[发明专利]氮化物半导体发光元件及外延衬底

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光元件及外延衬底。

背景技术

专利文献1中，记载了利用GaN半导体的半导体发光元件。在该半导体发光元件中，为了减少因载流子注入而产生的载流子溢流，在有源层的上部和下部中的任意一个部位设置层叠的包含AlGaN/GaN的多量子势垒或包含AlGaN/InGaN的应变补偿多量子势垒。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特愿2001-31298号公报

发明内容

专利文献1提供了使用多量子势垒来降低注入至半导体发光元件的有源层中的载流子的溢流的技术方案。在专利文献1中，作为优选方式，公开了在蓝宝石衬底上制作该半导体发光元件的技术方案。

氮化物半导体发光元件包含n型半导体层、有源层及p型半导体层。在有源层上生长例如AlGaN电子阻挡层或AlGaN覆层。在半极性面上，这些AlGaN基半导体容易产生晶格弛豫。根据本发明人的见解，在半极性面上的AlGaN基半导体中，滑移面(例如c面滑移面)具有活性，不是通过在该半导体中产生裂纹而是通过在界面处导入错配位错，而使半极性面上的AlGaN基半导体的应变缓和。该晶格弛豫的产生可减小AlGaN基半导体的应变，且使压电极化发生变化。因此，在AlGaN基半导体及与该AlGaN基半导体邻接的半导体中，压电极化的变化会对电子阻挡结构的势垒产生电的影响。根据本发明人的研究，由晶格弛豫引起的压电极化的变化在某些情况下可能会降低电子阻挡层的载流子阻挡性能。

本发明的目的在于提供可减少由晶格弛豫引起的载流子阻挡性能降低的氮化物半导体发光元件，另外，本发明的目的在于提供用于该氮化物半导体发光元件的外延衬底。

本发明的一个方面的氮化物半导体发光元件包含：(a)支撑基体，其包含六方晶系氮化镓半导体；(b)半导体区域，其设置于上述支撑基体的主面上，且包含有源层、第一氮化镓基半导体层、电子阻挡层及第二氮化镓基半导体层；和(c)p型覆层，其位于上述半导体区域的主面上。上述六方晶系氮化镓半导体的c轴相对于上述支撑基体的上述主面的法线轴朝规定的方向倾斜，上述p型覆层包含AlGaN，上述电子阻挡层包含AlGaN，上述第一氮化镓基半导体层设置于上述有源层与上述电子阻挡层之间，上述第二氮化镓基半导体层设置于上述p型覆层与上述电子阻挡层之间，上述第二氮化镓基半导体层的材料与上述电子阻挡层的材料不同，上述第二氮化镓基半导体层的材料与上述p型覆层的材料不同，上述第一氮化镓基半导体层的带隙小于上述电子阻挡层的带隙，上述电子阻挡层承受上述规定方向的拉伸应变，上述第一氮化镓基半导体层承受上述规定方向的压缩应变，上述第一氮化镓基半导体层与上述电子阻挡层的界面处的错配位错密度低于上述第二氮化镓基半导体层与上述p型覆层的界面处的错配位错密度。

该氮化物半导体发光元件包括包含AlGaN的p型覆层及包含AlGaN的电子阻挡层。另外，电子阻挡层与第一氮化镓基半导体层的界面处的错配位错密度低于p型覆层与第二氮化镓基半导体层的界面处的错配位错密度。因此，在电子阻挡层中，实质上未产生因错配位错的导入而引起的应变缓和。因此，电子阻挡层承受规定方向的拉伸应变。当电子阻挡层承受规定方向的拉伸应变时，电子阻挡层的压电极化包含自有源层朝向p型覆层的成分。由于该压电极化，使电子阻挡层与第一氮化镓基半导体层的界面对电子的势垒升高。另外，第一氮化镓基半导体层的带隙小于电子阻挡层的带隙，第一氮化镓基半导体层承受规定方向的压缩应变。当第一氮化镓基半导体层承受规定方向的压缩应变时，第一氮化镓基半导体层的压电极化包含自p型覆层朝向有源层的成分。进而，由于第二氮化镓基半导体层与p型覆层的界面处的错配位错密度的导入，使得一部分或全部的p型覆层中产生晶格弛豫，并且在p型覆层中，由应变引起的极化变小。通过该错配位错，可减小形成于有源层上的半导体层与p型覆层的晶格常数差对电子阻挡层的影响。电子阻挡层通过第二氮化镓基半导体层与p型覆层隔开。因此，可减小p型覆层对电子阻挡层的应变的影响，由此，可对电子阻挡层赋予所需的应变。电子阻挡层不受p型覆层的晶格弛豫的位错的影响。

在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选：上述第二氮化镓基半导体层的折射率大于上述电子阻挡层的折射率，且上述第二氮化镓基半导体层的折射率大于上述p型覆层的折射率。

根据该氮化物半导体发光元件，第二氮化镓基半导体层可作为光导层发挥作用，且第一氮化镓基半导体层可作为光导层发挥作用。