JP2009129941A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
【課題】 ナノワイヤを用いた発光素子を有し、その側壁発光の基板への入射を簡易な構成により抑制することが可能な発光デバイスを提供する。
【解決手段】 基板1と、基板上に形成された絶縁膜2と、絶縁膜上に形成された第1導電型のSiC膜3と、SiC膜上に形成された、第1導電型の半導体層5と、発光層6と、第2導電型の半導体層7とが順に積層されてなる複数の柱状結晶構造体8と、SiC膜上に形成された第1導電型側電極11と、複数の柱状結晶構造体の上に形成された第2導電型側電極9と、を有する発光素子100と、を備え、絶縁膜2の屈折率がSiC膜3の屈折率と異なっており、絶縁膜2の厚さが、発光層6の発光波長を、絶縁膜2の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さであり、SiC膜3の厚さが、発光層6の発光波長を、SiC膜3の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さである。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting device having a light emitting element using nanowires and capable of suppressing the incidence of side wall light emission to a substrate with a simple configuration.
A substrate, an insulating film formed on the substrate, a first conductivity type SiC film formed on the insulating film, and a first conductivity type semiconductor formed on the SiC film. A plurality of columnar crystal structures 8 in which a layer 5, a light emitting layer 6, and a second conductivity type semiconductor layer 7 are sequentially stacked; a first conductivity type side electrode 11 formed on a SiC film; A light emitting element 100 having a second conductivity type side electrode 9 formed on the columnar crystal structure, and the refractive index of the insulating film 2 is different from the refractive index of the SiC film 3. 2 is a thickness obtained by dividing the emission wavelength of the light emitting layer 6 by a numerical value that is not less than 3 times and not more than 5 times the refractive index of the insulating film 2, and the thickness of the SiC film 3 is the thickness of the light emitting layer 6. The thickness is obtained by dividing the emission wavelength by a numerical value that is not less than 3 times and not more than 5 times the refractive index of the SiC film 3.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、発光デバイスに関し、特に、その発光素子が発光する光の反射膜を有するものに関する。 The present invention relates to a light-emitting device, and more particularly to a light-emitting device having a reflective film for light emitted from the light-emitting element.
近年、短波長発光が可能なGaN化合物半導体を用いた発光素子(以下、GaN発光素子という)が実用化された。しかし、GaN結晶は転位が発生しやすいため、良質な結晶を得ることが困難でかつ高価である。そこで、このような課題を解決すべく多様な取り組みがなされている。例えば、表面にGaN層を形成するための基板として、サファイア基板、SiC基板、表面にSiC膜が形成されたSOI基板(以下、SiC/SOI基板という)などが検討されている。 In recent years, light-emitting elements using GaN compound semiconductors that can emit light at short wavelengths (hereinafter referred to as GaN light-emitting elements) have been put into practical use. However, since GaN crystals are likely to generate dislocations, it is difficult and expensive to obtain good quality crystals. Therefore, various efforts are being made to solve such problems. For example, as a substrate for forming a GaN layer on the surface, a sapphire substrate, an SiC substrate, an SOI substrate (hereinafter referred to as an SiC / SOI substrate) on which an SiC film is formed on the surface, and the like have been studied.
これらのうち、SiC/SOI基板は安価であり、かつSOI基板上に作製されるSi集積回路とSiC膜上に作製されるGaN発光素子とを同時に集積できる電子−光融合デバイス用複合半導体基板として注目を集めている。例えば、非特許文献1には、Rapid Thermal Processを用いて表面にSi膜が形成されたSOI基板を炭化して、SiC/SOI基板を作製し、そのSiC膜上に良質なGaN層を作製する方法が開示されている。SiCは、格子定数がGaNに近いことからGaN層の成長に適しており、かつ熱伝導率が高くて放熱性が良いという長所を有する。SiCの短所としては、GaN結晶を得るには、厚いバッファ層を必要とし、クラックや転位が発生しやすいという点が挙げられる。 Among these, the SiC / SOI substrate is inexpensive, and as a composite semiconductor substrate for an electro-optical fusion device that can simultaneously integrate a Si integrated circuit fabricated on the SOI substrate and a GaN light emitting device fabricated on the SiC film. It attracts attention. For example, in Non-Patent Document 1, a SiC / SOI substrate is produced by carbonizing an SOI substrate having a Si film formed on the surface using Rapid Thermal Process, and a high-quality GaN layer is produced on the SiC film. A method is disclosed. Since SiC has a lattice constant close to that of GaN, it is suitable for growth of a GaN layer, and has an advantage of high heat conductivity and good heat dissipation. A disadvantage of SiC is that a thick buffer layer is required to obtain a GaN crystal, and cracks and dislocations are likely to occur.
一方、GaN結晶に発生する糸状転位を減らして輝度を向上する新しい技術として、GaNナノワイヤと称する柱状結晶構造体を用いた発光素子が提案されている。GaNナノワイヤは欠陥が少ないことがTEM観測で確認されており、このGaNナノワイヤにGaN/InGaNかからなるMQD(Multiple Quantum Disk)を形成した高輝度な発光素子が実現されている(例えば、非特許文献2参照)。 On the other hand, a light-emitting element using a columnar crystal structure called a GaN nanowire has been proposed as a new technique for improving luminance by reducing thread dislocations generated in a GaN crystal. It has been confirmed by TEM observation that GaN nanowires have few defects, and a high-luminance light-emitting element in which an MQD (Multiple Quantum Disk) made of GaN / InGaN is formed on this GaN nanowire has been realized (for example, non-patented) Reference 2).
図3は非特許文献2に開示された発光ダイオードの断面図である。なお、図3における参照符号は出願人が適宜変更して付した。図3に示すように、この発光ダイオードでは、(111)Si基板に、直接、RF−MBE法を用いてGaNナノワイヤが成長されている。図3において、51はn型Si基板、52はTiからなるn型側電極、53はn型GaNナノワイヤ、54はInGaN/GaN MQD活性層、55はp型GaN層、56はNi/Auからなるp型側透明電極、57はCuヒートシンク、58はInGaリキッドメタルを示す。このようにして作製された、GaNナノワイヤを用いた発光ダイオードは、輝度が向上する他、側壁発光を取り出せることから、発光効率が高いという利点を有する。また、GaNバッファ層を形成する必要がない。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the light emitting diode disclosed in
GaNナノワイヤを用いた発光ダイオードとしては、非特許文献2に開示されたものの他にも、サファイア基板上に形成されたGaN層の上に、MO−HVPE法を用いてGaNナノワイヤが成長されるようにして作製された高輝度な発光素子とその製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
As a light emitting diode using a GaN nanowire, in addition to the one disclosed in Non-Patent
図4は特許文献1に開示された発光ダイオードの断面図を示す。なお、図4における参照符号は出願人が適宜変更して付した。図4において、69はサファイア基板、70はGaNバッファ層、62はn型側電極、63はn型GaNナノワイヤ、64はInGaN/GaN MQD活性層、65はp型GaN層、66はp型側透明電極、71は透明絶縁層、72は電極パッドを示す。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the light emitting diode disclosed in Patent Document 1. The reference numerals in FIG. 4 are appropriately changed by the applicant. 4, 69 is a sapphire substrate, 70 is a GaN buffer layer, 62 is an n-type side electrode, 63 is an n-type GaN nanowire, 64 is an InGaN / GaN MQD active layer, 65 is a p-type GaN layer, and 66 is a p-type side. A transparent electrode, 71 is a transparent insulating layer, and 72 is an electrode pad.
