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発光素子用基板および発光素子

国内特許コード P10A015456
整理番号 PA20-041
掲載日 2010年5月21日
出願番号 特願2008-222095
公開番号 特開2010-056434
登録番号 特許第5344676号
出願日 平成20年8月29日(2008.8.29)
公開日 平成22年3月11日(2010.3.11)
登録日 平成25年8月23日(2013.8.23)
発明者
  • 山口 敦史
出願人
  • 学校法人金沢工業大学
発明の名称 発光素子用基板および発光素子
発明の概要

【課題】非極性基板または半極性基板を用いた発光素子において、発光端面の平坦性を向上させ、発光波長を緑色領域まで長波長化させる。
【解決手段】発光素子の基板となる、非極性AlInGaN基板において、AlInGaN混晶組成をAl(x)In(y)Ga(1-x-y)N、0≦x≦1、0≦y≦1と表すとき、点(x,y)をA点(0.68,0.32)、B点(0.19,0.17)、C点(0.16,0.55)およびD点(0.38,0.62)を頂点とする四角形の領域内にする。
【選択図】図4

従来技術、競合技術の概要


高輝度青色発光ダイオード(LED)の実現以来、紫外~可視光領域の発光デバイスの材料として、窒化物半導体が非常に注目されている。これまでに発光ダイオードとしては、青色、緑色、白色が実用化されており、たとえば、交通信号、各種インディケーター、イルミネーション、液晶バックライトなどに使用されている。さらに、この材料を用いた半導体レーザについても開発が進み、これまでに、青紫色と純青色のレーザが開発されており、それぞれ次世代DVD(Blu-ray)用光源、およびフルカラーディスプレイに実用化されつつある。ところが、このように技術が進展している中で、光の三原色の1つである緑色の半導体レーザが未だに実現されておらず、これが「Green Gap Problem」という言葉の由来となっている。



緑色の半導体レーザを実現するためには、青色半導体レーザの発光層に用いられているIn(x)Ga(1-x)NのIn組成(x)を大きくしていくことが最も簡単なアプローチである。しかし、InGaN発光層のIn組成を大きくしていくと、ピエゾ電界と呼ばれる発光層内部の電界が発生し、これが発光層での発光効率を著しく低下させてしまい、緑色レーザの実現を阻む要因となっている。この「電界」の問題を解決する方法として、従来とは異なる結晶面方位の基板上に素子を作製することが提案されている。具体的には、従来用いられていたGaN(0001)面(C面)の基板に代えて、ピエゾ電界の抑制のために、非極性面あるいは半極性面と呼ばれるカテゴリーの基板面方位を用いるという提案がなされている。ここで、非極性面とはC面に垂直な面であり、半極性面とはC面から40~65度傾いた面をいう。



これらの面方位を用いると、理論上、ピエゾ電界は大幅に低減することが予測されている。最近、実際に非極性面(m面)上に形成された青色レーザにおいても、ピエゾ電界が大幅に抑制されていることを示唆する結果が得られている(非特許文献1参照)。

【非特許文献1】Applied Physics Express 1 (2008) 011102

産業上の利用分野


本発明は、光増幅器、発光ダイオード、半導体レーザなどの発光素子に用いられる基板、および当該基板を用いた発光素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
n型クラッド層とp型クラッド層との間に設けられる量子井戸層として、発光波長が500~550nmであるInGaN層が形成される発光素子用基板であって、
混晶組成をAl(x)In(y)Ga(1-x-y)N、0≦x≦1、0≦y≦1と表すとき、
点(x,y)がA点(0.68,0.32)、B点(0.19,0.17)、C点(0.16,0.55)およびD点(0.38,0.62)を頂点とする四角形の領域内に位置する非極性AlInGaN混晶基板を備えることを特徴とする発光素子用基板。

【請求項2】
点(x,y)がA’点(0.3,0.2)、B点(0.19,0.17)、C点(0.16,0.55)およびD’点(0.3,0.59)を頂点とする四角形の領域内に位置する非極性AlInGaN混晶基板を備える請求項1に記載の発光素子用基板。

【請求項3】
n型クラッド層とp型クラッド層との間に設けられる量子井戸層として、発光波長が500~550nmであるInGaN層が形成される発光素子用基板であって、
混晶組成をAl(x)In(y)Ga(1-x-y)N、0≦x≦1、0≦y≦1と表すとき、
点(x,y)がE点(0.69,0.31)、F点(0.16,0.15)、G点(0,0.27)、H点(0,0.5)およびI点(0.39,0.61)を頂点とする五角形の領域内に位置する半極性AlInGaN混晶基板を備えることを特徴とする発光素子用基板。

【請求項4】
点(x,y)がE’点(0.3,0.19)、F点(0.16,0.15)、G点(0,0.27)、H点(0,0.5)およびI’点(0.3,0.58)を頂点とする五角形の領域内に位置する半極性AlInGaN混晶基板を備えることを特徴とする請求項3に記載の発光素子用基板。

【請求項5】
前記量子井戸層としてIn0.3Ga0.7N層が形成される請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光素子用基板。

【請求項6】
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発光素子用基板と、
前記発光素子用基板の上に形成され、n型クラッド層とp型クラッド層との間に設けられた量子井戸構造で構成される発光層と、
を備えることを特徴とする発光素子。

【請求項7】
前記発光層からの発光の偏光の光学利得が、基板面内でc軸に垂直な方向より、c軸を基板面に投影した方向の方が強く、
前記発光層からの発光が出射される発光端面がc軸を基板面に投影した方向と平行であることを特徴とする請求項に記載の発光素子。

【請求項8】
主表面が非極性面または半極性面であり、混晶組成がAl(x)In(y)Ga(1-x-y)N、0≦x<1、0<y<1、x+y<1と表されるAlInGaN混晶基板と、
前記AlInGaN混晶基板の上に形成され、n型クラッド層とp型クラッド層との間に設けられる量子井戸層としてInGaN層を含む発光層と、
を備え、
前記発光層の歪みが-2%~+2%であり、
前記発光層の発光端面が電荷中性面であり、
前記発光層からの発光の偏光の光学利得が、基板面内でc軸に垂直な方向より、c軸を基板面に投影した方向の方が強くなる範囲から点(x,y)が選択され
前記発光層から発せられる光の発光波長が500~550nmであることを特徴とする発光素子。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008222095thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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