む。このような傾斜角度の範囲内であれば、窒化物半導体層の成長面は全体的にm面から傾斜しているが、微視的には多数のm面領域が露出していると考えられる。これにより、m面から絶対値で5°以下の角度で傾斜している面は、m面と同様の性質を有すると考えられる。
また、r面、−r面、(20−21)、(20−2−1)、(10−1−3)及び(11−22)面等の半極性面、並びにa面等の他の非極性面においても、5度以下の傾斜であれば、同様の性質を有すると考えられる。したがって、本発明において、r面、−r面、(20−21)、(20−2−1)、(10−1−3)、(11−22)およびa面は、±5°の範囲内で、傾斜していない場合のこれらの面から所定の方向に傾斜している面を含む。
本発明の一態様にかかる窒化物半導体発光素子および光源は、例えば、発光装置に利用し得る。
100 p型GaN系半導体層
101 基板
102 n−GaN層
103 InyGa1-yN(0≦y<1)障壁層
104 InxGa1-xN(0≦y<x<1)井戸層
105 多重量子井戸活性層
106 p−AlGaN電子ブロック層
107 p−GaN層
108 p−GaNコンタクト層
109 n側電極
110 p側電極
401 発光素子
402 樹脂層
403 反射部材
404 保持部材
101 基板
102 n−GaN層
103 InyGa1-yN(0≦y<1)障壁層
104 InxGa1-xN(0≦y<x<1)井戸層
105 多重量子井戸活性層
106 p−AlGaN電子ブロック層
107 p−GaN層
108 p−GaNコンタクト層
109 n側電極
110 p側電極
401 発光素子
402 樹脂層
403 反射部材
404 保持部材
Claims (11)
- 窒化物半導体発光素子であって、以下を具備する:
n側電極、
p側電極、
前記n側電極に電気的に接続されたn型窒化物半導体層、
非極性面または半極性面の主面を有するp型窒化物半導体層、および
前記n型窒化物半導体層および前記p型窒化物半導体層の間に位置する活性層、ここで、
前記p型窒化物半導体層は、30ナノメートル以上50ナノメートル以下の高さを有する突起を含み、
前記突起は、マグネシウムだけではなくシリコンをも含有するp型窒化物半導体から形成され、
前記p型窒化物半導体は、1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下のシリコン濃度を有し、
前記突起は、前記活性層から前記p側電極に向けて突出しており、
前記窒化物半導体発光素子の平面視において、前記p側電極は、前記突起に重なり、
前記突起は、転位を含み、
前記突起の周囲には、前記p型窒化物半導体から形成されている平坦面が形成されており、
前記突起は、前記平坦面よりも高い転位密度を有している。 - 請求項1に記載の窒化物半導体発光素子であって、
前記突起は、5.0×10-7cm2以上3.8×10-6cm2以下の表面積を有する。 - 請求項1に記載の窒化物半導体発光素子であって、
前記転位密度は、1.0×105cm-2以上1.0×107cm-2以下である。 - 請求項1に記載の窒化物半導体発光素子であって、
前記p型窒化物半導体は、5.0×1019cm-3以上5.0×1020cm-3以下のマグネシウム濃度を有する。 - 請求項1に記載の窒化物半導体発光素子であって、
前記突起の断面形状は、正方形、長方形、円または楕円である。 - 請求項1に記載の窒化物半導体発光素子であって、
さらにp型窒化物半導体積層構造を具備し、
前記p型窒化物半導体積層構造は、
p型窒化物半導体電子ブロック層、および
p型窒化物半導体コンタクト層
を具備し、
前記p型窒化物半導体電子ブロック層は、前記活性層および前記p型窒化物半導体コンタクト層の間に挟まれ、
前記p型窒化物半導体コンタクト層は、前記p側電極および前記p型窒化物半導体電子ブロック層の間に挟まれ、
前記p型窒化物半導体電子ブロック層は、前記p型窒化物半導体層である。 - 請求項6に記載の窒化物半導体発光素子であって、
前記p型窒化物半導体電子ブロック層および前記p型窒化物半導体コンタクト層の間に、他のp型窒化物半導体層が挟まれている。 - 請求項6に記載の窒化物半導体発光素子であって、
前記p型コンタクト層は、5.0×1019cm-3以上5.0×1020cm-3以下のマグネシウム濃度を有し、かつ
前記p型コンタクト層は、26ナノメートル以上60ナノメートル以下の厚みを有する。 - 請求項1に記載の窒化物半導体発光素子であって、
前記p型窒化物半導体層は、前記活性層に近い側にSiドープ層を有し、
前記Siドープ層は、10nm以上100nm以下の厚さを有し、
前記Siドープ層は、1.0×1017cm-3以上6.0×1017cm-3以下のシリコン濃度を有する。 - 請求項9に記載の窒化物半導体発光素子であって、
前記p型窒化物半導体層は、前記活性層に近い側から100nm以下の範囲において、Alを含む。 - 光源であって、以下を具備する:
請求項1に記載の窒化物半導体発光素子、および
前記窒化物半導体発光素子から放射された光の波長を変換する蛍光物質を含む波長変換部。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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