实施方式的氮化物类半导体发光元件具有生长面为m面、由GaN类半导体形成的半导体层叠结构。半导体层叠结构具有：n型半导体层；p型半导体层；设置于所述p型半导体层上的p侧电极；和位于所述n型半导体层与所述p型半导体层之间的活性层。活性层的厚度与n型半导体层的厚度比D为1.8×10-4≤D≤14.1×10-4，p侧电极的面积S为1×102μm2≤S≤9×104μm2，外部量子效率成为最大时的88%时的最大电流密度为2A/mm2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。
技术介绍
具有VA族元素氮(N)的氮化物半导体由于其能带隙(band-gap)的大小，作为短波发光元件的材料被看好。其中，氮化镓类化合物半导体(GaN类半导体)的研究在积极进行，以蓝色发光二极管(LED)、绿色LED和GaN类半导体为材料的半导体激光器也在被实用化(例如，参照专利文献1、2)。GaN类半导体具有纤锌矿型晶体结构。图1示意性地表示GaN的单位晶格。在AlxGayInzN (O彡x, y, z彡I, x + y + z = I)半导体的晶体中，图1所示Ga的一部分可以由Al及/或In置换。图2表示为了用4指数标记(六方晶系指数)表示纤锌矿型晶体结构的面而一般所使用的四个基本矢量al、a2、a3、c。基本矢量c在方向上延伸，该方向称为“c轴”。与c轴垂直的面(plane)称为“c面”或者“(0001)面”。此外，“c轴”和“c面”有时分别被记作“C轴”和“C面”。在使用GaN类半导体制作半导体元件的情况下，作为使GaN类半导体结晶生长的基板，使用c面基板、即表面具有(0001)面的基板。但是，因为在c面中Ga的原子层的位置和氮的原子层的位置在c轴方向上有细微的偏差，所以形成极化(ElectricalPolarization)。因此，“c面”被称为“极性面”。极化的结果是，在活性层的InGaN的量子阱沿着c轴方向产生压电电场。此种压电电场在活性层产生时，由于因载流子的量子限制斯塔克效应而活性层的电子和空穴的分布在位置上产生偏差，所以内部量子效率(IQE:1nternal Quantum Efficiency)降低。因此,若为半导体激光器,贝U引起阈值电流的增大。若为LED，则引起消耗电力的增大或发光效率的降低。另外，在注入载流子密度上升并且引起压电电场的屏蔽(screening),还产生发光波长的变化。于是，为解决这些课题，在研究使用在表面具有非极性面，例如与[10-10]方向垂直的被称为m面的(10-10)面的基板。此处，表示密勒指数的括号内的数字左边附加的为“横杠(bar)”的意思。如图2所示，m面为与c轴(基本矢量c)平行的面，与c面正交。因为在m面上Ga原子与氮原子存在于同一原子面上，所以在与m面垂直的方向上不发生极化。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，则由于活性层上也不产生压电电场，所以能够解决上述课题。m 面为(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面的总称。此外，在本说明书中“X面生长”是指在与六方晶类纤锌矿结构的X面(X = C、m)垂直的方向上产生外延生长。在X面生长中，有时将X面称为“生长面”。另外，有时将由X面生长而形成的半导体的层称为“X面半导体层”。专利文献I 5公开了具有m面半导体层的层叠结构的氮化物类半导体元件。现有技术文献专利文献专利文献1:国际公开第2010/113405号专利文献2:国际公开第2010/113406号专利文献3:国际公开第2010/113399号专利文献4:国际公开第2010/103804号专利文献5:国际公开第2010/052810号
技术实现思路
专利技术所要解决的课题 但是希望进一步提高m面的发光效率。本专利技术的实施方式提供高发光效率的。用于解决课题的手段在本专利技术的一个专利技术方式中，氮化物类半导体发光元件，其具有生长面为m面、由GaN类半导体形成的半导体层叠结构，所述半导体层叠结构具有:n型半导体层、P型半导体层、设置在所述P型半导体层上的P侧电极、和位于所述η型半导体层与所述P型半导体层之间的活性层，所述活性层的厚度与所述η型半导体层的厚度之比D为1.8 X I(T4 ^ D ^ 14.1X 10Λ所述ρ侧电极的面积S为I X IO2 μ m2彡S彡9 X IO4 μ m2，外部量子效率成为最大时的88%的最大电流密度为2A/mm2以上。在本专利技术的一个方式中，光源具有:上述任一个氮化物类半导体发光元件；和波长转换部，其包含对从所述氮化物类半导体发光元件放射的光的波长进行转换的荧光物质。在本专利技术的一个专利技术方式中，氮化物类半导体发光元件的制造方法包括:形成生长面为m面的由GaN类半导体形成的半导体层叠结构的工序(a);和在所述半导体层叠结构上形成P侧电极的工序(b)，所述工序(a)包括:形成η型半导体层的工序(al )、在所述工序(al)后形成活性层的活性层形成工序(a2)、和在所述工序(a2)后形成ρ型半导体层的工序(a3)。在所述工序(al)和(a2)中，以外部量子效率成为最大时的88%的最大电流密度为2A/mm2以上的方式形成所述η型半导体层和所述活性层，在所述工序(a2)中，以所述活性层的厚度与所述η型半导体层的最终的厚度之比D为1.8 X 10_4 < D < 14.1 X 10_4的方式形成所述活性层，在所述工序(b)中，以所述ρ侧电极的面积S为1Χ102μπι2μπι2彡S彡9Χ104μπι2的方式形成所述P侧电极。专利技术效果根据本专利技术的实施方式能够提高生长面为m面的氮化物类半导体发光元件的发光效率。附图说明图1是示意性地表示GaN的单位晶格的立体图。图2是表示纤锌矿型晶体结构的基本矢量al、a2、a3、c的立体图。图3 Ca)是第一实施方式的氮化物类半导体发光元件100的截面示意图，(b)是表示m面的晶体结构的图，(c)是表示c面的晶体结构的图。图4 (a)和(b)是表示通过SIMS分析得到的现有技术的c面和m面氮化物类半导体发光元件中的氧、Al、In在深度方向上的曲线的图表。图5是表示内部量子效率(IQE)对激励光密度依赖性的图表。图6是表示现有技术的c面和m面LED结构中的外部量子效率(EQE =ExternalQuantum Efficiency)的表格。图7是表示注入电流密度对芯片大小依赖性的图表。图8是表示外部量子效率对η型GaN类半导体区域厚度依赖性的图表。图9是表示光输出对η型GaN类半导体区域厚度依赖性的图表。图10是表示外部量子效率的下降对于活性层的厚度与η型半导体层的厚度之比D的依赖性的图表。图11是表示各种c面和m面氮化物类半导体发光元件中的外部量子效率的图表。图12是表示现有技术和本实施方式的m面氮化物类半导体发光元件中的光输出的图表。图13是表不白色光源的实施方式的截面图。具体实施例方式—般而言，在c面LED中，为了取得大的输出而增加电流时，因为注入载流子从活性层溢出，所以产生发光效率的降低。为了防止该溢出，可以考虑通过增加活性层的厚度来减小活性层的载流子密度。因为若注入活性层的电流一定，则活性层的体积越增加，活性层内部的单位体积所包含的载流子的数量越减少，溢出被抑制。但是，在c面LED的情况下，即使增加活性层的厚度，因为存在压电电场，所以反而发光效率降低。因此，现有技术的c面LED中，不是通过增加活性层的厚度而是通过增大芯片面积来减小活性层内的载流子密度。因为芯片面积与活性层的面积相对应，所以增加芯片面积时，能够增大活性层的体积。在使用GaN类基板的情况下，芯片面积通常被设定为Imm2或其以上的大小。另一方面，在m面LED中，因为在活性层内不产生压电电场，所以即使增加活性层的厚度发光效本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.18 JP 2011-1111101.一种氮化物类半导体发光元件，其特征在于:具有生长面为m面、由GaN类半导体形成的半导体层叠结构，所述半导体层叠结构具有:n型半导体层；p型半导体层；设置于所述P型半导体层上的P侧电极；和位于所述η型半导体层与所述P型半导体层之间的活性层，所述活性层的厚度与所述η型半导体层的厚度之比D为1.8 X 10_4≤D≤14.1X10_4，所述P侧电极的面积S为I X IO2 μ m2≤S≤9 X IO4 μ m2，外部量子效率成为最大时的88%时的最大电流密度为2A/mm2以上。2.如权利要求1所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于:所述活性层的厚度与所述η型半导体层的厚度之比D为2.62X 10_4 ≤D ≤8.49Χ 10_4。3.如权利要求1或者2所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于:所述P侧电极的面积S为I X IO2 μ m2 ≤S ≤4 X IO4 μ m2。4.如权利要求1 3中任一项所述的氮化物类半导体元件，其特征在于:所述活性层具有2X IO17CnT3以上的氧浓度。5.如权利要求1 4中任一项所述的氮化物类半导体元件，其特征在于:所述活性层的厚度为0.027 μ m以上0.045 μ m以下。6.如权利要求1 5中任一项所述的氮化物类半导体发光兀件,其特征在于:所述η型半导体层包括由η型半导体形成的基板。7.如权利要求1 6中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于:所述半导体层叠结构由AlxGayInzN半导体形成,其中x + y + z = l,x≥O, y≥O,z ≥O。8.一种光源，其特征在于，包括:权利要求1 7中任一项所述的氮化物类半导体发光元件；和包含对从所述氮化物类半导体发光元件发射出的光的波长进行转换的荧光物质的波长转换部。9.一种氮化物类半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括:形成生长面为m面、由GaN类半导体形成的半导体层叠结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：横川俊哉，岩永顺子，井上彰，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：
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