TW200529476A - Gallium nitride-based compound semiconductor multilayer structure and production method thereof - Google Patents

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Description

200529476
1 P 九、發明說明： 【發明所屬之技術區域】 藍色、綠色、 物半導體積層 導體材料，有 般而言，氮化 晶、碳化矽單 基板，而在其 或分子束嘉晶 (HVPE 法） 法，係一種基 上使用金屬有 法，而在設置 f物與V族之 區域使η型層 形成負極，在 長而經予以調 本發明係關於適合於製造會發出高輸出之 或紫外區域之光的發光元件之氮化鎵系化合 物及其製造方法。 . 【先前技術】 . 近年來用以發出短波長光的發光元件用半 一種氮化物半導體材料受到世人的注目。一 > 物半導體係以藍寳石單結晶及各種氧化物結 結晶及III-V族化合物半導體單結晶等作爲 上以金屬有機化學氣相生長法（MOCVD法） 生長法（MBE法）或以氫化氣相磊晶生長法 等實施積層。 目前以工業級最被廣泛採用之結晶生長方 板採用藍寶石或SiC、GaN、A1N等，並在其 機化學氣相生長法（MOCVD法）來製造之方 > 上述基板之反應管內使用m族有機金屬化爸 原料氣體，並在溫度爲約700°C〜1，200°C之 、活性層及P型層生長。 經生長各半導體層後，則在基板或η型層 Ρ型層形成正極，藉此即可製得發光元件。 以往之活性層，一向是使用爲調節發光波: 整過組成之InGaN並將其以帶隙比InGaN爲高的層夾住之 雙異質結構、或使用量子井效應之多重量子井結構。 200529476 在具有多重量子井結構的活性層之氮化鎵系化合物半導 體發光元件，若將井層之膜厚設定爲20〜30人時，則可獲 得良好的輸出。然而卻有驅動電壓太高之難題。相反地， 若將井層之膜厚設定爲2 0 A或以下等時，雖然驅動電壓會 降低’但是卻不能獲得良好的輸出。 另外’有一種將如下述之活性層形成爲點狀之量子點結 構。 例如在日本國專利特開平第1 0-79501號公報及特開平第 1 1 -3 5483 9號公報等，已揭示一種包含量子點結構之活性層 的發光元件’且量子點結構係由抗表面活性劑效應所形成 。然而該提案所揭示之量子點結構，由於相對於供流通電 流的面積而言，由發光體（點）所覆蓋之面積太小，以致 即使能逐一地提高各發光體之發光效率，但是就全體而言 ，卻導致發光輸出將相對於所流通的電流而降低的問題。 而且該等公報中雖然並未規定由點所覆蓋之面積，但是若 根據說明書中所記載的點之尺寸與密度之最適値來計算時 ，則間隙之面積是遠大於由點所覆蓋的面積。 另外，也有一種發光體尺寸比量子點結構爲大之量子箱 結構之提案。
例如在日本國專利特開第200 1 -6 8 73 3號公報，則揭示一 種含有In之量子箱結構，其係將一旦形成的量子井結構， 在氫中予以退火以引起井層之昇華，以作成爲量子箱結構 。據說各發光體之尺寸較佳爲0.5奈米S高度$50奈米、 0.5奈米$寬度$ 200奈米，在其實施例則以高度6奈米X 200529476 寬度4 0奈米所製得。發光體之密度雖然並未加以規定，但 是根據所記載之圖式來推測，則爲發光體所覆蓋之面積係 與間隙之面積爲同等或以間隙之面積爲較大。 總而言之，在該等技術中，在並未形成量子點或量子箱 之區域’則作成爲完全並未形成點或箱之結構。而且被量 • 子箱或點所覆蓋之面積係非常小，且以其間隙區域之面積 爲較廣。 就此種被屬於發光體的點或箱所覆蓋之面積小而在未被 I 點或箱所覆蓋之區域並未形成發光體的結構而言，雖然可 顯現出降低驅動電壓之功效，但是卻有同時會導致降低發 光輸出之問題，因此實際上是不堪於使用。 另外，在日本國專利特開第200 1 -68733號公報，則在經 形成通常之量子井結構後，在氫中予以退火使貫穿轉位上 的In GaN結晶起分解以形成量子箱結構。然而在氫中使量 子井結構退火之方法，則將導致連應殘留以形成量子箱結 構之部份也引起In脫除，而造成發光波長的短波長化之缺 ) 點。 再者’在美國發明專利公開申請案第2003/01 60229 A1 號說明書中也揭示一種具有膜厚爲周期性地不同的井層之 多重量子井結構。然而，關於具體的發光元件結構，則只 揭示一種將由未經摻雜之多重量子井結構所構成之發光層 係被摻S i的η型層與摻M g的p型層所夾住之結構而已。 【發明內容】 本發明之目的係提供一種適用於製造在保持良好的發光 200529476 輸出下使驅動電壓降低的氮化鎵系化合物半導體發光元件 之Ml化i豕系化合物半導體積層物。 另外，本發明之另一目的係提供一種不致於引起所產生 的光之短波長化的活性層之形成方法。 本發明係提供下述發明。 (1 ) 一種氮化鎵系化合物半導體積層物，係在基板上 具有η型層、發光層及P型層，該發光層爲交替 以井層與阻障層所積層之多重量子結結構，且該 發光層係配置成爲η型層與ρ型層所夾住，其特 徵爲該井層係由厚膜部及薄膜部所構成，該阻障 層係含有摻質。 (2 ) 如上述第1項之氮化鎵系化合物半導體積層物， 其中井層含有In。 (3) 如上述第2項之氮化鎵系化合物半導體積層物， 其中在井層上面設置未含有In之薄層。 (4 ) 如上述第1至3項中任一項之氣化鎵系化合物半 導體積層物，其中摻質爲選自由C、Si、Ge、Sn 、Pb、Ο、S、Se、Te、P〇、Be ' Mg、Ca、Sr、 Ba、Ra所構成之族群中之至少一種。 (5 ) 如上述第1至4項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物，其中摻質之濃度爲lxlO17 crrT3〜 1X 1 0丨9 cnT3。 (6 ) 如上述第1至5項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物，其中厚膜部之厚度爲1.5奈米〜5 200529476 奈米。 (7 ) 如上述第1至6項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物’其中厚膜部在積層物剖面之寬度爲 1 0奈米或以上（數平均値）。 (8 ) 如上述第1至7項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物’其中薄膜部之厚度爲薄於1.5奈米 〇 (9 ) 如上述第1至8項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層牧/’其中薄膜部在積層物剖面之寬度爲 100奈米或以下（數平均値）。 (10) 如上述第1至9項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物’其中厚膜部與薄膜部之膜厚差爲1 奈米〜3奈米。 (11) 如上述第1至1 0項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物，其中在積層物剖面之厚膜部寬度合 計爲井層全體寬度之3 0 %或以上。 (12) 如上述第1至1 1項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物，其中多重量子井結構爲經積層3〜 1 〇次之結構。 (13) 如上述第1至1 2項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物，其中阻障層爲選自GaN、AlGaN及 In比率爲比用以形成井層之InGaN爲小的InGaN 所構成之族群中之氮化鎵系化合物半導體。 如上述第1 3項之氮化鎵系化合物半導體積層物’ (14) 200529476 其中阻障層爲GaN。 (15) 如上述第1至1 4項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物，其中阻障層之膜厚爲7奈米〜50 奈米。 (16) 如上述第1 5項之氮化鎵系化合物半導體積層物， 其中阻障層之膜厚爲14奈米或以上。
(17) 一種氮化鎵系化合物半導體發光元件，其特徵爲 分別在如上述第1至1 6項中任一項之氮化鎵系化 合物半導體積層物之η型層設置負極，在p型層 設置正極。 (18) 如上述第1 7項之氮化鎵系化合物半導體發光元件 ，其中元件結構爲覆晶型。 (19) 如上述第1 8項之氮化鎵系化合物半導體發光元件 ，其中正極之結構爲反射型。 (20) 如上述第17至19項中任一項之氮化鎵系化合物 半導體發光元件，其中在電流爲20 mA時之驅動 電壓爲2.9 V或以上且3.5 V或以下。 (2 1 ) 如上述第1 7至20項中任一項之氮化鎵系化合物 半導體發光元件，其中起飛電壓爲2.5 V或以上 且3.2 V或以下。 (22 ) 一種燈，係使用如上述第1 7至2 1項中任一項之 氮化鎵系化合物半導體發光元件所構成。 (23) —種燈，係使用如上述第1 7至2 1項中任一項之 氮化鎵系化合物半導體發光元件與螢光體所構成 -10- 200529476 (24 ) 一種氮化鎵系化合物半導體積層物之製造方法， 該氮化鎵系化合物半導體積層物係在基板上具有 η型層、發光層及p型層，該發光層係交替以井 層與阻障層所積層之多重量子結構，且該發光層 係配置成爲η型層與ρ型層所夾住者，其特徵爲 在阻障層摻雜摻質以在井層形成厚膜部及薄膜部 〇 (25 ) 如上述第24項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法，其中摻質之濃度爲lxlO17 cm·3〜 lxlO19 cm'3 ° (26 ) 如上述第1至1 6項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物之製造方法，其中用以形成井層之步 驟係包含用以使氮化鎵系化合物半導體生長之步 驟及使其氮化鎵系化合物半導體一部份分解或昇 華之步驟。 (27 ) 如上述第26項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法，其中用以生長步驟之基板溫度T1及用 以分解或昇華步驟之基板溫度T2爲T1 S T2。 (28) 如上述第27項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法，其中T1爲在650〜900 °C之範圍。 (29) 如上述第28項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法，其中T2爲在700〜1，000°C之範圍。 (30 ) 如上述第27項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 200529476 製造方法，其中邊實施分解或昇華步驟邊由τ 1向 Τ2升溫。 (31) 如上述第3 0項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法，其中由Τ1向Τ2之升溫係以PC /分鐘 〜100 °C /分鐘之升溫速度下實施。 (32) 如上述第3 1項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法，其中昇溫速度爲5°C /分鐘〜5〇t/分 鐘。 (33) 如上述第30至32項中任一項之氮化鎵系化合物 半導體積層物之製造方法，其中由T1向T2之升 溫係以爲期3 0秒鐘〜1 〇分鐘實施。 (34) 如上述第34項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法，其中由Τ1向T2之升溫係以爲期1分 鐘〜5分鐘實施。 (3 5 ) 如上述第2 7至3 4項中任一項之氮化鎵系化合物 半導體積層物之製造方法’其中使阻障層在溫度 T2下生長。 (36) 如上述第35項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法’其中使阻障層在溫度T2下生長後，降 溫於T3後再使其生長。 (37) 如上述第36項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法，其中T3爲與T1相同溫度。 (38) 如上述第26至37項中任一項之氮化鎵系化合物 半導體積層物之製造方法，其中生長步驟係在含 -12- 200529476 有氮源及III族金屬源之氣氛下進行，分解或昇華 步驟係在含有氮源且未含有III族金屬源之氣氛下 進行。 若根據以用以形成發光層的多重量子結構之阻障層係含 有摻質，且井層係由厚膜部及薄膜部所構成爲骨架之本發 明、即可在保持良好的發光輸出下降低驅動電壓之氮化鎵 系化合物半導體發光元件。 另外，藉由使摻質摻雜於阻障層以形成井層之厚膜部及 薄膜部，即可防止由井層所產生之光的短波長化。 〔實施發明之最佳方式〕
用以構成氮化鎵系化合物半導體發光元件之η型層、活 性層及Ρ型層之氮化鎵系化合物半導體，有一種以通式 AKIiiyGai+yN (0$χ < 1、OSy < 1、OSx + y < 1)所代 表之各種組成的半導體是已爲眾所皆知，在本發明中用以 構成η型層、活性層及ρ型層之氮化鎵系化合物半導體， 也可在不受到任何限制下使用以通式AlxInyGatuN ( 0$ X < 1、〇$y< 1、0$x + y<l)所代表之各種組成之半導體 〇 基板除可使用藍寶石、SiC等之外，也可在不受到任何 限制下使用GaP、GaAs、Si、ZnO、GaN等先前習知之基 板。 由於必須在除GaN基板以外之原理上晶格是不能與氮化 鎵系化合物匹配的該等基板上積層氮化鎵系化合物半導體 ，因此可沿用日本國發明專利第3026087號公報或特開平 200529476
I 第4-29702 3號公報所揭示之低溫緩衝法或在同特開第 2003 -243 3 02號公報等所揭示之被稱爲SP播核種法之晶格 失配磊晶生長技術。尤其是可在能製得GaN系結晶的程度 之高溫下製造出A1N結晶膜的SP法，若從提高生產性等 之觀點而言，係一種優越的晶格失配磊晶生長技術。 在使用低溫緩衝法或SP法等之晶格失配磊晶生長技術之 情形時’可供積層在其上以作爲基底層之氮化鎵系化合物 丰導體’較佳爲非摻雜或爲約5><1017 cm-3之低慘雜的GaN > 。基底層之膜厚較佳爲1〜20/zm，且更佳爲5〜15/zm。 在本發明中用以形成發光層的多重量子井結構之井層係 由厚膜部及薄膜部所構成。較佳爲在井層之上面及下面之 兩面形成凹凸以構成厚膜部及薄膜部。在本發明中所謂「 厚膜部」係意謂其厚度爲活性層之平均厚度以上之部份， 「薄膜部」係意謂薄於活性層之平均厚度的部份。所謂r 活性層之平均厚度」係意謂將活性層之最大厚度與最小厚 度予以平均所得之厚度。另外，在薄膜部中若有無活性層 之部份存在，或爲非常薄之情形時，則所謂「厚膜部」係 意謂其厚度爲活性層最大厚度之1 /2以上之部份，所謂「 薄膜部」係意謂小於活性層最大厚度之1 /2之部份。 厚膜部與薄膜部之判定及測定，可以氮化鎵系化合物半 導體之剖面TEM照片來達成。例如若以500,000倍〜 2,000,0〇〇倍之剖面TEM照片來觀察，即可測定薄膜部與 厚膜部之寬度與膜厚。將經以實施例1所製得之試料的 2，000,000倍剖面TEM照片展示於第1圖。圖中，1爲井層 -14- 200529476
1 I ，A、B及C爲薄膜部。2爲阻障層、3爲n-包層’及4爲 Ρ-包層。參酌倍率即可算出厚膜部及薄膜部之寬度與膜厚 。另外，第2圖爲倍率5 00,000倍之剖面ΤΕΜ照片，圖中 ，1爲井層，D、E、F及G爲薄膜部。2爲阻障層、3爲η-包層，及4爲ρ -包層。參酌倍率即可算出厚膜部及薄膜部 之寬度與膜厚。 厚膜部或薄膜部之厚度、寬度，係觀察剖面ΤΕΜ照片之 數處，例如從相鄰接之處起以1 〇 m間隔觀察1 0處，並 I 予以數平均所得之値。 厚膜部之厚度較佳爲約1 .5奈米〜5奈米。若設定厚膜 部爲該範圍以外之厚度時，則將導致發光輸出之降低。更 佳爲1.5奈米〜3奈米之範圍內。另外，厚膜部之寬度較 佳爲10〜5,000奈米。更佳爲100〜1，000奈米。 厚膜部之比率較佳爲相對於井層全體爲3 0〜90%，如此 ，即可實現降低驅動電壓與維持输出輸出之雙方。更佳爲 被厚膜部所覆蓋之區域比被薄膜部所覆蓋之區域爲大，亦 > 即，厚膜部之比率爲相對於全體爲5 0%或以上。該厚膜部 及薄膜部之比率，也可根據由剖面TEM照片所得之寬度測 定値而計算得。 薄膜部之寬度較佳爲1〜100奈米。更佳爲5〜50奈米 〇 該厚膜部與薄膜部之膜厚差較佳爲約1〜3奈米。薄膜 部之膜厚較佳爲薄於1 .5奈米。 薄膜部雖然可包括膜厚爲0之區域，亦即，完全無井層 -15- 200529476 * ； 之區域’但是由於將造成發光輸出降低的原因，因此其區 域則較佳爲較少者。活性層全體之面積較佳爲3 0 %或以下 ，且更佳爲2 0 %或以下，若爲1 0 %或以下時，則特別佳。 該比率可根據剖面TEM照片中的寬度測定値而求得。 在井層之厚膜部及薄膜部較佳爲藉由對阻障層摻雜摻質 來形成。摻質元素係包括C、Si、Ge、Sn、Pb、0、S、Se 、丁 6、？〇、3^、乂§、〇&、31*、3&、1^等。其中較佳爲 Si 或Ge，最佳爲Si。 > 摻質之濃度較佳爲lxlO17 cnT3〜lxlO19 cm·3。若爲少於 lxlO17 cnT3時，則井層將成爲均勻的厚度而不易形成厚膜 部及薄膜部。若超過1 X 1019 cnT3時，則井層將不會發光。 更佳爲2xl017 cm_3〜5xl018 cm·3，如此才能將井層的膜厚 控制成理想分佈，降低井層之直流電阻。特佳爲3xl 017 cm·3 〜2xl018 cnT3 〇 阻障層雖然也可爲積層數層所構成之結構，但是此種情 形下，則較佳爲接於井層之層是含有摻質。其厚度至少爲 2.5奈米或以上，更佳爲5奈米或以上，且特佳爲7.5奈米 或以上。接於井層的含有摻質之阻障層厚度若爲薄於5 A 時，則不易在井層形成厚膜部及薄膜部。 若在如上述之條件下形成阻障層時，則井層將成爲在下 面及上面產生凹凸之結構。並且’可與摻雜於阻障層之功 效相輔相成而獲得強發光強度’使得驅動電壓可再予以降 低。而且也有抑制老化引起的劣化之功效。 阻障層之膜厚較佳爲7奈米或以上，且更佳爲1 4奈米或 -16- 200529476 以上。阻障層之膜厚若太薄時，則將阻碍井層的厚膜部及 薄膜部之形成而引起發光效率降低或老化特性降低。另外 ，膜厚若爲太厚時，即將引起驅動電壓之上升或發光之降 低。因此，阻障層之膜厚較佳爲500 A或以下。 在多重量子井結構之積層次數較佳爲約3次〜1 0次， 且更佳爲約3次〜6次。不必使所有之井層具有厚膜部與 薄膜部，而且也可使各層之厚膜部及薄膜部各自的尺寸或 面積比等予以變化。 • 并層較佳爲含有In之氮化鎵系化合物半導體。含有In 之氮化鎵系化合物半導體是容易形成具有厚膜部及薄膜部 之結構的結晶系，而且又可以高強度下發出藍色波長區域 之發光。 井層若爲含有In之氮化鎵系化合物半導體時，則較佳爲 在井層表面設置未含有In之薄層。因爲其能抑制井層中In 之分解昇華，可實現發光波長之穩定控制，因此較佳。 阻障層除GaN或AlGaN以外，可以In比率比用來構成 ® 井層（活性層）的InGaN爲小的InGaN來形成。其中較佳 爲 GaN。 η型層通常爲1〜l〇//m，較佳爲約2〜5//m之厚度， 且由用以形成負極的η接觸層與帶隙比活性層爲大且接於 活性層之η包層所構成。η接觸層與η包層可兼用。η接觸 層較佳爲以高濃度摻雜Si或Ge。經摻雜該等摻質所形成 之η型層，較佳爲載體濃度是加以調節成爲約5x1018 cnT3 〜2χ 10】9 cm-3。 -17- 200529476 , ； η包層雖然可以AlGaN、GaN、InGaN等形成，但是若爲 InGaN時’不用說則較佳爲比活性層的inGaN之帶隙爲大 的組成者。