氮化物系半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种氮化物系半导体发光元件及其制造方法。本发明专利技术的氮化物系半导体发光元件是具有氮化物系半导体层叠结构（５０ａ）的氮化物系半导体发光元件，氮化物系半导体层叠结构（５０ａ）包括：包含ＡｌａＩｎｂＧａｃＮ结晶层（ａ＋ｂ＋ｃ＝１，ａ≥０，ｂ≥０，ｃ≥０）的活性层（３２）；ＡｌｄＧａｅＮ溢出抑制层（３６）（ｄ＋ｅ＝１，ｄ＞０，ｅ≥０）；和ＡｌｆＧａｇＮ层（３８）（ｆ＋ｇ＝１，ｆ≥０，ｇ≥０，ｆ＜ｄ），ＡｌｄＧａｅＮ溢出抑制层（３６）设置在活性层（３２）与ＡｌｆＧａｇＮ层（３８）之间，ＡｌｄＧａｅＮ溢出抑制层（３６）包括含有浓度在１×１０１６ａｔｍｓ／ｃｍ３以上且８×１０１８ａｔｍｓ／ｃｍ３以下的Ｉｎ的层（３５）。氮化物系半导体层叠结构（５０ａ）的主面的法线与ｍ面的法线形成的角度在１°以上且５°以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。本专利技术特别是涉及从期待在显示、照明及光信息处理领域等中应用的紫外光到蓝色、绿色、橙色及白色等所有可见光区域的波段的发光二极管、激光二极管等GaN系半导体发光元件。
技术介绍
作为V族元素具有氮(N)的氮化物半导体由于其带隙的大小，有望被作为短波长发光元件的材料。其中，正在广泛进行氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体: AlxGayInzN (0彡x、y、ζ彡1，x+y+z = 1))的研究，蓝色发光二极管(LED)、绿色LED以及以 GaN系半导体为材料的半导体激光器也正在被实用化(例如，参照专利文献1、2)。在使用GaN系半导体制作半导体元件的情况下，作为使GaN系半导体结晶生长的基板，例如，使用蓝宝石基板、SiC基板、Si基板等。但是，无论使用哪一种基板，都很难在基板与GaN系半导体结晶之间实现晶格匹配(共格生长)。结果，在GaN系半导体结晶内，大多情况下会产生位错(刃型位错、螺旋位错、混合位错)，例如，在使用了蓝宝石基板或SiC 基板的情况下，会以约IX IO9CnT2程度的密度形成位错。结果，若是半导体激光器，则会引起阈值电流的增大或可靠性的降低，若是LED，则会引起功耗的增大或效率或者可靠性的降低。此外，在已知的GaN基板中，位错密度会降低，但是在结晶中残留的变形较大，即使在这之上形成GaN系半导体结晶，也无法避免同样的问题。作为降低GaN系半导体结晶内的位错密度的方法，提出了选择横向生长 (Epitaxial Lateral Overgrowth :EL0)。该方法在晶格失配较大的系中作为降低贯通位错的方法比较有效。若根据ELO法在上述的各基板上使GaN系半导体结晶生长，则在籽晶的上部会形成具有约1 X IO9CnT2程度的位错密度的位错较多的区域，在横向生长的部分，能够将位错密度降低至IX IO7CnT2程度。而且，通过在该位错少的区域的上部形成活性区域即电子注入区域，能够提高可靠性。专利文献1 日本特开2001-308462号公报专利文献2 日本特开2003-332697号公报本申请的专利技术人在通过ELO法使结晶生长的GaN系半导体发光元件中发现了新的课题。即，通过X线微束调查根据ELO法使结晶生长的GaN系半导体结晶，发现了在GaN系半导体结晶的面内分布着不均勻的变形。该不均勻的变形的分布会引起面内的不均勻的发光，因此是不优选的。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述课题而完成，其主要目的在于控制通过ELO法使结晶生长的氮化物系半导体发光元件中的不均勻的变形的产生。本专利技术的氮化物系半导体发光元件是具有氮化物系半导体层叠结构的氮化物系半导体发光元件，所述氮化物系半导体层叠结构包括包含AlaInbGaeN结晶层(a+b+c = 1，a彡0，b彡0，c彡0)的活性层；AldGaeN溢出抑制层(d+e = l，d > 0，e彡0)；和AlfGagN层 (f+g = 1，f彡0，g彡0，f < d)，所述AldGaeN溢出抑制层设置在所述活性层与所述AlfGagN 层之间，所述AldGaeN溢出抑制层包括含有浓度在1 X 1016atms/cm3以上且8 X 1018atms/cm3 以下的In的层，所述氮化物系半导体层叠结构的主面的法线与m面的法线形成的角度在 1°以上且5°以下。 在某一实施方式中，所述氮化物系半导体层叠结构是向c轴方向或a轴方向倾斜的半导体层。 在某一实施方式中，所述氮化物系半导体层叠结构设置在GaN基板上，所述GaN基板的主面的法线与m面的法线形成的角度在Γ以上且5°以下。在某一实施方式中，所述含有In的层配置在所述AldGaeN溢出抑制层中的最靠近所述活性层的位置。在某一实施方式中，所述含有In的层的厚度在AldGaeN溢出抑制层的厚度的一半以下。在某一实施方式中，所述含有In的层中的In浓度随着远离所述活性层而减少。在某一实施方式中，在所述活性层和所述AldGaeN溢出抑制层之间形成有不掺杂的GaN层。本专利技术的氮化物系半导体发光元件的制造方法是具有氮化物系半导体层叠结构的氮化物系半导体发光元件的制造方法，包括作为所述氮化物系半导体层叠结构中的一部分而形成包含AlaInbGaeN结晶层(a+b+c =0，b彡0，c彡0)的活性层的工序(a)； 作为所述氮化物系半导体层叠结构的一部分而形成AldGaeN溢出抑制层(d+e = 1，d > 0， e彡0)的工序(b)；作为所述氮化物系半导体层叠结构的一部分而形成AlfGagN层(f+g = l，f彡0，g彡0，f <d)的工序，在所述工序(b)中，在所述AldGaeN溢出抑制层中形成含有浓度在1 X 1016atmS/Cm3以上且8X 1018atmS/Cm3以下的In的层，所述氮化物系半导体层叠结构的主面的法线与m面的法线形成的角度在Γ以上且5°以下。在某一实施方式中，所述氮化物系半导体层叠结构向c轴方向或a轴方向倾斜。在某一实施方式中，所述含有In的层配置在所述AldGaeN溢出抑制层中的最靠近所述活性层的位置。在某一实施方式中，所述含有In的层的厚度在AldGaeN溢出抑制层的厚度的一半以下。本专利技术的另一氮化物系半导体发光元件是具有氮化物系半导体层叠结构的氮化物系半导体发光元件，所述氮化物系半导体层叠结构包括包含AlaInbGaeN结晶层(a+b+c =1，a彡0，b彡0，c彡0)的活性层；AldGaeN溢出抑制层(d+e = 1，d > 0，e彡0)；和 AlfGagN层(f+g = 1，f彡0，g彡0，f < d)，所述AldGa少溢出抑制层设置在所述活性层与所述AlfGagN层之间，所述AldGaeN溢出抑制层包括含有浓度在1 X 1016atmS/Cm3以上且 lX1019atms/cm3以下的In的层，所述氮化物系半导体层叠结构的主面的法线与m面的法线形成的角度在1°以上且5°以下，所述含有In的层的厚度在所述AldGaeN溢出抑制层的厚度的一半以下。本专利技术的另一氮化物系半导体发光元件的制造方法是具有氮化物系半导体层叠结构的氮化物系半导体发光元件的制造方法，包括作为所述氮化物系半导体层叠结构中的一部分而形成包括AlaInbGaeN结晶层(a+b+c = 1，a彡0，b彡0，c彡0)的活性层的工序(a)；作为所述氮化物系半导体层叠结构的一部分而形成AldGaeN溢出抑制层(d+e = 1， d>0，e彡0)的工序(b)；和作为所述氮化物系半导体层叠结构的一部分而形成 (f+g = 1，f彡0，g彡0，f < d)的工序，在所述工序(b)中，在所述AldGaeN溢出抑制层中形成含有浓度在lX1016atmS/Cm3以上且1 X 1019atmS/Cm3以下的In的层，所述氮化物系半导体层叠结构的主面的法线与m面的法线形成的角度在Γ以上且5°以下，所述含有In 的层的厚度在所述AldGa6N溢出抑制层的厚度的一半以下。(专利技术效果)根据本专利技术，通过在AldGaeN层中形成含有浓度在IX 1016atms/cm3以上且 lX1019atms/cm3以下的In的层，能够抑制氮化物系半导体发光元件中的不均勻的变形的产生。结果，能够在氮化物系半导体发光元件中本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氮化物系半导体发光元件，具有氮化物系半导体层叠结构，其中，所述氮化物系半导体层叠结构包括：包含ＡｌａＩｎｂＧａｃＮ结晶层的活性层，其中，ａ＋ｂ＋ｃ＝１，ａ≥０，ｂ≥０，ｃ≥０；ＡｌｄＧａｅＮ溢出抑制层，其中，ｄ＋ｅ＝１，ｄ＞０，ｅ≥０；和ＡｌｆＧａｇＮ层，其中，ｆ＋ｇ＝１，ｆ≥０，ｇ≥０，ｆ＜ｄ；所述ＡｌｄＧａｅＮ溢出抑制层设置在所述活性层与所述ＡｌｆＧａｇＮ层之间；所述ＡｌｄＧａｅＮ溢出抑制层包括含有浓度在１×１０１６ａｔｍｓ／ｃｍ３以上且８×１０１８ａｔｍｓ／ｃｍ３以下的Ｉｎ的层；所述氮化物系半导体层叠结构的主面的法线和ｍ面的法线形成的角度在１°以上且５°以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：横川俊哉，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP