Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4670151B2 - Surface-emitting light-emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4670151B2 - Surface-emitting light-emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents

Surface-emitting light-emitting device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4670151B2
JP4670151B2 JP2001005173A JP2001005173A JP4670151B2 JP 4670151 B2 JP4670151 B2 JP 4670151B2 JP 2001005173 A JP2001005173 A JP 2001005173A JP 2001005173 A JP2001005173 A JP 2001005173A JP 4670151 B2 JP4670151 B2 JP 4670151B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light
semiconductor layer
nitride semiconductor
emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001005173A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002208728A (en
JP2002208728A5 (en
Inventor
宏司 本浄
和之 明石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Corp
Original Assignee
Nichia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Corp filed Critical Nichia Corp
Priority to JP2001005173A priority Critical patent/JP4670151B2/en
Publication of JP2002208728A publication Critical patent/JP2002208728A/en
Publication of JP2002208728A5 publication Critical patent/JP2002208728A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4670151B2 publication Critical patent/JP4670151B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)よりなる半導体層を有する面発光型発光素子に関し、特に微小光源として利用可能な窒化物半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
本出願人は、発光出力が高い青色および緑色の窒化物半導体発光ダイオードを大型ディスプレイなどの光源として実用化している。たとえば、特開平9−153642号公報には、サファイア基板上に、GaNからなるバッファ層、Siドープのn型GaN層、アンドープのInGaNからなる発光層、Mgドープのp型AlGaN層、Mgドープのp型GaN層からなる発光ダイオードが記載されている。
【0003】
しかしながら、このような大型ディスプレイなどに用いられている発光ダイオードでは、たとえば光ファイバ通信用あるいは電子写真用の光源あるいはバーチャル・リアリティーなどの微少光源として用いる場合、光の広がりが大きく十分満足できるものでない。
【0004】
そこで、実用可能な微小光源として、端面発光型の発光ダイオードが挙げられる。一般的な窒化物半導体からなる半導体層を有する端面発光型発光素子は、基本素子構造は半導体レーザと同じであり、発光層をワイドバンドギャップのp型およびn型半導体層で挟んだダブルヘテロ構造が用いられており、窒化物半導体端面発光型発光ダイオードでは、AlGaN/GaN/InGaN分離閉じ込め型ヘテロ構造(SCH)が用いられている。さらに発光層はストライプ状に形成されており、端面に露出された発光層から光を放出させる構造となっているため、上記のような大型ディスプレイ用の発光ダイオードよりも集光したスポットサイズの小さい発光を得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に述べたような端面発光型発光ダイオードは、スポットサイズの小さい光は得られるものの、発光層の端面だけでなく、発光層よりも基板側に積層されたn型半導体層の端面からも光が放出されるため、多モードの発光となり、ニァフィールドパターンが十分良好な単一スポットとして得られにくいという問題があった。このため、従来の端面発光型発光ダイオードでは、微小光源として十分満足させることができなかった。また、出射端面から離れた奥方向での発光を十分に取り出すことが困難であった。
【0006】
そこで、本発明は、光ファイバ通信用あるいは電子写真用の光源あるいはバーチャル・リアリティーなどに用いられる微少光源として、端面からではなく半導体積層側からスポットサイズの小さい光を取り出す面発光型発光素子を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
一実施形態に係る面発光型発光素子は、基板と、基板上にn型窒化物半導体層、発光層及びp型窒化物半導体層を順に有する半導体層と、半導体層内においてn型窒化物半導体層、発光層及びp型窒化物半導体層で周囲を覆われた空洞部と、p型窒化物半導体層側から見て空洞部に対応する領域を開口部とし、p型半導体層上で開口部の周囲に設けられたp電極と、を有し、発光層からの光は空洞部によりp型窒化物半導体層側に反射され開口部を通って外部に取り出されることが可能であることを特徴とする。
また他の実施形態に係る面発光型発光素子は、少なくともn型窒化物半導体層、発光層およびp型窒化物半導体層からなる半導体層を有する面発光型発光素子であって、前記半導体層は少なくとも前記発光層からn型窒化物半導体層にかけて貫通された空洞部を有し、且つ前記空洞部の外壁は逆テーパー形状である。
【0008】
このように、半導体層中に該半導体層と前記空洞部内にあたる空気層とによる屈折率差を設けること、及びこれらの界面である空洞部の外壁を逆テーパー形状とすることにより、各半導体層からの光を効率よく前記界面に集光させ、集光された光を単一モードで上方に取り出すことができる。光のスポット形状は空洞部の底面に対応するので、前記空洞部の底面を調整することで今まで難しかった真円形状のスポットを簡単に得ることができる。
また、本発明は係る面発光型発光素子は、上記空洞部周囲の発光層で発光した光が前記p型窒化物半導体層の厚さ方向に伝播して外部に取り出されるので、端面発光素子に比較して光の導波経路を極めて短くでき、高出力で単一モードの発光が可能となる。
【0009】
また、前記p型窒化物半導体層は、最上面に前記空洞部の上方に位置する発光面を開口部として前記開口部の周囲に正電極を有することを特徴とする。
このように発光面の周りを囲むように正電極を形成すると前記発光面に電流を集中させることができ均一な発光が得られる。また正電極の面積を調整することで出力の向上が簡単に行える。
【0010】
また、前記p型窒化物半導体層上面及び前記半導体層側面に、少なくとも前記発光面を開口部として不透光膜を有することにより、前記発光面以外からの光を遮断し空洞部の形状に対応した光のみを上面方向から高輝度に取り出すことができる。
【0011】
また、前記p型窒化物半導体層側から一部エッチングにより露出されたn型窒化物半導体層上に負電極を有し、少なくとも前記正電極と負電極との間にエッチング面に接して連続した絶縁膜を有することを特徴とする。これによって電極間のショートを抑制することができる
【0012】
また、本発明の面発光型発光素子の製造方法は、少なくともn型窒化物半導体層、発光層およびp型窒化物半導体層を有する半導体層からなる面発光型発光素子の製造方法であって、基板上の一部にマスク層を設ける第1の工程と、前記第1の工程後、前記基板上に前記半導体層を順に積層する第2の工程とを有することを特徴とする。
【0013】
このように製造することにより、半導体層中に前記マスク層を底面とした空洞部が形成され、前記マスク層の形状に対応したスポットの微小点光源を得ることができる。上面が円形であるマスク層を設けると、ほぼ真円のスポットが得られ好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の面発光型発光素子について説明する。図1は本実施の形態である面発光型発光素子の模式的平面図であり、図2は図1のA−A′線における模式的断面図である。
本実施の形態の面発光型発光素子は、図2に示すように、基板上に、マスク層と前記マスク層よりも厚い膜厚を有するn型窒化物半導体層とが互いに分離して設けられ、前記n型窒化物半導体層上に、発光層、およびp型窒化物半導体層が順に積層されている。前記マスク層上は、半導体層が積層されていない空洞部となっている。このように積層された半導体層を前記p型窒化物半導体層側から一部エッチングにより露出されたn型窒化物半導体層表面に負電極が設けられ、前記空洞部の上方に位置するp型窒化物半導体層表面を開口部として周囲に正電極が設けられている。
【0015】
以下、本実施例の形態である面発光型発光素子の詳細な構成及び製造方法について説明する。
【0016】
[第1の工程]
まず、基板1上の一部にマスク層2を設ける。
(基板1)
基板1は基板上に積層される半導体層よりも屈折率が0.2以上小さい物質から構成されることが好ましい。これによって、基板上に形成される半導体層から光が基板内に入射する量を低減できるからである。基板としては、サファイアC面、R面またはA面を主面とするサファイア、その他、スピネル(MgA124)のような絶縁性の基板の他、SiC(6H、4H、3Cを含む)、Si、ZnO、GaAs、GaN等の半導体基板を用いることができる。サファイアはその上に形成される窒化物半導体層の結晶性を良好にできることから特に基板として好ましい。また、異種基板を用いる場合には、窒化物半導体基板を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に異種基板を除去してもよい。
【0017】
(マスク層2)
マスク層2の材料としては、高温において分解されず、且つ表面に半導体層が形成されないものであれば特に限定されない。具体的にはSiO2、SiN、及びW等が好適に挙げられる。このようなマスク層を設けた後に半導体層を積層させることにより、マスク層の上面に空気層である空洞部を形成することができる。このような構成にすることにより、空気層と半導体層との屈折率差を利用してこれらの界面で光をほぼ全反射させ上方に取り出すことができる。
【0018】
また、マスク層は円柱形状で設けられることが好ましい。これによって端面発光では不可能であった真円形状のスポットの光を得ることができる。前記マスク層底面の径は発光される光のスポット径に対応し、第1工程においてマスク層の径を調整することにより容易に要求されるスポット径の光を発光させることができる。良好な単一モードの光を得るためには、マスク層の径は0.5μm〜20μm、より好ましくは1μm〜10μmである。
またマスク層の膜厚は、後に積層されるn型窒化物半導体層の膜厚の2.5%〜12.5%で積層されることが好ましい。このような厚みでマスク層を設けた後に半導体層を順に積層させることにより、またn型窒化物半導体層からp型窒化物半導体層まで貫通された空洞部を容易に形成することができ前記界面の光反射面を大きくすることができる。
【0019】
[第2の工程]
マスク層を有する基板上に半導体層を順に積層する。
(半導体層3,4,5)
本発明の面発光型発光素子は、少なくともn型窒化物半導体層3、発光層4、及びp型窒化物半導体層5が順次積層されている。たとえば、基板上にSiがドープされたGaNからなるn型窒化物半導体層、InGaNからなる発光層、MgがドープされたAlGaNからなるp型クラッド層およびMgがドープされたGaNよりなるp型コンタクト層が順に積層されたダブルヘテロ構造のものが挙げられる。p型クラッド層は省略可能である。また、p型およびn型のAlGaNからなるクラッド層を50nm以下、より好ましくは40nm以下で形成してもよい。発光層103は、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造として構成することもできる。
【0020】
(空洞部13)
本発明において、マスク層を有する基板上に半導体層が積層されることにより、半導体層は少なくとも発光層からn型窒化物半導体層にかけて貫通された空洞部を有し、且つ前記空洞部の外壁は逆テーパー形状である。このように半導体層中に空気層である空洞部を設けることにより前記空洞部の外壁に高電流密度により発光された光を効率よく集光及び全反射させ所望のスポットサイズの光を高出力でもって上方に出射させることができる。このような空洞部は、基板上にマスク層を設ける他に、形成したい空洞部の底面に対応する基板上を荒した後に半導体層を積層する方法でも形成することができる。
【0021】
半導体層中の空洞部の占める位置は特に限定されないが、空洞部は全半導体層に渡って設けられていることが好ましい。これにより、各半導体層から出射された光を全て空洞部の外壁に集光させることができ好ましい。また、外壁は空洞部の中心に向かって傾斜された逆テーパー形状とすることが好ましい。これにより、外壁に集光された光を効率よく全反射させ上方に取り出すことができる。さらに、空洞部を半導体積層方面に垂直に切断した断面図において、各左右の外壁の先端が一点に交わり一つの角をなした、つまり、空洞部底面及び外壁によりほぼ三角形となるような空洞部を形成すると、色ムラを生じることなく空洞部底面形状のスポットの光を高輝度に発光することができる。
【0022】
(電極6,7)
また本発明において、正電極6および負電極7は、各下地層とオーミック接触可能な材料であれば特に限定されず種々のものを用いることができ、公知の電極材料等から適宜選択して用いる。電極としての具体例は、後述の実施例に記載されているものが挙げられる。また正電極は、p型コンタクト層上の空洞部の上方の発光面を開口部とし前記発光面の周囲を囲むように形成され、負電極は前記正電極の周囲を囲むように、エッチングにより露出されたn型コンタクト層のほぼ全面に形成されることが好ましい。これによって発光面に集中して電流を注入することができ、高電流密度による発光を光導波孔内に効率よく集光させることができるので、素子の発光出力を高くすることができる。また負電極を露出されたn型コンタクト層のほぼ全面に設けることにより光のコントラストが良好となる。
【0023】
また、本発明において、窒化物半導体層をエッチングする手段としては、好ましくはドライエッチングにより行われ、たとえばRIE(反応性イオンエッチング)等の方法が挙げられる。
【0024】
(絶縁膜8)
本発明において絶縁膜8は、正電極及び負電極形成後に、各電極のボンディング部分及び空洞部の上方に位置する発光面を開口部として、少なくとも各電極間の半導体層を覆うように設けられていれば良い。本実施の形態においては、前記発光面、正電極、及び負電極のパッド電極形成部を除いて、素子表面及びエッチングにより露出された端面に連続して絶縁膜が形成されている。これによって各電極間の短絡を防止することができ、さらに反射性を有する膜を用いると上面及び側面からの光のもれを抑制することができ好ましい。また、絶縁膜は各電極の上面に少しかかるように設けられることが好ましく、このように構成されることで各電極と下地層との剥がれを抑制することができる。ここで絶縁膜は、電気絶縁材料であれば特に限定されず、例えばZrO2、SiO2、SiN、Al23、AlN、Ta25、Nb25、HfO2、TiO2など種々の材料を用いて形成することができ、その膜厚は好ましくは50Å〜5000Åの範囲に設定される。
