CN107408601B - 半导体发光元件 - Google Patents

半导体发光元件 Download PDF

Info

Publication number
CN107408601B
CN107408601B CN201680017690.9A CN201680017690A CN107408601B CN 107408601 B CN107408601 B CN 107408601B CN 201680017690 A CN201680017690 A CN 201680017690A CN 107408601 B CN107408601 B CN 107408601B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
light
semiconductor
quantum well
light emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680017690.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107408601A (zh
Inventor
藤原崇子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stanley Electric Co Ltd filed Critical Stanley Electric Co Ltd
Publication of CN107408601A publication Critical patent/CN107408601A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107408601B publication Critical patent/CN107408601B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H01L33/145—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明的半导体发光元件的特征在于，具有：第一导电类型的第一半导体层，在所述第一半导体层上形成的发光功能层，和在所述发光功能层上形成的第二半导体层，所述第二半导体层具有与所述第一半导体层的导电类型相反的第二导电类型；所述发光功能层具有：在所述第一半导体层上形成的掺杂层，所述掺杂层掺杂有第二导电类型的掺杂剂，在所述掺杂层上形成的基础层，以及在所述基础层上形成的量子结构层，所述基础层具有承载来自所述掺杂层的应力/应变的结构，并且具有以随机网状构型形成的多个基段。

Description

半导体发光元件
技术领域
本发明涉及半导体发光元件，如发光二极管(LED)。
背景技术
半导体发光元件通常如下制造：在生长衬底上生长由n型半导体层、有源层和p型半导体层形成的半导体结构层，并且形成分别向n型半导体层和p型半导体层施加电压的n电极和p电极。
日本专利第4984119号公开了一种半导体发光元件，其包括层积在衬底上并且具有如下表面的有源层，所述表面包含相对于衬底的倾斜角平滑变化的部分，以及制造所述半导体发光元件的方法。非专利文献1公开了一种发光二极管，其包括具有多个量子阱结构的有源层，其中InGaN层层积在具有高铟组成和纳米结构的另一InGaN层之上。
引用清单
专利文献
专利文献1：日本专利第4984119号
非专利文献
非专利文献1：Applied Physics Letters 92，261909(2008)
发明内容
技术问题
半导体发光元件通过在有源层中组合(重组)电极注入到元件中的电子和空穴发光。从有源层发射的光的波长(即，发光颜色)随构成有源层的半导体材料的带隙而变化。例如，如果发光元件使用氮化物系半导体，则从有源层发射蓝光。
某些光源、如用于照明应用的光源，需要高演色性。具有高演色性的光源发出类似于自然光的光。为了获得高演色性，优选从光源中提取具有几乎整个可见光区域的波长的光。例如，从具有高演色性的光源提取的光可见为白光。
已经提出了通过使用半导体发光元件获得白光的各种技术。一个实例是将诸如荧光体等波长转换部件混合到密封树脂中，并用密封树脂密封元件以产生发光器件的技术。例如，如果半导体发光元件使用发射蓝光的有源层，则来自有源层的一部分蓝光由荧光体转换为黄光，并且将蓝光和黄光混合并提取。然后整体观察到白光。类似于专利文献1等，已经提出了以下技术：通过在有源层生长之前使用诸如蚀刻等处理技术形成凹凸图案，并且在倾斜表面上形成有源层以在不使用荧光体的情况下扩宽发射波长的范围。
然而，如果通过使用这种技术制造发光器件，则在器件内的发射波长的均匀性、制造步骤的复杂性和发光强度方面存在问题。实例包括增加荧光体的混合步骤，荧光体的波长转换效率的长期变化，增加半导体层的加工步骤以及由于半导体层的加工而导致的结晶性的劣化。
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种不需要诸如荧光体等波长转换部件的半导体发光元件，其具有高演色性和高发光强度，在可见光区域具有宽的发射波长带宽(光谱宽度)，并且容易控制发射波长范围。
技术方案
本发明的半导体发光元件包括：第一导电类型的第一半导体层；在第一半导体层上形成的发光功能层；以及在发光功能层上形成并且具有与第一半导体层的导电类型相反的第二导电类型的第二半导体层，其中，所述发光功能层包括：在第一半导体层上形成并掺杂有第二导电类型的掺杂剂的掺杂层，在所述掺杂层上形成的基础层，以及在所述基础层上形成的量子阱结构层，所述基础层的组成使得在所述基础层中引发来自所述掺杂层的应力和应变，所述基础层包括以随机网状形成的多个基段。
附图说明
图1(a)是示出了第一实施方式的半导体发光元件的结构的截面图。
图1(b)是发光功能层的基础层的俯视示意图。
图2是示出了第一实施方式的变形例的半导体发光元件的结构的截面图。
图3是示出了第二实施方式的半导体发光元件的结构的截面图。
图4是显示了第二实施方式的半导体发光元件的发光光谱的图。
图5是示出了第三实施方式的半导体发光元件的结构的截面图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施方式。在本说明书中，相同或等同的部件用相同的附图标记表示。
第一实施方式
图1(a)是示出了第一实施方式的半导体发光元件(以下可以简称为发光元件或元件)10的结构的截面图。半导体发光元件10具有半导体结构层SS形成在由蓝宝石形成的安装衬底(以下，简称为衬底)11上的结构。下面将具体描述半导体结构层SS。
用作第一半导体层的n型半导体层12例如由含有n型掺杂剂(例如Si)的GaN层形成。发光功能层13是在n型半导体层12上形成并且包含量子阱结构QW的层。下面将详细描述发光功能层13。
电子阻挡层14在发光功能层13上形成，并且例如由AlGaN层形成。p型半导体层15在电子阻挡层14上形成，并且例如由含有p型掺杂剂(例如Mg)的GaN层形成。n型半导体层12可以包括具有不同掺杂浓度的多个n型半导体层。电子阻挡层14可以包含p型掺杂剂。p型半导体层15可以在与电子阻挡层14的界面相反的主表面上具有接触层。
以下详细描述发光功能层13。发光功能层13可以包括多个发光功能层，而本实施方式涉及发光功能层13由一个发光功能层形成的情况。
用作掺杂层的可变掺杂层VDL是在n型半导体层12上形成的层。可变掺杂层VDL是掺杂有诸如Mg等p型掺杂剂的GaN层。例如，在可变掺杂层VDL上形成作为掺杂有Mg的AlN层的基础层BL。调整可变掺杂层VDL的掺杂量以改变在可变掺杂层VDL上形成的基础层BL的形状和尺寸。考虑到结晶度的降低，可变掺杂层VDL的掺杂量优选设定为1e21个原子/cm3以下。
基础层BL具有在来自可变掺杂层VDL的应力下以随机网状形成的沟槽GR1。由于可变掺杂层VDL和基础层BL之间不同的组成，通过连接基础层BL中由应力和应变产生的多个沟槽部分来形成沟槽GR1，并且其整体上具有网格形状。因为基础层BL的晶体结构由于n型半导体层12和可变掺杂层VDL的晶格常数与基础层BL的晶格常数之间的差异而出现应变，所以基础层BL中产生应力和应变。
换句话说，在基础层BL中产生的应力和应变随着可变掺杂层VDL的Mg掺杂量的变化而变化。可变掺杂层VDL的Mg掺杂量越大，基础层BL在压缩方向上产生的应力和应变(即压缩应变)越小。
现在将参照图1(b)描述基础层BL。图1(b)是显示了基础层BL的顶面的示意图。基础层BL包括由第一沟槽GR1限定并以随机尺寸形成的大量微细基段BS。基础层受到来自n型半导体层12和可变掺杂层VDL的应力和应变的影响，因此基段BS在基础层BL中以随机网状限定。
