[发明专利]氮化物系半导体发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物系半导体发光元件及其制造方法。本发明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。

背景技术

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：Al_xGa_yIn_zN(0≤x、y、z≤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1×10⁹cm^-2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：ELO)。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1×10⁹cm^-2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1×10⁷cm^-2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

本申请的发明人在通过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匀的变形。该不均匀的变形的分布会引起面内的不均匀的发光，因此是不优选的。

发明内容

本发明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匀的变形的产生。

本发明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Al_aIn_bGa_cN结晶层(a+b+c＝1，a≥0，b≥0，c≥0)的活性层；Al_dGa_eN溢出抑制层(d+e＝1，d＞0，e≥0)；和Al_fGa_gN层(f+g＝1，f≥0，g≥0，f＜d)，所述Al_dGa_eN溢出抑制层设置在所述活性层与所述Al_fGa_gN层之间，所述Al_dGa_eN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1°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Al_dGa_eN溢出抑制层中的最靠近所述活性层的位置。