JP2008108973A

JP2008108973A - Semiconductor light emitting element

Info

Publication number: JP2008108973A
Application number: JP2006291612A
Authority: JP
Inventors: Kuniyoshi Okamoto; 國美岡本
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-05-08

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element which can take out light with high polarization ratio. SOLUTION: The semiconductor light emitting element 1 comprises a substrate 2, a nitride semiconductor laminate structure 3 on the substrate 2, an anode 4, a cathode 6, and an absorption layer 7. The substrate 2 is composed of GaN single crystal and the major surface of the substrate 2 consists of a nonpolar m-surface. The nitride semiconductor laminate structure 3 includes an active layer 12 capable of emitting light, and consists of a GaN layer, an InGaN layer and an AlGaN layer. The absorption layer 7 absorbs light traveling reversely to the light take-out direction A or traveling in the horizontal direction out of light emitted from the active layer 12 and it is composed of SiN. The absorption layer 7 is formed to cover the bottom face 2a and the side face 2b of the substrate 2, a portion of the side face 3a of the nitride semiconductor laminate structure 3, and a portion of the side face 4b of the anode electrode 4. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device having a nitride semiconductor multilayer structure.

従来、青色などの光を発光可能な活性層を有する様々な窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor light emitting devices having various nitride semiconductor multilayer structures having active layers capable of emitting blue light or the like are known.

例えば、特許文献１には、サファイア基板上にｎ型及びｐ型のＧａＮ層やＡｌＧａＮ層などの複数の窒化物半導体層が積層された窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子が開示されている。また、この半導体発光素子の側面には、側面に設けられた電極と窒化物半導体積層構造とが所望の領域以外と短絡することを防ぐために絶縁膜が設けられている。 For example, Patent Document 1 discloses a semiconductor light emitting device having a nitride semiconductor multilayer structure in which a plurality of nitride semiconductor layers such as n-type and p-type GaN layers and AlGaN layers are laminated on a sapphire substrate. Yes. In addition, an insulating film is provided on the side surface of the semiconductor light emitting element in order to prevent a short circuit between the electrode provided on the side surface and the nitride semiconductor laminated structure except for a desired region.

特許文献１の半導体発光素子では、側面に絶縁膜及び電極を設けることにより、窒化物半導体積層構造の上面を遮るものがないので、上面（光取出面）全体から光を取り出すことができる。これにより、光取出面から取り出される光量を向上させることができた。
特許第３３０３１５４号公報 In the semiconductor light emitting device of Patent Document 1, since an insulating film and an electrode are provided on the side surface, there is nothing to block the upper surface of the nitride semiconductor multilayer structure, so that light can be extracted from the entire upper surface (light extraction surface). Thereby, the amount of light extracted from the light extraction surface could be improved.
Japanese Patent No. 3303154

しかしながら、上述した特許文献１の半導体発光素子では、側面に絶縁膜及び電極を設けることにより光取出面から取り出せる光量を向上させることができたが、活性層において発光される光が偏光していないため、取り出される光の偏光比が低いといった問題がある。 However, in the semiconductor light emitting device of Patent Document 1 described above, the amount of light that can be extracted from the light extraction surface can be improved by providing an insulating film and an electrode on the side surface, but the light emitted from the active layer is not polarized. Therefore, there is a problem that the polarization ratio of the extracted light is low.

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、偏光比の高い光を取り出し可能な半導体発光素子を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of extracting light having a high polarization ratio.

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光を発光可能な活性層を含む窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子において、前記窒化物半導体積層構造の主面が、略無極性面又は略半極性面であり、前記活性層により発光された光が取り出される光取出面とは反対側の面には、光を吸収するための吸収層を備えたことを特徴とする半導体発光素子である。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a semiconductor light emitting device having a nitride semiconductor multilayer structure including an active layer capable of emitting light, wherein the main surface of the nitride semiconductor multilayer structure is: It is a substantially nonpolar surface or a substantially semipolar surface, and is provided with an absorption layer for absorbing light on a surface opposite to a light extraction surface from which light emitted by the active layer is extracted. This is a semiconductor light emitting device.

ここで、略無極性面とは、無極性面及び無極性面の面方位からのオフ角が±１°以内である面を含む概念である。また、略半極性面とは、半極性面及び半極性面の面方位からのオフ角が±１°以内である面を含む概念である。 Here, the substantially nonpolar plane is a concept including a nonpolar plane and a plane whose off angle from the plane orientation of the nonpolar plane is within ± 1 °. Further, the substantially semipolar plane is a concept including a semipolar plane and a plane whose off angle from the plane orientation of the semipolar plane is within ± 1 °.

