[发明专利]Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具备包含氮化镓铟的发光层的Ⅲ族氮化物半导体发光元件等，特别是涉及射出紫外带域（波段）和近紫外带域的短波长光的Ⅲ族氮化物半导体发光二极管（英文简称：LED）等。

背景技术

以往，氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）或氮化镓铟（组成式Ga_XIn_1-XN：0≤X＜1）等的含有铝（元素符号：Al）、镓（元素符号：Ga）或铟（元素符号：In）等的Ⅲ族元素作为构成元素的Ⅲ族氮化物半导体，被利用于构成发光二极管（LED）和激光二极管（英文简称：LD）等的Ⅲ族氮化物半导体发光元件（例如参照专利文献1）。

例如，在LED中，氮化镓铟层作为用于射出深绿色或蓝色等的可见光的发光层被利用（参照专利文献1）。另外，示出了例如添加（掺杂）了锌（元素符号：Zn）的铟组成大的Ga_0.4In_0.6N层，作为红色发光用的材料是有用的（参照专利文献1）。另外，铟组成小的氮化镓铟层，作为用于射出紫外光的发光层被利用（参照专利文献2）。

以往的可见LED或紫外LED从层叠结构来看，一般是例如在包含氮化镓的n型覆盖层上配置包含n型的氮化镓铟层的发光层，再于其上层叠例如包含氮化铝镓（组成式Al_δGa_εN：0≤δ≤1、0≤ε≤1、δ+ε＝1）层的p型覆盖层的pn结型的双异质（double hetero：英文简称DH）结构（参照非专利文献1）。

具有那样的结构的LED的发光层所使用的氮化镓铟层中，为了调整驱动LED的电流的流通阻力，有时有意地添加杂质，实施所谓掺杂（doping）。作为Ⅲ族氮化物半导体的n型杂质，例示了硅（元素符号：Si）、锗（元素符号：Ge）、碲（元素符号：Te）、硒（元素符号：Se）（参照专利文献3的段落（0008））。锗也被用作制造包含原子浓度不同的Ⅲ族氮化物半导体的层状物时的掺杂物（dopant）（参照专利文献4）。在锗以外，专利文献5中记载了硫（元素符号：S）作为n型杂质（参照专利文献5的段落（0022））。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公昭55-3834号公报

专利文献2：日本特开2003-249664号公报

专利文献3：日本专利第2576819号公报

专利文献4：日本专利第3874779号公报

专利文献5：日本专利第3500762号公报

非专利文献

非专利文献1：高桥清监制、长谷川文夫、吉川明彦编著、「宽带隙半导体光·电子器件」（2006年3月31日、森北出版发行、第1版第1次印刷）、133～139页。

发明内容

在此，对构成上述的双异质（DH）结构的Ⅲ族氮化物半导体材料的晶格常数进行比较。六方晶（hexagonal）纤维锌矿型（wurtzite）的氮化镓的a轴为0.318纳米（长度的单位：nm）（参照赤崎勇编著、「Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体」（1994年5月20日培风馆发行初版、148页））。另一方面，六方晶氮化铟的a轴，比氮化镓的a轴大0.035nm、为0.353nm。氮化镓铟（组成式Ga_XIn_1-XN：0≤X＜1）的a轴，成为氮化镓和氮化铟的中间值，与氮化铝（a轴＝0.311nm）的a轴之差，最小也超过0.007nm，最大达到0.042nm。

这样，如果Ⅲ族氮化物半导体材料的晶格常数存在较大的差异，则在使它们层叠构成pn结型DH结构的情况下会产生如下问题。例如，如果在n型氮化镓层上层叠具有晶格常数更大的晶体的氮化镓铟层，则在从两层的接合面朝向氮化镓铟层的内部的规定厚度的区域，铟的引入没有被促进。因此，产生形成铟组成比预先设定的数值小的氮化镓铟层的问题。铟组成越小，氮化镓铟的禁带宽度就变得越大，因此，发出的光的波长变短（参照上述的专利文献1）。

上述的现象，推测其原因之一在于被称为「在氮化镓铟层的生长的初始阶段，继承基底层的晶格常数生长。」的假晶（pseuudomorphism）的现象（参照桥口隆吉、近角聪信编集、「薄膜·表面现象」（昭和47年12月15日、朝仓书店发行、4版、第11页～第14页）。这样的铟的引入和混入被阻碍的现象，在使由于铟组成小，发出发光波长短的紫外光或近紫外光的氮化镓铟层，在例如氮化镓基底层上生长时显著地确认到。