CN102422496A - 氮化物半导体发光元件及外延衬底 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可减少由晶格弛豫引起的载流子阻挡性能降低的氮化物半导体发光元件。支撑基体(13)的六方晶系GaN的c轴向量VC相对于主面(13a)的法线轴Nx朝X轴方向倾斜。在半导体区域(15)中，有源层(19)、第一氮化镓基半导体层(21)、电子阻挡层(23)及第二氮化镓基半导体层(25)在支撑基体(13)的主面(13a)上沿法线轴Nx排列。p型覆层(17)包含AlGaN，电子阻挡层(23)包含AlGaN。电子阻挡层(23)承受X轴方向的拉伸应变。第一氮化镓基半导体层(21)承受X轴方向的压缩应变。界面(27a)处的错配位错密度低于界面(27b)处的错配位错密度。由于压电极化而使界面(27a)对电子的势垒升高。

Description

氮化物半导体发光元件及外延衬底
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光元件及外延衬底。
背景技术
专利文献1中，记载了利用GaN半导体的半导体发光元件。在该半导体发光元件中，为了减少因载流子注入而产生的载流子溢流，在有源层的上部和下部中的任意一个部位设置层叠的包含AlGaN/GaN的多量子势垒或包含AlGaN/InGaN的应变补偿多量子势垒。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特愿2001-31298号公报
发明内容
专利文献1提供了使用多量子势垒来降低注入至半导体发光元件的有源层中的载流子的溢流的技术方案。在专利文献1中，作为优选方式，公开了在蓝宝石衬底上制作该半导体发光元件的技术方案。
氮化物半导体发光元件包含n型半导体层、有源层及p型半导体层。在有源层上生长例如AlGaN电子阻挡层或AlGaN覆层。在半极性面上，这些AlGaN基半导体容易产生晶格弛豫。根据本发明人的见解，在半极性面上的AlGaN基半导体中，滑移面(例如c面滑移面)具有活性，不是通过在该半导体中产生裂纹而是通过在界面处导入错配位错，而使半极性面上的AlGaN基半导体的应变缓和。该晶格弛豫的产生可减小AlGaN基半导体的应变，且使压电极化发生变化。因此，在AlGaN基半导体及与该AlGaN基半导体邻接的半导体中，压电极化的变化会对电子阻挡结构的势垒产生电的影响。根据本发明人的研究，由晶格弛豫引起的压电极化的变化在某些情况下可能会降低电子阻挡层的载流子阻挡性能。
本发明的目的在于提供可减少由晶格弛豫引起的载流子阻挡性能降低的氮化物半导体发光元件，另外，本发明的目的在于提供用于该氮化物半导体发光元件的外延衬底。
本发明的一个方面的氮化物半导体发光元件包含：(a)支撑基体，其包含六方晶系氮化镓半导体；(b)半导体区域，其设置于上述支撑基体的主面上，且包含有源层、第一氮化镓基半导体层、电子阻挡层及第二氮化镓基半导体层；和(c)p型覆层，其位于上述半导体区域的主面上。上述六方晶系氮化镓半导体的c轴相对于上述支撑基体的上述主面的法线轴朝规定的方向倾斜，上述p型覆层包含AlGaN，上述电子阻挡层包含AlGaN，上述第一氮化镓基半导体层设置于上述有源层与上述电子阻挡层之间，上述第二氮化镓基半导体层设置于上述p型覆层与上述电子阻挡层之间，上述第二氮化镓基半导体层的材料与上述电子阻挡层的材料不同，上述第二氮化镓基半导体层的材料与上述p型覆层的材料不同，上述第一氮化镓基半导体层的带隙小于上述电子阻挡层的带隙，上述电子阻挡层承受上述规定方向的拉伸应变，上述第一氮化镓基半导体层承受上述规定方向的压缩应变，上述第一氮化镓基半导体层与上述电子阻挡层的界面处的错配位错密度低于上述第二氮化镓基半导体层与上述p型覆层的界面处的错配位错密度。
该氮化物半导体发光元件包括包含AlGaN的p型覆层及包含AlGaN的电子阻挡层。另外，电子阻挡层与第一氮化镓基半导体层的界面处的错配位错密度低于p型覆层与第二氮化镓基半导体层的界面处的错配位错密度。因此，在电子阻挡层中，实质上未产生因错配位错的导入而引起的应变缓和。因此，电子阻挡层承受规定方向的拉伸应变。当电子阻挡层承受规定方向的拉伸应变时，电子阻挡层的压电极化包含自有源层朝向p型覆层的成分。由于该压电极化，使电子阻挡层与第一氮化镓基半导体层的界面对电子的势垒升高。另外，第一氮化镓基半导体层的带隙小于电子阻挡层的带隙，第一氮化镓基半导体层承受规定方向的压缩应变。当第一氮化镓基半导体层承受规定方向的压缩应变时，第一氮化镓基半导体层的压电极化包含自p型覆层朝向有源层的成分。进而，由于第二氮化镓基半导体层与p型覆层的界面处的错配位错密度的导入，使得一部分或全部的p型覆层中产生晶格弛豫，并且在p型覆层中，由应变引起的极化变小。通过该错配位错，可减小形成于有源层上的半导体层与p型覆层的晶格常数差对电子阻挡层的影响。电子阻挡层通过第二氮化镓基半导体层与p型覆层隔开。因此，可减小p型覆层对电子阻挡层的应变的影响，由此，可对电子阻挡层赋予所需的应变。电子阻挡层不受p型覆层的晶格弛豫的位错的影响。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选：上述第二氮化镓基半导体层的折射率大于上述电子阻挡层的折射率，且上述第二氮化镓基半导体层的折射率大于上述p型覆层的折射率。
根据该氮化物半导体发光元件，第二氮化镓基半导体层可作为光导层发挥作用，且第一氮化镓基半导体层可作为光导层发挥作用。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选：上述第二氮化镓基半导体层的无应变状态的晶格常数大于上述电子阻挡层的无应变状态的晶格常数，且上述第二氮化镓基半导体层的无应变状态的晶格常数大于上述p型覆层的无应变状态的晶格常数。
根据该氮化物半导体发光元件，第二氮化镓基半导体层可使电子阻挡层与p型覆层两者彼此疏离。由此，可减小因电子阻挡层接近p型覆层而使它们成为一体由此在电子阻挡层中引起的弛豫，从而可减小随弛豫而导致的载流子注入效率的恶化。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选上述第二氮化镓基半导体层为GaN或InGaN。
根据该氮化物半导体发光元件，当第二氮化镓基半导体层包含不含有Al的GaN或InGaN时，由于p型覆层的影响可防止电子阻挡层产生晶格弛豫。另外，GaN或InGaN作为光导层发挥作用。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选上述第二氮化镓基半导体层的膜厚为30nm以上且1μm以下。
根据该氮化物半导体发光元件，当膜厚为30nm以上时，由于p型覆层的影响可减小电子阻挡层产生的晶格弛豫。当膜厚超过1μm时，p型覆层自有源层分离，光限制性不佳。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选上述电子阻挡层的膜厚为5nm以上且50nm以下。
在该氮化物半导体发光元件中，当膜厚为5nm以上时，可防止因电子阻挡层过薄而导致的阻挡效果降低。当膜厚为50nm以下时，可避免产生电子阻挡层的弛豫，从而可使电子阻挡层内包含应变。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选上述p型覆层的膜厚为300nm以上且1.5μm以下。
根据该氮化物半导体发光元件，当膜厚为300nm以上时，可提供所需的光限制性能。当膜厚为1.5μm以下时，在还考虑处理量(スル一プツト)时为实用性的上限值。如上所说明，由于第一氮化镓基半导体层与电子阻挡层的界面处的错配位错密度低于第二氮化镓基半导体层与p型覆层的界面处的错配位错密度，因此一部分或全部的p型覆层在半极性面上产生晶格弛豫。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选上述电子阻挡层的Al含量为0.05以上且0.3以下。
在该氮化物半导体发光元件中，当电子阻挡层的Al含量小于0.05时，阻挡效果降低。当电子阻挡层的Al含量为0.3以下时，可避免晶格弛豫，从而可避免在电子阻挡层的下侧界面生成位错。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，上述p型覆层的Al含量可为0.03以上且0.2以下。
在该氮化物半导体发光元件中，当覆层的Al含量为0.03以上时，可提供所需的光限制。当考虑到覆层的结晶性、导电性及处理量等时，优选覆层的Al含量为0.2以下。就载流子注入的观点而言，即使覆层中产生晶格弛豫，其对电子阻挡层的能带弯曲的不良影响也较小。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选：上述第一氮化镓基半导体层与上述电子阻挡层的上述界面处的错配位错密度小于1×104cm-1。
在该氮化物半导体发光元件中，当错配位错密度为上述范围时，通过由应变引起的电子阻挡层的能带弯曲，可减少载流子溢流。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选：上述第二氮化镓基半导体层与上述p型覆层的上述界面处的错配位错密度为1×104cm-1以上。
在该氮化物半导体发光元件中，通过提高覆层的Al含量而在一部分或全部的覆层中引起晶格弛豫，可获得覆层中光限制性的提高。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，上述p型覆层在上述半导体区域上至少在上述规定方向上产生晶格弛豫。
在该氮化物半导体发光元件中，可获得覆层中光限制性的提高。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选：上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴与上述支撑基体的上述法线轴所成的角度为50度以上且80度以下或者100度以上且130度以下。
根据该氮化物半导体发光元件，压电极化与c面主面的支撑基体上的发光元件成为相反方向。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选：上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴与上述支撑基体的上述法线轴所成的角度为63度以上且80度以下或者100度以上且117度以下。根据该氮化物半导体发光元件，可增大压电极化。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选上述p型覆层的膜厚超过该p型覆层的AlGaN的Al含量下的临界膜厚。
根据该氮化物半导体发光元件，由于p型覆层形成于半极性面上，因此在滑移面的作用下，在膜厚为临界膜厚以上的p型覆层中会产生晶格弛豫。因此，可获得覆层中光限制性的提高。
本发明的氮化物半导体发光元件可进一步包含设置于上述支撑基体与上述半导体区域之间的n型覆层。上述n型覆层包含AlGaN，上述n型覆层在上述支撑基体的上述主面上承受拉伸应变。
根据该氮化物半导体发光元件，n型覆层不产生晶格弛豫，而产生同n型覆层的晶格常数与支撑基体的晶格常数之差相对应的应变。包含电子阻挡层的半导体区域形成于产生应变后的n型覆层上。因此，电子阻挡层承受拉伸应变，在载流子溢流减少的方向上产生能带弯曲。
本发明的氮化物半导体发光元件，优选进一步包含设置于上述支撑基体与上述半导体区域之间的n型覆层。更优选：上述n型覆层包含AlGaN层，且上述n型覆层的膜厚超过该n型覆层的AlGaN的Al含量下的临界膜厚。
根据该氮化物半导体发光元件，在n型覆层中产生晶格弛豫。包含第一氮化镓基半导体层的半导体区域形成于产生晶格弛豫后的n型覆层上。因此，第一氮化镓基半导体层承受压缩应变，在载流子溢流减少的方向上产生能带弯曲。
本发明的氮化物半导体发光元件可进一步包含设置于上述支撑基体与上述半导体区域之间的n型覆层。上述n型覆层包含InAlGaN层，上述第一氮化镓基半导体层包含InGaN。
根据该氮化物半导体发光元件，n型覆层包含InAlGaN层，因此与包含AlGaN的覆层相比，可提供适合用于包覆的带隙及膜厚的InAlGaN层，并且可使该InAlGaN层的晶格常数接近GaN的晶格常数。通过使用InAlGaN层，即使在以InGaN作为第一氮化镓基半导体层的情况下也不易产生晶格弛豫，从而可对第一氮化镓基半导体层施加压缩应力。
本发明的另一方面为用于氮化物半导体发光元件的外延衬底。该外延衬底包含：(a)衬底，其包含六方晶系氮化镓半导体；(b)半导体区域，其设置于上述支撑基体的主面上，且包含有源层、第一氮化镓基半导体层、电子阻挡层及第二氮化镓基半导体层；和(c)p型覆层，其位于上述半导体区域的主面上。上述六方晶系氮化镓半导体的c轴相对于上述衬底的上述主面的法线轴朝规定的方向倾斜，上述p型覆层包含AlGaN，上述电子阻挡层包含AlGaN，上述第一氮化镓基半导体层设置于上述有源层与上述电子阻挡层之间，上述第二氮化镓基半导体层设置于上述p型覆层与上述电子阻挡层之间，上述电子阻挡层承受上述规定方向的拉伸应变，上述第一氮化镓基半导体层承受上述规定方向的压缩应变，上述第一氮化镓基半导体层与上述电子阻挡层的界面处的错配位错密度低于上述第二氮化镓基半导体层与上述p型AlGaN覆层的界面处的错配位错密度。
该外延衬底包括包含AlGaN的p型覆层及包含AlGaN的电子阻挡层。另外，电子阻挡层与第一氮化镓基半导体层的界面处的错配位错密度低于p型覆层与第二氮化镓基半导体层的界面处的错配位错密度。因此，在电子阻挡层中，实质上未产生因错配位错的导入而引起的应变缓和。因此，电子阻挡层承受规定方向的拉伸应变。另外，第一氮化镓基半导体层的带隙小于电子阻挡层的带隙，因此第一氮化镓基半导体层承受规定方向的压缩应变。当电子阻挡层承受规定方向的拉伸应变时，电子阻挡层的压电极化包含自有源层朝向p型覆层的成分。当第一氮化镓基半导体层承受规定方向的压缩应变时，第一氮化镓基半导体层的压电极化包含自p型覆层朝向有源层的成分。由于这些压电极化，使电子阻挡层与第一氮化镓基半导体层的界面对电子的势垒升高。另外，通过第二氮化镓基半导体层与p型覆层的界面处的错配位错密度的导入，在p型覆层中产生晶格弛豫。因此，可减小形成于有源层上的半导体层的应变。电子阻挡层通过第二氮化镓基半导体层与p型覆层隔开。因此，可减小p型覆层对电子阻挡层的应变的影响，由此可对电子阻挡层赋予所需的应变。另外，电子阻挡层不受p型覆层的晶格弛豫的位错的影响。
在本发明的外延衬底中，优选：上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴与上述支撑基体的上述法线轴所成的角度为50度以上且80度以下或者100度以上且130度以下。
本发明的外延衬底可进一步包含设置于上述衬底与上述半导体区域之间的n型覆层。上述n型覆层包含AlGaN层，上述n型覆层在上述衬底的上述主面上承受拉伸应变。
根据该外延衬底，n型覆层不产生晶格弛豫，而产生同n型覆层的晶格常数与支撑基体的晶格常数之差相对应的应变。包含电子阻挡层的半导体区域形成于产生应变后的n型覆层上。因此，电子阻挡层承受拉伸应变，在载流子溢流减少的方向上产生能带弯曲。
本发明的外延衬底，优选进一步包含设置于上述支撑基体与上述半导体区域之间的n型覆层。更优选：上述n型覆层包含AlGaN层，且上述n型覆层的膜厚超过该n型覆层的AlGaN的Al含量下的临界膜厚。
根据该外延衬底，在n型覆层中产生晶格弛豫。包含第一氮化镓基半导体层的半导体区域形成于产生晶格弛豫后的n型覆层上。因此，第一氮化镓基半导体层承受压缩应变，在载流子溢流减少的方向上产生能带弯曲。
本发明的上述目的及其它目的、特征和优点，根据参考附图而进行的本发明的优选实施方式的以下详细描述，可以更容易地明白。
发明效果
如以上所说明，根据本发明的一个方面，提供可减少由晶格弛豫引起的载流子阻挡性能降低的氮化物半导体发光元件，另外，根据本发明的另一方面，提供用于该氮化物半导体发光元件的外延衬底。
附图说明
图1是示意地表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的图。
图2是表示图1所示的氮化物半导体发光元件的有源层至p型覆层的传导带能带图的图。
图3是表示电子阻挡层及p型覆层互相接触的氮化物半导体发光元件的传导带能带结构的图。
图4是表示图1所示的氮化物半导体发光元件的半导体层的晶格常数的图。
图5是表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的半导体层的晶格常数的图。
图6是表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的半导体层的晶格常数的图。
图7是表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的一例的传导带能带结构的图。
图8是表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的另一例的传导带能带结构的图。
图9是示意地表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的制作方法的主要步骤的图。
图10是示意地表示实施例的氮化物半导体发光元件的结构的图。
图11是示意地表示实施例的氮化物半导体发光元件的结构的图。
图12是示意地表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的制作方法的主要步骤的图。
图13是示意地表示实施例的氮化物半导体发光元件的结构的图。
图14是表示外延衬底的(20-24)的倒易晶格图谱的图。
标号说明
11、11a、11b 氮化物半导体发光元件
13  支撑基体
13a 支撑基体主面
15  半导体区域
17  p型覆层
S   正交坐标系
VC  c轴向量
NV  法线向量
19  有源层
21  第一氮化镓基半导体层
23  电子阻挡层
25  第二氮化镓基半导体层
27a、27b、27c、27d、27e、27f  界面
29  量子阱结构
29a 势垒层
29b 阱层
31  第三氮化镓基半导体层
33  p型接触层
35a p侧电极
37  绝缘膜
35b n侧电极
d13、d17、d21、d23、d25、d31  晶格常数
LVC13、LVC17、LVC21、LVC23、LVC25、LVC45  晶格向量
V13L、V17L、V21L、V23L、V25L、V31L、V45L  纵向分量
V13T、V17T、V21T、V23T、V25T、V31T、V45T  横向分量
45、45a、45b  n型覆层
具体实施方式
本发明的见解通过参考作为例示给出的附图来考虑以下的详细描述可以容易地理解。接着，参考附图对本发明的氮化物半导体发光元件的实施方式进行说明。可能的情况下，对同一部分标注同一标号。
图1是示意地表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的图。图2是表示图1所示的氮化物半导体发光元件的有源层至p型覆层的传导带能带图的图。氮化物半导体发光元件11包含：支撑基体13、半导体区域15和p型覆层17。支撑基体13含有主面13a及背面13b。参考图1，示出了正交坐标系S、c轴向量VC及法线向量VN。支撑基体13包含六方晶系氮化镓(GaN)半导体。该六方晶系氮化镓半导体的c轴(以向量VC表示)相对于支撑基体13的主面13a的法线轴Nx朝规定的方向(例如X轴方向)倾斜。规定的方向可为六方晶系氮化镓半导体的a轴或m轴等。主面13a可显示半极性，另外，其与由X轴及Y轴所规定的平面平行。p型覆层17位于半导体区域15的主面15a上。半导体区域15及p型覆层17在支撑基体13的主面13a上沿着法线轴Nx(例如Z轴方向)排列。半导体区域15设置于支撑基体13的主面13a上，且包含有源层19、第一氮化镓基半导体层21、电子阻挡层23及第二氮化镓基半导体层25。有源层19、第一氮化镓基半导体层21、电子阻挡层23及第二氮化镓基半导体层25在支撑基体13的主面13a上沿着法线轴Nx排列。第一氮化镓基半导体层21设置于有源层19与电子阻挡层23之间。第二氮化镓基半导体层25设置于p型覆层17与电子阻挡层23之间。
