本发明专利技术提供一种氮化镓系化合物半导体发光元件，其具备n-GaN层(102)、p-GaN层(107)、以及位于n-GaN层(102)和p-GaN层(107)之间的GaN/InGaN多重量子阱活性层(105)，GaN/InGaN多重量子阱活性层(105)是包括InxGa1-xN(0＜x＜1)阱层(104)的m面半导体层，该InxGa1-xN(0＜x＜1)阱层(104)具有6nm以上且17nm以下的厚度，GaN/InGaN多重量子阱活性层(105)中所包含的氧原子的浓度在3.0×1017cm-3以下。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氮化镓系化合物半导体发光元件。
技术介绍
对于作为V族元素而具有氮(N)的氮化物半导体而言，由于其带隙的大小，有望被作为短波长发光元件的材料。其中，氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体)的研究较为盛行，蓝色发光二极管(LED)、绿色LED、以及以GaN系半导体为材料的半导体激光器已被实用化。氮化镓类半导体具有纤锌矿型结晶结构。图1示意性表示GaN的单位晶格。在 AlaGabIncN(0彡a、b、c彡1，a+b+c = 1)半导体的结晶中，图1所示的( 的一部分可被置换为Al和/或^1。图2表示为了以4指数表述(六方晶指数)来表示纤锌矿型结晶结构的面而普遍采用的四个基本向量 、a2、a3、c。基本向量c在W001]方向上延伸，该方向被称为“C轴”。 与c轴垂直的面(plane)被称为“c面”或者“(0001)面”。其中，“C轴”以及“C面”有时也分别被标记为“C轴”以及“C面”。如图3所示，在纤锌矿型结晶结构中，除了 c面以外还存在代表性的结晶面方位。 图3(a)表示(0001)面，图3(b)表示(10-10)面，图3 (c)表示(11-20)面，图3 (d)表示 (10-12)面。在此，在表示密勒指数的括号内的数字的左侧赋予的“_”是指“横线”。(0001) 面、(10-10)面、(11-20)面、及(10-12)面分别是c面、m面、a面、及r面。m面及a面是平行于c轴的“非极性面”，而r面是“半极性面”。其中，m面是(10-10)面、(-1010)面、 (1-100)面、(-1100)面、(01-10)面和(0-110)面的总称。长期以来，利用了氮化镓系化合物半导体的发光元件是通过“C面生长(c-plane growth)”而制作出的。在本说明书中，所谓“X面生长”是指在与六方晶纤锌矿结构的X面 (X = c、m、a、r等)垂直的方向上进行外延生长。在X面生长中，有时将X面称为“生长面”。 此外，有时也将通过X面生长形成的半导体的层称为“X面半导体层”。若使用通过c面生长形成的半导体叠层结构来制造发光元件，则由于c面是极性面，因此在垂直于c面的方向(c轴方向)上产生较强的内部极化。产生极化的原因在于， 在c面中( 原子和N原子的位置沿着c轴方向偏离。当在发光部中产生这种极化时，会发生载流子的量子限制斯塔克效应。通过该效应，由于发光部内的载流子的发光再结合概率下降，因此使得发光效率下降。为此，近年来，正在活跃地研究着在m面、a面的非极性面、或r面等半极性面上使氮化镓系化合物半导体生长。如果能够选择非极性面作为生长面，则由于在发光部的层厚方向(结晶生长方向)上不会发生极化，因此也不会产生量子限制斯塔克效应，能够潜在地制造出高效率的发光元件。即便在将半极性面选择为生长面的情况下，也能够大幅减少量子限制斯塔克效应的作用。图4(a)示意性表示表面为m面的氮化物系半导体的剖面(与基板表面垂直的剖3面)处的结晶结构。由于( 原子和氮原子存在于与m面平行的同一原子面上，因此在垂直于m面的方向上不会发生极化。此外，被添加的^1及々1位于( 之处，替换(ia。即便( 的至少一部分被化或Al替换，在垂直于m面的方向上也不会产生极化。为了进行参考，图4(b)示意性表示表面为c面的氮化物系半导体的剖面(与基板表面垂直的剖面)处的结晶结构。( 原子和氮原子没有存在于与c面平行的同一原子面上。其结果，在垂直于C面的方向上产生极化。C面GaN系基板是用于使GaN系半导体结晶生长的普通基板。由于与c面平行的( (或h)的原子层和氮的原子层的位置仅在c轴方向上偏离，因此沿着c轴方向形成极化。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2008-34889号公报专利文献2 日本特开2002-16284号公报
技术实现思路
(专利技术要解决的问题)在现有技术中，在氮化镓系化合物半导体的结晶生长过程中，已知在通过有机金属气相生长法(M0CVD 法=Metal Organic Chemical Vapor Deposition)堆积包含铝(Al) 的AlaGEiJncN(0 < a彡1、0彡b、c彡1、a+b+c = 1)层时，容易混入氧(0)原子，从而成为杂质。在活性层内被混入而成为杂质的氧将会成为非发光中心，使得元件的发光效率降低。图5是表示专利文献1中公开的半导体发光元件的结构的剖视图。在半导体元件 300中，在表面上具有c面的基板301上，设置由AKiaAs构成的第1半导体层302。在第1 半导体层302上，配置具有fe^nNAs/GaAs双重量子阱结构的活性层304。在活性层304的上下设置由GaAs构成的中间层303，在配置于活性层304的上侧的中间层303之上，设置由 AlGaAs构成的第2半导体层305。图5所示的半导体发光元件具有第1半导体层302包含Al、活性层304包含N的结构。根据专利文献1，在具有这种结构的半导体发光元件中，在活性层304内检测出Al。 这是因为在形成活性层304时残留在生长室内的Al与氮化合物原料等结合而被俘获到活性层304内。由于Al和0之间的结合力较大，因此如果活性层304中包含Al，则在反应炉内残留的少许氧原子、或供给到反应炉的原料气体所包含的氧原子会在结晶生长过程中被卷入结晶内。其结果，活性层304的氧浓度变高。作为这种考虑的证据，已知如果是在真空度远高于MOCVD法的状态下进行生长的MBE (Molecular Beam Epitaxy)，则由于在反应炉内残留的氧被彻底排出，因此在活性层 304内不会混入氧。此外，即便是MOCVD法，在形成不包含Al的Gii1JncN(0彡b，c彡l、b+c =1)层的情况下，也不会混入氧。在专利文献1中，通过降低在活性层304中包含的Al浓度来降低氧的混入量，以便提高发光效率。本专利技术人按照专利文献1所公开的活性层的方式形成了在表面上具有c面的活性层304、和在表面上具有m面的活性层，观察了氧的俘获方式。其结果，发现表面上具有m面的活性层的氧的俘获方式不同于表面上具有c面的情况。本专利技术是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种发光效率高的m面生长的氮化物系半导体元件及其制造方法。(用于解决问题的方案)本专利技术的半导体发光元件具备n型氮化镓系化合物半导体层、P型氮化镓系化合物半导体层、以及位于所述η型氮化镓系化合物半导体层和所述P型氮化镓系化合物半导体层之间的发光层，所述发光层是包括具有6nm以上且17nm以下的厚度的InxGai_xN(0 < χ < 1)阱层的m面半导体层，所述发光层中所包含的氧原子的浓度在3. OX IO17CnT3以下。在某一实施方式中，所述InxGai_xN(0 < χ < 1)阱层的厚度为8nm以上且16nm以下。在某一实施方式中，所述发光层是多重量子阱活性层。在某一实施方式中，由基板支撑所述发光层，在所述基板与所述发光层之间不包含Al。本专利技术的半导体发光元件的制造方法中，半导体发光元件具备η型氮化镓系化合物半导体层、P型氮化镓系化合物半导体层、以及位于所述η型氮化镓系化合物半导体层和所述P型氮化镓系化合物半导体层之间的发光层，该半导体发光元件的制造方法包括工序(a)，将基板导入到有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：加藤亮，吉田俊治，横川俊哉，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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