[发明专利]氮化镓系半导体发光元件、制作氮化镓系半导体发光元件的方法、氮化镓系发光二极管、外延晶片及制作氮化镓系发光二极管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓系半导体发光元件、制作氮化镓系半导体发光元件的方法、氮化镓系发光二极管、外延晶片及制作氮化镓系发光二极管的方法。

背景技术

在专利文献1中记载有一种设置于具有非极性面的GaN基板上的氮化镓系半导体发光元件。作为GaN基板的主面记载有以下结构。例如，GaN基板的主面为{11-20}面、{1-100}面、或者在-5度～+5度的范围内自{11-20}面或{1-100}面倾斜的面。此外，GaN基板的主面为相对于{11-20}面及{1-100}面中的任一面而以偏离角θ(其中0°≤θ≤10°)偏离的面。进而，GaN基板的主面为{11-20}面、在-5度～+5度的范围内自{11-20}面倾斜的面、或者相对于{11-20}面而以10度以下的偏离角θ偏离的面。

专利文献

专利文献1：日本专利特开平10-135576号公报

发明内容

在氮化镓系发光二极管中，出射光的偏光与应变的各向异性相关联。因此，为了制作出偏光度较大的发光二极管，而要求增大应变的各向异性。根据本发明者等人的见解，当在GaN基板的半极性主面上进行活性层的共格生长时，偏光度为大致由偏离角所决定的值。因此，使应变的各向异性改变并不容易。根据本发明者等人的探讨，考虑有通过产生各向异性的晶格弛豫而增大应变的各向异性。根据该方针，本发明者等人进行了研究，结果发现了各向异性地引起晶格弛豫的结构。

在氮化镓系激光二极管中，通过活性层的应变而可激光振荡的带间跃迁不同。此外，带间跃迁与激光振荡的阈值相关联。在氮化镓系激光二极管中，要求减小阈值电流密度。根据本发明者等人的见解，氮化镓系激光二极管的LED模式(产生激光振荡前的发光)下的偏光度，与该激光二极管的阈值电流密度的大小相关联。在LED模式下，不仅可激光振荡的带间跃迁会发光，其他带间跃迁也会发光。LED模式下的发光的偏光度通过来自多个不同带间跃迁的光的混合而规定。

本发明鉴于如上所述的情形而创立，其目的在于提供一种具有可提高偏光度的结构的氮化镓系半导体发光元件，且提供一种用于该氮化镓系半导体发光元件的外延晶片，进而提供一种制作氮化镓系半导体发光元件的方法。此外，本发明鉴于如上所述的情形而创立，其目的在于提供一种具有可提高偏光度的结构的氮化镓系发光二极管，且提供一种用于该氮化镓系发光二极管的外延晶片，进而提供一种制作氮化镓系发光二极管的方法。

本发明的一侧面的氮化镓系半导体发光元件包括：(a)半导体区域，包含氮化镓系半导体；(b)InGaN层，设置在上述半导体区域的上述主面的正上方；(c)活性层，含有包含InGaN的阱层，且设置在上述InGaN层的主面上；以及(d)支撑基体，包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面以10度以上且80度以下倾斜的主面。上述InGaN层设置于上述活性层与上述半导体区域之间，且上述半导体区域的上述主面相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面倾斜而表现出半极性，上述半导体区域包含一个或多个氮化镓系半导体层，各氮化镓系半导体层包含GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN，上述半导体区域的上述主面的材料与上述InGaN层不同，上述半导体区域的厚度大于上述InGaN层的厚度，上述InGaN层具有100nm以上的厚度，上述半导体区域搭载于上述支撑基体的上述主面上，上述InGaN层具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，上述第一方向与上述第二方向正交，上述支撑基体具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，且上述第一InGaN晶格常数与上述第一GaN晶格常数相等，上述第二InGaN晶格常数与上述第二GaN晶格常数不同。

根据该氮化镓系半导体发光元件，在半导体区域上形成厚度为100nm以上的InGaN层，因此在InGaN层产生各向异性的晶格弛豫，该InGaN层含有各向异性的应变。因此，InGaN层的主面上的活性层的应变的各向异性增大。在氮化镓系半导体激光中，可提高LED模式下的发光的偏光度，其结果，可进行低阈值的跃迁的激光振荡。此外，可提高氮化镓系发光二极管的偏光度。

在本发明的氮化镓系半导体发光元件中，上述InGaN层可具有150nm以上的厚度。根据该氮化镓系半导体发光元件，可增强该InGaN层的应变的各向异性。