JP6426359B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態によれば、半導体発光素子の製造方法は、基板の上に、第1濃度でn形不純物を含む第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層の上に、発光部であって、前記発光部に含まれる複数の障壁層の数は、9であり、前記発光部に含まれる複数の井戸層の数は、8であり、前記複数の障壁層の1つである第1障壁層と、前記第1障壁層の上に設けられ前記第1濃度よりも高い第2濃度でn形不純物を含み前記複数の障壁層の別の1つである第2障壁層と、前記第2障壁層の上に設けられ前記複数の障壁層のさらに別の1つである第3障壁層と、前記第1障壁層と前記第2障壁層との間に設けられた第1井戸層と、前記第2障壁層と前記第3障壁層との間に設けられた第2井戸層と、を含む発光部を形成する工程と、前記発光部の上に、p形不純物を含む第2半導体層を形成する工程と、を含む。前記第3障壁層は、前記発光部に含まれる障壁層のうちで前記第2半導体層に最も近い。前記第2障壁層は、前記発光部に含まれる障壁層のうちで前記第2半導体層に2番目に最も近い。前記第1障壁層における前記n形不純物の濃度は、前記第2濃度よりも低い。前記発光部に含まれる前記複数の障壁層のうちで、前記第2障壁層と前記第1半導体層との間に位置する障壁層における前記n形不純物の濃度は、前記第2濃度よりも低い。前記第2濃度は、5.0×10 18 毎立方センチメートルを超え、1.0×10 19 毎立方センチメートル以下である。前記第1障壁層と前記第1井戸層との間の境界を含む平面は、前記第1半導体層の(0001)面を含む平面と交差する。
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を示す模式的断面図である。
図1(a)は、第1の実施の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(b)は、第1の実施の形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。
本実施形態に係る半導体発光素子110は、例えば、発光ダイオードである。
以下においては、第1半導体層10、積層体30、発光部40及び第2半導体層20を含む積層構造が、半極性面に基づいてZ軸方向に積層されている。発光部40は、障壁層41と、障壁層41と積層された井戸層42と、を含む。以下の例では、障壁層41の数が9(n=8)であり、井戸層42の数が8である。障壁層41のそれぞれの間に、井戸層42のそれぞれが設けられる。このような積層構造における特性がシミュレーションにより評価される。
図2は、後述する5種類の条件の半導体発光素子の特性のシミュレーション結果を例示している。図2の横軸は、発光部40に注入される電流密度J(A/cm2)を表している。縦軸は、内部量子効率IQEを表している。以下の説明において、「Siをドープしない場合」におけるSiの濃度は、1.0×1016/cm3である。
図2において、内部量子効率IQEは、条件Sc0における内部量子効率の最大値を1とした相対値である。
図3は、図2に例示した条件S30(障壁層BL8のSi濃度が第1半導体層10におけるSi濃度よりも高い)において、Si濃度を変えた場合のシミュレーション結果を示している。横軸は、発光部40に注入される電流密度J(A/cm2)を表しており、縦軸は、内部量子効率IQEを表している。
図4(a)〜図4(c)は、条件S10(複数の障壁層41のいずれにもSiをドープしない)に対応する。図4(d)〜図4(f)は、条件S30(障壁層BL8のSi濃度が第1半導体層10におけるSi濃度よりも高い)に対応する。条件S30においては、障壁層BL8におけるSi濃度は、5.0×1018/cm3である。
図5は、条件S30(障壁層BL8におけるSi濃度が第1半導体層10におけるSiよりも高い)において、複数の障壁層41のそれぞれの厚さを変えたときの特性のシミュレーション結果を例示している。横軸は、Si濃度Cs(/cm3)である。縦軸は、内部量子効率IQEである。
図6は、条件S30において、複数の井戸層42のそれぞれの厚さを変えたときの特性をシミュレーションした結果を例示している。横軸は、Si濃度Cs(/cm3)である。縦軸は、内部量子効率IQEである。
図7は、Si濃度を第1半導体層10よりも高くする障壁層の位置を変えたときの特性をシミュレーションした結果を例示している。図7の縦軸は、内部量子効率IQEである。
図7において、条件SB8においては、障壁層BL8において、Si濃度が第1半導体層10よりも高い。条件SB7−8においては、障壁層BL7及びBL8においてSi濃度が第1半導体層10よりも高い。条件SB6−8においては、障壁層BL6〜BL8において、Si濃度が第1半導体層10よりも高い。条件SB7においては、障壁層BL7においてSi濃度が第1半導体層10よりも高い。条件SB6においては、障壁層BL6において、Si濃度が第1半導体層10よりも高い。図7には、既に説明した条件Sc0の特性も例示されている。これらの条件において、Si濃度が第1半導体層10よりも高くされない障壁層41においては、Siがドープされない。
図8は、条件S30(障壁層BL8におけるSi濃度が第1半導体層10におけるSi濃度よりも高い)において、積層体30におけるSi濃度を変えた場合の特性を例示している。横軸は、発光部40に注入される電流密度J(A/cm2)である。縦軸は、内部量子効率IQEである。
図9は、障壁層BL2におけるSi濃度を変更したときの特性のシミュレーション結果を例示している。横軸は、発光部40に注入される電流密度J(A/cm2)である。縦軸は、内部量子効率IQEである。