また、請求項２に記載の発明は、基板を備え、前記基板の側面及び前記窒化物半導体積層構造の側面に前記吸収層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素である。 According to a second aspect of the present invention, the semiconductor light emitting device according to the first aspect is provided with a substrate, and the absorption layer is formed on a side surface of the substrate and a side surface of the nitride semiconductor multilayer structure. It is prime.

また、請求項３に記載の発明は、前記吸収層は、絶縁膜からなることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。 The invention according to claim 3 is the semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the absorption layer is made of an insulating film.

また、請求項４に記載の発明は、前記吸収層は、有機物からなることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。 The invention according to claim 4 is the semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the absorption layer is made of an organic substance.

また、請求項５に記載の発明は、基板を備え、前記吸収層は、前記基板又は前記窒化物半導体積層構造とオーミック接続された金属膜からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor according to the first aspect, further comprising a substrate, wherein the absorption layer is made of a metal film that is ohmically connected to the substrate or the nitride semiconductor multilayer structure. It is a light emitting element.

本発明によれば、略無極性面又は略半極性面を主面とする窒化物半導体積層構造を備えることにより、活性層において偏光した光を発光させることができるので、取り出される光の偏光比を高めることができる。また、発光した光のうち、光取出面と反対側に進行した光は、一般に外部の筐体などにより散乱されて偏光比が低下するが、本発明では、活性層で発光された光を吸収するための吸収層を設けることにより、光取出面と反対方向に進行した光を吸収することができるので、光取出面とは反対側の面から光が放出されて散乱されることを抑制できる。これにより、外部で散乱されて偏光比が低下した光が、光取出面から取り出された偏光比の高い光と混じることを抑制できるので、偏光比の高い光を取り出すことができる。 According to the present invention, by providing a nitride semiconductor multilayer structure having a substantially nonpolar surface or a substantially semipolar surface as a main surface, it is possible to emit polarized light in the active layer. Can be increased. Of the emitted light, the light traveling to the opposite side of the light extraction surface is generally scattered by an external housing or the like and the polarization ratio is lowered, but in the present invention, the light emitted from the active layer is absorbed. By providing an absorption layer for absorbing light, it is possible to absorb light traveling in a direction opposite to the light extraction surface, and thus it is possible to suppress light from being emitted and scattered from the surface opposite to the light extraction surface. . Thereby, since it can suppress that the light which was scattered outside and the polarization ratio fell is mixed with the light with a high polarization ratio taken out from the light extraction surface, light with a high polarization ratio can be taken out.

また、吸収層を基板の側面及び窒化物半導体積層構造の側面にも形成することにより、光取出面以外の領域から放出される光をより多く吸収することができるので、取り出される光の偏光比をより高めることができる。 In addition, by forming the absorption layer on the side surface of the substrate and the side surface of the nitride semiconductor multilayer structure, more light emitted from regions other than the light extraction surface can be absorbed. Can be further enhanced.

また、吸収層を絶縁膜により構成することによって、吸収層を容易に形成することができる。 Moreover, an absorption layer can be easily formed by comprising an absorption layer with an insulating film.

また、吸収層を、有色の塗料などの有機物により構成することにより、より容易に且つ安価に形成することができる。 Moreover, it can form more easily and cheaply by comprising an absorption layer with organic substances, such as a colored paint.

また、吸収層を基板又は窒化物半導体積層構造とオーミック接続された金属膜により構成することによって、吸収層と電極とを兼用することができるので、構造を簡単化することができる。 In addition, by configuring the absorption layer with a metal film that is ohmically connected to the substrate or the nitride semiconductor multilayer structure, the absorption layer and the electrode can be used together, so that the structure can be simplified.

以下、図面を参照して本発明を発光ダイオード（ＬＥＤ）に適用した第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態による半導体発光素子（発光ダイオード）の断面図である。 Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to a light emitting diode (LED) will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device (light emitting diode) according to the first embodiment.

図１に示すように、半導体発光素子１は、基板２と、基板２上に積層された窒化物半導体積層構造３と、アノード電極４と、カソード電極６と、吸収層７とを備えている。 As shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device 1 includes a substrate 2, a nitride semiconductor multilayer structure 3 laminated on the substrate 2, an anode electrode 4, a cathode electrode 6, and an absorption layer 7. .

基板２は、ＧａＮ（窒化ガリウム）の単結晶からなる。尚、ＧａＮの単結晶の製造方法は特に限定されるものではない。基板２の主面には、窒化物半導体積層構造３が積層される。この基板２の主面は、無極性面であるｍ面で構成されている。尚、ｍ面は、ＧａＮの結晶構造を六角柱の六方晶と近似した場合、六角柱の側面に相当する面（例えば、（１０−１０）面）のことである。 The substrate 2 is made of a single crystal of GaN (gallium nitride). The method for producing a single crystal of GaN is not particularly limited. A nitride semiconductor multilayer structure 3 is laminated on the main surface of the substrate 2. The main surface of the substrate 2 is an m-plane that is a nonpolar surface. The m-plane is a plane (for example, (10-10) plane) corresponding to the side of the hexagonal column when the crystal structure of GaN is approximated to a hexagonal hexagonal crystal.

窒化物半導体積層構造３は、基板２側から順に、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、ｐ型電子阻止層１４と、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の主面をｍ面で構成しているので、基板２の主面上に積層された窒化物半導体積層構造３の主面も、活性層１２において偏光された光を発光することが可能な無極性面であるｍ面に構成されている。 In the nitride semiconductor multilayer structure 3, an n-type contact layer 11, an active layer 12, a final barrier layer 13, a p-type electron blocking layer 14, and a p-type contact layer 15 are laminated in order from the substrate 2 side. Yes. Here, as described above, since the main surface of the substrate 2 is configured by the m-plane, the main surface of the nitride semiconductor multilayer structure 3 laminated on the main surface of the substrate 2 is also polarized in the active layer 12. The m-plane is a nonpolar plane capable of emitting light.

ｎ型コンタクト層１１は、ｎ型のドーパントとして濃度が約１×１０^１８ｃｍ^―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 n-type contact layer 11 is composed 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ＩｎＧａＮ層と厚さ約９ｎｍの厚さのＧａＮ層とが交互に５周期積層された量子井戸構造を有する。この活性層１２は、約４３０ｎｍの光を発光する。 The active layer 12 has a quantum well structure in which an InGaN layer with a thickness of about 3 nm doped with silicon and a GaN layer with a thickness of about 9 nm are alternately stacked for five periods. This active layer 12 emits light of about 430 nm.

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.

ｐ型電子阻止層１４は、ｐ型のドーパントとして濃度が約３×１０^１９ｃｍ^−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 p-type electron blocking layer 14 is 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.

ｐ型コンタクト層１５は、ｐ型のドーパントとして濃度が約１×１０^２０ｃｍ^−３のマグネシウムがドープされた約７０ｎｍの厚みを有するＧａＮ層からなる。ｐ型コンタクト層１５の光取出方向Ａ側の光取出側面１５ａは、活性層１２から発光された光を窒化物半導体積層構造３から取り出すためのものである。この光取出側面１５ａ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、凹凸が約１００ｎｍ以下になるように鏡面加工されている。例えば、結晶成長により、上述したような平坦な鏡面を得ることができる。 The p-type contact layer 15 is made of a 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 side surface 15 a on the light extraction direction A side of the p-type contact layer 15 is for extracting light emitted from the active layer 12 from the nitride semiconductor multilayer structure 3. The surface of the light extraction side surface 15a is mirror-finished so that the unevenness is about 100 nm or less in order to suppress light scattering and suppress a decrease in the polarization ratio. For example, a flat mirror surface as described above can be obtained by crystal growth.

アノード電極４は、Ｎｉ層及びＡｕ層をｐ型コンタクト層１５側から順に積層した金属層からなる。アノード電極４は、ｐ型コンタクト層１５とオーミック接続されるとともに、窒化物半導体積層構造３の水平方向（積層方向と直行する方向）の全領域に均一に電流を流すためにｐ型コンタクト層１５上の略全面を覆うように形成されている。このアノード電極４は、活性層１２により発光された光を透過可能な約２００Å以下の厚みを有する。アノード電極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、ｐ型コンタクト層１５の光取出側面１５ａと同様に、表面の凹凸が約１００ｎｍ以下になるように鏡面加工されている。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。このように、鏡面加工された光取出側面１５ａ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。アノード電極４上の一部の領域には、Ｔｉ層及びＡｕ層が積層された接続部５が設けられている。 The anode electrode 4 is made of a metal layer in which a Ni layer and an Au layer are stacked in order from the p-type contact layer 15 side. The anode electrode 4 is ohmically connected to the p-type contact layer 15 and the p-type contact layer 15 in order to allow a current to flow uniformly in the entire region of the nitride semiconductor multilayer structure 3 in the horizontal direction (direction perpendicular to the stacking direction). It is formed so as to cover substantially the entire upper surface. The anode electrode 4 has a thickness of about 200 mm or less capable of transmitting the light emitted from the active layer 12. The light extraction surface 4a of the anode electrode 4 is a surface from which the light emitted by the active layer 12 is extracted, and the surface unevenness is about 100 nm or less, like the light extraction side surface 15a of the p-type contact layer 15. Mirror finish. For example, if the electron beam evaporation method is used, the mirror surface as described above can be obtained. In this way, the light emitted from the active layer 12 is suppressed by the mirror-extracted light extraction side surface 15a and the light extraction surface 4a, so that the light is extracted while maintaining a high polarization ratio. A connection portion 5 in which a Ti layer and an Au layer are stacked is provided in a partial region on the anode electrode 4.

