[發明專利]氧化鋅系化合物半導體發光元件

無效

• 申請號: 200680009529.3
• 申請日: 2006-03-23
• 公開（公告）號: CN101147269A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: 中原健
• 申請（專利權）人: 羅姆股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01S5/327
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及使用ZnO和MgZnO系(意味著Mg與Zn的混晶比率能夠改變，以下相同)化合物等氧化鋅系(以下，也稱為ZnO系)半導體的發光二極管(LED)等ZnO系化合物半導體發光元件。更詳細地說，涉及特別是當在400nm以下的短波長區域中發光時，使內部量子效率提高，并且不吸收發出的光而將其高效率地取出到外部，使外部量子效率也提高的結構的ZnO系化合物半導體發光元件。

背景技術

近年來，使用氮化物半導體的藍色系發光二極管(LED)和激光二極管等氮化物半導體發光元件已實用化。另一方面，ZnO系化合物在短波長區域中的發光特性比GaN系化合物(意味著Ga的一部分或全部置換成其它的III族元素的化合物，以下相同)優異。具體地說，空穴和電子在固體內結合的ZnO的激子的束縛能大到60meV，即使在室溫下也穩定地存在(GaN為24meV)。進一步，GaN系化合物當加入In而形成InGaN系化合物(意味著In與Ga的混晶比率能夠發生各種改變的化合物，以下相同)時，會高效率地發光，但是In越少效率越下降。在InGaN系化合物的情況下，由于In的組成異常，在局部會產生電位小的地方，載流子在那里會被捕獲，因此可以說對結晶缺陷不敏感。認為：當In變少時，組成均勻化，尤其是容易捕獲載流子的部分消失，因此容易看到結晶缺陷。ZnO系化合物即使短波長化也不會發生這樣的問題，波長越短InGaN系化合物越不利。當然，在進一步的短波長化中，即使使用GaN本身、AlGaN系化合物(意味著Al與Ga的混晶比率能夠發生各種改變的化合物，以下相同)也同樣是不利的。

作為使用這樣的ZnO系化合物的發光元件，已知有例如如圖6所示的結構的發光元件(例如參照專利文獻1)。即，在圖6中，在藍寶石基板31上，形成有由ZnO構成的緩沖層32、和由n型ZnO構成的n型接觸層33，在其上，利用由MgZnO系化合物構成的n型包覆層34、由CdZnO系化合物構成的活性層35、和由MgZnO系化合物構成的p型包覆層36，疊層發光層形成部38，進一步疊層由ZnO構成的p型接觸層37，對半導體疊層部的一部分進行蝕刻，使n型接觸層33露出，在其表面上設置n側電極39，在p型接觸層37的表面上設置p側電極40，由此形成該發光元件。

專利文獻1：特開2002-94114號公報

發明內容

上述的圖6所示的ZnO系化合物半導體發光元件，因為基板使用與ZnO系化合物不同種類的藍寶石基板，所以結晶性差，內部量子效率也容易降低，并且當如上述的例子那樣使用在活性層中混入有Cd而形成混晶的發光元件，以發出藍色那樣的發光波長λ為400nm以上的光為目標時，與上述的In相同的效果變得明顯，但是存在如下的問題：例如當發出360nm左右的400nm以下的短波長的光時，因為基板是藍寶石，位錯多，因此，由于與InGaN系化合物相同的理由，容易看到位錯，內部量子效率不會上升。

另一方面，也有在疊層ZnO系化合物半導體的基板中使用ZnO基板作為同質基板的情況。當使用這樣的ZnO基板時，價格高，但因為在其上生長的ZnO系化合物半導體與基板容易晶格匹配，所以能夠生長結晶性好的半導體層，容易提高內部量子效率。但是，即使使用ZnO基板，當發出上述那樣的400nm以下的短波長的光時，存在ZnO基板也吸收光，外部量子效率降低的問題。

本發明為了解決這樣的問題而做出，其目的是提供一種在發出400nm以下的短波長的光時，使疊層的半導體層的結晶性提高從而使內部量子效率提高，并且通過使發出的光盡可能不被基板等吸收而將其取出到外部，使外部量子效率也提高，從而能夠綜合地提高發光效率的結構的發出400nm以下波長的光的氧化鋅系化合物半導體發光元件。

本發明的另一個目的在于提供一種即使在利用異質結來疊層作為壓電體的ZnO系化合物以形成發光元件的情況下，也不受壓電電場的影響，不會使驅動電壓上升，內部量子效率高的氧化鋅系化合物半導體發光元件。

本發明的氧化鋅系化合物半導體發光元件，是在基板上以形成發出400nm以下波長的光的發光層形成部的方式疊層ZnO系化合物半導體層的氧化鋅系化合物半導體發光元件，其特征在于：使用由Mg_xZn_1-xO(0<x≤0.5)構成的基板作為上述基板。