WO2011087127A1 - ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2011087127A1
WO2011087127A1 PCT/JP2011/050717 JP2011050717W WO2011087127A1 WO 2011087127 A1 WO2011087127 A1 WO 2011087127A1 JP 2011050717 W JP2011050717 W JP 2011050717W WO 2011087127 A1 WO2011087127 A1 WO 2011087127A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gan
based semiconductor
light
active layer
layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/050717
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
陽平 塩谷
孝史 京野
隆道 住友
秋田　勝史
上野　昌紀
中村　孝夫
Original Assignee
住友電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友電気工業株式会社 filed Critical 住友電気工業株式会社
Priority to CN2011800024481A priority Critical patent/CN102473805A/zh
Priority to EP11732997A priority patent/EP2528119A1/en
Publication of WO2011087127A1 publication Critical patent/WO2011087127A1/ja
Priority to US13/295,840 priority patent/US8476615B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
    • H01S5/320275—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth semi-polar orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3403—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation

Definitions

  • the present invention relates to a GaN-based semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.
  • Non-Patent Document 1 discloses that a droop phenomenon in a GaN-based semiconductor light-emitting device, that is, a decrease in internal quantum efficiency that occurs when an injection current exceeds a certain magnitude is mainly due to an Auger process. It is described that it is. In this document, the Auger coefficient is measured experimentally.
  • Non-Patent Document 2 describes that the droop phenomenon in a GaN-based semiconductor light-emitting element is mainly due to an Auger process.
  • first-principles calculations are performed on the band structure of a GaN-based semiconductor light-emitting element, and the existence of a level that causes an Auger process to be resonant in a wavelength band from blue to green is pointed out.
  • Non-Patent Document 3 a droop phenomenon in a GaN-based semiconductor light-emitting device is caused by the localization of holes at the interface between the electron blocking layer and the contact layer, and the decrease in efficiency of hole injection into the active layer due to the presence of the electron blocking layer. It is described as being caused.
  • the light-emitting element includes a substrate made of a GaN-based semiconductor, a first conductivity type (for example, n-type) semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type (for example, p-type), which are epitaxially grown in order on the main surface of the substrate. And a semiconductor layer.
  • a GaN-based semiconductor crystal having a c-plane as a main surface is mainly used.
  • the active layer is made of, for example, a GaN-based semiconductor containing In in its composition.
  • FIG. 13 is an example of a graph showing the relationship between the excitation density and the internal quantum efficiency in such a light-emitting element.
  • the internal quantum efficiency increases as the injection current increases, but if the injection current exceeds a certain amount, (B region in the figure), the greater the injection current, the lower the quantum efficiency (droop phenomenon).
  • the droop phenomenon There are three possible causes of the droop phenomenon.
  • Auger process In the Auger process, surplus energy generated when electrons and holes are recombined does not change into light energy, but another electron is shifted to another level on the high energy side. It is a three-body process that is consumed for this purpose.
  • the Auger process is one of many-body effects caused by resonance when the carrier density inside the light emitting element increases and the average distance between excitons decreases.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the Auger process.
  • the energy corresponding to the energy level difference Eg between the conduction band and the valence band is used as light. discharge.
  • the GaN-based semiconductor as shown in FIG. 14B, there is another energy level E3 in which the energy difference ⁇ from the bottom of the conduction band becomes equal to the emission energy of blue to green band emission.
  • the energy corresponding to the energy level difference Eg between the conduction band and the valence band, which is generated when the electron e1 falls into the hole hole, is the transition of another electron e2 to the energy level E3. Will be consumed. Thereby, electrons and holes disappear without contributing to light emission, and the internal quantum efficiency decreases.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the band gap of the semiconductor and the Auger coefficient.
  • the Auger process as described above occurs remarkably when the semiconductor has a band gap within a certain range centered at about 2.5 eV (range C in the figure).
  • This band gap corresponds to an emission wavelength of 440 nm to 540 nm, and is realized by, for example, a GaN-based semiconductor containing In in the composition. That is, in the GaN-based semiconductor light-emitting device containing In in the active layer, there is a problem that the internal quantum efficiency is lowered by the Auger process.
  • FIG. 16A is an example of an energy band diagram of a GaN-based semiconductor light emitting device.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device includes an n-type GaN layer, a multiple quantum well (MQW) active layer provided on the n-type GaN layer, an electron block (EBL) layer provided on the active layer, And a p-type GaN layer provided on the electron block layer.
  • FIG. 16B is a graph showing the distribution in the thickness direction of the carrier density of the GaN-based semiconductor light emitting device. In FIG. 16B, the graph Ge shows the electron density, and the graph Gh shows the hole density.
  • band bending caused by an applied voltage or a piezoelectric field is generated as shown in FIG. 16A (B1 and B2 in the figure). Then, due to the band bending B1 at the interface between the electron blocking layer and the p-type GaN layer, holes are localized at the interface (peak P3 in FIG. 16B). In addition, injection of holes into the active layer is hindered by the band bend B2 present at the interface between the electron blocking layer and the active layer, resulting in a decrease in quantum efficiency.
  • FIG. 17 is a graph showing an example of the relationship between current density and external quantum efficiency in the GaN-based semiconductor light-emitting device shown in FIG. As shown in FIG. 17, the above-described band bends B1 and B2 indicate that the external quantum efficiency of the GaN-based semiconductor light-emitting element decreases as the current density increases.
  • FIGS. 18 (a) and 18 (b) show the case where the injection current to the GaN-based semiconductor light-emitting device is relatively small (FIG. 18 (a)).
  • FIG. 19 is a diagram conceptually illustrating a state of accumulation of carriers Carr in the presence of dislocations D in each of the cases where the ratio is relatively large (FIG. 18B).
  • the vertical axis represents the energy increasing direction
  • the horizontal axis represents the position.
  • the present invention has been made in view of such problems, and in a GaN-based semiconductor light-emitting device including an active layer containing In, a GaN-based semiconductor that can reduce a decrease in quantum efficiency when an injection current is large
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device includes (a) a first GaN-based semiconductor, and the [0001] axis or the [000-1] axis of the first GaN-based semiconductor.
  • the active layer is made of a second GaN-based semiconductor, and the second GaN-based semiconductor contains indium.
  • the electron blocking layer is made of a third GaN-based semiconductor, and the band gap of the third GaN-based semiconductor is larger than the band gap of the second GaN-based semiconductor.
  • the contact layer is made of a fourth GaN-based semiconductor, and the band gap of the fourth GaN-based semiconductor is less than or equal to the band gap of the third GaN-based semiconductor.
  • the dislocation density of the first GaN-based semiconductor of the substrate is 1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 or less.
  • the method for manufacturing a GaN-based semiconductor light-emitting device includes (f) a step of growing a GaN-based semiconductor epitaxial region on the main surface of a wafer made of the first GaN-based semiconductor, and (g) a GaN-based semiconductor epitaxial. A step of growing an active layer on the region; (h) a step of growing an electron blocking layer on the active layer; and (i) a step of growing a contact layer on the electron blocking layer.
  • the main surface of the wafer is 63 degrees or more in the direction of the m-axis of the first GaN-based semiconductor from the plane orthogonal to the reference axis that is the [0001] axis or the [000-1] axis of the first GaN-based semiconductor. It is inclined at an inclination angle in the range of less than 80 degrees.
  • the active layer is made of a second GaN-based semiconductor, and the second GaN-based semiconductor contains indium.
  • the electron blocking layer is made of a third GaN-based semiconductor, and the band gap of the third GaN-based semiconductor is larger than the band gap of the second GaN-based semiconductor.
  • the contact layer is made of a fourth GaN-based semiconductor, and the band gap of the fourth GaN-based semiconductor is less than or equal to the band gap of the third GaN-based semiconductor.
  • the dislocation density of the first GaN-based semiconductor of the wafer is 1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 or less.
  • a substrate made of the first GaN-based semiconductor is used.
  • the principal surface of this substrate is 63 degrees or more in the direction of the m-axis of the first GaN-based semiconductor from the plane (ie, c-plane) orthogonal to the [0001] axis or [000-1] axis of the first GaN-based semiconductor. It is inclined at an inclination angle in the range of less than 80 degrees.
  • the level E3 that causes the Auger process to be resonantly moved can be moved energetically, and the Auger process can be prevented from being caused by the energy level difference Eg corresponding to the emission energy of blue to green band emission. That is, the generation of an Auger process in the band gap range that an In-containing GaN-based semiconductor emitting blue to green light can be avoided. Therefore, in an GaN-based semiconductor light-emitting device having an In-containing active layer, an Auger process is performed. The resulting droop phenomenon can be suppressed, and the decrease in quantum efficiency when the injection current is large can be reduced.
  • the main surface of the substrate is not less than 63 degrees and less than 80 degrees in the m-axis direction from the c-plane of the first GaN-based semiconductor. Inclined at an inclination angle of the range. In such a tilt angle range, the piezoelectric field in the active layer containing In becomes negative, and the directions of the band bends B1 and B2 shown in FIG. Therefore, even when a relatively large current is injected, it is difficult to inhibit the localization of holes and the injection of holes into the active layer, and the reduction in quantum efficiency can be reduced.
  • the dislocation density of the first GaN-based semiconductor on the substrate is 1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 or less.
  • a GaN-based semiconductor epitaxial region, an active layer, an electron block layer, and a contact layer are provided on the high-quality GaN-based semiconductor substrate having a low dislocation density. Therefore, the dislocation density in the GaN-based semiconductor light-emitting element can be kept low, and even when the injection current is relatively large, carriers can be prevented from being captured by the dislocation, and the decrease in quantum efficiency can be reduced.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device and the method for manufacturing the GaN-based semiconductor light-emitting device described above (1) Auger process, (2) hole depletion due to the presence of the electron block layer, and (3)
  • the problem in the conventional GaN-based semiconductor light-emitting device such as the high dislocation density peculiar to the GaN-based light-emitting device can be solved, and the decrease in quantum efficiency when the injection current is large can be effectively reduced.
  • the inclination angle of the main surface of the substrate is 70 degrees or more.
  • the active layer is preferably provided so as to generate light in a wavelength range of 400 nm or more and 650 nm or less.
  • the active layer is more preferably provided so as to generate light in a wavelength range of 440 nm or more and 540 nm or less.
  • the active layer is provided so as to generate light having a wavelength range of 440 nm to 490 nm.
  • An inclination angle in the range of 63 degrees or more and less than 80 degrees of the main surface of the substrate is particularly effective in such a light emission wavelength range.
  • the second GaN-based semiconductor is In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ⁇ x2 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1) It is good also as a feature.
  • the lattice constant of the active layer can be freely selected within a certain range, and the magnitude of the anisotropic strain generated in the active layer can be suitably controlled. Therefore, the energy level E3 shown in FIG. And the energy difference ⁇ between the conduction band and the bottom of the conduction band can be effectively changed.
  • the third GaN-based semiconductor is In x3 Al y3 Ga 1-x3-y3 N (0 ⁇ x3 ⁇ 1, 0 ⁇ y3 ⁇ 1). It is preferable that the lattice constant of the third GaN-based semiconductor is not more than the lattice constant of the first GaN-based semiconductor.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device and the method for manufacturing the GaN-based semiconductor light-emitting device may be characterized in that the GaN-based semiconductor light-emitting device is a light-emitting diode.
  • the planar chip size of the light emitting diode is preferably smaller than a 500 ⁇ m square. According to the GaN-based semiconductor light-emitting device and the method for manufacturing the GaN-based semiconductor light-emitting device described above, since the decrease in quantum efficiency due to the droop phenomenon is effectively reduced, high-efficiency light emission is possible even when the current density is increased. As a result, the chip size can be reduced.
  • GaN-based semiconductor light-emitting device in a GaN-based semiconductor light-emitting device including an active layer containing In, it is possible to reduce a decrease in quantum efficiency when an injection current is large.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of an embodiment of a GaN-based semiconductor optical device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a drawing schematically showing the structure of another embodiment of the GaN-based semiconductor optical device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a GaN-based semiconductor optical device.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a state in which a level causing resonance of the Auger process is energetically moved to change an energy difference ⁇ from the bottom of the conduction band.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the inclination angle of the main surface and the piezo electric field strength inside the active layer.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the lattice constant of a GaN-based semiconductor and the band edge energy.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of a GaN-based semiconductor light-emitting element including a low dislocation semipolar GaN substrate manufactured in the first example.
  • FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional structure of a GaN-based semiconductor light-emitting element including a c-plane sapphire substrate manufactured in the first example.
  • FIG. 9 is a graph showing the current density dependence of the external quantum efficiency when current is injected into the GaN-based semiconductor light emitting device fabricated in the first example. In FIG. 9A, the current density (horizontal axis) is 0 to 300 A / cm 2, and in FIG.
