[发明专利]Ⅲ族氮化物类半导体发光元件及外延晶圆

说明书

技术领域

本发明涉及一种III族氮化物类半导体发光元件及外延晶圆。

背景技术

在专利文献1(JP特开平6-260683号公报)中公开了双异质结构的蓝色发光元件。在蓝宝石基板、SiC基板、ZnO基板等异种基板上设置有由GaN构成的低温缓冲层。在该缓冲层上依次生长n型GaN层(第一包覆层)、掺杂Zn的InGaN层(发光层)、掺杂Mg的p型GaN层(第二包覆层)。

专利文献1的蓝色发光元件包括在c面蓝宝石基板上生长的InGaN发光层。此外，蓝色发光元件等III族氮化物类半导体发光元件，可以制作在c面GaN基板上。最近，利用与极性的c面不同的半极性或非极性的GaN基板来制作III族氮化物类半导体发光元件。根据发明人的实验，在半极性面上生长的氮化镓类半导体中的空穴的动作，与在极性面上生长的氮化镓类半导体中的空穴的动作不同。根据发明人的具体研究，半极性面上的氮化镓类半导体中的空穴的扩散长度大于c面上的氮化镓类半导体中的空穴的扩散长度。因此，在制作于半极性基板上的发光元件中，注入到活性层中的空穴从该活性层溢出。因此发光的量子效率差。

发明内容

本发明鉴于该情况，其目的在于提供一种可以降低空穴从活性层的溢出而提高量子效率的III族氮化物类半导体发光元件，此外其目的在于提供一种用于该III族氮化物类半导体发光元件的外延晶圆。

本发明的一个方面的III族氮化物类半导体发光元件包括：(a)n型的氮化镓类半导体区域，具有沿着预定平面延伸的主面；(b)p型氮化镓类半导体区域；(c)由第一氮化镓类半导体构成的空穴阻挡层；和(d)由氮化镓类半导体构成的活性层，设置在上述p型氮化镓类半导体区域和上述空穴阻挡层之间。上述空穴阻挡层及上述活性层配置在上述氮化镓类半导体区域的上述主面和上述p型氮化镓类半导体区域之间，上述氮化镓类半导体区域的c轴相对于上述预定平面的法线倾斜，上述空穴阻挡层的带隙大于上述氮化镓类半导体区域的带隙，上述空穴阻挡层的带隙大于上述活性层中的带隙的最大值，上述空穴阻挡层的厚度小于上述氮化镓类半导体区域的厚度。

根据该III族氮化物类半导体发光元件，活性层设置在p型氮化镓类半导体区域和空穴阻挡层之间，因此p型氮化镓类半导体区域向活性层供给空穴。空穴阻挡层的带隙大于氮化镓类半导体区域的带隙，因此空穴阻挡层对于活性层内的空穴起到障壁的作用。从而空穴阻挡层可以降低从活性层溢出并到达氮化镓类半导体区域的空穴的量。此外，空穴阻挡层的厚度小于氮化镓类半导体区域的厚度，因此空穴阻挡层对于从氮化镓类半导体区域供给到活性层的电子，不呈现较大的电阻。

在本发明的III族氮化物类半导体发光元件中，优选的是，上述氮化镓类半导体区域的c轴和上述预定平面的法线所成的倾斜角为10度以上、80度以下。

在本发明的III族氮化物类半导体发光元件中，优选的是，上述空穴阻挡层的厚度为5nm以上。通过该III族氮化物类半导体发光元件，不会产生空穴的隧道效应。

在本发明的III族氮化物类半导体发光元件中，优选的是，上述空穴阻挡层的厚度为50nm以下。通过该III族氮化物类半导体发光元件，对于从n型的氮化镓类半导体区域供给到活性层的电子，空穴阻挡层不呈现较大的电阻。

在本发明的III族氮化物类半导体发光元件中，优选的是，在上述空穴阻挡层中添加有n型掺杂剂。通过该III族氮化物类半导体发光元件，通过n型掺杂剂的添加可以降低空穴阻挡层的电阻。

在本发明的III族氮化物类半导体发光元件中，优选的是，上述空穴阻挡层的上述第一氮化镓类半导体作为III族元素包括镓、铟及铝。通过该III族氮化物类半导体发光元件，通过使用四元混晶，空穴阻挡层不仅成为相对于空穴的障壁，而且可以提供所需要的晶格常数。

在本发明的III族氮化物类半导体发光元件中，优选的是，上述空穴阻挡层的上述第一氮化镓类半导体作为III族包括铟，上述空穴阻挡层的铟组成大于0且在0.3以下。

在本发明的III族氮化物类半导体发光元件中，优选的是，上述空穴阻挡层包括AlGaN层。作为空穴阻挡层的材料，不仅可以使用InAlGaN，也可以使用AlGaN。通过AlGaN，可以提供具有大的带隙的空穴阻挡层。

在本发明的III族氮化物类半导体发光元件中，优选的是，上述空穴阻挡层的上述第一氮化镓类半导体组我诶III族包括铝，上述空穴阻挡层的铝组成大于0且在0.5以下。