また、発光層で発光した光の反射膜を基板側に設ける点において本発明と関連する技術として、非特許文献3に開示された発光デバイスが知られている。 A light emitting device disclosed in Non-Patent Document 3 is known as a technique related to the present invention in that a reflective film for light emitted from the light emitting layer is provided on the substrate side.
図5は非特許文献3に開示された発光デバイスの断面図である。なお、図5における参照符号は、出願人が適宜変更して付した。図5において、83はSi基板、84はn‐AlN層、85はn‐AlGaN層、86はn‐GaN/n‐AlN 20周期マルチレイヤー、87はAlGaN/AlN DBR、88はn‐GaN層、89はInGaN/GaN MQD活性層 、90はp‐AlGaN層、91はp‐GaN層、92はヒートシンク、93はn型側電極、94はp型側電極を示す。この発光デバイスでは、Si基板83上に形成された通常の発光素子の活性層89とSi基板83との間に、DBR(Distributed Bragg Reflector)87が形成されており、活性層89が発光した光をDBR87が反射することにより、光の取り出し率が向上する。そして、n−Al0.3Ga0.7N/n−AlN(54nm/58nm)DBRを3層結晶成長することにより、470nm付近の波長における光の反射率を10%から30%に向上することができるという計算結果が得られている。
従来のGaNナノワイヤを用いた発光素子では、活性層が発光した光、とりわけ側壁発光の一部が基板に吸収されて外部に取り出すことができない。特に、基板がSiからなる場合、Siのバンドギャップが1.1eVと小さく、紫外から可視光にかけて吸収するため、その損失が大きい。また、この光吸収の結果として発熱が生じ、この発熱の影響が同じ基板上に集積された電子回路(Si集積回路)へ及ぶので、信頼性上好ましくない。 In a conventional light-emitting device using GaN nanowires, light emitted from the active layer, particularly part of side-wall light emission, is absorbed by the substrate and cannot be extracted outside. In particular, when the substrate is made of Si, the band gap of Si is as small as 1.1 eV, and the loss is large because it absorbs from ultraviolet to visible light. Further, heat is generated as a result of this light absorption, and the influence of this heat generation extends to an electronic circuit (Si integrated circuit) integrated on the same substrate, which is not preferable in terms of reliability.
そこで、GaNナノワイヤを用いた発光素子において、ナノワイヤ自体にDBRを形成することが考えられるが、そのようにしても、側壁発光が基板に直接入射してそこで吸収されてしまい、側壁発光を取り出すことができない。 Thus, in a light emitting device using GaN nanowires, it is conceivable to form a DBR on the nanowire itself, but even in such a case, sidewall emission is directly incident on the substrate and absorbed there, and the sidewall emission is taken out. I can't.
また、非特許文献2の発光素子においてはn型Si基板52の上にDBRを形成してそのDBRの上にGaNナノワイヤ53を形成し、また特許文献1の発光素子においてはGaNバッファ層70の上にDBRを形成してそのDBRの上にGaNナノワイヤ63を形成することが考えられる。しかし、図5から明らかなように、DBR87の下地として多層膜84〜86などの厚いバッファ層が必要になる。このため、厚いGaNバッファ層を必要とせずに発光素子を形成するというナノワイヤを用いた発光素子の長所が失われてしまう。
In the light emitting device of Non-Patent
また、また、発光素子には、照明装置等のように、基板側に設ける反射膜が高性能(高反射率)であるよりも、安価であることが要求される用途も存在する。 In addition, the light emitting element has a use that is required to be less expensive than a high performance (high reflectivity) reflective film provided on the substrate side, such as a lighting device.
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ナノワイヤを用いた発光素子を有し、その側壁発光の基板への入射を簡易な構成により抑制することが可能な発光デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and has a light-emitting device having a light-emitting element using nanowires and capable of suppressing the incidence of side-wall light emission on a substrate with a simple configuration. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の発光デバイスは、基板と、前記基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された第1導電型のSiC膜と、前記SiC膜上に形成された、第1導電型の半導体層と、発光層と、第2導電型の半導体層とが順に積層されてなる複数の柱状結晶構造体と、前記SiC膜上の前記柱状結晶構造体が形成されていない領域に形成された第1導電型側電極と、前記複数の柱状結晶構造体の上に形成された透明な第2導電型側電極と、を有する発光素子と、を備え、前記絶縁膜の屈折率が前記SiC膜の屈折率と異なっており、前記絶縁膜の厚さが、前記発光層が発光する光の波長(以下、発光波長という)を、前記絶縁膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さであり、前記SiC膜の厚さが、前記発光層の発光波長を、前記SiC膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さである。 In order to solve the above problems, a light-emitting device of the present invention includes a substrate, an insulating film formed on the substrate, a first conductivity type SiC film formed on the insulating film, and the SiC film. A plurality of columnar crystal structures formed by sequentially stacking a first conductivity type semiconductor layer, a light emitting layer, and a second conductivity type semiconductor layer, and the columnar crystal structure on the SiC film. A light-emitting element having a first conductivity type side electrode formed in a region where is not formed, and a transparent second conductivity type side electrode formed on the plurality of columnar crystal structures, The refractive index of the insulating film is different from the refractive index of the SiC film, and the thickness of the insulating film is the wavelength of light emitted from the light emitting layer (hereinafter referred to as the emission wavelength). Divided by a numerical value of 3 times or more and 5 times or less, and the thickness of the SiC film is The emission wavelength of the light-emitting layer, the thickness is divided by 3 times or more and 5 times or less of the value of the refractive index of the SiC film.
このような構成とすると、絶縁膜とSiC膜とによって、発光層の発光波長を反射する反射膜が構成されるので、発光層の側壁から発光された光が絶縁膜とSiC膜とによって構成される反射膜により反射される。よって、発光層の側壁発光の取り出し率が向上し、かつ当該側壁発光の基板への入射を簡易な構成により抑制することできる。 With such a configuration, the insulating film and the SiC film constitute a reflective film that reflects the emission wavelength of the light emitting layer, so that the light emitted from the side wall of the light emitting layer is constituted by the insulating film and the SiC film. Reflected by the reflective film. Therefore, the extraction rate of side wall light emission of the light emitting layer can be improved, and incidence of the side wall light emission to the substrate can be suppressed with a simple configuration.