カソード電極６は、Ｔｉ層及びＡｌ層が積層されている。カソード電極６は、ｎ型コンタクト層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 cathode electrode 6 is formed by laminating a Ti layer and an Al layer. The cathode electrode 6 is formed in an ohmic connection with the exposed region of the upper surface of the n-type contact layer 11.

吸収層７は、活性層１２で発光された光のうち光取出方向Ａとは反対方向または水平方向に進行する光を吸収するためのものであって、絶縁膜であるＳｉＮ膜からなる。吸収層７は、光取出面４ａとは反対側の面である基板２の底面２ａと、基板２の側面２ｂと、窒化物半導体積層構造３の側面３ａの一部と、アノード電極４の側面４ｂの一部とを覆うように形成されている。尚、ＳｉＮ膜は、Ｓｉ_ＸＮ_Ｙ膜（Ｘ、Ｙは正の整数）を含む。 The absorption layer 7 is for absorbing light that travels in the direction opposite to the light extraction direction A or in the horizontal direction among the light emitted from the active layer 12, and is made of a SiN film that is an insulating film. The absorption layer 7 includes a bottom surface 2a of the substrate 2, which is a surface opposite to the light extraction surface 4a, a side surface 2b of the substrate 2, a part of the side surface 3a of the nitride semiconductor multilayer structure 3, and a side surface of the anode electrode 4. It is formed so as to cover part of 4b. Note that the SiN film includes a Si _X N _Y film (X and Y are positive integers).

次に、上述した半導体発光素子１の動作説明をする。この半導体発光素子１では、アノード電極４から電子が供給されるとともに、カソード電極６からホールが供給されると、ｎ型コンタクト層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。ここで窒化物半導体積層構造３の主面は無極性面であるｍ面なので、活性層１２により発光された光は偏光している。 Next, the operation of the semiconductor light emitting device 1 described above will be described. In the semiconductor light emitting device 1, when electrons are supplied from the anode electrode 4 and holes are supplied from the cathode electrode 6, electrons are injected into the active layer 12 through the n-type contact layer 11, and the semiconductor layers 13 to 13 are formed. Holes are injected into the active layer 12 via 15. The electrons and holes injected into the active layer 12 are combined to emit light of about 430 nm. Here, since the main surface of the nitride semiconductor multilayer structure 3 is a non-polar m-plane, the light emitted from the active layer 12 is polarized.

この偏光した光のうち、光取出方向Ａに進行する光は、半導体層１３〜１５及びアノード電極４を透過して光取出面４ａから外部に取り出される。一方、光取出方向Ａと反対方向に進行する光は、吸収層７により吸収されて外部への放出が抑制される。従って、光取出面４ａから取り出された光に、外部へ放出された後、散乱されて偏光比が低下した光が混じることを抑制できるので、偏光比の低下を抑制できる。 Of the polarized light, the light traveling in the light extraction direction A passes through the semiconductor layers 13 to 15 and the anode electrode 4 and is extracted from the light extraction surface 4a to the outside. On the other hand, the light traveling in the direction opposite to the light extraction direction A is absorbed by the absorption layer 7 and the emission to the outside is suppressed. Therefore, since it is possible to suppress the light extracted from the light extraction surface 4a from being mixed with light that has been emitted to the outside and then scattered and the polarization ratio has been reduced, a decrease in the polarization ratio can be suppressed.

次に、上述した半導体発光素子の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting element described above will be described.

まず、主面が無極性面のｍ面でありＧａＮの単結晶からなる基板２を用意する。ここで、無極性面であるｍ面を主面とする基板２は、まず、Ｃ面を主面とするＧａＮ単結晶基板を切り出した後、（０００１）方向及び（１１−２０）方向の両方に関する方位誤差が±１°以内（好ましくは±０．３°以内）になるようにＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）によって表面を研磨し、鏡面加工することによって作製される。これにより、ｍ面を主面とし、転位や積層欠陥といった結晶欠陥が少なく、表面の段差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 having a non-polar m-plane main surface is prepared. Here, the substrate 2 having the m-plane which is a nonpolar plane as the main surface is first cut out of a GaN single crystal substrate having the C-plane as the main surface, and then both the (0001) direction and the (11-20) direction. The surface is polished by a CMP method (chemical mechanical polishing method) so that the azimuth error is within ± 1 ° (preferably within ± 0.3 °), and is mirror-finished. As a result, it is possible to obtain the substrate 2 having the m-plane as a main surface, few crystal defects such as dislocations and stacking faults, and the surface step is suppressed to the atomic level.

