[發明專利]氮化鎵類半導體發光元件、光源和凹凸構造形成方法

無效

• 申請號: 201280003354.0
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN103155182A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 藤金正樹;井上彰;橫川俊哉
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/22
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及發光二極管、激光二極管等的GaN類半導體發光元件。

背景技術

具有作為VA族元素的氮(N)的氮化物半導體，基于其帶隙(band-gap)的大小，作為短波長發光元件的材料被寄予厚望。其中，對含有作為IIIA族元素的Ga的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)的研究廣泛進行，藍色發光二極管(LED)、綠色LED、以及以GaN類半導體為材料的半導體激光器也得以實用化。

GaN類半導體具有纖鋅礦(wurtzite)型結晶構造。圖1示意性表示GaN的單位晶格。在Al_xGa_yIn_zN(0≤x，y，z≤1、x+y+z＝1)半導體結晶中，圖1所示的Ga的一部分能夠置換為Al和/或In。

圖2表示纖鋅礦型結晶構造的基矢a₁、a₂、a₃、c。基矢c沿[0001]方向延伸，該方向被稱為“c軸”。與c軸垂直的面(plane)被稱為“c面”或“(0001)面”。進而，以Ga等的IIIA族元素為終端的面被稱為“+c面”或“(0001)面”，以氮等的VA族元素為終端的面被稱為“-c面”或“(000-1)面”，以進行區別。此外，“c軸”和“c面”有時也分別被標記為“C軸”和“C面”。

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，使用c面基板即在表面具有(0001)面的基板。但是，在c面、Ga原子和氮原子不存在于同一原子面上，因此形成電極化(Electrical?Polarization)。所以，“c面”有時也被稱為“極性面”。電極化的結果是，在活性層的InGaN的量子阱，沿c軸方向產生壓電電場(Piezo?electric?field)。當這樣的壓電電場在活性層產生時，活性層內的電子和空穴的分布發生位置偏移，因此根據載流子的量子限制史塔克效應(Quantum-confined?Stark?effect)，內部量子效率降低，在半導體激光器的情況下，引起閾值電流的增大，在LED的情況下，引起消耗電力的增大、發光效率的降低。另外，伴隨注入載流子密度的上升，發生壓電電場的屏蔽(screening)，發光波長發生變化。

于是，為了解決這些課題，對使用在表面具有非極性面、例如與[10-10]方向垂直的、被稱為m面的(10-10)面的基板(m面GaN類基板)的結構進行了研究。在此，在表示米勒指數(Miller?index)的括號內的數字的左側附加的“-”意思是“橫線(bar)”。如圖2所示，m面是與c軸平行的面，與c面正交。在m面，Ga原子與氮原子存在于同一原子面上，因此與m面垂直的方向不發生自發極化(spontaneous?polarization)。其結果是，在與m面垂直的方向形成半導體層疊構造時，在活性層也不產生壓電電場，所以能夠解決上述課題。此外，m面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面的總稱。

在本說明書中標記為“a面”時，意思是指與[11-20]方向垂直的(11-20)面。如圖3所示，a面是與c軸(基矢c)平行的面，與c面正交。此外，a面是(11-20)面、(-1-120)面、(1-210)面、(-12-10)面、(-2110)面、(2-1-10)面的總稱。

在本說明書中標記為“+r面”時，意思是指與[10-12]方向垂直的(10-12)面。r面如圖3所示。此外，+r面是(10-12)面、(-1012)面、(1-102)面、(-1102)面、(01-12)面、(0-112)面的總稱。

在本說明書中標記為“-r面”時，意思是指與[10-1-2]方向垂直的(10-1-2)面。此外，-r面是(10-1-2)面、(-101-2)面、(1-10-2)面、(-110-2)面、(01-1-2)面、(0-11-2)面的總稱。