前記絶縁膜上に、各々の発光層の発光波長が互いに異なる2以上の発光素子が形成され、 前記絶縁膜の厚さが、前記2以上の発光素子の発光層の発光波長のうち、最も短い発光波長を前記絶縁膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さと、前記2以上の発光素子の発光層の発光波長のうち、最も長い発光波長を前記絶縁膜の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さとの間の厚さであってもよい。 Two or more light emitting elements having different emission wavelengths of each light emitting layer are formed on the insulating film, and the thickness of the insulating film is the shortest of the light emitting wavelengths of the light emitting layers of the two or more light emitting elements. Of the light emission wavelengths of the light emitting layers of the two or more light emitting elements, the longest light emission wavelength of the thickness obtained by dividing the light emission wavelength by the numerical value of 3 to 5 times the refractive index of the insulating film is 3 It may be a thickness between the thickness divided by a numerical value that is not less than twice and not more than five times.
このような構成とすると、1つの基板に互いに発光波長の異なる複数の発光素子を形成する場合にも、各発光素子と基板の間に形成されるSiC膜の厚さが各発光素子の発光波長に応じた厚さになるので、各発光素子の側壁発光を好適に反射する反射膜を基板側に構成することができる。 With such a configuration, even when a plurality of light emitting elements having different emission wavelengths are formed on one substrate, the thickness of the SiC film formed between each light emitting element and the substrate is equal to the emission wavelength of each light emitting element. Therefore, a reflective film that suitably reflects the side wall light emission of each light emitting element can be formed on the substrate side.
前記絶縁膜上に形成された第1導電型の第1のSiC膜と、前記第1のSiC膜上に形成された、第1導電型の第1の半導体層と、第1の発光層と、第2導電型の第1の半導体層とが順に積層されてなる複数の第1の柱状結晶構造体と、前記第1のSiC膜上の前記第1の柱状結晶構造体が形成されていない領域に形成された第1の第1導電型側電極と、前記複数の第1の柱状結晶構造体の上に形成された透明な第1の第2導電型側電極と、を有する前記発光素子としての第1の発光素子と、前記絶縁膜上に前記第1の第1導電型のSiC膜と分離して形成された第1導電型の第2のSiC膜と、前記第2のSiC膜上に形成された、第1導電型の第2の半導体層と、前記第1の発光層とは異なる波長の光を発光する第2の発光層と、第2導電型の第2の半導体層とが順に積層されてなる複数の第2の柱状結晶構造体と、前記第2のSiC膜上の前記第1の柱状結晶構造体が形成されていない領域に形成された第2の第1導電型側電極と、前記複数の第2の柱状結晶構造体の上に形成された透明な第2の第2導電型側電極と、を有する前記発光素子としての第2の発光素子と、を備え、前記絶縁膜の厚さが、前記第1の発光素子の発光波長を、前記絶縁膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さと、前記第2の発光素子の発光波長を、前記絶縁膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さとの間の厚さであり、前記第1のSiC膜の厚さが、前記第1の発光層の発光波長を、前記第1のSiC膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さであり、前記第2のSiC膜の厚さが、前記第2の発光層の発光波長を、前記第2のSiC膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さであってもよい。 A first conductivity type first SiC film formed on the insulating film; a first conductivity type first semiconductor layer formed on the first SiC film; and a first light emitting layer; A plurality of first columnar crystal structures formed by sequentially stacking first conductive type first semiconductor layers and the first columnar crystal structures on the first SiC film are not formed. The light emitting device comprising: a first first conductivity type side electrode formed in a region; and a transparent first second conductivity type electrode formed on the plurality of first columnar crystal structures. A first light emitting element, a first conductivity type second SiC film formed separately from the first first conductivity type SiC film on the insulating film, and the second SiC film A first conductive type second semiconductor layer formed thereon, a second light emitting layer for emitting light of a wavelength different from that of the first light emitting layer, and a second conductive layer. A plurality of second columnar crystal structures formed by sequentially laminating a second semiconductor layer of a type, and a region where the first columnar crystal structure is not formed on the second SiC film. A second light-emitting element comprising: a second first-conductivity-type side electrode; and a transparent second second-conductivity-type side electrode formed on the plurality of second columnar crystal structures. The thickness of the insulating film is obtained by dividing the emission wavelength of the first light emitting element by a value not less than 3 times and not more than 5 times the refractive index of the insulating film, A thickness between the thickness of the first light-emitting element and the thickness obtained by dividing the light emission wavelength of the second light-emitting element by a numerical value of 3 to 5 times the refractive index of the insulating film, A thickness obtained by dividing the emission wavelength of the first light emitting layer by a numerical value of 3 to 5 times the refractive index of the first SiC film; Even if the thickness of the second SiC film is a thickness obtained by dividing the emission wavelength of the second light emitting layer by a numerical value that is not less than 3 times and not more than 5 times the refractive index of the second SiC film. Good.
このような構成とすると、1つの基板に互いに発光波長の異なる2つの発光素子を形成する場合にも、各発光素子の側壁発光を好適に反射する反射膜を基板側に構成することができる。 With such a configuration, even when two light emitting elements having different emission wavelengths are formed on one substrate, a reflective film that suitably reflects the side wall light emission of each light emitting element can be configured on the substrate side.
前記柱状結晶構造体を構成する半導体が、GaxIn1-xN(0<x≦1)、又はAlyGa1-yN(0≦y<1)からなる窒化物半導体であってもよい。 Even if the semiconductor constituting the columnar crystal structure is a nitride semiconductor made of Ga x In 1-x N (0 <x ≦ 1) or Al y Ga 1-y N (0 ≦ y <1). Good.
前記基板がSiからなり、前記絶縁膜がSiO2膜からなっていてもよい。このような構成とすると、基板として安価なSiC/SOI基板を用いることができるので、コストを低減することができる。 The substrate may be made of Si, and the insulating film may be made of a SiO 2 film. With such a configuration, an inexpensive SiC / SOI substrate can be used as the substrate, so that the cost can be reduced.
前記SiO2膜の厚さが40nm〜160nmであり、前記SiC膜の厚さが20nm〜90nmであることが好ましい。 The thickness of the SiO 2 film is preferably 40 nm to 160 nm, and the thickness of the SiC film is preferably 20 nm to 90 nm.
本発明は以上に説明したように構成され、ナノワイヤを用いた発光素子を有し、その側壁発光の基板への入射を簡易な構成により抑制することが可能な発光デバイスを提供することができるという効果を奏する。 The present invention is configured as described above, and has a light-emitting element using nanowires, and can provide a light-emitting device capable of suppressing incidence of side-wall light emission to a substrate with a simple configuration. There is an effect.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係る発光デバイスの構成を示す断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light-emitting device according to Embodiment 1 of the present invention.
