CN1909257A - 半导体发光元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供可防止相对输出随时间降低以及反向电压(Vr)随时间降低、高辉度并且高可靠性的半导体发光元件。该半导体发光元件，其在第1导电型半导体衬底1上形成有第1导电型包覆层4、非掺杂活性层5、第2导电型包覆层6、第2导电型中间层7及第2导电型电流分散层8，其特征在于，在作为第2导电型包覆层6一部分的不接触活性层5和中间层7的部分具有掺杂剂抑制层6a。

Description

半导体发光元件

技术领域

本发明涉及半导体发光元件，特别是涉及高辉度、且具有高可靠性的半导体发光元件。

背景技术

以往作为半导体发光元件的发光二极管(以下称为“LED”)大部分是GaP的绿色、AlGaAs的红色。但是，近年来由于使用MOVPE法(有机金属气相成长法)可以成长GaN系或AlGaInP系的高品质结晶，因此可以制造出蓝色、绿色、橙色、黄色和红色的高辉度LED。

然而，对于以往的AlGaInP系的LED，元件的可靠性存在问题，特别是确保元件的相对输出(使通电前发光输出为100％时的连续通电试验后的发光输出)和反向电压(Vr)的可靠性成为重要的课题。

因此，作为提高LED的相对输出的方法，提出了在第1导电型半导体衬底上层积有第1导电型包覆层、非掺杂活性层、第2导电型包覆层、还有第2导电型电流扩散层的半导体发光元件中，在第2导电型包覆层和非掺杂活性层之间插入非掺杂包覆层所形成的半导体发光元件用外延片(参照专利文献1：特许第3195194号公报)。

图8是表示专利文献1所记载的以往的半导体发光元件的元件构造的截面图。在n型GaAs衬底1上依次层积n型GaAs缓冲层2、n型AlGaInP包覆层4、AlGaInP活性层5、p型AlGaInP包覆层6、还有p型AlGaAs电流分散层8’，在AlGaInP活性层5和p型AlGaInP包覆层6之间形成非掺杂AlGaInP层11。接着，在p型AlGaAs电流分散层8’上形成表面电极9，在n型GaAs衬底1的背面形成背面电极10。

通电试验的结果确认，通过在AlGaInP活性层5和p型AlGaInP包覆层6之间插入非掺杂AlGaInP层11，元件的相对输出会增加。

发明内容

然而，在AlGaInP活性层5和p型AlGaInP包覆层6之间插入非掺杂AlGaInP层11时，虽然可以提高发光元件的相对输出，但是不能抑制反向电压(Vr)随时间降低。即，专利文献1所记载的半导体发光元件存在反向电压(Vr)的可靠性低的问题。

为了解决该问题，本发明人着眼于第2导电型包覆层(专利文献1的p型AlGaInP包覆层)的掺杂剂(Mg或者Zn)的扩散。

对于专利文献1所记载的半导体发光元件，通过在第2导电型包覆层和活性层之间设置非掺杂层，可以抑制掺杂剂向活性层扩散，结果是提高了相对输出。但是，根据该构造，虽然可以抑制掺杂剂向活性层扩散，但不能抑制掺杂剂向非掺杂层扩散。从而，随着第2导电型包覆层的掺杂剂缓慢地扩散到非掺杂层，非掺杂层内的掺杂剂扩散的区域会变成第2导电型。结果是第2导电型层和第1导电型层之间的距离会随时间变化，变短，反向电压(Vr)会随时间降低。

因此，本发明的目的在于防止相对输出随时间降低以及反向电压(Vr)随时间降低、提供高辉度并且高可靠性的半导体发光元件。

为了实现上述目的，本发明提供一种半导体发光元件，其在第1导电型半导体衬底上至少形成有第1导电型包覆层、非掺杂活性层、第2导电型包覆层及第2导电型电流分散层，其特征在于，所述第2导电型包覆层在作为其一部分的不接触所述活性层的部分具有掺杂剂浓度低于该部分周围的第1掺杂剂抑制层。

上述第1掺杂剂抑制层可以形成也不接触在上述第2导电型包覆层上所形成的层的结构。并且，上述第1掺杂剂抑制层也可以形成在距离上述活性层大于等于200nm的位置。进而，上述第1掺杂剂抑制层也可以形成在2处或2处以上。另外，上述第1掺杂剂抑制层优选不添加掺杂剂。上述第1掺杂剂抑制层的膜厚也可以设定为50～300nm。

上述第1掺杂剂抑制层可以形成由与该第1掺杂剂抑制层以外的上述第2导电型包覆层晶格匹配的III-V族半导体结晶而构成的结构。进而，上述第1掺杂剂抑制层相对于在由上述第2导电型包覆层、上述活性层、上述第1导电型包覆层形成的发光层所发出的光也可以是透明的。另外，上述第1掺杂剂抑制层可以形成由多个层构成的多层结构。并且，上述第1掺杂剂抑制层的膜厚可以为20～200nm。进而，上述第1掺杂剂抑制层可以形成其各层的膜厚为2～30nm的结构。

另外，可以形成在上述第2导电型包覆层和上述电流分散层之间设置具有上述2导电型包覆层和上述电流分散层之间的带隙能量的中间层的结构。上述中间层可以由Ga_XIn_1-XP(其中，0.6≤X≤1)构成。

进而，可以形成在第1导电型半导体衬底和上述第1导电型包覆层之间设置光反射层的结构。上述光反射层可以组合(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)和Al_XGa_1-XAs(其中，0≤X≤1)而构成。

在上述第1导电型包覆层的作为其一部分的不接触上述活性层的部分可以形成具有掺杂剂浓度低于该部分周围的第2掺杂剂抑制层的结构。上述第2掺杂剂抑制层也可以不接触在上述第1导电型包覆层下所形成的层。另外，上述第2掺杂剂抑制层优选不添加掺杂剂。上述第2掺杂剂抑制层也可以形成由与该第2掺杂剂抑制层以外的上述第1导电型包覆层晶格匹配的III-V族半导体结晶而构成的结构。

上述活性层可以由(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。上述活性层也可以具有多重量子井结构。

上述第2导电型包覆层的掺杂剂为Mg或者Zn，上述第2导电型包覆层和上述上述第1导电型包覆层可以分别由(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。

另外，在上述半导体衬底上可以形成设置由n型且与上述半导体衬底同样的材料而构成的半导体层的结构。

进而，上述电流分散层也可以由Ga_XIn_1-XP(其中，0.8≤X≤1)构成。

通过锐意研究，本发明人发现，对于作为第2导电型层的掺杂剂使用例如Mg或者Zn的半导体发光元件以及半导体发光元件用外延片，通过在第2导电型包覆层中的作为其一部分的不接触中间层和活性层的部分设置不添加掺杂剂的区域，可以抑制掺杂剂向活性层扩散，改善相对输出。

另外，发现通过在第2导电型包覆层中的不接触中间层和活性层的部分设置不添加掺杂剂的多层结构层，可以得到同样的效果。

进而，发现通过不在第2导电型包覆层和活性层之间设置非掺杂层，可以保持第2导电型层和第1导电型层之间的距离，改善反向电压。

根据本发明，对于半导体发光元件，实现高辉度的同时可以提高相对输出和反向电压(Vr)的可靠性。

附图说明

图1是表示第1实施方式涉及的半导体发光元件用外延片的结构的截面图；

图2是图1所示的第1实施方式的外延片的活性层、p型包覆层和p型中间层的层积结构的放大截面图；

图3是表示图2所示的p型包覆层和掺杂剂抑制量的关系的模式图；

图4是表示本发明的第2实施方式涉及的半导体发光元件用外延片的结构的截面图；

图5是图4所示的活性层5、p型包覆层6和p型中间层7的层积结构的放大截面图；

图6是表示比较例1的半导体发光元件用外延片的结构的截面图；

图7是表示比较例2的半导体发光元件用外延片的结构的截面图；

图8是表示现有技术的半导体发光元件用外延片的结构的截面图。

符号说明

1n型GaAs衬底

2n型GaAs缓冲层

3n型光反射层

4n型AlGaInP包覆层

5非掺杂AlGaInP活性层

6p型AlGaInP包覆层

6a掺杂剂抑制AlGaInP层

6b，6c掺杂剂添加AlGaInP层

7p型GaInP中间层

8p型GaP电流分散层

8’p型AlGaAs电流分散层

9表面电极

10背面电极

11非掺杂AlGaInP层

12非添加异质多层结构层

具体实施方式

以下说明本发明的实施方式。

第1实施方式

[半导体发光元件用外延片的结构]

图1是表示第1实施方式涉及的半导体发光元件用外延片的结构的截面图。

在n型GaAs衬底1上通过MOVPE法依次形成n型GaAs缓冲层2、n型光反射层3、n型AlGaInP包覆层4、非掺杂AlGaInP活性层5、p型AlGaInP包覆层6、p型GaInP中间层7和p型GaP电流分散层8。进而，在p型GaP电流分散层8上形成表面电极9，在n型GaAs衬底1的背面形成背面电极10。

p型AlGaInP包覆层6在作为其一部分的不接触非掺杂AlGaInP活性层5和p型GaInP中间层7的部分具有不添加掺杂剂的掺杂剂抑制层6a，在接触非掺杂AlGaInP活性层的部分具有掺杂剂添加层6b，在接触p型GaInP中间层7的部分具有掺杂剂添加层6c。

[外延片的层积结构]

上述n型光反射层3通过组合(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)层和Al_XGa_1-XAs(其中，0≤X≤1)层而构成。

上述n型包覆层4、活性层5、p型包覆层6由(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。

上述p型电流分散层8由Ga_XIn_1-XP(其中，0.8≤X≤1)构成。

设在上述p型包覆层6和p型电流分散层8之间的p型中间层7由Ga_XIn_1-XP(其中，0.6≤X≤1)构成。

p型中间层7优选具有p型包覆层6和p型电流分散层8之间的带隙能量。由此，可以降低LED的正向电压(Vf)。

另外，也可以不设置上述p型中间层7，在上述p型包覆层6上直接形成上述p型电流分散层8，但是LED的正向电压(Vf)抑制效果会降低。

另外，p型掺杂剂的添加量或者载流子浓度优选按照p型包覆层6、p型电流分散层8、p型中间层7的顺序增加(p型包覆层6的掺杂剂添加量＜p型电流分散层8的掺杂剂添加量＜p型中间层7的掺杂剂添加量)。

[掺杂剂抑制层的结构]

图2是图1所示的第1实施方式的外延片的活性层5、p型包覆层6和p型中间层7的层积结构的放大截面图。另外，图3是表示图2所示的p型包覆层6的各部分和掺杂剂抑制量的关系的模式图。在掺杂剂抑制层6a中，不添加掺杂剂。

另外，本发明中使用的“非掺杂”和“非添加”等表述是指不积极或有意地添加(掺杂)，并不排除自然或者不可避免地混入结晶的杂质。从而，不可避免地混入杂质的状态包括在“非掺杂”或者“非添加”的范畴内。

如图2所示，上述掺杂剂抑制层6a以膜厚300nm被形成在距上述活性层5为200nm的位置。

在此，如图2和图3所示，在第2导电型包覆层6中不接触p型中间层7和活性层5的部分设置掺杂剂抑制层6a的理由如下所述。

如果掺杂剂抑制层6a接触中间层7，则中间层7的掺杂剂浓度和p型包覆层6的掺杂剂浓度的差大，从而中间层7中的掺杂剂容易扩散，正向电压会变高。另外，如果掺杂剂抑制层6a接触活性层5，则反向电压(Vr)的可靠性会降低。从而，掺杂剂抑制层6a优选设置在p型包覆层6的作为其一部分的不直接接触中间层7和活性层5的区域。

另外，将掺杂剂抑制层6a设置在距活性层5为200nm的位置的理由是，通过提高封入从第1导电型注入的载流子的效果，可以提高发光输出，并且抑制载流子不足而引起的发光输出的降低。

为了防止n侧的载流子溢出，以使接触活性层5的部分的载流子浓度高为佳，以接触部分的膜厚(距活性层5的距离)厚为佳。掺杂剂抑制层6a距活性层5的距离优选为大于等于200nm，但是如果该距离大于400nm，则掺杂剂会扩散到活性层5中。相反，如果该距离小于200nm，则载流子供给不足，发光输出会降低。从而，掺杂剂抑制层6a和活性层5的距离更优选为200～400nm。在本实施方式中，为了维持p型包覆层6的载流子封入效果，使掺杂剂抑制层6a距活性层5的距离为200nm。

另外，关于掺杂剂抑制层6a的膜厚，如果膜厚过厚，则串联阻抗成分增多，会导致正向电压上升。另一方面，如果膜厚过薄，则抑制掺杂剂扩散的效果弱。因此，膜厚优选为30～500nm，更优选为50～300nm。

[第1实施方式涉及的半导体发光元件用外延片的效果]

根据本实施方式涉及的半导体发光元件用外延片，通过在第2导电型包覆层中设置掺杂剂抑制层，可以有效地抑制掺杂剂从LED元件的第2导电型包覆层侧扩散，可以抑制相对输出(发光输出)的降低和反向电压(Vr)的降低。

第2实施方式

[半导体发光元件用外延片的结构]

图4是表示本发明的第2实施方式涉及的半导体发光元件用外延片的结构的截面图。另外，图5是图4所示的活性层5、p型包覆层6和p型中间层7的层积结构的放大截面图。

在本实施方式中，将第2导电型包覆层6中的掺杂剂抑制部分作为非添加异质多层结构层12，该非添加异质多层结构层12由与p型包覆层6晶格匹配的结晶构成，并且由不添加掺杂剂的III-V族半导体构成。

非添加异质多层结构层12由各自组成不同的非掺杂(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)层12a和非掺杂(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)层12b构成。

与在第1实施方式中关于掺杂剂抑制层6a所述相同，非添加异质多层结构层12优选设置在p型包覆层6中的不直接接触中间层7和活性层5的区域。

非添加异质多层结构层12的材料优选由相对于在活性层5发出的光(发光波长)为透明的材料而构成，并且其带隙差越大，则越可以抑制掺杂剂的扩散。也就是说，优选相对于发出的光为透明的材料，并且组合带隙差大的材料。

另外，非添加异质多层结构层12的膜厚与所述关于掺杂剂抑制层6a的大致同样，但是由于在异质部分的掺杂剂扩散抑制效果大，因此可以薄于掺杂剂抑制层6a的膜厚。另一方面，由于异质势垒，阻抗会变大，因此要厚于掺杂剂抑制层6a的膜厚是困难的。从而，非添加异质多层结构层12全体的膜厚优选为20～400nm，更优选为20～200nm。

关于非添加异质多层结构层12的非掺杂层12a，12b的各膜厚(1层的膜厚)，如果膜厚过薄，则形成多层结构的效果即掺杂剂的扩散抑制效果弱。另一方面，如果膜厚过厚，则会妨碍载流子从接触中间层7侧的p型包覆层6行进，由于载流子不足会导致发光输出降低，同时会导致正向电压上升。从而，非添加异质多层结构层的各层12a，12b的膜厚优选为2～30nm。另外，虽然正向电压有所上升，但是即使各层的膜厚的上限为40nm，也可以用作LED，因此可以是2～40nm。

[第2实施方式涉及的半导体发光元件用外延片的效果]

根据本实施方式涉及的半导体发光元件用外延片，通过夹入非添加异质多层结构层，可以有效地抑制掺杂剂从LED元件的第2导电型包覆层侧扩散，可以抑制相对输出(发光输出)的降低和反向电压(Vr)的降低。

[实施例和比较例涉及的LED元件的特性测定结果]

为了确认本发明的效果，试做出以下的实施例1，2和比较例1，2。

(实施例1)

[实施例1：使第2导电型包覆层的一部分为掺杂剂抑制层的外延片]

作为实施例1，制作图1所示结构的发光波长630nm附近的红色LED用外延片。

(外延片的层积结构)

通过MOVPE法，在n型GaAs衬底1上依次层积成长掺杂Si的n型GaAs缓冲层2(膜厚为200nm、载流子浓度为1×10¹⁸/cm³)、将AlInP层和Al_0.5Ga_0.5As层分别以各20层交替设置的20对光反射层所构成的n型光反射层3(膜厚：发光峰值波长(λ)为4n(n：折射率)、载流子浓度约为1×10¹⁸/cm³)、掺杂Si的n型(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P包覆层4(膜厚为400nm、载流子浓度为4×10¹⁷/cm³)、非掺杂(Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P活性层5(膜厚为600nm)、掺杂Mg的p型(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P包覆层6(膜厚为600nm、载流子浓度为2×10¹⁷/cm³)、掺杂Mg的p型Ga_0.7In_0.3P中间层7(膜厚为30nm、载流子浓度为6×10¹⁸/cm³)、掺杂Mg的p型GaP电流分散层8(膜厚为10,000nm、载流子浓度为4×10¹⁸/cm³)。进而，在(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P包覆层6的部分区域不添加掺杂剂，形成掺杂剂抑制层6a。

(半导体发光元件的制造方法)

对于p型MOVPE成长时的成长温度，从n型GaAs缓冲层2直至p型中间层7设定为650℃，p型电流分散层8设定为675℃。对于其他成长条件，成长压力为50Torr，各层的成长速度为0.3～1.5nm/sec，V/III之比约为150。这里，p型电流分散层8的V/III之比设定为25。在此所说的V/III之比是分母为Ga、TMAl等III族原料的摩尔数、分子为AsH₃、PH₃等V族原料的摩尔数时的比率(商)。

作为用于MOVPE成长的原料，可以使用例如三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)等有机金属，三氢化砷(AsH₃)、三氢化磷(PH₃)等氢化物气体。

作为决定n型缓冲层2等的n型层的导电型的掺杂剂原料，使用乙硅烷(Si₂H₆)。另外，作为n型掺杂剂原料，也可以使用硒化氢(H₂Se)、甲硅烷(SiH₄)、二乙基碲(DETe)、二甲基碲(DMTe)。

作为决定p型包覆层6等的p型层的导电型的掺杂剂原料，使用双环戊二烯镁(CP₂Mg)。另外，作为p型掺杂剂原料，也可以使用二甲基锌(DMZn)、二乙基锌(DEZn)。

将如上所述层积后的外延片从MOCVD装置搬出后，在外延片的表面(上面)形成矩阵状的直径110μm的圆形表面电极9。表面电极9通过以400nm、10nm、500nm的次序分别蒸镀AuBe(金和铍合金)、Ni(镍)、Au(金)而构成。蒸镀采用被用于抗蚀剂、掩模对准器等通常的光刻法处理的装置和工艺，通过真空蒸镀法进行，蒸镀后的电极形成采用剥离法(Lift Off)。

进而，在外延片的整个底面与表面电极9同样地通过真空蒸镀法形成背面电极10。背面电极10通过以60nm、10nm、500nm的次序分别蒸镀AuGe(金和镓合金)、Ni(镍)、Au(金)而构成。

随后，在氮气氛围中将外延片加热至400℃，热处理5分钟，进行电极的合金化(合金工艺)。

使用切割装置以圆形的表面电极9为中心而切断如上所述制作的带电极LED用外延片，制作芯片尺寸为300μm×300μm的LED裸芯片。

进而，在TO-18主干上安装LED裸芯片(芯片接合)，对安装后的LED裸芯片进行接线，从而制作出LED元件。

另外，制作掺杂剂抑制层6a的膜厚为100nm(实施例1-1)和膜厚为300nm(实施例1-2)的2种情况的LED元件。

(实施例2)

[实施例2：在p型包覆层中形成非添加异质多层结构层的外延片]

作为实施例2，制作图4和图5所示结构的发光波长630nm附近的红色LED用外延片。

在实施例2中，使第2导电型包覆层6中的掺杂剂抑制部分形成异质多层结构层12，该异质多层结构层12由非掺杂(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P层12a(膜厚为10nm)和非掺杂(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P层12b(膜厚为10nm)构成。在异质多层结构层12中，假定这些组成不同的非掺杂层12a，12b为1对，从靠近活性层5侧的方向形成非掺杂(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P层12a、非掺杂(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P层12b，分别交替地设置6层和5层，整体上形成5.5对的层。

外延成长方法、电极形成方法和LED元件的制作方法与实施例1同样。

[比较例1：在p型包覆层和活性层之间不设置非添加层的外延片]

作为比较例1，制作图6所示结构的发光波长630nm附近的红色LED用外延片。外延片的层积结构如下所述，外延成长方法、电极形成方法和LED元件的制作方法与实施例1同样。

通过MOVPE法在n型GaAs衬底1上依次层积成长掺杂Si的n型GaAs缓冲层2(膜厚为200nm、载流子浓度为1×10¹⁸/cm³)、将AlInP层和Al_0.5Ga_0.5As层分别以各20层交替设置的20对光反射层所构成的n型光反射层3(膜厚：发光峰值波长(λ)为4n(n：折射率)、载流子浓度约为1×10¹⁸/cm³)、掺杂Si的n型(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P包覆层4(膜厚为400nm、载流子浓度为4×10¹⁷/cm³)、非掺杂(Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P活性层5(膜厚为600nm)、掺杂Mg的p型(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P包覆层6(膜厚为600nm、载流子浓度为2×10¹⁷/cm³)、掺杂Mg的p型Ga_0.7In_0.3P中间层7(膜厚为30nm、载流子浓度为6×10¹⁸/cm³)、掺杂Mg的p型GaP电流分散层8(膜厚为10,000nm、载流子浓度为4×10¹⁸/cm³)。

[比较例2：在p型包覆层和活性层之间不设置非添加层的外延片]

作为比较例2，制作图7所示结构的发光波长630nm附近的红色LED用外延片。外延成长方法、电极形成方法和LED元件的制作方法与比较例1同样。

外延片的层积结构与比较例1基本上相同，但是在比较例2中，在非掺杂(Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P活性层5(膜厚为600nm)和p型(掺杂Mg)(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P包覆层6(膜厚为400nm、载流子浓度为2×10¹⁷/cm³)之间设置有非掺杂(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P层11。

另外，制作了非掺杂(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P层11的膜厚为100nm(比较例2-1)和膜厚为300nm(比较例2-2)的2种LED元件。其他与上述的比较例1相同。

表1对由比较例1，2和实施例1，2制作的LED元件的发光特性和反向电压特性进行了比较。

表1

	LED的初期特性(20mA通电时)		连续通电试验时的特性(注1)
						发光输出(mW)	反向电压(V)	相对输出(％)(注2)	反向电压(V)
实施例1-1(膜厚为100nm)	1.98	-58	102	-53
					实施例1-2(膜厚为300nm)	1.95	-58	102	-55
实施例2	2.05	-61	102	-60
					比较例1	1.50	-48	68	-32
比较例2-1(p层11膜厚为100nm)	1.75	-58	93	-41
					比较例2-2(p层11膜厚为300nm)	1.70	-65	98	-52

注1)连续通电试验通过在常温、常湿的环境下以50mA驱动LED元件168小时(1星期)而进行。

注2)相对输出表示通电前发光输出为100％时的连续通电试验后的发光输出。

(实施例1的测定结果)

对实施例1-1和1-2的LED元件的初期特性进行评价的结果是，20mA通电时(评价时)的发光输出分别为1.98mW(100nm时)和1.95mW(300nm时)，反向电压(Vr)分别为-58V。从而，可以得到具有发光输出和反向电压(Vr)优异的初期特性的LED元件。

接着，在常温、常湿的环境下以50mA驱动该LED元件，进行168小时(1星期)的连续通电试验，结果是相对输出均为102％，良好。反向电压(Vr)为-53V和-55V。

另外，针对刚制作LED元件后和连续通电试验后的LED元件，分别进行SIMS分析，结果是连续通电试验后作为p型掺杂剂的Mg没有混入活性层内，可以确认几乎没有扩散。

从而可以确认，对于实施例1的LED元件，通过使第2导电型包覆层的一部分形成掺杂剂抑制层，可以抑制LED元件的由掺杂剂扩散引起的相对输出和反向电压(Vr)的降低以及发光输出的降低。

(实施例2的测定结果)

对实施例2的LED元件的初期特性进行评价的结果是，20mA通电时(评价时)的发光输出为2.05mW，反向电压(Vr)分别为-58V。从而，可以得到具有发光输出和反向电压(Vr)优异的初期特性的LED元件。

接着，进行与实施例1同样的连续通电试验，结果是相对输出为102％，反向电压(Vr)为-60V，非常良好。

另外，针对刚制作LED元件后和连续通电试验后的LED元件，分别进行SIMS分析，结果是连续通电试验后作为p型掺杂剂的Mg没有混入活性层内，可以确认几乎没有扩散。

从而可以确认，对于实施例2的LED元件，通过在第2导电型包覆层中的一部分设置非添加异质多层结构层，可以抑制LED元件的由掺杂剂扩散引起的相对输出和反向电压(Vr)的降低以及发光输出的降低。

(比较例1的测定结果)

对比较例1的LED元件的初期特性进行评价的结果是，20mA通电时(评价时)的发光输出为1.50mW，反向电压(Vr)为-48V。

接着，进行与实施例1同样的连续通电试验，结果是相对输出为68％，反向电压(Vr)为-32V，可以确认与实施例1和2相比程度降低程度非常大。

另外，针对刚制作LED元件后和连续通电试验后的LED元件，分别进行SIMS分析，结果可以确认连续通电试验后作为p型掺杂剂的Mg也出现扩散并混入活性层内的情况。另外，使掺杂剂为Zn，结果可以确认扩散程度比Mg更为激增，LED元件的发光输出、相对输出进一步恶化。

(比较例2的测定结果)

对比较例2-1，2-2的LED元件的初期特性进行评价的结果是，20mA通电时(评价时)的发光输出分别为1.75mW(100nm时)和1.70mW(300nm时)，反向电压(Vr)分别为-58V和-65V。

接着，进行与实施例1同样的连续通电试验，结果是相对输出分别为93％和98％，可以确认相对输出比较良好。另一方面，反向电压(Vr)为-41V和-52V，可以确认低于实施例1和2。从而知道，虽然可以抑制相对输出的降低，但是不能抑制反向电压的降低。

另外，针对刚制作LED元件后和连续通电试验后的LED元件，分别进行SIMS分析，结果可以确认连续通电试验后作为p型掺杂剂的Mg也出现扩散并混入活性层内的情况。

以上基于上述的实施方式说明了本发明的半导体发光元件，但是本发明并不限于上述的实施方式，在不超出其要旨的范围可以以各种方式实施，例如可以是如下所述的变形。

(变形例)

在本发明的实施方式中，以发光波长630nm的红色LED元件为制作例。但是，使用相同的AlGaInP系材料制作的其他LED元件，例如即使在制作发光波长560nm～660nm的LED元件的情况下，各层(特别是电流分散层)的材料和载流子浓度也可以相同。即，即使使LED元件的发光波长为不同于本发明实施方式的波长带宽，也可以得到同样的效果。

在本发明的实施方式中，形成在GaAs衬底上设置第1导电型的缓冲层，且设置光反射层的结构。但是，也可以形成不设置第1导电型的缓冲层，而直接在GaAs衬底上层积第1导电型包覆层的结构，并且，也可以形成不设置光反射层的结构。

在本发明的实施方式中，将GaAs用于半导体衬底，但是可以使用以Ge为起始衬底的LED用外延片。也可以使用如下LED用外延片，使起始衬底为GaAs或者Ge，在后面将其除去，并使用Si或者具有大于等于Si的热传导率的金属衬底作为替代的独立衬底。

在本发明的实施方式中，在第2导电型包覆层中作为掺杂剂抑制层形成设置掺杂剂非添加层的结构，或者插入非添加异质多层结构层的结构。但是，由于第1导电型、第2导电型的掺杂剂均会产生扩散，因此在第2导电型包覆层和第1导电型包覆层中作为掺杂剂抑制层形成设置掺杂剂非添加层或者非添加异质多层结构层的结构，或者仅在第1导电型包覆层中作为掺杂剂抑制层形成设置掺杂剂非添加层或者非添加异质多层结构层的结构，也可以得到本发明所期望的效果。

另外，在第2导电型包覆层中，代替形成设置掺杂剂非添加层或者非添加异质多层结构层的结构，而形成设置掺杂剂较其周围浓度更低的层或者掺杂剂较其周围浓度更低的异质多层结构层的结构，也可以得到本发明所期望的效果。此时，由于不添加掺杂剂，因此与具有掺杂剂非添加层或者非添加异质多层结构层的结构相比时，掺杂剂的抑制扩散效果弱。但是，通过增加掺杂剂低浓度层的膜厚，可以得到掺杂剂抑制扩散层的效果。另外，即使增加膜厚，由于掺杂剂是低浓度，因此可以抑制正向电压的上升。从而，设置掺杂剂低浓度层或者掺杂剂低浓度异质多层结构层的情况，与掺杂剂非添加层或者非添加异质多层结构层相比，优选增加膜厚。

在本发明的实施方式中，作为第2导电型包覆层和异质多层结构的材料使用了AlGaInP，但是只要是对发光波长为透明的材料，即使是上述以外的组合，也可以得到本发明所期望的效果。

在本发明的实施方式中，作为掺杂剂使用了Mg，但是也可以使用Zn。

在本发明的实施方式中，作为活性层使用了单层膜，但是也可以使用多重量子井(MQW)。

在本发明的实施方式中，表面电极的形状为圆形，但是也可以是不同形状，例如四方形、菱形、多边形等。

Claims (24)

1.半导体发光元件，其在第1导电型半导体衬底上至少形成有第1导电型包覆层、非掺杂活性层、第2导电型包覆层及第2导电型电流分散层，其特征在于，在所述第2导电型包覆层的作为其一部分的不接触所述活性层的部分具有掺杂剂浓度低于该部分周围的第1掺杂剂抑制层。

2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层也不接触在所述第2导电型包覆层上形成的层。

3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层形成在距离所述活性层大于等于200nm的位置。

4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层形成在2处或者2处以上。

5.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层不添加掺杂剂。

6.根据权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层的膜厚为50～300nm。

7.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层由与该第1掺杂剂抑制层以外的所述第2导电型包覆层晶格匹配的III-V族半导体结晶而构成。

8.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层相对于在由所述第2导电型包覆层、所述活性层、所述第1导电型包覆层形成的发光层所发出的光是透明的。

9.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层为多个层构成的多层结构。

10.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层的膜厚为20～200nm。

11.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第1掺杂剂抑制层的各层的膜厚为2～30nm。

12.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，在所述第2导电型包覆层和所述电流分散层之间设置有具有所述2导电型包覆层和所述电流分散层之间的带隙能量的中间层。

13.根据权利要求12所述的半导体发光元件，其特征在于，所述中间层由Ga_XIn_1-XP(其中，0.6≤X≤1)构成。

14.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，在所述第1导电型半导体衬底和所述第1导电型包覆层之间设置有光反射层。

15.根据权利要求14所述的半导体发光元件，其特征在于，所述光反射层通过组合(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)和Al_XGa_1-XAs(其中，0≤X≤1)而构成。

16.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，在所述第1导电型包覆层的作为其一部分的不接触所述活性层的部分具有掺杂剂浓度低于该部分周围的第2掺杂剂抑制层。

17.根据权利要求16所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第2掺杂剂抑制层也不接触在所述第1导电型包覆层下形成的层。

18.根据权利要求16所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第2掺杂剂抑制层不添加掺杂剂。

19.根据权利要求16所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第2掺杂剂抑制层由与该第2掺杂剂抑制层以外的所述第1导电型包覆层晶格匹配的III-V族半导体结晶而构成。

20.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述活性层由(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。

21.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述活性层具有多重量子井结构。

22.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第2导电型包覆层的掺杂剂为Mg或者Zn，所述第2导电型包覆层和所述第1导电型包覆层分别由(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。

23.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，在所述半导体衬底上设置由n型且与所述半导体衬底同样的材料构成的半导体层。

24.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述电流分散层由Ga_XIn_1-XP(其中，0.8≤X≤1)构成。

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