[发明专利]半导体发光元件以及包含该半导体发光元件的叠层体

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光元件。

背景技术

近年来，人们积极研究使用氮化镓等的13族元素氮化物制作蓝色LED和白色LED、蓝紫色半导体激光等的半导体设备，并将其半导体设备应用于各种电子仪器。以往的氮化镓系半导体设备主要通过气相法制作。具体地讲，在蓝宝石基板和碳化硅基板上通过有机金属气相沉积法（MOVPE）等使氮化镓的薄膜进行异质外延生长而制作。此时，由于基板与氮化镓薄膜之间的热膨胀系数和晶格常数差异较大，因此在氮化镓会产生高密度的位错（结晶中晶格缺陷的一种）。因此，气相法下难以得到位错密度低的高品质氮化镓。

因此，日本专利特开2002-217116中，在晶种基板上通过气相法使由GaN单晶等构成的下层成膜，然后在下层上再通过气相法形成由GaN等构成的上层。然后，尝试在下层与上层之间的交界设置空隙或铟析出部位，抑制从下层朝向上层的贯通位错。

另一方面，除了气相法以外，液相法也得以开发。助熔剂法是液相法的一种，氮化镓的情况下，通过将金属钠用作助熔剂，可将氮化镓的结晶生长所必需的温度缓和为800℃左右，压力缓和为数MPa。具体地，在金属钠与金属镓的混合熔液中溶解氮气，使氮化镓变为过饱和状态而生长为结晶。此种液相法中，较之于气相法难以发生位错，因此可以得到位错密度低的高品质氮化镓。

关于此种助熔剂法的研究开发也很盛行。例如，日本专利特开2005-263622中，由于以往的助熔剂法中氮化镓的厚度方向（C轴方向）的结晶生长速度为10μm/h左右的低速、在气液界面容易发生不均匀的晶核生成，因而提出了克服这些课题的氮化镓的制作方法。

本申请人于日本专利特开2010-168236中就搅拌强度与夹杂物产生的相关而提出申请。该专利中公开了，为了令无夹杂物的结晶生长，令生长速度在适合范围，调整坩埚的旋转速度和反转条件。

还有，日本专利特开2006－332714记载了一种半导体发光元件，其是将材质与基板不同的至少2层的半导体层和发光区域的叠层结构于蓝宝石等单晶基板表面上成膜，从上侧的半导体层或下侧的单晶基板将发光区域产生的光提取。在这样的发光元件中，要求通过降低单晶基板的位错，同时降低缺陷密度，来改善内部量子效率。

发明内容

本发明人为了如日本专利特开2010-168236所记载的一样以助熔剂法形成于晶种上的氮化物单晶中，通过消除夹杂物进一步提升氮化物单晶的品质而继续研究。基于氮化物单晶的品质角度，进一步降低缺陷密度从提升发光效率等方面来看是极其重要的。但是，这方面存在技术限制，期待有突破。

本发明的课题是，在用助熔剂法形成于晶种上的氮化物单晶中，通过进一步降低表面缺陷密度，来提高内部量子效率，提高光提取效率。

本发明为一种半导体发光元件，其具有13族元素氮化物膜、设置在该13族元素氮化物膜上的n型半导体层、设置在该n型半导体层上的发光区域以及设置在该发光区域上的p型半导体层，

所述13族元素氮化物膜是在晶种基板上通过助熔剂法由含有助熔剂及13族元素的熔液于含氮气氛下育成的，其特征在于，

所述13族元素氮化物膜含有夹杂物分布层和夹杂物缺乏层，所述夹杂物分布层被设置于自所述13族元素氮化物膜的所述晶种基板侧的界面起50μm以下的区域，且分布有源自所述熔液的成分的夹杂物，所述夹杂物缺乏层被设置于该夹杂物分布层上，且所述夹杂物缺乏层中缺乏所述夹杂物。

本发明还涉及一种发光元件，其是从所述13族元素氮化物膜除去所述夹杂物分布层而得到的。

本发明还涉及一种叠层体，其特征在于，具备单晶基板、设置于该单晶基板上的晶种膜以及设置于该晶种膜上的所述发光元件。

本发明还涉及一种叠层体，其特征在于，具备晶种膜以及设置于该晶种膜上的所述发光元件。

对本申请中的单晶的定义阐述。虽然包括结晶整体中原子有规律地排列的教科书式的单晶，但并不只限定于此，指的是一般工业上所流通的单晶。即，结晶可含有某种程度的缺陷，或内在可有变形，或可含有杂质，是与多晶（陶瓷）相区别、将这些称为单晶并使用相同的意义。

本发明人在将氮化物单晶以助熔剂法于晶种基板上成膜的研究过程中发现，不是仅减少夹杂物，而是通过适度地残留于氮化物单晶的晶种侧的界面附近，即使与几乎没有夹杂物的氮化物单晶相比较，也可以进一步降低氮化物单晶的缺陷密度，从而完成了本发明。