[发明专利]氮化物半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及使用氮化物半导体的半导体发光元件。更详细地说，涉及基板使用由SiC构成的半导体基板，在基板的背面上设置有一个电极，同时能够有效地取出由发光层形成部发出的光，从而能够提高外部量子效率的氮化物半导体发光元件。

背景技术

现有的使用氮化物半导体的半导体发光元件，例如通过在蓝宝石基板上生长包含缓冲层和发光层形成部的氮化物半导体叠层部，对该半导体叠层部的一部分进行蚀刻使半导体叠层部的下层侧的导电型层露出，分别在该露出的下层侧导电型层表面设置下部电极、在半导体叠层部的上面侧设置上部电极而形成。当使用这样的蓝宝石作为基板时，因为蓝宝石基板是绝缘体，所以不能在基板的背面上形成与半导体叠层部的下层侧的导电型层连接的电极，必须如上述那样通过蚀刻将半导体叠层部的一部分除去而使下层的导电型层露出。因此，制造工序变得非常复杂，并且由蚀刻产生的污染物会附着在发光面、电极形成面等上，从而也会产生发光输出降低、电极连接部的电阻增大等电特性的问题。

为了解决这样的问题，也已考虑使用由SiC构成的半导体基板作为基板，在其上使用氮化物半导体，隔着缓冲层生长双异质结的发光层形成部的结构的半导体发光元件。即，如图3示，在SiC基板101上设置有缓冲层102，在其上叠层有由利用下层半导体层103和上层半导体层105使活性层104形成为夹层结构的双异质结构成的发光层形成部106，在它的表面上形成上部电极107，在SiC基板101的背面上形成下部电极108，由此，不对发光层形成部106等半导体叠层部的一部分进行蚀刻，在半导体基板101的背面上形成与半导体叠层部的下层导电型层连接的下部电极108(例如参照专利文献1)。

专利文献1：美国专利说明书第5523589号

发明内容

如上所述，通过使用SiC作为基板，即使不对半导体叠层部进行蚀刻也能够在基板的背面上形成一方的电极，因此优选。但是，即使使用SiC基板，也有不能完全地进行与氮化物半导体层的晶格匹配，在其上叠层的氮化物半导体层的结晶性差和发光效率降低的问题。在该情况下，如上所述，提出了在SiC基板101与发光层形成部106之间设置缓冲层102，但是，在氮化物半导体中，AlN与SiC晶格常数最接近，优选尽可能设置Al的混晶比率大的AlGaN系化合物(这意味着Al与Ga的混晶比率不是唯一的，是各种能得到的化合物，以下的“系”也以相同的意思使用)作为缓冲层，但是AlN是绝缘层，无法具有半导电性，即使形成AlGaN系化合物，越增大Al的混晶比率，越无法提高载流子浓度，当要在SiC基板背面上形成一方的电极时，需要充分提高缓冲层的载流子浓度，从载流子浓度的观点来看，提高Al的混晶比率的极限为0.2左右。因此，不能使SiC基板与氮化物半导体层的晶格不匹配充分缓和。

另外，SiC会吸收由氮化物半导体发出的光。因此，例如如果是蓝宝石基板，则即使是行进到基板侧的光也能够利用从基板侧面出来的光和在基板背面侧反射的光，但是当使用SiC基板时，存在几乎不能利用行进到基板侧的光的问题。另一方面，存在以下问题：由发光层发出的光，向四周均匀地放射，与取出光的半导体叠层部的上面侧相同程度的强度的光也行进到SiC基板侧，理论上发出的光的一半被浪费。

本发明鉴于上述状况而做出，其目的是提供一种以下结构的氮化物半导体发光元件：通过使用SiC基板，在基板的背面上形成一方的电极，作为垂直型的发光元件，同时能够防止由与基板和氮化物半导体层的晶格不匹配相伴的氮化物半导体层的膜质降低所引起的发光输出降低，并且也能够有效地利用行进到基板侧的光，由此能够提高外部量子效率。

本发明的另一个目的是提供一种即使在具有多层的半导体叠层膜作为光反射层的情况下，通过极力避免形成该叠层膜时的温度变化，也能够在短时间内进行叠层的结构的使用氮化物的半导体发光元件。

本发明的氮化物半导体发光元件，其特征在于，包括：SiC基板；直接设置在该SiC基板上，折射率相互不同的低折射率层和高折射率层交替叠层而形成的光反射层；设置在该光反射层上，以至少具有发光层形成部的方式叠层氮化物半导体层而形成的半导体叠层部；和在该半导体叠层部的上面侧和上述SiC基板的背面上分别设置的电极。