第一沟槽GR1由具有随机的不同长度和形状的沟槽部构成。第一沟槽GR1形成为以网状(网格形)在基础层BL的表面上分布。每个基段BS是由第一沟槽GR1随机在基础层BL中限定和形成的部分(段)。基段BS具有各种顶部形状，例如基本上是圆形、基本上是椭圆形和多边形。
如图1(a)所示，例如，第一沟槽GR1具有V形，并且具有线状底部BP。在本实施方式中，基段BS各自在第一沟槽GR1的底部BP处具有边缘部。每个基段BS在底部BP处与其他基段BS相邻。
基础层BL包括对应于各个基段BS的平坦化部(以下称为第一平坦化部)FL1。基础层BL的表面由第一平坦化部FL1和第一沟槽GR1的侧壁表面构成。第一平坦化部FL1在每个基段BS由第一沟槽GR1限定。基段BS包括由第一平坦化部FL1形成的顶面和由第一沟槽GR1的侧壁表面形成的侧面。
换句话说，第一平坦化部FL1构成各个基段BS的顶面。第一沟槽GR1的内壁表面构成基段BS的侧面。因此，每个基段BS具有倾斜的侧面，并且具有例如基本上为梯形的截面。
如上所述，基础层BL中产生的应力和应变随着可变掺杂层VDL的结晶度的变化、晶格常数的变化等而变化。基础层BL的沟槽GR1和基段BS的形状和尺寸也相应地变化。基础层BL中产生的应力和应变越小，基段BS的尺寸趋于越大。
量子阱层WA在基础层BL上形成。量子阱层WA是例如由InGaN形成的层。量子阱层WA形成为跟随(维持)第一沟槽GR1表面的形状，并且具有网格形状与第一沟槽GR1相同的沟槽。换句话说，量子阱层WA具有在与基础层BL的界面(底面)处和顶面处对应于沟槽GR1的凹凸形状。量子阱层WA形成为所谓的应变量子阱层。
势垒层BA在量子阱层WA上形成。势垒层BA是例如由未掺杂的AlN层形成的层。与量子阱层WA一样，势垒层BA形成为跟随(维持)第一沟槽GR1表面的形状，并且具有网格形状与第一沟槽GR1相同的沟槽。其两个主表面均形成为平坦化表面。具体而言，势垒层BA在量子阱层WA的第一平坦表面FS1上形成。势垒层BA的顶面形成为平坦表面(以下称为第二平坦表面)FL2。
量子阱层WA优选为未掺杂层。在这种情况下，半导体结构层SS具有以下结构：其中n型半导体层12、p型可变掺杂层VDL、p型基础层BL、未掺杂量子阱层WA、势垒层BA和p型半导体层15依次层积。
具体而言，如图1(a)所示，量子阱层WA和势垒层BA在基础层BL上形成，使得基段BS的段形状保留。因此，量子阱层WA和势垒层BA在与基础层BL的第一沟槽GR1的各个沟槽部对应的位置处具有沟槽。换句话说，在作为最靠近p型半导体层15的层的势垒层BA中形成的沟槽是第二沟槽GR2。
发光功能层13的表面(即除了第二沟槽GR2之外的势垒层BA的表面)形成为平坦化部(以下称为第二平坦化部)FL2。第二平坦化部FL2以与各个第一平坦化部FL1对应的位置和形状形成。
换句话说，发光功能层13的表面包括第二平坦化部FL2和第二沟槽GR2。第二沟槽GR2形成为将发光功能层13限定为多个岛状发光段ES。
发光段ES形成为对应于各个基段BS。更具体而言，通过将发光功能层13的表面限定为随机网状而形成发光部ES。发光段ES的尺寸和形状随机变化或分布，并且在第一发光功能层13的表面上随机布置(并置)。
上述基础层BL相对于量子阱层WA起势垒层的作用。基础层BL、量子阱层WA和势垒层BA构成量子阱发光层QW。量子阱层WA和势垒层BA形成量子阱结构层。
在发光功能层13的势垒层BA上形成的电子阻挡层14形成为掩埋第二沟槽GR2。更具体而言，电子阻挡层14与势垒层BA的界面(底面)具有对应于沟槽GR2的凹凸形状。电子阻挡层14的顶部具有平坦化表面。
现在，将结合用于形成发光功能层13的过程来描述应变的出现、基段BS的形成以及从量子阱层WA发出的光的发射波长随基段尺寸的变化。由基础层BL产生的应变形成的基段BS可以通过在相对低的生长温度下在作为GaN层的可变掺杂层VDL上生长基础层BL而形成。
首先，在可变掺杂层VDL上生长晶体组成与n型半导体层12和可变掺杂层VDL不同的基础层BL，由此在基础层BL中产生应力(应变)。例如，如果在用作n型半导体层12的GaN层上生长用作基础层BL的AlN层，则由于与GaN层的晶格失配而在AlN层中产生拉伸应变。因此，在生长期间在AlN层中产生拉伸应力。这在AlN层的生长开始或生长期间在AlN层中产生沟槽。然后，AlN层以三维方式生长。也就是说，AlN层以立体的方式生长以形成多个细小的突起和凹陷。这些沟槽的形成起点成为沟槽GR1的底部BP。
此外，如果AlN层在低温下在GaN层上生长，则会促进AlN层以三维方式生长。然后在AlN层的表面中形成相互连接的大量凹槽(沟槽GR1)，由此将AlN层限定为多个段。以这种方式，可以形成包括基段BS的基础层BL。在本实施方式中，在780℃的生长温度下形成用作基础层BL的AlN层。
如果在基础层BL上形成用作量子阱层WA的InGaN层，则如上所述，量子阱层WA将形成为压缩应变下的应变量子阱层。这也产生了量子阱层WA中In含量的分布。更具体而言，例如，平坦化部FL1上的区域和量子阱层WA的沟槽GR1上的区域将形成为具有不同的In组成。量子阱层WA在基段BS的顶面和侧面上也具有不同的层厚度。因此，量子阱层WA内的带隙在层内不恒定，因而从包括微细岛状突起和凹陷的发光功能层13发出各种颜色的光。
用作量子阱层WA的InGaN层在压缩应变下更容易纳入In。这似乎降低了InGaN层中的带隙，即量子能级之间的能量。因此，由压缩应变下的InGaN层形成的量子阱层WA比没有压缩应变的InGaN发射波长更长的光。
作用在InGaN层上的压缩应变越高，或者等效地，基段BS的尺寸越小，In的纳入量越大，或者等效地，In组成越大。相反，压缩应变越小，或者等效地，基段BS的尺寸越大，In的纳入量越小，或者等效地，In组成越小。
因此，可以调整可变掺杂层VDL的Mg掺杂剂的掺杂量，以调整作用在量子阱层WA上的压缩应变并控制从量子阱层WA发出的光的发射波长。
在本发明的半导体发光元件10中，量子阱层WA在压缩应变下形成在具有沟槽GR1的基础层BL上。如上所述，量子阱层WA中的In含量在层内变得不均匀，并且量子阱层WA的厚度在层内变得不均匀。由于量子阱层WA的带隙在层内变得不均匀，所以可以获得具有高演色性的宽波段光。
如上所述，可变掺杂层VDL的Mg掺杂量越大，在基础层BL中产生的压缩应变越小。如上所述，压缩应变越小，纳入量子阱层WA中的In量越少，InGaN层中的带隙越大。
因此，根据本发明的半导体发光元件10，可以增加可变掺杂层VDL的Mg掺杂量，以将从量子阱层WA发出的光的波长偏移到更短的波长。相反，可以减少可变掺杂层VDL的Mg掺杂量，以将从量子阱层WA发出的光的波长偏移到更长的波长。换句话说，可以调节可变掺杂层VDL的Mg掺杂量来调节发光元件10的发射波长。
如果将可变掺杂层VDL的Mg掺杂量设定为2×1019个原子/cm3，则从发光功能层13发出波长范围为460nm～580nm的光，其具有500nm附近的峰。如果将可变掺杂层VDL的Mg掺杂量实验性地设定为0，则发出波长范围为510nm～650nm的光，其具有570nm附近的峰。
如上所述，在本实施方式中，形成掺杂有Mg的可变掺杂层VDL，并且在可变掺杂层VDL上形成基础层BL。因此，本发明的发明人已经发现，通过由此在n型半导体层12和基础层BL之间形成可变掺杂层VDL并控制可变掺杂层VDL的Mg掺杂量，可以形成具有高发光再现性的发光元件。
[第一变形例]
图2是示出了第一实施方式的第一变形例的半导体发光元件10A的结构的截面图。除了发光功能层13的构造以外，发光元件10A具有与发光元件10相同的构造。发光功能层13具有层积有多个(在本变形例中为两个)量子阱层的结构。更具体而言，发光功能层13包括基础层BL、量子阱层WA和势垒层BA，并且具有在势垒层BA上进一步层积量子阱层WB和势垒层BB的结构。如本文所用，势垒层BA和BB是未掺杂的。
因此，发光功能层13可以具有包括两个以上量子阱层的多量子阱结构。在这种情况下，基础层BL侧上的量子阱结构(WA和BA)和其上形成的另一量子阱结构(WB和BB)的组成(In含量)不同并且总厚度的面内分布的不均匀性不同。在具有多个量子阱结构(MQW)的本变形例中，带隙的不均匀性(量子能级之间的能量)增加，以提供光谱宽度比单个量子阱(第一实施方式)更宽的发光。
第二实施方式
图3是示出了第二实施方式的半导体发光元件30的结构的截面图。除了添加用作第二发光功能层的发光功能层33之外，发光元件30具有与半导体发光元件10相同的构造。用作第二发光功能层的发光功能层33在n型半导体层12和用作发光元件10的第一发光功能层的发光功能层13之间形成。发光功能层33形成为具有与发光功能层13不同的中心发射波长和带隙。
在本实施方式中，发光功能层33具有均匀平坦的量子阱层WC夹在n型半导体层12上的两个势垒层BB1和BB2之间的结构。发光功能层13(可变掺杂层VDL)在最靠近p型半导体层15的势垒层BB2上形成。例如，量子阱层WC具有与量子阱层WA相同的构造，例如InGaN组成。势垒层BB1和BB2各自具有与n型半导体层12构造相同的构造，例如GaN组成。
在本实施方式中，将具有量子阱结构的发光功能层33添加到第一实施方式的发光元件10中的发光功能层13的n型半导体层12侧。发光功能层33在n型半导体层12的平坦表面上形成，并且发射波长比从发光功能层13发出的光波长更短的光，例如波长为约450nm的蓝光。
根据本实施方式的半导体发光元件30，与第一实施方式相比，可以另外发出发射波长峰在纯蓝色区域内的光。如果例如期望增大来自半导体发光元件的蓝色区域的光的强度，则本实施方式的构造是有利的。
基础层BL不直接在势垒层BB2上形成，而是在掺杂有用作p型掺杂剂的Mg的可变掺杂层VDL上形成。如上所述，由此可以控制发光功能层13的发射波长，并且可以改善发射波长的再现性。
与直接在势垒层BB2上形成基础层BL的情况相比，势垒层BB2上的可变掺杂层VDL的形成改善了空穴注入发光功能层33的效率。因此，可以增大发光功能层33的发光。
在第二实施方式的半导体发光元件30中可以省略势垒层BB2。在这种情况下，可变掺杂层VDL用作势垒层，并且从发光功能层33发射蓝光。
图4显示了当第二实施方式的半导体发光元件30中可变掺杂层VDL的Mg掺杂量为2e19个原子/cm3时的发射波长谱(在图中为P1)，和当可变掺杂层VDL未掺杂时的波长谱(在图中为P2)。图4中由虚线包围的区域显示了从发光功能层13发出的光的波长谱。
如图4所示，当可变掺杂层掺杂有Mg时，从发光功能层13发出的光的波长谱包括比可变掺杂层VDL未掺杂时更短的波长。因此，用Mg掺杂可变掺杂层VDL可以将发射波长的峰值偏移到更短的波长。
第三实施方式
图5是示出了第三实施方式的半导体发光元件50的结构的截面图。发光元件50包括类似于第二实施方式的发光功能层33的发光功能层53。发光功能层53在发光功能层13的p型半导体层15侧形成。
在发光元件50中，发光功能层53在具有平坦表面的层上形成，由此从发光功能层53发出蓝光。如图所示，将发光功能层13的量子阱层WA形成为掩埋沟槽GR1，使得量子阱层WA具有平坦表面。
发光功能层53具有均匀平坦的量子阱层WC夹在势垒层BA上的两个势垒层BB1和BB2之间的结构。例如，量子阱层WC具有与量子阱层WA相同的构造，例如InGaN组成。势垒层BB1和BB2各自具有与n型半导体层12相同的构造，例如GaN组成。
在本实施方式中，具有量子阱结构的发光功能层53被构造为添加到第一实施方式的发光元件10中发光功能层13的p型半导体层15侧。发光功能层33在势垒层BA的平坦表面上形成，并且发射波长比从发光功能层13发出的光波长更短的光，例如波长为约450nm的蓝光。
因此，根据本实施方式的半导体发光元件50，与第一实施方式相比，可以另外发出发射波长峰在纯蓝色区域中的光。如果例如期望增大来自半导体发光元件的蓝色区域的光的强度，则本实施方式的构造是有利的。可以包括多于一个的发光功能层13。在这种构造中，可以在势垒层BA上以下述顺序进一步层积另外的基础层、量子阱层和势垒层。
半导体发光元件可以被构造为包括第二实施方式的发光功能层33和第三实施方式的发光功能层53。更具体而言，发光功能层13可以被构造为夹在发光功能层33和53之间。
在前述实施方式中，第一导电类型被描述为n型导电类型，且第二导电类型被描述为导电类型与n型相反的p型。不过，第一导电类型可以是p型，且第二导电类型可以是n型。
在前述实施方式中，发光元件10被描述为包括在用作安装衬底11的生长衬底上形成半导体结构层SS的结构。然而，安装衬底11不限于生长衬底。例如，半导体发光元件10、10A、30和50可以具有以下结构：在生长衬底上生长半导体结构层SS之后，将半导体结构层SS贴合到另一衬底(支撑衬底)上，并移除生长衬底。在这种情况下，将另一待贴合衬底贴合在p型半导体层15上。待贴合衬底可以由诸如Si、AlN、Mo、W和CuW等散热性高的材料制成。
在前述实施方式中，基础层BL掺杂有Mg。然而，基础层BL不一定需要掺杂Mg，还可以是未掺杂的层。要掺杂基础层BL的掺杂剂不限于Mg，还可以是其他p型掺杂剂。