p型覆层17包含AlGaN，电子阻挡层23包含AlGaN。第二氮化镓基半导体层25的材料与电子阻挡层23的材料不同。第二氮化镓基半导体层25的材料与p型覆层17的材料不同。第一氮化镓基半导体层21的带隙E21小于电子阻挡层23的带隙E23。第二氮化镓基半导体层25的带隙E25小于电子阻挡层23的带隙E23。电子阻挡层23承受规定方向的拉伸应变。第一氮化镓基半导体层21与电子阻挡层23的界面27a处的错配位错密度低于第二氮化镓基半导体层25与p型覆层17的界面27b处的错配位错密度。第一氮化镓基半导体层21的材料与电子阻挡层23的材料不同。第一氮化镓基半导体层21承受规定方向的压缩应变。第一氮化镓基半导体层21的材料与p型覆层17的材料不同。界面27a、29b与例如由X轴及Y轴所规定的平面平行。
在该氮化物半导体发光元件11中，电子阻挡层(AlGaN)与第一氮化镓基半导体层21的界面27a处的错配位错密度低于p型覆层(AlGaN)与第二氮化镓基半导体层25的界面27b处的错配位错密度。因此，在电子阻挡层23中，实质上未产生因错配位错的导入而引起的应变缓和。因此，电子阻挡层23承受规定方向(X轴方向)的拉伸应变。另外，第一氮化镓基半导体层21的带隙E21小于电子阻挡层23的带隙E23，第一氮化镓基半导体层21承受规定方向的压缩应变。当电子阻挡层23承受规定方向的拉伸应变时，电子阻挡层23的压电极化包含自有源层19朝向p型覆层17的成分PZ23。通过该压电极化，界面27a对电子的势垒AP23升高。另外，当第一氮化镓基半导体层21承受规定方向的压缩应变时，第一氮化镓基半导体层21的压电极化包含自p型覆层17朝向有源层19的成分。需要说明的是，图2中，主要描绘电子阻挡层周边的能带弯曲，因此为了方便图示而省略了量子阱结构及其它的能带弯曲，对于后续的相同主旨的能带图，也采取同样的处理。
由于界面27b处的错配位错密度的导入，在一部分或全部的p型覆层17中产生晶格弛豫，并且在p型覆层17中，由应变引起的极化变小。通过该错配位错的导入，可减少形成于有源层19上的半导体层与p型覆层17的晶格常数差对电子阻挡层23的影响。电子阻挡层23通过第二氮化镓基半导体层25与p型覆层17隔开。因此，可减小p型覆层17对电子阻挡层23的应变的影响，由此可对电子阻挡层23赋予所需的应变。另外，电子阻挡层23不受p型覆层17的晶格弛豫的位错的影响。
如图1及图2所示，有源层19具有量子阱结构29。量子阱结构29包含交替排列的势垒层29a及阱层29b。势垒层29a例如包含InGaN、GaN等，阱层29b例如包含InGaN等。阱层29b内包含同阱层29b的晶格常数与支撑基体13的晶格常数之差相对应的应变，当存在同势垒层29a的晶格常数与支撑基体13的晶格常数之差相对应的应变时，势垒层29a内包含该应变。
在一个实施例中，第一氮化镓基半导体层21可作为光导层发挥作用。另外，第二氮化镓基半导体层25可作为光导层发挥作用。氮化镓基半导体层21、25的折射率大于电子阻挡层23的折射率，且大于p型覆层17的折射率。
半导体区域15可包含设置于支撑基体13与有源层19之间的第三氮化镓基半导体层31。在一个实施例中，第三氮化镓基半导体层31可作为光导层发挥作用。氮化物半导体发光元件11可包含设置于p型覆层17上的p型接触层33。p型接触层33可包含GaN、AlGaN等。p侧电极35a经由绝缘膜37的开口与p型接触层33形成接触。
如图1所示，氮化物半导体发光元件11可包含与支撑基体13的背面13b形成接触的n侧电极35b。优选支撑基体13的六方晶系氮化镓半导体的c轴(VC)与法线轴Nx所成的角度ALPHA为50度以上且80度以下或者100度以上且130度以下。根据该角度范围，压电极化与c面主面的支撑基体上的发光元件成为相反方向。另外，优选六方晶系氮化镓半导体的c轴(VC)与法线轴Nx所成的角度ALPHA为63度以上且80度以下或者100度以上且117度以下。根据该角度范围，可增大压电极化。因此，电子阻挡层周边的能带弯曲成为不易产生载流子溢流的结构。
第二氮化镓基半导体层25的无应变状态的晶格常数大于p型覆层17的无应变状态的AlGaN晶格常数。p型覆层17的无应变状态的AlGaN晶格常数大于电子阻挡层23的无应变状态的AlGaN晶格常数。第二氮化镓基半导体层25可使电子阻挡层23与p型覆层17两者彼此疏离。通过该疏离，可减小因电子阻挡层23接近p型覆层17而使它们成为一体由此在电子阻挡层23中引起的弛豫，从而可减小随弛豫而导致的载流子注入效率的恶化。
图3是表示电子阻挡层及p型覆层互相接触的氮化物半导体发光元件的传导带能带结构的图。参考图3，在有源层19上依次形成有光导层39(InGaN层39a、GaN层39b)、电子阻挡层40及p型覆层41。电子阻挡层40包含AlGaN，p型覆层41也包含AlGaN。电子阻挡层40及p型覆层41形成结43a，电子阻挡层40及光导层39形成结43b。结43b的错配位错密度大于结43a的错配位错密度。电子阻挡层40及p型覆层41成为一体而内含有应变，结43a中未导入错配位错密度。另一方面，因电子阻挡层40的晶格常数与光导层39的晶格常数的差异而在结43b中导入错配位错密度。电子阻挡层40的应变并不大。因此，无法利用应变而使电子阻挡层40对电子的势垒ΔP39增大。
再次参考图1及图2。在具有半极性主面的支撑基体13中，滑移面(例如c面滑移面)具有活性，因此AlGaN层在规定方向(偏离方向)上容易产生弛豫。若产生弛豫，则压电极化减弱，其结果容易产生载流子溢流。另外，当电子阻挡层与p型覆层连续地成膜时，它们整体的应变施加于电子阻挡层下的界面，从而在该界面中导入位错。
由于将p型覆层17与电子阻挡层23隔开配置，因此电子阻挡层可靠地产生应变。当在电子阻挡层17与p型覆层23之间插入GaN层和/或InGaN层时，膜厚较薄的电子阻挡层23难以产生弛豫。另一方面，p型覆层17产生弛豫，在p型覆层的下侧的界面生成错配位错，这些位错对电子阻挡层23周边的能带弯曲没有太大影响。
更详细地，参考图4来说明晶格常数的关系。图4是表示图1所示的氮化物半导体发光元件的半导体层的晶格常数的图。p型覆层17的AlGaN的c轴方向与该c轴方向的晶格常数d17的大小通过晶格向量LVCl7表示。晶格向量LVCl7包含法线轴Nx方向的纵向分量V17L和与该纵向分量正交的横向分量V17T。电子阻挡层23的AlGaN的c轴方向与该c轴方向的晶格常数d23的大小通过晶格向量LVC23表示。晶格向量LVC23包含法线轴Nx方向的纵向分量V23L和与该纵向分量正交的横向分量V23T。横向分量V17T小于横向分量V23T。为了表示该横向分量的关系，在图4(以下的图5及图6中也同样)的右侧的氮化物半导体发光元件的半导体层中，将p型覆层17的横向宽度描绘得比电子阻挡层23的横向宽度小。
氮化镓基半导体层25的氮化镓基半导体的c轴方向与该c轴方向的晶格常数d25的大小通过晶格向量LVC25表示。晶格向量LVC25包含法线轴Nx方向的纵向分量V25L和与该纵向分量正交的横向分量V25T。横向分量V17T小于横向分量V25T。为了表示该横向分量的关系，在图4(以下的图5及图6中也同样)的右侧的氮化物半导体发光元件的半导体层中，将p型覆层17的横向宽度描绘得比氮化镓基半导体层25的横向宽度小。
氮化镓基半导体层21的氮化镓基半导体的c轴方向与该c轴方向的晶格常数d21的大小通过晶格向量LVC21表示。晶格向量LVC21包含法线轴Nx方向的纵向分量V21L和与该纵向分量正交的横向分量V21T。横向分量V17T小于横向分量V21T。为了表示该横向分量的关系，在图4(以下的图5及图6中也同样)的右侧的氮化物半导体发光元件的半导体层中，将p型覆层17的横向宽度描绘得比氮化镓基半导体层21的横向宽度小。
氮化镓基半导体层31的氮化镓基半导体的c轴方向与该c轴方向的晶格常数d31的大小通过晶格向量LVC31表示。晶格向量LVC31包含法线轴Nx方向的纵向分量V31L和与该纵向分量正交的横向分量V31T。横向分量V17T小于横向分量V31T。为了表示该横向分量的关系，在图4(以下的图5及图6中也同样)的右侧的氮化物半导体发光元件的半导体层中，将p型覆层17的横向宽度描绘得比氮化镓基半导体层31的横向宽度小。
参考图4，在n型覆层上共格生长氮化镓基半导体层31、有源层19、氮化镓基半导体层21、电子阻挡层23和氮化镓基半导体层25，氮化镓基半导体层31、有源层19、氮化镓基半导体层21、电子阻挡层23和氮化镓基半导体层25的晶格常数的横向分量在实效上彼此相等。另外，这些层的厚度均薄于临界膜厚。
参考图1及图2，电子阻挡层23的膜厚D23优选为5nm以上。当膜厚D23为5nm以上时，可防止因电子阻挡层23过薄而导致阻挡效果降低。另外，膜厚D23优选为50nm以下。当膜厚D23为50nm以下时，电子阻挡层23的弛豫得到抑制，可使电子阻挡层内含有应变。
电子阻挡层23的Al含量优选为0.05以上，且优选为0.3以下。当电子阻挡层23的Al含量小于0.05时，阻挡效果降低。当电子阻挡层23的Al含量为0.3以下时，晶格弛豫得到抑制，可避免在电子阻挡层23的下侧界面生成位错。
第二氮化镓基半导体层25优选为GaN或InGaN。当第二氮化镓基半导体层25包含不含有Al的氮化镓基半导体(GaN或InGaN)时，由于p型覆层17的影响可防止电子阻挡层23产生晶格弛豫。另外，GaN或InGaN可使氮化镓基半导体层25作为光导层发挥作用。同样地，氮化镓基半导体层21优选为GaN或InGaN。另外，氮化镓基半导体层33优选为GaN或InGaN。
第二氮化镓基半导体层25的膜厚D25优选为30nm以上。当膜厚D25为30nm以上时，由于p型覆层17的影响可减少电子阻挡层23产生晶格弛豫的情况。另外，膜厚D25优选为1μm以下。当膜厚D25超过1μm时，p型覆层17自有源层19分离，光限制性不佳。
p型覆层17的膜厚D17优选为300nm以上。当膜厚D17为300nm以上时，可提供所需的光限制性能。另外，膜厚D17优选为1.5μm以下。当膜厚D17为1.5μm以下时，在还考虑处理量时为实用性的上限值。
如前面所说明，第一氮化镓基半导体层21与电子阻挡层23的界面27a处的错配位错密度低于第二氮化镓基半导体层25与p型覆层17的界面27b处的错配位错密度，因此，一部分或全部的p型覆层17在半导体区域15的半极性面上产生晶格弛豫。
p型覆层17的Al含量可为0.03以上，且可为0.2以下。当覆层17的Al含量为0.03以上时，可提供所需的光限制。在考虑到覆层17的结晶性、导电性及处理量等时，优选覆层17的Al含量为0.2以下。就载流子注入的观点而言，即使覆层17中产生晶格弛豫，对电子阻挡层23的能带弯曲的不良影响也较小。
例如对上述Al含量中，p型覆层17的晶格常数向量LVC17的横向分量V17T的无应变状态的值V170T与第二氮化镓基半导体层25的晶格常数向量LVC25的横向分量V25T的无应变状态的值V250T的关系进行说明。第二氮化镓基半导体层25与p型覆层17的晶格常数差(V170T-V250T)/V250T优选为-1.1％以上，且优选为-0.07％以下。第二氮化镓基半导体层25例如为GaN、InGaN，该In含量为0以上且0.03以下。
界面(第一氮化镓基半导体层21与电子阻挡层23的界面)27a处的错配位错密度优选小于1×104cm-1。当错配位错密度为上述范围时，通过由应变引起的电子阻挡层23的能带弯曲，可降低载流子溢流。
界面(第二氮化镓基半导体层25与p型覆层17的界面)27b处的错配位错密度优选为1×104cm-1以上。通过提高覆层17的膜厚及Al含量以在一部分或全部的覆层17中引起晶格弛豫，可获得覆层17中光限制的提高。
p型覆层17的膜厚D17优选超过该p型覆层17的AlGaN的Al含量下的临界膜厚。由于p型覆层17形成于半极性面上，因此在滑移面的作用下，在膜厚为临界膜厚以上的p型覆层17中会产生晶格弛豫。因此，可在不会对载流子注入造成不良影响的情况下获得覆层中光限制的提高。
氮化镓基半导体层25与电子阻挡层23的界面27c处的错配位错密度优选小于1×104cm-1。另外，p型接触层33与p型覆层17的界面27d处的错配位错密度优选小于1×104cm-1。
在上述氮化物半导体发光元件11中，p型覆层17在半导体区域15的主面15a上产生晶格弛豫。可获得覆层17中光限制的提高。
如图1所示，氮化物半导体发光元件11可进一步包含设置于支撑基体13与半导体区域15之间的n型覆层45。n型覆层45可包含AlGaN。
如图5所示，在氮化物基发光元件11a中，n型覆层45a可包含AlGaN。在支撑基体13的主面13a上，共格生长n型覆层45a、氮化镓基半导体层31、有源层19、氮化镓基半导体层21、电子阻挡层23和氮化镓基半导体层25。因此，支撑基体13、n型覆层45a、氮化镓基半导体层31、有源层19、氮化镓基半导体层21、电子阻挡层23和氮化镓基半导体层25的晶格常数的横向分量彼此相等。
n型覆层45a不产生晶格弛豫，而产生同n型覆层45a的晶格常数与支撑基体13的晶格常数之差相对应的应变。包含电子阻挡层23的半导体区域15形成于产生应变后的n型覆层45a上。因此，电子阻挡层23承受拉伸应变，在载流子溢流降低的方向上产生能带弯曲。
根据此前的晶格向量的记法，氮化镓基半导体层45a的氮化镓基半导体的c轴方向与该c轴方向的晶格常数d45的大小通过晶格向量LVC45表示。晶格向量LVC45包含法线轴Nx方向的纵向分量V45L和与该纵向分量正交的横向分量V45T。
氮化镓基半导体层13的氮化镓基半导体的c轴方向与该c轴方向的晶格常数d13的大小通过晶格向量LVC13表示。晶格向量LVC13包含法线轴Nx方向的纵向分量V13L和与该纵向分量正交的横向分量V13T。n型覆层45a在支撑基体13的主面13a上承受拉伸应变。
如图6所示，在氮化物基发光元件11b中，n型覆层45b可包含AlGaN。支撑基体13的晶格常数的横向分量V13T大于n型覆层45b的晶格常数的横向分量V45T。为了表示该横向分量的关系，在图6的右侧的氮化物半导体发光元件的半导体层中，将n型覆层45b的横向宽度描绘得比支撑基体13的横向宽度小。在n型覆层45b上，共格生长氮化镓基半导体层31、有源层19、氮化镓基半导体层21、电子阻挡层23和氮化镓基半导体层25。因此，n型覆层45b、氮化镓基半导体层31、有源层19、氮化镓基半导体层21、电子阻挡层23及氮化镓基半导体层25的晶格常数的横向分量实质上彼此相等。
n型覆层45b与支撑基体13的主面13a的界面27e处的错配位错密度大于n型覆层45b与半导体区域15的下表面15b的界面27f的错配位错密度。n型覆层45b在支撑基体13的主面13a上产生晶格弛豫，并产生同n型覆层45b的晶格常数与支撑基体13的晶格常数之差相对应的应变。包含有源层19的半导体区域15形成于通过晶格弛豫释放出一部分或全部应变后的n型覆层45b上。半导体区域15的应变受到释放应变后的n型覆层45b的晶格常数的影响。在半导体区域15上设置有电子阻挡层23。电子阻挡层23受到n型覆层45b的应变的影响。
n型覆层45b的膜厚D45优选超过该n型覆层45b的AlGaN的Al含量下的临界膜厚。在n型覆层45b中产生晶格弛豫。包含第一氮化镓基半导体层21的半导体区域15形成于产生晶格弛豫后的n型覆层45b上。因此，第一氮化镓基半导体层21承受压缩应变，在载流子溢流减小的方向上产生能带弯曲。
图7是表示形成于产生晶格弛豫后的n型覆层上的氮化物半导体发光元件的传导带能带结构的图。如图6所示，通过n型覆层45b的晶格弛豫，紧挨在电子阻挡层23下方的氮化镓基半导体层21的压缩应变增强。因此，电子阻挡层23的能带弯曲增强，电子阻挡层23及氮化镓基半导体层21的压电极化(PZ21、PZ23)进一步在减小载流子(本实施例中，载流子为电子)溢流的方向上变动。
另外，如图1所示，氮化镓基半导体层21可包含具有单一组成的氮化镓基半导体。但是，如图2及图7所示，氮化镓基半导体层21可包含第一部分47a及第二部分47b。如图8所示，第一部分47a的带隙优选小于第二部分47b的带隙。第一部分47a的折射率优选大于第二部分47b的折射率。第一部分47a的无应变状态的晶格常数的横向分量优选大于第二部分47b的无应变状态的晶格常数的横向分量。当第一部分47a包含InXGa1-XN(0＜X＜1)且第二部分47b包含InYGa1-YN(0＜Y＜X＜1)时，紧挨在电子阻挡层23下方的氮化镓基半导体层21的压缩应变增强。因此，电子阻挡层23的能带弯曲增强，电子阻挡层23及氮化镓基半导体层21的压电极化(PZ47、PZ23)进一步在降低载流子(本实施例中，载流子为电子)溢流的方向上变动。
在一个实施例中，n型覆层45可包含InAlGaN层。第一氮化镓基半导体层21包含InGaN。由于n型覆层45包含InAlGaN层，因此与包含AlGaN的覆层相比，可提供适合用于包覆的带隙及膜厚的n型覆层45，并且可使该InAlGaN层的晶格常数接近GaN的晶格常数。通过使用InAlGaN层，即使在以InGaN作为第一氮化镓基半导体层21的情况下，也不易产生晶格弛豫，从而可对第一氮化镓基半导体层21施加压缩应力。
(实施例1)
参考图9来说明氮化物激光二极管的制作方法。该氮化物激光二极管具有图10(a)所示的LD结构。在步骤S101中，准备具有半极性面的GaN衬底51。该GaN衬底51的主面51a朝m轴方向倾斜75度。在后续的说明中，在该半极性GaN衬底的(20-21)面上制作以450nm能带进行发光的激光二极管(LD)结构。参考图9(a)，示出了主面51a的法线轴Nx及c轴Cx，同时还示出了法线向量VN及c轴向量。接着，使用有机金属化学气相沉积法，在GaN衬底51上生长多个氮化镓基半导体层，制作外延衬底。原料使用三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)和氨气(NH3)。作为掺杂气体，使用硅烷(SiH4)及双环戊二烯基镁(CP2Mg)。
在步骤S102中，在生长炉10内配置GaN衬底51。使用生长炉10对GaN衬底51进行热清洗。在摄氏1050度的温度下，一边将包含NH3与H2的气体通入生长炉10内，一边进行10分钟的热处理。在热清洗后的生长步骤中，将原料气体供给至生长炉10内，在摄氏1100度下在GaN衬底51的主面51a上生长n型GaN缓冲层(厚度为1μm)53及n型Al0.04Ga0.96N覆层(厚度为1μm)55。半极性面上晶格弛豫的有无可通过所生长的AlGaN半导体的组成、膜厚及晶格常数差来控制，在本实施例中，AlGaN半导体未产生弛豫。继续以相同的温度生长n型GaN光导层(厚度为150nm)57a。然后，在摄氏840度的温度下生长非掺杂的In0.02Ga0.98N光导层(厚度为50nm)57b。在光导层57b上，生长量子阱结构的有源层59。有源层59包含交替配置的阱层及势垒层，阱层的数目为3。InGaN阱层的生长温度为摄氏790度，其厚度为3nm。InGaN势垒层的生长温度为摄氏840度，其厚度为15nm。在最后的势垒层生长结束后，继续以相同的温度生长非掺杂的In0.02Ga0.98N光导层(厚度为50nm)61a。之后，在摄氏1000度的温度下在光导层61a上生长p型GaN光导层(厚度为50nm)61b。以相同的温度在光导层61b上生长p型Al0.12Ga0.88N电子阻挡层(厚度为20nm)63。以相同的温度在电子阻挡层63上生长p型GaN光导层(厚度为100nm)61c。
在步骤S103中，在生长炉10内、在摄氏1000度的温度下，在光导层61c上生长p型Al0.05Ga0.95N覆层(厚度为400nm)65及p型GaN接触层(厚度为50nm)67。由此，制作外延衬底E1。在外延衬底E1中，GaN光导层的厚度大于InGaN光导层的厚度。
在电子阻挡层63的下侧界面J1处未确认到错配位错。p型Al0.05Ga0.95N覆层65的厚度大于该Al含量下的AlGaN的临界膜厚。由于覆层65产生晶格弛豫，因此在光导层61c与覆层65的结J2处生成很多位错(例如错配位错)。另一方面，在与p型覆层65的下侧界面J2处确认到密度为3×104cm-1的错配位错。
作为比较例，如图10(b)所示，制作替换了电子阻挡层与p型GaN光导层的LD结构。为此，以相同的温度在光导层61b上生长p型GaN光导层(厚度为100nm)61d。在光导层61d上生长p型Al0.12Ga0.88N电子阻挡层(厚度为20nm)62。然后，在摄氏1000度的温度下在电子阻挡层62上生长p型Al0.05Ga0.95N覆层(厚度为400nm)64及p型GaN接触层(厚度为50nm)67。由此，制作外延衬底EC。
紧挨在电子阻挡层62下方的界面J3的错配位错为5×104cm-1。在紧挨着p型覆层64下方的界面J4处未确认到错配位错。当像外延衬底EC这样连续地形成电子阻挡层62及p型覆层64时，会紧挨在电子阻挡层62的下方而导入错配位错。但是，在外延衬底E1中，由于电子阻挡层63及p型覆层65被p型GaN光导层61c隔开，因此，并不是在紧挨着较薄的电子阻挡层63下方的界面J1处导入错配位错，而是在紧挨着较厚的p型覆层65下方的界面J2处导入错配位错。
在电极步骤中，在外延衬底E1及EC上，在硅氧化膜的条形窗上形成包含Ni/Au的p侧电极69a，并且形成包含Ti/Au的焊垫电极。在GaN衬底51的背面形成包含Ti/Al的n侧电极69b，并且形成包含Ti/Au的焊垫电极。这些电极经蒸镀而形成。通过这些步骤，由外延衬底E1及EC制作出衬底产品P1、PC。将衬底产品P1、PC以800μm的间隔进行解理，分别制作增益导引型激光器LDl、LDC。在解理面上形成包含SiO2/TiO2的电介质多层膜。
实施例的LDl以800mA的阈值电流产生激光振荡，与此相对，比较例的LDC未产生振荡。将它们的自然发出光的强度进行比较时，比较例的LDC的光的强度降低至实施例的LDl的光的强度的约1/2。认为这一点阻碍了振荡，且比较例的LDC中电子阻挡层的应变得到缓和，容易产生载流子溢流，从而发光效率降低。
(实施例2)
在本实施例中，制作图11(a)所示的LD2。接着在相同的温度下，在n型覆层55上生长n型GaN光导层(厚度为100nm)56a。然后，在摄氏840度的温度下生长非掺杂的In0.02Ga0.98N光导层(厚度为100nm)56b。在光导层56上，生长量子阱结构的有源层59。在最后的势垒层生长结束后，继续以相同的温度生长非掺杂的In0.02Ga0.98N光导层(厚度为100nm)66a。然后，在光导层66a上生长p型Al0.12Ga0.88N电子阻挡层(厚度为20nm)63。以相同的温度在电子阻挡层63上生长p型GaN光导层(厚度为100nm)66b。在生长炉10内，在摄氏1000度的温度下在光导层66b上生长p型Al0.05Ga0.95N覆层(厚度为400nm)65及p型GaN接触层(厚度为50nm)67。由此，制作外延衬底E2。在外延衬底E2中，GaN光导层的厚度与InGaN光导层的厚度相等。
在电子阻挡层63的下侧界面J1处未确认到错配位错。由于覆层65产生了晶格弛豫，因此在光导层66b与覆层65的结J2处生成很多位错(例如错配位错)。另一方面，在与p型覆层65的下侧界面J5处确认到密度为3×104cm-1的错配位错。
本实施例的LD2以600mA的阈值电流产生激光振荡。本实施例中，由于紧挨在电子阻挡层下方的InGaN光导层承受压缩应变，因此认为会进一步在抑制载流子溢流的方向上产生能带弯曲。
(实施例3)
在本实施例中，制作图11(b)所示的LD3。在步骤S101后，在步骤S104中，如图12(a)所示，将GaN衬底51配置在生长炉10中。使用生长炉10对GaN衬底51进行热清洗。在摄氏1050度的温度下，一边将包含NH3与H2的气体通入至生长炉10内，一边进行10分钟的热处理。在热清洗后的生长步骤中，将原料气体供给至生长炉10内，在摄氏1100度下在GaN衬底51的主面51a上生长n型Al0.06Ga0.94N覆层(厚度为2μm)52a。半极性面上晶格弛豫的有无可通过所生长的AlGaN半导体的组成、膜厚及晶格常数差来控制，在本实施例中，AlGaN半导体产生弛豫。
在步骤S105中，进行半导体区域52b的生长。继续以相同的温度在n型覆层52a上生长n型GaN光导层(厚度为150nm)54a。然后，在摄氏840度的温度下生长非掺杂的In0.02Ga0.98N光导层(厚度为50nm)54b。在光导层54b上生长量子阱结构的有源层56。有源层56包含交替配置的阱层及势垒层，阱层的数目为3。阱层的生长温度为摄氏790度，其厚度为3nm。势垒层的生长温度为摄氏840度，其厚度为15nm。在最后的势垒层生长结束后，继续在相同的温度下生长非掺杂的In0.02Ga0.98N光导层(厚度为50nm)60a。然后，在摄氏1000度的温度下在光导层60a上生长p型GaN光导层(厚度为50nm)60b。以相同的温度在光导层60b上生长p型Al0.12Ga0.88N电子阻挡层(厚度为20nm)71。以相同的温度在电子阻挡层71上生长p型GaN光导层(厚度为100nm)60c。
在步骤S106中，在半导体区域52b上进行产生晶格弛豫后的p型氮化镓基半导体区域的生长。在生长炉10内，在摄氏1000度的温度下在光导层60c上生长p型Al0.05Ga0.95N覆层(厚度为400nm)65及p型GaN接触层(厚度为50nm)67。由此，制作外延衬底E3。
在电子阻挡层71的下侧界面J1处未确认到错配位错。n型Al0.06Ga0.94N覆层52a的厚度大于该Al含量下的AlGaN的临界膜厚。由于覆层52a产生晶格弛豫，因此在光导层54a与n型覆层52a的结J6处生成很多位错(例如错配位错)，并确认到密度为3×104cm-1的错配位错。
p型Al0.05Ga0.95N覆层65的厚度大于该Al含量下的AlGaN的临界膜厚。由于覆层65产生晶格弛豫，因此在光导层60c与覆层65的结J7处生成很多位错(例如错配位错)，并确认到密度为3×104cm-1的错配位错。
在该外延衬底E3上，与实施例1同样地形成电极，且进行解理，制作导引型激光二极管LD3。激光二极管LD3的特性与激光二极管LD2的特性大致相同，且优于实施例1的激光二极管LDl。在激光二极管LD3中，n型AlGaN覆层的弛豫增强，且紧挨在电子阻挡层下方的GaN光导层承受更大的压缩应变，因此认为会进一步在抑制载流子溢流的方向上产生能带弯曲。
(实施例4)
在本实施例中，制作图13所示的外延衬底E4。准备具有75度偏角的主面的GaN衬底51。在该GaN衬底51上生长以下的氮化镓基半导体膜：n型Al0.04Ga0.96N覆层(厚度为2300nm)73、n型GaN光导层(厚度为50nm)75a、非掺杂的In0.01Ga0.99N层(厚度为50nm)75b、InGaN/GaN有源层(阱层3nm、势垒层15nm)77、非掺杂的In0.01Ga0.99N光导层(厚度为50nm)79a、p型GaN光导层(厚度为50nm)79b、p型Al0.12Ga0.88N电子阻挡层(厚度为20nm)81、p型GaN光导层(厚度为50nm)79c、p型Al0.05Ga0.95N覆层(厚度为400nm)83和p型GaN接触层(厚度为50nm)85。通过生长这些层而制作外延衬底E4。图13中，与图4同样地，上述半导体层及GaN衬底的横向宽度表示邻接的半导体的晶格常数的横向分量的大小关系。
图14是表示外延衬底的(20-24)的倒易晶格图谱的图。X射线的入射方向为与c轴的倾斜方向平行的方向。n型AlGaN覆层的衍射斑相对于GaN衬底的衍射斑发生偏移，n型AlGaN覆层产生晶格弛豫。另外，p型AlGaN覆层的衍射斑相对于n型AlGaN覆层的衍射斑及GaN衬底的衍射斑发生偏移。即，三个衍射斑未排列在与y轴平行的直线上，因此这三个半导体并非晶格匹配的状态。
在优选的实施方式中对本发明的原理进行了图示说明，但本领域技术人员应当认识到，本发明可在不脱离其原理的范围内对配置及细节加以变更。本发明并不限定于本实施方式中所公开的特定的构成。因此，请求保护权利要求书的范围及根据其精神范围而得到的所有修正及变更。
产业实用性
如以上所说明，根据本实施方式，可提供能减少由晶格弛豫引起的载流子阻挡性能降低的氮化物半导体发光元件，另外，根据本实施方式，可提供用于该氮化物半导体发光元件的外延衬底。

Claims (20)

1.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，
包含：
支撑基体，其包含六方晶系氮化镓半导体，
半导体区域，其设置于所述支撑基体的主面上，且包含有源层、第一氮化镓基半导体层、电子阻挡层及第二氮化镓基半导体层，和
p型覆层，其位于所述半导体区域的主面上；
所述六方晶系氮化镓半导体的c轴相对于所述支撑基体的所述主面的法线轴朝规定的方向倾斜，
所述p型覆层包含AlGaN，
所述电子阻挡层包含AlGaN，
所述第一氮化镓基半导体层设置于所述有源层与所述电子阻挡层之间，
所述第二氮化镓基半导体层设置于所述p型覆层与所述电子阻挡层之间，
所述第二氮化镓基半导体层的材料与所述电子阻挡层的材料不同，
所述第二氮化镓基半导体层的材料与所述p型覆层的材料不同，
所述第一氮化镓基半导体层的带隙小于所述电子阻挡层的带隙，
所述电子阻挡层承受所述规定方向的拉伸应变，
所述第一氮化镓基半导体层承受所述规定方向的压缩应变，
所述第一氮化镓基半导体层与所述电子阻挡层的界面处的错配位错密度低于所述第二氮化镓基半导体层与所述p型覆层的界面处的错配位错密度。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述第二氮化镓基半导体层的折射率大于所述电子阻挡层的折射率，且
所述第二氮化镓基半导体层的折射率大于所述p型覆层的折射率。
3.如权利要求1或2所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述第二氮化镓基半导体层为GaN或InGaN。
4.如权利要求1至3中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述第二氮化镓基半导体层的膜厚为30nm以上且1μm以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述电子阻挡层的膜厚为5nm以上且50nm以下。
6.如权利要求1至5中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述p型覆层的膜厚为300nm以上且1.5μm以下。
7.如权利要求1至6中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述电子阻挡层的Al含量为0.05以上且0.3以下。
8.如权利要求1至7中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述p型覆层的Al含量为0.03以上且0.2以下。
9.如权利要求1至8中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述第二氮化镓基半导体层与所述p型覆层的所述界面处的错配位错密度为1×104cm-1以上，
所述第一氮化镓基半导体层与所述电子阻挡层的所述界面处的错配位错密度小于1×104cm-1。
10.如权利要求1至9中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述p型覆层在所述半导体区域上至少在所述规定方向上产生晶格弛豫。
11.如权利要求1至10中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述六方晶系氮化镓半导体的c轴与所述支撑基体的所述法线轴所成的角度为50度以上且80度以下或者100度以上且130度以下。
12.如权利要求1至11中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述六方晶系氮化镓半导体的c轴与所述支撑基体的所述法线轴所成的角度为63度以上且80度以下或者100度以上且117度以下。
13.如权利要求1至12中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述p型覆层的膜厚超过该p型覆层的AlGaN的Al含量下的临界膜厚。
14.如权利要求1至13中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
还包含设置于所述支撑基体与所述半导体区域之间的n型覆层，
所述n型覆层包含AlGaN层，
所述n型覆层在所述支撑基体的所述主面上承受拉伸应变。
15.如权利要求1至13中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
还包含设置于所述支撑基体与所述半导体区域之间的n型覆层，
所述n型覆层包含AlGaN层，
所述n型覆层的膜厚超过该n型覆层的AlGaN的Al含量下的临界膜厚。
16.如权利要求1至13中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
还包含设置于所述支撑基体与所述半导体区域之间的n型覆层，
所述n型覆层包含InAlGaN层，
所述第一氮化镓基半导体层包含InGaN。
17.一种外延衬底，用于氮化物半导体发光元件，其特征在于，
包含：
衬底，其包含六方晶系氮化镓半导体，
半导体区域，其设置于所述支撑基体的主面上，且包含有源层、第一氮化镓基半导体层、电子阻挡层及第二氮化镓基半导体层，和
p型覆层，其位于所述半导体区域的主面上；
所述六方晶系氮化镓半导体的c轴相对于所述衬底的所述主面的法线轴朝规定的方向倾斜，
所述p型覆层包含AlGaN，
所述电子阻挡层包含AlGaN，
所述第一氮化镓基半导体层设置于所述有源层与所述电子阻挡层之间，
所述第二氮化镓基半导体层设置于所述p型覆层与所述电子阻挡层之间，
所述电子阻挡层承受所述规定方向的拉伸应变，
所述第一氮化镓基半导体层承受所述规定方向的压缩应变，
所述第一氮化镓基半导体层与所述电子阻挡层的界面处的错配位错密度低于所述第二氮化镓基半导体层与所述p型覆层的界面处的错配位错密度。
18.如权利要求17所述的外延衬底，其特征在于，所述六方晶系III族氮化物半导体的c轴与所述衬底的所述法线轴所成的角度为50度以上且80度以下或者100度以上且130度以下。
19.如权利要求17或18所述的外延衬底，其特征在于，
还包含设置于所述衬底与所述半导体区域之间的n型覆层，
所述n型覆层包含AlGaN层，
所述n型覆层在所述衬底的所述主面上承受拉伸应变。
20.如权利要求17或18所述的外延衬底，其特征在于，
还包含设置于所述支撑基体与所述半导体区域之间的n型覆层，
所述n型覆层包含AlGaN层，所述n型覆层的膜厚超过该n型覆层的AlGaN的Al含量下的临界膜厚。
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