特許ウォッチ

公開番号2024129541
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-27
出願番号2023038829
出願日2023-03-13
発明の名称半導体発光素子
出願人学校法人名城大学,ウシオ電機株式会社
代理人弁理士法人ユニアス国際特許事務所
主分類H01S 5/343 20060101AFI20240919BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】従来よりもキャリア注入効率を高めた、AlGaN系の窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体発光素子は、Alを含む窒化物半導体からなるn型の第一半導体層と、第一半導体層の上層に形成されたAlを含む窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上層に形成された活性層よりもAlの組成の高い窒化物半導体からなる電子ブロック層と、電子ブロック層の上層に形成された、電子ブロック層よりもAl組成の低い窒化物半導体からなるp型の第二半導体層とを備える。電子ブロック層の厚みは、2nm以上5nm未満である。
【選択図】図5A
特許請求の範囲【請求項１】
Ａｌを含む窒化物半導体からなる、ｎ型の第一半導体層と、
前記第一半導体層の上層に形成された、Ａｌを含む窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上層に形成された、前記活性層よりもＡｌの組成の高い窒化物半導体からなる電子ブロック層と、
前記電子ブロック層の上層に形成された、前記電子ブロック層よりもＡｌ組成の低い窒化物半導体からなるｐ型の第二半導体層とを備え、
前記電子ブロック層の厚みが、２ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする、半導体発光素子。
続きを表示（約 910 文字）【請求項２】
前記電子ブロック層は、ＡｌとＧａを含み、９０％以上のＡｌ組成を示す窒化物半導体であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記電子ブロック層の前記活性層に近い側の面に接触する半導体層は、Ａｌ組成が７５％以下の窒化物半導体であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第二半導体層は、前記電子ブロック層に最も近い側の位置において、６２％以上８０％未満のＡｌ組成を示すことを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
半導体層の積層方向に関して、前記第一半導体層と前記活性層との間に配置された、Ａｌを含む窒化物半導体からなる第一ガイド層と、
前記積層方向に関して、前記活性層と前記電子ブロック層との間に配置された、Ａｌを含む窒化物半導体からなる第二ガイド層とを備え、
前記第二ガイド層は、前記電子ブロック層の底面に接触するように配置されており、前記積層方向に関して前記電子ブロック層に近づくに連れてＡｌ組成が実質的に上昇するような傾斜組成を示し、前記電子ブロック層と接触する箇所においてＡｌ組成が７５％以下であることを特徴とする、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記積層方向に関する厚みとＡｌ組成の変化を示すグラフ上において、前記第二ガイド層の初端のＡｌ組成の値と、前記電子ブロック層のＡｌ組成の値とを結ぶ直線を規定した場合に、前記第二ガイド層は、前記直線よりもＡｌ組成の低い範囲内において、前記電子ブロック層に近づくに連れてＡｌ組成が実質的に上昇するような傾斜組成を示すことを特徴とする、請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記活性層は、井戸層と前記井戸層よりもバンドギャップエネルギーの高い障壁層とを含み、
前記井戸層及び前記障壁層は、主発光波長が２８０ｎｍ以上３５０ｎｍ未満となるように材料が選択された窒化物半導体からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体発光素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光素子に関し、特に発光波長が４００ｎｍ未満の紫外領域における半導体発光素子に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を用いたレーザダイオード（以下、適宜「ＬＤ」と略記する。）に関する近年の研究開発により、高出力化や発振波長の長波長化（青色～緑色領域）が進展している。詳細には、例えば光出力５Ｗ超の波長４５５ｎｍの青色ＬＤや、光出力１Ｗ超の波長５３２ｎｍの緑色ＬＤが実現されている。
【０００３】
近年では、ＬＤの発光波長の更なる短波長化を目指して開発が進められている。特にＡｌＧａＮはＡｌ組成を制御することによって、理論上、２１０ｎｍ～３６５ｎｍ程度の光を得ることができることから、高品質なＡｌＧａＮを半導体層に利用した発光素子の開発が進められている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、量子井戸構造を有する活性層と、光閉じ込めのためのガイド層と、高Ａｌ組成のＡｌＧａＮからなる電子ブロック層を有してなる、ＬＤ素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６８３８７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らが鋭意研究したところ、上記特許文献１に開示された素子においては、活性層内におけるキャリア注入効率が低く留まっており、発光効率を向上させる余地があることを見出した。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑み、特にＡｌＧａＮ系の窒化物半導体発光素子において、従来よりもキャリア注入効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体発光素子は、Ａｌを含む窒化物半導体からなる、ｎ型の第一半導体層と、
前記第一半導体層の上層に形成された、Ａｌを含む窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上層に形成された、前記活性層よりもＡｌの組成の高い窒化物半導体からなる電子ブロック層と、
前記電子ブロック層の上層に形成された、前記電子ブロック層よりもＡｌ組成の低い窒化物半導体からなるｐ型の第二半導体層とを備え、
前記電子ブロック層の厚みが、２ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【０００９】
本明細書において、「ある層Ｑ１の上層に別の層Ｑ２が形成されている」という表現は、層Ｑ１の面上に直接層Ｑ２が形成されている場合はもちろん、層Ｑ１の面上に別の層を介して層Ｑ２が形成されている場合も含む意図である。また、前記表現は、半導体発光素子の配置位置を回転させれば、層Ｑ１の上方に層Ｑ２が位置する場合を包含する概念であり、半導体発光素子がどの向きに設置されているかによって、「上」方向が限定されるものではない。
【００１０】
本発明者らの鋭意研究の結果、従来の半導体発光素子においては、半導体層の積層方向に関して、高Ａｌ組成の電子ブロック層の、活性層側の位置において、Ａｌ組成が電子ブロック層に向かって徐々に増大する層（以下、適宜「プリング層」という。）が存在することを突き止めた。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許