η包層之載體濃度可與n接觸層相同，也可爲 多一些或少一些。爲使供形成在其上的發光層之結晶性更 佳，較佳爲適當地加以調節生長速度、生長溫度、生長壓 力、摻雜量等之生長條件，以形成爲高平坦性之表面。 另外，η包層也可將組成或格子常數不同的層予以交替 積層數層形成。其時，視積層的層而定，除組成之外，也 I 可使摻質之量或膜厚等予以變化。 Ρ型層通常爲〇.〇1〜1 // m之厚度，且由接於活性層ρ之 包層與用以形成正極之p接觸層所構成。p包層與p接觸 層可兼用。P包層較佳爲使用GaN、AlGaN等形成，並將 Mg作爲p摻質而摻雜。爲防止電子溢出，較佳爲以具有比 活性層之材料爲大的帶隙之材料形成。而且較佳爲形成爲 高載體濃度之層，以便能有效率地在活性層注入載體。 關於P包層，也可將組成或格子常數不同之層交替積層 丨 數層形成。其時，視積層的層而定，除組成之外，也可使 摻質之量或膜厚等予以變化。 P接觸層可使用GaN、AlGaN、InGaN等，雜質則摻雜 Mg。經摻雜Mg的氮化鎵系化合物半導體，通常在由反應 爐取出之狀態下是呈高電阻，但是一施加退火處理、電子 射線照射處理、微波照射處理等之活性化處理，即可顯現 P傳導性。 另外，P接觸層也可使用經摻雜p型雜質之磷化硼。經 -18- 200529476 摻雜P型雜質之磷化硼，即使未施加一切如上述般爲P型 化所需之處理也能顯現P導電性。 用以構成該等η型層、活性層及p型層之氮化鎵系化合 物半導體之生長方法並無特殊限定，可將MBE、MOCVD、 HVPE等之熟知方法以在習知條件下使用。其中以MOCVD 法爲較佳。 關於原料，氮源可使用氨、聯氨、疊氮化物等。另外， III族有機金屬可使用三甲基鎵（TMGa )、三乙基鎵（ ^ TEGa)、三甲基銦（TMIn )、三甲基鋁（TMA1 )等。摻 質源可使用矽烷、二矽烷、鍺烷、有機鍺原料、雙環戊二 烯基鎂（Cp2Mg)等。載氣可使用氮氣及氫氣。 含有In之井層的生長，較佳爲使基板溫度在650〜900 °C之範圍下進行。在比其爲低之溫度下，則不能獲得良好 結晶性之井層，在比其爲高之溫度下，則有可能使取入於 井層的I η之量減少，以致不能製造出會發出目標波長光之 元件。 如上所述，在含有In的井層之情形下，則較佳爲在井層 表面設置未含有In之薄層，此種情形下則經使含有In之 氮化鎵系化合物半導體生長後，以在相同基板溫度下僅停 止In源之供應後，生長氮化鎵系化合物半導體即可。 在井層之厚膜部及薄膜部，如上所述，較佳爲藉由在阻 障層摻雜摻質來形成，但是在經將井層生長至特定厚度後 ’藉由使其一部份分解或昇華即可促進厚膜部及薄膜部之 形成。 -19- 200529476 * ! 亦即，經邊供應含有In之III族金屬源及氮源邊使含有 In之氮化鎵系化合物半導體生長至特定厚度後，在停止III 族金屬源之供應的狀態下，使基板溫度維持其狀態或予以 升溫’藉此即可使其一部份分解或昇華。載氣較佳爲氮。 分解或昇華較佳爲使基板溫度從上述生長溫度升溫至700〜 l，〇〇〇°C之範圍後進行或與升溫同時進行。 阻障層之生長，較佳爲在比井層之生長爲高的基板溫度 下進行。其溫度範圍較佳爲約700〜1，00(TC，且假設供生 長井層之溫度爲T 1，供生長阻障層之溫度爲T2時，則爲 T1S T2。只要包括一種經生長井層後、在由T1向T2的升 溫過程中，繼續供應含有氮之載氣與氮源，同時停止供應 III族原料之步驟，即可有效率地在井層形成厚膜部與薄膜 部。此時，不必變更載氣等。若將載氣切換成氫時，將導 致發光波長之短波長化。由於波長變化之程度是不易穩定 地加以控制，因此將導致製品生產性降低。 由T1向T2之升溫速度，較佳爲約1〜1〇〇。(： /分鐘。更 佳爲約5〜50°C /分鐘。另外，由T1至T2之升溫所需之時 間較佳爲約3 0秒〜1 〇分鐘。更佳爲約1分鐘〜5分鐘。 阻障層之生長可以不同生長溫度的數種步驟構成。亦即 ’以T 2溫度在由厚膜部與薄膜部所構成之井層上經以特定 膜厚積層阻障層後，使生長溫度改爲T3而再積層阻障層。 T3若爲比T2爲低之溫度時，即能賦予抑制老化所引起之 特性劣化等，因此更佳。T3可爲與T 1相同之溫度。 負極，其各種組成及結構是已爲一般所皆知，可在並無 -20- 200529476 任何限制下使用該等熟知之負極。與η接觸層相接的負極 用之接觸材料，除Α卜Ti、Ni、Au等以外，可使用Cr、W 、V等。當然也可將負極全體構成爲多層結構以賦予結合 性等。 正極，其各種組成及結構也是已爲一般所皆知，可在並 無任何限制下使用該等熟知之正極。 透光性正極材料，可含有Pt、Pd、Au、Cr、Ni、C u、 C o等。而且已知只要構成爲使其一部份受到氧化之結構， _ 即可提筒透光性。反射型之正極材料，除上述材料之外’ 可使用Rh、Ag，A1等。 該等之正極可以濺鍍或以真空蒸鍍等方法形成。尤其是 使用濺鍍法時，只要適當地控制濺鍍條件，即可經形成電 極膜後即使未施加退火處理也能獲得歐姆接觸，因此較佳 〇 發光元件之結構，可爲具備反射型的正極之覆晶型元件
，也可爲具備透光性的正極或格子型、梳子型的正極之晶 I 面朝上組裝型之元件。 在具有厚膜部與薄膜部之本發明的活性層，由於在由厚 膜部將變爲薄膜部的境界區域，材料不同的活性層與P型 層之界面（在多重量子井結構則爲活性層的井層與阻障層 之界面）係對基板面成傾斜，因此，朝對基板面成垂直方 向的光之取出量將增加’尤其是若採用具備反射電極的覆 晶型之元件結構時，則可使發光強度更加增大^ 只要使用本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物，即可 -21 - 200529476 自由地使驅動電壓降低某一程度。然而若使電壓降低過度 時，則隨之而來的是發光輸出下降。所謂不致於造成發光 輸出下降之驅動電壓，對元件而言，就是在流通20 mA電 流時之電壓爲2 · 5 V或以上，且更佳爲2 · 9 V或以上。然而 組裝於裝置後，較高的電壓則將造成不利，因此同時也必 須爲3.5 V或以下。 經使用本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物所帶來之 功效，就是能降低關於在二極體特性之一的電流與電壓之 1 相關關係中電流會相對於電壓而急激上升之起飛電壓。然 而，關於起飛電壓，也是若過度予以降低時，則將導致發 光輸出降低。因此，所謂不致於造成發光輸出下降之驅動 電壓，對元件而言，就是在使電流流通2 0 mA時之電壓爲 2 · 3 V或以上，且更佳爲2 · 5 V或以上。然而經組裝於裝置 後，由於過高的電壓將造成不利，因此同時也必須爲3.2 V 或以下。 可將本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物用作於發光 > 二極體或雷射二極體等之製造。 可由本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物製造半導體 發光元件，例如，以業界熟知之方法而設置透明罩殻即可 製造燈。而且，也可組合本發明之氮化鎵系化合物半導體 發光元件與具有螢光體之罩殻來製造白色燈。 甚至能對製造高發光強度之氮化鎵系化合物半導體發光 元件做出貢獻。依照此方法即可製得高亮度LED (發光二 極體）燈。而且搭配經依照此方法所製得之晶片之攜帶電 -22 - 200529476 話、顯示器、面板類等之電子機器或組配其電子機器之汽 車、電腦、遊樂機等之機械裝置類是可實現在低功率下之 驅動，且可實現高特性。尤其是對於攜帶電話、遊樂機、 汽車構件等之依靠電池驅動之機器類，能發揮省電功效。 【實施方式】 〔實施例〕 * 接著，以實施例將本發明更詳加說明如下，但是本發明 並不受限於此等實施例。 > (實施例1 ) 第3圖係經以本實施例所製得之半導體發光元件用之氮 化鎵系化合物半導體積層物模式圖。（但是省略發光層之 井層與阻障層）。如第3圖所示，其結構係在具有c面之 藍寳石基板上，以晶格失配磊晶生長方法積層由A1N所構 成之SP層，然後在其上面從基板側依照順序積層下列各層 :厚度爲2//m之非摻雜的GaN基底層；具有lxlO19 cnT3 之電子濃度且厚度爲之高摻Si的n-GaN接觸層；具 > 有lxlO18 cm·3之電子濃度且厚度爲12.5奈米之n-InuGao^N包層；多重量子井結構之發光層，其係由6層 之厚度爲16奈米之摻雜IxlO18 cnT3之Si的GaN阻障層與 5層之厚度爲2.5奈米之非摻雜的Ino^Gao.sN及具有〇〜 0.5奈米之膜厚的Ga N之薄層所構成之井層所構成；厚度 爲1〇奈米之摻Mg的p-Alo.07Gao.93N包層；以及具有 8xl017 cm·3之電洞濃度之厚度爲Ο.1#111之摻Mg的p-GaN 接觸層。 -23- 200529476 ' » 上述氮化鎵系化合物半導體積層物之製造，係使用 Μ〇C V D法並以下歹IJ順序進行。 首先，將藍寶石基板導入於以感應加熱式加熱器加熱之 碳製承受器之形式且可處理多數片基板之不銹鋼製反應爐 中。承受器具有其本身會回轉之機構，及可使基板自轉之 機構。藍寶石基板係載置於經以氮氣取代之手套箱中加熱 用碳製承受器上。經導入基板後，則使氮氣流通以清洗反 應爐內。 I 經使氮氣流通8分鐘後，對感應加熱式加熱器通電，以 爲期10分鐘使基板溫度升溫至600°C，同時使爐內壓力設 定爲15 kPa ( 150 mbar)。仍在保持基板溫度於600°C下 ，邊使氫氣與氮氣流通邊放置2分鐘，以實施基板表面之 熱清洗。 經結束熱清洗後，關閉氮載氣的閥，使對反應爐內的氣 體供應僅爲氫氣。 經切換載氣後，使基板溫度升溫至1，180°C。確認在 1，180°c溫度巳趨於穩定後，切換TMA1配管的閥，使含有 T M A1蒸汽之氣體供應於反應爐內，使其與因附著於反應爐 內壁的附著物之分解所產生之N原子進行反應’以開始使 A1N附著於藍寶石基板上之處理。 經過8分30秒鐘之處理後，切換TMA1配管的閥’停止 對反應爐內供應含有TMA1蒸汽之氣體。仍以其狀態下待 機4分鐘以等待殘留於爐內之TMA1蒸汽完全被排出。接 著，切換氨氣配管的閥，開始對爐內供應氨氣。 -24- 200529476 1 » 經過4分鐘後，邊繼續使氨流通，邊使承受器溫度降溫 於1，04(TC。在承受器溫度之降溫中，調節TMGa配管之流 量調整器的流量。 確認承受器溫度到達l，〇40°C後，俟溫度趨於穩定後，切 換TMGa的閥以對爐內開始供應TMGa，以開始生長非摻 雜之GaN，並以爲期約爲1小時實施上述GaN層之生長。 以如此方式形成具有2 // m膜厚的非摻雜之GaN基底層 〇 > 然後，在該非摻雜的GaN基底層上生長高摻Si的η型 GaN層。經生長非摻雜的GaN基底層後，以爲期1分鐘對 爐內停止供應TMGa。在其期間則調節SiH4之流通量。可 供流通之量係已在事前已加以檢討，因此將高摻Si的GaN 層之電子濃度予以調整成爲lxlO19 cnT3。氨則仍在以其流 量下繼續對爐內供應。另外，在1分鐘之停止期間使承受 器溫度從l，〇40°C變化爲l，〇60°C。 經1分鐘之停止後，開始TMGa與SiH4之供應，以爲期 > 1小時實施生長。藉此操作，形成具有2 μ m膜厚之高摻Si 的η-GaN接觸層。 經生長高摻Si的η-GaN接觸層後，切換TMGa與SiH4 的閥，停止對爐內的該等原料之供應。氨則仍以其狀態流 通，切換閥以使載氣由氫切換爲氮。其後，將基板溫度從 1，060°C 降低成 730°C。
在等待爐內溫度變更之期間，變更SiH4之供應量。可供 流通之量係已在事前已加以檢討，因此將摻Si的n-InGaN -25- 200529476 ' , 包層之電子濃度予以調整成爲1 Χίο18 cnr3。氨則仍在以其 流量下繼續對爐內供應。 其後，俟爐內狀態趨於穩定後，同時切換TMIn與TEGa 與SiH4的閥，開始對爐內供應該等原料。供應僅繼續特定 時間，以形成具有12.5奈米膜厚之摻Si的n-Ino.iGao.9N 包層。其後切換TMIn、TEGa及SiH4的閥，停止供應該等 原料。 在結束摻Si的η-Inn Ga〇.9N包層之生長後，使承受器溫 t 度升溫至930 °C。俟溫度趨於穩定後，基板溫度或爐內之 壓力、氨氣及載氣之流量或種類則仍以其狀態下切換TEGa 與SiH4的閥，以對爐內供應TEGa與SiH4。以其狀態並在 9 3 0°C之承受器溫度下實施規定時間之生長。接著，調節承 受器溫度，在73 0 °C供應TEGa與SiH4以實施生長後，再 度切換閥，停止供應TEGa與SiH4以結束GaN阻障層之生 長。藉此形成總膜厚爲160 A的膜厚之GaN阻障層。 結束GaN阻障層之生長後，經以爲期30秒鐘停止供應 > III族原料後，基板溫度或爐內之壓力、氨氣及載氣之流量 或種類則仍以其狀態下切換TEGa與TMIn的閥，以對爐內 供應TEGa與TMIn。在預先設定之時間的期間供應TEGa 與 TMIn後，再度切換閥，停止供應 TMIn以結束
In0.2GaG.8N井層之生長。在此階段係形成呈2.5奈米之膜 厚的 In〇.2Ga〇.8N 層。 結束In〇.2Ga().8N層之生長後，則以特定時間對爐內僅繼 續供應TEGa與SiH4，以在InGaN層上形成用以抑制In脫 -26- 200529476 * » 除之由GaN所構成之薄層，然後停止TEGa與SiH4之供應 〇 反復5次實施如此之次序，以形成5層之摻雜Si的GaN 阻障層與5層之InQ.2Ga〇.8N井層，最後則再度形成摻雜Si 的GaN阻障層，以作爲多重量子井結構之發光層。 在該以GaN阻障層即結束之發光層上，形成摻Mg的p 型 A1 〇 . 〇 7 G a 〇. 9 3 N 包層。 停止TEGa與SiH4之供應’結束慘Si的GaN阻障層之 I 生長後，使基板溫度升溫至1，020°C，並將載氣之種類切換 爲氫，且變更爐內壓力爲15 kPa( 150 mb ar)。俟爐內壓 力趨於穩定後，切換TMGa與TMA1與Cp2Mg的閥，以對 爐內開始供應該等原料。其後以爲期約3分鐘實施生長後 ，停止供應 TEGa與 TMA1，以停止摻 Mg的 p型 Al0.〇7Ga().93N包層之生長。藉此形成具有10奈米膜厚之摻 Mg 的 p 型 Al〇.〇7Ga().93 包層。 然後在該摻Mg的p型Al0.07Ga0.93N包層上形成摻Mg B 的p-GaN接觸層。 停止供應TMGa與TMA1與Cp2Mg，結束摻Mg的p-Alo.^GamN包層之生長後，使爐內壓力變更爲2〇 kpa( 200 mbar )。俟爐內壓力趨於穩定後，切換 TMGa與 Cp2Mg的閥，開始對爐內供應該等原料。可供Cp2Mg流通 之量係已在事前加以檢討，因此將摻Mg的p-GaN接觸層 之電洞濃度予以調整成爲8χ1017 cnT3。其後，以爲期約4 分鐘實施生長後，停止供應TMGa與Cp2Mg，以停止摻Mg -27 - 200529476
* I 的G aN層之生長。藉此形成具有0.1 // m膜厚之摻Mg的 p-GaN接觸層。 結束摻Mg的p-GaN接觸層之生長後，停止對感應加熱 式加熱器之通電，以爲期20分鐘使基板溫度降溫至室溫。 降溫中則使反應爐內氣氛僅以氮氣來構成。其後，確認到 基板溫度已降溫至室溫後，將所製得之氮化鎵系化合物半 導體積層物取出於大氣中。 經以如上述次序，製造半導體發光元件用之氮化鎵系化 > 合物半導體積層物。在此實施例中摻Mg的GaN層，即使 未施加爲使P型載體活性化所需之退火處理也能顯現出p 型。 接著，使用上述氮化鎵系化合物半導體積層物來製造半 導體發光元件之一種的發光二極體。 在所製得之氮化鎵系化合物半導體積層物之p-GaN接觸 層表面上，以習知微影照相術製造具有從接觸層側將Pt、 Rh及Au依此順序予以積層之結構的反射性正極。 > 並且，其後則在氮化鎵系化合物半導體積層物施加乾蝕 刻，使高摻Si的n-GaN接觸層之負極形成部份露出，並在 露出的部份從接觸層側將Ti及A1依此順序予以積層以製 得負極。經由該等作業，製造具有如第4圖所示形狀之電 極。 對經以如此方式所形成正極及負極之氮化鎵系化合物半 導體積層物，硏削、硏磨其藍寶石基板之背面，以使其成 爲鏡狀面。其後則將該氮化鎵系化合物半導體積層物予以 -28- 200529476 切斷成3 5 0 // m方之正方形晶片，然後使其電極朝下而配 置在子安裝架上以作爲晶片。並且將該晶片載置於導線架 上，以金絲結線至導線架以作爲發光元件。 經使正向電流流通在經如上述所製得之發光二極體的正 極及負極間，結果在20 mA電流時之正向電壓爲3.0 V。 發光波長爲455奈米，發光輸出是10 mW。如此之發光二 極體特性是就每一由所製得氮化鎵系化合物半導體積層物 的大致全面所製得之發光二極體，可在並無變化性下而獲 _ 得。 另外，將經如此所製得之氮化鎵系化合物半導體積層物 以剖面TEM所觀察之照片之一實例就是第1圖及第2圖， 第1圖是倍率爲2，000,000倍，第2圖是倍率爲500,000倍 〇 由照片即可知井層係在上面及下面形成凹凸，且由厚膜 部與薄膜部所構成。經觀察到之厚膜部係厚度爲2.5奈米 、寬度爲50奈米等。另外，相同地經觀察到之薄膜部係約 > 5奈米之寬度，且該部份之膜厚爲1奈米或以下等。 阻障層是有16奈米之膜厚。阻障層是完全塡平井層之薄 膜部與厚膜部之膜厚差。 (比較例1 ) 在本比較例，則製造除發光層以外其餘則與實施例1相 同結構之氮化鎵系化合物半導體積層物。發光層與實施例 1不同之處爲在阻障層並未摻雜Si而僅使膜厚均勻的井層 與阻障層予以積層的結構。 -29 - 200529476
< I 直至n-InGaN包層之製造次序係與實施例1相同。 經結束摻Si的n-Ino.iGauN包層之生長後，使承受 度升溫至93 0 °C。溫度趨於穩定後’基板溫度或爐內 、載氣之流量或種類則仍以其狀態下，切換TEGa的 以對爐內供應。以此狀態並在930 °C之承受器溫度’ 特定時間之生長。接著調節承受器溫度，在73 0 °C TEGa以實施生長後，再度切換閥，停止供應TEGa以 GaN阻障層之成長。藉此形成總膜厚爲呈1 6奈米之膜 > 非摻雜的GaN阻障層。 經結束非摻雜的GaN阻障層之生長後，以爲期30 停止供應TEGa後，使基板溫度或爐內壓力、載氣之 或種類仍以其狀態下，切換TEGa與TMIn的閥，以對 供應TEGa與TMIri。經在預先所定的時間之期間 TEGa與TMIn後，再度切換閥，停止TEGa與TMIn 應以結束In〇.2Ga().8N層之生長。在此階段是形成呈2 米之膜厚的In〇.2Ga().8N層。 > 結束Ino.2Gao.8N層之生長後，以特定時間對爐內 TEGa，以在InGaN層上形成爲抑制In脫除之GaN薄Λ 反復5次實施如此之步驟，以形成5層之非摻雜的 阻障層興5層之由InG.2Ga().8N之井層所構成之層後， 再度形成非摻雜的GaN阻障層以作爲多重量子井結構 光層。 從此以後之摻Mg的p型Al0.07Ga0.93N包層，及转 的p型GaN層之形成順序依然採取與實施例1相同者 器溫 壓力 閥， 進行 供應 結束 厚的 秒鐘 流量 爐內 供應 之供 • 5奈 供應 警。 GaN 最後 之發 I Mg -30- 200529476 • > 使用該氮化鎵系化合物半導體積層物，與實施例1同樣 地製造發光二極體以加以評估。其結果，在20 mA之電流 時之正向電壓爲3.9 V。另外發光波長爲455奈米，發光輸 出則顯現8.5 mW。 將以剖面TEM觀察該氮化鎵系化合物半導體積層物之照 片之一實例展示於第5圖及第6圖。第5圖係倍率爲 2，000,000倍，第6圖係倍率爲500,000倍。在該等圖式中 1、2、3及4係與第1圖及第2圖相同地分別代表井層、 t 阻障層、η-包層及p-包層。