基板5の上に第1半導体層10を形成する(ステップS110)。基板5と第1半導体層10との間にバッファ層6を形成しても良い。第1半導体層10は、第1n側層11と、第2n側層12との多層構造を有しても良い。
Claims (12)
- 第1濃度でn形不純物を含む第1半導体層と、
p形不純物を含む第2半導体層と、
前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた発光部であって、
前記発光部に含まれる複数の障壁層の数は、9であり、前記発光部に含まれる複数の井戸層の数は、8であり、
前記複数の障壁層の1つである第1障壁層と、
前記第1障壁層と前記第2半導体層との間に設けられ前記第1濃度よりも高い第2濃度でn形不純物を含み前記複数の障壁層の別の1つである第2障壁層と、
前記第2障壁層と前記第2半導体層との間に設けられ前記複数の障壁層のさらに別の1つである第3障壁層と、
前記第1障壁層と前記第2障壁層との間に設けられた第1井戸層と、
前記第2障壁層と前記第3障壁層との間に設けられた第2井戸層と、
を含む発光部と、
を備え、
前記第3障壁層は、前記発光部に含まれる障壁層のうちで前記第2半導体層に最も近く、
前記第2障壁層は、前記発光部に含まれる障壁層のうちで前記第2半導体層に2番目に近く、
前記第1障壁層における前記n形不純物の濃度は、前記第2濃度よりも低く、
前記発光部に含まれる前記複数の障壁層のうちで、前記第2障壁層と前記第1半導体層との間に位置する障壁層における前記n形不純物の濃度は、前記第2濃度よりも低く、
前記第2濃度は、5.0×10 18 毎立方センチメートルを超え、1.0×10 19 毎立方センチメートル以下であり、
前記第1障壁層と前記第1井戸層との間の境界を含む平面は、前記第1半導体層の(0001)面を含む平面と交差する半導体発光素子。 - 前記境界と前記(0001)面との間の角度は、15度以上165度以下である請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記境界は、前記(0001)面に対して傾斜している請求項1または2に記載の半導体発光素子。
- 前記第2障壁層の厚さは、3.0ナノメートル以上7.0ナノメートル以下である請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1障壁層及び前記第3障壁層のそれぞれの厚さは、3.0ナノメートル以上7.0ナノメートル以下である請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1井戸層及び前記第2井戸層のそれぞれの厚さは、3.5ナノメートル以上7.5ナノメートル以下である請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 基板の上に、第1濃度でn形不純物を含む第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層の上に、発光部であって、前記発光部に含まれる複数の障壁層の数は、9であり、前記発光部に含まれる複数の井戸層の数は、8であり、前記複数の障壁層の1つである第1障壁層と、前記第1障壁層の上に設けられ前記第1濃度よりも高い第2濃度でn形不純物を含み前記複数の障壁層の別の1つである第2障壁層と、前記第2障壁層の上に設けられ前記複数の障壁層のさらに別の1つである第3障壁層と、前記第1障壁層と前記第2障壁層との間に設けられた第1井戸層と、前記第2障壁層と前記第3障壁層との間に設けられた第2井戸層と、を含む発光部を形成する工程と、
前記発光部の上に、p形不純物を含む第2半導体層を形成する工程と、
を備え、
前記第3障壁層は、前記発光部に含まれる障壁層のうちで前記第2半導体層に最も近く、
前記第2障壁層は、前記発光部に含まれる障壁層のうちで前記第2半導体層に2番目に近く、
前記第1障壁層における前記n形不純物の濃度は、前記第2濃度よりも低く、
前記発光部に含まれる前記複数の障壁層のうちで、前記第2障壁層と前記第1半導体層との間に位置する障壁層における前記n形不純物の濃度は、前記第2濃度よりも低く、
前記第2濃度は、5.0×10 18 毎立方センチメートルを超え、1.0×10 19 毎立方センチメートル以下であり、
前記第1障壁層と前記第1井戸層との間の境界を含む平面は、前記第1半導体層の(0001)面を含む平面と交差する半導体発光素子の製造方法。 - 前記境界と前記(0001)面との間の角度は、15度以上165度以下である請求項7記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記境界は、前記(0001)面に対して傾斜している請求項7または8に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第2障壁層の厚さは、3.0ナノメートル以上7.0ナノメートル以下である請求項7〜9のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1障壁層及び前記第3障壁層のそれぞれの厚さは、3.0ナノメートル以上7.0ナノメートル以下である請求項7〜10のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1井戸層及び前記第2井戸層のそれぞれの厚さは、3.5ナノメートル以上7.5ナノメートル以下である請求項7〜11のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
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