[構成]
図1に示すように、本実施の形態の発光デバイス101は、発光ダイオードからなる発光素子100と、SiC/SiO2反射膜4とを備えている。
[Constitution]
As shown in FIG. 1, the
詳しく説明すると、発光デバイス101はSi基板1を備えている。Si基板1の上に絶縁膜としてのSiO2膜2が形成されている。SiO2膜2の上には、n型SiC膜3が形成されている。そして、SiO2膜2とn型SiC膜3とがSiC/SiO2反射膜4を構成している。反射膜4を構成する絶縁膜はn型SiC膜3と屈折率が異なることが必要である。ここでは、絶縁膜がSiO2膜2で構成されているので、この要求は満たされている。また、SiO2膜2とn型SiC膜3とはそれぞれ所定の厚さに形成されている。この所定の厚さについては、後で詳しく説明する。
More specifically, the
n型SiC膜3の上には、多数のナノワイヤ(柱状結晶構造体)8がn型SiC膜3の厚さ方向に延びるように形成されている。各ナノワイヤ8は、n型Sic膜3の上にn型半導体層(下クラッド層)としてのn型GaN層5が形成され、n型GaN層5の上に発光層としてのInGaN/GaN MQD活性層6が形成され、InGaN/GaN MQD活性層6の上にp型半導体層(上クラッド層)としてのp型GaN層7が形成されて構成されている。n型半導体層及びp型半導体層は、GaxAl1-xN(0<x≦1)で構成され、適宜組成が選択され、適宜不純物をドープすることにより所要の導電型が付与される。ここでは、上述の通り、n型半導体層及びp型半導体層は、共にGaNで構成され、それぞれn型及びp型の導電型が付与されている。発光層は、GaxIn1-xN(0<x≦1)からなる単層、またはGaxIn1-xN(0<x≦1)からなる材料であって互いに組成の異なる材料からなる2つの層を交互に積層してなるマルチレイヤーで構成される。発光層は、発光波長や発光効率等に応じて、組成及び層厚が選択される。ここでは、発光層と、n型半導体層及びp型半導体層と、はダブルヘテロ接合されている。また、発光層は、ここでは、上述の通り、InGaN/GaNのマルチレイヤーで構成されている。
A large number of nanowires (columnar crystal structures) 8 are formed on the n-type SiC film 3 so as to extend in the thickness direction of the n-type SiC film 3. In each
また、n型SiC膜3の上には、多数のナノワイヤ8の間の空間を埋めるように透明絶縁層12が形成されている。透明絶縁層12は、例えばSiO2で構成されている。
In addition, a transparent insulating
そして、多数のナノワイヤ8の上端部及び透明絶縁層12の上に透明なp型側電極9が形成されている。p型側電極9は、例えば、Ni/Auで構成されている。
A transparent p-type side electrode 9 is formed on the upper ends of the
p型側電極9の上にはTi/Al等の金属からなる電極パッド10が形成されている。 An electrode pad 10 made of a metal such as Ti / Al is formed on the p-type side electrode 9.
さらに、n型SiC膜3の上には、多数のナノワイヤ8が形成されていない領域に位置するように、n型側電極11が形成されている。n型側電極11は、ここではNiで構成されている。
Furthermore, an n-
そして、n型SiC膜3、n型GaN層5、InGaN/GaN MQD活性層6、p型GaN層7、p型側電極9、電極パッド10、及びn型側電極11が発光素子100を構成している。
The n-type SiC film 3, the n-type GaN layer 5, the InGaN / GaN MQD
[SiO2膜2及びn型SiC膜3の厚さ設定]
次に、本発明を特徴付けるSiO2膜2及びn型SiC膜3の厚さ設定(設計)について説明する。
[Thickness setting of SiO 2 film 2 and n-type SiC film 3]
Next, the thickness setting (design) of the SiO 2 film 2 and the n-type SiC film 3 characterizing the present invention will be described.
以上のように構成された発光素子100は、おおよそ近紫外光から可視光にあたる波長の光を発光するので、SiC/SiO2反射膜4は、これらの波長を有する光を反射することが求められる。
Since the
SiC/SiO2反射膜4が実用的な反射率を有するためには、n型SiC膜3及びSiO2膜2の厚さが、それぞれ、以下の式(1)および式(2)を満たすことが好ましい。ここで、λは発光素子100が発光する光の波長を表し、t1はn型SiC膜3の厚さを表し、n1はSiCの屈折率を表す。また、t2はSiO2膜2(絶縁膜)の厚さを表し、n2はSiO2(絶縁膜を構成する材料)の屈折率を表す。
In order for the SiC / SiO 2
λ/(3×n1)≦t1≦λ/(5×n1)・・・(1)
λ/(3×n2)≦t2≦λ/(5×n2)・・・(2)
式(1)及び(2)において、SiCの屈折率n1及びSiO2の屈折率n2の係数を3〜5に定めた理由は、最も効果が現われて反射率が高くなるときの係数が4であることと、n型SiC膜3及びSiO2膜2の厚さ、発光素子100の発光波長、及び所望の反射率が、発光デバイス101を作製する場合に変動することを考慮して、その最適な厚さ(係数が4である場合の厚さ)に対しておよそ7%の幅を持たせたものである。つまり、n型SiC膜3及びSiO2膜2の厚さの、理論上最適な厚さに対する偏倚が、7%以内であれば、SiC/SiO2反射膜4の反射率が実用的な範囲に収まると想定したものである。なお、係数が4のとき、SiC/SiO2反射膜4の反射率が最も高くなることは、以下のように導かれる。屈折率の異なる二種類の膜を積層した場合、膜の表面で反射された光と膜の境界面で反射された光が合わさって反射光となる。このとき、全ての反射光が同位相になると、重なり合って高い反射特性を得ることができる。一方、高屈折率から低屈折率への境界面での反射光の位相のずれはゼロであり、逆の低屈折率から高屈折率への境界面での反射光の位相のずれは180°となる。そこで、二つの反射光の間の光路差を180°になるように膜厚を設定すると反射光は同位相となり重なりあう。よって、最も高い反射特性を得るための膜厚は、式(3)式(4)のようになる。ここにm、lは整数である。
λ / (3 × n1) ≦ t1 ≦ λ / (5 × n1) (1)
λ / (3 × n2) ≦ t2 ≦ λ / (5 × n2) (2)
In the formulas (1) and (2), the coefficients of the refractive index n1 of SiC and the refractive index n2 of SiO 2 are set to 3 to 5 because the coefficient is 4 when the effect is most effective and the reflectance is high. Considering that the thickness of the n-type SiC film 3 and the SiO 2 film 2, the emission wavelength of the
t1=(m/2+1/4)λ/n1・・・(3)
t2=(l/2+1/4)λ/n2・・・(4)
ここで、m=l=0とすると
t1=λ/(4×n1)・・・(5)
t2=λ/(4×n2)・・・(6)
となり、係数が4のときに反射率が最も高くなる。これは、すなわち、光学的に1/4波長の膜を積層すると、高い反射率を得られることを示している。
また、式(3)式(4)において、m≠0、l≠0のときを考えると、式(1)式(2)は式(7)式(8)のように置き換えることが可能で、この中から作製しやすい膜厚を選ぶこともできる。
t1 = (m / 2 + 1/4) λ / n1 (3)
t2 = (l / 2 + 1/4) λ / n2 (4)
Here, if m = l = 0, t1 = λ / (4 × n1) (5)
t2 = λ / (4 × n2) (6)
Thus, the reflectance is highest when the coefficient is 4. This indicates that a high reflectance can be obtained by optically laminating a quarter wavelength film.
Further, in the formula (3) and the formula (4), when m ≠ 0 and l ≠ 0 are considered, the formula (1) and the formula (2) can be replaced as the formula (7) and the formula (8). Of these, a film thickness that is easy to fabricate can be selected.
mλ/(2×n1)+λ/(3×n1)≦t1≦mλ/(2×n1)+λ/(5×n1)・・・(7)
lλ/(2×n1)+λ/(3×n2)≦t2≦lλ/(2×n1)+λ/(5×n2)・・・(8)
具体的には、近紫外光から可視光全域に渡る光が基板1に入射することを想定した場合、式(1)に従えば、n型SiC膜3の厚さがおよそ20nmから90nmの範囲の厚さに設定され、式(1)に従えば、SiO2膜2の厚さがおよそ40nmから160nmの範囲の厚さに設定される。例えば、発光素子100が赤色発光素子である場合には、n型SiC膜3の厚さがおよそ65nmに設定され、SiO2膜2の厚さがおよそ120nmに設定される。発光素子100が緑色発光素子である場合は、n型SiC膜3の厚さがおよそ50nmに設定され、SiO2膜2の厚さがおよそ90nmに設定される。発光素子100が青色発光素子である場合には、n型SiC膜3の厚さがおよそ45nmに設定され、SiO2膜2の厚さがおよそ80nmに設定される。
mλ / (2 × n1) + λ / (3 × n1) ≦ t1 ≦ mλ / (2 × n1) + λ / (5 × n1) (7)
lλ / (2 × n1) + λ / (3 × n2) ≦ t2 ≦ lλ / (2 × n1) + λ / (5 × n2) (8)
Specifically, assuming that light over the entire visible light region from near ultraviolet light is incident on the substrate 1, the thickness of the n-type SiC film 3 is in the range of approximately 20 nm to 90 nm according to the equation (1). According to the formula (1), the thickness of the SiO 2 film 2 is set to a thickness in the range of about 40 nm to 160 nm. For example, when the
式(1)及び(2)に基づいて形成された反射膜は、計算上およそ30%の反射率が得られることを本発明者は確認している。 The inventor has confirmed that the reflection film formed based on the expressions (1) and (2) can obtain a reflectance of approximately 30% in calculation.
[製造方法]
次に、以上のように構成された発光デバイス101の製造方法を、図1を用いて説明する。
[Production method]
Next, a manufacturing method of the
図1において、まず、Si基板1とSiO2膜2とn型SiC膜3とからなるSiC/SOI基板が作製される。SiC/SOI基板は、例えば、非特許文献1や以下の公知文献に記載される手法を用いて作製される。この公知文献は、Proc. of International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai, pp.59−60,2004, "Metamorphosis of Ultra-Thin Top Si Layer of SOI Substrate into 3C-SiC Using a Rapid Thermal Process", H.Iikawa et al.である。 In FIG. 1, first, a SiC / SOI substrate composed of a Si substrate 1, a SiO 2 film 2 and an n-type SiC film 3 is produced. The SiC / SOI substrate is manufactured using, for example, a technique described in Non-Patent Document 1 or the following publicly known document. This known document is described in Proc. Of International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai, pp.59-60, 2004, "Metamorphosis of Ultra-Thin Top Si Layer of SOI Substrate into 3C-SiC Using a Rapid Thermal Process", H .Iikawa et al.
SiC/SOI基板の詳しい作製方法はこれらの文献を参照されたい。ここでは、これを簡単に説明する。 Refer to these documents for the detailed manufacturing method of the SiC / SOI substrate. Here, this will be briefly described.
例えば、バルクのSi(100)上にSiO2からなる埋め込み酸化膜層とSi(111)層とが順に形成されたSOI基板が用意される。そして、このSOI基板の表面のSi(111)層が、C3H8−H2混合ガスの雰囲気中で数秒から数分の間、当該Si層の厚さに合わせて1200℃から1450℃の温度において、Rapid Thermal Process を用いて炭化される。これにより、埋め込み酸化膜層上にSiC膜が形成され、ひいてはSiC/SOI基板が作製される。 For example, an SOI substrate is prepared in which a buried oxide film layer made of SiO 2 and a Si (111) layer are sequentially formed on bulk Si (100). Then, the Si (111) layer on the surface of this SOI substrate is 1200 ° C. to 1450 ° C. in accordance with the thickness of the Si layer for several seconds to several minutes in an atmosphere of C 3 H 8 —H 2 mixed gas. At temperature, it is carbonized using the Rapid Thermal Process. Thereby, a SiC film is formed on the buried oxide film layer, and as a result, a SiC / SOI substrate is manufactured.
次いで、このSiC膜に窒素がドープされてn型SiC膜3が形成される。かくして、Si基板1とSiO2膜2とn型SiC膜3とが形成されたことになる。なお、このn型SiC膜は、後述するn型側電極11を形成するn型コンタクト層としても機能する。このn型SiC膜3は、炭化してできたSiC膜の上に、さらに窒素をドープしたSiCをエピタキシャル成長することや、あるいはそのSiC膜をエッチングすることで、所望の厚さに制御することができる。また、炭化してできたSiC膜の上に、エピタキシャル成長によってn型SiC膜3を成長する場合は、この炭化してできたSiC膜はノンドープのままでもよい。
Next, the SiC film is doped with nitrogen to form an n-type SiC film 3. Thus, the Si substrate 1, the SiO 2 film 2, and the n-type SiC film 3 are formed. This n-type SiC film also functions as an n-type contact layer for forming an n-
次いで、n型SiC膜3の上に、例えばRF−MBE法を用いて、多数のナノワイヤ8が形成される。このMQD活性層を有するGaNナノワイヤアレイのSiC膜上へのRF−MBE法を用いた結晶成長方法は、非特許文献2に開示されているので、詳しくは非特許文献2を参照されたい。ここでは、これを簡単に説明する。
Next, a large number of
まず、n型SiC層3の上に、例えば500℃で30秒間、Ga元素のソースからGaビームが照射されてGaの核が形成される。その後、n型SiC層3の上に、RFプラズマ励起された窒素が例えば60秒照射されて、GaNドットが形成される。 First, Ga nuclei are formed on the n-type SiC layer 3 by irradiating a Ga beam from a Ga element source at 500 ° C. for 30 seconds, for example. Thereafter, nitrogen excited by RF plasma is irradiated on the n-type SiC layer 3 for 60 seconds, for example, to form GaN dots.
次いで、このGaNドットが形成されたSiC/SOI基板が、例えば約890℃まで昇温されかつ窒素雰囲気中に置かれて、GaNナノワイヤが成長される。この過程において、GaN層にSiがドープされてn型GaN層5が形成される。その後、InGaN/GaN MQW活性層6とp型GaN層7とが650℃の低温で順に結晶成長される。この過程において、GaN層にMgがドープされてp型GaN層7が形成される。このようにして形成されるナノワイヤ8の直径は、例えば70nmから100nmであり、ナノワイヤ8の高さは1μmから1.5μmである。また、ナノワイヤ8の間隔は約100nmである。
Next, the SiC / SOI substrate on which the GaN dots are formed is heated to, for example, about 890 ° C. and placed in a nitrogen atmosphere to grow GaN nanowires. In this process, the n-type GaN layer 5 is formed by doping the GaN layer with Si. Thereafter, the InGaN / GaN MQW
次いで、n型SiC層3の上に、多数のナノワイヤ8の間の空間を埋めかつ該n型SiC層3を覆うように、例えば、SiO2からなる透明絶縁層12が形成される。
Next, a transparent insulating
次いで、n型SiC膜3の所定の領域(n型側電極11を形成すべき領域)が露出するように透明絶縁層12の一部が除去され、露出したn型SiC膜3の上にNiからなるn型側電極11が形成される。また、多数のナノワイヤ8の上端部が露出するように透明絶縁層12の一部が除去され、露出したナノワイヤ8の上端部を覆うように、例えばNi/Auからなる透明なp型側電極9が形成される。
Next, a part of the transparent insulating
その後、p型透明電極6の上にTi/Al等の金属からなる電極パッド10が形成される。
Thereafter, an electrode pad 10 made of a metal such as Ti / Al is formed on the p-type
このようにして、発光デバイス101が作製される。
In this way, the
[動作及び効果]
次に、以上のように構成され製造される本実施の形態の発光デバイスの動作及び効果を説明する。
[Operation and effect]
Next, operations and effects of the light emitting device of the present embodiment configured and manufactured as described above will be described.
p型側電極9とn型側電極11との間に所定の電圧が印加されると、発光素子100のナノワイヤ8のInGaN/GaN MQD活性層6の側壁から所定の波長の光が発光される。この発光された光は透明なp型電極9や透明絶縁層12を通じて外部に出射される(取り出される)。一方、InGaN/GaN MQD活性層6の側壁から発光された光の一部はSi基板1に向かうが、この光はSiC/SiO2反射膜4によりそのおよそ30%が反射される。このため、側壁光が基板1に入射してそこで吸収されることが抑制される。
When a predetermined voltage is applied between the p-type side electrode 9 and the n-
これにより、側壁光の取り出し率が向上し、かつSi基板1における側壁光の吸収による発熱の影響が同じ基板上に集積された電子回路(Si集積回路)へ及ぶことが抑制されて信頼性が向上する。特に、本実施の形態のように、基板1がSiで構成されている場合には、バンドギャップが小さいことから、丁度、可視光周辺、特に緑色光近辺の波長の光を基板1が吸収しやすい。従って、発光素子100が緑色光を発光する場合には、本発明の効果はより顕著になる。
Thereby, the extraction rate of the side wall light is improved, and the influence of heat generation due to the absorption of the side wall light in the Si substrate 1 is suppressed from being applied to the electronic circuit (Si integrated circuit) integrated on the same substrate, thereby improving reliability. improves. In particular, when the substrate 1 is made of Si as in the present embodiment, since the band gap is small, the substrate 1 just absorbs light having a wavelength around the visible light, particularly in the vicinity of green light. Cheap. Therefore, when the
また、非特許文献3に開示された発光デバイス(図5)では、Si基板上に複雑なエピタキシャル成長で3層ものDBRを形成して30%の反射率を得ているが、これと比較すると、本実施の形態によれば簡易な構成で同等の反射率を有する反射膜が得られることが判る。従って、照明装置等のように、基板側に設ける反射膜が高性能(高反射率)であるよりも、安価であることが要求される用途には、好適である。 In addition, in the light emitting device disclosed in Non-Patent Document 3 (FIG. 5), a DBR of three layers is formed on a Si substrate by complex epitaxial growth to obtain a reflectance of 30%. According to the present embodiment, it can be seen that a reflective film having a similar reflectance can be obtained with a simple configuration. Therefore, it is suitable for applications that require a reflective film provided on the substrate side to be less expensive than high performance (high reflectance), such as a lighting device.
また、本実施の形態によれば、基板として安価なSiC/SOI基板を用いることができるので、コストを低減することができる。 Further, according to the present embodiment, an inexpensive SiC / SOI substrate can be used as the substrate, so that the cost can be reduced.
なお、上記の説明では、コスト面、安定性、及びSi集積回路との集積化の観点から好ましいことから、基板1の材料としてSiが、基板1上の絶縁膜としてSiO2膜が用いられたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、SiO2膜の代わりにSiN膜などの絶縁膜を用いることが可能である。また、基板1はSi以外の材料で構成することができる。また、基板1上に発光デバイス100を作成した後、基板1を除去して実装することも可能である。これは、反射膜4が絶縁膜2とSiC膜3によって構成されるからである。
In the above description, Si is used as the material for the substrate 1 and an SiO 2 film is used as the insulating film on the substrate 1 because it is preferable from the viewpoint of cost, stability, and integration with the Si integrated circuit. However, the present invention is not limited to this. For example, an insulating film such as a SiN film can be used instead of the SiO 2 film. The substrate 1 can be made of a material other than Si. In addition, after the
また、上記では、ナノワイヤ8を構成する半導体として、GaNとGaInNを用いた簡単な例を示したが、例えば、さらに、活性層6からのキャリアの漏れを防ぐオーバフロー抑制層を活性層付近に形成し、このオーバフロー抑制層をAlyGa1-yN(0≦y<1)で構成してもよい。この他にも、発光素子100の構成に公知の発光ダイオードの多様な構成を選択して適用することができる。
In the above, a simple example using GaN and GaInN as a semiconductor constituting the
また、上記では発光素子100として、3原色の発光が可能とされる窒化物半導体材料からなる発光ダイオードを例示したが、発光素子100を、用途に応じて、他の材料からなる発光素子で構成することができる。これにより、発光素子100から所望の波長の光を発光することができ、この所望の波長の光を反射する反射膜4を構成することができる。このような構成としても上記と同様の効果を得ることができる。
Moreover, although the light emitting diode which consists of the nitride semiconductor material which can light-emit three primary colors was illustrated as the
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2に係る発光デバイスの構成を示す断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the light-emitting device according to
図2に示すように、本実施の形態では、発光デバイス201が、互いに発光波長の異なる複数(ここでは2つ)の発光素子100A,100Bと、これらに対応する複数(ここでは2つ)のSiC/SiO2反射膜4A,4Bとが1つの基板1の上に形成されて構成されている。これ以外の点は実施の形態1と同様である。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, the light-emitting
詳しく説明すると、1つの基板1の上に1つのSiO2膜2が形成されており、このSiO2膜2の上に互いに厚さの異なる第1のn型SiC膜3Aと第2のn型SiC膜3Bとが形成されている。そして、SiO2膜2と第1のn型SiC膜3Aとで第1のSiC/SiO2反射膜4Aが構成され、SiO2膜2と第2のn型SiC膜3Bとで第2のSiC/SiO2反射膜4Bが構成されている。 More specifically, one SiO 2 film 2 is formed on one substrate 1, and the first n-type SiC film 3A and the second n-type having different thicknesses are formed on the SiO 2 film 2. SiC film 3B is formed. The SiO 2 film 2 and the first n-type SiC film 3A constitute a first SiC / SiO 2 reflective film 4A, and the SiO 2 film 2 and the second n-type SiC film 3B constitute a second SiC. / SiO 2 reflective film 4B is formed.
第1のn型SiC膜3Aの上には第1の発光素子100Aが形成されている。第1の発光素子100Aは、第1のn型GaN層5Aと第1のInGaN/GaN MQD活性層6Aと第1のp型GaN層7Aとを有する多数の第1のナノワイヤ8A、第1のp型側電極9A、第1の電極パッド10A、及び第1のn型側電極11Aで構成されている。第1の発光素子100Aの各構成要素間の相互関係は実施の形態1の発光素子100と同じであるので、その説明を省略する。
A first
また、第2のn型SiC膜3Bの上には第2の発光素子100Bが形成されている。第2の発光素子100Bは、第2のn型GaN層5Bと第2のInGaN/GaN MQD活性層6Bと第2のp型GaN層7Bとを有する多数の第2のナノワイヤ8B、第2のp型側電極9B、第2の電極パッド10B、及び第2のn型側電極11Bで構成されている。第2の発光素子100Bの各構成要素間の相互関係は実施の形態1の発光素子100と同じであるので、その説明を省略する。
A second
第1の発光素子100Aの第1のInGaN/GaN MQD活性層6Aと第2の発光素子100Bのと第2のInGaN/GaN MQD活性層6Bとは、各々の発光波長が互いに異なっていて、それに対応して、各々を構成する材料の組成が互いに異なっている。また、この発光波長の相違に対応して、第1の発光素子100Aの第1のn型GaN層5A及び第1のp型GaN層7Aと、第2の発光素子100Bの第2のn型GaN層5B及び第2のp型GaN層7Bとは、それぞれ、各々を構成する材料の組成が互いに異なっている。
The first InGaN / GaN MQD active layer 6A, the second
そして、第1のn型SiC膜3Aの厚さと第2のn型SiC膜3Bの厚さとは、それぞれ、式(1)に従って設定されていて、互いに異なっている。具体的には、第1のn型SiC膜3Aの厚さは、発光素子100Aの第1のInGaN/GaN MQD活性層6Aの発光波長に対応する厚さに設定され、第2のn型SiC膜3Bの厚さは、発光素子100Bの第2のInGaN/GaN MQD活性層6Bの発光波長に対応する厚さに設定されている。
The thickness of the first n-type SiC film 3A and the thickness of the second n-type SiC film 3B are set according to the formula (1), and are different from each other. Specifically, the thickness of the first n-type SiC film 3A is set to a thickness corresponding to the emission wavelength of the first InGaN / GaN MQD active layer 6A of the light-emitting
また、SiO2膜2の厚さは、発光素子100Aの第1のInGaN/GaN MQD活性層6Aの発光波長に対して式(2)に従って算出される厚さと、発光素子100Bの第2のInGaN/GaN MQD活性層6Bの発光波長に対して式(2)に従って算出される厚さとの間の厚さ(適宜選択される)に設定されている。
The thickness of the SiO 2 film 2 is calculated according to the formula (2) with respect to the emission wavelength of the first InGaN / GaN MQD active layer 6A of the
なお、互いに発光波長の異なる3以上の発光素子が1つのSi基板に形成される場合には、SiO2膜2の厚さは、3以上の発光素子の発光波長のうちの最も短い発光波長に対して式(2)に従って算出される厚さと、3以上の発光素子の発光波長のうちの最も長い発光波長に対して式(2)に従って算出される厚さとの間の厚さ(適宜選択される)に設定される。特に、赤色、青色、及び緑色の3原色を発光する3つの発光素子をSi基板上に集積する場合には、SiO2膜2の厚さは、Si基板が吸収しやすい緑色の発光波長(530nm)を反射する厚さ、すなわち約90nmに設定することが好ましい。 When three or more light emitting elements having different emission wavelengths are formed on one Si substrate, the thickness of the SiO 2 film 2 is the shortest emission wavelength among the three or more light emitting elements. On the other hand, the thickness between the thickness calculated according to the formula (2) and the thickness calculated according to the formula (2) with respect to the longest emission wavelength of the three or more light emitting elements is appropriately selected. Is set. In particular, when three light emitting elements that emit three primary colors of red, blue, and green are integrated on a Si substrate, the thickness of the SiO 2 film 2 is set to a green emission wavelength (530 nm) that is easily absorbed by the Si substrate. ) Is preferably set to a reflective thickness, that is, about 90 nm.
以上の構成によれば、1つの基板に互いに発光波長の異なる複数の発光素子を形成する場合にも、各発光素子とSi基板1の間に形成されるn型SiC膜3を各発光素子の発光波長に応じた所定の厚さに形成することにより、各発光素子の側壁発光を好適に反射する反射膜をSi基板1側に構成することができる。その結果、1つの基板に互いに発光波長の異なる複数の発光素子を形成する場合にも、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 According to the above configuration, even when a plurality of light emitting elements having different emission wavelengths are formed on one substrate, the n-type SiC film 3 formed between each light emitting element and the Si substrate 1 is formed on each light emitting element. By forming a predetermined thickness according to the emission wavelength, a reflective film that favorably reflects the side wall emission of each light emitting element can be formed on the Si substrate 1 side. As a result, even when a plurality of light-emitting elements having different emission wavelengths are formed on one substrate, the same effect as in Embodiment 1 can be obtained.
本発明の発光デバイスは、発光素子と基板側に設けられ発光素子が発する光を反射する反射膜と備える発光デバイス等として有用であり、特に、電子デバイスとの融合デバイス又は照明装置用の発光デバイスとして有用である。 The light-emitting device of the present invention is useful as a light-emitting device including a light-emitting element and a reflective film that is provided on the substrate side and reflects light emitted from the light-emitting element. Useful as.
1 Si基板
2 SiO2膜
3 n型SiC膜
3A 第1のn型SiC膜
3B 第2のn型SiC膜
4 SiC/SiO2反射膜
4A 第1のSiC/SiO2反射膜
4B 第2のSiC/SiO2反射膜
5 n型GaN層
5A 第1のn型GaN層
5B 第2のn型GaN層
6 InGaN/GaN MQD活性層
6A 第1のInGaN/GaN MQD活性層
6B 第2のInGaN/GaN MQD活性層
7 p型GaN層
7A 第1のp型GaN層
7B 第2のp型GaN層
8 ナノワイヤ
8A 第1のナノワイヤ
8B 第2のナノワイヤ
9 p型側電極
9A 第1のp型側電極
9B 第2のp型側電極
10 電極パッド
10A 第1の電極パッド
10B 第2の電極パッド
11 n型側電極
11A 第1のn型側電極
11B 第2のn型側電極
12 透明絶縁層
12A 第1の透明絶縁層
12B 第2の透明絶縁層
100 発光素子
100A 第1の発光素子
100B 第2の発光素子
101,201 発光デバイス
Reference Signs List 1
Claims (6)
前記基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された第1導電型のSiC膜と、前記SiC膜上に形成された、第1導電型の半導体層と、発光層と、第2導電型の半導体層とが順に積層されてなる複数の柱状結晶構造体と、前記SiC膜上の前記柱状結晶構造体が形成されていない領域に形成された第1導電型側電極と、前記複数の柱状結晶構造体の上に形成された透明な第2導電型側電極と、を有する発光素子と、を備え、
前記絶縁膜の屈折率が前記SiC膜の屈折率と異なっており、
前記絶縁膜の厚さが、前記発光層が発光する光の波長(以下、発光波長という)を、前記絶縁膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さであり、
前記SiC膜の厚さが、前記発光層の発光波長を、前記SiC膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さである、発光デバイス。 A substrate,
An insulating film formed on the substrate;
A first conductive type SiC film formed on the insulating film, a first conductive type semiconductor layer formed on the SiC film, a light emitting layer, and a second conductive type semiconductor layer are sequentially stacked. A plurality of columnar crystal structures formed on the SiC film; a first conductivity type side electrode formed in a region where the columnar crystal structures are not formed; and a plurality of columnar crystal structures formed on the plurality of columnar crystal structures. A transparent light-emitting element having a transparent second conductivity type side electrode,
The refractive index of the insulating film is different from the refractive index of the SiC film;
The thickness of the insulating film is a thickness obtained by dividing the wavelength of light emitted from the light emitting layer (hereinafter referred to as a light emitting wavelength) by a value that is not less than 3 times and not more than 5 times the refractive index of the insulating film,
The light emitting device, wherein the thickness of the SiC film is a thickness obtained by dividing the light emission wavelength of the light emitting layer by a numerical value of 3 to 5 times the refractive index of the SiC film.
前記絶縁膜の厚さが、前記2以上の発光素子の発光層の発光波長のうち、最も短い発光波長を前記絶縁膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さと、前記2以上の発光素子の発光層の発光波長のうち、最も長い発光波長を前記絶縁膜の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さとの間の厚さである、請求項1に記載の発光デバイス。 On the insulating film, two or more light emitting elements having different light emission wavelengths from each other are formed.
The thickness of the insulating film is a thickness obtained by dividing the shortest emission wavelength among the emission wavelengths of the light emitting layers of the two or more light emitting elements by a numerical value of 3 to 5 times the refractive index of the insulating film; 2. The thickness between a thickness obtained by dividing the longest emission wavelength among the emission wavelengths of the light-emitting layers of the two or more light-emitting elements by a numerical value of 3 to 5 times that of the insulating film. The light-emitting device described.
前記絶縁膜上に前記第1の第1導電型のSiC膜と分離して形成された第1導電型の第2のSiC膜と、前記第2のSiC膜上に形成された、第1導電型の第2の半導体層と、前記第1の発光層とは異なる波長の光を発光する第2の発光層と、第2導電型の第2の半導体層とが順に積層されてなる複数の第2の柱状結晶構造体と、前記第2のSiC膜上の前記第1の柱状結晶構造体が形成されていない領域に形成された第2の第1導電型側電極と、前記複数の第2の柱状結晶構造体の上に形成された透明な第2の第2導電型側電極と、を有する前記発光素子としての第2の発光素子と、を備え、
前記絶縁膜の厚さが、前記第1の発光素子の発光波長を、前記絶縁膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さと、前記第2の発光素子の発光波長を、前記絶縁膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さとの間の厚さであり、
前記第1のSiC膜の厚さが、前記第1の発光層の発光波長を、前記第1のSiC膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さであり、
前記第2のSiC膜の厚さが、前記第2の発光層の発光波長を、前記第2のSiC膜の屈折率の3倍以上かつ5倍以下の数値で割った厚さである、請求項2に記載の発光デバイス。 A first conductivity type first SiC film formed on the insulating film; a first conductivity type first semiconductor layer formed on the first SiC film; and a first light emitting layer; A plurality of first columnar crystal structures formed by sequentially stacking first conductive type first semiconductor layers and the first columnar crystal structures on the first SiC film are not formed. The light emitting device comprising: a first first conductivity type side electrode formed in a region; and a transparent first second conductivity type electrode formed on the plurality of first columnar crystal structures. A first light emitting device as
A first conductivity type second SiC film formed on the insulating film separately from the first first conductivity type SiC film, and a first conductivity type formed on the second SiC film. A plurality of second semiconductor layers of a type, a second light-emitting layer that emits light having a wavelength different from that of the first light-emitting layer, and a second semiconductor layer of a second conductivity type are sequentially stacked. A second columnar crystal structure; a second first-conductivity-type-side electrode formed in a region where the first columnar crystal structure is not formed on the second SiC film; A second light emitting element as the light emitting element having a transparent second second conductivity type side electrode formed on the two columnar crystal structures,
The thickness of the insulating film is a thickness obtained by dividing the emission wavelength of the first light emitting element by a value that is not less than 3 times and not more than 5 times the refractive index of the insulating film, and the emission wavelength of the second light emitting element. , And a thickness divided by a numerical value not less than 3 times and not more than 5 times the refractive index of the insulating film,
The thickness of the first SiC film is a thickness obtained by dividing the emission wavelength of the first light emitting layer by a numerical value that is not less than 3 times and not more than 5 times the refractive index of the first SiC film,
The thickness of the second SiC film is a thickness obtained by dividing the emission wavelength of the second light emitting layer by a numerical value that is not less than 3 times and not more than 5 times the refractive index of the second SiC film. Item 3. A light emitting device according to Item 2.
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