半导体发光元件制造技术

本发明专利技术提供可防止相对输出随时间降低以及反向电压（Ｖｒ）随时间降低、高辉度并且高可靠性的半导体发光元件。该半导体发光元件，其在第１导电型半导体衬底１上形成有第１导电型包覆层４、非掺杂活性层５、第２导电型包覆层６、第２导电型中间层７及第２导电型电流分散层８，其特征在于，在作为第２导电型包覆层６一部分的不接触活性层５和中间层７的部分具有掺杂剂抑制层６ａ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光元件，特别是涉及高辉度、且具有高可靠性的半导体发光元件。
技术介绍
以往作为半导体发光元件的发光二极管(以下称为“LED”)大部分是GaP的绿色、AlGaAs的红色。但是，近年来由于使用MOVPE法(有机金属气相成长法)可以成长GaN系或AlGaInP系的高品质结晶，因此可以制造出蓝色、绿色、橙色、黄色和红色的高辉度LED。然而，对于以往的AlGaInP系的LED，元件的可靠性存在问题，特别是确保元件的相对输出(使通电前发光输出为100％时的连续通电试验后的发光输出)和反向电压(Vr)的可靠性成为重要的课题。因此，作为提高LED的相对输出的方法，提出了在第1导电型半导体衬底上层积有第1导电型包覆层、非掺杂活性层、第2导电型包覆层、还有第2导电型电流扩散层的半导体发光元件中，在第2导电型包覆层和非掺杂活性层之间插入非掺杂包覆层所形成的半导体发光元件用外延片(参照专利文献1特许第3195194号公报)。图8是表示专利文献1所记载的以往的半导体发光元件的元件构造的截面图。在n型GaAs衬底1上依次层积n型GaAs缓冲层2、n型AlGaInP包覆层4、AlGaInP活性层5、p型AlGaInP包覆层6、还有p型AlGaAs电流分散层8’，在AlGaInP活性层5和p型AlGaInP包覆层6之间形成非掺杂AlGaInP层11。接着，在p型AlGaAs电流分散层8’上形成表面电极9，在n型GaAs衬底1的背面形成背面电极10。通电试验的结果确认，通过在AlGaInP活性层5和p型AlGaInP包覆层6之间插入非掺杂AlGaInP层11，元件的相对输出会增加。
技术实现思路
然而，在AlGaInP活性层5和p型AlGaInP包覆层6之间插入非掺杂AlGaInP层11时，虽然可以提高发光元件的相对输出，但是不能抑制反向电压(Vr)随时间降低。即，专利文献1所记载的半导体发光元件存在反向电压(Vr)的可靠性低的问题。为了解决该问题，本专利技术人着眼于第2导电型包覆层(专利文献1的p型AlGaInP包覆层)的掺杂剂(Mg或者Zn)的扩散。对于专利文献1所记载的半导体发光元件，通过在第2导电型包覆层和活性层之间设置非掺杂层，可以抑制掺杂剂向活性层扩散，结果是提高了相对输出。但是，根据该构造，虽然可以抑制掺杂剂向活性层扩散，但不能抑制掺杂剂向非掺杂层扩散。从而，随着第2导电型包覆层的掺杂剂缓慢地扩散到非掺杂层，非掺杂层内的掺杂剂扩散的区域会变成第2导电型。结果是第2导电型层和第1导电型层之间的距离会随时间变化，变短，反向电压(Vr)会随时间降低。因此，本专利技术的目的在于防止相对输出随时间降低以及反向电压(Vr)随时间降低、提供高辉度并且高可靠性的半导体发光元件。为了实现上述目的，本专利技术提供一种半导体发光元件，其在第1导电型半导体衬底上至少形成有第1导电型包覆层、非掺杂活性层、第2导电型包覆层及第2导电型电流分散层，其特征在于，所述第2导电型包覆层在作为其一部分的不接触所述活性层的部分具有掺杂剂浓度低于该部分周围的第1掺杂剂抑制层。上述第1掺杂剂抑制层可以形成也不接触在上述第2导电型包覆层上所形成的层的结构。并且，上述第1掺杂剂抑制层也可以形成在距离上述活性层大于等于200nm的位置。进而，上述第1掺杂剂抑制层也可以形成在2处或2处以上。另外，上述第1掺杂剂抑制层优选不添加掺杂剂。上述第1掺杂剂抑制层的膜厚也可以设定为50～300nm。上述第1掺杂剂抑制层可以形成由与该第1掺杂剂抑制层以外的上述第2导电型包覆层晶格匹配的III-V族半导体结晶而构成的结构。进而，上述第1掺杂剂抑制层相对于在由上述第2导电型包覆层、上述活性层、上述第1导电型包覆层形成的发光层所发出的光也可以是透明的。另外，上述第1掺杂剂抑制层可以形成由多个层构成的多层结构。并且，上述第1掺杂剂抑制层的膜厚可以为20～200nm。进而，上述第1掺杂剂抑制层可以形成其各层的膜厚为2～30nm的结构。另外，可以形成在上述第2导电型包覆层和上述电流分散层之间设置具有上述2导电型包覆层和上述电流分散层之间的带隙能量的中间层的结构。上述中间层可以由GaXIn1-XP(其中，0.6≤X≤1)构成。进而，可以形成在第1导电型半导体衬底和上述第1导电型包覆层之间设置光反射层的结构。上述光反射层可以组合(AlXGa1-X)YIn1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)和AlXGa1-XAs(其中，0≤X≤1)而构成。在上述第1导电型包覆层的作为其一部分的不接触上述活性层的部分可以形成具有掺杂剂浓度低于该部分周围的第2掺杂剂抑制层的结构。上述第2掺杂剂抑制层也可以不接触在上述第1导电型包覆层下所形成的层。另外，上述第2掺杂剂抑制层优选不添加掺杂剂。上述第2掺杂剂抑制层也可以形成由与该第2掺杂剂抑制层以外的上述第1导电型包覆层晶格匹配的III-V族半导体结晶而构成的结构。上述活性层可以由(AlXGa1-X)YIn1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。上述活性层也可以具有多重量子井结构。上述第2导电型包覆层的掺杂剂为Mg或者Zn，上述第2导电型包覆层和上述上述第1导电型包覆层可以分别由(AlXGa1-X)YIn1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。另外，在上述半导体衬底上可以形成设置由n型且与上述半导体衬底同样的材料而构成的半导体层的结构。进而，上述电流分散层也可以由GaXIn1-XP(其中，0.8≤X≤1)构成。通过锐意研究，本专利技术人发现，对于作为第2导电型层的掺杂剂使用例如Mg或者Zn的半导体发光元件以及半导体发光元件用外延片，通过在第2导电型包覆层中的作为其一部分的不接触中间层和活性层的部分设置不添加掺杂剂的区域，可以抑制掺杂剂向活性层扩散，改善相对输出。另外，发现通过在第2导电型包覆层中的不接触中间层和活性层的部分设置不添加掺杂剂的多层结构层，可以得到同样的效果。进而，发现通过不在第2导电型包覆层和活性层之间设置非掺杂层，可以保持第2导电型层和第1导电型层之间的距离，改善反向电压。根据本专利技术，对于半导体发光元件，实现高辉度的同时可以提高相对输出和反向电压(Vr)的可靠性。附图说明图1是表示第1实施方式涉及的半导体发光元件用外延片的结构的截面图；图2是图1所示的第1实施方式的外延片的活性层、p型包覆层和p型中间层的层积结构的放大截面图；图3是表示图2所示的p型包覆层和掺杂剂抑制量的关系的模式图；图4是表示本专利技术的第2实施方式涉及的半导体发光元件用外延片的结构的截面图；图5是图4所示的活性层5、p型包覆层6和p型中间层7的层积结构的放大截面图；图6是表示比较例1的半导体发光元件用外延片的结构的截面图；图7是表示比较例2的半导体发光元件用外延片的结构的截面图；图8是表示现有技术的半导体发光元件用外延片的结构的截面图。符号说明1n型GaAs衬底2n型GaAs缓冲层3n型光反射层4n型AlGaInP包覆层5非掺杂AlGaInP活性层6p型AlGaInP包覆层6a掺杂剂抑制AlGaInP层6b，6c掺杂剂添加AlGaInP层7p型GaInP中间层8p型GaP电流分散层8’p型AlGaAs电流分散层 9表面电极10背面电极1本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体发光元件，其在第１导电型半导体衬底上至少形成有第１导电型包覆层、非掺杂活性层、第２导电型包覆层及第２导电型电流分散层，其特征在于，在所述第２导电型包覆层的作为其一部分的不接触所述活性层的部分具有掺杂剂浓度低于该部分周围的第１掺杂剂抑制层。

【技术特征摘要】
JP 2005-8-1 2005-2232141.半导体发光元件，其在第1导电型半导体衬底上至少形成有第1导电型包覆层、非掺杂活性层、第2导电型包覆层及第2导电型电流分散层，其特征在于，在所述第2导电型包覆层的作为其一部分的不接触所述活性层的部分具有掺杂剂浓度低于该部分周围的第1掺杂剂抑制层。2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层也不接触在所述第2导电型包覆层上形成的层。3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层形成在距离所述活性层大于等于200nm的位置。4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层形成在2处或者2处以上。5.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层不添加掺杂剂。6.根据权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层的膜厚为50～300nm。7.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层由与该第1掺杂剂抑制层以外的所述第2导电型包覆层晶格匹配的III-V族半导体结晶而构成。8.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层相对于在由所述第2导电型包覆层、所述活性层、所述第1导电型包覆层形成的发光层所发出的光是透明的。9.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层为多个层构成的多层结构。10.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层的膜厚为20～200nm。11.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层的各层的膜厚为2～30nm。12.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，在所述第2导电型包覆层和所述电流分散层之间设置有具有所述2导电型包覆层和所述电流分散层之间的带隙能量的中间层。13.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：今野泰一郎，饭塚和幸，新井优洋，古屋贵士，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]