[發明專利]氮化物半導體發光裝置

有效

• 申請號: 201380025414.3
• 申請日: 2013-04-04
• 公開（公告）號: CN104350651B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 左文字克哉;山中一彥;吉田真治;萩野裕幸
• 申請（專利權）人: 松下知識產權經營株式會社
• 主分類號: H01S5/022
• 分類號: H01S5/022;H01S5/343;H01L33/32;H01L33/48
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 薛凱

技術領域

本公開涉及發光裝置、特別涉及用在投影儀、液晶背光燈等的光源中的光輸出大的氮化物半導體發光裝置的結構。

背景技術

近年來，伴隨設備的節能化，安裝了使用氮化物半導體的發光二極管或半導體激光器等的氮化物半導體發光元件的氮化物半導體發光裝置受到關注。例如，由于組合了氮化物半導體發光裝置和熒光體等的光源能出射高光輸出的白色光，并且與現有的白熾燈或熒光燈、高壓水銀燈相比具有小型、高效率、長壽命這樣的特征，因此作為投影儀、液晶背光燈等的顯示器裝置用途的光源迅速更新換代。

另一方面，以氮化物半導體激光器為代表的、具有波導的氮化物半導體發光元件，具有在示出輻射光的方向的指向性上十分出眾的特征。為此，面向安裝了這樣的氮化物半導體發光元件的氮化物半導體發光裝置向產業用途的應用也在推進。例如，關于以氮化物半導體發光裝置為光源的激光劃線裝置和激光退火裝置，正在推進實用化的研究。由于在用于這些裝置的光源中需要光輸出為1瓦特以上的瓦特級(watt class)的高光輸出，因此，對氮化物半導體發光裝置也要求高輸出化。

氮化物半導體發光元件等的發光元件對由量子阱等構成的活性層注入電子和空穴(電子空穴對)，通過使之再結合來輻射光。此時，未被變換成光的能量成為焦耳熱，使元件的溫度上升。為了使氮化物半導體發光裝置高輸出化，需要使所注入的電流(電子、空穴)量較大，但電流的增加會使氮化物半導體發光元件的發熱增大。并且，若因該發熱而元件溫度上升，會產生電子或空穴的一部分未注入活性層而溢出的現象(被稱作載流子的溢出的現象)。這種情況下，即使使電流量增加光輸出也不再增加，最終產生光輸出飽和的現象(光飽和)。因此，為了得到高的光輸出，需要抑制芯片溫度的上升并抑制載流子的溢出，效率良好地使電子空穴對變換成光。

為此，作為抑制這樣的載流子的溢出的方法，在現有技術中，使用在活性層近旁插入能量帶隙較大的層的手法。在專利文獻1中示出了現有的氮化物半導體激光器的結構。圖17(a)是表示其結構的圖。圖17(b)表示其能量帶隙的傳導帶側。

如圖17(a)所示，在現有結構的氮化物半導體激光器中，在GaN基板1001以及n-GaN層1002上具有包含n-AlGaN包覆層(clad layer)1003、InGaN活性層1005、p-AlGaN電子溢出抑制層1010(該層在本說明書中稱作電子阻擋層)、p-AlGaN包覆層1011、p-GaN接觸層1012的層疊結構。

電子阻擋層1010是為了防止從n-GaN層1002注入的電子通過活性層1005而向p-AlGaN包覆層1011溢出而設的層。如圖17(b)所示那樣，電子阻擋層1010具有大于周邊的層的能量帶隙。為了使能量帶隙較大，在電子阻擋層1010中使用Al組成大的AlGaN層。

另一方面，在氮化物半導體中，有因晶格失配應變而產生壓電電場的情況。上述的p-AlGaN電子阻擋層1010的晶格常數具有小于GaN基板1001的晶格常數的值。根據該點，在p-AlGaN電子阻擋層1010產生拉伸應變，因該應變而產生壓電電解。基于p-AlGaN電子阻擋層的電子限域效應因該壓電電場而降低。

在專利文獻2中示出了因壓電電場而使對電子的有效的勢壘高度減少的情況。為此，在專利文獻2中提出使將電子限域的p-AlGaN阻擋層較厚的方法。在AlGaN層的厚度變厚時，由于位錯或裂紋的產生，彈性的晶格失配應變得到緩和。由此，晶格失配應變所引起的壓電電場減少，作為結果，傳導帶的對電子的勢壘高度增大。

但是，位錯或裂紋等塑性變形，會給元件的特性和可靠性帶來較大影響。特別是GaN基板上的AlGaN層會因具有拉伸應變而易于出現裂紋。在裂紋周邊，由于晶片表面不再平坦，因此制作正常的元件本身變得極為困難。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2005/034301號

專利文獻2：JP特開2005-217421號公報

發明的概要

發明要解決的課題

如上述那樣，在使用氮化物半導體的發光元件中，由于晶格失配應變所引起的壓電電場的影響而降低了抑制載流子的溢出的效果。該現象是在將以(0001)面為代表的極性面作為氮化物半導體發光元件結構的主面的情況下共通出現的現象。為了提高傳導帶的對電子的有效的勢壘高度，需要提高具有將電子限域的作用的AlGaN層的Al組成。但是，若提高Al組成，晶格失配應變就會增大，就會存在與易于產生位錯或裂紋的專利文獻2所示的手法相同的問題。

發明內容