半導體發(fā)光元件及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)實現(xiàn)抑制泄漏電流的發(fā)生而提高了發(fā)光效率的半導體發(fā)光元件。本發(fā)明專利技術(shù)的半導體發(fā)光元件的制造方法具有以下工序：在基板上形成n型半導體層的工序(a)；在n型半導體層上將發(fā)光層及阻擋層交替地層疊而形成活性層的工序(b)；和供給p型的摻雜劑而在活性層上形成p型半導體層的工序(c)，在工序(b)中，將阻擋層中的位于最靠近p型半導體層的最終阻擋層以與形成于該最終阻擋層內(nèi)的凹部的直徑相比更厚的膜來形成。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及在n型半導體層與p型半導體層之間具有由發(fā)光層及阻擋層交替地層疊而成的活性層的半導體發(fā)光元件及其制造方法。
技術(shù)介紹
發(fā)出紫外光的半導體發(fā)光元件中有曝光、固化、殺菌、醫(yī)療、傳感器用途之類的廣泛的應(yīng)用制品，今后可以期待大的市場。作為發(fā)出紫外光的半導體發(fā)光元件，已知有InGaN系的半導體發(fā)光元件。以往的InGaN系的半導體發(fā)光元件的主流是下述的半導體發(fā)光元件：在由藍寶石等構(gòu)成的生長基板上，使將n型半導體層、由阻擋層及發(fā)光層交替地層疊而成的活性層和p型半導體層層疊而成的半導體層依次生長，利用涂布于基板上的軟釬料將生長基板上的半導體層與支撐基板貼合后，通過激光剝離將生長基板剝離而制成。目前普及的InGaN系的半導體發(fā)光元件的大部分是通過在藍寶石基板上使GaN層及InGaN層外延生長而形成的。此時已知：由于藍寶石與GaN及InGaN晶格常數(shù)不同，所以在生長層內(nèi)存在被稱為高密度的位錯的晶體缺陷(例如參照專利文獻1、2)。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1：日本特開2002-270514號公報專利文獻2：日本特表2008-539585號公報非專利文獻非專利文獻1：N.Kuroda，C.Sasaoka，A.Kimura，A.Usui and Y.Mochizuki，“Precise control of pn-junction profile for GaN-based LD structuresusing GaN substrates with low dislocation densities”，J.Cryst.Growth 189/190(1998)551
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題作為生長基板，代替藍寶石基板而使用低位錯GaN基板時，其上的外延層也能夠與基板同樣地成為低位錯密度。但是，激光剝離中使用的激光的波長主流是300nm以下的波長，該激光不會透過GaN基板，所以難以將GaN基板剝離。像這樣在使用GaN基板作為生長基板的方法中，難以制作高輸出功率的紫外光發(fā)光元件，所以作為生長基板使用藍寶石基板成為主流。但是，像上述那樣，InGaN系的半導體發(fā)光元件由于在晶格常數(shù)不同的藍寶石基板上使GaN層及InGaN層外延生長，所以存在被稱為位錯的晶體缺陷。本專利技術(shù)人通過深入研究查明：起因于該位錯而產(chǎn)生泄漏，使半導體發(fā)光元件的元件特性(例如Ir特性)降低。圖1是表示對通過以往方法制造的InGaN系的半導體發(fā)光元件60在p側(cè)襯墊電極61與n側(cè)襯墊電極62之間流過微小電流時的發(fā)光的樣子的照片。雖然在初期時看不到發(fā)光部位，但若使供給電流量慢慢地增加，則發(fā)藍白光的部位63變得處處可見。特別是在p側(cè)襯墊電極61的周邊出現(xiàn)許多發(fā)光部位63。圖2是對一個發(fā)光部位63處的半導體發(fā)光元件60的截面利用TEM(Transmission Electron Microscope：透射型電子顯微鏡)拍攝的照片。(b)是將(a)放大的照片。根據(jù)圖2可確認：在發(fā)光部位63的位置，在半導體發(fā)光元件60中產(chǎn)生了位錯65。圖2(b)是將形成有活性層67和p型半導體層68的部位放大而得到的照片，獲知在該部位產(chǎn)生了位錯65。本專利技術(shù)人推測，通過以往方法制造的半導體發(fā)光元件60的Ir特性降低的原因是由以該位錯65作為原因的泄漏的發(fā)生所導致的。更詳細而言，推測起因于位錯65而形成一些坑(凹部)，p型半導體層68中包含的p型雜質(zhì)即Mg介由該坑向活性層67或n型半導體層進行擴散，從而pn接合被破壞而產(chǎn)生泄漏，形成圖1的照片那樣的發(fā)光部位63。圖3是對位錯密度不同的2個InGaN系的半導體發(fā)光元件通過SIMS
(Secondary Ion Mass Spectrometry：二次離子質(zhì)譜分析法)沿深度方向測定Mg濃度而得到的圖表(參照上述非專利文獻1)。(a)是位錯密度為1×109/cm2等級的元件的結(jié)果，(b)是位錯密度為6×107/cm2的元件的結(jié)果。根據(jù)圖3，在(a)的結(jié)果中起因于p型半導體層68的Mg的信號在深度為1μm～2.5μm附近出現(xiàn)，這教示了Mg侵入到活性層67內(nèi)。與此相對，在(b)的結(jié)果中在活性層67的位置處Mg停留在檢測限值(背景水平)，獲知Mg沒有侵入到活性層67內(nèi)。即獲知，在位錯密度高的元件中，Mg從p型半導體層68側(cè)擴散到活性層67內(nèi)。圖4是在具有與以往同樣的構(gòu)成的InGaN系半導體發(fā)光元件60中拍攝了剛形成活性層67后的表面狀態(tài)的SEM照片。此外，圖5是表示圖4的狀態(tài)的元件的截面結(jié)構(gòu)的示意性附圖。作為生長基板11使用藍寶石基板，在生長基板11上使未摻雜層13及n型半導體層21生長后，將膜厚為20nm的由AlGaN層構(gòu)成的阻擋層25(25a、25b、25c、25d、25e、25f)與膜厚為10nm的由InGaN層構(gòu)成的發(fā)光層23(23a、23b、23c、23d、23e)交替地層疊。阻擋層25f與最終阻擋層對應(yīng)。更詳細而言，將下述步驟交替地進行：將爐內(nèi)溫度設(shè)定為820℃，在供給規(guī)定的載氣及氨的狀態(tài)下，將三甲基鋁(TMA)的流量設(shè)定為1.6μmol/分鐘，將三甲基鎵(TMG)的流量設(shè)定為10μmol/分鐘而形成阻擋層25，同樣地在供給規(guī)定的載氣及氨的狀態(tài)下，將三甲基銦(TMI)的流量設(shè)定為2μmol/分鐘，將TMG的流量設(shè)定為10μmol/分鐘而形成發(fā)光層23。并且，在形成最終阻擋層25f后，在不形成p型半導體層的情況下、在使溫度降低至室溫狀態(tài)下拍攝了表面狀態(tài)的照片為圖4。根據(jù)圖4可確認，在最終阻擋層25f的表面上形成了許多的坑(凹部)71。特別是由(b)的照片推測坑71的直徑大概為70～90nm，鑒于在GaN系中容易穩(wěn)定地出現(xiàn)晶體的取向面的傾斜角度約為60°，推測坑71的直徑與深度大致相等。鑒于將各發(fā)光層23的膜厚設(shè)定為10nm，將各阻擋層25的膜厚設(shè)定為20nm，推測坑71到達至位于最終阻擋層25f的下層的發(fā)光層23e、阻擋層25e、發(fā)光層23d及阻擋層25d程度。圖5中示意地表示出這樣的坑71的狀態(tài)。圖6是對與以往同樣的InGaN系的半導體發(fā)光元件拍攝了在820℃的
溫度下形成活性層67后、用2分鐘升溫至使p型半導體層68生長的溫度即1025℃后、在不使p型半導體層68生長的情況下使溫度降低至室溫時的表面狀態(tài)的SEM照片。圖6與圖4同樣，(a)表示倍率為1萬倍的照片，(b)表示倍率為10萬倍的照片。此外，圖7是表示圖6的狀態(tài)的元件的截面結(jié)構(gòu)的示意性的附圖。根據(jù)圖6(b)推測坑71的直徑大概為20～40nm，獲知與圖4的狀態(tài)相比坑71的直徑變小。推測其為：通過溫度變高，由沿垂直方向生長的模式變化為沿水平方向生長的模式、即將坑71埋入的模式，結(jié)果是坑71的一部分被填埋，直徑及深度變小。更詳細而言認為：在提高溫度的期間，保證熱平衡的層表面的原料被蝕刻而移動，該被蝕刻的材料或爐內(nèi)的氣體進入坑71內(nèi)而沿水平方向生長，由此坑71的一部分(圖7中的區(qū)域71a)被填埋。按照上述的推測，認為：若使坑71的深度與直徑大致相等，則推測圖6中的坑71的深度約為20～40nm，所以坑71到達至位于最終阻擋層25f的下層的發(fā)光層23e，一部分坑71也到達至阻擋層25e。即，認為：若在該狀態(tài)下形成p型半導體層68，則本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，其具有以下工序：在基板上形成n型半導體層的工序(a)；在所述n型半導體層上將發(fā)光層及阻擋層交替地層疊而形成活性層的工序(b)；和供給p型的摻雜劑而在所述活性層上形成p型半導體層的工序(c)，在所述工序(b)中，將所述阻擋層中的位于最靠近所述p型半導體層的最終阻擋層以與形成于該最終阻擋層內(nèi)的凹部的直徑相比更厚的膜來形成。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2013.12.26 JP 2013-2702681.一種半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，其具有以下工序：在基板上形成n型半導體層的工序(a)；在所述n型半導體層上將發(fā)光層及阻擋層交替地層疊而形成活性層的工序(b)；和供給p型的摻雜劑而在所述活性層上形成p型半導體層的工序(c)，在所述工序(b)中，將所述阻擋層中的位于最靠近所述p型半導體層的最終阻擋層以與形成于該最終阻擋層內(nèi)的凹部的直徑相比更厚的膜來形成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述發(fā)光層由InGaN系化合物構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，在所述工序(b)中，以100nm以下的厚度形成所述最終阻擋層。4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，在所述工序(c)中，所述p型的摻雜劑為...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：月原政志，中村薰，
申請(專利權(quán))人：優(yōu)志旺電機株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：日本;JP