由該等圖即得知井層之膜厚爲 約2.5奈米是一定値，並無因位置不同所造成之膜厚變動 〇 (實施例2) 本實施例之氮化鎵系化合物半導體積層物之製造順序， 係與實施例1相同，例外的是在阻障層及井層上的GaN薄 層之生長步驟中，與TEGa —起供應GeH4，以使阻障層及 井層上之GaN薄層形成爲摻Ge的GaN層，且將GeH4之 I 供應量調節成Ge之摻雜濃度能成爲lxlO18 cm_3之部份。 在經製得之氮化鎵系化合物半導體積層物上與實施例1 同樣地設置正極及負極，但是正極係採取由從p-GaN接觸 層之表面將Au及NiO依此順序所積層的透明電極，與在 其上將Ti、Au、A1及Au依此順序所積層的焊墊電極所構 成之結構。 將該發光二極體與實施例1同樣地評估性能，結果在20 mA電流時的正向電壓爲3.0 V，發光波長爲455奈米，發 200529476 光輸出則顯現5 mW。如此之發光二極體特性是就每一由所 製得氮化鎵系化合物半導體積層物的大致全面所製得之發 光二極體，可在並無變化性下而獲得。另外，經以剖面 TEM照片觀察結果，井層係由厚膜部與薄膜部所構成。 (比較例2 ) 在本比較例，則使用經以比較例1所製得之氮化鎵系化 合物半導體積層物，製造具有與實施例2相同電極結構之 發光二極體。 B 經與實施例1同樣地評估性能，結果在20 mA電流之正 向電壓爲3.9 V，發光波長爲455奈米，發光輸出則顯現5 mW 〇 (實施例3 ) 製造氮化鎵系化合物半導體積層物，其結構係在具有c 面之藍寶石基板上，以晶格失配磊晶生長方法積層由A1N 所構成之SP層，然後在其上面從基板側依照順序積層下列 各層：厚度爲8//m之非摻雜的GaN基底層；將高摻Ge的 &層與低摻Ge的層交替積層100次且厚度爲4// m，具有平 均爲5χ 1018 cm·3之電子濃度之n-GaN接觸層；具有1 X 1018 cm·3之電子濃度且厚度爲180人之In。」Ga〇.9N包層；多重 量子井結構之發光層，其係由6層之厚度爲160 A之摻雜 8x1 017 cm·3之Si的GaN阻障層與5層之厚度爲25 A之非 摻雜的InQ.2Ga().8N及具有0〜5 A之膜厚的GaN層所構成 之井層所構成；厚度爲100A之摻Mg的p型Alo.wGamN 包層；以及具有8xl017 cm·3之電洞濃度且厚度爲〇·1 # m -32 - 200529476 1 ϊ 之摻Mg的？-八1〇.()2〇&().9以接觸層。 上述氮化鎵系化合物半導體積層物之製造係使用MOCVD 法，且基本上是與實施例1相同之順序進行。 接著，使用上述氮化鎵系化合物半導體積層物的屬半導 體發光元件之一種的發光二極體之製造，以下列順序而實 施。 換言之，在所製得之氮化鎵系化合物半導體積層物的P-AlGaN接觸層之表面上，以習知微影照相術製造具有從接 B 觸層側將Pt、Au依此順序予以積層之結構的透光性正極， 並在其上製造將Ti、Au、A1及Au依照順序予以積層的焊 墊電極。 並且，其後對氮化鎵系化合物半導體積層物施加乾蝕刻 ，使具有交替積層高摻Ge層、與低摻Ge層的結構之n-GaN接觸層的負極形成部份露出，然後在露出的部份從接 觸層側將Ti及A1依此順序予以積層以製得負極。經以該 等作業製得具有如第4圖所示形狀之電極。 I 對經以如此方式形成正極及負極之氮化鎵系化合物半導 體積層物，硏削、硏磨其藍寳石基板之裏面，以使其成爲 鏡狀面。其後則將該氮化鎵系化合物半導體積層物予以切 斷成3 5 0 M m方之正方形晶片，然後載置於導線架上，以 金絲結線至導線架以作爲發光元件。 經使正向電流流通在經如上述所製得之發光二極體的正 極及負極間，結果在20 mA電流時之正向電壓爲3.2 V。 另外發光波長爲470奈米，發光輸出是6 mW。如此之發光 -33- 200529476 , » 二極體特性是就每一由所製得氮化鎵系化合物半導體積層 物的大致全面所製得之發光二極體，可在並無變化性下而 獲得。 〔產業上之利用可能性〕 使用本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物所製得之發 光兀件’由於可在仍然保持著良好的發光輸出下降低驅動 電壓，因此在產業上之利用價値非常大。 【圖式簡單說明】 I 第1圖係經由實施例1所製得之氮化鎵系化合物半導體 積層物剖面TEM照片之一實例圖。 第2圖係經由實施例1所製得之氮化鎵系化合物半導體 積層物剖面TEM照片之另一實例圖。 第3圖係展示經由實施例1至3所製得之氮化鎵系化合 物半導體積層物之剖面模式圖。 第4圖係展示經由實施例1至3所製得之發光二極體之 電極結構模式圖。 l 第5圖係經由比較例1所製得之氮化鎵系化合物半導體 積層物之剖面TEM照片之一實例圖。 第6圖係經以比較例1所製得之氮化鎵系化合物半導體 積層物剖面TEM照片之另一實例圖。 【主要元件符號說明】 1 井層 2 阻障層 3 η-包層 -34- 200529476 • « 4 p-包層 A、B、C、D、E、F、G 薄膜部
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Claims (1)

  1. 200529476 1 * 十、申請專利範圍： 1 . 一種氮化鎵系化合物半導體積層物，係在基板上具有 η型層、發光層及p型層，該發光層爲交替以井層與 阻障層所積層之多重量子結結構，且該發光層係配置 成爲η型層與ρ型層所夾住，其特徵爲該井層係由厚 膜部及薄膜部所構成，該阻障層含有摻質。 2 · 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中井層含有In。 I 3 · 如申請專利範圍第2項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中在井層上面設置未含有In之薄層。 4· 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中摻質爲選自由C、Si、Ge、Sn、Pb、〇、S、 Se、Te、Po、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra 所構成之族 群中之至少一種。 5 ·如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 | 物，其中摻質之濃度爲lxl〇17cm·3〜lxl019crtT3。 6· 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積》 物，其中厚膜部之厚度爲1.5奈米〜5奈米。 7_ 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中在厚膜部之積層物剖面之寬度爲1 〇奈米或以 上（數平均値）。 如申請專利範圍第1項之氣化嫁系化合物半導體積層 物，其中薄膜部之厚度爲薄於I·5奈米。 9 ·如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 -36- 200529476 物’其中在薄膜部之積層物剖面之寬度爲1 〇〇奈米或 以下（數平均値）。 1 ^•如申請專利範圍第i項之氮化鎵系化合物半導體積層 物’其中厚膜部與薄膜部之膜厚差爲1奈米〜3奈米 〇 1 1 ·如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物’其中在積層物剖面之厚膜部寬度合計爲井層全體 寬度之30%或以上。 1 2·如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中多重量子井結構爲經積層3〜丨〇次之結構。 1 3 ·如申請專利範圍第丨項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中阻障層爲選自GaN、AlGaN及In比率爲比用 以形成井層之InGaN爲小的InGaN所構成之族群中之 氮化鎵系化合物半導體。 14.如申請專利範圍第13項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中阻障層爲GaN。 1 5 .如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中阻障層之膜厚爲7奈米〜50奈米。 1 6·如申請專利範圍第1 5項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中阻障層之膜厚爲1 4奈米或以上。 1 7. —種氮化鎵系化合物半導體發光元件，其特徵爲分別 在如申請專利範圍第1至1 6項中任一項之氮化鎵系化 合物半導體積層物之η型層設置負極，在p型層設置 正極。 -37- 200529476 為 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之氮化鎵系化合物半導體發光 元件，其中元件結構爲覆晶型。 1 9·如申請專利範圍第1 8項之氮化鎵系化合物半導體發光 元件，其中正極之結構爲反射型。 20·如申請專利範圍第1 7項之氮化鎵系化合物半導體發光 元件，其中在電流爲20 mA時之驅動電壓爲2.9 V或 以上且3.5 V或以下。 2 1 ·如申請專利範圍第1 7項之氮化鎵系化合物半導體發光 I 元件，其中起飛電壓爲2.5V或以上且3.2V或以下。 22· —種燈，係使用如申請專利範圍第17至21項中任一 項之氮化鎵系化合物半導體發光元件所構成。 2 3. —種燈，係使用如申請專利範圍第17至21項中任一 項之氮化鎵系化合物半導體與螢光體所構成。 24· —1種氮化嫁系化合物半導體積層物之製造方法，該氮 化鎵系化合物半導體積層物係在基板上具有n型層、 & 發光層及ρ型層，該發光層係交替以井層與阻障層所 積層之多重量子結構，且該發光層係配置成爲η型層 與Ρ型層所夾住者，其特徵爲在阻障層摻雜摻質以在 井層形成厚膜部及薄膜部。 2 5 .如申請專利範圍第24項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中摻質之濃度爲1x10^ cm-3〜 1 x 1 〇 丨9 cm·3。 26.如申請專利範圍第1至丨6項中任一項之氮化鎵系化合 物半導體積層物之製造方法，其中用以形成井層之步 -38- 200529476 1 攤 驟係包含用以使氮化鎵系化合物半導體生長之步驟及 使其氮化鎵系化合物半導體一部份分解或昇華之步驟 〇 27 .如申請專利範圍第26項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中用以生長步驟之基板溫度T1及用 以分解或昇華步驟之基板溫度T2爲T1 S T2。 28·如申請專利範圍第27項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中T1爲在650〜900 °C之範圍。 I 2 9.如申請專利範圍第27項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中T2爲在700〜1，000°C之範圍。 30·如申請專利範圍第27項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中邊實施分解或昇華步驟邊由T1向 T2升溫。 3 1 .如申請專利範圍第30項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中由T1向T2之升溫係以1°C /分鐘 〜100 °c /分鐘之升溫速度下實施。 > 32.如申請專利範圍第31項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中升溫速度爲5°C /分鐘〜5(TC /分 鐘。 3 3 ·如申請專利範圍第3 0項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中由T 1向T2之升溫係以爲期3 0秒 鐘〜1 0分鐘實施。 3 4 ·如申請專利範圍第3 3項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中由T1向T2之升溫係以爲期1分 -39- 200529476 鐘〜5分鐘實施。 3 5 *如申師專利範圍第2 7項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製is方法’其中使阻障層在溫度T 2下生長。 3 6 .如申請專利範圍第3 5項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中使阻障層在溫度T2下生長後，降 溫於T3後再使其生長。 3 7 .如申請專利範圍第3 6項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中T3爲與T1相同之溫度。 I 3 8 .如申請專利範圍第26項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之製造方法，其中生長步驟係在含有氮源及III族金 屬源之氣氛下進行，分解或昇華步驟係在含有氮源且 未含有III族金屬源之氣氛下進行。
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