  • FIG. 10 is a graph showing the current density dependence of the external quantum efficiency when current is injected into the GaN-based semiconductor light emitting device fabricated in the second example. 10A, the current density (horizontal axis) is 0 to 300 A / cm 2, and FIG. 10B is the current density (horizontal axis) 0 to 1200 A / cm 2 .
  • FIG. 11 is a graph showing the current density dependence of the external quantum efficiency when current is injected into the GaN-based semiconductor light emitting device fabricated in the second example. In FIG. 11A, the current density (horizontal axis) is 0 to 300 A / cm 2, and in FIG.
  • FIG. 11B the current density (horizontal axis) is 0 to 1200 A / cm 2 .
  • FIG. 12 is a graph showing the current density dependence of the external quantum efficiency when current is injected into the GaN-based semiconductor light emitting device fabricated in the second example. 12A, the current density (horizontal axis) is 0 to 300 A / cm 2, and FIG. 12B is the current density (horizontal axis) 0 to 1200 A / cm 2 .
  • FIG. 13 is an example of a graph showing the relationship between excitation density and internal quantum efficiency in a conventional light emitting device.
  • FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams for explaining the Auger process.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the band gap of the semiconductor and the Auger coefficient.
  • FIG. 16A is an example of an energy band diagram of a conventional GaN-based semiconductor light emitting device.
  • FIG. 16B is a graph showing the distribution of carrier density in the thickness direction of a conventional GaN-based semiconductor light emitting device.
  • FIG. 17 is a graph showing an example of the relationship between current density and external quantum efficiency in the GaN-based semiconductor light-emitting device shown in FIG. 18 (a) and 18 (b) show the case where the injection current into the GaN-based semiconductor light emitting device is relatively small (FIG. 18 (a)) and the case where it is relatively large (FIG. 18 (b)). It is a figure which shows notionally the mode of accumulation
  • the axis is the reverse direction of the [0001] axis, and “ ⁇ 1” with a negative sign in front of a number (for example, “1”) is used to indicate the reverse direction.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of a GaN-based semiconductor optical device 11a as an embodiment of a GaN-based semiconductor optical device according to the present invention.
  • Examples of the GaN based semiconductor optical device 11a include a light emitting diode.
  • the GaN-based semiconductor optical device 11 a includes a substrate 13, a GaN-based semiconductor epitaxial region 15, and an active layer 17.
  • the substrate 13 is made of a first GaN-based semiconductor and can be, for example, GaN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, or the like. Since GaN is a binary compound GaN-based semiconductor, it can provide good crystal quality and a stable substrate main surface.
  • the dislocation density of the first GaN-based semiconductor of the substrate 13 is 1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 or less.
  • the first GaN-based semiconductor can be made of, for example, AlN.
  • the c-plane of the substrate 13 extends along the plane Sc shown in FIG.
  • a coordinate system CR c-axis, a-axis, m-axis
  • FIG. 1 also shows a reference axis Cx extending along the c-axis of the first GaN-based semiconductor.
  • the reference axis Cx is the [0001] axis or [000-1] axis of the first GaN-based semiconductor.
  • the vector VC + along the reference axis Cx is in the direction of the [0001] axis
  • the vector VC ⁇ is in the direction of the [000-1] axis.
  • the main surface 13a of the substrate 13 is inclined at an inclination angle ⁇ in the range of 63 degrees to less than 80 degrees in the direction of the m-axis of the first GaN-based semiconductor from the plane orthogonal to the reference axis Cx (that is, the c plane). ing. More preferably, the inclination angle ⁇ is 70 degrees or more.
  • the inclination angle ⁇ is defined by the angle formed between the normal vector VN of the principal surface 13a of the substrate 13 and the reference axis Cx. In the present embodiment, the angle ⁇ is equal to the angle formed between the vector VC + and the vector VN.
  • the inclination angle ⁇ is preferably 75 degrees.
  • the main surface 13a is shown as a ⁇ 20-21 ⁇ plane of a hexagonal GaN-based semiconductor.
  • the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 is provided on the main surface 13a.
  • the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 can include one or a plurality of first conductivity type GaN-based semiconductor layers.
  • the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 includes an n-type GaN semiconductor layer 23.
  • the main surface 15a of the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 is also inclined at an angle in the range of 63 degrees to less than 80 degrees in the m-axis direction from the plane orthogonal to the reference axis Cx.
  • An active layer 17 is provided on the GaN-based semiconductor epitaxial region 15.
  • the active layer 17 is made of a second GaN-based semiconductor containing indium.
  • the second GaN-based semiconductor is In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ⁇ x2 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1).
  • the film thickness direction of the active layer 17 is inclined with respect to the reference axis Cx.
  • the main surface of the active layer 17 is also inclined at an angle ranging from 63 degrees to less than 80 degrees in the m-axis direction from the plane orthogonal to the reference axis Cx.
  • the active layer 17 is preferably provided so as to generate an emission wavelength of 400 nm or more. Moreover, it is preferable that the active layer 17 is provided so that the light emission wavelength which is 650 nm or less may be produced
  • the active layer 17 can have a quantum well structure 31, and the quantum well structure 31 includes well layers 33 and barrier layers 35 that are alternately arranged in a direction of a predetermined axis Ax.
  • the well layer 33 and the barrier layer 35 are made of a second GaN-based semiconductor containing indium, for example, In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ⁇ x2 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1).
  • the band gap of the barrier layer 35 is larger than the band gap of the well layer 33.
  • the n-type GaN semiconductor layer 23, the active layer 17, the electron block layer 27, and the contact layer 29 are arranged in the direction of a predetermined axis Ax.
  • the direction of the reference axis Cx is different from the direction of the predetermined axis Ax.
  • a coordinate system S is shown.
  • the main surface 13a of the substrate 13 faces the Z-axis direction and extends in the X direction and the Y direction.
  • the X axis is in the direction of the a axis.
  • the GaN-based semiconductor optical device 11 a includes a GaN-based semiconductor region 21 provided on the active layer 17.
  • the GaN-based semiconductor region 21 includes one or a plurality of second conductivity type GaN-based semiconductor layers.
  • the GaN-based semiconductor region 21 includes an electron block layer 27 provided on the active layer 17 and a contact layer 29 provided on the electron block layer 27.
  • the electron block layer 27 is made of a third GaN-based semiconductor.
  • the band gap of the third GaN-based semiconductor is preferably larger than the band gap of the second GaN-based semiconductor of the active layer 17.
  • the third GaN-based semiconductor is p-type In x3 Al y3 Ga 1-x3-y3 N (0 ⁇ x3 ⁇ 1, 0 ⁇ y3 ⁇ 1), and more preferably, the third GaN-based semiconductor.
  • the semiconductor is p-type In x3 Al y3 Ga 1-x3-y3 N (0 ⁇ x3 ⁇ 1, 0 ⁇ y3 ⁇ 1).
  • the lattice constant of the third GaN-based semiconductor is preferably less than or equal to the lattice constant of the first GaN-based semiconductor of the substrate 13.
  • the contact layer 29 is made of a fourth GaN-based semiconductor.
  • the band gap of the fourth GaN-based semiconductor is preferably less than or equal to the band gap of the third GaN-based semiconductor.
  • the fourth GaN-based semiconductor is p-type In x4 Al y4 Ga 1-x4-y4 N (0 ⁇ x4 ⁇ 1, 0 ⁇ y4 ⁇ 1), and more preferably, the fourth GaN-based semiconductor.
  • the semiconductor is p-type In x4 Al y4 Ga 1-x4-y4 N (0 ⁇ x4 ⁇ 1, 0 ⁇ y4 ⁇ 1).
  • the electron blocking layer 27 and the contact layer 29 are provided on the active layer 17, the crystal axes of the electron blocking layer 27 and the contact layer 29 are crystallized on the substrate 13 via the active layer 17 and the GaN-based semiconductor epitaxial region 15. Taking over the axis. Therefore, the main surfaces of the electron block layer 27 and the contact layer 29 are also inclined at an angle in the range of 63 degrees or more and less than 80 degrees in the m-axis direction from the plane orthogonal to the reference axis Cx.
  • the GaN-based semiconductor optical device 11 a can include a first electrode 37 (for example, an anode) provided on the contact layer 29, and the first electrode 37 can include a transparent electrode that covers the contact layer 29. it can. For example, Ni / Au is used as the transparent electrode.
  • the GaN-based semiconductor optical device 11a can include a second electrode 39 (for example, a cathode) provided on the back surface 13b of the substrate 13, and the second electrode 39 is made of, for example, Ti / Al.
  • the active layer 17 generates light L1 in response to an external voltage applied across the electrodes 37 and 39.
  • the GaN-based semiconductor optical device 11a includes a surface light emitting device.
  • FIG. 2 is a drawing schematically showing the structure of a GaN-based semiconductor light-emitting element 11b as another embodiment of the GaN-based semiconductor light-emitting element according to the present invention.
  • the GaN-based semiconductor light emitting device 11b include a semiconductor laser.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 11b includes a substrate 13, a GaN-based semiconductor epitaxial region 15, and an active layer 17, similarly to the GaN-based semiconductor optical element 11a shown in FIG.
  • the substrate 13 is made of a first GaN-based semiconductor and can be, for example, GaN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, or the like.
  • the dislocation density of the first GaN-based semiconductor of the substrate 13 is 1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 or less.
  • the first GaN-based semiconductor can be made of, for example, AlN.
  • the c-plane of the substrate 13 extends along the plane Sc shown in FIG.
  • a coordinate system CR c-axis, a-axis, m-axis
  • FIG. 2 shows a reference axis Cx.
  • the reference axis Cx is the [0001] axis or [000-1] axis of the first GaN-based semiconductor.
  • the vector VC + along the reference axis Cx is in the direction of the [0001] axis
  • the vector VC ⁇ is in the direction of the [000-1] axis.
  • the main surface 13a of the substrate 13 is inclined at an inclination angle ⁇ in the range of 63 degrees to less than 80 degrees in the direction of the m-axis of the first GaN-based semiconductor from the plane orthogonal to the reference axis Cx (that is, the c plane). ing.
  • the inclination angle ⁇ is defined by the angle formed between the normal vector VN of the principal surface 13a of the substrate 13 and the reference axis Cx. In the present embodiment, the angle ⁇ is equal to the angle formed between the vector VC + and the vector VN.
  • the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 is provided on the main surface 13a.
  • the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 can include one or a plurality of first conductivity type GaN-based semiconductor layers.
  • the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 includes an n-type cladding layer 41 and a light guide layer 43a arranged in the Ax axis direction (Z direction).
  • the n-type cladding layer 41 can be made of, for example, AlGaN, GaN, or InAlGaN
  • the light guide layer 43a can be made of, for example, undoped InGaN.
  • the main surface 15a of the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 is also inclined at an angle in the range of 63 degrees to less than 80 degrees in the m-axis direction from the plane orthogonal to the reference axis Cx.
  • An active layer 17 is provided on the GaN-based semiconductor epitaxial region 15.
  • the active layer 17 is made of a second GaN-based semiconductor containing indium.
  • the second GaN-based semiconductor is In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ⁇ x2 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1).
  • the film thickness direction of the active layer 17 is inclined with respect to the reference axis Cx.
  • the main surface of the active layer 17 is also inclined at an angle ranging from 63 degrees to less than 80 degrees in the m-axis direction from the plane orthogonal to the reference axis Cx.
  • the active layer 17 is preferably provided so as to generate an emission wavelength of 400 nm or more. Moreover, it is preferable that the active layer 17 is provided so that the light emission wavelength which is 650 nm or less may be produced
  • the active layer 17 can have a quantum well structure 31, and the quantum well structure 31 includes well layers 33 and barrier layers 35 that are alternately arranged in a direction of a predetermined axis Ax.
  • the well layer 33 and the barrier layer 35 are made of a second GaN-based semiconductor containing indium, for example, In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ⁇ x2 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1).
  • the band gap of the barrier layer 35 is larger than the band gap of the well layer 33.
  • the thickness range of the well layer 33 can be, for example, 0.5 nm to 10 nm.
  • the range of the In composition of the well layer 33 can be, for example, 0.01 to 0.50.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 11 b includes a GaN-based semiconductor region 21 provided on the active layer 17.
  • the GaN-based semiconductor region 21 includes one or a plurality of GaN-based semiconductor layers.
  • the GaN-based semiconductor region 21 of this embodiment includes a light guide layer 43b, an electron block layer 45, a cladding layer 47, and a contact layer 49 arranged in the Z direction.
  • the light guide layer 43b can be made of undoped InGaN, for example.
  • the electron block layer 45 is made of a third GaN-based semiconductor.
  • the band gap of the third GaN-based semiconductor is preferably larger than the band gap of the second GaN-based semiconductor of the active layer 17.
  • the third GaN-based semiconductor is p-type In x3 Al y3 Ga 1-x3-y3 N (0 ⁇ x3 ⁇ 1, 0 ⁇ y3 ⁇ 1), and more preferably, the third GaN-based semiconductor.
  • the semiconductor is p-type In x3 Al y3 Ga 1-x3-y3 N (0 ⁇ x3 ⁇ 1, 0 ⁇ y3 ⁇ 1).
  • the lattice constant of the third GaN-based semiconductor is preferably less than or equal to the lattice constant of the first GaN-based semiconductor of the substrate 13.
  • the clad layer 47 can be made of, for example, p-type AlGaN, p-type GaN, or p-type InAlGaN.
  • the contact layer 49 is made of a fourth GaN-based semiconductor.
  • the band gap of the fourth GaN-based semiconductor is preferably less than or equal to the band gap of the third GaN-based semiconductor.
  • the fourth GaN-based semiconductor is p-type In x4 Al y4 Ga 1-x4-y4 N (0 ⁇ x4 ⁇ 1, 0 ⁇ y4 ⁇ 1), and more preferably, the fourth GaN-based semiconductor.
  • the semiconductor is p-type In x4 Al y4 Ga 1-x4-y4 N (0 ⁇ x4 ⁇ 1, 0 ⁇ y4 ⁇ 1).
  • the electron block layer 45, the clad layer 47 and the contact layer 49 are provided on the active layer 17, the crystal axes of the electron block layer 45, the clad layer 47 and the contact layer 49 are the active layer 17 and the GaN-based semiconductor epitaxial region. 15, the crystal axis of the substrate 13 is taken over. Therefore, the main surfaces of the electron blocking layer 45, the cladding layer 47, and the contact layer 49 are also inclined at an angle in the range of 63 degrees to less than 80 degrees in the m-axis direction from the plane orthogonal to the reference axis Cx.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 11 b can include a first electrode 51 (for example, an anode) provided on the contact layer 49, and the first electrode 51 is a stripe window of the insulating film 50 that covers the contact layer 49. Is connected to the contact layer 49.
  • a first electrode 51 for example, an anode
  • Ni / Au is used as the first electrode 51.
  • the GaN-based semiconductor light emitting element 11b can include a second electrode 52 (for example, a cathode) provided on the back surface 13b of the substrate 13, and the second electrode 52 is made of, for example, Ti / Al.
  • the active layer 17 generates light L2 in response to an external voltage applied to both ends of the electrodes 51 and 52, and in the present embodiment, the GaN-based semiconductor light emitting element 11b includes an end face light emitting element.
  • the Z component of the piezo electric field (component related to the direction of the predetermined axis Ax) is opposite to the direction from the p-type GaN-based semiconductor layers 45, 47 and 49 toward the n-type cladding layer 41.
  • the Z component of the piezo electric field is opposite to the direction of the electric field due to the external voltage applied to both ends of the electrodes 51 and 52, so that the shift of the emission wavelength is reduced.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the GaN-based semiconductor optical device 11a.
  • the GaN-based semiconductor optical device 11a is manufactured by metal organic vapor phase epitaxy.
  • TMG trimethyl gallium
  • TMI trimethyl indium
  • TMA trimethyl aluminum
  • NH 3 ammonia
  • SiH 4 silane
  • Cp 2 Mg biscyclopentadienyl magnesium
  • a wafer made of a first GaN-based semiconductor is prepared.
  • the main surface of the wafer has a tilt angle within a range of 63 degrees or more and less than 80 degrees with respect to a plane perpendicular to the reference axis which is the [0001] axis or the [000-1] axis in the GaN-based semiconductor.
  • the dislocation density of the first GaN-based semiconductor of the wafer is 1 ⁇ 10 7 m ⁇ 2 or less. This wafer corresponds to the substrate 13 in the above embodiment.
  • step S101 the wafer prepared in step S101 is placed in a growth furnace (step S102), and after performing heat treatment for thermal cleaning of the main surface of the wafer (step S103), on the main surface of the wafer,
  • the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 is grown (step S104).
  • TMG, NH 3 , and SiH 4 are supplied to the growth reactor at 1000 degrees Celsius to grow a Si-doped GaN layer.
  • the thickness of this Si-doped GaN layer is 2 ⁇ m, for example.
  • the active layer 17 is grown on the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 (step S105).
  • the barrier layer 35 made of In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ⁇ x2 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1) is grown on the GaN-based semiconductor epitaxial region 15 (step S106).
  • TMG, TMI, TMA and NH 3 are supplied to the growth furnace to grow the barrier layer 35 made of undoped InAlGaN.
  • the thickness of the barrier layer 35 is, for example, 15 nm.
  • the well layer 33 made of a small band gap than the barrier layer 35 In x2 Al y2 Ga 1- x2-y2 N (0 ⁇ x2 ⁇ 1,0 ⁇ y2 ⁇ 1) on the barrier layer 35 (step S107).
  • TMG, TMI, TMA, and NH 3 are supplied to the growth reactor to grow the well layer 33 made of undoped InAlGaN (step S107).
  • the thickness of the well layer 33 is 3 nm, for example.
  • the In composition and Al composition of the undoped InAlGaN well layer 33 are changed according to the desired emission wavelength.
  • the multiple quantum well structure 31 is formed by alternately repeating the growth of the barrier layer 35 and the well layer 33 (step S108).
  • an electron block layer 27 made of p-type In x3 Al y3 Ga 1-x3-y3 N (0 ⁇ x3 ⁇ 1, 0 ⁇ y3 ⁇ 1) is grown on the active layer 17 (step S109).
  • TMG, TMA, NH 3 and Cp 2 Mg are supplied to the growth furnace, and the electron block layer 27 made of p-type AlGaN is grown.
  • the thickness of the electron block layer 27 is, for example, 20 nm.
  • the band gap of the electron block layer 27 is preferably larger than the band gap of the active layer 17.
  • the lattice constant of the electron block layer 27 is preferably equal to or less than the lattice constant of the substrate 13.
  • a contact layer 29 made of p-type In x4 Al y4 Ga 1-x4-y4 N (0 ⁇ x4 ⁇ 1, 0 ⁇ y4 ⁇ 1) is grown on the electron block layer 27 (step S110).
  • TMG, NH 3 and Cp 2 Mg are supplied to the growth furnace to grow the contact layer 29 made of p-type GaN.
  • the contact layer 29 has a thickness of 50 nm, for example.
  • the band gap of the contact layer 29 is preferably equal to or less than the band gap of the electron block layer 27.
  • an electrode is formed on the epitaxial wafer produced by the above steps (step S111).
  • a transparent electrode (Ni / Au) 37 is formed on the contact layer 29.
  • a pad electrode (Ti / Au) is formed on the transparent electrode 37.
  • an electrode (Ti / Al) 39 is formed on the back surface of the wafer.
  • the substrate 13 made of the first GaN-based semiconductor is used.
  • the main surface 13a of the substrate 13 is in a range of 63 degrees or more and less than 80 degrees in the m-axis direction from the plane (ie, c-plane) orthogonal to the [0001] axis or [000-1] axis of the first GaN-based semiconductor. It is inclined at an inclination angle ⁇ .
  • the level E3 that causes the Auger process to resonate can be moved energetically, and the energy difference ⁇ from the bottom of the conduction band can be changed. Therefore, the Auger process does not occur at the energy level difference Eg of the GaN-based semiconductor, and the generation of the Auger process in the band gap that can be taken by the GaN-based semiconductor including In that emits light in the blue to green band can be avoided. That is, in the GaN-based semiconductor light emitting devices 11a and 11b including the active layer 17 containing In, it is possible to suppress the droop phenomenon caused by the Auger process and reduce the decrease in quantum efficiency when the injection current is large.
  • the magnitude of the anisotropic strain applied to the well layer 33 can be controlled.
  • compressive strain is generated in the well layer 33, but tensile strain can be generated in the well layer 33 by selecting such a composition.
  • the main surface 13a of the substrate 13 is 63 degrees or more in the m-axis direction from the c-plane of the first GaN-based semiconductor. It is inclined at an inclination angle ⁇ in the range of less than 80 degrees.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the inclination angle ⁇ of the main surface and the piezo electric field strength inside the active layer 17. As shown in FIG.
  • the dislocation density of the first GaN-based semiconductor of the substrate 13 is 1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 or less.
  • the GaN-based semiconductor epitaxial region 15, the active layer 17, the electron block layer 27, and the contact layer 29 are provided on the high-quality GaN-based semiconductor substrate 13 having a low dislocation density. Therefore, the dislocation density in the GaN-based semiconductor light-emitting element 11a can be kept low, and even when the injection current is relatively large, carriers can be prevented from being captured by dislocations, and the reduction in quantum efficiency can be reduced.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting elements 11a and 11b and the method for manufacturing the GaN-based semiconductor light-emitting element 11a according to the embodiment (1) Auger process, (2) hole depletion due to the presence of the electron block layer, And (3) It is possible to solve the problems in the conventional GaN-based semiconductor light-emitting device such as the high dislocation density peculiar to the GaN-based light-emitting device, and to effectively reduce the decrease in quantum efficiency when the injection current is large.
  • the second GaN-based semiconductor of the active layer 17 is preferably In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ⁇ x2 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1).
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the lattice constant of the GaN-based semiconductor and the band edge energy.
  • the lattice constant of the active layer 17 made of In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ⁇ x2 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1) is determined by the composition of In and the composition of Al.
  • y2 it can be freely selected within a certain range. Therefore, since the magnitude of the anisotropic strain generated in the active layer 17 can be suitably controlled, the energy difference ⁇ between the energy level E3 and the bottom of the conduction band shown in FIG. 4 can be effectively changed.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element may be a light-emitting diode.
  • the planar chip size of the light emitting diode is preferably smaller than a 500 ⁇ m square. According to the GaN-based semiconductor light-emitting element 11a and the method for manufacturing the same according to the present embodiment, since the reduction in quantum efficiency due to the droop phenomenon is effectively reduced, high-efficiency light emission is possible even when the current density is increased, and thus the chip. The size can be reduced.
  • Example 1 A GaN substrate having a dislocation density of 1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 or less and a substrate main surface inclined by 75 degrees in the direction of the m-axis from the c-plane is used, and the cross-sectional structure shown in FIG. A GaN-based semiconductor light emitting device 11c having the same was produced.
  • NH 3 , TMG, TMI, TMA, and Cp 2 Mg were used as raw materials.
  • the GaN substrate 53 was heat-treated at 1050 ° C. in an NH 3 and H 2 atmosphere for 10 minutes, and then an n-type GaN buffer layer 54 was grown on the main surface 53a at 1000 ° C. by 2 ⁇ m. Thereafter, the undoped GaN barrier layer 55 was grown by lowering the substrate temperature to 870 ° C., and the undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer 56 was grown by lowering the substrate temperature to 780 ° C. Then, by repeating these steps, an active layer 57 having a three-cycle multiple quantum well structure was formed.
  • the substrate temperature was raised to 1000 ° C., and an electron blocking layer 58 made of p-type Al 0.18 Ga 0.82 N was grown on the active layer 57 by 20 nm. Finally, a p-type GaN contact layer 59 was grown on the electron block layer 58, the temperature was lowered, and then the epitaxial wafer was taken out from the reactor.
  • the Ni / Au electrode 60 was vapor-deposited on the p-type GaN contact layer 59, and the Ti / Al electrode 61 was vapor-deposited on the back surface 53b of the substrate 53. Then, by dividing the epitaxial wafer into chips, a GaN-based semiconductor light emitting device 11c was produced. In addition, the shape of the element seen from the thickness direction was a square having a side of 400 ⁇ m.
  • a sapphire substrate having a c-plane as a main surface is used, and the GaN-based semiconductor light-emitting element 11d having the cross-sectional structure shown in FIG. was made.
  • a low-temperature buffer layer 74 was grown at 50 nm at 475 ° C., and an n-type GaN buffer layer 75 was grown at 1050 ° C. at 5 ⁇ m.
  • the undoped GaN barrier layer 76 was grown by lowering the substrate temperature to 870 ° C., and the undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer 77 was grown by lowering the substrate temperature to 780 ° C.
  • an active layer 78 having a three-cycle multiple quantum well structure was formed.
  • the substrate temperature was raised to 1000 ° C., and an electron blocking layer 79 made of p-type Al 0.18 Ga 0.82 N was grown on the active layer 78 by 20 nm. Finally, a p-type GaN contact layer 80 was grown on the electron block layer 79, the temperature was lowered, and then the epitaxial wafer was taken out from the reactor.
  • etching is performed so that the n-type GaN buffer layer 75 is partially exposed, a Ni / Au electrode 81 is deposited on the p-type GaN contact layer 80, and a Ti / Al electrode 82 is deposited on the n-type GaN buffer layer 75. Vapor deposited on the exposed surface.
  • the epitaxial wafer was divided into chips to produce a GaN-based semiconductor light emitting element 11d. In order to make the comparison accurate, the process was devised so that the extraction efficiency was equivalent to that of the GaN-based semiconductor light emitting device 11c. In addition, the emission wavelength of both the GaN-based semiconductor light emitting devices 11c and 11d was 460 nm.
  • FIG. 9A the current density (horizontal axis) is 0 to 300 A / cm 2
  • FIG. 9B the current density (horizontal axis) is 0 to 1200 A / cm 2
  • a graph G11 shows the characteristics of the GaN-based semiconductor light emitting device 11c (using a low dislocation semipolar GaN substrate)
  • a graph G12 shows the GaN-based semiconductor light emitting device 11d. The characteristics of (using a c-plane sapphire substrate) are shown.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device 11d (c-plane sapphire substrate) has higher external quantum efficiency than the GaN-based semiconductor light-emitting device 11c (low dislocation semipolar GaN substrate) when the current is injected at 1 A / cm 2.
  • the relationship between the two is reversed when about 30 A / cm 2 is injected, and the external quantum efficiency of the GaN-based semiconductor light-emitting element 11c (low dislocation semipolar GaN substrate) is higher than that of the GaN-based semiconductor light-emitting element 11d (c-plane sapphire substrate) Get higher. Thereafter, as the current injection amount increases, the difference in external quantum efficiency between the GaN-based semiconductor light emitting devices 11c and 11d increases.
  • the external quantum efficiency of the GaN-based semiconductor light emitting device 11d (c-plane sapphire substrate) is about half to 1/3. It is falling.
  • the GaN-based semiconductor light emitting device 11c low dislocation semipolar GaN substrate
  • the external quantum efficiency is reduced only to about 2/3 to half. This shows that the droop phenomenon is effectively suppressed in the GaN-based semiconductor light emitting device 11c.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 11d has a higher external quantum efficiency than the GaN-based semiconductor light-emitting element 11c because the In composition fluctuation is large and the localization effect contributes.
  • Example 2 The GaN-based semiconductor light emitting devices 11c and 11d fabricated in Example 1 were fabricated by changing the composition of the well layer 56 (FIG. 7) and the well layer 77 (FIG. 8).
  • the growth temperature of the well layers 56 and 77 is 760 ° C.
  • the composition of the well layers 56 and 77 is In 0.18 Ga 0.82 N (hereinafter referred to as Example A).
  • the emission wavelength of this Example A was 480 nm.
  • the other is that the growth temperature of the well layers 56 and 77 is 740 ° C., and the composition of the well layers 56 and 77 is In 0.22 Ga 0.78 N (hereinafter referred to as Example B and Example B). To do).
  • the emission wavelength of Example B was 500 nm.
  • Example C the growth temperature of the well layers 56 and 77 is 720 ° C., and the composition of the well layers 56 and 77 is In 0.28 Ga 0.72 N (hereinafter referred to as Example C). And).
  • the emission wavelength of this Example C was 520 nm.
  • 10 to 12 are graphs showing the current density dependence of the external quantum efficiency when current is injected into these GaN-based semiconductor light emitting devices.
  • 10 corresponds to Example A
  • FIG. 11 corresponds to Example B
  • FIG. 12 corresponds to Example C.
  • (a) shows a current density (horizontal axis) of 0 to 300 A / cm 2
  • (b) shows a current density (horizontal axis) of 0 to 1200 A / cm 2
  • a graph G11 shows the characteristics of the GaN-based semiconductor light emitting device 11c (using a low dislocation semipolar GaN substrate)
  • a graph G12 shows the GaN-based semiconductor light emitting device 11d (using a c-plane sapphire substrate). Use) characteristics.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device including an active layer containing In
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device that can reduce a decrease in quantum efficiency when an injection current is large, and A manufacturing method thereof is provided.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

ＧａＮ系半導体発光素子１１ａは、ＧａＮ系半導体からなりｃ面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角αで傾斜した主面１３ａを有する基板１３と、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５と、活性層１７と、電子ブロック層２７と、コンタクト層２９とを備える。活性層１７はＩｎを含むＧａＮ系半導体からなり、基板１３の転位密度は１×１０７ｃｍ－２以下である。このようなＧａＮ系半導体発光素子１１ａによれば、Ｉｎを含む活性層を備えるＧａＮ系半導体発光素子において、注入電流が大きい場合における量子効率の低下を軽減できる。

Description

ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法
　本発明は、ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。
　非特許文献１には、ＧａＮ系半導体発光素子におけるドループ（ｄｒｏｏｐ）現象、すなわち注入電流量が或る大きさを超えた場合に生じる内部量子効率の低下が、主にオージェ（Ａｕｇｅｒ）過程によるものであると記載されている。この文献では、オージェ係数を実験的に測定している。
　非特許文献２には、ＧａＮ系半導体発光素子におけるドループ現象が、主にオージェ過程によるものであると記載されている。この文献では、ＧａＮ系半導体発光素子のバンド構造に関して第一原理計算を行い、青色から緑色にわたる波長帯において、オージェ過程を共鳴的に起こす準位の存在を指摘している。
　非特許文献３には、ＧａＮ系半導体発光素子におけるドループ現象が、電子ブロック層とコンタクト層との界面におけるホールの局在と、電子ブロック層の存在による活性層へのホール注入効率の低下とに起因すると記載されている。
Y. C. Shen et al., "Auger recombination in InＧａＮ measured by photoluminescence ",Applied Physics Letters, American Institute of Physics, Vol.91, 141101 (2007) Kris T. Delaney et al., "Auger recombination rates in nitrides from first principles ",Applied Physics Letters, American Institute of Physics, Vol.94, 191109 (2009) Sang-Heon Han et al., "Effect of electron blocking layer on efficiency droop in InＧａＮ/ＧａＮ multiple quantum well light-emitting diodes ",Applied Physics Letters, American Institute of Physics, Vol.94, 231123 (2009)
　近年、六方晶系であるＧａＮ系半導体を用いた発光素子が盛んに研究されている。この発光素子は、ＧａＮ系半導体からなる基板と、該基板の主面上に順にエピタキシャル成長された第１導電型（例えばｎ型）の半導体層、活性層、及び第２導電型（例えばｐ型）の半導体層とを備える。基板としては、ＧａＮ系半導体結晶のｃ面を主面とするものが主に用いられる。活性層は、例えばＩｎを組成中に含むＧａＮ系半導体からなる。
　ここで、図１３は、このような発光素子における励起密度と内部量子効率との関係を示すグラフの一例である。図１３に示すように、このような発光素子においては、注入電流が小さい領域（図中のＡ領域）では注入電流を大きくするほど内部量子効率が高まるが、注入電流が或る量を超えると（図中のＢ領域）、注入電流を大きくするほど量子効率が逆に低下する（ドループ現象）。ドループ現象の原因としては次の３つが考えられる。
　（１）オージェ過程
オージェ過程とは、電子と正孔とが再結合する際に生じる余剰エネルギーが、光エネルギーに変化するのではなく、別の電子を高エネルギー側の別の準位に遷移させるために消費されてしまう３体過程をいう。オージェ過程は、発光素子内部のキャリア密度が大きくなり、励起子間の平均距離が小さくなると、共鳴的に引き起こされる多体効果の一つである。
　図１４は、オージェ過程を説明するための図である。通常、発光素子では、図１４（ａ）に示すように、電子ｅ１が正孔ｈｏｌｅへ落ち込むことにより、伝導帯と価電子帯との間のエネルギー準位の差Ｅｇに相当するエネルギーを光として放出する。しかし、ＧａＮ系半導体においては、図１４（ｂ）に示すように、伝導帯の底とのエネルギー差Δが青色から緑色帯発光の発光エネルギーと等しくなるエネルギー準位Ｅ３が別に存在する。そして、電子ｅ１が正孔ｈｏｌｅへ落ち込むことにより発生する、伝導帯と価電子帯との間のエネルギー準位の差Ｅｇに相当するエネルギーが、別の電子ｅ２のエネルギー準位Ｅ３への遷移のために消費されてしまう。これにより、電子及び正孔が発光に寄与することなく消失し、内部量子効率が低下する。
　また、図１５は、半導体のバンドギャップとオージェ係数との関係を示すグラフである。上述したようなオージェ過程は、図１５に示すように、半導体が約２．５ｅＶを中心とする一定範囲内（図中の範囲Ｃ）のバンドギャップを有する場合に顕著に発生する。このバンドギャップは発光波長４４０ｎｍ～５４０ｎｍに相当し、例えばＩｎを組成中に含むＧａＮ系半導体により実現される。すなわち、活性層にＩｎを含むＧａＮ系半導体発光素子においては、オージェ過程によって、内部量子効率が低下するという問題がある。
　（２）電子ブロック層の存在によるホール枯渇
図１６（ａ）は、ＧａＮ系半導体発光素子のエネルギーバンド図の一例である。このＧａＮ系半導体発光素子は、ｎ型ＧａＮ層と、該ｎ型ＧａＮ層上に設けられた多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層と、該活性層上に設けられた電子ブロック（ＥＢＬ）層と、電子ブロック層上に設けられたｐ型ＧａＮ層とを備えている。また、図１６（ｂ）は、このＧａＮ系半導体発光素子のキャリア密度の厚さ方向分布を示すグラフである。図１６（ｂ）において、グラフＧｅは電子の密度を示しており、グラフＧｈは正孔の密度を示している。
　このような構造を備えるＧａＮ系半導体発光素子に大きな電流を注入すると、図１６（ａ）に示すように、印加電圧やピエゾ電界に起因するバンド曲がりが発生する（図中のＢ１及びＢ２）。そして、電子ブロック層とｐ型ＧａＮ層との界面におけるバンド曲がりＢ１によって、該界面に正孔が局在してしまう（図１６（ｂ）のピークＰ３）。また、電子ブロック層と活性層との界面に存在するバンド曲がりＢ２によって、活性層への正孔の注入が阻害され、量子効率が低下してしまう。
　図１７は、図１６に示したＧａＮ系半導体発光素子における電流密度と外部量子効率との関係の一例を示すグラフである。上述したバンド曲がりＢ１及びＢ２によって、図１７に示すように、電流密度が大きくなる程、ＧａＮ系半導体発光素子の外部量子効率が低下することがわかる。
　（３）ＧａＮ系発光素子に特有の転位密度の高さ
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、ＧａＮ系半導体発光素子への注入電流が比較的小さい場合（図１８（ａ））、及び比較的大きい場合（図１８（ｂ））のそれぞれにおける、転位Ｄの存在下でのキャリアＣａｒｒの蓄積の様子を概念的に示す図である。なお、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）において、縦軸はエネルギーの増加方向を表しており、横軸は位置を表している。
　図１８（ａ）に示すように、ＧａＮ系半導体発光素子への注入電流が比較的小さい場合（低注入域）には、キャリアＣａｒｒが転位Ｄに捕まることなく移動し、高効率な発光が起こる。これは、Ｉｎを含むＧａＮ系半導体からなる活性層において、Ｉｎ組成揺らぎによるキャリア局在効果が生じるためと考えられる。しかし、ＧａＮ系半導体発光素子への注入電流が比較的大きい場合（高注入域）には、キャリアＣａｒｒが局在サイトから溢れ、転位Ｄに捕まることで発光に寄与することなく消失してしまう。転位密度が高い傾向があるＧａＮ系半導体発光素子では、このような作用によって量子効率が低下する。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、Ｉｎを含む活性層を備えるＧａＮ系半導体発光素子において、注入電流が大きい場合における量子効率の低下を軽減することができるＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本発明によるＧａＮ系半導体発光素子は、（ａ）第１のＧａＮ系半導体からなり、該第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸又は［０００－１］軸である基準軸に直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した主面を有する基板と、（ｂ）主面上に設けられたＧａＮ系半導体エピタキシャル領域と、（ｃ）ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域上に設けられる活性層と、（ｄ）活性層上に設けられた電子ブロック層と、（ｅ）電子ブロック層上に設けられたコンタクト層とを備える。活性層は第２のＧａＮ系半導体からなり、第２のＧａＮ系半導体はインジウムを含む。電子ブロック層は第３のＧａＮ系半導体からなり、第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップは第２のＧａＮ系半導体のバンドギャップよりも大きい。コンタクト層は第４のＧａＮ系半導体からなり、第４のＧａＮ系半導体のバンドギャップは第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップ以下である。基板の第１のＧａＮ系半導体の転位密度は１×１０７ｃｍ－２以下である。
　また、本発明によるＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、（ｆ）第１のＧａＮ系半導体からなるウエハの主面上にＧａＮ系半導体エピタキシャル領域を成長させる工程と、（ｇ）ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域上に、活性層を成長させる工程と、（ｈ）活性層上に電子ブロック層を成長させる工程と、（ｉ）電子ブロック層上にコンタクト層を成長させる工程とを備える。ウエハの主面は、該第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸又は［０００－１］軸である基準軸に直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜している。活性層は第２のＧａＮ系半導体からなり、第２のＧａＮ系半導体はインジウムを含む。電子ブロック層は第３のＧａＮ系半導体からなり、第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップは第２のＧａＮ系半導体のバンドギャップよりも大きい。コンタクト層は第４のＧａＮ系半導体からなり、第４のＧａＮ系半導体のバンドギャップは第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップ以下である。ウエハの第１のＧａＮ系半導体の転位密度は１×１０７ｃｍ－２以下である。
　上述したＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法では、第１のＧａＮ系半導体からなる基板を用いている。この基板の主面は、第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸又は［０００－１］軸に直交する面（すなわちｃ面）から第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜している。このような半極性主面上に活性層が設けられることによって、活性層に非等方的な歪みが導入される。これにより、オージェ過程を共鳴的に引き起こす準位Ｅ３をエネルギー的に移動させ、青色から緑色帯発光の発光エネルギーに相当するエネルギー準位差Ｅｇではオージェ過程を引き起こさないようにすることができる。すなわち、青色から緑色帯発光をするＩｎを含むＧａＮ系半導体が取り得るバンドギャップの範囲でのオージェ過程の発生を回避できるので、Ｉｎを含む活性層を備えるＧａＮ系半導体発光素子において、オージェ過程に起因するドループ現象を抑制し、注入電流が大きい場合における量子効率の低下を軽減することができる。
　また、上述したＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法においては、基板の主面が、第１のＧａＮ系半導体のｃ面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜している。このような傾斜角の範囲では、Ｉｎを含む活性層におけるピエゾ電界が負となり、図１６（ａ）に示したバンド曲がりＢ１，Ｂ２の向きが逆になる。従って、比較的大きな電流を注入した場合でも、正孔の局在や活性層への正孔の注入の阻害が生じにくく、量子効率の低下を軽減することができる。
　また、上述したＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法においては、基板の第１のＧａＮ系半導体の転位密度が１×１０７ｃｍ－２以下である。そして、このように転位密度が小さい高品質なＧａＮ系半導体基板上に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域、活性層、電子ブロック層、及びコンタクト層が設けられている。従って、ＧａＮ系半導体発光素子における転位密度を低く抑え、注入電流が比較的大きい場合であってもキャリアが転位に捕まることを抑制し、量子効率の低下を軽減することができる。
　以上に説明したように、上述したＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法によれば、（１）オージェ過程、（２）電子ブロック層の存在によるホール枯渇、及び（３）ＧａＮ系発光素子に特有の転位密度の高さといった従来のＧａＮ系半導体発光素子における課題を解決し、注入電流が大きい場合における量子効率の低下を効果的に軽減することができる。
　また、ＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、基板の主面の傾斜角が７０度以上であることが好ましい。
