[发明专利]半导体发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及具有包含由m面氮化物半导体形成的活性层的层叠结构的氮化物半导体发光元件。另外，本发明涉及包括覆盖氮化物半导体发光元件的密封部的半导体发光器件。

背景技术

具有氮（N）作为V族元素的氮化物半导体，由于其能带隙（bandgap）大，所以作为短波长发光元件的材料备受期待。尤其是氮化镓类化合物半导体的研究正在广泛展开，蓝色发光二极管（LED）、绿色LED以及以氮化镓类半导体为材料的半导体激光器也已经得到实际应用。

以下，以氮化镓类化合物半导体为中心进行说明。氮化物半导体中包含用铝（Al）和铟（In）的至少一个将镓（Ga）的一部分分或整体置换而得的化合物半导体，这样的化合物半导体用组分式Al_xGa_yIn_zN（0≤x、y、z≤1，x+y+z=1）表示。

通过用Al、In置换Ga，既能够使能带隙变得比GaN大也能够使能带隙变得比GaN小。由此，不仅能够发出蓝色、绿色等短波长的光，而且还能够发出橙色、红色的光。由于具有这样的特征，氮化物半导体发光元件也被期待应用到图像显示装置和照明装置中。

氮化物半导体具有纤锌矿型晶体结构。图1（a）、（b）和（c）分别利用4指数标注法（六方晶指数）表示纤锌矿型晶体结构的m面、r面和（11-2-2）面。在4指数标注法中，使用由a1、a2、a3和c表示的基本向量来表示晶面和方位。基本向量c沿[0001]方向延伸，该方向被称为“c轴”。与c轴垂直的面（plane）被称为“c面”或“（0001）面”。

图2（a）用球管模型表示氮化物半导体的晶体结构，图2（b）是从a轴方向观察m面表面的原子排列的图。图2（c）是从m轴方向观察+c面表面的原子排列的图。

以往，在使用氮化物半导体制造半导体元件的情况下，作为使氮化物半导体结晶生长的基板，使用c面基板即在主面具有（0001）面的基板。在此情况下，由图2（c）可知，在c轴方向形成仅配置有Ga原子的层和仅配置有N原子的层。由于这种Ga原子和N原子的配置，引起在氮化物半导体形成自发性的极化（Electrical Polarization）。因此，“c面”被称为“极性面”。

其结果是，在氮化物半导体发光元件的活性层的InGaN的量子阱中，沿着c轴方向产生压电电场，活性层内的电子和空穴的分布上产生位置偏移，所以通过载流子的量子限制斯塔克效应，活性层的内部量子效率下降。

于是，正在研究使用在表面具有被称为非极性面的m面、a面或被称为半极性面的-r面、（11-2-2）面的基板来制造发光元件。如图1（a）所示，纤锌矿型晶体结构中的m面与c轴平行，是与c面正交的6个等价的面。例如，在图1中，与[1-100]垂直的（1-100）面相当于m面。与（1-100）面等价的其它m面有：（-1010）面、（10-10）面、（-1100）面、（01-10）面和（0-110）面。此处，表示密勒指数的括号内数字的左边所标注的“-”表示“横杠（bar）”，简便地表示该指数的反转。

图2（b）示出了与m面垂直的面上的氮化物半导体结晶的Ga和N的位置。如图2（b）所示，在m面上，Ga原子和N原子存在于同一原子面上，所以在与m面垂直的方向上不会发生极化。因此，如果使用在m面上形成的半导体层叠结构来制造发光元件，则在活性层不会产生压电电场，能够解决由载流子的量子限制斯塔克效应引起的内部量子效率的降低这一问题。

进一步，在被称为非极性面的m面、a面或被称为半极性面的-r面、（11-2-2）面上形成的氮化物半导体发光元件，具有由其价电子带的结构引起的偏振特性。例如，在m面上形成的氮化物半导体活性层主要出射电场强度向与a轴平行的方向偏移的光。这种偏振特性被期待应用于液晶的背光源等。作为为了提高偏振特性所费的功夫，例如在专利文献1的图4中公开了：以主面为m面的氮化物半导体发光元件中，以较高地维持活性层中产生的偏振光的偏振比为目的，以与主面正交的2组相对的面中与c面平行的面为长边面的半导体发光元件。

另一方面，在发光元件具有偏振特性的情况下，理论上可预测到在与偏振方向垂直的方向上具有发光强度变大的配光分布。因此，在专利文献2中，提供了一种能够减少由氮化物半导体发光元件的面内的方位角的不同引起的强度之差的发光二极管装置。具体而言，在专利文献2的第五实施方式中公开了以使光的方向向发光强度小的方位角变化的方式，配置壳体的光的出射面的技术方案。

先行技术文献

专利文献