[发明专利]氮化物系半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物系半导体发光元件，该氮化物系半导体发光元件具备：具有主面、作为光取出面的背面、以及多个侧面的基板；以及形成在所述基板的主面上的氮化物半导体层叠构造。另外，本发明涉及具备氮化物系半导体发光元件的光源以及氮化物系半导体发光元件的制造方法。

背景技术

含有作为V族元素的氮(N)的氮化物半导体，根据其能带隙(band gap)的大小，有希望成为短波长发光元件的材料。其中，氮化镓系化合物半导体的研究正积极进行，利用了氮化镓系化合物半导体的蓝色发光二极管(LED)、蓝色半导体激光器也正在进行实用化。

以下，在氮化物半导体中包含采用铝(Al)以及铟(In)中的至少一方来置换Ga的一部分或全部后得到的化合物半导体。由此，GaN系半导体由组成式Al_xGa_yIn_zN(0≤x、y、z≤1，x+y+z＝1)来表示。

通过采用Al或In来置换Ga，可以使能带隙比GaN还大，也可以使能带隙比GaN还小。由此，不仅仅是蓝色或绿色等短波长的光，也可发出橙色或红色的光。基于该特征，也可期待将GaN系半导体发光元件应用于图像显示装置或照明装置中。

氮化物半导体具有纤维锌矿(wurtzite)型结晶构造。图1A至图1C按照4指数标记法(六方晶指数)来表示纤维锌矿型结晶构造的面。在4指数标记法中，使用由a1、a2、a3以及c表示的基本向量来表示结晶面和方位。基本向量c沿[0001]方向进行延伸，将该方向称为“c轴”。将与c轴垂直的面(plane)称为“c面”或“(0001)面”。图1A中，除c面外还图示出了a面、m面。另外，图1B图示出了r面，图1C中图示出了(11-22)面。

图2(a)采用球模型来表示氮化物半导体的结晶构造，图2(b)表示从a轴方向观察时m面表面附近的原子排列的图。m面与图2(b)的纸面垂直。图2(c)是从m轴方向观察时+c面表面的原子排列的图。c面与图2(c)的纸面垂直。从图2(b)中可知：N原子以及Ga原子处于与m面平行的平面上。相对于此，从图2(c)可知：在c面中形成有仅配置有Ga原子的层和仅配置N原子的层。

现有技术中，在利用氮化物半导体来制作半导体元件的情况下，作为使氮化物半导体结晶生长的基板，使用c面基板，即，使用具有(0001)面为主面的基板。在该情况下，由于Ga原子以及N原子的配置的缘故，在氮化物半导体中在c轴方向上形成自发的极化(Electrical Polarization)。由此，“c面”也称为“极性面”。作为其极化的结果，在氮化物系半导体发光元件的活性层中的InGaN的量子阱中，沿c轴方向而产生压电电场。通过该电场，活性层内中的电子以及空穴的分布发生位置偏离，进而由于载流子的量子约束斯塔克效应，活性层的内部量子效率将降低。

在此，正研讨使用在表面具有被称为“非极性面”的m面、a面，或者被称为“半极性面”的-r面、(11-22)面的基板，来制造发光元件。如图1所示，纤锌矿型结晶构造中的m面与c轴平行，且有与c面正交的6个等效的面。例如，在图1中，与[1-100]方向垂直的(1-100)面是m面。在与(1-100)面等效的其他的m面中，有(-1010)面、(10-10)面、，(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面。在此，在表示米勒指数(Miller indices)的括号内的数字左边附加的“-”含义是“横杠(Bar)”，以便于表示该指数的反转。

在m面中，如图2(b)所示，由于Ga原子以及氮原子存在于同一原子面上，所以，不会在与m面垂直的方向上产生极化。由此，如果使用形成在m面上的半导体层叠构造来制作发光元件，则不会在活性层中产生压电电场，能够解决由于载流子的量子约束斯塔克效应效果所引起的内部量子效率降低这样的课题。对于这些，m面以外的非极性面的a面也同样，另外，即使是被称为半极性面的-r面、(11-22)面，也能够获得类似的效果。

并且，关于具有形成在m面、a面、-r面、(11-22)面等的活性层的氮化物系半导体发光元件，其具有因价电子带的构造而引起的偏振特性。

例如，专利文献1中，作为改善以非极性面或半极性面为主面的氮化物系半导体发光元件的偏振特性的方法，示出了：通过将氮化物系半导体发光元件小片化为菱型形状或者三角形形状，来抑制使从氮化物系半导体发光元件的侧面射出的光的偏振度降低这样的构造。