[发明专利]发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管，特别是涉及非极性面发光二极管。

背景技术

具有作为V族元素的氮(N)的氮化物半导体，其根据能隙(bandgap)的大小，有希望用作为短波长发光元件的材料。其中，氮化镓类化合物半导体(GaN类半导体)的研究正积极进行，蓝色发光二极管(LED)、绿色LED、以及以GaN类半导体作为材料的半导体激光器也正在被实用化(例如，参照专利文献1、2)。

氮化镓类半导体具有纤维锌矿(wurtzite)型结晶构造。图1示意性表示GaN的晶胞(unit cell)。在Al_aGa_bIn_cN(0≤a、b、c≤1，a+b+c＝1)半导体的结晶中，将图1所示的Ga的一部分置换为Al以及/或者In而得到。

图2表示为了按照4指数记法(六方晶指数)来表示纤维锌矿型结晶构造而一般使用的4个基本向量a₁、a₂、a₃、c。基本向量c在“0001”方向上延伸，将该方向称为“c轴”。将与c轴垂直的面(plane)称为“c面”或“(0001)面”。另外，“c轴”以及“c面”有时也分别记为“C轴”以及“C面”。

在纤维锌矿型结晶构造中，如图3所示，在c面以外也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。这里，在表示米勒指数(miller indices)的括号内的数字左边附加的“-”含义是“杆(bar)”。(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(基本向量c)平行的“非极性面”，但是r面是“半极性面”。

多年以来，利用了氮化镓类化合物半导体的发光元件能够通过“c面生长(c-plane growth)”来制作。在本说明书中，所谓“X面生长”意思是，在与六方晶纤维锌矿构造的X面(X＝c、m、a、r等)垂直的方向上产生外延生长(epitaxial growth)。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面生长而形成的半导体的层称为“X面半导体层”。

如果使用通过c面生长而形成的半导体层叠构造来制造发光元件，则由于c面是极性面，所以在与c面垂直的方向(c轴方向)上产生较强的内部极化。产生极化的理由是，在c面中，Ga原子和N原子的位置在c轴方向上有偏差。如果在发光部中产生这样的极化，则发生载流子(carrier)的量子约束斯塔克效应(Quantum Confined Stark Effect)。通过该效应，由于发光部内的载流子的发光再结合概率降低，所以发光效率也降低。

由此，近年来，正在积极研究在m面和a面等非极性面、或者r面等半极性面上使氮化镓类化合物半导体生长的技术。如果能够将非极性面选择作为生长面，则由于在发光部的层厚方向(结晶生长方向)上不产生极化，所以也不会发生量子约束斯塔克效应，能够潜在地制作高效率的发光元件。即使在将半极性面选择为生长面的情况下，也能够大幅减轻量子约束斯塔克效应的参与。

现在，作为产品来售卖的发光二极管通过以下方法来制作，即，在c面基板上外延生长GaN、InGaN、AlGaN等GaN类半导体层来进行制作，并在副安装板(submount)上安装发光二极管元件(LED芯片)。发光二极管元件的平面尺寸(基板主面的平面尺寸：以下，仅仅称为“芯片尺寸”)根据发光二极管元件的用途而不同，但是典型的芯片尺寸例如是300μm×300μm，或者1mm×1mm。

发光二极管元件的电极的配置大致分为2个类型。一种类型是，分别在发光二极管元件的表面以及背面形成p型电极以及n型电极的“两面电极类型”。另外一种类型是，在发光二极管元件的表面侧形成p型电极以及n型电极双方的“表面电极类型”。以下，说明具有这些电极配置的现有的发光二极管元件的构成。

图4(a)是表示两面电极类型的发光二极管元件的剖面图，图4(b)是其立体图。图4(c)是表示在安装基板12上安装两面电极类型的发光二极管元件的状态的剖面图。图5(a)是表示在安装基板12上搭载表面电极类型的发光二极管元件的状态的剖面图，图5(b)是从p型电极5以及n型表面电极6侧观察表面电极类型的发光二极管元件的图。