已经通过使用基础层BL是由AlN形成的层的实例描述了前述实施方式。然而，基础层BL可以是由AlGaN形成的层。
已经通过使用可变掺杂层VDL是由掺杂有Mg的GaN形成的层的实例描述了前述实施方式。但是，这并不是限制性的。例如，可变掺杂层VDL可以是掺杂有p型掺杂剂的其他GaN材料(如AlInGaN)的层。
尽管在图中未示出，但是为了在生长衬底和半导体结构层SS之间的界面以及在半导体结构层SS中各层之间的界面中可以出现应变松弛，可以在安装衬底11和n型半导体层12之间布置缓冲层(垫层)。
前述实施方式中的各种数值、尺寸、材料等仅仅是示例，并且可以根据预期用途和要制造的发光元件适当地选择。
附图标记列表
10，10A，30，50 半导体发光元件
12 n型半导体层(第一半导体层)
13，33，53 发光功能层
14 电子阻挡层
15 p型半导体层(第二半导体层)
BL 基础层
BS 基段
GR1，GR2 沟槽
WA，WB，WC 量子阱层
VDL 可变掺杂

Claims (6)

1.一种半导体发光元件，其包括：
第一导电类型的第一半导体层；
在所述第一半导体层上形成的发光功能层；和
在所述发光功能层上形成并且具有与所述第一半导体层的导电类型相反的第二导电类型的第二半导体层，其中，
所述发光功能层包括：
在所述第一半导体层上形成并掺杂有所述第二导电类型的掺杂剂的掺杂层，
在所述掺杂层上形成的基础层，所述基础层的组成使得在所述基础层中引发来自所述掺杂层的应力和应变，所述基础层包括以随机网状形成的多个基段，并具有在来自所述掺杂层的应力下以随机网状形成的沟槽，其中，每个所述基段是由所述沟槽随机在所述基础层中限定和形成的段，和
在所述基础层上形成的量子阱结构层。
2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中，所述量子阱结构层是未掺杂层。
3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中，所述掺杂层的所述掺杂剂是Mg。
4.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中：
所述第一半导体层和所述掺杂层包括GaN；
所述量子阱结构层包括在所述基础层上形成的量子阱层和势垒层；
所述基础层和所述势垒层包括AlN或AlGaN；并且
所述量子阱层包括InGaN。
5.如权利要求1所述的半导体发光元件，其进一步包括在所述掺杂层和所述第一半导体层之间的第二发光功能层，所述第二发光功能层包括均匀平坦的量子阱结构。
6.如权利要求5所述的半导体发光元件，其中，所述第二发光功能层的中心发射波长与所述量子阱层的中心发射波长不同。
CN201680017690.9A 2015-03-23 2016-03-07 半导体发光元件 Active CN107408601B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015059988A JP6605213B2 (ja) 2015-03-23 2015-03-23 半導体発光素子
JP2015-059988 2015-03-23
PCT/JP2016/056940 WO2016152473A1 (ja) 2015-03-23 2016-03-07 半導体発光素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107408601A CN107408601A (zh) 2017-11-28
CN107408601B true CN107408601B (zh) 2019-07-02

Family

ID=56979128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680017690.9A Active CN107408601B (zh) 2015-03-23 2016-03-07 半导体发光元件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9972749B2 (zh)
EP (1) EP3276674B1 (zh)
JP (1) JP6605213B2 (zh)
KR (1) KR102440798B1 (zh)
CN (1) CN107408601B (zh)
WO (1) WO2016152473A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102320022B1 (ko) * 2017-03-09 2021-11-02 서울바이오시스 주식회사 반도체 발광 소자
KR102438767B1 (ko) * 2017-12-22 2022-08-31 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 반도체소자 및 반도체소자 패키지
KR102432227B1 (ko) * 2017-12-27 2022-08-12 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 반도체소자 및 반도체소자 패키지
CN111180562B (zh) * 2020-01-10 2021-08-03 南昌大学 一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层
US20220216188A1 (en) * 2021-01-06 2022-07-07 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting device and light emitting module having the same
CN113690351B (zh) * 2021-06-30 2024-05-07 华灿光电（浙江）有限公司 微型发光二极管外延片及其制造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103682002A (zh) * 2012-09-26 2014-03-26 丰田合成株式会社 第iii族氮化物半导体发光器件及其制造方法
WO2014181558A1 (ja) * 2013-05-09 2014-11-13 国立大学法人東京大学 発光ダイオード素子およびその製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3660446B2 (ja) * 1996-11-07 2005-06-15 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子及びその製造方法
US6121634A (en) 1997-02-21 2000-09-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride semiconductor light emitting device and its manufacturing method
JP3904709B2 (ja) * 1997-02-21 2007-04-11 株式会社東芝 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法
US6441393B2 (en) * 1999-11-17 2002-08-27 Lumileds Lighting U.S., Llc Semiconductor devices with selectively doped III-V nitride layers
JP2005093682A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Toyoda Gosei Co Ltd ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法
JP2007533164A (ja) * 2004-04-15 2007-11-15 トラスティーズ オブ ボストン ユニバーシティ テクスチャ出しされた半導体層を特徴とする光学装置
EP1864337A4 (en) 2005-03-24 2009-12-30 Agency Science Tech & Res GROUP III NITRIDE WHITE LIGHT LIGHT DIODE
JP4984119B2 (ja) 2006-08-28 2012-07-25 スタンレー電気株式会社 窒化物半導体結晶ないしそれを用いた発光素子及びその製造方法
