一例进行说明。
[0093]图8是第2实施方式的发光元件的垂直截面图。发光元件100是LED元件，具有:Ga2O3基板12、Ga2O3基板12上的介电体层13、介电体层13上的η型包覆层14、η型包覆层14上的发光层15、发光层15上的P型包覆层16、P型包覆层16上的接触层17、接触层17上的P型电极18以及Ga2O3基板12的与介电体层13相反的一侧的面上的η型电极19。
[0094]Ga2O3基板12和介电体层13分别相当于第I实施方式的Ga2O3基板2、介电体层3。另外，η型包覆层14由氮化物半导体晶体构成，因此至少η型包覆层14相当于第I实施方式的氮化物半导体层4。在η型包覆层14上的层由氮化物半导体晶体构成的情况下，由η型包覆层14和其上的氮化物半导体晶体构成的层相当于氮化物半导体层4。例如，在η型包覆层14、发光层15、p型包覆层16以及接触层17由氮化物半导体晶体构成的情况下，这些层全部相当于氮化物半导体层4。
[0095]发光元件100是垂直驱动型的发光元件，在动作时，对Ga2O3基板12和相当于氮化物半导体层4的上述层通电。
[0096]发光元件100使用第I实施方式的晶体层叠结构体I形成，因此相当于Ga2O3基板2的Ga2O3基板12与包含相当于氮化物半导体层4的η型包覆层14的层之间的光的透射率较高。因此，在发光元件100是从Ga2O3基板12侧提取光的倒装型的发光元件的情况下，能使从发光层15发出并朝向Ga2O3基板12的光有效地透射，能得到较高的光输出。
[0097]另外，在发光元件100是从接触层17侧提取光的正装型的发光元件的情况下，能抑制从发光层15发出并朝向Ga2O3基板12的光在η型包覆层14和Ga2O3基板12的界面发生反射而被发光层15等吸收。由此，能得到较高的光输出。
[0098](发光元件的特性)
[0099]以下与比较例的发光元件的特性相比较来对本实施方式的发光元件100的电流一电压特性以及光输出特性进行说明。
[0100]接着表示用于这些电流一电压特性、以及光输出特性的测定的发光元件100的具体构成。
[0101]Ga2O3基板12是厚度为400 μm、上表面的面方位为(一 201)的η型的β — Ga2O3基板。介电体层13是厚度为I ym、折射率为1.89、被覆率(介电体层13将Ga2O3基板12的上表面的氮化物半导体层14的正下方的区域覆盖的比例)为15%的SiN层。η型包覆层14是厚度6 μm的η型的GaN晶体膜。发光层15是使厚度2.8nm的GaN晶体膜和厚度12nm的InGaN晶体膜交替地层叠形成的由7层GaN晶体膜和7层InGaN晶体膜构成的层。P型包覆层16是厚度0.2 ym的P型的GaN晶体膜。接触层17是厚度0.15 ym的p型的GaN晶体膜。
[0102]比较例的发光元件的构成是从发光元件100的构成省去了介电体层13。
[0103]图9是表示第2实施方式以及比较例的介电体层是SiN层的情况下的发光元件的纵向的电流一电压特性的坐标图。图9的横轴表示电压(V)，纵轴表示电流(mA)。
[0104]用于图9的测定的第2实施方式的介电体层13是SiN层。可确认:在介电体层13是SiN层的情况下，可得到特别优良的发光元件100的纵向(垂直方向)的电流一电压特性。
[0105]如图9所示，具有作为SiN层的介电体层13的本实施方式的发光元件100与不具有作为SiN层的介电体层13的比较例的发光元件相比，使特定的电流流过所需的电压较小。其结果表示，通过设置作为SiN层的介电体层13，能减小发光元件的驱动电压。
[0106]图10是表示第2实施方式以及比较例的发光元件的光输出特性的坐标图。图10的横轴表示发光波长(nm)，纵轴表示光输出(任意单位)。在该测定中，将发光元件100的P型电极18侧安装到座架，进行全光束测定。
[0107]图10表示:具有介电体层13的本实施方式的发光元件100与不具有介电体层13的比较例的发光元件相比，光输出较大。其结果表示:通过设置介电体层13，能提高发光元件的光输出。
[0108]可以认为以上结果是由于如下引起的:通过设置介电体层13，相当于氮化物半导体层4的η型包覆层14、发光层15、ρ型包覆层16以及接触层17的晶体品质提高，Ga2O3基板12和η型包覆层14的界面的反射率降低等。另外，由于使用SiN层作为介电体13，因此Ga2O3基板12和η型包覆层14欧姆接合也非常有助于上述结果。
[0109]图11是表示通过光学模拟求出的介电体层的材料和发光元件的光提取效率的关系的一例的坐标图。
[0110]在该光学模拟中，假设Ga2O3基板12的折射率为1.9，与介电体层13对应的介电体层由直径2 μ m、间距3 μ m、高度I μ m的点图案构成，从Ga2O3基板12侧提取从发光层发出的光。在此，作为介电体层，使用S1Jl (n = 1.46)、SiN层(η = 1.9)以及ZnO层(η =
2.2) ο其中，仅SiN层满足本实施方式的介电体层13的折射率的条件。
[0111]图11的光提取效率是在本实施方式的发光元件100中，将在Ga2O3基板12的表面取代介电体层13而形成相同形状的凹凸的情况下的光提取效率作为基准而标准化所得的。但是，成为该基准的光提取效率是假设在表面形成有凹凸的Ga2O3基板12上形成有晶体品质良好的η型包覆层14、发光层15、ρ型包覆层16以及接触层17的情况下的理论值。实际上，如使用图4说明的那样，难以在表面形成有凹凸的Ga2O3基板上形成晶体品质良好的氮化物半导体层，因此难以得到晶体品质高的η型包覆层14、发光层15、ρ型包覆层16以及接触层17。
[0112]图11表示在使用满足介电体层13的折射率的条件的SiN层作为介电体层的情况下光提取效率最尚。
[0113]另外，根据光学模拟，在介电体层的折射率为1.75以上且2.05以下时，即与Ga2O3基板12的折射率之差为0.15以下时，求出光提取效率成为基准值的大约98.5%以上。
[0114](第2实施方式的效果)
[0115]根据第2实施方式，通过使用氮化物半导体层4的晶体品质较高、Ga2O3基板2和氮化物半导体层4欧姆接合的第I实施方式的晶体层叠结构体1，能得到光输出高且驱动电压较低的发光元件100。
[0116]以上说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，能在不脱离发明主旨的范围内作出各种变形后实施。
[0117]另外，上述记载的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。另外，应注意的是:用于解决发明的课题的方案并不一定需要在实施方式中说明的特征的全部组合。
[0118]工业h的可利用件
[0119]提供晶体层叠结构体和包含该晶体层叠结构体的发光元件，晶体层叠结构体能实现光输出较高的发光元件，具有Ga2O3基板和氮化物半导体层。
[0120]附图标记说曰月
[0121]1:晶体层叠结构体；2、12:Ga203基板；3、13:介电体层；4:氮化物半导体层；100:发光元件。
【主权项】
1.一种晶体层叠结构体，其具有: Ga2 O3基板； 介电体层，其以部分地覆盖所述Ga2O3基板的上表面的方式形成于所述Ga 203基板上，与所述Ga2O3基板的折射率之差为0.15以下；以及 氮化物半导体层，其隔着所述介电体层形成于所述Ga2O3基板上，与所述介电体层和所述Ga2O3基板的上表面的没有被所述介电体层覆盖的部分接触。2.根据权利要求1所述的晶体层叠结构体，其中， 所述介电体层是以SiN为主成分的SiN层。3.根据权利要求1或2所述的晶体层叠结构体，其中， 所述氮化物半导体层是GaN层。4.根据权利要求3所述的晶体层叠结构体，其中， 所述氮化物半导体层的上表面的面方位为(002)。5.根据权利要求1或2所述的晶体层叠结构体，其中， 所述介电体层的厚度为0.5 μπι以上。6.一种发光元件，其包含权利要求1或2所述的晶体层叠结构体， 对所述Ga2O3基板和所述氮化物半导体层通电。
【专利摘要】提供一种晶体层叠结构体和包含该晶体层叠结构体的发光元件，晶体层叠结构体能实现光输出较高的发光元件，具有Ga2O3基板和氮化物半导体层。在一实施方式中提供一种晶体层叠结构体(1)，其具有：Ga2O3基板(2)；介电体层(3)，其以部分地覆盖Ga2O3基板(2)的上表面的方式形成于Ga2O3基板(2)上，与Ga2O3基板(2)的折射率之差为0.15以下；以及氮化物半导体层(4)，其隔着介电体层(3)形成于Ga2O3基板(2)上，与介电体层(3)和Ga2O3基板(2)的上表面的没有被介电体层(3)覆盖的部分接触。
【IPC分类】H01L33/16, C23C16/34, H01L33/22, H01L21/205, H01L33/32, C30B29/38
【公开号】CN104885195
【申请号】CN201380068787
【发明人】森岛嘉克, 佐藤慎九郎, 俊藤健, 饭冢和幸, 仓又朗人
【申请人】株式会社田村制作所, 株式会社光波
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月25日
【公告号】EP2945187A1, US20150364646, WO2014109233A1