【0025】
(パッド電極9,10)
また、p型窒化物半導体層上の正電極を覆うよう一面に連続してpパッド電極9が形成されると、ボンディングが良好に行え、更には素子の放熱性が向上され好ましい。また、負電極上の一部にnパッド電極10が形成されてもよい。これらパッド電極は、ワイヤー及び下地層である各電極との接着性が良いものであれば特に限定されないが、次に材料から選択された第1層/第3層の2層構造、又は第1層/第2層/第3層の3層の積層構造とすると好ましい。
第1層目:Ni、Cu、Rh、Ruから選択される少なくとも一種、
第2層目:Ti、W、Pt、Ta、Moから選択される少なくとも一種、
第3層目:Au。
より好ましくは、Ni/Ti/Au、Ni/Au、Cu/Pt/Au、Ni/Pt/Auとし、その膜厚は1000Åから3μmに設定される。更に前記pバッド電極を覆うようにp型窒化物半導体層上面のほぼ全面にメタライズ層11が形成される。
【0026】
(不透光膜12)
このようにして得られた素子の、p型窒化物半導体層上面及び半導体層側面に、少なくとも空洞部の上方である発光面を開口部として不透光膜を設けると発光ムラを抑制することでき、前記発光面のみから単一モードで微小点光源を得ることができる。不透光膜は光を透過しないような膜であれば使用可能であるが、好ましくは、Rh、RhO、Ni、Cr、RuO、Cuなどの金属やそれらの金属酸化物を用いて構成することができる。半導体層とショットキーバリア接触する金属であれば、半導体層に直接形成してもよいし、また、絶縁膜を介して形成すればいずれの金属でもよい。さらに、誘電体多層膜を形成し、さらにその上に金属薄膜を形成することが特に好ましい。本発明において、正電極上を覆うようにp型窒化物半導体層上及びエッチング面に連続して設けられる不透光膜には、ボンディング性を良好とするためNi/Au等の多層膜を用いると好ましい。不透光膜の形成方法としては、スパッタリング、蒸着等が挙げられる。
【0027】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例について説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
(マスク層2)
サファイア(C面)よりなる基板1上に、SiO2よりなる径4μmで高さ 0.5μmの円柱形状であるマスク層を形成し、反応容器内において水素雰囲気中、1050℃で表面のクリーニングを行う。
【0028】
(バッファ層)
続いて、基板温度を510℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにTMG(トリメチルガリウム)ガスとアンモニアガスを用い、基板上にGaNよりなるバッファ層を約200オングストロームの膜厚で成長させる(図示しない)。
【0029】
(n型窒化物半導体層3)
続いて1050℃で、同じく原料ガスにTMGガスとアンモニアガスを用い、不純物ガスにシランガス(SiH4)を用い、Siを4.5×1018/cm3ドープしたn型GaNよりなるn型コンタクト層を4μmの膜厚で成長させる。
【0030】
(発光層4)
次にキャリアガスを窒素に切り替え、アンドープよりなるInAlGaNよりなる障壁層を250Åの膜厚で成長させ、続いて温度を800℃まで下げ、原料ガスにTEGガス、TMI(トリメチルインジウム)ガスおよびアンモニアガスを用い、アンドープInxGa1-xN(0<x≦1)よりなる井戸層を30Åの膜厚で成長させる。そして障壁層+井戸層+障壁層+井戸層+…+障壁層の順で障壁層を6層、井戸層を5層交互に積層して、層膜厚1650Åの多重量子井戸構造よりなる発光層を成長させる。
【0031】
(p型窒化物半導体層5)
次に、原料ガスを止め、温度を1050℃まで上昇させた後、原料ガスとしてTEGガス、TMA(トリメチルアルミニウム)ガスおよびアンモニアガス、キャリアガスとして水素ガス、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1020/cm3ドープしたAl0.3Ga0.7Nよりなるp型層を300Åの膜厚で成長させる。
【0032】
続いて同様の温度で、アンドープAl0.16Ga0.84Nよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度でMgを5×1018/cm3ドープしたp型GaNよりなる層を25Åの膜厚で成長さる。これらの層を交互に80層積層した総膜厚4000Åの超格子構造であるp型クラッド層を形成させる。この層はキャリア閉じ込め層として作用し、超格子構造とすることによりp型窒化物半導体層側の抵抗率を低下させることができる。
【0033】
最後に、1050℃で、p型クラッド層上に、原料ガスとしてTMGガスとアンモニアガス、キャリアガスとして水素ガス、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1018/cm3ドープしたGaNよりなるp型コンタクト層を150Åの膜厚で成長させる。このようにしてp型クラッド層およびp型コンタクト層が積層されたp型窒化物半導体層を形成する。
【0034】
反応終了後、窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、700℃でアニーリングを行い、p型窒化物半導体層をさらに低抵抗化する。
【0035】
次に、pn積層部を残し、前記発光面を囲むように周囲をエッチングしn型コンタクト層を露出させる。
【0036】
(正電極6)
次にpコンタクト層上に、空洞部の上方にある発光面を開口部とし、該開口部を囲むようにNi(100Å)/Au(1400Å)よりなる正電極を形成する。
【0037】
(負電極7)
前記発光面及び前記正電極を囲むように露出された前記n型コンタクト層上のほぼ一面にTi(100Å)/Al(5000Å)からなる負電極を形成する。
【0038】
(絶縁膜8)
次に正電極及び負電極のパッド電極形成面を開口部として素子の上面にSiO2よりなる連続した絶縁膜を2000Åの膜厚にて形成する。
【0039】
(パッド電極9,10)
次に、次に図1に示すように、正電極の内側である発光面を開口部としてp型窒化物半導体層上面のほぼ全面にpパッド電極を形成し、負電極上の一部にnパッド電極を形成する。
ここで、pパッド電極及びnパッド電極は、Ni(1000Å)/Ti(1000Å)/Au(8000Å)の3層構造とする。
【0040】
(第1不透光膜11)
更に、前記pパッド電極上から半導体層端面にかけてNi(1000Å)/Au(1300Å)よりなる不透光膜を設ける。
【0041】
ウェーハのサファイア基板の裏面を研磨して100μm程度の厚さにした後、サファイア基板のM面でウェーハを劈開する。
【0042】
(第2不透光膜12)
最後に、素子の外周にあたる半導体層側面、及び基板の下面にAlよりなる金属薄膜をスパッタリング法により3000Åの厚さで形成する。
【0043】
以上のようにして形成された実施例1の発光ダイオードは、スポット径4μmで、ニァフィールドパターンがほぼ真円の単一モードからなる微小点光源が得られる。
【0044】
[比較例]
次に、比較例として、半導体層中に空洞部がなく、AlGaN/GaN/InGaN分離閉じ込め型ヘテロ構造(SCH)のリッジ構造である端面発光素子について説明する。基板上にバッファ層の形成までは実施例1と同様に形成される。
【0045】
サファイア(C面)よりなる基板1上を、反応容器内において水素雰囲気中、1050℃で表面のクリーニングを行い、実施例1と同様に、続いて、基板温度を510℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにTMG(トリメチルガリウム)ガスとアンモニアガスを用い、基板上にGaNよりなるバッファ層を約200オングストロームの膜厚で成長させる。
【0046】
(n型窒化物半導体層)
続いて、1050℃でTMA(トリメチルアルミニウム)、TMG、アンモニアを用い、不純物ガスにシランガス(SiH4)を用い、Siを5×1018/cm3ドープしたn型Al0.1Ga0.9Nからなるn型クラッド層を膜厚0.4μmで形成する。
【0047】
次に、アンドープのGaNからなる光ガイド層103Gをn型クラッド層上に0.15μmの膜厚で形成する。
【0048】
(発光層)
次に温度を800℃まで下げ、キャリアガスを窒素に切り替え、原料ガスにTMGガス、TMI(トリメチルインジウム)ガスおよびアンモニアガスを用い、GaNからなる障壁層を50Åの膜厚で、In0.3Ga0.7Nからなる井戸層を30Åの膜厚で順に形成し、それらを3層繰り返し多重量子井戸構造からなる発光層を形成する。
【0049】
(p型窒化物半導体層)
次に、アンドープのGaNからなる光ガイド層を発光層上に0.15μmの膜厚で形成する。
【0050】
次に、原料ガスを止め、温度を1050℃まで上昇させた後、原料ガスとしてTMGガス、TMA(トリメチルアルミニウム)ガスおよびアンモニアガス、キャリアガスとして水素ガス、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1020/cm3ドープしたAl0.1Ga0.9N(0<x≦1)よりなるp型クラッド層を0.4μmの膜厚で成長させる。
【0051】
続いて、TMAガスを止め、同様の温度でp型クラッド層上に、原料ガスとしてTMGガスとアンモニアガス、キャリアガスとして水素ガス、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを5×1018/cm3ドープしたGaNよりなるp型コンタクト層を0.1μmの膜厚で成長させる。
【0052】
次に、p型コンタクト層からp型クラッド層にかけてエッチングによってリッジ構造とする。そのリッジストライプの片方に露出したp型クラッド層をエッチングしてn電極を形成するn型コンタクト層を露出させる。
【0053】
(電極)
リッジ表面の全面にNi/Auよりなる正電極を形成する。次に正電極を除くp型クラッド層、p型コンタクト層の表面にSiO2よりなる絶縁膜を形成し、この絶縁膜を介して正電極上にpパッド電極を形成する。一方、先ほど露出させたn型コンタクト層上にTiとAlよりなる負電極を形成する。
【0054】
このようにして得られた端面発光型発光素子は、縦方向のスポットサイズが6μmで、ニァフィールドパターンが楕円形状の複数のピークからなる微小点光源が得られる。
【0055】
このように、比較例においては、発光層及び光ガイド層から構成される光導波路、n型クラッド層及びn型コンタクト層に発光強度のピークがそれぞれ観測されるのに対して、実施例1においては逆テーパー形状である空洞部外壁に光を集光させ上方へ全反射させることにより単一のスポット光を高出力で発光させることができる。
【0056】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る窒化物半導体発光素子では、半導体層中に少なくとも発光層からn型窒化物半導体層まで貫通され側面が逆テーパー形状である空洞部を有することにより、前記側面において各層から発光される光を集光させ上方に全反射させることができ、空洞部底面に対応したスポット径の単一モードの光を高出力でもって出射することができる。
また本発明の面発光型発光素子の製造方法は、基板上に設けるマスク層のサイズ及び形状を要求されるスポット径に対応させて設定することにより、容易にあらゆるスポット径及びスポット形状の単一モードの光を出力させることができる。
従って、本発明によれば、光ファイバ通信用あるいは電子写真用の光源あるいはバーチャル・リアリティーなどに用いられる微少光源として、スポットサイズが小さく、且つ均一な光が得られる面発光型発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明である面発光型発光素子の模式的平面図である。
【図2】 図2は、図1のA−A′線における模式的断面図である。
【符号の説明】
1・・・基板
2・・・マスク層
3・・・n型窒化物半導体層
4・・・発光層
5・・・p型窒化物半導体層
6・・・正電極
7・・・負電極
8・・・絶縁膜
9・・・pパッド電極
10・・・nパッド電極
11・・・第1不透光膜
12・・・第2不透光膜
13・・・空洞部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitride semiconductor (InXAlYGa1-XYMore particularly, the present invention relates to a nitride semiconductor light-emitting device that can be used as a micro light source. The surface-emitting light-emitting device has a semiconductor layer made of N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, and X + Y ≦ 1.
[0002]
[Prior art]
The present applicant has put blue and green nitride semiconductor light emitting diodes having high light emission output into practical use as light sources for large displays and the like. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-153642, a buffer layer made of GaN, a Si-doped n-type GaN layer, a light-emitting layer made of undoped InGaN, an Mg-doped p-type AlGaN layer, an Mg-doped layer, A light emitting diode consisting of a p-type GaN layer is described.
[0003]
However, the light-emitting diodes used in such large-sized displays are not sufficiently satisfactory when they are used as light sources for optical fiber communication or electrophotography, or as micro light sources such as virtual reality. .
[0004]
