[发明专利]氮化镓半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用了GaN的氮化镓半导体发光元件。

背景技术

作为发出蓝色或者紫色光的半导体激光元件、发光二级管等半导体发光 元件，有氮化镓半导体发光元件。在制造GaN系半导体元件时，因为由GaN 构成的基板的制造困难，所以在由蓝宝石、SiC、Si等构成的基板上外延成长 GaN系半导体层。

例如，使用MOCVD(有机金属气相成长法)，在蓝宝石基板的(0001) 面上依次形成非掺杂的GaN缓冲层、n-GaN接触层、n-AlGaN包覆层、n -GaN光导层、InGaN多重量子阱(MQW)活性层等，在活性层上依次形成p -GaN光导层、p-AlGaN包覆层、p-GaN接触层等。

通过进行蚀刻将p-GaN接触层去除至n-GaN接触层的一部分区域， 使n-GaN接触层露出，且在n-GaN接触层露出的上表面上形成n电极， 在p-GaN接触层的上表面上形成p电极。

图9是表示蓝宝石单晶体的面方位的单位晶格图，蓝宝石的晶体结构近 似于图中所示的六方晶系。在蓝宝石基板上层叠GaN系半导体层时，利用蓝 宝石基板的C面(0001)在(0001)方位的蓝宝石基板上层叠的GaN系半导 体具有(0001)方位的纤维锌矿型的晶体结构，如图7所示，Ga的阳离子元 素具有成为成长表面方向的晶体极性(在C轴方向上成长)。即，在蓝宝石基 板上垂直方向以C轴(0001)层叠。

图10表示在上述蓝宝石基板上层叠GaN系半导体而成的氮化镓半导体 发光元件中，n-AlGaN包覆层41、n-GaN光导层42、MQW活性层43、p -GaN光导层44、p-AlGaN包覆层45的层叠区域的价电子带中的带隙能量。

专利文献1：日本特开2000-216497号公报

如上述现有技术，层叠在蓝宝石基板的C面(0001)上的GaN系半导体 层中，Ga极性面成为成长表面方向，但由于在成长后的GaN系半导体层的 GaN/AlGaN异质结界面上，在C轴方向上无对称性，而在C面成长的外延膜 上有表里产生的纤维锌矿结构，因此，产生由自发极化和界面应力引起的压 电极化，且产生极化电荷，在异质结界面上产生电场。该电场在n侧将电子 引入活性层中，因此问题很小。

但是在p侧，如图10所示，由于电场E从p-GaN光导层44朝向p- AlGaN包覆层45产生，因此，由于产生的电场E，从p-AlGaN包覆层45 流入p-GaN光导层44的空穴受到电的排斥而难以流入MQW活性层43，从 而产生载体耗尽化而使驱动电压上升。驱动电压的上升会缩短氮化镓半导体 发光元件的寿命。

尤其是，p-AlGaN包覆层45中包含有成为p型杂质的Mg，当该Mg 浓度为1×10¹⁹cm^-3以下时，在p-GaN光导层44与p-AlGaN包覆层45的 界面发生的压电极化急剧增大，图10所示的电场E会变得异常大，因此而成 为问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够减少 AlGaN半导体层和GaN系半导体层的界面上产生的自发极化及压电极化所引 起的载体耗尽化，使驱动电压稳定的氮化镓半导体发光元件。

为了实现上述目的，本发明第一技术方案提供一种氮化镓半导体发光元 件，其基板上至少依次具备n型半导体层、发光区域、p型半导体层，且该氮 化镓半导体发光元件具有AlGaN半导体层与GaN半导体层的界面，该AlGaN 半导体层形成在所述p型半导体层侧并且含有10¹⁹cm^-3以下的Mg，该GaN 半导体层位于该AlGaN半导体层的n侧，其特征在于，从所述n型半导体层 到AlGaN半导体层，成长表面在既不是GaN的氮极性也不是Ga极性的无极 性方向形成。

另外，本发明第二技术方案提供一种氮化镓半导体发光元件，其基板上 至少依次具备n型半导体层、发光区域、p型半导体层，且该氮化镓半导体发 光元件具有AlGaN半导体层与InGaN半导体层的界面，该AlGaN半导体层 形成在所述p型半导体层侧并且含有10¹⁹cm^-3以下的Mg，InGaN半导体层 位于该AlGaN半导体层的n侧，其特征在于，从所述n型半导体层到AlGaN 半导体层，成长表面在既不是GaN的氮极性也不是Ga极性的无极性方向形 成。