CN102484177A - 半导体发光元件的制造方法、灯、电子设备和机械装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体发光元件的制造方法，具备：在第1有机金属化学气相沉积装置中，在基板上层叠第一n型半导体层的第1工序；和在第2有机金属化学气相沉积装置中，在所述第一n型半导体层上依次层叠再生长层、第二n型半导体层、活性层和p型半导体层的第2工序。

Description

半导体发光元件的制造方法、灯、电子设备和机械装置
技术领域
本发明涉及半导体发光元件的制造方法和灯、电子设备以及机械装置。
本申请基于在2009年7月10日在日本提出的专利申请2009-164004号、和在2009年7月14日在日本提出的专利申请2009-165993号要求优先权，将其内容援引于本申请中。
背景技术
一直以来，作为发光二极管和半导体激光器等所使用的半导体发光元件，有在基板上依次层叠了n型半导体层、活性层(发光层)和p型半导体层的元件。作为制造这样的半导体发光元件的方法，有在由蓝宝石单晶等构成的基板上，采用有机金属化学气相沉积法(MOCVD(Metal OrganicChemical Vapor Deposition)法)，按顺序连续地依次层叠n型半导体层、活性层和p型半导体层的方法。
但是，在基板上连续地依次层叠n型半导体层、活性层和p型半导体层的情况下，由于这些层在同一沉积室(生长室)内形成，因此在形成n型半导体层时使用的掺杂剂对p型半导体层的形成带来障碍，有时得不到电阻率充分低的p型半导体层。
作为解决这样的问题的技术，例如，专利文献1曾提出了一种化合物半导体装置的制造方法，其中，在规定的基板上至少依次形成第1导电类型的半导体层和第2导电类型的半导体层来制造化合物半导体装置时，在对应于导电类型的相互不同的多个的独立的沉积室中形成上述导电类型的半导体层的各层。
另外，最近，为了使半导体发光元件的发光输出功率提高，对半导体发光元件施加大电流的情况变多起来。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平7-45538号公报
发明内容
但是，如果将形成n型半导体层的沉积室和形成p型半导体层的沉积室完全分开地操作，则有时得到的半导体发光元件的发光输出功率变不充分。
另一方面，在以往的半导体发光元件中，如果增大施加的电流则其发光输出功率变高，但是存在通过增大施加的电流来使得到的发光输出功率提高的效果的程度，随着增大施加的电流逐渐变小的倾向。因此，在对半导体发光元件施加大电流的情况下，由增大施加的电流带来的发光输出功率的提高效果不充分。因此，作为半导体发光元件，要求可以通过施加大电流有效地使发光输出功率提高，在施加大电流的情况下很好地使用的元件和其制造方法。
本发明是鉴于上述课题完成的，其课题是提供一种半导体发光元件的制造方法，其可以制造难以产生由在形成n型半导体层时使用的掺杂剂引起的p型半导体层的不良，并且可得到高的输出功率的半导体发光元件。
另外，其课题是提供可以制造通过施加大电流来得到高的发光输出功率的半导体发光元件的半导体发光元件的制造方法、以及具备采用该制造方法制造的半导体发光元件的灯、电子设备、机械装置。
本发明者为了解决上述问题专心研讨的结果，完成了本发明。
本发明的第一方式是提供一种半导体元件的制造方法，其特征在于，具备：在第1有机金属化学气相沉积装置中，在基板上层叠第一n型半导体层的工序(第1工序)；和在第2有机金属化学气相沉积装置中，在上述第一n型半导体层上依次层叠上述第一n型半导体层的再生长层、第二n型半导体层、活性层和p型半导体层的工序(第2工序)。
即，本发明的第一方式是以下的半导体发光元件的制造方法。
(1)一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有：
在第1有机金属化学气相沉积装置中，在基板上层叠第一n型半导体层的第1工序；和
在第2有机金属化学气相沉积装置中，在上述第一n型半导体层上依次层叠再生长层、第二n型半导体层、活性层和p型半导体层的第2工序。
(2)根据前项1所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在上述第2工序中，上述第二n型半导体层具有使薄膜层反复生长20层～40层从而得到的超晶格结构。
(3)根据前项1或前项2所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，上述第1工序中的上述第一n型半导体层的生长条件和上述第2工序中的上述再生长层的生长条件相同。
(4)根据(1)～(3)的任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，上述第一n型半导体层和再生长层为n接触层，上述第二n型半导体层为n覆盖层。
(5)根据(1)～(4)的任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，将上述再生长层的厚度设为0.05μm～2μm。
(6)根据(1)～(5)的任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括：在形成上述再生长层之前，在含有氮的气氛下进行热处理温度为500℃～1000℃的热处理的辅助工序。
(7)一种灯，其特征在于，具备采用(1)～(6)的任一项所述的半导体发光元件的制造方法制造的半导体发光元件。
(8)一种电子设备，其特征在于，组装有(7)所述的灯。
(9)一种机械装置，其特征在于，组装有(8)所述的电子设备。
(10)根据(1)～(6)的任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，再生长层是第一n型半导体层的生长层，且为n型半导体层。
本发明的第二方式提供一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具备：
在第1有机金属化学气相沉积装置中，在基板上层叠第一n型半导体层的第1工序；和
在第2有机金属化学气相沉积装置中，在上述第一n型半导体层上依次层叠上述第一n型半导体层的再生长层、第二n型半导体层、发光层和p型半导体层的第2工序，
在上述第2工序中，将上述第2有机金属化学气相沉积装置的沉积室内的压力设为500mbar～1013mbar(大气压下)来使上述发光层生长。
即，本发明的第二方式是以下的半导体发光元件的制造方法。
(1)一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有：
在第1有机金属化学气相沉积装置中，在基板上层叠第一n型半导体层的第1工序；和
在第2有机金属化学气相沉积装置中，在上述第一n型半导体层上依次层叠再生长层、第二n型半导体层、发光层和p型半导体层的第2工序，
在上述第2工序中，将上述第2有机金属化学气相沉积装置的沉积室内的压力设为500mbar～1013mbar(大气压下)来使上述发光层生长。
(2)根据(1)所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括：在与流量为30SLM～100SLM的第1载气一同地向上述第2有机金属化学气相沉积室供给含有III族元素的III族原料的同时，与第2载气一同地向上述沉积室供给含有氮或氮化合物的氮原料，使由III族氮化物半导体层构成的上述发光层生长的工序。
(3)一种灯，其特征在于，具备采用(1)或(2)所述的半导体发光元件的制造方法制造的半导体发光元件。
(4)一种电子设备，其特征在于，组装有(3)所述的灯。
(5)一种机械装置，其特征在于，组装有(4)所述的电子设备。
本发明的半导体发光元件的制造方法，具有：在第1有机金属化学气相沉积装置中，在基板上层叠第一n型半导体层的工序(第1工序)；和在第2有机金属化学气相沉积装置中，在上述第一n型半导体层上依次层叠再生长层、第二n型半导体层、活性层和p型半导体层的工序(第2工序)。因此，在第1工序中形成的第一n型半导体层，在与在第2工序中形成的p型半导体层的沉积室分别开的沉积室内形成。因此，根据本发明的半导体发光元件的制造方法，可以使由在形成n型半导体层时使用的掺杂剂引起的p型半导体层的不良减少或难以产生。
而且，在本发明的半导体发光元件的制造方法中，在第2工序中，在第一n型半导体层上形成第一n型半导体层的再生长层(n型半导体层)后，在其上层叠第二n型半导体层。在其上依次层叠活性层和p型半导体层。通过该构成，可得到在再生长层上形成有结晶性良好的第二n型半导体层，并得到高的输出功率的半导体发光元件。
在本发明的第二方式的半导体发光元件的制造方法中，在第2工序中，在第一n型半导体层上形成第一n型半导体层的再生长层，在其上层叠第二n型半导体层。因此，在再生长层上形成有结晶性良好的第二n型半导体层。此外，在本发明的第二方式的半导体发光元件的制造方法中，在第2工序中，将第2有机金属化学气相沉积装置的沉积室内的压力设为500mbar～1013mbar(大气压下)来生长发光层。其结果，在结晶性良好的第二n型半导体上形成有结晶性良好的发光层。因此，根据本发明的半导体发光元件的制造方法，可得到在施加大电流的情况下，得到比以往高的发光输出功率的半导体发光元件。
在本发明的半导体发光元件的制造方法中，如上述那样，在第1工序中，与第2工序相比压倒性地较厚地形成的第一n型半导体层，在与在第2工序中形成的p型半导体层的沉积室分别开的沉积室内形成。因此，根据本发明的半导体发光元件的制造方法，可以防止由在形成n型半导体层时使用的掺杂剂引起的p型半导体层的不良，其结果，在收率方面可以谋求大幅度的生产率提高。
附图说明
图1是表示采用本发明的半导体发光元件的制造方法制造的半导体发光元件的一例的截面模式图。
图2是用于说明制造图1所示的半导体发光元件的工序的截面模式图。
图3是表示具备图1示出的半导体发光元件的灯的一例的截面模式图。
图4是表示在实施例12的分割基板前的阶段的半导体发光元件中，从沿着基板的直径的一端到另一端的距离与发光强度的关系的曲线图。
图5是表示在实施例14的分割基板前的阶段的半导体发光元件中，从沿着基板的直径的一端到另一端的距离与发光强度的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，对于半导体发光元件的制造方法，一边适当参照附图一边详细地说明。在以下的说明中参照的附图是用于说明本发明的附图，图示的各部分的大小、厚度和尺寸等与实际的半导体发光元件和灯等的尺寸关系不同。本发明不限定于以下的例子，在不脱离其要旨的范围可以适当变更。可以进行数量、位置、大小和数值等的变更和追加。
本发明涉及半导体发光元件的制造方法和灯、电子设备以及机械装置。特别是涉及：难以产生由在形成n型半导体层时使用的掺杂剂引起的p型半导体层的不良，可得到高的输出功率的半导体发光元件、和在施加大电流的情况下可很好地使用，通过施加大电流来得到高的发光输出功率的半导体发光元件的制造方法、以及具备采用该制造方法制造的半导体发光元件的灯、电子设备和机械装置，。
「半导体发光元件」
图1是表示采用本发明的半导体发光元件的制造方法制造的半导体发光元件的一例的截面模式图。在本实施方式中，作为半导体发光元件的一例，举出图1所示的半导体发光元件进行说明。
图1所示的本实施方式的半导体发光元件1，具备：基板11；层叠于基板11上的叠层半导体层20；层叠于叠层半导体层20的上面的透光性电极15；层叠于透光性电极15上的p型焊盘电极16；和层叠于叠层半导体层20的露出面20a上的n型电极17。
叠层半导体层20从基板11侧按依次层叠n型半导体层12、发光层(活性层)13和p型半导体层14从而构成。如图1所示，n型半导体层12、发光层13和p型半导体层14，其一部分通过蚀刻等的手段被除去，n型半导体层12的一部分从被除去了的部分露出。并且，在n型半导体层12的露出面20a层叠有n型电极17。
另外，在p型半导体层14的上面14a，层叠有透光性电极15和p型焊盘电极16。由这些透光性电极15和p型焊盘电极16构成p型电极18。
作为构成n型半导体层12、发光层13和p型半导体层14的半导体，优选使用III族氮化物半导体。更优选使用氮化镓系化合物半导体。作为氮化镓系化合物半导体，已知例如由通式AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1、0≤y＜1、0≤x+y＜1)表示的各种组成的半导体。作为构成本发明中的n型半导体层12、发光层13和p型半导体层14的氮化镓系化合物半导体，可以毫无限制地使用由通式AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1、0≤y＜1、0≤x+y＜1)表示的各种组成的半导体。
本实施方式的半导体发光元件1是通过在p型电极18和n型电极17之间流通电流，从构成叠层半导体层20的作为活性层的发光层13发出光的构成，是来自发光层13的光从形成有p型焊盘电极16的一侧被取出的面朝上(face up mount)型的发光元件。
(基板)
基板11可以任意选择，例如，可以使用由蓝宝石、SiC、硅、氧化锌、氧化镁、氧化锰、氧化锆、氧化锰锌铁、氧化镁铝、硼化锆、氧化镓、氧化铟、氧化锂镓、氧化锂铝、氧化钕镓、氧化镧锶铝钽、氧化锶钛、氧化钛、铪、钨和钼等构成的基板。在上述基板之中，特别优选使用以c面为主面的蓝宝石基板。
再者，在上述基板之中，也可以使用已知通过在高温下与氨接触而引起化学改性的氧化物基板和金属基板等。此时选择适当的使用方法即可。例如，在不使用氨而形成后述的缓冲层21，并且以使用氨的方法形成了后述的基底层22的场合等，缓冲层21作为涂层发挥作用，因此可以有效地防止基板11的化学改性。
(缓冲层)
缓冲层21可以设置，或者也可以不设置。但是，为了缓和基板11和基底层22的晶格常数的不同，在基板11的(0001)C面上容易地形成C轴取向的单晶层，优选设置。通过在缓冲层21之上层叠单晶的基底层22，可以层叠结晶性更进一步良好的基底层22。
缓冲层21优选由多晶的AlxGa1-xN(0≤x≤1)构成，更优选由单晶的AlxGa1-xN(0≤x≤1)构成。更优选0.5≤x≤1.0。
缓冲层21可以设为例如由多晶的AlxGa1-xN(0≤x≤1)构成的厚度0.01～0.5μm的层。如果缓冲层21的厚度低于0.01μm，则有时不能充分地得到通过缓冲层21缓和基板11和基底层22的晶格常数的不同的效果。另外，如果缓冲层21的厚度超过0.5μm，则尽管作为缓冲层21的功能没有变化，但缓冲层21的成膜处理时间变长，有生产率降低的可能性。
作为缓冲层21的优选的一例，可举出由III族氮化物半导体构成的具有六方晶系的晶体结构的层。形成缓冲层21的III族氮化物半导体的晶体是优选具有单晶结构的晶体。III族氮化物半导体的晶体通过控制生长条件，不仅向上方向，也在面内方向生长，形成单晶结构。因此，通过控制缓冲层21的成膜条件，可以形成由单晶结构的III族氮化物半导体的晶体构成的缓冲层21。在将具有这样的单晶结构的缓冲层21形成于基板11上的情况下，缓冲层21的缓冲功能有效地发挥作用，因此在其上成膜的III族氮化物半导体成为具有良好的取向性和结晶性的晶体膜。
另外，形成缓冲层21的III族氮化物半导体的晶体，通过控制成膜条件，也能够形成由以六角柱为基本的织构构成的柱状晶体(多晶)。再者，所谓在此的由织构构成的柱状晶体，是指在与相邻的晶粒之间形成晶界而被隔离，其自身作为纵截面形状成为柱状的晶体。
(基底层)
作为基底层22，可举出AlxGayInzN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1、x+y+z＝1)，如果使用AlxGa1-xN(0≤x＜1)则可以形成结晶性良好的基底层22，因此优选。更优选0≤x＜0.5。
基底层22的膜厚优选为0.1μm以上，更优选为0.5μm以上，最优选为1μm以上。在为该膜厚以上时容易得到结晶性良好的AlxGa1-xN层。基底层22的膜厚优选为10μm以下。
为了使基底层22的结晶性良好，优选在基底层22中不掺杂杂质。但是，在需要p型或n型的导电性的情况下，可以向基底层22中添加受主杂质或施主杂质。
(叠层半导体层)(n型半导体层)
n型半导体层12由n接触层12a(第1工序生长层(第一n型半导体层)和再生长层)和n覆盖层12b(第二n型半导体层)构成。
n接触层12a(n型半导体层)是用于设置n型电极17的层，由在后述的第1工序中形成的第1工序生长层12c和在后述的第2工序中形成的再生长层12d构成。在图中所示的第1工序生长层12c和再生长层12d中，第1工序生长层12c的厚度比再生长层12d的厚度厚。第1工序生长层12c和再生长层12d优选由相同材料构成。也优选在相同的生长条件下形成。更优选由相同材料构成，并在相同的生长条件下形成。另外，在本实施方式中，如图1所示，在第1工序生长层12c上形成有用于设置n型电极17的露出面20a。再者，用于设置n型电极17的露出面20a也可以形成于再生长层12d上。
n接触层12a优选由AlxGa1-xN层(0≤x＜1、优选0≤x≤0.5、更优选0≤x≤0.1)构成，掺杂有n型杂质(掺杂剂)。在n接触层12a中n型杂质以1×1017～1×1020/cm3、优选以1×1018～1×1019/cm3的浓度含有的情况下，在维持与n型电极17的良好的欧姆接触的方面是优选的。作为n接触层12a中所使用的n型杂质，没有特别限定，可举出例如Si、Ge、Sn等。优选包含Si和Ge，最优选为Si。
构成n接触层12a的第1工序生长层12c的膜厚优选为0.5～5μm，更优选为2μm～4μm的范围。如果第1工序生长层12c的膜厚为上述范围内，则可良好地维持半导体的结晶性。
另外，再生长层12d的膜厚优选设为0.05～2μm，更优选为0.2μm～1μm。如果再生长层12d的膜厚为0.2μm以上，则如后述那样，可以减少由下述操作造成的对n接触层12a的结晶性的影响，该操作为：在形成n接触层12a的中途的阶段中断n接触层12a的生长(第一工序生长层的形成)，从第1有机金属化学气相沉积装置的沉积室内取出并移动到别的装置(第2有机金属化学气相沉积装置)的沉积室，其后，为了形成再生长层12d而再次开始n接触层12a的生长。其结果，使半导体发光元件的输出功率提高的效果变得更显著。另外，如果再生长层12d的膜厚超过2μm，则在形成p型半导体层14时使用的第2有机金属化学气相生长装置的沉积室内，形成n型半导体层12后残留的掺杂剂和/或沉积物的量变多，容易产生由在形成n型半导体层12时使用的掺杂剂和/或沉积物引起的p型半导体层14的不良变得。此外，再生长层12d的成膜处理时间变长，产生生产率降低的问题。
n覆盖层12b被设置在n接触层12a和发光层13之间。n覆盖层12b是进行向发光层13的载流子(carrier)的注入和载流子的封入的层，而且，作为缓和再生长层12d和发光层13的晶格的失配的、发光层13的缓冲层发挥功能。n覆盖层12b可任意地选择，例如可以利用AlGaN(即AlxGa1-xN(0≤x≤1))、GaN、GaInN(即，GaxIn1-xN、0＜x＜1)等形成。再者，在说明书中，有时省略上述各元素的组成比，记述为AlGaN、GaN、GaInN。在利用GaInN形成n覆盖层12b的情况下，优选大于发光层13的GaInN的带隙，这是不用说的。
在n覆盖层12b是由单层构成的层的情况下，n覆盖层12b的膜厚优选为5～500nm，更优选为5～100nm。另外，n覆盖层12b的n型掺杂剂浓度优选为1×1017～1×1020/cm3，更优选为1×1018～1×1019/cm3。如果掺杂剂浓度为该范围，则在良好的结晶性的维持和发光元件的工作电压降低方面是优选的。
在本实施方式中，n覆盖层12b可以是单层的，但优选为反复生长多层的薄膜层而成的超晶格结构。举出具体例，优选为反复生长组成不同的2个薄膜层而由10对(20层)～40对(80层)构成的超晶格结构。在n覆盖层12b是由超晶格结构构成的层的情况下，如果薄膜层的层叠数为20层以上，则可以更加有效地缓和再生长层12d和发光层13的晶格的失配，使半导体发光元件的输出功率提高的效果变得更加显著。但是，如果薄膜层的层叠数超过80层，则也有时超晶格结构容易变混乱，产生对发光层13带来恶劣影响之虞。此外，n覆盖层12b的成膜处理时间变长，产生生产率降低这样的问题。
构成n覆盖层12b的超晶格结构，优选为由III族氮化物半导体构成的n侧第1层、和由组成不同于该n侧第1层的III族氮化物半导体构成的n侧第2层层叠而成的层，更优选为含有n侧第1层和n侧第2层交替地反复层叠了的结构的层。
作为构成n覆盖层12b的超晶格结构的n侧第1层和n侧第2层的组合，可以设为GaInN/GaN的交替结构、AlGaN/GaN的交替结构、GaInN/AlGaN的交替结构、相互组成不同的GaInN/GaInN的交替结构(本发明中的“组成不同”的说明，是指在上述2个层中元素组成比不同)、相互组成不同的AlGaN/AlGaN的交替结构。优选为GaInN/GaN的交替结构或相互组成不同的GaInN/GaInN的交替结构。
n侧第1层和n侧第2层的厚度分别优选为100埃以下，更优选为60埃以下，进一步优选为40埃以下。下限优选为10埃以上。最优选两方的层的厚度为10埃～40埃的范围。如果形成超晶格层的n层第1层和/或n侧第2层的膜厚超过100埃，则容易产生晶体缺陷，因此不优选。
上述n侧第1层和n侧第2层可以是各自进行了掺杂的结构，另外，也可以是掺杂结构/未掺杂结构的组合。作为被掺杂的杂质，可以毫无限制地应用相对于上述材料组成以往公知的杂质。例如，在作为n覆盖层12b，使用了具有GaInN/GaN的交替结构或组成不同的GaInN/GaInN的交替结构的超晶格结构的情况下，作为杂质优选Si。另外，构成超晶格结构的n侧第1层和n侧第2层也可以是相同的组成(GaInN、AlGaN或GaN)，而且是组合了掺杂结构/未掺杂结构的结构。
(发光层)
发光层13是由势垒层13a和阱层13b交替地层叠了多层而成的多重量子阱结构构成的层。在多重量子阱结构中的层叠数可任意地选择，优选为3层～10层，更优选为4层～7层。
阱层13b的厚度优选为15埃～50埃的范围。如果阱层13b的厚度为上述范围，则可得到更高的发光输出功率。
阱层13b优选为含有In的氮化镓系化合物半导体。含有In的氮化镓系化合物半导体可以发出蓝色的波长区域的强光，从而优选。另外，在阱层13b中可以掺杂杂质。作为掺杂剂，优选使用作为增进发光强度的掺杂剂的Si、Ge。掺杂量优选为1×1017cm-3～1×1018cm-3左右。如果更多的话，则有时引起发光强度的降低。
势垒层13a优选膜厚为20埃以上且低于100埃的范围。如果势垒层13a的膜厚过薄，则有时阻碍势垒层13a上面的平坦化，引起发光效率的降低和/或老化特性的降低。另外，如果势垒层13a的膜厚过厚，则有时引起驱动电压的上升和/或发光的降低。因此，势垒层13a的膜厚优选为70埃以下。
另外，势垒层13a，除了GaN、AlGaN以外，也可以利用与构成阱层的InGaN相比In比率小的InGaN形成。其中，优选GaN。
(p型半导体层)
p型半导体层14通常由p覆盖层14a和p接触层14b构成。另外，p接触层14b也可以兼任p覆盖层14a。
p覆盖层14a是进行向发光层13的载流子封入和载流子注入的层。作为p覆盖层14a，是大于发光层13的带隙能量的组成，只要能够进行向发光层13的载流子封入则没有特别限定，优选为由AlxGa1-xN(0＜x≤0.4)构成的层。在p覆盖层14a是由这样的AlGaN构成的层的情况下，在向发光层13的载流子封入方面优选。
p覆盖层14a的膜厚没有特别限定，优选为1～400nm，更优选为5～100nm。p覆盖层14a的p型掺杂剂浓度优选为1×1018～1×1021/cm3，更优选为1×1019～1×1020/cm3。如果p型掺杂剂浓度为上述范围，则不会使结晶性降低，可得到良好的p型晶体。另外，p覆盖层14a也可以是将薄膜多次层叠而成的超晶格结构。
在p覆盖层14a含有超晶格结构的情况下，例如，可以为：由III族氮化物半导体构成的p侧第1层和由组成不同于上述p侧第1层的III族氮化物半导体构成的p侧第2层层叠而成的构成。在p覆盖层14a含有超晶格结构的情况下，p覆盖层14a也可以具有p侧第1层和p侧第2层交替地反复层叠了的结构。
构成p覆盖层14a的超晶格结构的p侧第1层和p侧第2层，优选为分别不同的组成的层。例如p侧第1层和p层第2层可以从AlGaN、GaInN和GaN之中选择。另外，也可以是它们之中的任意的组成。举出具体例，可以是GaInN/GaN的交替结构、AlGaN/GaN的交替结构、或者GaInN/AlGaN的交替结构。在本发明中，p侧第1层和p侧第2层优选为AlGaN/AlGaN或者AlGaN/GaN的交替结构。
p侧第1层和p侧第2层的厚度，分别优选为100埃以下，更优选为60埃以下，进一步优选为40埃以下。下限优选为10埃以上。最优选p侧第1层和p侧第2层的厚度分别为10埃～40埃的范围。如果形成超晶格层的p侧第1层和p侧第2层的膜厚超过100埃，则容易产生晶体缺陷，因此不优选。
p侧第1层和p侧第2层可以是各自的层进行了掺杂的结构，另外，也可以是掺杂结构/未掺杂结构的组合。作为被掺杂的杂质，可以毫无限制地应用相对于上述材料组成以往公知的杂质。例如，在作为p覆盖层使用了具有AlGaN/GaN的交替结构或组成不同的AlGaN/AlGaN的交替结构的超晶格结构的情况下，作为杂质优选Mg。另外，构成超晶格结构的p侧第1层和p层第2层也可以是相同组成的化合物(GaInN、AlGaN或GaN)，且是组合了掺杂结构/未掺杂结构的结构。
p接触层14b是用于设置正极的层。p接触层14b优选AlxGa1-xN(0≤x≤0.4)。更优选0≤x≤0.1。如果Al组成为上述范围，则在维持良好的结晶性和与p欧姆电极的良好的欧姆接触方面优选。另外，如果p接触层14b以1×1018～1×1021/cm3的浓度、优选以5×1019～5×1020/cm3的浓度含有p型杂质(掺杂剂)，则在维持良好的欧姆接触、防止裂纹产生和维持良好的结晶性的方面优选。作为p型杂质，可以没有特别限定地任意选择，例如可优选地举出Mg。p接触层14b的膜厚没有特别限定，优选为0.01～0.5μm，更优选为0.05～0.2μm。如果p接触层14b的膜厚为该范围，则在发光输出功率方面优选。
(n型电极)
n型电极17兼任焊盘，以接触叠层半导体层20的n型半导体层12的方式形成。因此，在形成n型电极17时，至少除去发光层13和p半导体层14的一部分使n型半导体层12露出，在n型半导体层12的露出面20a上形成兼任焊盘的n型电极17。作为n型电极17，各种组成和结构是公知的，可以毫无限制地使用这些公知的组成和结构，可以利用在该技术领域众所周知的惯用的手段进行设置。
(透光性电极)
透光性电极15是层叠于p型半导体层14之上的电极，可以任意地选择，优选为与p型半导体层14的接触电阻小的电极。另外，为了效率良好地将来自发光层13的光取出到半导体发光元件1的外部，透光性电极15优选是光透射性优异的电极。另外，为了遍及p型半导体层14的整个面地使电流均匀地扩散，透光性电极15优选具有优异的导电性。
作为透光性电极15的构成材料，可优选地举出从含有In、Zn、Al、Ga、Ti、Bi、Mg、W和Ce的任一种元素的导电性的氧化物、硫化锌和硫化铬中选出的透光性的导电性材料。另外，作为上述的导电性的氧化物，可优选地举出ITO(氧化铟锡(In2O3-SnO2))、IZO(氧化铟锌(In2O3-ZnO))、AZO(氧化铝锌(ZnO-Al2O3))、GZO(氧化镓锌(ZnO-Ga2O3))和掺氟的氧化锡、氧化钛等。这些材料可以采用在该技术领域众所熟知的惯用的手段形成，可以作为透光性电极15形成。
另外，在本发明中，透光性电极15的结构包含以往公知的结构，任何结构都可以毫无限制地使用。另外，透光性电极15可以以覆盖p型半导体层14的大致整个面的方式形成，也可以空开间隙而形成为格子状和/或树形状。
(p型焊盘电极)
p型焊盘电极16兼任焊盘，层叠于透光性电极15之上。作为p型焊盘电极16，各种组成和结构是公知的，可以毫无限制地使用这些公知的组成和结构，可以利用在该技术领域中众所周知的惯用的手段进行设置。
p型焊盘电极16只要在透光性电极15上，则在哪里形成都可以。例如可以形成于距n型电极17最远的位置，也可以形成于半导体发光元件1的中心等。但是，如果形成于太过接近于n型电极17的位置，则在进行了接合时产生接合线间和/或焊珠间的短路，因此不优选。
另外，作为p型焊盘电极16的电极面积，尽量大则接合操作容易进行，但成为发光的取出的阻碍。例如，在覆盖了超过芯片面的面积的一半的较宽的面积的情况下，成为发光的取出的阻碍，输出功率显著地降低。相反地，如果p型焊盘电极16的电极面积过小，则接合操作变得难以进行，使制品的收率降低。具体地讲，优选为稍微大于接合球的直径的程度，一般为直径100μm的圆形的程度。
(保护膜层)
保护膜层可以以根据需要覆盖透光性电极15的上面和侧面、以及n型半导体层12的露出面20a、发光层13和p型半导体层14的侧面、n型电极17和p型焊盘电极16的侧面和/或周边部的方式来形成。通过形成保护膜层，可以防止水分等向半导体发光元件1的内部的侵入，从而可以抑制半导体发光元件1的劣化。
作为保护膜层可以任意地选择，优选使用具有绝缘性、且在300～550nm的范围的波长下具有80％以上的透射率的材料。例如，可以使用氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钽(Ta2O5)、氮化硅(Si3N4)和氮化铝(AlN)等。其中SiO2和Al2O3通过CVD成膜可以容易地制作致密的膜，从而更优选。
「半导体发光元件的制造方法」
为了制造图1所示的半导体发光元件1，首先，制造图2所示的叠层半导体层20。为制造图2所示的叠层半导体层20，首先，准备蓝宝石基板等的基板11。
接着，将基板11设置于第一MOCVD(有机金属化学气相沉积)装置的沉积室内，采用MOCVD法，在基板11上依次层叠缓冲层21、基底层22和构成n接触层12a(n型半导体层)的一部分的第1工序生长层12c(第1工序)。
在生长第1工序生长层12c时，优选将基板11设为1000℃～1100℃的范围，更优选设为1080℃左右的温度。优选在氢气氛中进行生长。
作为生长第1工序生长层12c的原料，可举出三甲基镓(TMG)等的III族金属的有机金属原料和氨(NH3)等的氮原料，使用它们，通过热分解可以在缓冲层上沉积III族氮化物半导体层。MOCVD装置的沉积室内的压力优选设为15～80kPa，更优选设为15～60kPa。载气可以任意选择，可以仅为氢气，也可以是氢气和氮气的混合气体。
其后，从第一MOCVD装置的沉积室内取出形成有直到n接触层12a的第1工序生长层12c为止的各层的基板11。
接着，将形成有直到第1工序生长层为止的各层的基板11设置在第二MOCVD装置的沉积室内。然后采用MOCVD法，在第1工序生长层12c上按顺序依次层叠n接触层12a的再生长层12d、n覆盖层12b(第二n型半导体层)、发光层13和p型半导体层14(第2工序)。
在本实施方式中，优选在第2工序中，在形成再生长层12d之前，将形成有直到第1工序生长层12c为止的各层的基板11在第二MOCVD装置的沉积室内在含有氮和氨的气氛中，进行热处理温度为500℃～1000℃的热处理。热处理的气氛，也可以设为例如只为氮的气氛，来替代含有氮和氨的气氛。再者，在仅为氢的气氛中，第1工序生长层12c升华，招致结晶性的恶化，因此不优选。另外，在热处理中，MOCVD装置的沉积室内的压力优选设为15～100kPa，更优选设为60～95kPa。
在第2工序中进行这样的热处理的情况下，即使在第1工序结束后，形成有直到n接触层12a的第1工序生长层12c为止的各层的基板11从第一MOCVD装置的沉积室内被取出由此第1工序生长层12c的表面被污染，也可以在形成再生长层12d之前除去污染物质。其结果，再生长层12d的结晶性提高，形成于再生长层12d上的n覆盖层12b和发光层13的结晶性变得更进一步良好。再者，在为第1工序生长层12c的表面被污染了的状态的情况下，有反向电流(IR)未变得充分低，或静电放电(ESD)耐电压不足之虞，有半导体发光元件1的可靠性降低的可能性。
另外，在本实施方式中，优选使第1工序中的第1工序生长层12c的生长条件和第2工序中的再生长层12d的生长条件相同。该情况下，使用第一MOCVD装置和第二MOCVD装置这2个装置，可以减少由下述操作造成的对n接触层12a的结晶性的影响，该操作为：在第一MOCVD装置中在形成n接触层12a的中途的阶段中断n接触层12a的生长(第1工序生长层的形成)，从沉积室内取出并移动到第二MOCVD装置的沉积室，其后为了形成再生长层而再次开始n接触层12a的生长。因此，由第1工序生长层12c和再生长层12d构成的n接触层12a的结晶性变良好。再者，所谓使上述的生长条件相同，意指使例如温度、压力和气体流量等的条件相同来进行生长。
另外，在本实施方式中，优选将再生长层12d的厚度设为0.05μm～2μm。
另外，在使再生长层12d生长时，优选将基板11的温度设为1000℃～1100℃的范围。通过将生长再生长层12d时的基板11的温度设为上述范围，即使形成有直到第1工序生长层12c为止的各层的基板11从第一MOCVD装置的沉积室内被取出，由此n接触层12a的第1工序生长层12c的表面被污染，也可以在形成再生长层12d时除去污染物质。其结果，可以使形成于再生长层12d上的n覆盖层12b和发光层13的结晶性更进一步良好。相对于此，在生长再生长层12d时的基板11的温度低于1000℃的情况下，有反向电流(IR)未变得充分低，或静电放电(ESD)耐电压不足的可能性。另外，在生长再生长层12d时的基板11的温度超过1100℃的情况下，有半导体发光元件1的输出功率不充分的可能性。
另外，在第2工序中，优选形成由超晶格结构构成的n覆盖层12b，该超晶格结构是反复生长了20层～80层、优选为20层～40层的薄膜层而成的。再者，在将n覆盖层12b设为超晶格结构的情况下，优选按以下方式形成：将膜厚100埃以下的由III族氮化物半导体构成的n侧第1层、和组成不同于n侧第1层的膜厚100埃以下的由III族氮化物半导体构成的n侧第2层交替反复层叠，使得薄膜层为20层～80层、更优选为20层～40层。
另外，发光层13，以交替地反复层叠势垒层13a和阱层13b，并且，在n型半导体层12侧和p型半导体层14侧配置势垒层13a的方式配置即可。即发光层13如图所示，只要以n型半导体层12和势垒层13a、以及p型半导体层14和势垒层13a接触的方式顺序层叠即可。阱层13b和势垒层13a的组成和膜厚被设定使得变为规定的发光波长。发光层13的生长温度例如可以优选设为600～900℃，作为载气可以优选使用例如氮气。再者，在生长阱层13b和势垒层13a时的沉积室的压力和载气的流量等的条件，在阱层13b和势垒层13a中可以设为相同。
在本实施方式中，优选将生长发光层13时的第二MOCVD装置的沉积室的压力设为500mbar～1013mbar(大气压下)(50～101.3kPa)。第二MOCVD装置的沉积室的压力更优选设为600mbar以上。另外，第二MOCVD装置的沉积室的压力优选设为900mbar以下，更优选设为800mbar以下。
通过将沉积室的压力设为500mbar以上，发光层13的结晶性变得更进一步良好，会在结晶性良好的n覆盖层12b上形成结晶性良好的发光层13，可得到在施加大电流的情况下，得到比以往高的发光输出功率的半导体发光元件1。该效果在施加70mA以上的大电流的情况下更加显著。另外，通过将沉积室的压力设为1013mbar以下，在分割(芯片化)基板11前的基板11面内的发光强度的偏差变得充分小，得到的半导体发光元件1的品质变得均一。载气的流量可以任意选择。
另外，在本实施方式中，优选：在生长发光层13时，向第二MOCVD装置的沉积室，与流量30SLM～100SLM的第1载气一同地供给含有III族元素的III族原料，同时向上述沉积室，与第2载气一同地供给含有氮或氮化合物的氮原料，来生长由III族氮化物半导体层构成的发光层13。另外，作为III族元素，可举出例如Ga。另外，作为第2载气，优选使用氮气。作为氮化合物，可举出氨(NH3)。
另外，发光层13的生长温度优选为600～900℃。
在使用减压CVD装置生长发光层13时的沉积室的压力，通常为400mbar左右。在本实施方式中，将生长发光层13时的沉积室的压力设为500mbar以上，因此发光层13的结晶性变良好。但是，与将压力设为400mbar的场合相比，在分割(芯片化)基板11前的基板11面内的发光强度的偏差变大，有得到的半导体发光元件1的品质的偏差变得大一些的倾向。
如上述那样，在向沉积室供给将流量控制在30SLM～100SLM的第1载气的同时，供给含有III族元素的III族原料的情况下，由于第1载气的流量是适当的，因此在沉积室内的III族原料和氮原料的反应进行之前，在分割(芯片化)之前的基板11的整个面上容易均匀地遍布III族原料。其结果，可以更有效地抑制在分割(芯片化)基板11之前的基板11面内的发光强度的偏差。
向沉积室供给的第1载气的流量，更优选为40SLM以上。另外，向沉积室供给的第1载气的流量更优选为70SLM以下。
p型半导体层14，只要依次层叠p覆盖层14a和p接触层14b即可。再者，在将p覆盖层14a设为含有超晶格结构的层的情况下，只要交替地反复层叠膜厚100埃以下的由III族氮化物半导体构成的p侧第1层、和组成不同于p侧第1层的膜厚100埃以下的由III族氮化物半导体构成的p侧第2层即可。
如以上那样，制造了图2所示的叠层半导体层20。
在本发明中，在第2工序中层叠的再生长层12d～p型半导体层14的膜厚，与在第1工序中层叠的缓冲层21～第1工序生长层12c或基底层22～第1工序生长层12c的膜厚相比，可以形成得压倒性薄。并且，与在1个MOCVD(有机金属化学气相沉积)装置的沉积室内形成全部的半导体层相比，可以防止由在形成n型半导体层时使用的掺杂剂引起的p型半导体层的不良。
在叠层半导体层20的p型的半导体层14上，其后层叠成为透光性电极15的透明材料层，采用例如一般已知的光刻的方法除去规定的区域以外的透明材料层，形成透光性电极15。
接着，采用例如光刻的方法进行图案化，蚀刻规定的区域的叠层半导体层20的一部分，使n接触层12a的第1工序生长层12c的一部分露出，在n接触层12a的露出面20a上形成n型电极17。
其后，在透光性电极15之上形成p型焊盘电极16。
其后，通过分割(芯片化)基板11，制造图1所示的半导体发光元件1。
在本实施方式的半导体发光元件1的制造方法中，在第2工序中，在n接触层12a上形成n接触层12a的再生长层12d后，层叠n覆盖层12b，因此可在再生长层12d上形成结晶性良好的n覆盖层12b。此外，在第2工序中，若将第二MOCVD装置的沉积室内的压力设为500mbar～1013mbar来生长发光层13，则能够在结晶性良好的n覆盖层12b上形成结晶性良好的发光层13。其结果，根据第二方式的半导体发光元件的制造方法，可得到通过施加大电流来得到高的发光输出功率的半导体发光元件1。
根据本实施方式的半导体发光元件1的制造方法，具有：在第一MOCVD装置中，在基板11上层叠n接触层12a的第1工序生长层12c的第1工序；和在第二MOCVD装置中，在第1工序生长层12c上，依次层叠n接触层12a的再生长层12d、n覆盖层12b、发光层13和p型半导体层14的第2工序。即，在第1工序中形成的第1工序生长层12c，在与在第2工序中形成的p型半导体层14分别开的沉积室内形成。因此，根据包括上述第1工序和第2工序的本发明的半导体发光元件的制造方法，能够使由在形成n型半导体层12时使用的掺杂剂引起的p型半导体层14的不良难以产生，反向电流(IR)充分低，静电放电(ESD)耐电压优异。
并且，在本发明的半导体发光元件的制造方法中，在第2工序中，在第1工序生长层12c上形成再生长层12d后依次层叠n覆盖层12b、发光层13和p型半导体层14，因此可得到获得高的输出功率的半导体发光元件1。
「灯」
本实施方式的灯具有本发明的半导体发光元件，是组合了上述的半导体发光元件和荧光体的灯。本实施方式的灯可以采用本领域技术人员公知的手段形成为本领域技术人员公知的构成。另外，在本发明中，可以毫无限制地采用通过组合半导体发光元件和荧光体来改变发光色的技术。
图3是表示具备图1所示的半导体发光元件1的灯的一例的截面模式图。图3所示的灯3是炮弹型的灯，采用了图1所示的半导体发光元件1。如图3所示，半导体发光元件1的p型焊盘电极16，利用线33接合于2个框31、32之中的一个(在图3中为框31)上，半导体发光元件1的n型电极17(焊盘)利用线34接合于另一个框32上，由此安装了半导体发光元件1。另外，半导体发光元件1的周边利用由透明的树脂构成的模35封装。
本实施方式的灯3是采用了上述的半导体发光元件1的灯，因此可得到高的输出功率，具备优异的发光特性。
另外，组装有本实施方式的灯3的背光源、便携电话、显示器、各种面板类、计算机、游戏机和照明等的电子设备、组装有这些电子设备的汽车等的机械装置成为具备具有优异的发光特性、即可得到高的发光输出功率的半导体发光元件1的制品。特别是在背光源、便携电话、显示器、游戏机和照明等的电池驱动的电子设备中，可以提供具备具有优异的发光特性的半导体发光元件1的优异的制品，是优选的。
实施例
<第一方式的实施例>(实施例1)
采用以下所示的方法，制造了图1所示的构成的半导体发光元件1。
在实施例1的半导体发光元件1的制造中，首先，在由蓝宝石构成的俯视圆形的基板11上，依次层叠：由AlN构成的缓冲层21；厚度5μm的由未掺杂的GaN构成的基底层22；由厚度3μm的由Si掺杂n型GaN构成的第1工序生长层12c和厚度0.2μm的由Si掺杂n型GaN构成的再生长层12d构成的厚度3.2μm的n接触层12a；使由n侧第1层和n侧第2层构成的薄膜层反复生长20层(对数)而成的厚度80nm的超晶格结构的n覆盖层12b，所述n侧第1层由GaInN构成且厚度为2nm，所述n侧第2层由GaN构成且厚度为2nm；将厚度5nm的Si掺杂GaN势垒层和厚度3.5nm的In0.15Ga0.85N阱层层叠6次，最后设置了势垒层的多重量子阱结构的发光层13；厚度0.01μm的Mg掺杂单层Al0.07Ga0.93N构成的p覆盖层14a；和厚度0.15μm的由Mg掺杂p型GaN构成的p接触层14b，得到了叠层体。
在实施例1的半导体发光元件1中，缓冲层21、基底层22和第1工序生长层12c使用第一MOCVD装置层叠(第1工序)。再生长层12d、n覆盖层12b、发光层13、p覆盖层14a、p接触层14b使用第二MOCVD装置层叠(第2工序)。
再者，第1工序生长层12c和再生长层12d在以下所示的生长条件下生长。n覆盖层12b也在以下所示的生长条件下生长。另外，在实施例1中，在形成再生长层前，在以下所示的热处理条件下进行热处理。
「第1工序生长层12c的成膜条件」
将基板的温度设为1080℃，使用三甲基镓(TMG)和氨(NH3)，在氢气氛下将沉积室内的压力设为20kPa，进行成膜。氨的量以V族原料和III族原料的摩尔比(V/III)、即氨和三甲基镓的摩尔比成为400的方式进行调节。
「再生长层12d的成膜条件」
将基板的温度设为1080℃，使用三甲基镓(TMG)和氨(NH3)，在氢气氛下将沉积室内的压力设为20kPa来进行。氨的量以V族和III族的摩尔比(V/III)、即氨和三甲基镓的摩尔比成为400的方式调节从而进行成膜。
「n覆盖层12b的生长条件」
使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和氨(NH3)，将基板温度设为750℃，将沉积室内的压力设为40kPa，进行成膜。再者，作为载气使用了氮气。
「热处理条件」
在使氮气和氨以9∶1的体积比率流通的气氛中，将沉积室内的压力设为95kPa，在基板温度950℃下进行了10分钟的热处理。
其后，在上述叠层体的p接触层14b上，采用一般已知的光刻的方法形成了厚度200nm的由ITO构成的透光性电极15。
接着，采用光刻的方法实施蚀刻，在所希望的区域形成n接触层12a的露出面20a，在其上形成了Ti/Au的两层结构的n型电极17。
另外，在透光性电极15之上，采用光刻的方法形成了由金属反射层、阻挡层和接合层构成的三层结构的p型焊盘结构16，所述金属反射层为200nm的由Al构成的层，所述阻挡层为80nm的由Ti构成的层，所述接合层为1100nm的由Au构成的层。
如以上那样，得到了图1所示的构成的实施例1的半导体发光元件1。
再者，在这样得到的实施例1和下述所示那样得到的实施例2～实施例11的半导体发光元件1中，第1工序生长层12c和再生长层12d的载流子浓度为8×1018cm-3，n覆盖层12b的载流子浓度为5×1018cm-3，p接触层14b的载流子浓度为5×1018cm-3，p覆盖层14a的Mg掺杂量为5×1019cm-3。
(实施例2)
将n覆盖层12b设为由Ga0.99In0.01N的单层结构构成的层，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(实施例3)
将n覆盖层12b的薄膜层的层叠数设为30层(30对的层(60层))，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(实施例4)
将n覆盖层12b的薄膜层的层叠数设为40层，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(实施例5)
将再生长层的膜厚设为0.4μm，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(实施例6)
将再生长层的膜厚设为0.6μm，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(实施例7)
将再生长层的膜厚设为1μm，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(实施例8)
在形成再生长层之前不进行热处理，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(实施例9)
将n覆盖层12b的薄膜层的层叠数设为10层，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(实施例10)
将再生长层的膜厚设为2μm，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(实施例11)
将再生长层的膜厚设为0.05μm，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(比较例1)
使用1个MOCVD装置连续地层叠(一贯生长)从缓冲层21到p接触层14b的各层，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
(比较例2)
不设置再生长层，除此以外与实施例1同样地得到了半导体发光元件1。
对于这样得到的实施例1～实施例11、比较例1和比较例2的半导体发光元件，通过采用探针的通电，测定了在电流施加值20mA下的正向电压。
另外，对于实施例1～实施例11、比较例1和比较例2的半导体发光元件，安装于TO-18罐封装体中，通过测试机测定了在施加电流20mA下的发光输出功率(Po)。
另外，对于实施例1～实施例11、比较例1和比较例2的半导体发光元件，采用以下所示的方法，测定了反向电流(IR)和静电放电(ESD)耐电压。
作为反向电流(IR)，对于发光元件测定将端子反向地施加20V时的漏电流。静电放电(ESD)耐电压基于EIAJED-470(HMM)试验方法304人体模型静电破坏试验法进行测定。
将实施例1～实施例11、比较例1和比较例2的半导体发光元件的正向电压、发光输出功率(Po)、反向电流(IR)、静电放电(ESD)耐电压的结果示于表1。
Figure BDA0000141242470000261
如表1所示，实施例1～实施例11都反向电流(IR)充分低，静电放电(ESD)耐电压优异，正向电压比较低，发光输出功率(Po)为20mW以上，为高辉度且低耗电。
另一方面，使用一个MOCVD装置连续地层叠从缓冲层21到p接触层14b的各层的比较例1、不设置再生长层的比较例2，与实施例1～实施例11相比，发光输出功率(Po)低。
另外，在形成再生长层之前进行了热处理的实施例1～实施例7、实施例9～实施例11，与在形成再生长层之前不进行热处理的实施例8相比，反向电流(IR)更进一步低。
<第一和第二方式的实施例>
(实施例12)
采用以下所示的方法，制造了图1所示的构成的半导体发光元件1。
在实施例12的半导体发光元件1的制造中，首先，在由蓝宝石构成的俯视圆形的基板11上，依次层叠：由AlN构成的缓冲层21；厚度5μm的由未掺杂的GaN构成的基底层22；由厚度3μm的由Si掺杂n型GaN构成的第1工序生长层12c和厚度0.2μm的由Si掺杂n型GaN构成的再生长层12d构成的厚度3.2μm的n接触层12a；使采用由GaInN构成的厚度2nm的n侧第1层和由GaN构成的厚度2nm的n侧第2层构成的薄膜层反复生长20层而成的厚度80nm的超晶格结构的n覆盖层12b；将厚度5nm的Si掺杂GaN势垒层和厚度3.5nm的In0.15Ga0.85N阱层层叠6次，最后设置了势垒层的多重量子阱结构的发光层13；厚度10nm的由Mg掺杂单层Al0.07Ga0.93N构成的p覆盖层14a；和厚度150nm的由Mg掺杂p型GaN构成的p接触层14b，得到了叠层体。
再者，在实施例12的半导体发光元件1中，缓冲层21、基底层22和第1工序生长层12c使用第一MOCVD装置层叠(第1工序)。再生长层12d、n覆盖层12b、发光层13、p覆盖层14a、p接触层14b使用第二MOCVD装置层叠(第2工序)。另外，发光层13在以下所示的生长条件下生长。第一工序生长层和再生长层等的其他的层在与实施例1相同的条件下成膜。
「发光层13的成膜条件」
将基板的温度设为770℃，将沉积室内的压力设为600mbar，在与作为第1载气的流量39SLM的氮气一同地向沉积室供给作为III族原料的三甲基镓(TMGa)的同时，与作为第2载气的流量20SLM的氮气一同地向上述沉积室供给作为氮原料的氨(NH3)，来生长发光层。生长压力和载气流量在阱层和势垒层中设为相同条件。
其后，在p接触层14b上，采用一般已知的光刻的方法形成了厚度200nm的由ITO构成的透光性电极15。
接着，采用光刻的方法实施蚀刻，在所希望的区域使n接触层12a的第1工序生长层12c露出，在n接触层12a的露出面20a上形成了Ti/Au的两层结构的n型电极17。
另外，在透光性电极15之上，采用光刻的方法形成了由金属反射层、阻挡层和接合层构成的3层结构的p型焊盘结构16，所述金属反射层为200nm且由Al构成，所述阻挡层为80nm且由Ti构成，所述接合层为1100nm且由Au构成。
其后，分割(芯片化)基板11，得到了具有图1所示的构成的实施例12的半导体发光元件1。
在这样得到的实施例12的半导体发光元件1中，第1工序生长层12c和再生长层12d的载流子浓度为8×1018cm-3，n覆盖层12b的载流子浓度为5×1018cm-3，p接触层14b的载流子浓度为5×1018cm-3，p覆盖层14a的Mg掺杂量为5×1019cm-3。
(实施例13)
将生长发光层13时的沉积室内的压力设为800mbar，除此以外与实施例12同样地得到了半导体发光元件1。
(比较例3)
将生长发光层13时的沉积室内的压力设为200mbar，除此以外与实施例12同样地得到了半导体发光元件1。
(比较例4)
将生长发光层13时的沉积室内的压力设为400mbar，除此以外与实施例12同样地得到了半导体发光元件1。
对于这样得到的实施例12和实施例13、比较例3和比较例4的半导体发光元件，安装于TO-18罐封装体中，通过测试机测定了在施加电流为0～100mA的范围时的发光输出功率(Po)。将其结果示于表2和表3。
表2
Figure BDA0000141242470000291
表3
Figure BDA0000141242470000292
另外，对于实施例12和实施例13、比较例3和比较例4的半导体发光元件，通过采用探针的通电测定了在电流施加值20mA下的正向电压。
另外，对于实施例12和实施例13、比较例3和比较例4的半导体发光元件，测定了在向LED元件施加了反向20V电压时的元件中流动的电流(反向电流IR)。
将实施例12和实施例13、比较例3和比较例4的半导体发光元件的正向电压、反向电流(IR)的结果示于表2。
另外，利用正向电压、施加电流和发光输出功率算出了功率效率(％){发光输出功率(mW)/(正向电压(V)×施加电流(mA))}。将其结果示于表4。表4表示了实施例12和实施例13、比较例3和比较例4的半导体发光元件的施加电流和功率效率的关系。
另外，调查了实施例12和实施例13、比较例3和比较例4的半导体发光元件的射出光的峰波长。将其结果示于表2。
表4
Figure BDA0000141242470000301
如表2所示，实施例12和实施例13，反向电流(IR)充分低，施加电流为20mA时的发光输出功率(Po)为21mW以上，为高辉度且低耗电。另一方面，生长发光层13时的沉积室内的压力低于500mbar的比较例3和比较例4，与实施例12和实施例13相比，施加电流为20mA时的发光输出功率(Po)低。
另外，如表3所示，在实施例12和实施例13、比较例3和比较例4中，发光输出功率(Po)伴随增大施加电流而变大。但是，在比较例3和比较例4中，由增大施加电流引起的发光输出功率的提高效果，伴随增大施加电流而变小，施加电流越大，实施例12与实施例13、以及比较例3与比较例4的发光输出功率(Po)的差就越大。
另外，如表4所示，在实施例12和实施例13、比较例3和比较例4中，在施加电流比通常所使用的施加电流20mA大的情况下，功率效率伴随增大施加电流而变小。但是，实施例12和实施例13，与比较例3和比较例4相比，功率效率高，施加电流越大，实施例12和实施例13与比较例3和比较例4的功率效率的差就越大。
从表3和表4可以确认，实施例12和实施例13的半导体发光元件，通过施加大电流可以有效地使发光输出功率提高，与比较例3和比较例4的半导体发光元件相比，通过施加大电流可得到高的发光输出功率。
(实施例14)
以流量50SLM向生长发光层13时的沉积室供给第1载气，除此以外与实施例12同样地进行半导体发光元件1的制造工序直到分割(芯片化)基板11之前的阶段。
对于这样得到的分割(芯片化)基板11之前的阶段的实施例14的半导体发光元件和分割(芯片化)基板11之前的阶段的实施例12的半导体发光元件，调查从沿俯视圆形的基板11的直径的一端到另一端的发光强度，调查了在基板11面内的发光强度的偏差。将其结果示于图4和图5。
图4是表示在实施例12的分割(芯片化)基板11之前的阶段的半导体发光元件中，从沿基板的直径的一端到另一端的距离与发光强度(PL发光强度；单位为任意)的关系的曲线图。另外，图5是表示在实施例14的分割(芯片化)基板11之前的阶段的半导体发光元件中，从沿基板的直径的一端到另一端的距离与发光强度(PL发光强度；单位为任意)的关系的曲线图。
如图4和图5所示可知，在以流量50SLM向生长发光层13时的沉积室供给第1载气的图5所示的实施例14中，与以流量39SLM向生长发光层13时的沉积室供给第1载气的图4所示的实施例12相比，整体上发光强度变高，特别是基板的外缘部的发光强度变高，在分割(芯片化)基板11之前的基板11面内的发光强度的偏差变小。
产业上的利用可能性
根据本发明，提供一种半导体发光元件的制造方法，该制造方法可以制造难以产生由在形成n型半导体层时使用的掺杂剂引起的p型半导体层的不良，而且可得到高的输出功率的半导体发光元件。另外，能够提供一种半导体发光元件的制造方法，该制造方法可以制造通过施加大电流来得到高的发光输出功率的半导体发光元件。
附图标记说明
1...半导体发光元件(半导体发光元件)
3...灯
12...n型半导体层
12a...n接触层(n型半导体层)
12b...n覆盖层(第二n型半导体层)
12c...第1工序生长层(第一n型半导体层)
12d...再生长层
13...发光层(活性层)
14...p型半导体层

Claims (15)

1.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有：
在第1有机金属化学气相沉积装置中，在基板上层叠第一n型半导体层的第1工序；和
在第2有机金属化学气相沉积装置中，在所述第一n型半导体层上依次层叠再生长层、第二n型半导体层、活性层和p型半导体层的第2工序。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在所述第2工序中，所述第二n型半导体层具有使薄膜层反复生长20层～40层而得到的超晶格结构。
3.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述第1工序中的所述第一n型半导体层的生长条件和所述第2工序中的所述再生长层的生长条件相同。
4.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述第一n型半导体层和再生长层为n接触层，所述第二n型半导体层为n覆盖层。
5.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，将所述再生长层的厚度设为0.05μm～2μm。
6.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有：在形成所述再生长层之前，在含有氮的气氛下进行热处理温度为500℃～1000℃的热处理的辅助工序。
7.一种灯，其特征在于，具备采用权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法制造的半导体发光元件。
8.一种电子设备，其特征在于，组装有权利要求7所述的灯。
9.一种机械装置，其特征在于，组装有权利要求8所述的电子设备。
10.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，再生长层是第一n型半导体层的再生长层，且为n型半导体层。
11.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有：
在第1有机金属化学气相沉积装置中，在基板上层叠第一n型半导体层的第1工序；和
在第2有机金属化学气相沉积装置中，在所述第一n型半导体层上依次层叠再生长层、第二n型半导体层、发光层和p型半导体层的第2工序，
在所述第2工序中，将所述第2有机金属化学气相沉积装置的沉积室内的压力设为500mbar～1013mbar来使所述发光层生长。
12.根据权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括：在与流量为30SLM～100SLM的第1载气一同地向所述第2有机金属化学气相沉积室供给含有III族元素的III族原料的同时，与第2载气一同地向所述沉积室供给含有氮或氮化合物的氮原料，使由III族氮化物半导体层构成的所述发光层生长的工序。
13.一种灯，其特征在于，具备采用权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法制造的半导体发光元件。
14.一种电子设备，其特征在于，组装有权利要求13所述的灯。
15.一种机械装置，其特征在于，组装有权利要求14所述的电子设备。
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