JP2009071174A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、III族窒化物半導体からなる活性層を含む半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device including an active layer made of a group III nitride semiconductor.
従来、発光ダイオード(LED)に、III族窒化物半導体からなる半導体発光素子が使用されている。III族窒化物半導体の例としては、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)等がある。代表的なIII族窒化物半導体は、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される。GaNは、窒素を含む六方晶化合物半導体の中でもよく知られたIII族窒化物半導体である。 Conventionally, a semiconductor light emitting element made of a group III nitride semiconductor is used for a light emitting diode (LED). Examples of group III nitride semiconductors include aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), and indium nitride (InN). A typical group III nitride semiconductor is represented by Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). GaN is a well-known group III nitride semiconductor among hexagonal compound semiconductors containing nitrogen.
GaNを用いた半導体発光素子は、一般にGaN基板上に、n型GaN層、活性層(発光層)及びp型GaN層を積層した構造を有し、活性層で発生した光を外部に出射する。近年、出力する光が偏光である発光素子の利用が進められている(例えば、非特許文献1参照)。偏光を出射する半導体発光素子を液晶バックライトやプロジェクタ光源として使用すれば、偏光板でカットされる光の成分が少なくなり、液晶バックライトやプロジェクタ光源の効率が向上すると期待されている。
非極性面又は半極性面を成長主面とするIII族窒化物半導体の半導体発光素子は、偏光を出射する性質を有する。半導体発光素子の偏光は、成長主面だけでなく横端面からも出射される。成長主面と直交する横端面から出射される偏光は、出射される横端面によって成長主面から出射されるメインの偏光成分の偏光方向と異なるものがあり、半導体発光素子全体としての偏光比を下げてしまうという問題があった。 A group III nitride semiconductor light emitting device having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main growth surface has a property of emitting polarized light. The polarized light of the semiconductor light emitting element is emitted not only from the main growth surface but also from the lateral end surface. The polarized light emitted from the lateral end surface orthogonal to the growth main surface differs from the polarization direction of the main polarization component emitted from the growth main surface by the emitted lateral end surface, and the polarization ratio of the entire semiconductor light emitting device is changed. There was a problem of lowering.
そこで、上記問題点を鑑み、本発明は、高い偏光比の偏光を出射する半導体発光素子を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that emits polarized light having a high polarization ratio.
本発明の一態様によれば、非極性面又は半極性面を成長主面とするIII族窒化物半導体からなる活性層を有し、活性層から第1偏光及び第1偏光と偏光方向が直角な第2偏光を発生する発光部と、成長主面と直交し、第1偏光を直接外部に出射させる第1端面と、成長主面と直交し、第2偏光を反射させ、第1端面から出射させる第2端面とを備える半導体発光素子であることを要旨とする。 According to one aspect of the present invention, the active layer is made of a group III nitride semiconductor having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main growth surface, and the polarization direction is perpendicular to the first polarization and the first polarization from the active layer. A light emitting section that generates the second polarized light, a first end face that is orthogonal to the growth main surface and directly emits the first polarized light to the outside, and is orthogonal to the growth main surface and reflects the second polarized light from the first end face. The gist of the invention is that the semiconductor light emitting device includes a second end face to be emitted.
本願発明の更に他の態様によれば、非極性面又は半極性面を成長主面とするIII族窒化物半導体からなる活性層から発生する偏光のうち第1偏光を第1端面から出射し、偏光のうち第1偏光と偏光方向が直角な第2偏光を第1端面と異なる第2端面に反射させ、第1端面から出射させる半導体発光素子出射方法であることを要旨とする。 According to still another aspect of the present invention, the first polarized light is emitted from the first end face out of the polarized light generated from the active layer made of a group III nitride semiconductor having a nonpolar plane or a semipolar plane as the growth principal plane, The gist of the present invention is a semiconductor light emitting device emitting method in which second polarized light having a polarization direction perpendicular to the first polarized light is reflected from a second end face different from the first end face and emitted from the first end face.
本発明によれば、高い偏光比の偏光を出射する半導体発光素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor light emitting device that emits polarized light having a high polarization ratio.
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子は、図1(a)、(b)に示すように、非極性面又は半極性面を成長主面12aとするIII族窒化物半導体からなる活性層12を有し、活性層12から第1偏光L1及び第1偏光L1と偏光方向が直角な第2偏光L2を発生する発光部3と、成長主面12aと直交し、第1偏光L1を直接外部に出射させる第1端面1aと、成長主面12aと直交し、第2偏光L2を反射させ、第1端面1aから出射させる第2端面1bとを備える。第1端面1a及び第2端面1bは、半導体発光素子の横端面である。第1の実施の形態に係る半導体発光素子は、図1(b)に示すように、成長主面12aの法線方向から見て、第1端面1aと第2端面1bをそれぞれ2組の対辺とする平行四辺形を形成している。更に、第1の実施の形態に係る半導体発光素子は、表面2a上に発光部3を設ける基板2と、第1電極部(アノード電極)4と、第2電極(カソード電極)6とを備えている。第1偏光L1及び第2偏光L2については、後述する。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention is a group III nitride semiconductor having a nonpolar plane or a semipolar plane as a growth
基板2は、六方晶の結晶構造を有し、n型のドーパントとしてシリコンがドープされた導電性のn型GaNからなる。基板2は、製造工程において劈開可能な厚みであることが好ましい。具体的には、基板2は、約100μm以下の厚みであることが好ましい。基板2の表面2aは、発光部3をエピタキシャル成長させるための面である。ここでは、基板2の表面2aは、非極性面であるm面であるとする。
The substrate 2 has a hexagonal crystal structure and is made of conductive n-type GaN doped with silicon as an n-type dopant. It is preferable that the board | substrate 2 is the thickness which can be cleaved in a manufacturing process. Specifically, the substrate 2 preferably has a thickness of about 100 μm or less. The
ここで、GaN等のIII族窒化物半導体が有する六方晶の結晶構造について図2を参照して説明する。 Here, a hexagonal crystal structure of a group III nitride semiconductor such as GaN will be described with reference to FIG.
図2(a)に示すように、六方晶の結晶構造を有するIII族窒化物半導体では、1つのIII族原子に対して、4つの窒素原子が結合している。4つの窒素原子は、III族原子を中央に配置した正四面体の4つの頂点に配置されている。これらの4つの窒素原子は、1つの窒素原子がIII族原子に対して+c軸方向に配置され、他の3つの窒素原子がIII族原子に対して−c軸側に配置されている。これにより、六方晶のIII族窒化物半導体は、分極がc軸方向に沿って形成される。 As shown in FIG. 2A, in a group III nitride semiconductor having a hexagonal crystal structure, four nitrogen atoms are bonded to one group III atom. Four nitrogen atoms are arranged at four vertices of a regular tetrahedron having a group III atom arranged at the center. Of these four nitrogen atoms, one nitrogen atom is arranged in the + c axis direction with respect to the group III atom, and the other three nitrogen atoms are arranged on the −c axis side with respect to the group III atom. Thereby, in the hexagonal group III nitride semiconductor, polarization is formed along the c-axis direction.
図2(b)に示すように、c軸は、六角柱の中心軸方向に沿い、このc軸を法線とする面(六角柱の頂面)がc面(0001)である。c面に平行な2つの面でIII族窒化物半導体の結晶を劈開すると、+c面はIII族原子が配列された結晶面となり、−c面は窒素が配列された結晶面となる。そのため、+c面と−c面は異なる性質を示す極性面となる。 As shown in FIG. 2B, the c-axis is along the direction of the central axis of the hexagonal column, and the surface (the top surface of the hexagonal column) having the c-axis as a normal line is the c-plane (0001). When a group III nitride semiconductor crystal is cleaved on two planes parallel to the c plane, the + c plane becomes a crystal plane on which group III atoms are arranged, and the -c plane becomes a crystal plane on which nitrogen is arranged. Therefore, the + c plane and the −c plane are polar planes having different properties.
六角柱の側面がm面(1−100)であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がa面(11−20)である。これらは、c面に対して隣接する結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面である。更に、図2(c)に示すように、c面に対して傾斜している(平行も直交もしていない)結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているため、若干の極性のある平面、すなわち、半極性面である。半極性面の具体例は、(01−11)面、(01−13)面、(11−22)面などの面である。 A side surface of the hexagonal column is an m-plane (1-100), and a plane passing through a pair of ridge lines that are not adjacent to each other is an a-plane (11-20). Since these are crystal planes adjacent to the c-plane and are orthogonal to the polarization direction, they are nonpolar planes, that is, nonpolar planes. Furthermore, as shown in FIG. 2 (c), the crystal plane that is inclined with respect to the c-plane (not parallel or orthogonal) crosses the polarization direction obliquely, and therefore has a slight polarity. It is a certain plane, that is, a semipolar plane. Specific examples of the semipolar plane include planes such as the (01-11) plane, the (01-13) plane, and the (11-22) plane.
発光部3は、基板2の表面2a上に六方晶の結晶構造を有するIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させることにより形成されている。発光部3は、基板2側から順に、第1半導体層(n型コンタクト層)11と、活性層12と、ファイナルバリア層13と、電子阻止層14と、第2半導体層(p型コンタクト層)15とが積層されている。ここで、上述したように基板2の表面2aをm面で構成しているので、基板2の表面2a上に積層された発光部3の表面3a及び活性層12の成長主面12aも、活性層12において偏光を出射する非極性面であるm面に構成されている。
The light emitting portion 3 is formed by epitaxially growing a group III nitride semiconductor having a hexagonal crystal structure on the
第1半導体層11は、n型のドーパントとして濃度が約1×1018cm-3のシリコンがドープされた約3μm以上の厚みを有するn型GaN層からなる。 The first semiconductor layer 11 is made of an n-type GaN layer having a thickness of about 3 μm or more doped with silicon having a concentration of about 1 × 10 18 cm −3 as an n-type dopant.
活性層12は、シリコンがドープされた厚さ約3nmのInZGa1-ZN層と厚さ約9nmの厚さのGaN層とが交互に5周期程度積層された量子井戸構造を有する。この活性層12は、青色(例えば、約430nmの波長)の光を発光する。ここで、InZGa1-ZN層内におけるInの比率であるZは、「0.05≦Z≦0.2」に構成される。尚、緑色の光を発光させる場合には、「Z≧0.2」に設定される。 The active layer 12 has a In Z Ga 1-Z N layer and a thickness of about 9nm thick GaN layer are stacked about 5 cycles alternating quantum well structure having a thickness of about 3nm doped with silicon. The active layer 12 emits blue light (for example, a wavelength of about 430 nm). Here, Z, which is the ratio of In in the In Z Ga 1 -Z N layer, is configured as “0.05 ≦ Z ≦ 0.2”. When green light is emitted, “Z ≧ 0.2” is set.
ファイナルバリア層13は、約40nmの厚みを有するGaN層からなる。尚、ドーピングについては、p型、n型、及びノンドープのいずれでもよいが、ノンドープが好ましい。 The final barrier layer 13 is composed of a GaN layer having a thickness of about 40 nm. The doping may be any of p-type, n-type, and non-doped, but non-doped is preferred.
電子阻止層14は、p型のドーパントとして濃度が約3×1019cm-3のマグネシウムがドープされた約28nmの厚みを有するAlGaN層からなる。 The electron blocking layer 14 is made of an AlGaN layer having a thickness of about 28 nm doped with magnesium having a concentration of about 3 × 10 19 cm −3 as a p-type dopant.
第2半導体層15は、p型のドーパントとして濃度が約1×1020cm-3のマグネシウムがドープされた約70nmの厚みを有するp型GaN層からなる。第2半導体層15の光取出面3aは、活性層12から発光された光を発光部3から取り出すためのものである。この光取出面3aの表面は、光の散乱を抑制して偏光比の低下を抑制するために、鏡面であることが好ましい。ここで、「鏡面」とは、表面の凹凸の差が活性層12より発光される光の波長以下である面のことである。一例として、光取出面3aは、凹凸の差が約100nm以下となるように鏡面化処理された鏡面である。 The second semiconductor layer 15 is composed of a p-type GaN layer having a thickness of about 70 nm doped with magnesium having a concentration of about 1 × 10 20 cm −3 as a p-type dopant. The light extraction surface 3 a of the second semiconductor layer 15 is for extracting light emitted from the active layer 12 from the light emitting unit 3. The surface of the light extraction surface 3a is preferably a mirror surface in order to suppress light scattering and suppress a decrease in the polarization ratio. Here, the “mirror surface” is a surface in which the difference in surface irregularities is equal to or less than the wavelength of light emitted from the active layer 12. As an example, the light extraction surface 3a is a mirror surface that is mirror-finished so that the unevenness difference is about 100 nm or less.
第1電極部4は、光を透過可能なZnOからなる。第1電極部4は、第2半導体層15とオーミック接続されるとともに、発光部3の水平方向(積層方向と直交する方向)の全領域に均一に電流を流すために第2半導体層15上の略全面を覆うように形成されている。この第1電極部4は、活性層12により発光された光を透過可能な約200nm〜約300nmの厚みを有する。第1電極部4の光取出面4aは、活性層12により発光された光が取り出される面であって、第2半導体層15の光取出面3aと同様に、表面の凹凸が約100nm以下になるように鏡面化処理されていることが好ましい。例えば、電子ビーム蒸着法を用いれば、上述したような鏡面を得ることができる。この様に、鏡面状態の光取出面3a及び光取出面4aによって、活性層12から発光された光は散乱が抑制されるので偏光比が高く維持されたまま取り出される。第1電極部4上の一部の領域には、チタン(Ti)層及びAu層が積層された接続部5が設けられている。接続部5は、外部の基板等と接続するためのボンディングに用いられる。
The
第2電極6は、Ti層及びアルミニウム(Al)層が積層されている。第2電極6は、第1半導体層11の上面のうち露出されている領域にオーミック接続された状態で形成されている。 The second electrode 6 is formed by laminating a Ti layer and an aluminum (Al) layer. The second electrode 6 is formed in an ohmic connection with the exposed region of the upper surface of the first semiconductor layer 11.
以下に、上述した第1の実施の形態に係る半導体発光素子の出射方法を説明する。この半導体発光素子では、順方向に電圧が印加されると、第1電極部4からホールが供給されるとともに、第2電極6から電子が供給される。そして、第1半導体層11を介して活性層12に電子が注入され、半導体層13〜15を介して活性層12にホールが注入される。活性層12に注入された電子及びホールは結合して約430nmの光を発光する。ここで発光部3の表面3aは非極性面であるm面なので、活性層12により発光された光は偏光である。
Hereinafter, a method for emitting the semiconductor light emitting element according to the first embodiment will be described. In this semiconductor light emitting device, when a voltage is applied in the forward direction, holes are supplied from the
活性層12で発生した偏光のうち第1電極部4側へ進行する偏光は、第1電極部4を透過して外部へ出射される。また、活性層12で発生した偏光のうち基板2側へ進行する光は、第1半導体層11及び基板2を透過して、基板2の裏面2bに達する。ここで、基板2の裏面2bにより一部の光が第1電極部4の方向へと反射され、一部は裏面2bを透過して外部へ出射される。基板2の裏面に反射ミラーを形成することにより、偏光を全て第1電極部4側へ反射させることができる。
Of the polarized light generated in the active layer 12, the polarized light traveling toward the
活性層12で発生した偏光のうち第1偏光L1は、図3に示すように、第1端面1aに向かって進行する。ここでは、図3に示すように、第1端面1aをc面とする結晶軸方向の規定とすると、第1端面(c面)1aに向かって進行する第1偏光L1の偏光方向はa軸方向である。成長主面がm面である第1の実施の形態に係る半導体発光素子で発生する偏光の大部分は、a軸方向の偏光方向を有してc軸方向へと進行する第1偏光L1であり、具体的には、第1偏光L1は、a軸方向に進行する第2偏光L2の数倍〜約10倍程度の光量となる。第1偏光L1は、c面である第1端面1aに対して垂直に入射するので、第1端面1aで全反射せず、直接外部に出射される。
Of the polarized light generated in the active layer 12, the first polarized light L1 travels toward the
活性層12で発生した偏光のうち第2偏光L2は、図3に示すように、第2端面1bに向かって進行する。a軸方向に進行する第2偏光L2の偏光方向は、c軸方向である。a軸方向に進行する第2偏光L2は、第2端面1bに入射角度αで入射するので、一部又は全部が第2端面1bで反射される。c軸方向の偏光方向を有する第2偏光L2が第2端面1bで反射した場合、入射面である第2端面1bに対して偏光面が維持される反射特性があるので、反射した第2偏光L2は、第1偏光L1と同様にa軸方向の偏光方向を有するようになる。
Of the polarized light generated in the active layer 12, the second polarized light L2 travels toward the
第2偏光L2の第2端面1bでの反射は、半導体発光素子外部の屈折率n1、半導体発光素子の屈折率n2、及び入射角度αに依存する。第2偏光L2が第2端面1bで全反射させる臨界角度αmは、スネルの法則により、以下の式(1)に示すように、
sinαm=n1/n2 ・・・・・(1)
で表される。ここで例えば、半導体発光素子外部を大気で屈折率n1=1.0、半導体発光素子をGaNで屈折率n2=2.5として、式(1)に代入すると、臨界角度αm=23.5度と求めることができる。つまり、入射角度αが臨界角度αmである23.5度よりも大きければ、第2端面1bは第2偏光L2を全反射させることになる。第2偏光L2が全反射する場合、c軸方向の偏光方向の偏光が外部に出射されることがなくなり、全反射した第2偏光L2はa軸方向の偏光方向を有するようになるので、半導体発光素子から出射する偏光の偏光比を高くすることができる。したがって、第2端面1bは、第2偏光L2が全反射する臨界角度αmより大きな入射角度αを有することが好ましい。
The reflection of the second polarized light L2 at the
sinα m = n 1 / n 2 (1)
It is represented by Here, for example, when the refractive index n 1 = 1.0 in the atmosphere outside the semiconductor light emitting device and the refractive index n 2 = 2.5 in the semiconductor light emitting device are substituted into the formula (1), the critical angle α m = 23 .5 degrees. That is, if the incident angle α is larger than the critical angle α m of 23.5 degrees, the
入射角度αが45度である場合、第2端面1bで反射した第2偏光L2は、臨界角度αmより大きいため全反射し、第1端面1aに対して直交して進行するようになる。そして、第1端面1aに直交して進行する反射した第2偏光L2は、第1端面1aに対して垂直に入射する。すなわち、活性層12で発生した成長主面12aと平行に進行する偏光の第1偏光L1及び第2偏光L2は、全てa軸方向の偏光方向を有し、c面である第1端面1aから外部に出射されることになるので、半導体発光素子の偏光比を高くすることができる。したがって、第2端面1bは、第2偏光L2の入射角度が45度となるよう形成されていることが好ましい。
When the incident angle α is 45 degrees, the second polarized light L2 reflected by the
第1端面1a及び第2端面1bは、鏡面化処理された鏡面であることが好ましい。第1端面1a及び第2端面1bが鏡面であることにより、表面の凹凸による乱反射を抑制して偏光状態を保つことができるので、高い偏光比を維持した光を外部に出射させたり、偏光状態を保ったまま反射をさせることができる。
The
以下に、第1の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。 A method for manufacturing the semiconductor light emitting element according to the first embodiment will be described below.
まず、GaNの単結晶からなり、表面2aが非極性面のm面であり、約300μmの厚みの基板2を用意する。ここで、m面を表面2aとする基板2は、まず、c面を主面とするGaN単結晶から切り出した後、(0001)方向及び(11−20)方向の両方に対する方位誤差が±1°以内(好ましくは±0.3°以内)になるように化学的機械的研磨法(CMP法)により研磨されて作製される。これにより、m面を表面2aとし、転位や積層欠陥といった結晶欠陥が少なく、表面2aの凹凸が原子レベルまで抑制された基板2を得ることができる。
First, a substrate 2 made of a single crystal of GaN and having a
次に、有機金属気相成長法(MOCVD法)により、上述した基板2の表面2a上に、発光部3をエピタキシャル成長させる。具体的には、基板2をMOCVD装置(図示略)の処理室に導入し、加熱及び回転可能なサセプタ上に配置する。尚、処理室内は、1/10気圧〜常圧になるように、処理室内の雰囲気が排気されている。
Next, the light emitting portion 3 is epitaxially grown on the
次に、基板2の表面2aの荒れを抑制するために、処理室内にキャリアガス(H2ガス)によってアンモニアガスを供給しつつ、基板2の温度を約1000℃〜約1100℃に昇温する。ここで、基板2は、約300μmの厚みを有するので、上述の温度による基板2の変形が抑制される。
Next, in order to suppress the roughness of the
次に、キャリアガスによりアンモニアガス、トリメチルガリウム(TMG)ガス及びシランを処理室に供給して、シリコンがドープされたn型GaN層からなる第1半導体層11を基板2の表面2aにエピタキシャル成長させる。
Next, ammonia gas, trimethylgallium (TMG) gas, and silane are supplied to the processing chamber by a carrier gas, and the first semiconductor layer 11 made of an n-type GaN layer doped with silicon is epitaxially grown on the
次に、基板2の温度を約700℃〜約800℃に設定した後、第1半導体層11上に活性層12を形成する。具体的には、キャリアガスによりアンモニアガス及びTMGガスを処理室内に供給して、ノンドープのGaN層からなるバリア層(図示略)をエピタキシャル成長させる。また、基板2を同じ温度に保った状態で、キャリアガスによってアンモニアガス、TMGガス、トリメチルインジウム(TMI)ガス及びシランガスを供給して、シリコンがドープされたn型InGaN層からなる井戸層(図示略)をエピタキシャル成長させる。そして、上述した方法によりバリア層及び井戸層を所望の回数交互に形成することによって、活性層12を形成する。その後、キャリアガスによってアンモニア及びトリメチルガリウムを処理室に供給して、GaN層からなるファイナルバリア層13を成長させる。 Next, after the temperature of the substrate 2 is set to about 700 ° C. to about 800 ° C., the active layer 12 is formed on the first semiconductor layer 11. Specifically, ammonia gas and TMG gas are supplied into the processing chamber by a carrier gas, and a barrier layer (not shown) made of a non-doped GaN layer is epitaxially grown. In addition, a well layer (illustrated) consisting of an n-type InGaN layer doped with silicon by supplying ammonia gas, TMG gas, trimethylindium (TMI) gas, and silane gas with a carrier gas while keeping the substrate 2 at the same temperature. Abbreviation) is epitaxially grown. Then, the active layer 12 is formed by alternately forming the barrier layer and the well layer a desired number of times by the method described above. Thereafter, ammonia and trimethylgallium are supplied to the processing chamber by the carrier gas, and the final barrier layer 13 made of the GaN layer is grown.
次に、基板2の温度を約1000℃〜約1100℃まで昇温した後、キャリアガスによりアンモニアガス、TMGガス、トリメチルアルミニウム(TMA)ガス及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)ガスを処理室に供給して、マグネシウムがドープされたp型AlGaN層からなる電子阻止層14をファイナルバリア層13上にエピタキシャル成長させる。 Next, after the temperature of the substrate 2 is raised to about 1000 ° C. to about 1100 ° C., ammonia gas, TMG gas, trimethylaluminum (TMA) gas, and biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) gas are treated with a carrier gas. The electron blocking layer 14 made of a p-type AlGaN layer doped with magnesium is epitaxially grown on the final barrier layer 13.
次に、基板2の温度を約1000℃〜約1100℃に保った状態で、キャリアガスによりアンモニアガス、TMGガス及びCp2Mgガスを処理室に供給して、マグネシウムがドープされたp型GaN層からなる第2半導体層15を電子阻止層14上にエピタキシャル成長させる。これにより、活性層12の成長主面12a及び第1半導体層11、ファイナルバリア層13、電子阻止層14の主面が非極性面のm面に形成される。
Next, in a state where the temperature of the substrate 2 is maintained at about 1000 ° C. to about 1100 ° C., ammonia gas, TMG gas, and Cp 2 Mg gas are supplied to the processing chamber by a carrier gas, and then from the p-type GaN layer doped with magnesium The second semiconductor layer 15 to be formed is epitaxially grown on the electron blocking layer 14. As a result, the
次に、スパッタリング法や真空蒸着法により、ZnOからなる第1電極部4を第2半導体層15の表面3aの全面に形成する。
Next, the
次に、レジストを所望のパターンに形成して、第1電極部4及び発光部3をエッチングすることにより、第1半導体層11の一部領域がメサエッチングされて電極面が露出する。そして、露出された電極面において、抵抗加熱法又は電子ビーム法等の真空蒸着法によりTi層及びAl層を順に積層して第2電極6を形成する。
Next, a resist is formed in a desired pattern, and the
次に、基板2が約100μm以下の厚みになるように、基板2の裏面2b側を機械的研磨により研削する。
Next, the
次に、ダイヤモンド等のスクライバーを用いて基板2の裏面2bを研削して第1端面1aとなる箇所に罫書き線を入れる。罫書き線を基板2の裏面2bに形成した後、ブレーキングすることにより基板2及び発光部3が第1端面1aで劈開することができる。第1端面1aは、c面で劈開面であるので鏡面となっている。
Next, the
次に、ダイシングブレード等のウェハを切断する器具を用いて、第2端面1bとなる箇所をダイシングする。ダイシングによって、半導体発光素子は素子単位毎に分割される。分割された素子の横端面である第2端面1bは、ダイシングによって切断されたので、荒れた面となっている。そこで、第2端面1bを研磨シートによる研磨又はCMP法による研磨等により鏡面化処理する。
Next, the part used as the
以上の工程により、図1に示した第1の実施の形態に係る半導体発光素子が完成する。 Through the above steps, the semiconductor light emitting device according to the first embodiment shown in FIG. 1 is completed.
本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、半導体発光素子の横端面から出射される第1偏光L1及び第1偏光と偏光方向が直角な第2偏光L2のうち、第2偏光L2を第2端面1bで反射させることで第1偏光L1の偏光方向とそろえて外部に出射することができるので、高い偏光比の偏光を外部に出射することができる。
According to the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, of the first polarized light L1 emitted from the lateral end surface of the semiconductor light emitting device and the second polarized light L2 whose polarization direction is perpendicular to the first polarized light, Since the two polarized light L2 is reflected by the
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子は、図4に示すように、成長主面12aの法線方向から見て、1つの第1端面1aと2つの第2端面1bで三角形を形成している点が図1に示した半導体発光素子と異なる。他は図1に示した半導体発光素子と実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 4, the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention is triangular with one
第1端面1aをc面とする場合、半導体発光素子で発生する偏光の大部分は、a軸方向の偏光方向を有してc軸方向へと進行する偏光であるので、効率良く外部へ偏光を出射するために、第1端面1aを第2端面1bより長くすることが好ましい。また、2つの第2端面1bで反射した第2偏光L2が第1端面1aに等しく入射させるために、第1端面1aを底辺とし、第2端面1bを2つの等しい辺とする二等辺三角形にすることが好ましい。
When the
第2の実施の形態に係る半導体発光素子の出射方法を説明する。図1に示した半導体発光素子と同様に図2で示した半導体発光素子では、順方向に電圧が印加されると、活性層12から偏光を発生する。 A method of emitting a semiconductor light emitting element according to the second embodiment will be described. Like the semiconductor light emitting device shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 generates polarized light from the active layer 12 when a voltage is applied in the forward direction.
活性層12で発生した偏光のうち第1偏光L1は、図5に示すように、第1端面1aに向かって進行する。ここでは、第1端面1aをc面とする結晶軸方向の規定とすると、第1端面(c面)1aに向かって進行する第1偏光L1はa軸方向の偏光方向を有する。第1偏光L1は、c面である第1端面1aに対して垂直に入射するので、第1端面1aから直接外部に出射される。
Of the polarized light generated in the active layer 12, the first polarized light L1 travels toward the
活性層12で発生した偏光のうち第2偏光L2は、図5に示すように、第2端面1bに向かって進行する。a軸方向に進行する第2偏光L2は、c軸方向の偏光方向を有する。a軸方向に進行する第2偏光L2は、第2端面1bに入射角度αで入射するので、一部又は全部が第2端面1bで反射される。c軸方向の偏光方向を有する第2偏光L2が第2端面1bで反射した場合、入射面である第2端面1bに対して偏光面が維持される反射特性があるので、反射した第2偏光L2は、第1偏光L1と同様であるa軸方向の偏光方向を有するようになる。
Of the polarized light generated in the active layer 12, the second polarized light L2 travels toward the
第2偏光L2が全反射する場合、c軸方向の偏光方向の偏光が外部に出射されることがなくなり、全反射した第2偏光L2はa軸方向の偏光方向を有するようになるので、半導体発光素子から出射する偏光の偏光比を高くすることができる。したがって、第2端面1bは、第2偏光L2が全反射する臨界角度αmより大きな入射角度αを有することが好ましい。
When the second polarized light L2 is totally reflected, the polarized light in the c-axis direction is not emitted to the outside, and the totally reflected second polarized light L2 has a polarized direction in the a-axis direction. The polarization ratio of polarized light emitted from the light emitting element can be increased. Therefore, the
入射角度αが45度である場合、つまり、第1端面1aを底辺とし、第2端面を2つの等しい辺とする直角二等辺三角形であるとき、第2端面1bで反射した第2偏光L2は、臨界角度αmより大きいため全反射し、第1端面1aに対して直交して進行するようになる。そして、第1端面1aに直交して進行する反射した第2偏光L2は、第1端面1aに対して垂直に入射する。すなわち、活性層12で発生した成長主面12aと平行に進行する偏光の第1偏光L1及び第2偏光L2は、全てa軸方向の偏光方向を有し、c面である第1端面1aから外部に出射されることになるので、半導体発光素子の偏光比を高くすることができる。したがって、第2端面1bは、第2偏光L2の入射角度が45度となるよう形成されていることが好ましい。
When the incident angle α is 45 degrees, that is, when it is a right isosceles triangle having the
本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、チップの形状が三角形であるのでチップ面積が低減し、チップ取り数を増大させることができる。 According to the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, since the shape of the chip is a triangle, the chip area can be reduced and the number of chips can be increased.
また、本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、チップの横端面が3面しかないので、横端面が4面ある一般的なチップと比して、横端面の鏡面化にかかる時間を短縮することができる。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, since the chip has only three lateral end surfaces, the mirror surface of the lateral end surface is compared with a general chip having four lateral end surfaces. The time required for conversion can be shortened.
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques should be apparent to those skilled in the art.
例えば、第1及び第2の実施の形態においては、半導体発光素子は、図1に示したように、第1電極部4を第2半導体層15上に配置し、第1半導体層11の一部領域をメサエッチングして第1半導体層11の露出した面に第2電極6を配置しているように記載しているが、半導体発光素子の両面に第1電極部4及び第2電極6をそれぞれ配置する構成でも構わない。半導体発光素子の両面に電極を配置する場合は、基板2は導電性GaNでなければならず、電極には光透過性の材料を用いる必要がある。
For example, in the first and second embodiments, the semiconductor light emitting device includes the
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters in the scope of claims reasonable from this disclosure.
1a…第1端面
1b…第2端面
2…基板
3…発光部
4…第1電極部
5…接続部
6…第2電極
11…第1半導体層
12…活性層
12a…成長主面
13…ファイナルバリア層
14…電子阻止層
15…第2半導体層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記成長主面と直交し、前記第1偏光を直接外部に出射させる第1端面と、
前記成長主面と直交し、前記第2偏光を反射させ、前記第1端面から出射させる第2端面
とを備えることを特徴とする半導体発光素子。 An active layer made of a group III nitride semiconductor having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main growth surface, and generating a first polarized light and a second polarized light whose polarization direction is perpendicular to the first polarized light from the active layer A light emitting unit;
A first end face that is orthogonal to the growth main surface and directly emits the first polarized light to the outside;
A semiconductor light emitting device comprising: a second end face that is orthogonal to the main growth surface, reflects the second polarized light, and emits the light from the first end face.
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