KR20090002165A (ko) * 2007-06-20 2009-01-09 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자 및 그 제조 방법
KR101164026B1 (ko) * 2007-07-12 2012-07-18 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
TWI381547B (zh) * 2007-11-14 2013-01-01 Advanced Optoelectronic Tech 三族氮化合物半導體發光二極體及其製造方法
KR101373804B1 (ko) * 2012-06-19 2014-03-14 광주과학기술원 백색 발광다이오드 및 그 제조방법
JP6433247B2 (ja) 2014-11-07 2018-12-05 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103682002A (zh) * 2012-09-26 2014-03-26 丰田合成株式会社 第iii族氮化物半导体发光器件及其制造方法
WO2014181558A1 (ja) * 2013-05-09 2014-11-13 国立大学法人東京大学 発光ダイオード素子およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3276674A4 (en) 2018-10-31
EP3276674B1 (en) 2020-02-26
KR102440798B1 (ko) 2022-09-06
JP2016181559A (ja) 2016-10-13
CN107408601A (zh) 2017-11-28
KR20170130422A (ko) 2017-11-28
JP6605213B2 (ja) 2019-11-13
US9972749B2 (en) 2018-05-15
US20180062039A1 (en) 2018-03-01
WO2016152473A1 (ja) 2016-09-29
EP3276674A1 (en) 2018-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107408601B (zh) 半导体发光元件
US11502220B1 (en) Ultraviolet light emitting diode structures and methods of manufacturing the same
US8399876B2 (en) Semiconductor dies, light-emitting devices, methods of manufacturing and methods of generating multi-wavelength light
US20130248817A1 (en) White light emitting diode
CN107004742B (zh) 半导体发光元件
JP2018516466A (ja) 多重活性層へのキャリア注入を選定した発光構造
CN105023981B (zh) 发光设备
CN107004743B (zh) 半导体发光元件
KR20120118055A (ko) 우물 두께가 다른 다수의 양자 우물 구조체를 갖는 3족 질화물계 발광 다이오드 구조체
JP2010114403A (ja) 窒化物半導体素子
CN107078188B (zh) 半导体发光元件
KR101285164B1 (ko) 반도체 발광소자 및 이의 제조방법
KR101335945B1 (ko) 반도체 발광소자
CN109599466A (zh) 一种双波长led外延结构及其制作方法
JP2017220586A (ja) 半導体発光素子
EP3276677B1 (en) Semiconductor light-emitting element
JP6885675B2 (ja) 半導体発光素子
JP2017126684A (ja) 半導体発光素子
KR20110118935A (ko) 다중 파장을 가지는 발광다이오드 및 그 제조방법
JP2016178267A (ja) 半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant