[发明专利]氧化锌系化合物半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及使用ZnO和MgZnO系(意味着Mg与Zn的混晶比率能够改变，以下相同)化合物等氧化锌系(以下，也称为ZnO系)半导体的发光二极管(LED)等ZnO系化合物半导体发光元件。更详细地说，涉及特别是当在400nm以下的短波长区域中发光时，使内部量子效率提高，并且不吸收发出的光而将其高效率地取出到外部，使外部量子效率也提高的结构的ZnO系化合物半导体发光元件。

背景技术

近年来，使用氮化物半导体的蓝色系发光二极管(LED)和激光二极管等氮化物半导体发光元件已实用化。另一方面，ZnO系化合物在短波长区域中的发光特性比GaN系化合物(意味着Ga的一部分或全部置换成其它的III族元素的化合物，以下相同)优异。具体地说，空穴和电子在固体内结合的ZnO的激子的束缚能大到60meV，即使在室温下也稳定地存在(GaN为24meV)。进一步，GaN系化合物当加入In而形成InGaN系化合物(意味着In与Ga的混晶比率能够发生各种改变的化合物，以下相同)时，会高效率地发光，但是In越少效率越下降。在InGaN系化合物的情况下，由于In的组成异常，在局部会产生电位小的地方，载流子在那里会被捕获，因此可以说对结晶缺陷不敏感。认为：当In变少时，组成均匀化，尤其是容易捕获载流子的部分消失，因此容易看到结晶缺陷。ZnO系化合物即使短波长化也不会发生这样的问题，波长越短InGaN系化合物越不利。当然，在进一步的短波长化中，即使使用GaN本身、AlGaN系化合物(意味着Al与Ga的混晶比率能够发生各种改变的化合物，以下相同)也同样是不利的。

作为使用这样的ZnO系化合物的发光元件，已知有例如如图6所示的结构的发光元件(例如参照专利文献1)。即，在图6中，在蓝宝石基板31上，形成有由ZnO构成的缓冲层32、和由n型ZnO构成的n型接触层33，在其上，利用由MgZnO系化合物构成的n型包覆层34、由CdZnO系化合物构成的活性层35、和由MgZnO系化合物构成的p型包覆层36，叠层发光层形成部38，进一步叠层由ZnO构成的p型接触层37，对半导体叠层部的一部分进行蚀刻，使n型接触层33露出，在其表面上设置n侧电极39，在p型接触层37的表面上设置p侧电极40，由此形成该发光元件。

专利文献1：特开2002-94114号公报

发明内容

上述的图6所示的ZnO系化合物半导体发光元件，因为基板使用与ZnO系化合物不同种类的蓝宝石基板，所以结晶性差，内部量子效率也容易降低，并且当如上述的例子那样使用在活性层中混入有Cd而形成混晶的发光元件，以发出蓝色那样的发光波长λ为400nm以上的光为目标时，与上述的In相同的效果变得明显，但是存在如下的问题：例如当发出360nm左右的400nm以下的短波长的光时，因为基板是蓝宝石，位错多，因此，由于与InGaN系化合物相同的理由，容易看到位错，内部量子效率不会上升。

另一方面，也有在叠层ZnO系化合物半导体的基板中使用ZnO基板作为同质基板的情况。当使用这样的ZnO基板时，价格高，但因为在其上生长的ZnO系化合物半导体与基板容易晶格匹配，所以能够生长结晶性好的半导体层，容易提高内部量子效率。但是，即使使用ZnO基板，当发出上述那样的400nm以下的短波长的光时，存在ZnO基板也吸收光，外部量子效率降低的问题。

本发明为了解决这样的问题而做出，其目的是提供一种在发出400nm以下的短波长的光时，使叠层的半导体层的结晶性提高从而使内部量子效率提高，并且通过使发出的光尽可能不被基板等吸收而将其取出到外部，使外部量子效率也提高，从而能够综合地提高发光效率的结构的发出400nm以下波长的光的氧化锌系化合物半导体发光元件。

本发明的另一个目的在于提供一种即使在利用异质结来叠层作为压电体的ZnO系化合物以形成发光元件的情况下，也不受压电电场的影响，不会使驱动电压上升，内部量子效率高的氧化锌系化合物半导体发光元件。

本发明的氧化锌系化合物半导体发光元件，是在基板上以形成发出400nm以下波长的光的发光层形成部的方式叠层ZnO系化合物半导体层的氧化锌系化合物半导体发光元件，其特征在于：使用由Mg_xZn_1-xO(0<x≤0.5)构成的基板作为上述基板。