　また、ＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、活性層が、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられていることが好ましい。この場合、活性層は、４４０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられていることがより好ましい。更に、活性層は、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられていれば尚好適である。基板主面の６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角は、このような発光波長の範囲において特に有効である。
　また、ＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、第２のＧａＮ系半導体がＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）であることを特徴としてもよい。これにより、活性層の格子定数を或る範囲内で自由に選択可能となり、活性層に生じる非等方歪みの大きさを好適に制御できるので、図１４（ｂ）に示したエネルギー準位Ｅ３と伝導帯の底とのエネルギー差Δを効果的に変更できる。
　また、ＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、第３のＧａＮ系半導体がＩｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１－ｘ３－ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）であり、第３のＧａＮ系半導体の格子定数が第１のＧａＮ系半導体の格子定数以下であることが好ましい。
　また、ＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、当該ＧａＮ系半導体発光素子が発光ダイオードであることを特徴としてもよい。この場合、発光ダイオードの平面形状のチップサイズは、５００μｍ角の正方形よりも小さいことが好ましい。上述したＧａＮ系半導体発光素子、及びＧａＮ系半導体発光素子の製造方法によれば、ドループ現象による量子効率の低下が効果的に軽減されるので、電流密度を上げても高効率発光が可能であり、ひいてはチップサイズの小型化が可能になる。
　本発明によるＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法によれば、Ｉｎを含む活性層を備えるＧａＮ系半導体発光素子において、注入電流が大きい場合における量子効率の低下を軽減することができる。
図１は、本発明に係るＧａＮ系半導体光素子の一実施形態の構造を概略的に示す図面である。 図２は、本発明に係るＧａＮ系半導体光素子の別の実施形態の構造を概略的に示す図面である。 図３は、ＧａＮ系半導体光素子を作製する方法を示すフローチャートである。 図４は、オージェ過程を共鳴的に引き起こす準位をエネルギー的に移動させ、伝導帯の底とのエネルギー差Δを変化させる様子を示す概念図である。 図５は、主面の傾斜角と活性層内部のピエゾ電界強度との関係を示すグラフである。 図６は、ＧａＮ系半導体の格子定数と、バンド端エネルギーとの関係を示すグラフである。 図７は、第１実施例において作製された低転位半極性ＧａＮ基板を備えるＧａＮ系半導体発光素子の断面構造を示す図である。 図８は、第１実施例において作製されたｃ面サファイア基板を備えるＧａＮ系半導体発光素子の断面構造を示す図である。 図９は、第１実施例において作製されたＧａＮ系半導体発光素子に電流を注入したときの、外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。図９（ａ）は電流密度（横軸）を０～３００Ａ／ｃｍ２としており、図９（ｂ）は電流密度（横軸）を０～１２００Ａ／ｃｍ２としている。 図１０は、第２実施例において作製されたＧａＮ系半導体発光素子に電流を注入したときの、外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。図１０（ａ）は電流密度（横軸）を０～３００Ａ／ｃｍ２としており、図１０（ｂ）は電流密度（横軸）を０～１２００Ａ／ｃｍ２としている。 図１１は、第２実施例において作製されたＧａＮ系半導体発光素子に電流を注入したときの、外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。図１１（ａ）は電流密度（横軸）を０～３００Ａ／ｃｍ２としており、図１１（ｂ）は電流密度（横軸）を０～１２００Ａ／ｃｍ２としている。 図１２は、第２実施例において作製されたＧａＮ系半導体発光素子に電流を注入したときの、外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。図１２（ａ）は電流密度（横軸）を０～３００Ａ／ｃｍ２としており、図１２（ｂ）は電流密度（横軸）を０～１２００Ａ／ｃｍ２としている。 図１３は、従来の発光素子における励起密度と内部量子効率との関係を示すグラフの一例である。 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、オージェ過程を説明するための図である。 図１５は、半導体のバンドギャップとオージェ係数との関係を示すグラフである。 図１６（ａ）は、従来のＧａＮ系半導体発光素子のエネルギーバンド図の一例である。また、図１６（ｂ）は、従来のＧａＮ系半導体発光素子のキャリア密度の厚さ方向分布を示すグラフである。 図１７は、図１６に示したＧａＮ系半導体発光素子における電流密度と外部量子効率との関係の一例を示すグラフである。 図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、ＧａＮ系半導体発光素子への注入電流が比較的小さい場合（図１８（ａ））、及び比較的大きい場合（図１８（ｂ））のそれぞれにおける、転位の存在下でのキャリアの蓄積の様子を概念的に示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明によるＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、以下の記述においては、六方晶系結晶の結晶軸を示すａ１軸、ａ２軸、ａ３軸、ｃ軸において、各結晶軸の正方向と逆向きを示す表記に関して、例えば［０００－１］軸は［０００１］軸の逆向きであり、逆向きを示すために数字（例えば「１」）の前に負号を付する「－１」を用いる。
　図１は、本発明に係るＧａＮ系半導体光素子の一実施形態として、ＧａＮ系半導体光素子１１ａの構造を概略的に示す図面である。ＧａＮ系半導体光素子１１ａとしては、例えば発光ダイオード等がある。
　ＧａＮ系半導体光素子１１ａは、基板１３と、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５と、活性層１７とを備える。基板１３は、第１のＧａＮ系半導体からなり、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができる。ＧａＮは、二元化合物であるＧａＮ系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とを提供できる。基板１３の第１のＧａＮ系半導体の転位密度は、１×１０７ｃｍ－２以下である。また、第１のＧａＮ系半導体は、例えばＡｌＮ等からなることができる。
　基板１３のｃ面は、図１に示された平面Ｓｃに沿って延びている。平面Ｓｃ上では、六方晶系ＧａＮ系半導体の結晶軸を示すための座標系ＣＲ（ｃ軸、ａ軸、ｍ軸）が示されている。また、図１には、第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘが示されている。本実施形態において、基準軸Ｃｘは、第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸又は［０００－１］軸である。基準軸Ｃｘに沿ったベクトルＶＣ＋は［０００１］軸の方向に向いており、ベクトルＶＣ－は［０００－１］軸の方向に向いている。基板１３の主面１３ａは、この基準軸Ｃｘに直交する面（すなわちｃ面）から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角αで傾斜している。より好ましくは、傾斜角αは７０度以上である。傾斜角αは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘとの成す角度によって規定され、この角度αは、本実施形態では、ベクトルＶＣ＋とベクトルＶＮとの成す角に等しい。傾斜角αは好ましくは７５度であり、この場合、主面１３ａは、六方晶系ＧａＮ系半導体の｛２０－２１｝面として示される。
　ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、主面１３ａ上に設けられている。ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、一又は複数の第１導電型ＧａＮ系半導体層を含むことができる。本実施形態では、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、ｎ型ＧａＮ半導体層２３を含んでいる。
　このＧａＮ系半導体光素子１１ａにおいては、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５が基板１３上に設けられているので、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の結晶軸は、基板１３の結晶軸を引き継いでいる。それ故に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。
　ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５上には、活性層１７が設けられている。活性層１７は、インジウムを含む第２のＧａＮ系半導体からなる。好適には、第２のＧａＮ系半導体はＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）である。活性層１７の膜厚方向は、基準軸Ｃｘに対して傾斜している。
　活性層１７はＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５上に設けられているので、活性層１７の結晶軸は、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５を介して基板１３の結晶軸を引き継いでいる。それ故に、活性層１７の主面も、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。
　活性層１７は、４００ｎｍ以上である発光波長を生成するように設けられることが好ましい。また、活性層１７は、６５０ｎｍ以下である発光波長を生成するように設けられることが好ましい。６５０ｎｍ以上の発光波長を発生する活性層では、インジウム組成が大きいので、所望の結晶品質が得られにくい。より好ましくは、活性層１７は、４４０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられているとよい。また、更に好ましくは、活性層１７は、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられているとよい。活性層１７の主面が有する６３度以上８０度未満の傾斜角は、このような発光波長の範囲において特に有効である。
　活性層１７は、量子井戸構造３１を有することができ、この量子井戸構造３１は、所定の軸Ａｘの方向に交互に配置された井戸層３３及び障壁層３５を含む。井戸層３３及び障壁層３５は、インジウムを含む第２のＧａＮ系半導体、例えばＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）からなる。障壁層３５のバンドギャップは、井戸層３３のバンドギャップより大きい。ｎ型ＧａＮ半導体層２３、活性層１７、電子ブロック層２７及びコンタクト層２９は、所定の軸Ａｘの方向に配列される。基準軸Ｃｘの方向は所定の軸Ａｘの方向と異なる。
　ここで、図１を参照すると、座標系Ｓが示されている。基板１３の主面１３ａは、Ｚ軸の方向を向いており、またＸ方向及びＹ方向に延びている。Ｘ軸はａ軸の方向に向いている。
　ＧａＮ系半導体光素子１１ａは、活性層１７上に設けられたＧａＮ系半導体領域２１を備える。ＧａＮ系半導体領域２１は、一又は複数の第２導電型ＧａＮ系半導体層を含む。ＧａＮ系半導体領域２１は、活性層１７上に設けられた電子ブロック層２７と、電子ブロック層２７上に設けられたコンタクト層２９とを含む。電子ブロック層２７は、第３のＧａＮ系半導体からなる。この第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップは、活性層１７の第２のＧａＮ系半導体のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。好適には、第３のＧａＮ系半導体はｐ型Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１－ｘ３－ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）であり、更に好適には、第３のＧａＮ系半導体はｐ型Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１－ｘ３－ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１、０＜ｙ３＜１）である。この第３のＧａＮ系半導体の格子定数は、基板１３の第１のＧａＮ系半導体の格子定数以下であることが好ましい。
　コンタクト層２９は、第４のＧａＮ系半導体からなる。この第４のＧａＮ系半導体のバンドギャップは、第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップ以下であることが好ましい。好適には、第４のＧａＮ系半導体はｐ型Ｉｎｘ４Ａｌｙ４Ｇａ１－ｘ４－ｙ４Ｎ（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１）であり、更に好適には、第４のＧａＮ系半導体はｐ型Ｉｎｘ４Ａｌｙ４Ｇａ１－ｘ４－ｙ４Ｎ（０≦ｘ４＜１、０＜ｙ４＜１）である。
　電子ブロック層２７及びコンタクト層２９は活性層１７上に設けられているので、電子ブロック層２７及びコンタクト層２９の結晶軸は、活性層１７及びＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５を介して基板１３の結晶軸を引き継いでいる。それ故に、電子ブロック層２７及びコンタクト層２９の主面も、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。
　ＧａＮ系半導体光素子１１ａは、コンタクト層２９上に設けられた第１の電極３７（例えば、アノード）を含むことができ、第１の電極３７は、コンタクト層２９を覆う透明電極を含むことができる。透明電極としては、例えばＮｉ／Ａｕを用いられる。ＧａＮ系半導体光素子１１ａは、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられた第２の電極３９（例えば、カソード）を含むことができ、第２の電極３９は、例えばＴｉ／Ａｌから成る。活性層１７は、電極３７、３９の両端に印加された外部電圧に応答して光Ｌ１を生成し、本実施形態ではＧａＮ系半導体光素子１１ａは面発光素子を含む。
　図２は、本発明に係るＧａＮ系半導体発光素子の別の実施形態として、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｂの構造を概略的に示す図面である。ＧａＮ系半導体発光素子１１ｂとしては、例えば半導体レーザ等がある。ＧａＮ系半導体発光素子１１ｂは、図１に示したＧａＮ系半導体光素子１１ａと同様に、基板１３と、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５と、活性層１７とを備える。
　基板１３は、第１のＧａＮ系半導体からなり、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができる。基板１３の第１のＧａＮ系半導体の転位密度は、１×１０７ｃｍ－２以下である。また、第１のＧａＮ系半導体は、例えばＡｌＮ等からなることができる。
　基板１３のｃ面は、図２に示された平面Ｓｃに沿って延びている。平面Ｓｃ上では、座標系ＣＲ（ｃ軸、ａ軸、ｍ軸）が示されている。また、図２には、基準軸Ｃｘが示されている。本実施形態において、基準軸Ｃｘは、第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸又は［０００－１］軸である。基準軸Ｃｘに沿ったベクトルＶＣ＋は［０００１］軸の方向に向いており、ベクトルＶＣ－は［０００－１］軸の方向に向いている。基板１３の主面１３ａは、この基準軸Ｃｘに直交する面（すなわちｃ面）から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角αで傾斜している。傾斜角αは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘとの成す角度によって規定され、この角度αは、本実施形態では、ベクトルＶＣ＋とベクトルＶＮとの成す角に等しい。
　ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、主面１３ａ上に設けられている。ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、一又は複数の第１導電型ＧａＮ系半導体層を含むことができる。本実施形態では、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、Ａｘ軸の方向（Ｚ方向）に配列されたｎ型クラッド層４１及び光ガイド層４３ａを含んでいる。ｎ型クラッド層４１は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ、またはＩｎＡｌＧａＮからなることができ、また光ガイド層４３ａは、例えばアンドープＩｎＧａＮからなることができる。ｎ型クラッド層４１及び光ガイド層４３ａが基板１３の主面１３ａ上にエピタキシャル成長されるので、ｎ型クラッド層４１及び光ガイド層４３ａの結晶軸は、基板１３の結晶軸を引き継いでいる。それ故に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。
　ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５上には、活性層１７が設けられている。活性層１７は、インジウムを含む第２のＧａＮ系半導体からなる。好適には、第２のＧａＮ系半導体はＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）である。活性層１７の膜厚方向は、基準軸Ｃｘに対して傾斜している。
　活性層１７はＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５上に設けられているので、活性層１７の結晶軸は、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５を介して基板１３の結晶軸を引き継いでいる。それ故に、活性層１７の主面も、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。
　活性層１７は、４００ｎｍ以上である発光波長を生成するように設けられることが好ましい。また、活性層１７は、６５０ｎｍ以下である発光波長を生成するように設けられることが好ましい。６５０ｎｍ以上の発光波長を発生する活性層では、インジウム組成が大きいので、所望の結晶品質が得られにくい。より好ましくは、活性層１７は、４４０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられているとよい。また、更に好ましくは、活性層１７は、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられているとよい。活性層１７の主面が有する６３度以上８０度未満の傾斜角は、このような発光波長の範囲において特に有効である。
　活性層１７は、量子井戸構造３１を有することができ、この量子井戸構造３１は、所定の軸Ａｘの方向に交互に配置された井戸層３３及び障壁層３５を含む。井戸層３３及び障壁層３５は、インジウムを含む第２のＧａＮ系半導体、例えばＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）からなる。障壁層３５のバンドギャップは、井戸層３３のバンドギャップより大きい。井戸層３３の厚さの範囲は、例えば０．５ｎｍ～１０ｎｍであることができる。井戸層３３のＩｎ組成の範囲は、例えば０．０１～０．５０であることができる。
　ＧａＮ系半導体発光素子１１ｂは、活性層１７上に設けられたＧａＮ系半導体領域２１を備える。ＧａＮ系半導体領域２１は、一又は複数のＧａＮ系半導体層を含む。本実施形態のＧａＮ系半導体領域２１は、Ｚ方向に配列された光ガイド層４３ｂ、電子ブロック層４５、クラッド層４７及びコンタクト層４９を含む。
　光ガイド層４３ｂは、例えばアンドープＩｎＧａＮからなることができる。電子ブロック層４５は、第３のＧａＮ系半導体からなる。この第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップは、活性層１７の第２のＧａＮ系半導体のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。好適には、第３のＧａＮ系半導体はｐ型Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１－ｘ３－ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）であり、更に好適には、第３のＧａＮ系半導体はｐ型Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１－ｘ３－ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１、０＜ｙ３＜１）である。この第３のＧａＮ系半導体の格子定数は、基板１３の第１のＧａＮ系半導体の格子定数以下であることが好ましい。クラッド層４７は、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＧａＮ、またはｐ型ＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
　コンタクト層４９は、第４のＧａＮ系半導体からなる。この第４のＧａＮ系半導体のバンドギャップは、第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップ以下であることが好ましい。好適には、第４のＧａＮ系半導体はｐ型Ｉｎｘ４Ａｌｙ４Ｇａ１－ｘ４－ｙ４Ｎ（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１）であり、更に好適には、第４のＧａＮ系半導体はｐ型Ｉｎｘ４Ａｌｙ４Ｇａ１－ｘ４－ｙ４Ｎ（０≦ｘ４＜１、０＜ｙ４＜１）である。
　電子ブロック層４５、クラッド層４７及びコンタクト層４９は活性層１７上に設けられているので、電子ブロック層４５、クラッド層４７及びコンタクト層４９の結晶軸は、活性層１７及びＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５を介して基板１３の結晶軸を引き継いでいる。それ故に、電子ブロック層４５、クラッド層４７及びコンタクト層４９の主面も、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。
　ＧａＮ系半導体発光素子１１ｂは、コンタクト層４９上に設けられた第１の電極５１（例えば、アノード）を含むことができ、第１の電極５１は、コンタクト層４９を覆う絶縁膜５０のストライプ窓を介してコンタクト層４９に接続される。第１の電極５１としては、例えばＮｉ／Ａｕを用いられる。ＧａＮ系半導体発光素子１１ｂは、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられた第２の電極５２（例えば、カソード）を含むことができ、第２の電極５２は、例えばＴｉ／Ａｌから成る。
　活性層１７は、電極５１、５２の両端に印加された外部電圧に応答して光Ｌ２を生成し、本実施形態ではＧａＮ系半導体発光素子１１ｂは端面発光素子を含む。この活性層１７において、ピエゾ電界のＺ成分（所定の軸Ａｘの方向に関する成分）は、ｐ型ＧａＮ系半導体層４５、４７及び４９からｎ型クラッド層４１へ向かう方向と逆向きである。このＧａＮ系半導体発光素子１１ｂによれば、ピエゾ電界のＺ成分が、電極５１、５２の両端に印加された外部電圧による電界の方向と逆向きであるので、発光波長のシフトが低減される。
　ここで、図１に示したＧａＮ系半導体光素子１１ａを作製する方法について説明する。図３は、ＧａＮ系半導体光素子１１ａを作製する方法を示すフローチャートである。図３に示される各工程に従って、有機金属気相成長法により、ＧａＮ系半導体光素子１１ａを作製する。なお、エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いる。
　まず、工程Ｓ１０１として、第１のＧａＮ系半導体からなるウエハを準備する。このウエハの主面は、ＧａＮ系半導体における［０００１］軸又は［０００－１］軸である基準軸に直交する面、すなわちｃ面に対し６３度以上８０度未満の範囲内で傾斜角を有する。また、ウエハの第１のＧａＮ系半導体の転位密度は、１×１０７ｍ－２以下である。このウエハは、上記実施形態における基板１３に相当する。
　次に、工程Ｓ１０１で用意されたウエハを成長炉内に設置し（工程Ｓ１０２）、ウエハの主面のサーマルクリーニングのための熱処理を行った後（工程Ｓ１０３）、該ウエハの主面上に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５を成長させる（工程Ｓ１０４）。例えば、摂氏１０００度においてＴＭＧ、ＮＨ３、及びＳｉＨ４を成長炉に供給し、ＳｉドープＧａＮ層を成長させる。このＳｉドープＧａＮ層の厚さは、例えば２μｍである。
　続いて、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５上に活性層１７を成長させる（工程Ｓ１０５）。まず、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５上に、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）からなる障壁層３５を成長させる（工程Ｓ１０６）。例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ及びＮＨ３を成長炉に供給し、アンドープＩｎＡｌＧａＮからなる障壁層３５を成長させる。この障壁層３５の厚さは、例えば１５ｎｍである。次に、障壁層３５よりバンドギャップが小さいＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）からなる井戸層３３を障壁層３５上に成長させる（工程Ｓ１０７）。例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ及びＮＨ３を成長炉に供給し、アンドープＩｎＡｌＧａＮからなる井戸層３３を成長させる（工程Ｓ１０７）。この井戸層３３の厚さは、例えば３ｎｍである。なお、所望の発光波長に応じて、アンドープＩｎＡｌＧａＮ井戸層３３のＩｎ組成及びＡｌ組成が変更される。以降、障壁層３５及び井戸層３３の成長を交互に繰り返すことによって、多重量子井戸構造３１が形成される（工程Ｓ１０８）。
　続いて、活性層１７上に、ＧａＮ系半導体領域２１を成長させる。まず、ｐ型Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１－ｘ３－ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１、０＜ｙ３＜１）からなる電子ブロック層２７を活性層１７上に成長させる（工程Ｓ１０９）。例えば、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３及びＣｐ２Ｍｇを成長炉に供給し、ｐ型ＡｌＧａＮからなる電子ブロック層２７を成長させる。この電子ブロック層２７の厚さは、例えば２０ｎｍである。電子ブロック層２７のバンドギャップは、活性層１７のバンドギャップより大きいことが好ましい。また、電子ブロック層２７の格子定数は、基板１３の格子定数以下であることが好ましい。次に、ｐ型Ｉｎｘ４Ａｌｙ４Ｇａ１－ｘ４－ｙ４Ｎ（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１）からなるコンタクト層２９を電子ブロック層２７上に成長させる（工程Ｓ１１０）。例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３及びＣｐ２Ｍｇを成長炉に供給し、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層２９を成長させる。このコンタクト層２９の厚さは、例えば５０ｎｍである。コンタクト層２９のバンドギャップは、電子ブロック層２７のバンドギャップ以下であることが好ましい。
　続いて、以上の工程により作製されたエピタキシャルウエハ上に、電極を形成する（工程Ｓ１１１）。まず、コンタクト層２９上に透明電極（Ｎｉ／Ａｕ）３７を形成する。その後、透明電極３７上にパッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を形成する。また、ウエハの裏面に、電極（Ｔｉ／Ａｌ）３９を形成する。これらの電極３７及び３９に対し、熱処理（アニール）を行う。以上の工程により、上記実施形態に係るＧａＮ系半導体光素子１１ａが得られる。
　以上に説明したＧａＮ系半導体光素子１１ａ及び１１ｂ、並びにＧａＮ系半導体光素子１１ａの製造方法による作用及び効果について説明する。
　上述したＧａＮ系半導体発光素子１１ａ及び１１ｂ、並びにＧａＮ系半導体発光素子１１ａの製造方法では、第１のＧａＮ系半導体からなる基板１３（又はウエハ）を用いている。この基板１３の主面１３ａは、第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸又は［０００－１］軸に直交する面（すなわちｃ面）からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角αで傾斜している。このような半極性の主面１３ａ上に活性層１７が設けられることによって、活性層１７に非等方的な歪みが導入される。
　これにより、図４に示すように、オージェ過程を共鳴的に引き起こす準位Ｅ３をエネルギー的に移動させ、伝導帯の底とのエネルギー差Δを変化させることができる。従って、当該ＧａＮ系半導体のエネルギー準位差Ｅｇではオージェ過程が起こらず、青色から緑色帯発光するＩｎを含むＧａＮ系半導体が取り得るバンドギャップの範囲でのオージェ過程の発生を回避できる。すなわち、Ｉｎを含む活性層１７を備えるＧａＮ系半導体発光素子１１ａ及び１１ｂにおいて、オージェ過程に起因するドループ現象を抑制し、注入電流が大きい場合における量子効率の低下を軽減することができる。
　また、井戸層３３及び障壁層３５の組成を調整することによって、井戸層３３に加わる非等方的歪みの大きさを制御することが可能である。通常、井戸層３３には圧縮歪みが生じるが、このような組成の選択によって、井戸層３３に引張歪みを生じさせることも可能である。これにより、伝導帯のバンド構造を変化させ、図４及び図１４（ｂ）に示したエネルギー差Δを、例えば、Δ＝２．５±１ｅＶといった範囲で任意の値に制御することができる。したがって、例えば４４０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲でドループ現象を効果的に抑制することが可能となる。
　また、ＧａＮ系半導体発光素子１１ａ及び１１ｂ、並びにＧａＮ系半導体発光素子１１ａの製造方法においては、基板１３の主面１３ａが、第１のＧａＮ系半導体のｃ面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角αで傾斜している。ここで、図５は、主面の傾斜角αと活性層１７内部のピエゾ電界強度との関係を示すグラフである。図５に示すように、ｃ面から６３度以上８０度未満の範囲Ｒに含まれる傾斜角αで傾斜した主面１３ａ上に設けられた活性層１７におけるピエゾ電界は、ｃ面（すなわち傾斜角α＝０）上の活性層におけるピエゾ電界に比べて小さく、負の値となっている。すなわち、本実施形態の活性層１７におけるピエゾ電界の向きは、電流注入の際の電界の向きとは逆になる。従って、図１６（ａ）に示したバンド曲がりＢ１，Ｂ２の向きも逆となるので、比較的大きな電流を注入した場合であっても、正孔の局在や活性層１７への正孔の移動の阻害が生じにくく、量子効率の低下を軽減することができる。
　また、ＧａＮ系半導体発光素子１１ａ及び１１ｂ、並びにＧａＮ系半導体発光素子１１ａの製造方法においては、基板１３の第１のＧａＮ系半導体の転位密度が１×１０７ｃｍ－２以下である。そして、このように転位密度が小さい高品質なＧａＮ系半導体基板１３上に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５、活性層１７、電子ブロック層２７、及びコンタクト層２９が設けられている。従って、ＧａＮ系半導体発光素子１１ａにおける転位密度を低く抑え、注入電流が比較的大きい場合であってもキャリアが転位に捕まることを抑制し、量子効率の低下を軽減することができる。
　このように、上記実施形態に係るＧａＮ系半導体発光素子１１ａ及び１１ｂ、並びにＧａＮ系半導体発光素子１１ａの製造方法によれば、（１）オージェ過程、（２）電子ブロック層の存在によるホール枯渇、及び（３）ＧａＮ系発光素子に特有の転位密度の高さといった従来のＧａＮ系半導体発光素子における課題を解決し、注入電流が大きい場合における量子効率の低下を効果的に軽減することができる。
　また、本実施形態のように、活性層１７の第２のＧａＮ系半導体は、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）であることが好ましい。ここで、図６は、ＧａＮ系半導体の格子定数と、バンド端エネルギーとの関係を示すグラフである。図６から明らかなように、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）からなる活性層１７の格子定数は、Ｉｎの組成ｘ２及びＡｌの組成ｙ２を適宜変更することによって、或る範囲内で自由に選択可能である。したがって、活性層１７に生じる非等方歪みの大きさを好適に制御できるので、図４に示したエネルギー準位Ｅ３と伝導帯の底とのエネルギー差Δを効果的に変更できる。
　また、本実施形態のＧａＮ系半導体発光素子１１ａのように、ＧａＮ系半導体発光素子は発光ダイオードであってもよい。この場合、発光ダイオードの平面形状のチップサイズは、５００μｍ角の正方形よりも小さいことが好ましい。本実施形態によるＧａＮ系半導体発光素子１１ａ及びその製造方法によれば、ドループ現象による量子効率の低下が効果的に軽減されるので、電流密度を上げても高効率発光が可能であり、ひいてはチップサイズの小型化が可能になる。
　（実施例１）
転位密度が１×１０７ｃｍ－２以下であり、且つ基板主面がｃ面からｍ軸の方向に７５度傾斜したＧａＮ基板を使用し、以下の工程を経て、図７に示す断面構造を有するＧａＮ系半導体発光素子１１ｃを作製した。なお、以下の工程において、原料にはＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、及びＣｐ２Ｍｇを使用した。
　まず、ＧａＮ基板５３を１０５０℃、ＮＨ３及びＨ２雰囲気で１０分間熱処理した後、その主面５３ａ上に、１０００℃でｎ型ＧａＮバッファ層５４を２μｍ成長させた。その後、基板温度を８７０度に下げてアンドープＧａＮ障壁層５５を成長させ、基板温度を７８０℃に下げてアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層５６を成長させた。そして、これらの工程を繰り返すことにより、３周期の多重量子井戸構造を有する活性層５７を形成した。次に、基板温度を１０００℃まで上げて、ｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎからなる電子ブロック層５８を活性層５７上に２０ｎｍ成長させた。最後に、ｐ型ＧａＮコンタクト層５９を電子ブロック層５８上に成長させ、降温した後、反応炉から当該エピタキシャルウエハを取り出した。
　その後、Ｎｉ／Ａｕ電極６０をｐ型ＧａＮコンタクト層５９上に蒸着し、Ｔｉ／Ａｌ電極６１を基板５３の裏面５３ｂ上に蒸着した。そして、エピタキシャルウエハを分割してチップ化することにより、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｃを作製した。なお、厚さ方向から見た素子の形状は、一辺４００μｍの正方形であった。
　一方、このＧａＮ系半導体発光素子１１ｃの効果と比較するために、ｃ面を主面とするサファイア基板を使用し、以下の工程を経て、図８に示す断面構造を有するＧａＮ系半導体発光素子１１ｄを作製した。
　まず、サファイア基板７３の主面７３ａ上に、４７５℃で低温バッファ層７４を５０ｎｍ成長させ、その上に、１０５０℃でｎ型ＧａＮバッファ層７５を５μｍ成長させた。その後、基板温度を８７０度に下げてアンドープＧａＮ障壁層７６を成長させ、基板温度を７８０℃に下げてアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層７７を成長させた。そして、これらの工程を繰り返すことにより、３周期の多重量子井戸構造を有する活性層７８を形成した。次に、基板温度を１０００℃まで上げて、ｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎからなる電子ブロック層７９を活性層７８上に２０ｎｍ成長させた。最後に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８０を電子ブロック層７９上に成長させ、降温した後、反応炉から当該エピタキシャルウエハを取り出した。
　その後、ｎ型ＧａＮバッファ層７５が一部露出するようにエッチングを施したのち、Ｎｉ／Ａｕ電極８１をｐ型ＧａＮコンタクト層８０上に蒸着し、Ｔｉ／Ａｌ電極８２をｎ型ＧａＮバッファ層７５の露出面上に蒸着した。そして、エピタキシャルウエハを分割してチップ化することにより、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｄを作製した。なお、比較の正確を期すため、取り出し効率がＧａＮ系半導体発光素子１１ｃと同等となるようにプロセスを工夫した。また、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｃ及び１１ｄ共に発光波長は４６０ｎｍであった。
　こうして作製したＧａＮ系半導体発光素子１１ｃ及び１１ｄに電流を注入したときの、外部量子効率の電流密度依存性を調べた。その結果を図９に示す。図９（ａ）は電流密度（横軸）を０～３００Ａ／ｃｍ２としており、図９（ｂ）は電流密度（横軸）を０～１２００Ａ／ｃｍ２としている。また、図９（ａ）及び図９（ｂ）において、グラフＧ１１はＧａＮ系半導体発光素子１１ｃ（低転位半極性ＧａＮ基板を使用）の特性を示しており、グラフＧ１２はＧａＮ系半導体発光素子１１ｄ（ｃ面サファイア基板を使用）の特性を示している。
　図９を参照すると、電流を１Ａ／ｃｍ２注入した時にはＧａＮ系半導体発光素子１１ｄ（ｃ面サファイア基板）のほうがＧａＮ系半導体発光素子１１ｃ（低転位半極性ＧａＮ基板）より外部量子効率が高いが、３０Ａ／ｃｍ２程度注入した時点で両者の関係が逆転し、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｃ（低転位半極性ＧａＮ基板）のほうがＧａＮ系半導体発光素子１１ｄ（ｃ面サファイア基板）より外部量子効率が高くなる。その後、電流注入量が増すほど、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｃ及び１１ｄの外部量子効率の差が拡大する。例えば、１Ａ／ｃｍ２注入時点から１ｋＡ／ｃｍ２注入時点までの外部量子効率の変化を比較すると、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｄ（ｃ面サファイア基板）では半分ないし１／３程度に外部量子効率が低下している。これに対し、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｃ（低転位半極性ＧａＮ基板）では、２／３ないし半分程度にしか外部量子効率が低下していない。このことから、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｃでは、ドループ現象が効果的に抑制されていることがわかる。なお、低注入域において、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｄのほうがＧａＮ系半導体発光素子１１ｃより外部量子効率が高いのは、Ｉｎ組成揺らぎが大きく、局在効果が寄与するためと考えられる。
　（実施例２）
実施例１において作製したＧａＮ系半導体発光素子１１ｃ及び１１ｄの井戸層５６（図７）及び井戸層７７（図８）の組成を変更したものを作製した。一つは、井戸層５６及び７７の成長温度を７６０度とし、井戸層５６，７７の組成をＩｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎとしたものである（以下、実施例Ａとする）。この実施例Ａの発光波長は共に４８０ｎｍであった。また、他の一つは、井戸層５６及び７７の成長温度を７４０度とし、井戸層５６，７７の組成をＩｎ０．２２Ｇａ０．７８Ｎとしたものである（以下、実施例Ｂとする）。この実施例Ｂの発光波長は共に５００ｎｍであった。また、更に他の一つは、井戸層５６及び７７の成長温度を７２０度とし、井戸層５６，７７の組成をＩｎ０．２８Ｇａ０．７２Ｎとしたものである（以下、実施例Ｃとする）。この実施例Ｃの発光波長は共に５２０ｎｍであった。
　図１０～図１２は、これらのＧａＮ系半導体発光素子に電流を注入したときの、外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。図１０は実施例Ａに対応しており、図１１は実施例Ｂに対応しており、図１２は実施例Ｃに対応している。これらの図において、（ａ）は電流密度（横軸）を０～３００Ａ／ｃｍ２としており、（ｂ）は電流密度（横軸）を０～１２００Ａ／ｃｍ２としている。また、図１０～図１２において、グラフＧ１１はＧａＮ系半導体発光素子１１ｃ（低転位半極性ＧａＮ基板を使用）の特性を示しており、グラフＧ１２はＧａＮ系半導体発光素子１１ｄ（ｃ面サファイア基板を使用）の特性を示している。
　図１０～図１２を参照すると、井戸層のＩｎ組成を変化させた場合においても、第１実施例で述べた傾向が顕著に現れていることがわかる。すなわち、ＧａＮ系半導体発光素子１１ｃでは、ドループ現象が効果的に抑制されている。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｉｎを含む活性層を備えるＧａＮ系半導体発光素子において、注入電流が大きい場合における量子効率の低下を軽減することができるＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法が提供される。
　１１ａ～１１ｄ…ＧａＮ系半導体光素子、１３…基板、１３ａ…主面、１５…ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域、１７…活性層、２１…ＧａＮ系半導体領域、２３…ｐ型ＧａＮ半導体層、２７，４５…電子ブロック層、２９…コンタクト層、３１…多重量子井戸構造、３３…井戸層、３５…障壁層、３７，３９，５１，５２…電極、４１…ｎ型クラッド層、４３ａ，４３ｂ…光ガイド層、４５…ｐ型ＧａＮ系半導体層、４７…クラッド層、４９…コンタクト層、５０…絶縁膜、Ｃａｒｒ…キャリア、Ｄ…転位、ｅ１，ｅ２…電子、ｈｏｌｅ…正孔、α…傾斜角。

Claims (18)

  1. 　第１のＧａＮ系半導体からなり、該第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸又は［０００－１］軸である基準軸に直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した主面を有する基板と、
    　前記主面上に設けられたＧａＮ系半導体エピタキシャル領域と、
    　前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域上に設けられる活性層と、
    　前記活性層上に設けられた電子ブロック層と、
    　前記電子ブロック層上に設けられたコンタクト層と
    　を備え、
    　前記活性層は第２のＧａＮ系半導体からなり、前記第２のＧａＮ系半導体はインジウムを含み、
    　前記電子ブロック層は第３のＧａＮ系半導体からなり、前記第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップは前記第２のＧａＮ系半導体のバンドギャップよりも大きく、
    　前記コンタクト層は第４のＧａＮ系半導体からなり、前記第４のＧａＮ系半導体のバンドギャップは前記第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップ以下であり、
    　前記基板の前記第１のＧａＮ系半導体の転位密度は１×１０７ｃｍ－２以下であることを特徴とする、ＧａＮ系半導体発光素子。
  2. 　前記基板の前記主面の傾斜角は７０度以上であることを特徴とする、請求項１に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  3. 　前記活性層は、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  4. 　前記活性層は、４４０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  5. 　前記活性層は、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられていることを特徴とする、請求項４に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  6. 　前記第２のＧａＮ系半導体はＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）であることを特徴とする、請求項１～５に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  7. 　前記第３のＧａＮ系半導体はＩｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１－ｘ３－ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）であり、前記第３のＧａＮ系半導体の格子定数は前記第１のＧａＮ系半導体の格子定数以下であることを特徴とする、請求項１～６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  8. 　当該ＧａＮ系半導体発光素子は発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１～７に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  9. 　前記発光ダイオードのチップサイズは、５００μｍ角よりも小さいことを特徴とする、請求項８に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  10. 　第１のＧａＮ系半導体からなるウエハの主面上にＧａＮ系半導体エピタキシャル領域を成長させる工程と、
    　前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域上に活性層を成長させる工程と、
    　前記活性層上に電子ブロック層を成長させる工程と、
    　前記電子ブロック層上にコンタクト層を成長させる工程と
    　を備え、
    　前記ウエハの前記主面は、該第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸又は［０００－１］軸である基準軸に直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜しており、
    　前記活性層は第２のＧａＮ系半導体からなり、前記第２のＧａＮ系半導体はインジウムを含み、
    　前記電子ブロック層は第３のＧａＮ系半導体からなり、前記第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップは前記第２のＧａＮ系半導体のバンドギャップよりも大きく、
    　前記コンタクト層は第４のＧａＮ系半導体からなり、前記第４のＧａＮ系半導体のバンドギャップは前記第３のＧａＮ系半導体のバンドギャップ以下であり、
    　前記ウエハの前記第１のＧａＮ系半導体の転位密度は１×１０７ｃｍ－２以下であることを特徴とする、ＧａＮ系半導体光素子の製造方法。
  11. 　前記ウエハの前記主面の傾斜角は７０度以上であることを特徴とする、請求項１０に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
  12. 　前記活性層は、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
  13. 　前記活性層は、４４０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられることを特徴とする、請求項１２に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
  14. 　前記活性層は、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられることを特徴とする、請求項１３に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
  15. 　前記第２のＧａＮ系半導体はＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）であることを特徴とする、請求項１０～１４に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
  16. 　前記第３のＧａＮ系半導体はＩｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１－ｘ３－ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）であり、前記第３のＧａＮ系半導体の格子定数は前記第１のＧａＮ系半導体の格子定数以下であることを特徴とする、請求項１０～１５に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
  17. 　当該ＧａＮ系半導体発光素子は発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１０～１６に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
  18. 　前記発光ダイオードの平面形状のチップサイズは、５００μｍ角の正方形よりも小さいことを特徴とする、請求項１７に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
PCT/JP2011/050717 2010-01-18 2011-01-18 ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法 WO2011087127A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011800024481A CN102473805A (zh) 2010-01-18 2011-01-18 GaN基半导体发光器件及其制造方法
EP11732997A EP2528119A1 (en) 2010-01-18 2011-01-18 Gan semiconductor light emitting element and method for manufacturing same
US13/295,840 US8476615B2 (en) 2010-01-18 2011-11-14 GaN-based semiconductor light emitting device and the method for making the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-008384 2010-01-18
JP2010008384A JP2011146650A (ja) 2010-01-18 2010-01-18 ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/295,840 Continuation US8476615B2 (en) 2010-01-18 2011-11-14 GaN-based semiconductor light emitting device and the method for making the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011087127A1 true WO2011087127A1 (ja) 2011-07-21

Family

ID=44304397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/050717 WO2011087127A1 (ja) 2010-01-18 2011-01-18 ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8476615B2 (ja)
EP (1) EP2528119A1 (ja)
JP (1) JP2011146650A (ja)
KR (1) KR20120023660A (ja)
CN (1) CN102473805A (ja)
TW (1) TW201140879A (ja)
WO (1) WO2011087127A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015076454A (ja) * 2013-10-07 2015-04-20 豊田合成株式会社 発光装置
WO2023153035A1 (ja) * 2022-02-14 2023-08-17 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 窒化物系半導体発光素子

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130082274A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Bridgelux, Inc. Light emitting devices having dislocation density maintaining buffer layers
JP5238865B2 (ja) * 2011-10-11 2013-07-17 株式会社東芝 半導体発光素子
KR102022659B1 (ko) * 2012-02-20 2019-11-04 서울바이오시스 주식회사 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법
JP2014014485A (ja) * 2012-07-09 2014-01-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 生体情報分析装置、撮像装置、光源装置および生体情報分析装置の動作方法
WO2014013639A1 (ja) * 2012-07-18 2014-01-23 パナソニック株式会社 可視光通信システム
JP2015188048A (ja) * 2014-03-10 2015-10-29 株式会社東芝 窒化物半導体積層体および半導体発光素子
TWI596886B (zh) * 2016-01-13 2017-08-21 國立清華大學 半導體元件
CN113013302A (zh) * 2021-02-26 2021-06-22 东莞市中麒光电技术有限公司 InGaN基红光LED芯片结构的制备方法
JP2023117509A (ja) * 2022-02-14 2023-08-24 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 窒化物系半導体発光素子

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008235804A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Rohm Co Ltd 発光素子
JP2009018983A (ja) * 2007-06-14 2009-01-29 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ基板、エピタキシャル層付き基板、半導体装置、およびＧａＮ基板の製造方法
JP2009200337A (ja) * 2008-02-22 2009-09-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物発光素子、及びｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子を作製する方法
JP4333820B1 (ja) * 2009-01-19 2009-09-16 住友電気工業株式会社 化合物半導体基板
WO2009125731A1 (ja) * 2008-04-07 2009-10-15 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体素子及びエピタキシャルウエハ
JP2009253047A (ja) * 2008-04-07 2009-10-29 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物発光素子及びエピタキシャルウエハ
JP2009266963A (ja) * 2008-04-23 2009-11-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系発光素子、及び半導体発光素子を製造する方法
JP4375497B1 (ja) * 2009-03-11 2009-12-02 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4262549B2 (ja) * 2003-07-22 2009-05-13 シャープ株式会社 半導体レーザ素子およびその製造方法
EP2003230A2 (en) 2007-06-14 2008-12-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. GaN substrate, substrate with an epitaxial layer, semiconductor device, and GaN substrate manufacturing method
JP2009021361A (ja) * 2007-07-11 2009-01-29 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法
KR101142672B1 (ko) * 2008-09-11 2012-05-11 스미토모덴키고교가부시키가이샤 질화물계 반도체 광소자, 질화물계 반도체 광소자용의 에피택셜 웨이퍼, 및 반도체 발광 소자를 제조하는 방법
JP5453780B2 (ja) * 2008-11-20 2014-03-26 三菱化学株式会社 窒化物半導体

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008235804A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Rohm Co Ltd 発光素子
JP2009018983A (ja) * 2007-06-14 2009-01-29 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ基板、エピタキシャル層付き基板、半導体装置、およびＧａＮ基板の製造方法
JP2009200337A (ja) * 2008-02-22 2009-09-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物発光素子、及びｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子を作製する方法
WO2009125731A1 (ja) * 2008-04-07 2009-10-15 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体素子及びエピタキシャルウエハ
JP2009253047A (ja) * 2008-04-07 2009-10-29 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物発光素子及びエピタキシャルウエハ
JP2009266963A (ja) * 2008-04-23 2009-11-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系発光素子、及び半導体発光素子を製造する方法
JP4333820B1 (ja) * 2009-01-19 2009-09-16 住友電気工業株式会社 化合物半導体基板
JP4375497B1 (ja) * 2009-03-11 2009-12-02 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KRIS T. DELANEY ET AL.: "Auger recombination rates in nitrides from first principles", APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, vol. 94, 2009, pages 191109, XP012121213, DOI: doi:10.1063/1.3133359
SANG-HEON HAN ET AL.: "Effect of electron blocking layer on efficiency droop in InGaN/GaN multiple quantum well light-emitting diodes", APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, vol. 94, 2009, pages 231123, XP012121574, DOI: doi:10.1063/1.3153508
Y C. SHEN ET AL.: "Auger recombination in InGaN measured by photoluminescence", APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, vol. 91, 2007, pages 141101, XP012099477, DOI: doi:10.1063/1.2785135

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015076454A (ja) * 2013-10-07 2015-04-20 豊田合成株式会社 発光装置
WO2023153035A1 (ja) * 2022-02-14 2023-08-17 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 窒化物系半導体発光素子

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011146650A (ja) 2011-07-28
US8476615B2 (en) 2013-07-02
EP2528119A1 (en) 2012-11-28
KR20120023660A (ko) 2012-03-13
CN102473805A (zh) 2012-05-23
US20120061643A1 (en) 2012-03-15
TW201140879A (en) 2011-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011087127A1 (ja) ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法
JP4475358B1 (ja) ＧａＮ系半導体光素子、ＧａＮ系半導体光素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハ
EP2747220B1 (en) Nitride semiconductor ultraviolet light emitting element
KR101351396B1 (ko) 반극성 (Ｇａ,Ａｌ,Ｉｎ,Ｂ)Ｎ 박막들, 헤테로구조들, 및소자들의 성장 및 제조에 대한 기술
JP4927121B2 (ja) 窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法
WO2013187171A1 (ja) 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
US20110212560A1 (en) Method for fabricating nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating epitaxial wafer
JP2008218746A (ja) Ｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子
EP2226858A2 (en) Gallium nitride-based semiconductor optical device, method of fabricating gallium nitride-based semiconductor optical device, and epitaxial wafer
WO2013002389A1 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、及び、ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法
CN102318152A (zh) Ⅲ族氮化物半导体激光器及ⅲ族氮化物半导体激光器的制作方法
WO2013065381A1 (ja) 窒化物半導体発光素子、及び、窒化物半導体発光素子の作製方法
JP2010272593A (ja) 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
EP2455988A1 (en) Nitride-based semiconductor light-emitting element
TW201115732A (en) Group-iii nitride semiconductor element, epitaxial substrate, and method for fabricating a group-iii nitride semiconductor element
JP2011119374A (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法、並びに、半導体装置
JP5206854B2 (ja) ＧａＮ系半導体レーザ、ＧａＮ系半導体レーザを作製する方法
JP5261313B2 (ja) 窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法
TWI545798B (zh) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP2015115343A (ja) 窒化物半導体素子の製造方法
JP5198390B2 (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法、並びに、半導体装置
JP2010010300A (ja) 窒化ガリウム系半導体発光素子及びエピタキシャルウエハ
JP5379216B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ
JP2011029237A (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法、並びに、半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180002448.1

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11732997

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011732997

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117027049

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE