[发明专利]氮化镓系化合物半导体发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及氮化镓系化合物半导体发光二极管，特别涉及非极性面发光二极管。

背景技术

作为V族元素而具有氮(N)的氮化物半导体，由于其带隙大小的缘故而被认为作为短波长发光元件的材料非常具有发展前景。其中，氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体)的研究正广泛地进行，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也已经得到了实际应用(例如，参照专利文献1和2)。

氮化镓系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Al_aGa_bIn_cN(0≤a、b、c≤1，a+b+c＝1)半导体的结晶中，图1所示的Ga的一部分被置换成Al以及/或者In。

图2表示为了用四指数表示法(六方晶体指数)表示纤锌矿型晶体结构的面而一般使用的四个基本矢量a₁、a₂、a₃和c。基本矢量c在[0001]方向上延伸，该方向被称为[c轴]。与c轴垂直的面(plane)被称为“c面”或“(0001)面”。另外，“c轴”以及“c面”有时被分别表示为“C轴”以及“C面”。

如图3所示，在纤锌矿型晶体结构中，除了c面以外，还存在有代表性的结晶面方位。图3(a)表示(0001)面；图3(b)表示(10-10)面；图3(c)表示(11-20)面；图3(d)表示(10-12)面。在此，在表示米勒指数的括号内的数字左边的“-”是指“bar(横线)”。(0001)面、(10-10)面、(11-20)面以及(10-12)面分别是c面、m面、a面以及r面。m面以及a面是与c轴(基本矢量c)平行的“非极性面”，r面是“半极性面”。

多年以来，使用氮化镓系化合物半导体的发光元件是根据“c面生长(c-plane growth)”制造的。在本说明书中，“X面生长”是指：在与六方晶体纤锌矿结构的X面(X＝c、m、a和r等)垂直的方向上外延生长。在X面生长中，有时会将X面称为“生长面”。另外，有时将通过X面生长所形成的半导体的层称为“X面半导体层”。

如果使用通过c面生长所形成的半导体层叠结构来制造发光元件，则由于c面是极性面，因此，在与c面垂直的方向(c轴方向)上会产生强的内部极化。产生极化的理由是因为在c面上Ga原子与N原子的位置在c轴方向上错位了。如果在发光部产生这种极化，则会发生载流子的量子限制斯塔克(Stark)效应。由于该效应，发光部内的的载流子的发光再结合概率降低，因此，发光效率也降低。

因此，近年来，在m面或a面等非极性面或r面等半极性面上生长氮化镓系化合物半导体的研究非常活跃。如果能选择非极性面作为生长面，则由于在发光部的层厚度方向(结晶生长方向)上不发生极化，因此，不会发生量子限制斯塔克效应，能够有潜力地制造高效率的发光元件。在选择半极性面作为生长面的情况下，也能够大幅度地降低量子限制斯塔克效应的影响。

当前，作为产品出售的发光二极管是通过将在c面基板上外延生长GaN、InGaN和AlGaN等的GaN系半导体层而制造的发光二极管元件(LED芯片)安装在基底(sub-mount)上而制造的。发光二极管元件的平面尺寸(基板主面的平面尺寸：以下仅称为“芯片尺寸”)，根据发光二极管元件的用途的不同而不同，但是典型的芯片尺寸例如为300μm×300μm或1mm×1mm。

发光二极管元件的电极配置分为两大类。一种是在发光二极管元件的表面以及背面上分别形成阳极电极层以及阴极电极层的“两面电极型”。另一种是将阳极电极层以及阴极电极层这两层都形成在发光二极管元件的表面侧上的“表面电极型”。以下，对具有这些电极配置的以往的发光二极管元件的构成进行说明。

图4A是表示两面电极型的发光二极管元件的剖面图；图4B是其立体图。图5A是表示表面电极型的发光二极管元件的剖面图；图5B是其上表面图；图6A是表示表面电极型的其他发光二极管元件的剖面图；图6B是其上表面图。