[發明專利]氮化物類半導體發光元件及其制造方法

有效

• 申請號: 200980100931.6
• 申請日: 2009-09-07
• 公開（公告）號: CN102084504A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 橫川俊哉;加藤亮
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L21/205
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及一種氮化物類半導體發光元件及其制造方法。本發明特別涉及一種期待對顯示、照明以及光信息處理領域等的應用的遍及從紫外線到藍色、綠色、橙色以及白色等的可見光范圍的波長區域的發光二極管、激光二極管等的GaN類半導體發光元件。

背景技術

作為V族元素具有氮(N)的氮化物半導體由于其能帶隙(band?gap)較大，因此有希望作為短波長發光元件的材料。其中，廣泛進行著氮化鎵類化合物半導體(GaN類半導體：Al_xGa_yIn_zN(0≤X、Y、Z≤1，X+Y+Z＝1))的研究，將藍色發光二極管(LED)、綠色LED、以及GaN類半導體作為材料的半導體激光器也已實用(例如，參照專利文獻1、2)。

使用GaN類半導體制作半導體元件時，作為使GaN類半導體結晶生長的基板例如使用藍寶石基板、SiC基板、Si基板等。但是，使用任意的基板的情況下，在基板與GaN類半導體結晶之間實現晶格匹配(相干生長coherent?growth)是較困難的。其結果，在GaN類半導體結晶內產生較多的重排(dislocation)(刃狀重排、螺形重排、混合重排)，例如使用藍寶石基板或SiC基板的情況下，以約1×10⁹cm^-2左右的密度形成重排。其結果，如果是半導體激光器，則引起閾值電流的增大或可靠性的下降，如果是LED則引起消耗功率的增大或可靠性的下降。另外，在現有的GaN基板中，雖然重排密度降低但是結晶中殘留的應變分布較大，這樣即使在其上形成GaN類半導體結晶也避免不了同樣的問題。

作為降低GaN類半導體晶體內的重排密度的方法提出了選擇橫向生長法(Epitaxial?Lateral?Overgrowth：ELO)。該方法在晶格不匹配較大的系統中作為降低貫通重排的方式是有效的。若通過ELO法在上述的各基板上使GaN類半導體結晶生長，則雖然在晶種(seed?crystal)的上部形成較多的具有大約1×10⁹cm^-2左右的重排密度的區域，但是在橫向生長的部分能夠使重排密度降低至1×10⁷cm^-2左右。并且，通過在該重排少的區域的上部形成活性區域即電子注入區域，從而能夠提高可靠性。

專利文獻1：特開2001-308462號公報

專利文獻2：特開2003-332697號公報

本申請發明者發現，在通過ELO法使其結晶生長的GaN類半導體發光元件中存在新的問題。也就是說，若由X射線微光束對通過ELO法使其結晶生長的GaN類半導體結晶進行研究，了解到在GaN類半導體結晶的面內分布著非均勻的應變分布。由于該非均勻應變分布的分布將引起面內的非均勻發光，因此并不理想。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，其主要目的是通過ELO法抑制結晶生長的氮化物類半導體發光元件中的非均勻應變分布的產生。

本發明的半導體裝置是具有氮化物類半導體疊層結構的氮化物類半導體發光元件，所述氮化物類半導體疊層結構包括：活性層，其包括Al_aIn_bGa_cN結晶層(a+b+c＝1，a≥0，b≥0，c≥0)；Al_dGa_eN溢出(overflow)抑制層(d+e＝1，d＞0，e≥0)；以及Al_fGa_gN層(f+g＝1，f≥0，g≥0，f＜d)，所述Al_dGa_eN溢出抑制層設置在所述活性層與所述Al_fGa_gN層之間，所述Al_dGa_eN溢出抑制層包括含有濃度為1×10¹⁶atms/cm³以上且1×10¹⁹atms/cm³以下的In的層。

在某些實施方式中，含有所述In的層的In濃度為8×10¹⁸/cm³以下。

在某些實施方式中，含有所述In的層配置在所述Al_dGa_eN溢出抑制層之中最靠近于所述活性層的位置。

在某些實施方式中，含有所述In的層的厚度是Al_dGa_eN溢出抑制層的厚度的一半以下。