次に、上述した基板２上にＭＯＣＶＤ法により窒化物半導体積層構造３を成長させる。具体的には、まず、基板２をＭＯＣＶＤ装置（図示略）の処理室内に導入し、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〜常圧に設定され、常に処理室内の雰囲気が排気されている。 Next, the nitride semiconductor multilayer structure 3 is grown on the above-described substrate 2 by MOCVD. Specifically, first, the substrate 2 is introduced into a processing chamber of an MOCVD apparatus (not shown) and placed on a susceptor that can be heated and rotated. Note that the inside of the processing chamber is set to 1/10 atm to normal pressure, and the atmosphere in the processing chamber is always exhausted.

次に、表面の荒れを抑制しつつＧａＮ層を成長させるために、基板２が保持された処理室内にキャリアガス（Ｈ_２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℃に昇温させる。 Next, in order to grow a GaN layer while suppressing surface roughness, the temperature of the substrate 2 is set to about 1000 ° C. while ammonia gas is supplied by a carrier gas (H ₂ gas) into the processing chamber in which the substrate 2 is held. Raise the temperature to about 1100 ° C.

次に、基板２の温度が約１０００℃〜約１１００℃まで上昇した後、キャリアガスによってアンモニア、トリメチルガリウム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ｎ型コンタクト層１１を成長させる。 Next, after the temperature of the substrate 2 rises to about 1000 ° C. to about 1100 ° C., ammonia, trimethyl gallium, and silane are supplied to the processing chamber by a carrier gas, and an n-type GaN layer made of silicon-doped n-type GaN layer is formed. The contact layer 11 is grown.

次に、基板２の温度を約７００℃〜約８００℃に設定した後、キャリアガスによってアンモニア、トリメチルガリウムを処理室に供給してノンドープのＧａＮ層を成長させた後、上述のガスとともにシラン及びトリメチルインジウムを供給することによりシリコンがドープされたＩｎＧａＮ層を成長させる。 Next, after the temperature of the substrate 2 is set to about 700 ° C. to about 800 ° C., ammonia and trimethyl gallium are supplied to the processing chamber by a carrier gas to grow a non-doped GaN layer. An InGaN layer doped with silicon is grown by supplying trimethylindium.

そして、これらノンドープのＧａＮ層とシリコンがドープされたＩｎＧａＮ層を成長させる工程を交互に所望の回数繰り返すことによって量子井戸構造を有する活性層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。 Then, the active layer 12 having a quantum well structure is formed by alternately repeating the process of growing the non-doped GaN layer and the silicon-doped InGaN layer a desired number of times. 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℃まで昇温させた後、キャリアガスによってアンモニアガス、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びエチルシクロペンタジエニルマグネシウム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ｐ型電子阻止層１４を成長させる。 Next, after raising the temperature of the substrate 2 to about 1000 ° C. to about 1100 ° C., ammonia gas, trimethylgallium, trimethylaluminum and ethylcyclopentadienylmagnesium are supplied to the processing chamber by a carrier gas, A p-type electron blocking layer 14 made of a doped p-type AlGaN layer is grown.

次に、基板２の温度を約１０００℃〜約１１００℃に保ったまま、キャリアガスによってアンモニアガス、トリメチルガリウム及びエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを処理室に供給して、マグネシウムがドープされたＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層１５を成長させる。これによって窒化物半導体積層構造３が完成する。 Next, while maintaining the temperature of the substrate 2 at about 1000 ° C. to about 1100 ° C., ammonia gas, trimethyl gallium and ethylcyclopentadienyl magnesium are supplied to the processing chamber by a carrier gas, and the GaN layer doped with magnesium is supplied. A p-type contact layer 15 made of is grown. Thereby, the nitride semiconductor multilayer structure 3 is completed.

次に、抵抗加熱法または電子線ビームによる金属蒸着装置によって、アノード電極４を形成する。その後、窒化物半導体積層構造３が形成された基板２をエッチング室に移動させて、ｎ型コンタクト層１１の一部が露出するように窒化物半導体積層構造３の一部をプラズマエッチングする。 Next, the anode electrode 4 is formed by a resistance heating method or a metal vapor deposition apparatus using an electron beam. Thereafter, the substrate 2 on which the nitride semiconductor multilayer structure 3 is formed is moved to the etching chamber, and a part of the nitride semiconductor multilayer structure 3 is plasma etched so that a part of the n-type contact layer 11 is exposed.

次に、抵抗加熱法または電子線ビーム蒸着法による金属蒸着装置によって、接続部５、カソード電極６を形成した後、劈開により各素子ごとに分割する。 Next, the connection portion 5 and the cathode electrode 6 are formed by a metal vapor deposition apparatus using a resistance heating method or an electron beam vapor deposition method, and then divided for each element by cleavage.

次に、マグネトロンスパッタ装置を用いてＳｉＮターゲットをスパッタすることにより、基板２の底面２ａ及び側面２ｂと、窒化物半導体積層構造３の側面３ａの一部と、アノード電極４の側面４ｂの一部とに、活性層１２から発光された光を吸収可能なＳｉＮからなる吸収層７を形成する。ここで、光を吸収可能なＳｉＮは、例えば、チャンバー内に流すＡｒに対するＮ_２の流量比を抑え、所望の膜厚に形成することにより得ることができる。具体的には、流量が５０ｓｃｃｍのＡｒに対して、Ｎ_２の流量を１０ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍに下げることにより、波長が４００ｎｍ〜５００ｎｍの光の吸収係数を４倍以上に上げることができる。 Next, by sputtering a SiN target using a magnetron sputtering apparatus, a part of the side surface 3a of the nitride semiconductor multilayer structure 3 and a part of the side surface 4b of the anode electrode 4 are formed. Then, an absorption layer 7 made of SiN capable of absorbing light emitted from the active layer 12 is formed. Here, SiN that can absorb light can be obtained by, for example, suppressing the flow rate ratio of N _{2 to} Ar flowing in the chamber and forming it to a desired film thickness. Specifically, by reducing the flow rate of N ₂ from 10 sccm to 5 sccm with respect to Ar having a flow rate of 50 sccm, the absorption coefficient of light having a wavelength of 400 nm to 500 nm can be increased four times or more.

この結果、図１に示す半導体発光素子１が完成する。 As a result, the semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 is completed.

上述したように、第１実施形態による半導体発光素子１では、無極性面であるｍ面を主面とする窒化物半導体積層構造３を備えているので、活性層１２において偏光した光が発光する。ここで発光した光のうち、光取出方向Ａと逆方向に進行した光は、一般に基板の底面から放出された後、外部の筐体などにより散乱されて偏光比が低下するが、第１実施形態による半導体発光素子１では、基板２の底面２ａ及び側面２ｂと、窒化物半導体積層構造３の側面３ａと、アノード電極４の側面４ｂとに吸収層７を設けることにより、光取出方向Ａとは反対方向または水平方向に進行した光を吸収することができるので、光が光取出面４ａ以外から外部へ放出されることを抑制できる。これにより、外部の筐体などにより散乱されて偏光比の低下した光が、光取出面４ａから取り出された偏光比の高い光と混じることを抑制できるので、高い偏光比を維持した状態で光を取り出すことができる。 As described above, the semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment includes the nitride semiconductor multilayer structure 3 whose main surface is the nonpolar m-plane, so that polarized light is emitted from the active layer 12. . Of the light emitted here, the light traveling in the direction opposite to the light extraction direction A is generally emitted from the bottom surface of the substrate and then scattered by an external housing or the like to lower the polarization ratio. In the semiconductor light emitting device 1 according to the embodiment, the light extraction direction A is obtained by providing the absorption layer 7 on the bottom surface 2 a and the side surface 2 b of the substrate 2, the side surface 3 a of the nitride semiconductor multilayer structure 3, and the side surface 4 b of the anode electrode 4. Can absorb the light traveling in the opposite direction or the horizontal direction, so that it is possible to suppress the light from being emitted outside the light extraction surface 4a. As a result, it is possible to prevent light having a low polarization ratio scattered by an external housing or the like from being mixed with light having a high polarization ratio extracted from the light extraction surface 4a. Can be taken out.

このように半導体発光素子１は、偏光比が高い光を取り出せるので、液晶ディスプレイの光源として半導体発光素子１を適用した場合、光を偏光させるための偏光フィルターを一つ省略することができる。または、偏光フィルターを透過する光の割合を大きくすることができる。 Thus, since the semiconductor light emitting device 1 can extract light having a high polarization ratio, when the semiconductor light emitting device 1 is applied as a light source of a liquid crystal display, one polarizing filter for polarizing the light can be omitted. Or the ratio of the light which permeate | transmits a polarizing filter can be enlarged.

また、吸収層７を絶縁膜であるＳｉＮによって構成することによりスパッタ法により容易に形成することができる。 Further, the absorption layer 7 can be easily formed by sputtering by forming it with SiN which is an insulating film.

次に、第１実施形態の一部を変更した第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態による半導体発光素子の断面図である。尚、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付けて説明を省略する。 Next, a second embodiment in which a part of the first embodiment is changed will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図２に示すように、半導体発光素子１Ａでは、基板２の底面２ａにのみ吸収層７Ａが形成されている。吸収層７Ａは、基板２の底面２ａとオーミック接続されたＡｌなどの金属膜からなる。このような吸収層７Ａは、抵抗加熱法または電子線ビームなどにより基板２の底面２ａに金属薄膜を形成した後に、アニールすることにより形成できる。 As shown in FIG. 2, in the semiconductor light emitting device 1 A, the absorption layer 7 A is formed only on the bottom surface 2 a of the substrate 2. The absorption layer 7A is made of a metal film such as Al that is ohmically connected to the bottom surface 2a of the substrate 2. Such an absorption layer 7A can be formed by annealing after forming a metal thin film on the bottom surface 2a of the substrate 2 by a resistance heating method or an electron beam.

上述したように、半導体発光素子１Ａは、基板２の底面２ａとオーミック接続された吸収層７Ａを設けることによって、吸収層７Ａにより光を吸収することができるので、基板２の底面２ａから外部へ放出される光を抑制することができる。この結果、外部で光が散乱されて偏光比の低下した光が、光取出面４ａから取り出された偏光比の高い光に混じることを抑制できるので、高い偏光比を維持した状態で光を取り出すことができる。 As described above, since the semiconductor light emitting device 1A can absorb light by the absorption layer 7A by providing the absorption layer 7A that is ohmic-connected to the bottom surface 2a of the substrate 2, the light emission from the bottom surface 2a of the substrate 2 to the outside. The emitted light can be suppressed. As a result, it is possible to suppress mixing of light having a low polarization ratio due to scattering of light from the outside with light having a high polarization ratio extracted from the light extraction surface 4a, so that the light is extracted while maintaining a high polarization ratio. be able to.

尚、第２実施形態のように、吸収層７Ａを基板２の底面２ａに形成された金属膜によって構成する場合は、カソード電極６を省略して、吸収層７Ａをカソード電極として兼用してもよい。このように吸収層７Ａをカソード電極として兼用する場合は、吸収層７ＡをＴｉとＡｌとを積層することにより形成してもよい。このように構成することにより、半導体発光素子の構成及び製造工程をより簡単化することができる。 When the absorption layer 7A is formed of a metal film formed on the bottom surface 2a of the substrate 2 as in the second embodiment, the cathode electrode 6 may be omitted and the absorption layer 7A may be used as the cathode electrode. Good. When the absorption layer 7A is also used as a cathode electrode in this way, the absorption layer 7A may be formed by laminating Ti and Al. By comprising in this way, the structure and manufacturing process of a semiconductor light-emitting device can be simplified more.

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using embodiment, this invention is not limited to embodiment described in this specification. The scope of the present invention is determined by the description of the claims and the scope equivalent to the description of the claims. Hereinafter, modified embodiments in which the above-described embodiment is partially modified will be described.

例えば、各層を構成する材料や厚み、ドーパントの濃度などは適宜変更可能である。 For example, the material and thickness constituting each layer, the concentration of the dopant, and the like can be changed as appropriate.

また、上述の実施形態では、本発明を発光ダイオードに適用した例を示したが、レーザなど他の装置に本発明を適用してもよい。 Moreover, although the example which applied this invention to the light emitting diode was shown in the above-mentioned embodiment, you may apply this invention to other apparatuses, such as a laser.

また、吸収層７、７Ａを有機物により構成してもよい。有機物としては、例えば、活性層１２により発光された光を吸収可能な黒色などの有色の塗料などが考えられる。このように吸収層７、７Ａを有機物により構成することによって、より容易に且つ安価に吸収層７、７Ａを形成することができる。 Moreover, you may comprise the absorption layers 7 and 7A with organic substance. As the organic substance, for example, a colored paint such as black that can absorb the light emitted from the active layer 12 is conceivable. Thus, the absorption layers 7 and 7A can be formed more easily and cheaply by comprising the absorption layers 7 and 7A with an organic substance.

また、基板の底面から光を取り出すように構成してもよく、このように構成する場合には、基板の底面に吸収層を形成するのではなく、ｐ型コンタクト層の上面にオーミック接続されたアノード電極を吸収層として適用してもよい。このように構成する場合は、アノード電極は光を透過しない程度の厚みに構成する。また、光を透過可能なアノード電極上に絶縁膜又は有機物による吸収層を形成してもよい。 Further, light may be extracted from the bottom surface of the substrate. In such a configuration, an absorption layer is not formed on the bottom surface of the substrate, but an ohmic connection is formed on the top surface of the p-type contact layer. An anode electrode may be applied as the absorption layer. In such a configuration, the anode electrode is formed to a thickness that does not transmit light. An absorption layer made of an insulating film or an organic material may be formed on the anode electrode that can transmit light.

また、上述の実施形態では、基板２の主面をｍ面としたが、基板の主面はｍ面に限定されるものではなく、活性層で発光された光を偏光させることが可能な略無極性面又は略半極性面によって構成してもよい。尚、略無極性面又は略非極性面とは、無極性面及び半極性面のみならず、無極性面から±１°以内のオフ角を有する面及び半極性面から±１°以内のオフ角を有する面を含む概念である。ここで、基板を構成するＧａＮの結晶構造及び結晶面について簡単に説明する。ＧａＮの結晶構造は、六角柱型の六方晶系で近似することができる。そして、六角柱の軸方向に沿うＣ軸を法線とする面がＣ面（０００１）となる。既知の通り、ＧａＮの結晶構造では、分極方向がＣ軸方向に沿っているため、Ｃ面が＋Ｃ軸側の面と−Ｃ軸側の面とで異なる性質を示すので、Ｃ面は極性面（ＰｏｌａｒＰｌａｎｅ）となる。一方、六角柱の側面がそれぞれｍ面（１０−１０）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面に対して垂直な結晶面であり、分極方向に対して直交しているので、極性のない無極性面（ＮｏｎｐｏｌａｒＰｌａｎｅ）である。また、Ｃ面に対して平行でもなく直角でもなく傾斜している結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているので、若干の極性を有する半極性面（ＳｅｍｉｐｏｌａｒＰｌａｎｅ）である。半極性面の具体例としては、（１０−１−１）面、（１０−１−３）面、（１１−２２）面、（１１−２４）面、（１０−１２）面などがある。 In the above-described embodiment, the main surface of the substrate 2 is the m-plane, but the main surface of the substrate is not limited to the m-plane, and it is an abbreviation that can polarize light emitted from the active layer. You may comprise by a nonpolar surface or a substantially semipolar surface. In addition, a non-polar surface or a substantially non-polar surface is not only a non-polar surface and a semi-polar surface, but also a surface having an off angle within ± 1 ° from the non-polar surface and an off within ± 1 ° from the semi-polar surface. It is a concept including a surface having a corner. Here, the crystal structure and crystal plane of GaN constituting the substrate will be briefly described. The crystal structure of GaN can be approximated by a hexagonal hexagonal system. A surface having the C axis along the axial direction of the hexagonal column as a normal is a C surface (0001). As is known, in the GaN crystal structure, since the polarization direction is along the C-axis direction, the C-plane shows different properties between the + C-axis side surface and the −C-axis side surface. (Polar Plane). On the other hand, the side surfaces of the hexagonal columns are m-planes (10-10), respectively, and the plane passing through a pair of ridge lines that are not adjacent to each other is the a-plane (11-20). These are crystal planes perpendicular to the C-plane and orthogonal to the polarization direction, and thus are nonpolar planes having no polarity. Further, the crystal plane that is neither parallel nor perpendicular to the C plane is inclined with respect to the polarization direction, and is therefore a semipolar plane having a slight polarity. Specific examples of the semipolar plane include (10-1-1) plane, (10-1-3) plane, (11-22) plane, (11-24) plane, and (10-12) plane. .

また、基板を構成する材料はＧａＮ単結晶に限定されるものではなく、主面がｍ面又はａ面のサファイア基板、主面が（１００）面又は（１１０）面のスピネル基板、主面がｍ面のＳｉＣ基板、ＬｉＡｌＯ_２基板、などを適用することもできる。 The material constituting the substrate is not limited to a GaN single crystal, but a sapphire substrate whose principal surface is an m-plane or a-plane, a spinel substrate whose principal surface is a (100) plane or (110) plane, An m-plane SiC substrate, LiAlO ₂ substrate, or the like can also be applied.

第１実施形態による半導体発光素子の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor light-emitting device by 1st Embodiment. 第２実施形態による半導体発光素子の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor light-emitting device by 2nd Embodiment.

Explanation of symbols

１、１Ａ半導体発光素子
２基板
２ａ底面
２ｂ側面
３窒化物半導体積層構造
３ａ側面
４アノード電極
４ａ光取出面
４ｂ側面
５接続部
６カソード電極
７、７Ａ吸収層
１１ｎ型コンタクト層
１２活性層
１３ファイナルバリア層
１４ｐ型電子阻止層
１５ｐ型コンタクト層
１５ａ光取出側面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A Semiconductor light-emitting device 2 Substrate 2a Bottom surface 2b Side surface 3 Nitride semiconductor laminated structure 3a Side surface 4 Anode electrode 4a Light extraction surface 4b Side surface 5 Connection portion 6 Cathode electrode 7, 7A Absorbing layer 11 N-type contact layer 12 Active layer 13 Final Barrier layer 14 p-type electron blocking layer 15 p-type contact layer 15a Light extraction side

Claims

In a semiconductor light emitting device having a nitride semiconductor multilayer structure including an active layer capable of emitting light,
The main surface of the nitride semiconductor multilayer structure is a substantially nonpolar surface or a substantially semipolar surface,
A semiconductor light emitting device comprising an absorption layer for absorbing light on a surface opposite to a light extraction surface from which light emitted by the active layer is extracted.

Equipped with a substrate,
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the absorption layer is formed on a side surface of the substrate and a side surface of the nitride semiconductor multilayer structure.

The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the absorption layer is made of an insulating film.

The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the absorption layer is made of an organic material.

Equipped with a substrate,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the absorption layer is made of a metal film that is ohmically connected to the substrate or the nitride semiconductor multilayer structure.