一种氮化物系半导体发光元件（３１），具有如下：以ｍ面为主面的ｎ型ＧａＮ基板（１）；ｎ型ＧａＮ基板（１）之上接触而形成的电流扩散层（７）；在电流扩散层（７）之上形成的ｎ型氮化物半导体层（２）；在ｎ型氮化物半导体层（２）之上形成的活性层（３）；在活性层（３）之上形成的ｐ型氮化物半导体层（４）；与ｐ型氮化物半导体层（４）接触而形成的ｐ侧电极（５）；与ｎ型ＧａＮ基板（１）或ｎ型氮化物半导体层（２）接触而形成的ｎ侧电极（６），其中，ｎ型氮化物半导体层（２）的施主杂质浓度为５×１０１８ｃｍ－３以下，并且，电流扩散层（７）的施主杂质浓度是ｎ型氮化物半导体层（２）的施主杂质浓度的１０倍以上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在以m面为主面的η型GaN基板(或GaN层)上所制作的。本专利技术特别是涉及从紫外到蓝色、绿色、橙色和白色等整个可视区域的波长范围的发光二极管、激光二极管等的GaN系半导体发光元件。
技术介绍
具有作为V族元素的氮(N)的氮化物半导体，根据其带隙的大小，有望作为短波长发光元件的材料。其中，含有作为III族元素的( 的氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体=AlxGiiyInzN(0彡x、y、ζ彡1，x+y+z = 1)的研究盛行，以蓝色发光二级管(LED)、绿色 LED和GaN系半导体为材料的半导体激光器也得到实用化。GaN系半导体具有纤锌矿型晶体结构。图1模式化地表示GaN的单位晶格。在 AlxGayInzN(0彡x、y、ζ彡1，x+y+z = 1)半导体的结晶中，图1所示的( 的一部分能够被置换成Al和/或h。图2表示的是，为了以四指数表示法(六方晶指数)表示纤锌矿型晶体结构的面所通常使用的4个基本矢量 、 、％和(3。基本矢量c在W001]方向延长，该方向称为“c 轴”。与c轴垂直的面(plane)被称为“c面”或“ (0001)面”。此外，由( 等III族元素结尾的面被称为“+c面”或“(0001)面”，由氮等V族元素结尾的面称为“-c面”或“(000-1) 面”而加以区别。还有，“C轴”和“C面”也有分别表述为“C轴”和“C面”的情况。在使用GaN系半导体制作半导体元件时，作为使GaN系半导体结晶生长的基板，使用的是c面基板，即在表面具有(0001)面的基板。但是，在c面中，因为( 原子和氮原子不存在于同一原子面上，所以形成极化(Electrical Polarization)。因此，“C面”也称为 “极性面”。极化的结果是，在活性层的^GaN的量子阱中，沿c轴向发生压电电场。若这样的压电电场在活性层发生，则活性层内的电子和空穴的分布发生位置偏移，因此在载流子的量子限制斯塔克效应下，内部的量子效率降低，如果是半导体激光器，则引起阈值电流的增大；如果是LED，则引起消耗功率的增大和发光效率的降低。另外，随着注入载流子密度的上升，还发生压电电场的屏蔽，也会产生发光波长的变化。为了解决这样的课题，在表面具有作为非极性面、例如与方向垂直的被称为m面的(10-10)面的基板(m面GaN系基板)的使用得到研究。在此，在表示密勒指数的括号内的数字的左侧附加的“_”意思是横线(bar)。m面如图2所示，是与c轴(基本矢量c)平行的面，与c面正交。在m面中，因为( 原子和氮原子存在于同一原子面上，所以在与m面垂直的方向不发生自发极化。其结果是，如果在与m面垂直的方向上形成半导体层叠结构，则在活性层也不会发生压电电场，从而能够解决上述的课题。还有，m面是(10-10) 面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)的统称。还有，在本说明书中，在与六方晶纤锌矿结构的X面(X = c、m)垂直的方向上发生外延生长的情形被表示为“X面生长”。在X面生长中，将X面称为“生长面”，将通过X面生长所形成的半导体的层称为“X面半导体层”。CN 102334204 A说明书2/19 页使用了氮化物半导体的发光元件，无论在将c面和m面哪一面用于主面的情况下， 都能够分成如下两类在同一结晶生长面侧配置P侧电极和η侧电极的类型(扁平型)；和嵌入氮化物半导体层而上下配置P侧电极和η侧电极的类型(狭长型)。扁平型还可进一步分类为从P型氮化物半导体层侧引出光的偏平电极面朝上型，和从η型氮化物半导体层侧引出光的扁平电极面朝下型。扁平型的情况下，因为ρ侧电极和η侧电极在横向上远离，所以电流在P侧电极和 η侧电极最接近的部分集中，难以向活性层注入均勻的电流。由于该电场集中，发光元件的耐压降低这样的问题也存在。另一方面，狭长型也称为贴合型。在狭长型的氮化物系半导体发光元件中，P型氮化物半导体层侧被贴合在导电性基板上，在此状态下，光从η型氮化物半导体层侧被弓I出。 狭长型的情况下，因为η侧电极成为光的遮蔽物，所以需要尽可能小地形成η侧电极。在η 型氮化物半导体层中，与η侧电极接触的位置局部性地有电子注入，因此，如果在η型氮化物半导体层中电子未被充分地扩散，则难以向活性层注入均勻的电流。为了实现向活性层注入均勻的电流，作为η侧电极使用透明的电极的构造也被得到实用化。但是在此构造中产生了另一个课题，即由透明电极引起光的吸收。如上，无论是偏平型、狭长型的哪一种构造，如果在η型氮化物半导体层中电子未在横向充分地扩散，则电流电压特性劣化(工作电压变高)这样的课题存在。通常，为了使电子横向扩散，提高η型氮化物半导体层的施主杂质浓度即可。但是，在现有的形成于c面上的η型氮化物半导体层中，若使杂质浓度达到超过1 X IO19CnT3这样的高值，则结晶性劣化的问题存在(例如参照专利文献1)。因此，在得到实用化的氮化物系半导体发光元件中，η型氮化物半导体层的杂质浓度为5Χ IO18CnT3以下是普遍的。专利文献2提出一种构造，其为了实现低的正向电压(Vf)和高的发光输出功率， 作为η型氮化物半导体层，含有杂质浓度不同的η型GaN的多层膜层。在专利文献2中，记述的是使用c面的蓝宝石基板，因此认为η型氮化物半导体层的主面也是c面。图3是表示专利文献2所公开的现有的氮化物系半导体发光元件的剖面图。在图3所示的氮化物系半导体发光元件中，在基板101上配置有缓冲层102、衬底η型GaN层 103、η型接触层104、活性层105、ρ型包覆层106、ρ型接触层107。与η型接触层104接触而配置η侧焊盘电极109。与ρ型接触层107接触而配置透光性电极108，与透光性电极 108接触而配置ρ侧焊盘电极110。在η型接触层104和活性层105之间，与活性层105接触而配置有多层膜氮化物半导体层111。多层膜氮化物半导体层111，是由第一氮化物半导体层Illa和第二氮化物半导体层Illb构成的层叠结构被重复两次以上的多层膜。第一氮化物半导体层Illa是含有η型杂质的层，第二氮化物半导体层111b，是以比第一氮化物半导体层Illa低的浓度含有η型杂质的层或本征层。在专利文献2中公开的是，既能够维持低的正向电压(Vf)，又能够提高发光输出功率。在专利文献2中，发光输出功率提高的理由的详情不明，但推测是因为注入活性层的载流子的效率提高。专利文献3中，为了提供一种高的掺杂物浓度、且结晶性高的η型氮化物半导体层，提出了一种层叠结构，其含有多层具有超过ι χ IO19CnT3的掺杂物浓度的η型GaN层和厚 30nm以上的本征GaN层。在专利文献3中，完全没有提及关于η型氮化物半导体层的主面的面取向。图4是表示专利文献3所公开的现有的氮化物系半导体发光元件的剖面图。在图 4所示的氮化物系半导体发光元件中，在基板201上，配置有缓冲层202、n型氮化物半导体层203、活性层204、p型氮化物半导体层205。与η型氮化物半导体层203接触而配置η侧电极208，与ρ型氮化物半导体层205接触而配置ρ侧电极206，在ρ侧电极206上配置ρ侧焊接区207。N型氮化物半导体层203，含有配置有多层η型GaN层203a和un-GaN层20 的层本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种氮化物系半导体发光元件，其中，具有：以ｍ面为主面的ｎ型ＧａＮ基板；在所述ｎ型ＧａＮ基板之上以接触的方式所形成的电流扩散层；在所述电流扩散层之上形成的ｎ型氮化物半导体层；在所述ｎ型氮化物半导体层之上形成的活性层；在所述活性层之上形成的质浓度是所述ｎ型氮化物半导体层的施主杂质浓度的１０倍以上。ｐ型氮化物半导体层；以与所述ｐ型氮化物半导体层接触的方式形成的ｐ侧电极；和以与所述ｎ型ＧａＮ基板或所述ｎ型氮化物半导体层接触的方式所形成的ｎ侧电极，并且，所述ｎ型氮化物半导体层的施主杂质浓度为５×１０１８ｃｍ－３以下，所述电流扩散层的施主杂
【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：井上彰，
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
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