Therefore, as a practical micro light source, an edge-emitting light emitting diode can be cited. An edge-emitting light-emitting element having a semiconductor layer made of a general nitride semiconductor has the same basic element structure as a semiconductor laser, and a double hetero structure in which the light-emitting layer is sandwiched between wide-bandgap p-type and n-type semiconductor layers. In a nitride semiconductor edge emitting light emitting diode, an AlGaN / GaN / InGaN separate confinement heterostructure (SCH) is used. Furthermore, since the light emitting layer is formed in a stripe shape and has a structure in which light is emitted from the light emitting layer exposed on the end face, the condensed spot size is smaller than the light emitting diode for a large display as described above. Luminescence can be obtained.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the edge-emitting light emitting diode as described above can obtain light with a small spot size, not only the end face of the light emitting layer but also the end face of the n-type semiconductor layer stacked on the substrate side of the light emitting layer. However, since light is emitted, there is a problem that multi-mode light emission occurs and it is difficult to obtain a near-field pattern as a sufficiently good single spot. For this reason, the conventional edge-emitting light-emitting diode cannot be sufficiently satisfied as a minute light source. In addition, it is difficult to sufficiently extract light emitted in the back direction away from the emission end face.
[0006]
Accordingly, the present invention provides a surface-emitting light-emitting element that extracts light with a small spot size from the semiconductor stack side, not from the end face, as a micro light source used for optical fiber communication or electrophotographic light sources or virtual reality. The purpose is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A surface-emitting light emitting device according to an embodiment includes a substrate, a semiconductor layer sequentially having an n-type nitride semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer on the substrate, and an n-type nitride semiconductor in the semiconductor layer. A cavity covered with a layer, a light emitting layer and a p-type nitride semiconductor layer, and a region corresponding to the cavity as viewed from the p-type nitride semiconductor layer side as an opening, and the opening on the p-type semiconductor layer And a p-electrode provided around the light-emitting layer, and the light from the light-emitting layer is reflected by the cavity to the p-type nitride semiconductor layer side and can be extracted to the outside through the opening. And
  A surface-emitting light-emitting device according to another embodiment is a surface-emitting light-emitting device including a semiconductor layer including at least an n-type nitride semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer, wherein the semiconductor layer includes: The cavity has at least a cavity penetrating from the light emitting layer to the n-type nitride semiconductor layer, and the outer wall of the cavity has an inversely tapered shape.
[0008]
Thus, by providing a refractive index difference between the semiconductor layer and the air layer in the cavity in the semiconductor layer, and by forming the outer wall of the cavity, which is an interface between them, into an inversely tapered shape, Is efficiently condensed on the interface, and the condensed light can be extracted upward in a single mode. Since the spot shape of the light corresponds to the bottom surface of the cavity, it is possible to easily obtain a round spot that has been difficult until now by adjusting the bottom surface of the cavity.
Further, according to the present invention, since the light emitted from the light emitting layer around the cavity propagates in the thickness direction of the p-type nitride semiconductor layer and is extracted outside, the surface light emitting device according to the present invention In comparison, the optical waveguide path can be made extremely short, and single-mode light emission can be achieved with high output.
[0009]
In addition, the p-type nitride semiconductor layer has a positive electrode around the opening with a light emitting surface positioned above the cavity as an opening on the uppermost surface.
When the positive electrode is formed so as to surround the light emitting surface in this way, current can be concentrated on the light emitting surface, and uniform light emission can be obtained. Further, the output can be easily improved by adjusting the area of the positive electrode.
[0010]
In addition, by having an opaque film with at least the light emitting surface as an opening on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer and the side surface of the semiconductor layer, the light from other than the light emitting surface is blocked to correspond to the shape of the cavity. Only the emitted light can be extracted with high brightness from the upper surface direction.
[0011]
Further, a negative electrode is provided on the n-type nitride semiconductor layer partially exposed by etching from the p-type nitride semiconductor layer side, and is continuously in contact with the etching surface between at least the positive electrode and the negative electrode. It has an insulating film. This can suppress a short circuit between the electrodes.
[0012]
A method for manufacturing a surface-emitting light-emitting device according to the present invention is a method for manufacturing a surface-emitting light-emitting device comprising a semiconductor layer having at least an n-type nitride semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer, It has a 1st process of providing a mask layer in a part on a board | substrate, and a 2nd process of laminating | stacking the said semiconductor layer in order on the said board | substrate after the said 1st process.
[0013]
By manufacturing in this way, a cavity having the mask layer as a bottom surface is formed in the semiconductor layer, and a spot micropoint light source corresponding to the shape of the mask layer can be obtained. It is preferable to provide a substantially circular spot when a mask layer having a circular upper surface is provided.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, surface-emitting light-emitting elements according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic plan view of a surface light emitting element according to the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
As shown in FIG. 2, the surface-emitting light-emitting device of the present embodiment has a mask layer and an n-type nitride semiconductor layer having a thickness larger than that of the mask layer provided on a substrate separately from each other. A light emitting layer and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on the n-type nitride semiconductor layer. On the mask layer is a cavity where no semiconductor layer is stacked. A negative electrode is provided on the surface of the n-type nitride semiconductor layer exposed by etching from the p-type nitride semiconductor layer side of the laminated semiconductor layer, and the p-type nitride is located above the cavity. A positive electrode is provided around the surface of the physical semiconductor layer as an opening.
[0015]
Hereinafter, a detailed configuration and manufacturing method of the surface-emitting light-emitting element according to the embodiment will be described.
[0016]
[First step]
First, the mask layer 2 is provided on a part of the substrate 1.
(Substrate 1)
The substrate 1 is preferably made of a material having a refractive index smaller by 0.2 or more than the semiconductor layer stacked on the substrate. This is because the amount of light entering the substrate from the semiconductor layer formed on the substrate can be reduced. As a substrate, sapphire whose main surface is a sapphire C-plane, R-plane or A-plane, or other spinel (MgA12OFourIn addition to an insulating substrate such as SiC), a semiconductor substrate such as SiC (including 6H, 4H, and 3C), Si, ZnO, GaAs, and GaN can be used. Sapphire is particularly preferable as the substrate because the crystallinity of the nitride semiconductor layer formed thereon can be improved. In the case of using a heterogeneous substrate, after growing the nitride semiconductor substrate, the heterogeneous substrate may be removed by a method such as polishing to form an element structure as a single substrate of the nitride semiconductor, The heterogeneous substrate may be removed after the element structure is formed.
[0017]
(Mask layer 2)
The material of the mask layer 2 is not particularly limited as long as it is not decomposed at a high temperature and a semiconductor layer is not formed on the surface. Specifically, SiO2, SiN, W and the like are preferable. By providing a semiconductor layer after providing such a mask layer, a cavity that is an air layer can be formed on the upper surface of the mask layer. By adopting such a configuration, light can be almost totally reflected at the interface using the difference in refractive index between the air layer and the semiconductor layer and extracted upward.
[0018]
The mask layer is preferably provided in a columnar shape. As a result, it is possible to obtain a spot light having a perfect circular shape, which is not possible with edge emission. The diameter of the bottom surface of the mask layer corresponds to the spot diameter of the emitted light, and light having a required spot diameter can be easily emitted by adjusting the diameter of the mask layer in the first step. In order to obtain good single mode light, the diameter of the mask layer is 0.5 μm to 20 μm, more preferably 1 μm to 10 μm.
The thickness of the mask layer is preferably 2.5% to 12.5% of the thickness of the n-type nitride semiconductor layer to be stacked later. After providing the mask layer with such a thickness, the semiconductor layers are sequentially stacked, and a cavity penetrating from the n-type nitride semiconductor layer to the p-type nitride semiconductor layer can be easily formed. The light reflecting surface can be enlarged.
[0019]
[Second step]
A semiconductor layer is sequentially stacked over a substrate having a mask layer.
(Semiconductor layers 3, 4, 5)
In the surface light emitting element of the present invention, at least an n-type nitride semiconductor layer 3, a light emitting layer 4, and a p-type nitride semiconductor layer 5 are sequentially stacked. For example, an n-type nitride semiconductor layer made of GaN doped with Si on a substrate, a light emitting layer made of InGaN, a p-type cladding layer made of AlGaN doped with Mg, and a p-type contact made of GaN doped with Mg The thing of the double hetero structure by which the layer was laminated | stacked in order is mentioned. The p-type cladding layer can be omitted. Further, a clad layer made of p-type and n-type AlGaN may be formed with a thickness of 50 nm or less, more preferably 40 nm or less. The light emitting layer 103 can also be configured as a single quantum well structure or a multiple quantum well structure.
[0020]
(Cavity 13)
In the present invention, by laminating the semiconductor layer on the substrate having the mask layer, the semiconductor layer has at least a hollow portion penetrating from the light emitting layer to the n-type nitride semiconductor layer, and the outer wall of the hollow portion is Inverted taper shape. In this way, by providing a cavity portion that is an air layer in the semiconductor layer, light emitted at a high current density is efficiently collected and totally reflected on the outer wall of the cavity portion so that light of a desired spot size can be output with high power. Thus, it can be emitted upward. In addition to providing a mask layer on the substrate, such a cavity can be formed by a method of laminating semiconductor layers after roughening the substrate corresponding to the bottom surface of the cavity to be formed.
[0021]
The position occupied by the cavity in the semiconductor layer is not particularly limited, but the cavity is preferably provided over the entire semiconductor layer. This is preferable because all the light emitted from each semiconductor layer can be condensed on the outer wall of the cavity. Moreover, it is preferable that an outer wall is made into the reverse taper shape inclined toward the center of a cavity part. Thereby, the light condensed on the outer wall can be efficiently totally reflected and extracted upward. Further, in the cross-sectional view of the cavity cut perpendicularly to the direction of the semiconductor lamination, the tips of the left and right outer walls intersect at one point to form one corner, that is, the cavity that is substantially triangular due to the bottom of the cavity and the outer wall. When the is formed, the light of the spot having the bottom shape of the cavity can be emitted with high luminance without causing color unevenness.
[0022]
(Electrodes 6, 7)
Further, in the present invention, the positive electrode 6 and the negative electrode 7 are not particularly limited as long as they are materials that can make ohmic contact with the respective underlayers, and various materials can be used. . Specific examples of the electrode include those described in Examples described later. The positive electrode is formed so as to surround the light emitting surface with the light emitting surface above the cavity on the p-type contact layer as an opening, and the negative electrode is exposed by etching so as to surround the positive electrode. Preferably, the n-type contact layer is formed on almost the entire surface. As a result, current can be injected concentratedly on the light emitting surface, and light emitted at a high current density can be efficiently condensed in the optical waveguide hole, so that the light emission output of the device can be increased. Further, the contrast of light is improved by providing the negative electrode on almost the entire surface of the exposed n-type contact layer.
[0023]
In the present invention, the means for etching the nitride semiconductor layer is preferably performed by dry etching, for example, a method such as RIE (reactive ion etching).
[0024]
(Insulating film 8)
In the present invention, after forming the positive electrode and the negative electrode, the insulating film 8 is provided so as to cover at least the semiconductor layer between the respective electrodes by using the light emitting surface located above the bonding portion and the cavity of each electrode as an opening. Just do it. In the present embodiment, an insulating film is continuously formed on the element surface and the end face exposed by etching, except for the light emitting surface, the positive electrode, and the pad electrode forming portion of the negative electrode. Accordingly, it is possible to prevent a short circuit between the respective electrodes, and it is preferable to use a film having reflectivity because it is possible to suppress light leakage from the upper surface and the side surface. The insulating film is preferably provided so as to slightly cover the upper surface of each electrode. With such a configuration, peeling between each electrode and the base layer can be suppressed. Here, the insulating film is not particularly limited as long as it is an electrically insulating material. For example, ZrO2, SiO2, SiN, Al2OThree, AlN, Ta2OFive, Nb2OFive, HfO2TiO2Etc., and the film thickness thereof is preferably set in the range of 50 to 5000 mm.
[0025]
(Pad electrodes 9, 10)
In addition, it is preferable that the p-pad electrode 9 is continuously formed on one surface so as to cover the positive electrode on the p-type nitride semiconductor layer because bonding can be performed satisfactorily and the heat dissipation of the element is improved. Further, the n pad electrode 10 may be formed on a part of the negative electrode. These pad electrodes are not particularly limited as long as they have good adhesion to the electrodes which are the wire and the underlying layer. Next, the first layer / third layer two-layer structure selected from the materials, or the first A three-layer structure of layer / second layer / third layer is preferable.
First layer: at least one selected from Ni, Cu, Rh, Ru
Second layer: at least one selected from Ti, W, Pt, Ta, Mo,
Third layer: Au.
More preferably, Ni / Ti / Au, Ni / Au, Cu / Pt / Au, Ni / Pt / Au, and the film thickness is set to 1000 to 3 μm. Further, a metallized layer 11 is formed on almost the entire top surface of the p-type nitride semiconductor layer so as to cover the p-bad electrode.
[0026]
(Impermeable film 12)
If an opaque film is provided on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer and the side surface of the semiconductor layer with the light emitting surface at least above the cavity as an opening, the unevenness of light emission can be suppressed. A minute point light source can be obtained in a single mode only from the light emitting surface. The light-impermeable film can be used as long as it does not transmit light, but is preferably composed of a metal such as Rh, RhO, Ni, Cr, RuO, or Cu or a metal oxide thereof. Can do. The metal may be formed directly on the semiconductor layer as long as it is in contact with the semiconductor layer and the Schottky barrier, or any metal may be formed as long as it is formed through an insulating film. Furthermore, it is particularly preferable to form a dielectric multilayer film and further form a metal thin film thereon. In the present invention, a multilayer film such as Ni / Au is used for the non-light-transmitting film continuously provided on the p-type nitride semiconductor layer and on the etching surface so as to cover the positive electrode. And preferred. Examples of the method for forming the opaque film include sputtering and vapor deposition.
[0027]
【Example】
Examples according to the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to a following example.
[Example 1]
(Mask layer 2)
On the substrate 1 made of sapphire (C-plane), SiO2A mask layer having a cylindrical shape with a diameter of 4 μm and a height of 0.5 μm is formed, and the surface is cleaned in a reaction vessel at 1050 ° C. in a hydrogen atmosphere.
[0028]
(Buffer layer)
Subsequently, the substrate temperature is lowered to 510 ° C., hydrogen is used as the carrier gas, TMG (trimethylgallium) gas and ammonia gas are used as the source gas, and a buffer layer made of GaN is grown on the substrate to a thickness of about 200 angstroms ( Not shown).
[0029]
(N-type nitride semiconductor layer 3)
Subsequently, at 1050 ° C., TMG gas and ammonia gas are similarly used as source gas, and silane gas (SiH) is used as impurity gas.Four) And Si is 4.5 × 1018/ CmThreeAn n-type contact layer made of doped n-type GaN is grown to a thickness of 4 μm.
[0030]
(Light emitting layer 4)
Next, the carrier gas is switched to nitrogen, a barrier layer made of undoped InAlGaN is grown to a thickness of 250 mm, the temperature is subsequently lowered to 800 ° C., and TEG gas, TMI (trimethylindium) gas and ammonia gas are used as source gases. Undoped InxGa1-xA well layer made of N (0 <x ≦ 1) is grown to a thickness of 30 mm. Then, 6 barrier layers and 5 well layers are alternately laminated in the order of barrier layer + well layer + barrier layer + well layer +. Grow.
[0031]
(P-type nitride semiconductor layer 5)
Next, after stopping the source gas and raising the temperature to 1050 ° C., TEG gas, TMA (trimethylaluminum) gas and ammonia gas as source gas, hydrogen gas as carrier gas, Cp as impurity gas2Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used and Mg is 1 × 1020/ CmThreeDoped Al0.3Ga0.7A p-type layer made of N is grown to a thickness of 300 mm.
[0032]
Subsequently, at the same temperature, undoped Al0.16Ga0.84A layer made of N is grown to a thickness of 25 mm, followed by 5 × 10 Mg at the same temperature.18/ CmThreeA layer made of doped p-type GaN is grown to a thickness of 25 mm. A p-type cladding layer having a superlattice structure with a total film thickness of 4000 mm is formed by alternately stacking 80 layers. This layer acts as a carrier confinement layer, and the resistivity on the p-type nitride semiconductor layer side can be reduced by employing a superlattice structure.
[0033]
Finally, at 1050 ° C., on the p-type cladding layer, TMG gas and ammonia gas as source gas, hydrogen gas as carrier gas, Cp as impurity gas2Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used and Mg is 1 × 1018/ CmThreeA p-type contact layer made of doped GaN is grown to a thickness of 150 mm. In this manner, a p-type nitride semiconductor layer in which the p-type cladding layer and the p-type contact layer are stacked is formed.
[0034]
After completion of the reaction, the wafer is annealed in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type nitride semiconductor layer.
[0035]
Next, leaving the pn stacked portion, the periphery is etched so as to surround the light emitting surface to expose the n-type contact layer.
[0036]
(Positive electrode 6)
Next, on the p-contact layer, a light emitting surface above the cavity is used as an opening, and a positive electrode made of Ni (100 発 光) / Au (1400Å) is formed so as to surround the opening.
[0037]
(Negative electrode 7)
A negative electrode made of Ti (100 Å) / Al (5000 Å) is formed on substantially one surface of the n-type contact layer exposed so as to surround the light emitting surface and the positive electrode.
[0038]
(Insulating film 8)
Next, the pad electrode formation surface of the positive electrode and the negative electrode is used as an opening, and SiO 22A continuous insulating film is formed with a film thickness of 2000 mm.
[0039]
(Pad electrodes 9, 10)
Next, as shown in FIG. 1, a p-pad electrode is formed on almost the entire upper surface of the p-type nitride semiconductor layer with the light emitting surface inside the positive electrode as an opening, and an n-pad is formed on a part of the negative electrode. An electrode is formed.
Here, the p pad electrode and the n pad electrode have a three-layer structure of Ni (1000 Å) / Ti (1000 Å) / Au (8000 Å).
[0040]
(First opaque film 11)
Further, an opaque film made of Ni (1000 Å) / Au (1300 Å) is provided from the p pad electrode to the end face of the semiconductor layer.
[0041]
After the back surface of the sapphire substrate of the wafer is polished to a thickness of about 100 μm, the wafer is cleaved at the M surface of the sapphire substrate.
[0042]
(Second opaque film 12)
Finally, a metal thin film made of Al is formed with a thickness of 3000 mm on the side surface of the semiconductor layer corresponding to the outer periphery of the element and the lower surface of the substrate by sputtering.
[0043]
The light emitting diode of Example 1 formed as described above can obtain a minute point light source having a single mode with a spot diameter of 4 μm and a near-field pattern of almost a perfect circle.
[0044]
[Comparative example]
Next, as a comparative example, an edge light emitting device having a ridge structure of an AlGaN / GaN / InGaN separate confinement heterostructure (SCH) without a cavity in the semiconductor layer will be described. The process is the same as in Example 1 until the buffer layer is formed on the substrate.
[0045]
The surface of the substrate 1 made of sapphire (C-plane) is cleaned at 1050 ° C. in a hydrogen atmosphere in a reaction vessel. Subsequently, as in Example 1, the substrate temperature is lowered to 510 ° C. A buffer layer made of GaN is grown on the substrate to a thickness of about 200 Å using hydrogen and TMG (trimethylgallium) gas and ammonia gas as source gases.
[0046]
(N-type nitride semiconductor layer)
Subsequently, TMA (trimethylaluminum), TMG, and ammonia are used at 1050 ° C., and silane gas (SiH) is used as the impurity gas.Four) And Si is 5 × 1018/ CmThreeDoped n-type Al0.1Ga0.9An n-type cladding layer made of N is formed with a film thickness of 0.4 μm.
[0047]
Next, an optical guide layer 103G made of undoped GaN is formed on the n-type cladding layer to a thickness of 0.15 μm.
[0048]
(Light emitting layer)
Next, the temperature is lowered to 800 ° C., the carrier gas is switched to nitrogen, TMG gas, TMI (trimethylindium) gas and ammonia gas are used as the source gas, and a barrier layer made of GaN is formed with a thickness of 50 mm, In0.3Ga0.7A well layer composed of N is formed in order with a thickness of 30 mm, and a light emitting layer composed of a three-layer repeated multiple quantum well structure is formed.
[0049]
(P-type nitride semiconductor layer)
Next, a light guide layer made of undoped GaN is formed on the light emitting layer with a thickness of 0.15 μm.
[0050]
Next, after stopping the source gas and raising the temperature to 1050 ° C., TMG gas, TMA (trimethylaluminum) gas and ammonia gas as source gas, hydrogen gas as carrier gas, Cp as impurity gas2Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used and Mg is 1 × 1020/ CmThreeDoped Al0.1Ga0.9A p-type cladding layer made of N (0 <x ≦ 1) is grown to a thickness of 0.4 μm.
[0051]
Subsequently, the TMA gas is stopped, and TMG gas and ammonia gas as source gases, hydrogen gas as carrier gas, and Cp as impurity gas on the p-type cladding layer at the same temperature.2Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used and Mg is 5 × 1018/ CmThreeA p-type contact layer made of doped GaN is grown to a thickness of 0.1 μm.
[0052]
Next, a ridge structure is formed by etching from the p-type contact layer to the p-type cladding layer. The p-type cladding layer exposed on one side of the ridge stripe is etched to expose the n-type contact layer that forms the n-electrode.
[0053]
(electrode)
A positive electrode made of Ni / Au is formed on the entire surface of the ridge. Next, the surface of the p-type cladding layer and the p-type contact layer excluding the positive electrode is made of SiO.2An insulating film is formed, and a p-pad electrode is formed on the positive electrode through this insulating film. On the other hand, a negative electrode made of Ti and Al is formed on the n-type contact layer exposed earlier.
[0054]
The edge-emitting light-emitting device obtained in this way can provide a minute point light source having a vertical spot size of 6 μm and a near-field pattern consisting of a plurality of elliptical peaks.
[0055]
As described above, in the comparative example, the emission intensity peaks are observed in the optical waveguide, the n-type cladding layer, and the n-type contact layer each composed of the light-emitting layer and the light guide layer. Is capable of emitting a single spot light with high output by condensing the light on the outer wall of the cavity having a reverse taper shape and totally reflecting it upward.
[0056]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the semiconductor layer has a cavity that penetrates at least from the light emitting layer to the n-type nitride semiconductor layer and has a side surface having a reverse tapered shape. The light emitted from each layer on the side surface can be condensed and totally reflected upward, and single mode light having a spot diameter corresponding to the bottom surface of the cavity can be emitted with high output.
In addition, the method for manufacturing a surface-emitting light-emitting device of the present invention can easily set a single layer having any spot diameter and spot shape by setting the size and shape of the mask layer provided on the substrate corresponding to the required spot diameter. Mode light can be output.
Therefore, according to the present invention, there is provided a surface-emitting light-emitting element that has a small spot size and can obtain uniform light as a micro light source used for optical fiber communication or electrophotographic light sources or virtual reality. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a surface-emitting light emitting device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Board
2 ... Mask layer
3 ... n-type nitride semiconductor layer
4 ... Light emitting layer
5 ... p-type nitride semiconductor layer
6 ... Positive electrode
7 ... Negative electrode
8 ... Insulating film
9 ... P pad electrode
10 ... n pad electrode
11: First opaque film
12: Second opaque film
13 ... Cavity

Claims (3)

基板と、A substrate,
前記基板上にn型窒化物半導体層、発光層及びp型窒化物半導体層を順に有する半導体層と、A semiconductor layer having an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer in this order on the substrate;
前記半導体層内において、n型窒化物半導体層、発光層及びp型窒化物半導体層で周囲を覆われた空洞部と、In the semiconductor layer, a cavity covered with an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer; and
前記p型窒化物半導体層側から見て前記空洞部に対応する領域を開口部とし、前記p型半導体層上で前記開口部の周囲に設けられたp電極と、を有し、A region corresponding to the cavity as viewed from the p-type nitride semiconductor layer side as an opening, and a p-electrode provided around the opening on the p-type semiconductor layer,
前記発光層からの光は、前記空洞部により前記p型窒化物半導体層側に反射され、前記開口部を通って外部に取り出されることが可能であることを特徴とする面発光型発光素子。The surface-emitting light-emitting element is characterized in that light from the light-emitting layer is reflected toward the p-type nitride semiconductor layer by the cavity and can be extracted to the outside through the opening.
前記基板は、前記半導体層よりも屈折率が小さい物質からなることを特徴とする請求項1に記載された面発光型発光素子。The surface-emitting light emitting device according to claim 1, wherein the substrate is made of a material having a refractive index smaller than that of the semiconductor layer. 前記面発光型発光素子は、さらに、不透光膜を有し、The surface-emitting light-emitting element further has an opaque film,
前記不透光膜は、前記p型窒化物半導体層側から見て前記空洞部に対応する領域を開口して設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の面発光型発光素子。3. The surface-emitting light emitting device according to claim 1, wherein the opaque film is provided by opening a region corresponding to the cavity as viewed from the p-type nitride semiconductor layer side. element.
JP2001005173A 2001-01-12 2001-01-12 Surface-emitting light-emitting device and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4670151B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001005173A JP4670151B2 (en) 2001-01-12 2001-01-12 Surface-emitting light-emitting device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001005173A JP4670151B2 (en) 2001-01-12 2001-01-12 Surface-emitting light-emitting device and manufacturing method thereof

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2002208728A JP2002208728A (en) 2002-07-26
JP2002208728A5 JP2002208728A5 (en) 2008-02-28
JP4670151B2 true JP4670151B2 (en) 2011-04-13

Family

ID=18873250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001005173A Expired - Fee Related JP4670151B2 (en) 2001-01-12 2001-01-12 Surface-emitting light-emitting device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4670151B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100835116B1 (en) * 2007-04-16 2008-06-05 삼성전기주식회사 Nitride semiconductor light emitting device
JP6846017B2 (en) * 2018-06-08 2021-03-24 日亜化学工業株式会社 Light emitting device and its manufacturing method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01110781A (en) * 1987-10-23 1989-04-27 Nec Corp Light emitting diode
JP2908173B2 (en) * 1992-04-16 1999-06-21 株式会社東芝 Semiconductor light emitting device
JP3153727B2 (en) * 1995-04-11 2001-04-09 株式会社リコー Super luminescent diode
JP2002170986A (en) * 2000-11-29 2002-06-14 Kyocera Corp Semiconductor light emitting device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002208728A (en) 2002-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4992282B2 (en) Light emitting diode, light emitting diode manufacturing method, light emitting diode backlight, light emitting diode illumination device, light emitting diode display, and electronic device
JP5719110B2 (en) Light emitting element
KR100753146B1 (en) Nitride Semiconductor Laser Device
JP2005183911A (en) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method
JP3921989B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2003110140A (en) Nitride semiconductor light emitting device
TW201036197A (en) Light emitting device having pillar structure with hollow structure and the forming method thereof
JP2023041840A (en) Vertical cavity surface emitting laser device
JP3301601B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP2007335731A (en) Light emitting diode mounting substrate, light emitting diode backlight, light emitting diode illumination device, light emitting diode display, and electronic device
JP2003051610A (en) LED element
JP5277066B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP5098135B2 (en) Semiconductor laser element
JP2009070893A (en) Light-emitting device and manufacturing method therefor
JP2003163375A (en) Nitride semiconductor element and its manufacturing method
JP2002164575A (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP2003110135A (en) Point-emitting light-emitting element and condensing point-emitting light-emitting element
JP4457417B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2001267686A (en) Laser device
JP4670151B2 (en) Surface-emitting light-emitting device and manufacturing method thereof
US20230238485A1 (en) Light emitting device and method of manufacturing the same
JP4973258B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP2009238843A (en) Light-emitting device
CN213366615U (en) Micro LED Array
JP3674468B2 (en) Edge-emitting light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080115

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100720

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100720

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100915

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101005

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101221

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110103

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4670151

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140128

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140128

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees