本发明专利技术的发光二极管元件具有主面(7a)是m面的n型GaN基板(7)和在基板(7)的主面(7a)上设置的层叠结构。该层叠结构具有：n型半导体层(2)；位于n型半导体层(2)的上表面的第一区域(2a)上的活性层(3)、p型半导体层(4)、阳极电极层(5)；以及在n型半导体层(2)的上表面的第二区域(2b)上形成的阴极电极层(6)。n型半导体层(2)、活性层(3)以及p型半导体层(4)都是通过m面生长而形成的外延生长层。基板(7)以及n型半导体层(2)中的n型杂质的浓度设定在1×1018cm-3以下。当从与主面(7a)垂直的方向观察时，阳极电极层(5)与阴极电极层(6)的间隔为4μm以下，在从阴极电极层(6)的边缘中的与阳极电极层(5)相对置的部分起相距的距离为45μm以下的区域内配置有阳极电极层(5)。
【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二极管，特别涉及非极性面发光二极管。
技术介绍
作为V族元素而具有氮(N)的氮化物半导体，由于其带隙大小的缘故而被认为作为短波长发光元件的材料非常具有发展前景。其中，氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体)的研究正广泛地进行，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也已经得到了实际应用(例如，参照专利文献I和2)。氮化镓系半导体具有纤锌矿型晶体结构。图I示意性地表示GaN的单位晶格。在AlaGabIncN(0彡a、b、c彡1，a+b+c = I)半导体的结晶中，图I所示的Ga的一部分被置换成Al以及/或者In。图2表示为了用四指数表示法(六方晶体指数)表示纤锌矿型晶体结构的面而一般使用的四个基本矢量31、&2、&3和(3。基本矢量c在方向上延伸，该方向被称为。与c轴垂直的面(plane)被称为“c面”或“(0001)面”。另外，“c轴”以及“c面”有时被分别表示为“C轴”以及“C面”。如图3所示，在纤锌矿型晶体结构中，除了 c面以外，还存在有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，在表示米勒指数的括号内的数字左边的是指“bar (横线)”。(0001)面、(10-10)面、(11-20)面以及(10-12)面分别是C面、m面、a面以及r面。m面以及a面是与c轴(基本矢量c)平行的“非极性面”，r面是“半极性面”。多年以来，使用氮化镓系化合物半导体的发光元件是根据“c面生长(c-planegrowth) ”制造的。在本说明书中，“X面生长”是指在与六方晶体纤锌矿结构的X面(X =c、m、a和r等)垂直的方向上外延生长。在X面生长中，有时会将X面称为“生长面”。另夕卜，有时将通过X面生长所形成的半导体的层称为“X面半导体层”。如果使用通过c面生长所形成的半导体层叠结构来制造发光元件，则由于c面是极性面，因此，在与c面垂直的方向(c轴方向)上会产生强的内部极化。产生极化的理由是因为在c面上Ga原子与N原子的位置在c轴方向上错位了。如果在发光部产生这种极化，则会发生载流子的量子限制斯塔克(Stark)效应。由于该效应，发光部内的的载流子的发光再结合概率降低，因此，发光效率也降低。因此，近年来，在m面或a面等非极性面或r面等半极性面上生长氮化镓系化合物半导体的研究非常活跃。如果能选择非极性面作为生长面，则由于在发光部的层厚度方向(结晶生长方向)上不发生极化，因此，不会发生量子限制斯塔克效应，能够有潜力地制造高效率的发光元件。在选择半极性面作为生长面的情况下，也能够大幅度地降低量子限制斯塔克效应的影响。当前，作为产品出售的发光二极管是通过将在c面基板上外延生长GaN、InGaN和AlGaN等的GaN系半导体层而制造的发光二极管元件(LED芯片)安装在基底(sub-mount)上而制造的。发光二极管元件的平面尺寸(基板主面的平面尺寸以下仅称为“芯片尺寸”)，根据发光二极管元件的用途的不同而不同，但是典型的芯片尺寸例如为300 u mX 300 u m 或 ImmX 1mm。发光二极管元件的电极配置分为两大类。一种是在发光二极管元件的表面以及背面上分别形成阳极电极层以及阴极电极层的“两面电极型”。另一种是将阳极电极层以及阴极电极层这两层都形成在发光二极管元件的表面侧上的“表面电极型”。以下，对具有这些电极配置的以往的发光二极管元件的构成进行说明。图4A是表示两面电极型的发光二极管元件的剖面图；图4B是其立体图。图5A是表不表面电极型的发光二极管兀件的剖面图；图5B是其上表面图；图6A是表不表面电极型的其他发光二极管元件的剖面图；图6B是其上表面图。在图4A以及图4B所示的例子中，在由GaN形成的n型基板I上层叠有由GaN形成的n型导电层2、活性层3以及由GaN形成的p型导电层4。该例子中的活性层3具有将阱层(发光层)和阻挡层进行了层叠的量子阱结构。阱层由InGaN或AlInGaN形成，阻挡层由GaN形成。在p型导电层4上形成阳极电极层5，在n型基板I的背面上形成阴极电极层6。在该例子中，由于从活性层3发出的光被从n型基板I的背面取出，因此，阴极电极层6由透明电极材料形成。在由不透明的导电材料形成阴极电极层6的情况下，阴极电极层6以不遮住光的形式形成在n型基板I的背面的一部分区域上。在将阴极电极层6为透明的两面电极型的发光二极管元件安装在基底(sub-mount)上的情况下，将阳极电极层5安装在位于基底侧。在图5A以及图5B所示的例子中，在将p型导电层4、活性层3以及n型导电层2的一部分除去而露出的n型导电层2上形成了阴极电极层6。阳极电极层5形成在p型导电层4上。在将这种类型的发光二极管元件安装在基底上的情况下，阳极电极层5以及阴极电极层6安装在位于基底侧的位置上。在图6A以及图6B所示的例子中，为了扩大每芯片面积的活性层面积的比例，将阴极电极层6的面积设计成小于图5B所示的阴极电极层6的面积。在两面电极型的情况下，阳极电极层5和阴极电极层6之间的电阻，由于GaN基板I的电阻成分的原因而受到很大影响，因此，GaN基板I的电阻优选尽可能抑制得很低。由于GaN半导体是以n型杂质相对高于p型杂质的浓度进行掺杂的，因此，一般来讲，n型容易实现低电阻。所以，通常GaN基板I的导电型被设定为n型。另外，即使在表面电极型的情况下，阳极电极层5与阴极电极层6之间的电阻，也由于GaN基板I的电阻成分的原因而受到影响，因此，通常GaN基板I的导电型被设定为n型。上述的电极配置，虽然一直应用于c面的发光二极管元件，但也适用于m面的发光二极管元件。(现有技术文献)(专利文献)专利文献I :特开2001-308462号公报专利文献2 :特开2003-332697号公报(专利技术要解决的问题)m面GaN与c面GaN相比难以进入杂质，因此具有难以提高载流子浓度这一问题。这不仅是GaN基板的问题，也是外延生长的GaN层所存在的问题。虽然在m面GaN中能够实现从5 X IO17Cm-3到I X IO18CnT3程度的n型杂质浓度，但是如果要将n型杂质浓度提高到高于该程度，则n型GaN的结晶质量显著变差，表面状态也变差。其结果是，PL半幅值增大，PL峰值强度降低。在这种质量差的结晶中，由于变得容易发生非发光电流或光的再吸收，因此，这成为发光二极管的效率降低的原因，从而不能用作产品。因此，为了避免结晶质量的降低，必须将由n型GaN形成的层以及基板的n型杂质浓度设定成IXlO18cnT3以下的低值。但是，如果杂质浓度成为IXlO18cnT3以下，则由于高电阻的缘故电压降低，因此，在活性层3中，位于远离阴极电极层5的位置上的部分变得不能被施加足够的电压。其结果是，被注入整个活性层3的电流的总量大幅降低，会导致发光量降低。图7的曲线图表示的是:m面两面电极型以及m面表面电极型的发光二极管的电流密度与n型GaN的杂质浓度的关系。在曲线图中，▲的数据表示的是在图5A以及图5B所示的表面电极型的发光二极管中，根据给出的n型杂质浓度(载流子浓度)所计算出的电本文档来自技高网...
【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：岩永顺子，横川俊哉，山田笃志，
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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