TW201034326A - Nitride-semiconductor luminescent element, epitaxial substrate, and method of producing nitride-semiconductor luminescent element - Google Patents

Nitride-semiconductor luminescent element, epitaxial substrate, and method of producing nitride-semiconductor luminescent element Download PDF

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axis
lattice
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light
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Takashi Kyono
Yusuke Yoshizumi
Yohei Enya
Katsushi Akita
Masaki Ueno
Takamichi Sumitomo
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Sumitomo Electric Industries
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Description

201034326 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種氮化物半導體發光元件、磊晶基板、 及氮化物半導體發光元件之製作方法。 【先前技術】 專利文獻1中記載有氮化物半導體雷射。氮化物半導體 雷射具有能產生波長375 nm以下之紫外線區域之光之活性 層。該活性層形成於GaN基板上。氮化物半導體雷射之活 性層設置於下部包覆層與上部包覆層之間。下部包覆層、 上部包覆層之至少一者包含AlInGaN層與AlGaN層。 先行技術文獻 專利文獻 專利文獻1:日本專利特開2002-335052號公報 【發明内容】 發明所欲解決之問題 在與專利文獻1之紫外線半導體雷射不同之半極性面 上，可製作氮化物半導體發光元件。於該氮化物半導體發 光元件之製作中，當在GaN基板之半極性面上成長氮化鎵 系半導體層時，氮化鎵系半導體層之c面相對於半極性面 之法線軸而傾斜。 當氮化鎵系半導體層包含與GaN基板不同之半導體、例 如包含AlGaN層時，因GaN與AlGaN之晶格失配而導致 AlGaN内含有應變。根據發明者等之見解，關於應變 AlGaN存在如下情形：於半極性面上導入c面滑移面之錯 145682.doc 201034326 配位錯而釋放其應變。另一方面，當於專利文獻1之紫外 線半導體雷射之GaN基板上成長AlInGaN半導體層或 AlGaN半導體層時，該等氮化鎵系半導體層之^面會與GaN 基板之表面平行地延伸。因此’ c面GaN基板上之AlGaN半 導體層中，不會產生(^面滑移面之錯配位錯。 當氮化物半導體發光元件包含設置於因錯配位錯而已晶 格緩和之AlGaN層上之發光層時’根據發明者等之見解， 該氮化物半導體發光元件之發光效率相較應變AiGaN層上 所設置之發光層降低更多。 本發明係鑒於所述情況而完成者。本發明之目的在於提 供一種氮化物半導體發光元件，其包含設置於具有半極性 面之GaN支持基體上之發光層，且可抑制因錯配位錯所導 致的發光效率之降低。又，本發明之目的在於提供一種用 於該氮化物半導體發光元件之磊晶基板。進而，本發明之 目的在於提供一種該氮化物半導體發光元件之製作方法。 解決問題之技術手段 本發明之一態樣係關於一種氮化物半導體發光元件。該 氮化物半導體發光元件包括：（a)支持基體，其包含 ^ 曰曰 系氮化鎵，且具有相對於與該六方晶系氮化鎵之c軸正交 之面而傾斜的半極性主面；（b)發光層，其設置於上述支持 基體上，且包含氮化鎵系半導體；（c) InxlAlYlGai xi γιΝ (〇<Χ1<1 ’ 〇<γΐ<1，χ1+Υ1<1)層，其設置於上述支持基 體與上述發光層之間；及ρ型氮化鎵系半導體層。上述 支持基體、上述InnAl^Ga^x^YiN層、上述發光層及上述 U5682.doc 201034326 P型氮化鎵系半導體層係沿上述支持基體之上述半極性面 之法線軸而依序排列，上述發光層具有包含111(}&1^層之量 子井釔構，上述In^Al^Gai.xi.YjN層之厚度較上述量子井 結構之厚度更厚，上述之帶隙為六方 晶系氮化鎵之帶隙以上，上述^仏如幻^中添加有 η型摻雜劑，上述ιη)πΑιγι(3α^χΐ-γιΝ層之c面相對於上述法 線轴而傾斜。 該氮化物半導體發光元件中，發光層之111〇}&]^層與支持 基體之間設置有 InxlAlYlGai_Xi γιΝ層。InxiAlYiGaimN 層之帶隙為六方晶系氮化鎵之帶隙以上，因此，可提供— 種能封閉向發光層之載流子及光的封閉效果。又， Ιηχ1Α1Υ1〇&1_χ1_γ]Ν層比量子井結構厚，因此當為具有相同 帶隙之AlGaN時容易產生錯配位錯。雖InxiAlYiGaimN 層之c面相對於法線軸而傾斜，但藉由基於四元系 Ιηχ1Α1ΥΑ4·χι·^Ν層之組成所進行之晶格常數的調整，使 得以c面為主之滑移面之錯配位錯的密度相較A1GaN降低 更多。 本發明之另一態樣係關於一種用於氮化物半導體發光元 件之磊晶基板。該磊晶基板包括：（a)基板，其包含六方晶 系氣化鎵’且具有相對於與該六方晶系氮化鎵之c軸正交 之面而傾斜之半極性主面；（b)發光層，其設置於上述基板 上’且包含氮化鎵系半導體；（c) InxlAlY]Gai_xi YiN (0<Χ1<1，〇<Υ1<1，χι+γι<1)層，其設置於上述基板與 上述發光層之間；及ρ型氮化鎵系半導體層。上述基 145682.doc 201034326 板、上述InxlAlY1Gai_xl_Y1>^、上述發光層及上述p型氮 化錄系半導體層係沿上述基板之上述半極性面之法線轴而 依序排列，上述發光層具有包含InGaN層之量子井結構， 上述InxlAlY〗Ga丨_Χ1·Υ1Ν層之厚度較上述量子井結構之厚度 更厚，上述1!^1八1”〇31_)(1^1>1層之帶隙為六方晶系氮化鎵 之帶隙以上，上述111“人卜1〇31〜_丫11^層中添加有11型換雜 劑，上述InuAlnGa^x^^N層之c面相對於上述法線軸而傾 斜0 該蠢晶基板中，在發光層之InGaN層與基板之間設置有 Ιηχ丨AlYlGai-xi-YiN層。1nxiAlYiGaumi^ 之帶隙為六方 晶系氮化鎵之帶隙以上，因此’可提供一種能封閉向發光 層之載流子及光的封閉效果。又，Ιηχ1Α1Υθ&1_χ1_γιΝ層比 里子井結構厚，因此當為具有相同帶隙之AlGaN時容易產 生錯配位錯。雖IrixiAlYiGa^xmN層之c面相對於法線轴而 傾斜’但藉由基於四元系InnAluGai-xb^N層之組成所進 ❿ 行之晶格常數的調整，使得以c面為主之面之錯乾位錯的 密度相較AlGaN降低更多。
本發明之各態樣中，可進而包括設置於上述p型氮化鎵 系半導體層與上述發光層之間的InuAlMGahj^mN
(0<Χ2<1，〇<Υ2<ΐ，χ2+Υ2<1)層。上述Inx2AlY2Gai.X2_Y2N 層係電子阻擋層，上述InuAlYsGaui-YzN層之c面相對於上 述法線軸而傾斜。 由於Inj^AlwGabxmN層係電子阻擋層，因此於 Illx2A1Y2Gal-X2-Y2N層與發光層之接面上，錯配位錯減少。 145682.doc 201034326 本發明之進而又一態樣係關於一種氮化物半導體發光元件 之製作方法。該方法包括如下步驟：（〇準備基板，該基板 包含六方晶系氮化鎵，且具有相對於與該六方晶系氮化鎵之 C軸正交之面而傾斜之半極性主面；（b)—面添加n型摻雜劑， 一面於上述基板之上述半極性面上成長InxiAlYlGai_xiYiN (〇<Χ1<1，0<Y1<1，X1+Y1<1)包覆層：⑷於上述 InxlAlY1Ga〗-X1_Y1N包覆層上形成包含氮化鎵系半導體之發 光層；（(1)於上述發光層上成長1113(2八1¥2〇31〇(2.¥2叫〇<^2<1， 〇<Υ2<1 ’ X2+Y2<1)電子阻擋層；及⑷一面添加p型摻雜 劑，一面於上述IneAlnGaumN電子阻擋層上成長 IridAlnGaumlSKtXXSsl，〇<Υ3<1，X3+Y3<1)包覆層。 上述發光層具有包含InGaN層之量子井結構，上述 Ιηχ1Α1γ丨Gai-X1_Y1>^之厚度較上述量子井結構之厚度更 厚，上述InwAlYiGa^xmN層之帶隙為六方晶系氮化鎵之 帶隙以上’上述InxiAlYiGai_x丨_Y1N層之c面相對於上述法線 軸而傾斜’上述InuAlnGa^xmN層之c面相對於上述法線 軸而傾斜’上述InnAlnGaumN層之c面相對於上述法線 轴而傾斜。 該方法中，於基板上形成四元系InxlAlYiGa丨-Χ〗·Υ1Ν層。 雖IiijnAlYiGam-YiN層之c面相對於法線軸而傾斜，但藉由 基於四元系Ιηχ1Α1Υι〇&1_χ1·Υ1Ν層之組成所進行之晶格常數 的調整’使得以c面為主之滑移面之錯配位錯的密度相較 AlGaN降低更多。由於可在該InxlAlYlGai_xl_YlN層上形成 發光層之InGaN層’因此可抑制發光層之發光效率之降 145682.doc 201034326 低。 本發明之方法中，上述Inx2AlY2GaiX2Y2N電子阻擋層之 成長溫度可為攝氏8〇〇度以上且為攝氏9〇〇度以下，上述 ❹
包覆層之成長溫度可為攝氏8〇〇度以上 且為攝氏900度以下。根據該方法，於發光層成長之後以 攝氏800度以上且攝氏9〇〇度以下之成長溫度而成長電子阻 擋層及包覆層，因此該成長溫度低於AlGaN電子阻擋層及 AlGaN包覆層之成長溫度。故而，電子阻擋層及包覆層之 成長過程中之熱應力相對於發光層而降低。 本發明之方法中，可進而包括於上述Ιηχ3Α1γ3(^_χ3 γ3Ν 包覆層上成長P型氮化鎵系半導體層之步驟。上述p型氮化 鎵系半導體層之成長溫度為攝氏8〇q度以上且為攝氏9〇〇度 以下。根據該方法，以攝氏8〇〇度以上且攝氏9〇〇度以下之 成長溫度而成長在發光層成長之後所形成之？型氮化鎵系 半導體層，因此該等P型氮化鎵系半導體之成長過程中之 熱應力相對於發光層而降低。 本發明之各態樣中，上述六方晶系氮化鎵之c軸方向、 及该C軸方向之晶格常數d〇之大小係由晶格向量表 不，用於上述Inx]AlYlGai〇n_YiN層之半導體材料之e軸方 向、及該C軸方向之晶格常數以之大小係由晶格向量LVC1 表示，上述晶格向量LVC0包含上述法線軸方向之縱向成 分voL、及與上述縱向成分正交之橫向成分ν〇τ，上述晶格 向量LVC1包含上述法線軸方向之縱向成分％、及與上述 縱向成刀正父之橫向成分νΐτ，〇軸橫向上之晶格失配度 I45682.doc 201034326 (νιτ-ν〇τ)/ν〇ϋ15%以上’且上述晶格失配度為〇2%以 下。 根據提供該晶格失配度之InxlA1YlGal xl々lN層， InxlAlY丨Galon_YlN之晶格常數接近於GaN，因此可降低 層與基底層之界面上之錯配位錯密度。 在將四元系InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低之範圍 下，錯配位錯之導入得以減少。 本發明之各態樣中，上述半極性主面之傾斜方向係自該 六方晶系氮化鎵之c軸朝向該六方晶系氮化鎵之a軸及瓜軸 之者的方向，上述六方晶系氮化鎵之a轴及m轴之另一者 即第1結晶轴之方向、與該第^结晶轴方向之晶格常數d〇N 之大小係由晶格向量LVN〇表示，用於上述jnuAhGh幻々Μ 層之半導體材料之a轴及瓜轴之另一者即第2結晶軸之方 向、與該第2結晶轴方向之晶格常數dlN之大小係由晶格向 量LVN1表示，上述晶格向量！^^〇包含上述法線軸方向之 縱向成分V0NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分 V0NT，上述晶格向量Lvm包含上述法線軸方向之縱向成 刀VINL、及與上述縱向成分正交之橫向成分VI Ντ，橫向 上之晶格失配度（V1NT_V0NT)/V0NT為-0.15°/。以上，且上述 日曰格失配度（V1NT-V0NT)/V0NT為0.2°/。以下。 於提供該晶格失配度2InxiAlYiGaixiYiN層中，當半極 性主面之傾斜方向為朝向a軸及m軸之一者之方向時， InxlAlY1Gai.Xi-Y1Ni a轴及m轴之另一者之晶格常數接近於 GaN，因此可降低InxiAiYiGai xi YiN層與基底層之界面上 145682.doc -10 · 201034326 之錯配位錯密度》在將四元系InAlGaN與GaN之晶格失配 保持為較低之範圍下，錯配位錯之導入得以減少。 本發明之各態樣中，上述晶格失配度 0°/。以下，且上述晶格失配度（νΐΝτ·ν〇Ντ)/ν〇Νι^ 〇%以 上。 1
Inxl AlnGa^xmN層中’與半極性主面之傾斜方向平行 之晶格匹配條件及偏離垂直之晶格匹配條件不同。根據發 ❿ 明者等之見解’關於該等2個方向，於提供該晶格失配度 之 InxlAlY1Gai.xl-Y1N層中，晶格失配度（νΐτ_ν〇τ)/ν〇τ 為-0.15%以上且為0%以下，又，晶格失配度（v1Nt_v〇Nt)/ 乂0>^為〇%以上且為〇·2%以下。於該等晶格失配度之範圍 下’可提供良好之元件特性。 本發明之各態樣中，上述半極性主面之傾斜方向可為自 該六方晶系氮化鎵之c軸朝向該六方晶系氮化鎵之&軸的方 向。或者，上述半極性主面之傾斜方向可為自該六方晶系 φ 氮化鎵之c軸朝向該六方晶系氮化鎵之m軸的方向。 丰發明之各態樣中，上述六方晶系氮化鎵之C轴方向、 軸方向之晶格常數d〇之大小係由晶格向量LVC0表 不用於上述1nx〗AlY1Ga丨_x丨-Y1N層之半導體材料之e軸方 ° Λ e軸方向之晶格常數d 1之大小係由晶格向量lvC 1 =示，上述晶格向iLVC0包含上述法線軸方向之縱向成 刀V〇L、及與上述縱向成分正交之橫向成分ν〇τ，上述晶格 含上述法線轴方向之縱向成分VlL、及與上述 縱向成刀正父之橫向成分νΐτ，橫向上之晶格失配度（νιτ- 145682.doc 201034326 、(^^(^為^〜^以上’且上述晶格失配度…卜^以^^丁 為ο /〇以下，與上述六方晶系氮化鎵之c軸及上述法線軸垂 直之結晶軸之方向、及該結晶軸方向之晶格常數d〇N之大 小係由晶格向量LVN0表示，與用於上述InxiAWiGaixi γιΝ 層之半導體材料之c轴及上述法線轴相垂直之結晶轴方 向、及該結晶軸方向之晶格常數dlN之大小係由晶格向量 LVN1表示，上述晶格向量LVN〇包含上述法線轴方向之縱 向成分vonl、及與上述縱向成分正交之橫向成分ν〇Ντ， 上述晶格向量LVN1包含上述法線軸方向之縱向成分 VINL、及與上述縱向成分正交之橫向成分ν1Ντ，橫向上 之晶格失配度（V1NT-V0NT)/V0NT為0%以上，且上述晶格 失配度（V1NT-V0NT)/V0NT為 0.2%以下。
InxlAlY1Gai.xl.Y1N層中，與半極性主面之傾斜方向平行 之晶格匹配條件及偏離垂直之晶格匹配條件不同。於上述 晶格失配度之範圍下，可提供良好之元件特性。 本發明之各態樣中’上述Ιηχ1ΑΐΥθ〜-ΧΝγιΝ層之In組成 XI為0.01以上，且上述InxiAlY1Gai_x丨-γΜ層之In組成XI為 〇.〇6以下。根據該組成範圍，可使InA1GaN之晶格常數接 近於GaN，並且可對InAiGaN提供用於包覆層之帶隙，故 而該In組成之範圍為有用。 本發明之各態樣中，上述InxlAlY1Gaion-Y1N層之A1組成 Y1為〇·05以上’且上述InxlAlY1Gai_xl.Y1N層之A1組成γι為 0.30以下。由於可對InA丨GaN提供用於包覆層之帶隙，故 而該A1組成之範圍為有用。 145682.doc -12- 201034326 上述Ιηχ1Α1γ丨GahX1-Y丨N層之帶隙能 ，且上述Inx丨AlY]Ga丨-X1_Y1N層之帶 本發明之各態樣中， 1為3.51電子伏特以上 隙能量為3.63電+伏特以下 根據該帶隙能量之範圍， 數接近於GaN之晶格常數， 層提供用於包覆之折射率。
可使四元系InAlGaN之晶格常 並且’可對 InxiAlnGai-xi.YjN 本發明之各態樣中，上述ΙηχΐΑ1γι(^ιχιγιΝ層之厚度為
3 μιη以下，且上述χιγιΝ層可構成n型包覆層 之至少一部Α。根據該厚度之範圍，彳構成對封閉光有用 之包覆層。 本發明之各態樣中’上述ΙηχΐΑ1γυ層與上述支 持基體（或者上述基板）形成第〖接面，上述InxiAlYiGa^_YiN 層與上述發光層形成第2接面，上述第丨接面之錯配位錯密 度可未滿1 X1 〇5 cm·1。於包含兩個接面之結構中可使第】 接面之錯配位錯較小。 本發明之各態樣中，可為如下情況：用於上述 In^Al^Gam^N層之半導體材料之c軸方向及該c軸方向 之晶格常數d2之大小係由晶格向量lvC2表示，上述晶格 向量LVC2包含上述法線軸方向之縱向成分V2l、及與I述 縱向成分正交之橫向成分V2T’ c軸橫向上之晶格失配度 O^-viM/voe-o.s%以上’且上述晶格失配度為〇 2%以 下。藉由將四元系InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低 之範圍而使錯配位錯之導入減少。 根據提供該晶格失配度之11^2八1^(^1〇(2^>1層，由於 145682.doc •13- 201034326
InuAlwGam-YzN之晶格常數接近於GaN，因此可降低 InuAlnGa^hwN層與基底層之界面上之錯配位錯密度。 本發明之各態樣中，上述半極性主面之傾斜方向係自該 六方晶系氮化鎵之c軸朝向該六方晶系氮化鎵之a轴及m軸 之一者之方向，上述六方晶系氮化鎵之a軸及m轴之另一者 即第1結晶軸之方向、及該第1結晶軸方向之晶格常數dON 之大小係由晶格向量LVN0表示，上述晶格向量LVN0包含 上述法線軸方向之縱向成分V0NL、及與上述縱向成分正 交之橫向成分V〇Nt’用於上述InX2 Aly2Gai - X2-Y2N層之半導 體材料之a軸及m軸之另一者即第1結晶軸之方向、及該第1 結晶軸方向之晶格常數d2N之大小係由晶格向量LVN2表 示，上述晶格向量LVN2包含上述法線軸方向之縱向成分 V2Nl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V2NT，橫向上 之晶格失配度（V2NT-V0NT)/V0NT為-0.5%以上，且上述晶 格失配度（V2NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 於提供該晶格失配度之InX2 A〖Y2Gai _x2.y2N層中，當半極 性主面之傾斜方向為朝向a軸及m軸之一者之方向時， InX2AlY2Gai_；x2-Y2N之a轴及m轴之另·^者之晶格常數接近於 GaN之晶格常數，因此可降低Inx2AlY2Ga 1-X2-Y 2n層與基底 層之界面上之錯配位錯密度。在將四元系InAlGaN與GaN 之晶格失配保持為較低之範圍下，錯配位錯之導入得以減 少〇 本發明之各態樣中，上述半極性主面之傾斜方向可為自 該六方晶系氮化鎵之c軸朝向該六方晶系氮化鎵之a軸之方 145682.doc -14- 201034326 向。或者，上述半極性主面之傾斜方向可為自該六方晶系 氮化鎵之c軸朝向該六方晶系氮化鎵之m軸之方向。 本發明之各態樣中，與上述六方晶系氮化鎵之c軸及上 述法線軸垂直之結晶轴方向、及該結晶軸方向之晶格常數 dON之大小係由晶格向量LVN0表示，上述晶格向量LVN0 包含上述法線軸方向之縱向成分V0Nl、及與上述縱向成 分正父之橫向成分VONt ’與用於上述InX2AlY2Ga丨- X2-Y2N層 之半導體材料之c轴及上述法線轴相垂直之結晶轴方向、 及該結晶軸方向之晶格常數d2N之大小係由晶格向量LVN2 表示，上述晶格向量LVN2包含上述法線軸方向之縱向成 分V2NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分V2NT，橫向 上之晶格失配度（V2NT-V0NT)/V0NT為-0.5%以上，且上述 晶格失配度（V2NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 於提供該晶格失配度之InX2AlY2Ga!-X2-Y2N層中，在與半極 性主面之傾斜方向垂直之方向上’ InX2AlY2Gai_x2.Y2N之晶格 常數接近於GaN之晶格常數，因此可降低Inx2AlY2Ga 1-X2-Y2N 層與基底層之界面上之錯配位錯密度。在將四元系 InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低之範圍下，錯配位 錯之導入得以減少。 本發明之各態樣中，可進而包括設置於上述p型氮化鎵 系半導體層與上述發光層之間的InnAlnGabxm^iKXSd， 0<Y3<1，Χ3+Υ3<1)層。上述 IndAlwGai.xmN層之厚度 為300 nm以上’且上述ΙηΧ3Α1γ3〇&ι-χ3-γ3Ν層可構成ρ型包 覆層之至少一部分。 145682.doc -15- 201034326 藉由使用InxlAlYlGai_Xl-YlN層及層， 使得以夾持發光層之方式所設置之p型半導體層之界面及η 型半導體層之界面上之錯配位錯得以減少。 本發明之各態樣中，用於上述Inx3AlY3Gai.X3.Y3N層之半 導體材料之c軸方向、及該c轴方向之晶格常數们之大小係 由晶格向量LVC3表示，上述晶格向量[¥(：3包含上述法線 軸方向之縱向成分V3l、及與上述縱向成分正交之橫向成 刀V3T ’秩向上之晶格失配度（ν3τ·ν〇τ)/ν〇τ為_〇15%以 上’且上述晶格失配度為0.2%以下。 儀 根據提供該晶格失配度之Ιηχ3Α1γ3(^_χ3 γ3Ν層， InwAlnGaumN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，因 此可降低與基底層之界面上之錯配位 錯饮度。藉由將四元系InA1Ga>^ GaN之晶格失配保持為 較低而使錯配位錯之導入減少。 本發明之各態樣中，可為如下情況：上述晶格失配度 (V3T-V〇T)/V〇4〇%以下，上述半極性主面之傾斜方向係 自該六方晶系氮化鎵之0軸朝向該六方晶系氮化鎵之a軸及◎ 轴之者之方向，上述六方晶系氮化鎵之a軸及m轴之另 -者即第1結晶軸之方向、及該第"吉晶軸方向之晶格常數 d〇N之大小係由晶格向量lvn〇表示用於上述
Inx3AlY3Gai-X3々3N層之半導體材料之a軸及m轴之另一者即 第3結晶軸之方向、及該第3結晶軸方向之晶格常數之 J係由明格向量LVN3表示，上述晶格向量LVn〇包含上 述法線轴方向之縱向成分v〇Nl、及與上述縱向成分正交 145682.doc 16 - 201034326 之橫向成分VONT，上述晶格向量LVN3包含上述法線軸方 向之縱向成分V3NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分 V3NT，橫向上之晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為〇%以 上，且上述晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。
於提供該晶格失配度之IndAlYsGa^xs-wN層中，當半極 性主面之傾斜方向為朝向a軸及m軸之一者之方向時， InX3AlY3Gai_x3_Y3N之a轴及m轴之另一者之晶格常數接近於 〇31^之晶格常數’因此可降低1115{2八1丫2〇&1-乂2-¥2^'層與基底 ® 層之界面上之錯配位錯密度。在將四元系InAlGaN與GaN 之晶格失配保持為較低之範圍下，錯配位錯之導入得以減 〇 本發明之各態樣中，上述半極性主面之傾斜方向係自該 六方晶系氮化鎵之C軸朝向該六方晶系氮化鎵之a轴及m軸 之一者之方向，上述六方晶系氮化鎵之a轴及m軸之另一者 即第1結晶軸之方向、及該第1結晶軸方向之晶格常數dON之 φ 大小係由晶格向量LVN0表示，用於上述Inx3AlY3Ga 1-X3-Y3N 層之半導體材料之a軸及m軸之另一者即第3結晶軸之方 向、及該第3結晶軸方向之晶格常數d3N之大小係由晶格向 量LVN3表示，上述晶格向量LVN0包含上述法線轴方向之 縱向成分V0NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分 V0NT，上述晶格向量LVN3包含上述法線軸方向之縱向成 分V3NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分V3NT，橫向 上之晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為-0.15%以上，且上述 晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 145682.doc -17- 201034326
於提供該晶格失配度之InuAlYsGa^xs-^N層中，當半極 性主面之傾斜方向為朝向&轴及111轴之一者之方向時， IndAlwGabxmN之a轴及m軸之另一者之晶格常數接近於 GaN之晶格常數，因此可降低Inx3AlY3Ga]_x3 y3N層與基底 層之界面上之錯配位錯密度。在將四元系化八旧…與GaN 之晶格失配保持為較低之範圍下，錯配位錯之導入得以減 ， 少〇 本發明之各態樣中，上述半極性主面之傾斜方向係自該 六方晶系氮化鎵之c軸朝向該六方晶系氮化鎵之a軸之方 馨 向。或者，上述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮 化鎵之c轴朝向該六方晶系氮化鎵之m軸之方向。 本發明之各態樣中，上述六方晶系氮化鎵之方向、 及該C轴方向之晶格常數d0之大小係由晶格向量Lvc〇表 示，用於上述Ιη^ΑΙγ^αα^γ3]^層之半導體材料之c軸方 向、及忒c軸方向之晶格常數d3之大小係由晶格向量 表示，上述晶格向量LVC0包含上述法線軸方向之縱向成 分:〇L、及與上述縱向成分正交之橫向成分ν〇τ，上述晶格〇 向量LVC3包含上述法線軸方向之縱向成分％、及與上述 縱向成分正交之橫向成分ν3τ，橫向上之晶格失配度(VI τ) τ為0·15/ο以上，且上述晶格失配度（V3T-V0T)/V0T 為0%以下’與上述六方晶系氮化鎵之^轴及上述法線轴垂 直之結晶轴之方向、及該結晶轴方向之晶格常數細之大 小係由晶格向量LVNG表示，與用於上述ΐηχ3Αΐγ3(^.χ3γ3Ν 層之半導體材料之作及上述法線軸相垂直之結晶轴之方 145682.doc -18- 201034326 向、及該結晶軸方向之晶格常數d3N之大小係由晶格向量 L VN3表示，上述晶格向量L VN0包含上述法線軸方向之縱 向成分V0NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0NT， 上述晶格向量LVN3包含上述法線軸方向之縱向成分 V3NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分V3NT，橫向上 之晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為0%以上，且上述晶格 失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為 0.2%以下。
InwAlYsGaus-nN層中，與半極性主面之傾斜方向平行 之晶格匹配條件及偏離垂直之晶格匹配條件不同。於上述 晶格失配度之範圍下，可提供良好之元件特性。 本發明之各態樣中，上述發光層包含活性層及導光層， 上述導光層設置於上述1115{1八1¥10&141_¥1>1層與上述活性層 之間，上述活性層具有量子井結構。該發光層之結構在用 於半導體雷射方面為有用。 本發明之各態樣中，可為如下情況：上述導光層包含 InGaN層，上述InGaN層之In組成為0.02以上且為0.06以 下。 η側之包覆層包含AlGaN之元件中，若增大InGaN導引層 之In組成，則發光效率會大幅降低。其原因可認為係包覆 層與導引層之晶格失配較大。當導光層包含In組成較大之 材料時，可使用包含InAlGaN之包覆層來維持發光效率。 使用In組成較高之導光層而可提高導光層之折射率，藉此 使光封閉性提高。 本發明之各態樣中，位於上述導光層之上述InGaN層與 145682.doc •19· 201034326 上述支持基體之間的半導體層、與上述InGaN層之界面上 的錯配位錯密度為lxl〇5 cnrl以下^ n側包覆層包含 之疋件中，當為了謀求光封閉性之提高而提高導光層之】η 組成時，會導入超出上述範圍之位錯，其結果導致發光效 率降低。 本發明之各態樣中，位於上述導光層之上述InGaN層與 上述支持基體之間的半導體層、與上述InGaN層之界面上 的錯配位錯密度為5X103 以上。當使導光層稍有緩和 而使井層之應變降低時，即便為能進行綠色發光之“組成瘳 較高之井層，亦可防止在井層與障壁層之界面上產生缺 陷。 本發明之各態樣中，上述發光層進而包括其他導光層， 上述其他導光層可設置於上述χ2γ2Ν層與上述 活性層之間。該發光層之結構在用於半導體雷射方面為有 用。 本發明之各態樣中，可為如下情況：上述其他導光層包 含InGaN層，且上述inGaN層之In組成為〇〇2以上且為〇〇6 以下。 於η侧或p側包覆層包含AlGaN之元件中，若增大inGaN 導引層之In組成，則發光效率會大幅降低。其原因可認為 係包覆層與導引層之晶格失配較大。當導光層包含1〇組成 較大之材料時，可使用包含InA1GaN之包覆層來維持發光 效率。使用In組成較高之導光層而可提高導光層之折射 率，藉此使光封閉性提高。 145682.doc -20· 201034326 本發明之各態樣中，上述發光層可設置成能發出4〇〇 以上且550 nm以下之波長範圍之光。c面滑移面之錯配位 錯之產生係由於半極性面所引起的c面之傾斜。根據上述 波長範圍，於可見光之波長範圍内，藉由將四元系 InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低而可避免發光效率 之降低。 本發明之各態樣中，上述半極性主面之傾斜角可為1〇度 φ 以上且80度以下之範圍、或者1〇〇度以上且170度以下之範 圍内。該等角度範圍之應變AlGaN與C面GaN基板上之應變 AlGaN之行為不同，因此，四元系InA1Gaiy^有用。 本發明之各態樣中，上述半極性主面之傾斜角可為63度 以上且80度以下之範圍、或者ι〇〇度以上且ι17度以下之範 圍内。於該等角度範圍中，可減小壓電電場之影響。又， 於上述角度範圍下，容易引起c面滑移面之錯配位錯之產 生。因此，四元系InAlGaN為有用。 φ 本發明之上述目的及其他目的、特徵及優點，可根據參 照附圖所進行之本發明之較佳實施方式之以下的詳細描述 而更容易明白。 發明之效果 如以上所說明，根據本發明之一態樣而提供一種氮化物 半導體發光元件，其包含設置於具有半極性面之GaN支持 基體上之發光層，且可抑制因錯配位錯所導致的發光效率 之降低。又’根據本發明之另一態樣而提供一種用於該氛 化物半導體發光元件之磊晶基板。進而，根據本發明之此 145682.doc -21 · 201034326 外法 又一態樣而提供一 種製作該氮化物半導體發光元件 之方 【實施方式】 本發明之見解可藉由參照顯示為例示之附圖並考慮以下 之詳細描述而容易地理解。接下來，-面參照附圖，-面 說月本發月之氮化物半導體發光元件及磊晶基板、及製作 蟲晶基板錢化物半導體發光元件之方法时施形態。於 可靶之晴开/時’對相同部分附上相同符號。本記述中，於 八方日日系、，、。日日之結晶軸al軸、a2軸、a3軸、c袖（c轴係與u 轴a2軸、a3轴正交）中，在表示與各結晶轴之正方向為 反方向之表D己中’例如[〇〇〇1]軸為[〇〇叫軸之反方向，為 了表不反方向而於數字（例如「丨」）之前使用帶有負號之 'Γ « 圖1係概略性地表示本實施形態之氮化物半導體發光元 件之圖式。圖1中表示結晶座標系CR(c轴、a轴、爪軸）及正 乂座標系S。氮化物半導體發光元件〗丨包括：支持基體 13、η型氮化鎵系半導體層15、發光層17、及p型氮化鎵系 半導體層19。支持基體13包含六方晶系氮化鎵，且具有主 面13a及背面i3b。主面13a表現出相對於與該六方晶系氮 化鎵之c軸正交之平面而傾斜之半極性。參照圖1，其表示 代表性之c面Scl，〇面8(：1與£；軸向量vc〇正交，向量vc〇朝 白0001〉軸及<〇〇〇__】〉轴之任一者。與(;面8£；】及£；轴向量 VC〇建立關聯來表示結晶座標系CR。背面13b亦可表現出 半極性。η型氮化鎵系半導體層15及發光層17設置於支持 145682.doc •22- 201034326 基體13上。發光層17包含氮化鎵系半導體，該氮化鎵系半 導體包含例如GaN、InGaN等。又，發光層17具有包含 InGaN層之量子井結構23。量子井結構23包含交替排列之 井層23a及障壁層23b，井層23a包含例如InGaN層等，障壁 層23b包含例如GaN、InGaN層等。發光層17設置於η型氮 化鎵系半導體層15與ρ型氮化鎵系半導體層19之間。基板 13之半極性主面13a之法線向量VN係根據與基準軸Cx所成 之角度α而規定。 發光層17可設置成能產生例如400 nm以上且5 5 0 nm以下 之波長範圍之光。c面滑移面之錯配位錯之產生係由於半 極性面所引起的c面之傾斜。根據上述波長範圍，於可見 光之波長範圍内，藉由將四元系InAlGaN與GaN之晶格失 配保持為較低而可避免發光效率之降低。 η型氮化鎵系半導體層15可包含IiixiAlYiGai-x^YjN (0<Χ1<1，0<Υ1<1，〇<Χ1+Υ1<1)層 21。InuAlwGam-nN (以下，僅記作「InAlGaN」）層21設置於支持基體13之半 極性主面13a與發光層17之間。InAlGaN中添加有η型摻雜 劑，作為η型摻雜劑，可使用例如Si、Ge等。支持基體 13、InAlGaN層21、發光層17及ρ型氮化鎵系半導體層19係 沿半極性面13a之法線軸Αχ而依序排列，法線轴Αχ於正交 座標系S之Ζ軸方向延伸。InAlGaN層21之厚度D21較量子 井結構23之厚度D23更厚。InAlGaN層21之帶隙E (InAlGaN)為六方晶系氮化鎵之帶隙E(GaN)以上，而且帶 隙 E(InAlGaN)可大於帶隙 E(GaN)。InAlGaN層 21 之 c 面 Sc2 145682.doc -23- 201034326 相對於法線軸Αχ而傾斜。 該氮化物半導體發光元件11中，於發光層17之InGaN層 與支持基體13之間設置有InAlGaN層21。InAlGaN層21之 帶隙E(InAlGaN)為氮化鎵之帶隙E(GaN)以上，因此可提供 一種能封閉向發光層17之載流子及光的封閉效果。雖 InAlGaN層21之c面Sc2相對於法線軸Αχ而傾斜，但藉由基 於四元系InAlGaN層之III族組成所進行之晶格常數的調 整，使得以c面為主之滑移面之錯配位錯的密度相較 AlGaN降低更多。 又，InAlGaN層21較量子井結構23更厚，因此當為具有 與InAlGaN層2 1相同帶隙之AlGaN時，容易產生錯配位 錯。厚度D21可為例如300 nm以上。又，厚度D21可為3 μηι以下。當氮化物半導體發光元件11包含半導體雷射 時，InAlGaN層21可構成η型包覆層之至少一部分。根據該 厚度範圍，可構成在光封閉方面有用之包覆層。
InAlGaN層21與支持基體13形成第1接面J1。InAlGaN層 21與發光層17形成第2接面J2。第1接面J1上之錯配位錯密 度可為未滿1 X 105 cnT1。根據包含兩個接面Jl、J2之結 構，可使錯配位錯密度較小。 半極性主面1 3 a之法線軸Αχ與c軸向量VC0所成之傾斜角 α可為10度以上且80度以下之範圍、i者100度以上且170 度以下之範圍内。於該等角度範圍内，半極性面上之 AlGaN之特性與c面GaN基板上之應變AlGaN之行為不同。 半極性面上之AlGaN之c面相對於基底半導體層之表面而 145682.doc -24- 201034326 傾斜，傾斜之C面到達基底半導體層之表面。因此.，半極 性面上之AlGaN中被導入有以C面為主之滑移面之錯配位 錯，從而半極性面上之AlGaN產生晶格緩和。因此，於該 等角度範圍之GaN系半導體向基底之遙晶成長過程中，可 利用能夠降低内含應變之四元系InAlGaN。例如，四元系 In AlGaN可提供一種相較與該InAlGaN帶隙相同之AlGaN之 晶格常數d(AlGaN)而更接近於GaN之晶格常數d(GaN)的晶 格常數d(InAlGaN)。又’四元系InAlGaN可提供一種相較 與該InAlGaN折射率相同之AlGaN之晶格常數d(AlGaN)而 更接近於GaN之晶格常數d(GaN)的晶格常數d(InAlGaN)。 具體而言，晶格向量LVC0表示支持基體13之GaN之c軸 方向、及該c軸方向之晶格常數d0之大小，晶格向量LVC1 表示用於InAlGaN層21之半導體材料（無應變）之c軸方向、 及該c轴方向之晶格常數dl之大小。該晶格向量LVC0包含 法線軸Αχ之縱向成分v〇L、及與該縱向成分正交之橫向成 分V0T，晶格向量LVC1包含法線轴Αχ之縱向成分V1L、及 與該縱向成分正交之橫向成分V1T。以如下方式（縱向成 分、橫向成分）表記該等向量： LVC0=(V0l、V0T) LVC1=(V1l、VlT)。 於該表記中，橫向上之晶格失配度F21被定義為： F21=(V1T一V0T)/V0T 〇
InAlGaN層21之晶格失配度F21可為-0.15%以上。又，該晶 格失配度F2 1可為〇.2%以下。根據提供該範圍之晶格失配 145682.doc -25· 201034326 度F21之InAlGaN層21，由於該組成之InAlGaN之晶格常數 接近於GaN，因此可降低InAlGaN層21與基底層之界面上 之錯配位錯密度。藉由將四元系InAlGaN與GaN之晶格失 配保持為較低而使錯配位錯之導入減少。
InAlGaN 係 GaN、InN 及 A1N 之混合晶。於 GaN、InN及 A1N之各個中，a軸之晶格常數與c軸之晶格常數之比率並 不相同。因此，當於包含GaN之半極性主面上成長 InAlGaN時，於GaN與InAlGaN之界面上，無法同時實現正 交之2個方向上之晶格匹配。圖2係表示於GaN及應磊晶成 長於該GaN上之InAlGaN上，c轴之傾斜方向上之晶格常數 之關係的圖式。圖2(a)所示之InAlGaN處於無應變之狀 態，因此，InAlGaN之c轴、a轴及m軸之晶格常數係根據 該InAlGaN之In組成及A1組成而規定，並且係InAlGaN所固 有者。參照圖2(a)，其表示GaN之c轴向量VC1，如向量 VC 1所示，GaN之c轴向m轴方向傾斜《於該傾斜方向上， GaN之c面相對於GaN主面而傾斜。如圖2(b)所示，當於該 GaN上直接地、或者於對應GaN之晶格常數而產生有應變 之半導體上磊晶成長InAlGaN時，於c軸之傾斜方向上，關 於該GaN與InAlGaN之晶格失配，使用已說明之晶格失配 度F21「（VlT_V〇T)/VOT」則可為： -0.15%S F21 S 0.2%。 根據提供該範圍之晶格失配度F21之InAlGaN層21，該組成 之InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，藉由將四 元系InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低而使錯配位錯 145682.doc -26- 201034326 之導入減少。在將晶格失配設定於上述範圍以使投影C軸 之軸晶格匹配時，In AlGaN之與c軸之傾斜方向垂直之方向 上的晶格常數變得大於GaN之晶格常數（與傾斜方向垂直之 方向上的晶格常數）。 當GaN之c軸向a軸方向傾斜時，可規定相同之晶格失配 度，此時，使用晶格失配度F21「（VlT-V〇T)/VOT」，則亦 可為： -0.15%$ F21 $ 0.2%。 當半極性主面之傾斜方向係自GaN之c軸朝向m軸之方向 時，可規定a軸方向上之晶格失配度。GaN之a軸方向及該a 軸方向之晶格常數dON之大小係由晶格向量LVN0表示。該 晶格向量LVN0包含法線軸Αχ方向之縱向成分VONl、及與 縱向成分正交之橫向成分V0NT。用於InAlGaN(亦即， InxiAlYiGai_xi_YiN)層之半導體材料之a轴方向、及該a轴方 向之晶格常數dlN之大小係由晶格向量LVN1表示。晶格向 量LVN1包含法線軸Αχ方向之縱向成分VI Nl、及與縱向成 分正交之橫向成分V1NT。可以如下方式（縱向成分、橫向 成分）表記該等向量： LVN0=(V0Nl ' VONj) LVN1=(V1Nl、V1NT)。 於該表記中，橫向上之晶格失配度F2IN被定義為： F21N=(V1NT-V0NT)/V0NT。 參照圖3(a)，其表示GaN之c軸向量VC1，如向量VC1所 示，GaN之c軸向m軸方向傾斜。於該傾斜方向上，GaN之 145682.doc -27- 201034326 c面相對於GaN主面而傾斜。如圖3(b)所示，當於該GaN上 磊晶成長InAlGaN時，於a軸之方向上，關於該GaN與 InAlGaN之晶格失配，使用已說明之晶格失配度F21N 「（V1NT-V0NT)/V0NT」則可為： -0.15%$ F21N$ 0.2%。 根據提供該範圍之晶格失配度F21N之InAlGaN層21，該組 成之InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，故可降 低InwAl^Ga^xmN層與基底層之界面上之錯配位錯密 度。在將四元系InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低之 範圍下，錯配位錯之導入得以減少。 根據發明者等之見解，難以產生與半極性主面之傾斜方 向垂直之方向之晶格緩和。然而，藉由產生垂直方向之晶 格緩和而會導致於蟲晶成長之InxiAlYiGai_xi_YiN層上產生 穿透位錯。該位錯之產生會給元件特性帶來壞影響。又， 與半極性主面之傾斜方向平行之晶格匹配條件及偏離垂直 之晶格匹配條件在A1組成相對較高之InAlGaN中如圖所示 為不同。因此，當InAlGaN中之A1組成較高時，此處之條 件較為合適。 當GaN之c轴向a軸方向傾斜時，可規定相同之晶格失配 度，此時，使用晶格失配度F21N「（V1NT-V0NT)/V0NT， 則亦可為： -0.15%$ F21N$ 0.2%。 在將晶格失配設定於上述範圍並使與c軸之傾斜方向垂直 之方向上的晶格常數（例如a軸之晶格常數）晶格匹配時， 145682.doc • 28 - 201034326
InAlGaN之c轴之傾斜方向上的晶格常數會變得小於GaN之 晶格常數（c轴之傾斜方向上的晶格常數）。 當c轴之傾斜方向關於m轴之微小的偏離角實質上為零、 且c轴之傾斜方向朝m轴方向傾斜時，與傾斜方向正交之晶 格失配度F21N可使用與c轴及法線軸之雙方正交之方向上 之橫向成分來規定。 於GaN、InN及A1N之各個中，a轴之晶格常數與c轴之晶 格常數之比率並不相同，InAlGaN在對應GaN或GaN之晶 格常數而產生有應變之半導體與InAlGaN之界面上，無法 同時實現正交之2個方向上之晶格匹配。然而，根據發明 者等之見解，存在有於正交之2個方向上可實現的晶格失 配度之範圍。 如圖4所示，當於該GaN(或者對應GaN之晶格常數而產 生有應變之半導鳢）上磊晶成長InAlGaN時，於c軸之傾斜 方向上，關於該GaN與InAlGaN之晶格失配，使用已說明 之晶格失配度F21「（VlT-V〇T)/VOT」，則可為： -0·15%$ F21 $ 0%。 又，於a軸之傾斜方向上，關於該GaN與InAlGaN之晶格 失配，使用已說明之晶格失配度F21N「（V1NT-V0NT)/ VONt」，則可為： 0%S F21NS 0_2%。 其中，F21及F21N並不同時為零。晶格失配度F21、F21N 之關係表示以下之情況：c轴之傾斜方向上之InAlGaN之晶 格常數小於該方向上之GaN之晶格常數；與c轴之傾斜方 145682.doc -29- 201034326 向垂直之方向上之InAlGaN之晶格常數大於該方向上之
GaN之晶格常數。
InxlAlY1Ga丨·χ丨_γ丨N層21之In組成XI可為0.01以上，且該
In組成XI可為〇_〇6以下。根據該組成範圍，可使InAlGaN 之晶格常數接近於GaN之晶格常數，並且可對InAlGaN提 供用於包覆層之帶隙，故而該In組成之範圍為有用。
又，Ιηχ1Α1γ丨Ga^x丨_Y1N層之A1組成Y1可為〇.〇5以上，且 該A1組成Y1可為〇·30以下。由於可對InAlGaN提供用於包 覆層之帶隙，故而該A1組成之範圍為有用。 進而，InAlGaN層21之帶隙能量E21可為3.51電子伏特 (以1 eV為1.602x1019焦耳進行換算）以上，且該帶隙能量 E21可為3.63電子伏特以下。根據該帶隙能量範圍，可使 四το系InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，並且 可對InAlGaN層21提供用於包覆之折射率。
發光層17可包含活性層31及導光層37、39〇導光層”設 置於電子阻擋層2丨與活性層31之間。導光層”設置於 副GaN層27與活性層37之間。該發光層17之結構在用於 半導體雷射方面為有用。墓#屉 Λ, A , ^ 导九層37、39可包含例如非摻雜
InGaN、GaN等。 導光層37'39可包含1咖層。包覆層包含_之 件中，若增大InGaN導引層之I眺成，則發光效率會大 ==因可認為係包覆層與導引層之晶格失配較大 包含ΙΠ組成較大之材料時，可藉由使用包 咖之包覆層來維持發光效率。又，導光層37 145682.doc •30- 201034326
InGaN層之In組成可為0.02以上且為0.06以下。又，導光層 39之InGaN層之In組成可為0.02以上且為0.06以下。使用In 組成較高之導光層而可提高導光層之折射率，藉此使光封 閉性提高。 位於導光層37之InGaN層與支持基體13之間的半導體 層、與導光層37之InGaN層之界面上之錯配位錯密度可為 1 xlO5 cm·1以下。n侧包覆層包含AlGaN之元件中，當為了 • 謀求光封閉性之提高而提高導光層37之In組成時，會導入 . . 超出上述範圍之位錯，其結果導致發光效率降低。 位於導光層39之InGaN層與支持基體13之間的半導體 層、與導光層37之InGaN層之界面上之錯配位錯密度為 5xl〇3 cm·1以上。當使導光層39稍有緩和而使井層之應變 降低時，即便為能進行綠色發光之匕組成較高之井層，亦 可防止在井層與障壁層之界面上產生缺陷。 P型氮化鎵系半導體層丨9可包含例如電子阻擋層27及p型 • 虱化鎵系半導體層29。該等半導體層27、29之各自之c面 會與InAlGaN層21同樣地相對於法線轴Αχ而傾斜。電子阻 擋層27可包含例如AlGaN、InAlGaN等。ρ型氮化鎵系半導 體層29可包含例如AlGaN、InAlGaN、GaN等。又，p型氮 化鎵系半導體層29可包含P型氮化鎵系半導體包覆層33及ρ ^'，化鎵系半導體接觸層35。P型氮化鎵系半導體包覆層 〇 3例如A1GaN、InA1GaN等^ P型氮化鎵系半導體接 觸層35可包含例如AlGaN、InAlGaN、GaN等。又，於電 擋層27與P型氮化鎵系半導體包覆層33之間，亦可進 145682.doc -31 - 201034326 而包含導光層。 當電子阻擋層27包含四元系InuAlnGai.xmlSKiXXacl， 0<Y2<1 ’ 0<X2+Y2<1)時，該 InuAlnGaumN層（以下， 記作「InAlGaN層」）27之代表性之c面Sc3會與c面Scl同樣 地相對於法線軸Αχ而傾斜。於InAlGaN層27與發光層17之 接面J 3上，錯配位錯減少。 於半極性面上之AlGaN上，導入有以c面為主之滑移面 之錯配位錯，從而導致半極性面上之AlGaN產生晶格緩 和。因此’於具有該等角度範圍之半極性主面之發光層向 基底蟲晶成長過程中，可利用能降低内含應變之四元系 InAlGaN。例如，四元系InAlGaN可提供一種相較與該 InAlGaN帶隙相同之AlGaN之晶格常數d(AlGaN)而更接近 於GaN之晶格常數d(GaN)的晶格常數d(InAlGaN)。又，四 元系InAlGaN可提供一種相較與該inAiGaN折射率相同之 AlGaN之晶格常數d(AlGaN)而更接近於GaN之晶格常數 d(GaN)的晶格常數 d(InAlGaN)。 具體而言，晶格向量LVC2表示用於InAlGaN層21之半導 體材料（無應變）之c轴方向、及該c軸方向之晶格常數们之 大小。該晶格向量LVC2包含法線軸Αχ方向之縱向成分 V2L、及與該縱向成分正交之橫向成分v2T。以如下方式 (縱向成分、橫向成分）表記該等向量： LVC2=(V2l、V2T)。 於該表記中，c轴橫向上之晶格失配度F27被定義為： F27=(V2t -V〇t)/V〇t ° 145682.doc -32- 201034326 於此 ’ LVCO=(V〇l、ν〇τ)。InAlGaN層 27之晶格失配度 F27 可為-0.5%以上。而且晶格失配度j?27可為0.2%以下。根據 提供該範圍之晶格失配度F27之InAlGaN層27，由於該組成 之InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，因此可降 低InAlGaN層27與基底之發光層丨7之界面上的錯配位錯密 度。藉由將四元系InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低 而使錯配位錯之導入減少。 當GaN之c轴向m軸之方向傾斜時，於該傾斜方向上， GaN之c面相對於GaN主面而傾斜。當於該GaN上直接地、 或者於對應GaN之晶格常數而產生有應變之半導體上磊晶 成長InAlGaN時，於c軸之傾斜方向上，關於該GaN與 InAlGaN之晶格失配，使用已說明之晶格失配度F27 「F27=(V2T-V0T)/V0T」，則可為： -0.50/〇S F27S 0.2%。 根據提供該範圍之晶格失配度F27之InAlGaN層27，該組成 之InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，且藉由將 四元系InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低而使錯配位 錯之導入減少。在將晶格失配設定於上述範圍並使投影c 轴之轴晶格匹配時，InAlGaN之與c軸之傾斜方向垂直之方 向上的晶格常數大於GaN之晶格常數（與傾斜方向垂直之方 向上的晶格常數）。 當GaN之c轴向a轴之方向傾斜時，可規定相同之晶格失 配度，此時，使用晶格失配度F27「（V2T-V0T)/V0T j ，則 亦可為： 145682.doc •33· 201034326 -0.5%S F27S 0.2%。 當半極性主面之傾斜方向係自GaN之c軸朝向m軸之方向 時，可規定a軸方向上之晶格失配度。GaN之a轴方向、及 該a轴方向之晶格常數dON之大小係由晶格向量LVN0表 示。該晶格向量LVN0包含法線抽Αχ方向之縱向成分 V0NL、及與縱向成分正交之橫向成分V0NT。用於InAlGaN 層（亦即，111)(2八172〇&1_5{2-丫21^層27)之半導體材料之&轴方 向、及該a軸方向之晶格常數d2N之大小係由晶格向量 LVN2表不。晶格向置L VN2包含法線轴Αχ方向之縱向成分 V2NL、及與縱向成分正交之橫向成分V2NT。以如下方式 (縱向成分、橫向成分）表記該等向量： LVN0=(V0Nl ' VONT) LVN2=(V2Nl、V2NT)。 於該表記中，橫向上之晶格失配度F27N被定義為： F27N=(V2NT-V0NT)/V0NT。 當於GaN上磊晶成長InAlGaN時，於a轴之方向上，關於 該GaN與InAlGaN之晶格失配，使用已說明之晶格失配度 F27N「（V2NT-V0NT)/V0NT」，則可為-〇.5%S F27NS 0.2%。 根據提供該範圍之晶格失配度F27N之InAlGaN層27，該組 成之InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，故可降 低InuAlYsGa^x^^N層27與基底層之界面上之錯配位錯密 度。在將四元系InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低之 範圍下，錯配位錯之導入得以減少。 根據發明者等之見解，難以產生與半極性主面之傾斜方 145682.doc -34- 201034326 向垂直之方向之晶格緩和。然而，藉由該垂直方向之晶格 缓和而會導致於蟲晶成長之InX2AlY2Gai_x2.Y2N層27上產生 穿透位錯。該位錯之產生會給元件特性帶來壞影響。又， 於A1組成相對較高之InAlGaN中，與半極性主面之傾斜方 向平行之晶格匹配條件及偏離垂直之晶格匹配條件不同， 因此當InAlGaN之A1組成較高時，此處之條件較為合適。 In^Al^GauhwN層27為電子阻擋層，因此該電子阻擋層 包含A1組成相對較高之InAlGaN。滿足與半極性主面之傾 ^ 斜方向垂直之方向之晶格失配度之規定能提供良好的元件 特性，故較佳。 當GaN之c軸向a軸之方向傾斜時，可規定相同之晶格失 配度，此時，使用晶格失配度F27N「（V2NT-V0NT)/V0NT」， 則亦可為： -0.5%$ F27NS 0·2%。 在將晶格失配設定於上述範圍，並使與c軸之傾斜方向垂 ^ 直之方向上的晶格常數（例如a軸之晶格常數）晶格匹配時， InAlGaN之c軸之傾斜方向上的晶格常數小於GaN之晶格常 數（c軸之傾斜方向上的晶格常數）。 當不存在c軸之傾斜方向關於m軸之微小的偏離角，且c 軸之傾斜方向朝m軸之方向傾斜時，與傾斜方向正交之晶 格失配度F27N可使用與c軸及法線軸之雙方正交之方向上 的橫向成分來規定。 圖5係表示InAlGaN(In組成=0.02、0.05)之A1組成、與c 軸及a軸方向上之晶格失配度之關係的圖式。參照圖5(a)， 145682.doc -35- 201034326 其表示In組成相對較低之InAlGaN之c轴及a軸方向上的晶 格失配度。於In組成較低時，晶格匹配所需之A1組成較 低。此時，不管使a軸、c軸之任一者晶格匹配，另一者之 晶格失配度均較小。參照圖5(b)，其表示In組成相對較高 之InAlGaN之c轴及a轴方向上的晶格失配度。於In組成較 高時，晶格匹配所需之A1組成較高。此時，若使一方晶格 匹配，則另一方之晶格失配度會變得非常大。若於a轴方 向上緩和，則有可能產生穿透磊晶膜之缺陷，因此使a轴 之晶格失配度較小為佳。
InX2Alγ2Gal_x2-Y2N層27之In組成X2可為0.01以上，且該 In組成X2可為0.06以下。根據該組成範圍，可使InAlGaN 之晶格常數接近於GaN之晶格常數，並且不會增大對 InAlGaN提供用於電子阻擋層之帶隙之A1組成，故而該In 組成之範圍為有用。
InuAlnGabxmN層27之A1組成Y2可為0.05以上，且該 A1組成Y2可為0.30以下。由於可對InAlGaN提供用於電子 阻擋層之帶隙，故而該A1組成之範圍為有用。 p型氮化鎵系半導體包覆層33與Inx2AlY2Gai_X2-Y2N層27 形成接面J4。P型包覆層33包含InnAlnGabxmlSKiXXScl， 0<Υ3<1，〇<Χ3+Υ3<1)層，InX3AlY3Ga!.x3-Y3N 層構成 p型包 覆層33之至少一部分。於接下來之說明中，p型包覆層33 包含InjAlnGabxmN層33(以下，記作「InAlGaN層 33」）。該InAlGaN層33之厚度可為300 nm以上。又’該 InAlGaN層33之厚度可為1500 nm以下。當除InAlGaN層21 145682.doc -36- 201034326 之外還使用有InAlGaN層33時，於以夾持發光層17之方式 設置之P型半導體層19及η型半導體層15上，錯配位錯得以 減少。 於半極性面上之AlGaN上，導入有以c面為主之滑移面 之錯配位錯，從而引起半極性面上之AlGaN產生晶格緩 和。因此，於具有半極性主面之發光層向基底之磊晶成長 過程中，可利用能降低内含應變之四元系InAlGaN。例 如，四元系InAlGaN可提供一種相較與該InAlGaN帶隙相 同之AlGaN之晶格常數d(AlGaN)而更接近於GaN之晶格常 數d(GaN)的晶格常數d(InAlGaN)。又，四元系InAlGaN可 提供一種相較與該InAlGaN折射率相同之AlGaN之晶格常 數d(AlGaN)而更接近於GaN之晶格常數d(GaN)的晶格常數 d(InAlGaN)。 具體而言，晶格向量LVC3係由用於InAlGaN層33之半導 體材料（無應變）之c軸方向、及該c軸方向之晶格常數d3之 大小來表示。該晶格向量LVC3包含法線軸Αχ之縱向成分 V3L、及與該縱向成分正交之橫向成分V3T。以如下方式 (縱向成分、橫向成分）表記該向量： LVC3=(V3l、V3T) 〇 於該表記中，（；軸橫向上之晶格失配度F33被定義為： F33 = (V3T-V0T)/V0T。 晶格向量LVCO=(VOl、V0T)。InAlGaN層33之晶格失配度 F33可為-015%以上。而且晶格失配度f33可為〇·2%以下。 根據提供該範圍之晶格失配度F33iInAiGaN層33，該組成 145682.doc -37- 201034326 之InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，因此可降 低InAlGaN層33與基底之電子阻擋層27之界面上的錯配位 錯密度。藉由將四元系InAlGaN與支持基體13之GaN之晶 格失配保持為較低而使錯配位錯之導入減少。 參照圖2、圖3及圖4來對InAlGaN層33之應變進行說明。 參照圖2(a)，其表示GaN之c轴向量VC1，如向量VC1所 示，GaN之c轴向m轴之方向傾斜。於該傾斜方向上，GaN 之c面相對於GaN主面而傾斜。如圖2(b)所示，當於該GaN 上直接地、或者在對應GaN之晶格常數而產生有應變之半 導體上磊晶成長InAlGaN時，於c軸之傾斜方向上，關於該 GaN與InAlGaN之晶格失配，使用已說明之晶格失配度F33 「（V3T-V0T)/V0T」，則可為： -0.15%S F33 S 0.2%。 根據提供該範圍之晶格失配度F33之InAlGaN層33，該組成 之InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，且藉由將 四元系InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低而使錯配位 錯之導入減少。在將晶格失配設定於上述範圍並使投影c 軸之軸晶格匹配時，InAlGaN之與c軸之傾斜方向垂直之方 向上的晶格常數大於GaN之晶格常數（與傾斜方向垂直之方 向上的晶格常數）。 當GaN之c轴向a轴之方向傾斜時，可規定相同之晶格失 配度，此時，使用晶格失配度F33「（V3T-V0T)/V0T」，則 亦可為： -0.15%S F33$ 0.2%。 145682.doc •38· 201034326 當半極性主面之傾斜方向係自GaN之c軸朝向m軸之方向 時，可規定a軸之方向上之晶格失配度。如已說明般， GaN之a軸方向、及該a軸方向之晶格常數dON之大小係由 晶格向量LVN0表示。該晶格向量LVN0包含法線軸Αχ方向 之縱向成分VONl、及與縱向成分正交之橫向成分VONt。 用於InAlGaN(亦即，InnAlwGauhDN)層之半導體材料之 a軸方向、及該a軸方向之晶格常數d3N之大小係由晶格向 量LVN3表示。晶格向量LVN3包含法線軸Αχ方向之縱向成 分V3NL、及與縱向成分正交之橫向成分V3NT。以如下方 式（縱向成分、橫向成分）表記該等向量： LVN0=(V0Nl、V0NT) LVN3=(V3Nl、V3NT)。 於該表記中，橫向上之晶格失配度F33N被定義為： F33N=(V3NT-V0NT)/V0NT。 參照圖3(a)，其表示GaN之c軸向量VC1，如向量VC1所 示，GaN之c軸向m轴之方向傾斜。於該傾斜方向上，GaN 之c面相對於GaN主面而傾斜。如圖3(b)所示，當於該GaN 上磊晶成長InAlGaN時，於a軸之方向上，關於該GaN與 InAlGaN之晶格失配，使用已說明之晶格失配度F33N 「（V3NT-V0NT)/V0NT」，貝'J 可為： -0.15%S F33NS 0.2%。 根據提供該範圍之晶格失配度F33N之InAlGaN層33，該組 成之InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，故可降 低InuAlnGa^x^YsN層與基底層之界面上之錯配位錯密 145682.doc -39- 201034326 度。在將四元系InAlGaN與GaN之晶格失配保持為較低之 範圍下，錯配位錯之導入得以減少。 根據發明者等之見解，難以產生與半極性主面之傾斜方 向垂直之方向之晶格緩和。然而，藉由產生垂直方向之晶 格緩和而會導致於蠢晶成長之InX3 AlY3Ga〗_x3-Y3 N層上產生 穿透位錯。該位錯之產生會給元件特性帶來壞影響。又， 與半極性主面之傾斜方向平行之晶格匹配條件及偏離垂直 之晶格匹配條件在A1組成相對較高之InAlGaN中如圖示為 不同。因此，當InAlGaN之A1組成較高時，此處之條件較 為合適。 當GaN之c軸向a軸之方向傾斜時，可規定相同之晶格失 配度，此時，使用晶格失配度F33N「（V3NT-V0NT)/V0NT」， 則亦可為： -0.15%$ F33NS 0.2%。 在將晶格失配設定於上述範圍，並使與c軸之傾斜方向垂 直之方向上的晶格常數（例如a軸之晶格常數）晶格匹配時， InAlGaN之c軸之傾斜方向上的晶格常數小於GaN之晶格常 數（c軸之傾斜方向上的晶格常數）。 當c軸之傾斜方向關於m軸之微小的偏離角實質上為零， 且c軸之傾斜方向朝m軸方向傾斜時，與傾斜方向正交之晶 格失配度F3 3N可使用與c軸及法線軸之雙方正交之方向上 的橫向成分來規定。
於GaN、InN及A1N之各個中，a軸之晶格常數與c軸之晶 格常數之比率並不相同，因此InAlGaN在對應GaN或GaN 145682.doc -40- 201034326 之晶格常數而產生有應變之半導體與InAlGaN之界面上， 無法同時實現正交之2個方向上之晶格匹配。然而，根據 發明者等之見解，存在有於正交之2個方向上可實現的晶 格失配度之範圍。 如圖4所示，當於該GaN(或者對應GaN之晶格常數而產 生有應變之半導體）上磊晶成長InAlGaN時，於c軸之傾斜 方向上，關於該GaN與InAlGaN之晶格失配，使用已說明 之晶格失配度F33「（V3T-V0T)/V0T」，則可為： -0.15〇/〇S F33 $ 0%。 又，於a軸之傾斜方向上，關於該GaN與InAlGaN之晶格失 配，使用已說明之晶格失配度F33N 「（V3NT-V0NT)/V0NT」，則可為： 0%$ F33NS 0.2% 〇 其中，F33及F33N並不同時為零。晶格失配度F33、F33N 之關係表示以下情況：c轴之傾斜方向上之InAlGaN的晶格 常數小於該方向上之GaN的晶格常數；與c軸之傾斜方向 垂直之方向上的InAlGaN之晶格常數大於該方向上的GaN 之晶格常數。 用於p型包覆層之InAlGaN層33之In組成X3可為0.01以 上，且該In組成X3可為0.06以下。根據該組成範圍，可使 InAlGaN之晶格常數接近於GaN之晶格常數，並且可提供 用於包覆層之帶隙，故而該In組成範圍之InAlGaN為有 用。 用於p型包覆層之InAlGaN層33之A1組成Y3可為0.05以 145682.doc •41 · 201034326 上，且該A1組成Y3可為0_30以下。由於能提供用於包覆層 之帶隙，故而該A1組成範圍之InAlGaN為有用。 P型氮化鎵系半導體接觸層35與InAlGaN層33形成接面 J5。P型接觸層35可包含例如AlGaN、GaN等。 氮化物半導體光元件11可包含設置於接觸層35上之第J 電極41 (例如陽極），第1電極41經由絕緣體層43之開口 43 a 而與接觸層3 5接觸。開口 43a形成為於X軸方向延伸之條紋 形狀。絕緣體層43覆蓋接觸層35。作為第1電極41，使用 例如Ni/Au。氮化物半導體光元件11可包含設置於支持美 體13之背面13b上之第2電極45(例如陰極），第2電極45包含 例如Ti/A卜 活性層1 7應對施加於電極41、4 5間之外部電壓而生成光 L1 ’本實施例中，半導體光元件11包含端面發光元件。於 該活性層1 7中，壓電電場較小。 半極性主面13a之傾斜角可為63度以上且8〇度以下之範 圍、或者100度以上且117度以下之範圍内。根據發明者等 之見解，於該等角度範圍内，容易引起c面滑移面之錯配 位錯之產生。又，於上述之角度範圍内，可降低壓電電場 之影響。 依照圖6、圖7、圖8所示之步驟，以有機金屬氣相成長 法而於GaN基板上製作氮化物半導體發光元件及磊晶基 板。作為用於磊晶成長之原料，可使用三甲基鎵（TM(3， trimethylgallium)、三甲基銦（TMI，uimethyl indium)、三 曱基鋁（TMA，trimethylamine)、氨（NH3)、矽烷（SiH4)、雙 145682.doc •42- 201034326 環戊二烯基鎂（Cp2Mg)。 於步驟S101中，準備GaN基板51。如圖6(a)所示，GaN 基板51具有半極性主面51a，其傾斜角為10度以上且80度 以下之範圍、或者100度以上且170度以下之範圍内。c軸 之傾斜方向可為m轴及a軸之方向中之任一者。例如，當基 板主面自c面以75度之角度向m軸方向傾斜時，該傾斜面示 為（20-21)面。基板主面被施以鏡面研磨。 於GaN基板5 1上以如下條件進行磊晶成長。首先，步驟 S102中，將GaN基板51設置於成長爐10内。其後，如圖 6(b)所示，於攝氏1050度之溫度下，一面向成長爐10供給 包含NH3及H2之氣體G0—面進行熱處理。 該熱處理之後，於步驟S103中，如圖6(c)所示，將原料 氣體G1供給至成長爐10中而成長η型GaN系半導體區域 53。例如，於攝氏1050度時，將原料氣體供給至成長爐10 中而成長Si摻雜GaN層55。該原料氣體包含例如TMG、 NH3、SiH4。η型GaN層55之厚度例如為500奈米。GaN基板 51及GaN層55可提供用於半導體發光元件11之支持基體。 然後，例如於攝氏840度，將原料氣體供給至成長爐中而 成長Si摻雜InAlGaN層57。該原料氣體包含TMG、TMI、 TMA、NH3、SiH4。InAlGaN層57之厚度例如為1·5微米。 由於該InAlGaN層57成長於半極性面上，因此InAlGaN層 57之c面相對於GaN基板51之主面51a之法線而傾斜。然 而，InAlGaN層57具有III族組成，其提供一種相較具有與 該InAlGaN層57相同帶隙之AlGaN之晶格常數而更接近於 145682.doc -43- 201034326
GaN之晶格常數的晶格常數。根據InAlGaN層57之上述組 成，錯配位錯之導入受到抑制，從而晶格緩和之產生得以 抑制。於最佳實施例中，InAlGaN層57之晶格常數係與 GaN晶格匹配。然而，本實施例並不限定於此。 接著，將原料氣體G2供給至成長爐10，於InAlGaN層57 上形成發光層59。首先，以攝氏840度之基板溫度將原料 氣體供給至成長爐10,成長導光層61。原料氣體包含例如 TMG、TMI、NH3。導光層61之c面因應於基板主面而傾 斜。導光層61可為例如非摻雜InGaN層。非摻雜InGaN層 之厚度例如為1 〇〇 nm。InGaN層之In組成例如為0.03。 其次，成長量子井結構之活性層63。於障壁層成長步驟 中，以成長溫度T1之基板溫度將原料氣體供給至成長爐， 於導光層61上成長活性層63之障壁層。該障壁層可包含例 如非摻雜GaN，成長温度T1可為例如攝氏840度。該原料 氣體包含TMG、NH3。該GaN層之厚度為15 nm。於障壁層 成長後，中斷成長而自溫度T1變更為溫度T2。以溫度T2 之基板溫度將原料氣體供給至成長爐10,於障壁層上成長 活性層61之井層。該井層可包含例如非換雜InGaN，成長 溫度T2可為例如攝氏790度。該原料氣體可包含TMG、 TMI、NH3。該InGaN層之厚度為3 nm，In組成為0.18。之 後，重複進行障壁層及井層之成長而完成活性層63之成 長。活性層63内之井層及障壁層之c面因應於基板主面之 傾斜而同樣地傾斜。 於活性層63成長之後，以攝氏840度之基板溫度將原料 145682.doc -44- 201034326 氣體供給至成長爐10而成長導光層65。導光層65之c面因 應於基板主面之傾斜而同樣地傾斜。導光層65可為例如非 掺雜InGaN層。原料氣體可包含例如TMG、TMI、NH3。非 掺雜InGaN層之厚度例如為100 nm。InGaN層之In組成例如 為 0.03 。 於發光層59成長之後，在步驟S105中，將原料氣體G3 供給至成長爐10而成長電子阻擋層67。電子阻擋層67可包 含例如AlGaN或InAlGaN。當電子阻擋層67包含AlGaN 時，基板溫度可為例如攝氏1000度。當電子阻擋層67包含 InAlGaN時，基板溫度可為例如攝氏840度。該基板溫度可 為攝氏800度以上且為攝氏900度以下。此時，藉由 InAlGaN電子阻擋層之成長而可降低朝向活性層之熱應 力。 於步驟S106中，將原料氣體G4供給至成長爐10而成長p 型包覆層69。p型包覆層69可包含例如AlGaN或InAlGaN。 當P型包覆層69包含AlGaN時，基板溫度可為例如攝氏 1000度。當p型包覆層69包含InAlGaN時，基板溫度可為例 如攝氏840度。該基板溫度可為攝氏800度以上且為攝氏 900度以下。此時，藉由成長p型InAlGaN包覆層69而可降 低朝向活性層之熱應力。 由於在發光層59成長之後以攝氏800度以上且攝氏900度 以下之成長溫度而成長電子阻擋層67及包覆層69，故而該 成長溫度低於AlGaN電子阻擋層及AlGaN包覆層之成長溫 度。因此，電子阻擋層67及包覆層69於成長過程中之熱應 145682.doc -45 - 201034326 力相對於發光層5 9而降低。 於步驟S107中，將原料氣體G5供給至成長爐10而成長p 型接觸層71。p型接觸層71可包含例如GaN、AlGaN或 InAlGaN。當p型接觸層71包含GaN時，基板溫度可為例如 攝氏1000度。當電子阻播層67及包覆層69包含In AlGaN 時，p型接觸層71之基板溫度可為例如攝氏840度。該基板 溫度可為攝氏800度以上且為攝氏900度以下。此時，藉由 成長p型InAlGaN接觸層而可降低朝向活性層之熱應力。
GaN基板之半極性面上之活性層對於p層成長時之高溫 較為敏感，於p層成長過程中容易劣化。於最適於p型區域 向c面成長之溫度（例如攝氏1000度左右）下，特別是在成長 出長波長之活性層時大量的暗區域會擴展。此處，暗區域 係指螢光顯微鏡像中之非發光區域。可藉由降低P層成長 溫度、或者增大較低之P層成長溫度之期間而防止因P層成 長時之南溫所導致的暗區域之擴展。 於步驟S108中，自成長爐10中取出用於氮化物半導體發 光元件之磊晶晶圓E。該磊晶基板E包括：基板5 1、該基板 5 1 之 Inxl AlyiGa丨_Χ1_Υ丨N層 57、包含 InAlGaN層 57上之 InGaN 層之發光層59、及發光層59上之p型氮化鎵系半導體層 71。InAlGaN層57之c面相對於GaN基板51之主面51a之法 線軸而傾斜。 該磊晶基板E上，於發光層59之InGaN層與GaN基板51之 間設置有InAlGaN層57。該InAlGaN層57之帶隙為六方晶 系GaN之帶隙以上，因此可提供一種能封閉向發光層61之 145682.doc -46- 201034326 載流子及光的封閉效果。又，InAlGaN層57之厚度較量子 井結構更厚，因此若為具有與InAlGaN層57相同帶隙之 AlGaN則容易產生錯配位錯。雖InAlGaN層57之c面相對於 法線轴而傾斜，但藉由基於四元系InAlGaN層之組成所進 行之晶格常數的調整，使得以c面為主之滑移面之錯配位 的之密度相較AlGaN降低更多。 該磊晶基板E進而包括設置於p型氮化鎵系半導體層71與 發光層59之間的電子阻擋層67。電子阻擋層67可包含 InuAlwGai.xi-YzN層。該InAlGaN層之c面相對於上述法線 軸而傾斜。由於電子阻播層67包含該四元系InAlGaN層， 因此在電子阻擋層67與發光層59之接面上，錯配位錯減 少 〇 又’該蟲晶基板E進而包括設置於p型氮化蘇系半導體層 71與發光層59之間的p型包覆層69。p型包覆層69可包含 Inx3 A1Y3 Ga 1-乂3-¥3^'層。該111八1〇3]^層之0面相對於上述法線 轴而傾斜。包覆層69包含四元系InAlGaN層，因此在包覆 層69與電子阻擋層67之接面上，錯配位錯減少。又，亦可 於電子阻擋層67與p型包覆層69之間進而包括導光層。該 情形時，包覆層69包含四元系InAlGaN層，因此於包覆層 69與導光層之接面上，錯配位錯減少。 接著，於該磊晶基板E之p型GaN接觸層71上形成p電極 (Ni/Au)及p焊墊電極（Ti/Au)，並且於GaN基板5 1之研磨背 面形成η電極（Ti/Al)。其後，以電極退火（例如攝氏550 度、1分鐘）進行處理。藉由該步驟而獲得氮化物半導體發 145682.doc -47- 201034326 光元件。 (實施例1) 準備具有（20-21)面之主面之半極性GaN基板80。（20-21) 面係以c面為基準並以75度之角度向^轴方向傾斜。於該 GaN基板80上，以有機金屬氣相成長法製作圖9所示之用 於半導體雷射結構之蟲晶積層結構。向成長爐供給氨及氫 氣，並以攝氏1050度之基板溫度來熱處理GaN基板80。熱 處理時間約10分鐘。於該前處理（熱清洗）進行之後，將 TMG、ΝΑ及SiH4供給至成長爐，並以攝氏1〇5〇度而於 GaN基板80上成長Si摻雜η型GaN層81。GaN層81之表面亦 表現出半極性。GaN層81之表面之法線向量vn相對於c轴 向量VC0而傾斜。於將基板溫度變更為攝氏840度之後， 將TMG、TMI、TMA、NH3及SiH4供給至成長爐，於Si摻 雜η型GaN層81上成長In〇.Q2Al〇_〇9Ga().89N包覆層82。該包覆 層82之厚度為1.5 μιη。In0.02Al0.09Ga0.89N之帶隙能量約為 3.54電子伏特（eV)。In〇.〇2Al〇,〇9Ga0.89N係與GaN大致晶格匹 配。η型包覆層82之c面相對於GaN層81之表面之法線向量 VN而傾斜。因此，該包覆層82上，能以c面為滑移面而生 成錯配位錯。然而，藉由四元系氮化鎵系半導體之利用而 使錯配位錯減少。 其後，成長發光層。首先，將TMG、TMI及NH3供給至 成長爐，並以攝氏840度而於η型In0.02Al0.09Ga0.89N層82上 成長非摻雜111().()3〇&().97>1導光層83&。該導光層83&之厚度為 100 nm。於該導光層83a上形成有活性層84。首先，以攝 145682.doc -48- 201034326 氏840度之基板溫度，將TMG、TMI及NH3供給至成長爐， 於非摻雜11^&>1層83&上成長0&1^障壁層84汪。該障壁層84& 之厚度為15 nm。其次，以攝氏790度之基板溫度而將 TMG、TMI及NH3供給至成長爐，於GaN障壁層84a上成長 非摻雜In〇.18GaQ.82N井層84b。該井層84b之厚度為3 nm。 同樣地重複進行障壁層84a及井層84b之成長，形成活性層 84。接下來，將TMG、TMI及NH3供給至成長爐，並以攝 氏840度而於活性層84上成長非摻雜In0.03Ga0.97N導光層 83b。該導光層83b之厚度為100 nm。 在將基板溫度變更為攝氏1000度之後，於導光層83b上 成長P型氮化鎵系半導體區域85。首先，將TMG、TMA及 NH3供給至成長爐，於導光層83b上成長AV^Gao.^N電子 阻擋層85a。電子阻擋層85a之厚度為20 nm。不變更基板 溫度而將TMG、TMA、NH3及Cp2Mg供給至成長爐，於電 子阻擋層85a上成長Mg摻雜p型AlG.o6Gao.94N包覆層85b。 又，不變更基板溫度而將TMG、NH3及Cp2Mg供給至成長 爐，於p型包覆85b上成長Mg摻雜p型GaN接觸層85c。藉由 該等步驟而製作出磊晶基板EP1。光致發光（PL， photoluminescence)波長之峰值波長為450 nm波段内。 同樣地，準備具有（20-21)面之主面之半極性GaN基板 80。於該GaN基板80上，以有機金屬氣相成長法製作圖10 所示之用於半導體雷射結構之磊晶積層結構。於磊晶積層 結構中，以攝氏1050度，於Si摻雜η型GaN層81上成長Si摻 雜 η 型 Alo.05Gao.95N 包覆層 89 以代替 In〇.〇2Al〇.〇9Ga〇.89N 包覆 145682.doc •49· 201034326 層82 °該包覆層89之厚度為1.5 μηι。η型包覆層89之c面相 對於GaN層81之表面之法線向量vn而傾斜。因此，於該包 覆層82上能以c面為滑移面而生成錯配位錯。Q5GaQ 95n 與GaN之晶格失配率為〇.2%。A1() Q5Ga() 95n之帶隙能量約 為3.54電子伏特（^)。 其後之蟲晶成膜係以在與上述相同之成長條件下進行。 以攝氏840度而於n型AlGaN包覆層89上成長非摻雜 In0.〇3Ga().97N導光層90a。該導光層90a之厚度為1〇〇 nm。於 該導光層90a上形成有活性層91 ^ (jaN障壁層91 a之成長溫 度為攝氏840度，該障壁層91 a之厚度為15 nm。井層9 lb之 成長溫度為攝氏790度，該井層91b之厚度為3 nm。於活性 層91上成長非推雜In〇_〇3Ga().97N導光層90b。該導光層90b 之厚度為100 nm。以攝氏looo度之基板溫度而於導光層 90b上成長AlmGaowN電子阻擋層93a、Mg掺雜p型 Al0.〇6Ga〇.94N包覆層93b、及Mg摻雜p型GaN接觸層93c，製 作出磊晶基板EC 1。光致發光（pl)波長之峰值波長為45〇 nm波段内。 於^6日日基板EP1、EC1上形成具有1〇 寬度之條紋窗之 矽氧化膜86之後’於ρ型氮化鎵系半導體區域85、93之上 表面形成Ni/Au電極。又，於GaN基板80之背面形成Ti/A1 電極87b。藉由該等步驟而製作出基板產品。 於電極形成之後’以800 μιη之間隔對該基板產品進行& 面解理而形成光共振器。又，於解理端面上，形成包含 Si〇2/Ti〇2之介電質多層膜而製作增益波導型半導體雷射 145682.doc -50- 201034326 LDl、LDC。 增盈波導型半導體雷射LD1之臨界電流為700 mA。另一 方面’增益波導型半導體雷射LDC之臨界電流為900 mA。 使用蠢晶基板EP1、EC1來進行X射線逆晶格匹配測定。 該測定結果顯示較厚的11型A1㈣5Ga() 95n包覆層產生晶格緩 和。由於產生晶格緩和而導致於界面JC丨上生成有錯配位 錯MF 〇 ▲ 另 方面’較厚的In〇_〇2Al〇.()9Ga()_89N層上未產生緩和。 響 該理由為’ n型四元系包覆層具有接近於GaN之晶格常 數°本實施例中，有意圖地選擇組成而成長與GaN大致晶 格匹配之1nG Q2Al〇.〇9Ga〇.89N層。其結果為，未緩和之η型包 覆層之發光層之發光效率優異，並表現出較低之臨界電 流。 (實施例2) 同樣地’準備具有（20_21)面之主面之半極性GaN基板 _ 80。於該GaN基板80上，以有機金屬氣相成長法製作如圖 11所示之用於半導體雷射結構之磊晶積層結構。於磊晶積 層結構中’以攝氏840度而於發光層上成長p型氮化鎵系半 •導體區域94 ’以代替P型氮化鎵系半導體區域85。於p型氮 化鎵系半導體區域94之成長過程中，依序成長 In0.〇2AlG.16Ga〇.82N 電子阻撐層 94a、Mg 捧雜 p 型 Ιη〇·〇2Α10 09Ga〇.89N 包覆層 94b、及 Mg播雜 p 型 GaN層 94c 成 長 例如，111〇.。2八1().16〇&。.821^之晶格失配率約為〇.27%， InowAlo 〇9Ga〇.89N係與GaN大致晶格匹配。電子阻擋層94a 145682.doc •51 - 201034326 之厚度為20 nm，ρ型包覆層94b之厚度為400 nm，p型接觸 層94c之厚度為50 nm。由於使用四元系InAlGaN，故而可 在相對較低之成長溫度下成長結晶性良好之電子阻擋層。 可在比攝氏1000度低的成長溫度下成長ρ型氮化鎵系半導 體區域94，因此可降低朝向發光層之熱應力。 於磊晶基板EP2上形成具有10 μιη寬度之條紋窗之矽氧化 膜86之後，於ρ型氮化鎵系半導體區域94之上表面形成 Ni/Au電極。又，於GaN基板80之研磨背面上形成Ti/Al電 極87b。藉由該等步驟而製作基板產品。於電極形成之 後，以800 μπι之間隔對該基板產品進行a面解理而形成光 共振器。又，於解理端面上形成包含Si02/Ti02之介電質多 層膜，製作出增益波導型半導體雷射LD2。增益波導型半 導體雷射LD2之臨界電流為600 mA。臨界電流較低之理由 顯示如下：可藉由使ρ型包覆層與GaN大致晶格匹配而減 少位錯；能以與發光層相同程度之較低之成長溫度而於發 光層上之ρ型半導體區域成膜從而降低發光層上之熱損 傷。 參照圖10說明錯配位錯。半導體雷射LDC具有接面 JC1 〜JC6。 以下說明接面JC1〜JC3。錯配位錯最容易被導入至接面 JC1〜接面JC3中之接面JC1，而最難被導入至接面JC3。根 據異質界面之晶格常數差，接面JC2之晶格常數差在接面 JCWC3中為最大，但因η型AlGaN層89較厚、且AlGaN中 之A1-N鍵牢固，故而錯配位錯容易被導入至接面JC1。接 145682.doc -52- 201034326 面JC 1之位錯密度例如為105 cnT1以上。 由於半極性面上之η型AlGaN層之c軸傾斜，故而c面成 為最具活性之滑移面。因此，接面J C1上，在由m軸及c軸 所規定之面内容易產生晶格緩和，而在由a軸及c軸所規定 之面内難以產生晶格緩和。所以，錯配位錯於a軸方向上 延伸。由此，產生異向之晶格緩和。 由於錯配位錯之導入而使η型AlGaN層中產生晶格緩 和。η型AlGaN層之應變得以部分釋放，從而該η型AlGaN 層具有接近於A1組成所固有之晶格常數的晶格常數。亦 即，發光層基底之AlGaN之晶格常數因上述晶格緩和而變 小。其結果為，自η型AlGaN層施加於發光層上之壓縮應 變增大。當接面JC1中導入有錯配位錯時，可認為發光層 上之壓縮應變會使發光效率降低。 接面JC2及JC3接近於發光層，故接面JC2及JC3上之位錯 會作為非發光中心而發揮作用，其結果導致發光效率降低 及載流子之注入效率降低。 使用四元系InAlGaN層來代替η型AlGaN包覆層，藉此使 得四元系InAlGaN層與基底GaN層之接面上之錯配位錯密 度降低至5xl04 cm·1以下。 以下說明接面JC4〜JC6。錯配位錯最容易被導入至接面 JC4〜接面JC6中之接面JC5，而最難被導入至接面JC6。由 於異質界面之晶格常數差較大，因此錯配位錯容易被導入 至接面JC5。圖10所示之電子阻擋層並未與GaN晶格匹 配。因此，接面JC5之位錯密度例如為1.5xlO5 cnT1以上。 145682.doc -53- 201034326 於P型半導體區域上，發光層附近之接面JC5中被導入有 錯配位錯。當該等位錯作為非發光中心而發揮作用時，會 使發光效率降低及載流子之注入效率降低。 不僅InAlGaN電子阻檔層，亦可藉由使用p型四元系 InAlGaN包覆層來代替p型AlGaN包覆層而使p型包覆層之 晶格常數接近於GaN之晶格常數。例如當p型包覆層與GaN 晶格匹配時，可將p型四元系InAlGaN包覆層與四元系 InAlGaN電子阻擋層之接面上之錯配位錯密度降低至5x1 〇4 cnT1以下。又，當四元系InAlGaN電子阻擋層與GaN晶格 &配時，可進一步降低p型四元系InAlGaN包覆層與四元系 InAlGaN電子阻擋層之接面上之錯配位錯密度。 (實施例3) 於具有（20-21)面之主面之半極性GaN基板上，製作520 nm波段之雷射結構。與此前之實施例同樣地準備具有（2〇_ 21)面之主面之半極性GaN基板80。於該GaN基板80上，以 有機金屬氣相成長法製作圖12所示之用於半導體雷射結構 LD3之蟲晶積層結構EP3。以攝氏1050度而於氣及氫氣之 氣體環境中對半極性GaN基板80進行10分鐘之熱處理後， 製作出以下之磊晶積層結構EP3。於半極性GaN基板80上 成長Si摻雜η型GaN層101，其厚度為500 nm。接著，將基 板溫度變更為攝氏840度之後，於Si摻雜η型GaN層101上成 長In〇.〇2Al〇.()9Ga〇,89N包覆層1〇2。該包覆層102之厚度為1.5 μιη。In〇.〇2Al().〇9Ga〇.89N與GaN大致晶格匹配。其後，成長 發光層。以攝氏840度而於n型ln()()2Al〇.()9Ga〇.89N層102上成 145682.doc •54· 201034326 長非摻雜InzGai.zN導光層l〇3a。成長In組成為若干之導光 層103a。該導光層1〇3 a之厚度為200 nm。於該導光層1〇3 a 上形成活性層104。首先，以攝氏840度之基板溫度而於非 摻雜InGaN層103a上成長GaN障壁層104a。該障壁層104a 之厚度為15 nm。其次’以攝氏740度之基板溫度而於GaN 障壁層104a上成長非摻雜ino ^Gao^oN井層l〇4b。該井層 104b之厚度為3 nm。於必要之情形時，同樣地重複進行障 壁層104a及井層l〇4b之成長而形成活性層1〇4。接著，以 攝氏840度而於活性層84上成長非摻雜inzGai_zN導光層 l〇3b。該導光層i〇3b之厚度為200 nm。將基板溫度變更為 攝氏1000度之後，於導光層l〇3b上成長p型氮化鎵系半導 體區域105。首先，於導光層i〇3b上成長Al〇.12Ga〇.88N電子 阻擋層105a。電子阻擋層l〇5a之厚度為20 nm。將基板溫 度變更為攝氏840之後，於電子阻擋層i〇5a上成長Mg摻雜 P 型 In0.02Al0.09Ga0.89N 包覆層 l〇5b，其厚度為 400 nm。然 後’於ρ型包覆層105b上成長Mg摻雜p型GaN接觸層l〇5c， 其厚度為50 nm。藉由該等步驟而製作出磊晶基板EP3。 進而，於GaN基板80上’以有機金屬氣相成長法製作圖 13所示之用於半導體雷射結構LDC3之磊晶積層結構 EPC3。於該磊晶積層結構Epc3之製作中，於GaN基板80 上成長 Al〇.Q6Ga〇_94N 包覆層 l〇2c 以代替 Ino.uAlo.ogGao.wN 包 覆層102。又’於電子阻擋層l〇5a上成長Mg摻雜ρ型 Al0.〇6Ga〇.94N包覆層 105d，以代替Mg摻雜ρ型In0.02Al0.09Ga0.89N 包覆層105b。 145682.doc -55- 201034326 於磊晶基板EP3、EPC3上形成具有1 0 μιη寬度之條紋窗 之矽氧化膜86之後，於ρ型氮化鎵系半導體區域94之上表 面形成Ni/Au電極。又，於GaN基板80之研磨背面上形成 Ti/Al電極87b。藉由該等步驟而製作基板產品。於電極形 成之後，以800 μιη之間隔對該基板產品進行a面解理而形 成光共振器。又，於解理端面上，形成包含Si02/Ti02之介 電質多層膜，從而製作出增益波導型半導體雷射LD3、 LDC3。 測定半導體雷射LD3、LDC3之自然放出光（LED模式下 之發光）。圖14係表示導光層之In組成與自然放出光之強度 之關係的圖式。
In組成，LD3，LDC3 0.01，1.00，0.80 ; 0.02，0.93，0.40 ; 0.03 ， 0.79 ， 0.40 ; 0.04，0.79，0.24 ; 0.05 » 0.71 ； 0.06，0.57。 當使導光層之In組成增加時，自然放出光之強度會降低。 半導體雷射LD3之強度降低相較半導體雷射LDC3之強度降 低更小。該差異可按如下方式來理解。認為其原因在於： 於半導體雷射LDC3中，AlGaN包覆層產生晶格緩和，對 AlGaN層而言，在導光層之In組成增大時，晶格失配相較 InAlGaN 層更大。藉由剖面 TEM(transmission electron 145682.doc -56- 201034326 microscope，穿透式電子顯微鏡）而測定蠢晶積層結構 EP3、EPC3之錯配位錯密度。 接面 JC7 : 2xl05 cm·1 ; 接面 JC8 : 2χ105 cm·1 ; 接面 JC9 : 5χ105 cnT1 ; 接面 J10 : 2xl04 cnT1。 於較佳實施形態中對本發明之原理已作圖示說明，但本 領域技術人員認識到，本發明可不脫離其原理地進行配置 ® 及詳細内容方面之變更。本發明並不限定於本實施形態所 揭示之特定之構成。因此，對來自申請專利範圍及其精神 範圍之所有的修正及變更請求權利。 【圖式簡單說明】 圖1係概略性地表示本實施形態之氮化物半導體發光元 件之圖式； 圖2(a)、（b)係表示於GaN及應磊晶成長於該GaN上之 • InAlGaN上，c軸之傾斜方向上之晶格常數之關係的圖式； 圖3(a)、（b)係表示於GaN及應磊晶成長於該GaN上之 InAlGaN上，與c軸之傾斜方向垂直之方向上之晶格常數之 _ 關係的圖式； 圖4係表示於GaN及應磊晶成長於該GaN上之InAlGaN 上，c軸之傾斜方向及與該方向垂直之方向上之晶格常數 之關係的圖式； 圖 5(a)、（b)係表示 InAlGaN(In 組成=0.02、0.05)中之 A1 組成、與c軸及a軸方向上之晶格失配度之關係的圖式； 145682.doc -57- 201034326 圖6(a)〜(c)係表示於GaN基板上製作氮化物半導體發光元 件及蟲晶晶圓之方法之主要步驟的圖式， 圖7(a)〜(c)係表示於GaN基板上製作氮化物半導體發光元 件及蟲晶晶圓之方法之主要步驟的圖式， 圖8(a)、（b)係表示於GaN基板上製作氮化物半導體發光 元件及蟲晶晶圓之方法之主要步驟的圖式， 圖9係概略性地表示實施例1中之包含製作於GaN基板上 之η型InAlGaN包覆層之半導體雷射結構的圖式； 圖10係概略性地表示包含製作於GaN基板上之η型AlGaN 包覆層之半導體雷射結構的圖式； 圖11係概略性地表示實施例2中之包含製作於GaN基板 上之η型及p型InAlGaN包覆層、以及InAlGaN電子阻播層 之半導體雷射結構的圖式； 圖12係概略性地表示實施例3中之包含製作於GaN基板 上之η型InAlGaN包覆層之半導體雷射結構的圖式； 圖13係概略性地表示製作於GaN基板上之η型AlGaN包覆 層之半導體雷射結構的圖式；及 圖14係表示導光層之In組成與自然放出光之強度之關係 的圖式。 【主要元件符號說明】 10 成長爐 11 氮化物半導體發光元件 13 支持基體 13a 半極性主面 145682.doc -58- 201034326
15 n型氮化鎵系半導體層 17 發光層 19 P型氮化鎵系半導體層 21 Inxi AlYiGam-YilS^ 23 量子井結構 23a 井層 23b 障壁層 27 電子阻擋層 29 P型氮化鎵系半導體層 31 活性層 33 P型氮化鎵系半導體包覆層 35 P型氮化鎵系半導體接觸層 37 ' 39 導光層 41、45 電極 43 絕緣體層 51 GaN基板 51a 半極性主面 53 η型GaN系半導體區域 55 η型GaN層 57 InAlGaN 層 59 發光層 61 導光層 63 活性層 65 導光層 145682.doc -59- 201034326 67 69 71 Αχ Cx D21 D23 J1 、 J2 、 J3 LVCO、LVC1、 LVC2、LVC3
S
Scl 、 Sc2' Sc3 VN a 電子阻擋層 p型包覆層 P型接觸層 法線轴 基準軸 InAlGaN層之厚度 量子井結構之厚度 接面 晶格向量 正交座標系 c面 法線向量 傾斜角 145682.doc -60-

Claims (1)

  1. 201034326 七、申請專利範圍： 1· 一種氮化物半導體發光元件，其特徵在於包括： 支持基體’其包含六方晶系氣化鎵’且具有相對於與 該六方晶系氮化鎵之c軸正交之面而傾斜的半極性主 面； 發光層，其設置於上述支持基體上，且包含氮化嫁系 半導體； InxiAlyWaj-x卜Υ1Ν(0<Χ1<1，0<Υ1<1，χι+γι〈ι)層， ® 其設置於上述支持基體與上述發光層之間；及 Ρ型氮化鎵系半導體層；且 上述支持基體、上述InxlAlY1Gai_xl_Y1N層、上.述發光 層及上述ρ型氮化鎵系半導體層係沿上述支持基體之上 述半極性面之法線轴而依序排列， 上述發光層具有包含InGaN層之量子井結構， 上述11^1八1¥10&1_)(1711^層之厚度較上述量子井結構之 厚度更厚， 上述之帶隙為六方晶系氮化鎵之 帶隙以上， 上述InuAlYiGa^xmNt添加有η型摻雜劑， 上述Ιηχ1Α1γ10&1-Χ1_Υ1Ν層之c面相對於上述法線軸而傾 斜。 2·如請求項1之氮化物半導體發光元件，其中 上述六方ΒΒ系氮化鎵之c轴方向、及該^轴方向之晶格 常數d0之大小係由晶格向量LVCO表示， 145682.doc 201034326 用於上述Inxi AlYiGa^.xi.Yi層之半導體材料之c轴方 向、及該c轴方向之晶格常數d 1之大小係由晶格向量 LVC1表示， 上述晶格向量LVC0包含上述法線軸方向之縱向成分 V0L、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0T， 上述晶格向量L VC 1包含上述法線軸方向之縱向成分 V1L、及與上述縱向成分正交之橫向成分V1T， 橫向上之晶格失配度（乂11~-乂01〇斤(^為-0.15%以上， 上述晶格失配度（VlT-V〇T)/VOT為0.2%以下。 3.如請求項2之氮化物半導體發光元件，其中 上述晶格失配度（VlT-VOT)/V〇T為0%以下， 上述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之 c軸朝向該六方晶系氮化鎵之a軸及m軸之一者的方向， 上述六方晶系氮化鎵之a軸及m軸之另一者即第1結晶 軸之方向、與該第1結晶軸方向之晶格常數dON之大小係 由晶格向量LVN0表示， 用於上述Inxl八1¥1〇31_乂1-¥11^層之半導體材料之&軸及1]1 軸之另一者即第2結晶轴之方向、與該第2結晶軸方向之 晶格常數dlN之大小係由晶格向量LVN1表示， 上述晶格向量LVN0包含上述法線軸方向之縱向成分 VONl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0NT， 上述晶格向量LVN1包含上述法線軸方向之縱向成分 V1Nl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V1NT， 橫向上之晶格失配度（V1NT-V0NT)/V0NT為0%以上， 145682.doc 201034326 上述晶格失配度（V1NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 4.如請求項1之氮化物半導體發光元件，其中 上述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之 e軸朝向該六方晶系氮化鎵之a軸及m軸之一者的方向， 上述六方晶系氮化錄之a抽及m轴之另一者即第1社晶 軸之方向、與該第1結晶轴方向之晶格常數d〇N之大小係 由晶格向量LVN0表示， 用於上述InxiAlYiGa^xmN層之半導體材料之a軸及m 軸之另一者即第2結晶轴之方向、與該第2結晶軸方向之 晶格常數dlN之大小係由晶格向量LVN1表示， 上述晶格向量LVN0包含上述法線軸方向之縱向成分 V〇NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分ν〇Ντ ’ 上述晶格向量LVN1包含上述法線軸方向之縱向成分 vinl、及與上述縱向成分正交之橫向成分ν1Ντ， 橫向上之晶格失配度（V1NT-V0NT)/V0NT為-0.15%以 5. 上， 上述晶格失配度（V1NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 如請求項1、2、3或4之氮化物半導體發光元件，其中上 述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之 朝向該六方晶系氮化鎵之a軸的方向。 6. 如請求項1、2、3或4之氮化物半導體發光元件，其中上 述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之<^軸 朝向該六方晶系氮化鎵之m軸的方向。 7. 如請求項丨之氮化物半導體發光元件，其中 145682.doc 201034326 上述六方晶系氮化鎵之C軸方向、及該C軸方向之晶格 常數do之大小係由晶格向量LVC0表示， 用於上述InuAlwGa^xm層之半導體材料之c軸方 向、及該c軸方向之晶格常數d 1之大小係由晶格向量 LVC1表示， 上述晶格向量LVC0包含上述法線軸方向之縱向成分 V0L、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0T， 上述晶格向量LVC1包含上述法線軸方向之縱向成分 V1L、及與上述縱向成分正交之橫向成分V1T， 橫向上之之晶格失配度（VlT-V〇T)/VOT為-0· 15%以上， 上述晶格失配度（VlT-V〇T)/VOT為0%以下， 與上述六方晶系氮化鎵之c軸及上述法線軸垂直之結 晶軸之方向、及該結晶軸方向之晶格常數dON之大小係 由晶格向量LVN0表示， 與用於上述11^1八1¥10&1_)(1.¥1>1層之半導體材料之(：軸及 上述法線軸相垂直之結晶軸方向、及該結晶軸方向之晶 格常數dlN之大小係由晶格向量LVN1表示， 上述晶格向量LVN0包含上述法線軸方向之縱向成分 V0Nl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0NT， 上述晶格向量LVN1包含上述法線軸方向之縱向成分 VINl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V1NT， 橫向上之晶格失配度（V1NT-V0NT)/V0NT為0%以上， 上述晶格失配度（V1Nt-V0Nt)/V0Nt為0.2%以下。 8.如請求項1至7中任一項之氮化物半導體發光元件，其中 145682.doc 201034326 上述Ιηχ1Α1γ丨Ga丨·χ丨·Y1N層之In組成χι為0_01以上， 上述Ιηχ1Α1γ丨Gai.xmN層之In組成XI為0.06以下。 9·如請求項1至8中任一項之氮化物半導體發光元件，其中 上述111?£1八1¥1<33141-丫^層之八1組成丫1為〇.〇5以上， 上述Inx丨A1Y丨Ga丨·X1_Y1N層之A1組成γι為〇 30以下。 10·如請求項1至9中任一項之氮化物半導體發光元件，其中 上述InxiAlnGau^wN層之帶隙能量為3.51電子伏特 以上， 上述InuAlnGabXbwN層之帶隙能量為3·63電子伏特 以下。 11. 如請求項1至1〇中任一項之氮化物半導體發光元件，其中 上述InxlAlY1Ga丨-Χ1_γ丨Ν層之厚度為3 μιη以下， 上述InxlAlwGa丨-Χι_Υ1Ν層構成η型包覆層之至少—部 分。 12. 如請求項1至11中任一項之氮化物半導體發光元件，其中 上述Ιηχ1Α1Υ1〇&1_χ1_Υ1Ν層與上述支持基體形成第1接 面， 上述InxlAlY1Gai.xl_Y1>^與上述發光層形成第2接面， 上述第1接面之錯配位錯密度未滿lxl〇5 cm-i。 13. 如請求項1至12中任一項之氮化物半導體發光元件，其中 進而包括設置於上述p型氮化鎵系半導體層與上述發 光層之間的 InuAlYjGaumis^CXXlcl，〇<Y2<l， Χ2+Υ2<1)層， 上述InuAlnGaumN層係電子阻檔層， 145682.doc e 201034326 上述11^2入1丫2〇3112-72\層之0面相對於上述法線轴而傾 斜。 14. 如請求項13之氮化物半導體發光元件，其中 用於上述ΙηΧ2Α1γ2〇&ι_χ2-γ2Ν層之半導體材料之c轴方 向、及該c軸方向之晶格常數d2之大小係由晶格向量 LVC2表示， 上述晶格向量LVC2包含上述法線軸方向之縱向成分 V2L、及與上述縱向成分正交之橫向成分V2T， 橫向上之晶格失配度（V2T-V0T)/V0T為-0.5%以上， 上述晶格失配度為0.2%以下。 15. 如請求項13或14之氮化物半導體發光元件，其中 上述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之 c轴朝向該六方晶系氮化鎵之a軸及m軸之一者之方向， 上述六方晶系氮化鎵之a軸及m軸之另一者即第1結晶 軸之方向、及該第1結晶軸方向之晶格常數dON之大小係 由晶格向量LVN0表示， 上述晶格向量LVN0包含上述法線軸方向之縱向成分 VONl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0NT， 用於上述InX2AlY2Ga!_x2-Y2N層之半導體材料之a轴及m 軸之另一者即第1結晶軸之方向、及該第1結晶軸方向之 晶格常數d2N之大小係由晶格向量LVN2表示， 上述晶格向量LVN2包含上述法線轴方向之縱向成分 V2Nl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V2NT， 橫向上之晶格失配度（V2NT-V0NT)/V0NT為-0.5%以 145682.doc 201034326 上， 上述晶格失配度（V2NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 16. 如請求項13、14或15之氮化物半導體發光元件，其中上 述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之c軸 朝向該六方晶系氮化鎵之a軸之方向。 17. 如請求項13、14或15之氮化物半導體發光元件，其中上 述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之c軸 朝向該六方晶系氮化鎵之m軸之方向。 ® 18.如請求項13或14之氮化物半導體發光元件，其中 與上述六方晶系氮化鎵之c軸及上述法線軸垂直之結 晶軸方向、及該結晶軸方向之晶格常數dON之大小係由 晶格向量LVN0表示， 上述晶格向量LVN0包含上述法線軸方向之縱向成分 V0NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0NT， 與用於上述InX2AlY2Gai_x2_Y2N層之·半導體材料之c轴及 • 上述法線軸相垂直之結晶軸方向、及該結晶軸方向之晶 格常數d2N之大小係由晶格向量LVN2表示， 上述晶格向量LVN2包含上述法線軸方向之縱向成分 V2NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分V2NT， 橫向上之晶格失配度（V2NT-V0NT)/V0NT為-0.5%以 上， 上述晶格失配度（V2NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 19.如請求項1至18中任一項之氮化物半導體發光元件，其中 進而包括設置於上述p型氮化鎵系半導體層與上述發 145682.doc 201034326 光層之間的 ΙηΧ3Α1γ3〇3·ι·χ3-γ3Ν(0<Χ3<1 ’ 0<Υ3<1 ， Χ3+Υ3<1)層， 上述I η χ 3 A1 γ 3 G a 1 - χ 3 - γ 3 Ν層之厚度為3 0 0 η ηι以上’ 上述InuAlwGabxmN層構成p型包覆層之至少一部 分。 20. 如請求項19之氮化物半導體發光元件，其中 用於上述InyAlYsGauhYsN層之半導體材料之c軸方 向、及該c軸方向之晶格常數d3之大小係由晶格向量 LVC3表示， 上述晶格向量LVC3包含上述法線軸方向之縱向成分 V3L、及與上述縱向成分正交之橫向成分V3T， 橫向上之晶格失配度（¥3了-¥01〇斤(^為-0.15%以上， 上述晶格失配度為0.2°/。以下。 21. 如請求項20之氮化物半導體發光元件，其中 上述晶格失配度（V3T-V0T)/V0T為0%以下， 上述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之 c軸朝向該六方晶系氛化鎵之a軸及m軸之一者之方向， 上述六方晶系氮化鎵之a軸及m軸之另一者即第1結晶 軸之方向、及該第1結晶軸方向之晶格常數dON之大小係 由晶格向量LVN0表示， 用於上述InX3AlY3Gai_x3.Y3N層之半導體材料之a轴及m 軸之另一者即第3結晶軸之方向、及該第3結晶轴方向之 晶格常數d3N之大小係由晶格向量LVN3表示， 上述晶格向量LVN0包含上述法線轴方向之縱向成分 145682.doc 201034326 VONl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0NT， 上述晶格向量LVN3包含上述法線軸方向之縱向成分 V3NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分V3NT， 橫向上之晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為0%以上， 上述晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 22.如請求項20之氮化物半導體發光元件，其中 上述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之 c軸朝向該六方晶系氮化鎵之a軸及m軸之一者之方向， ® 上述六方晶系氮化鎵之a軸及m軸之另一者即第1結晶 軸之方向、及該第1結晶軸方向之晶格常數dON之大小係 由晶格向量LVN0表示， 用於上述11^3八173〇31_乂3-丫3^層之半導體材料之3轴及111 軸之另一者即第3結晶轴之方向、及該第3結晶軸方向之 晶格常數d3N之大小係由晶格向量LVN3表示， 上述晶格向量LVN0包含上述法線軸方向之縱向成分 • V0Nl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0NT， 上述晶格向量LVN3包含上述法線軸方向之縱向成分 V3NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分V3NT， 橫向上之晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為-0.15%以 上， 上述晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 23.如請求項21或22之氮化物半導體發光元件，其中上述半 極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化銶之c軸朝向 該六方晶系氮化鎵之a軸之方向。 145682.doc 201034326 24. 如請求項1、2、21或22之氮化物半導體發光元件，其中 上述半極性主面之傾斜方向係自該六方晶系氮化鎵之c 軸朝向該六方晶系氮化鎵之m軸之方向。 25. 如請求項20之氮化物半導體發光元件，其中 上述六方晶系氮化鎵之c轴方向、及該c軸方向之晶格 常數d0之大小係由晶格向量LVC0表示， 用於上述InX3AlY3Gai.x3-Y3N層之半導體材料之c轴方 向、及該c軸方向之晶格常數d3之大小係由晶格向量 LVC3表示， 上述晶格向量LVC0包含上述法線軸方向之縱向成分 V〇L、及與上述縱向成分正交之橫向成分voT， 上述晶格向量LVC3包含上述法線軸方向之縱向成分 V3L、及與上述縱向成分正交之橫向成分V3T， 橫向上之晶格失配度（¥3了-¥01〇斤0了為-0.15%以上， 上述晶格失配度（V3T-V0T)/V0T為0%以下， 與上述六方晶系氮化鎵之c軸及上述法線軸垂直之結 晶軸之方向、及該結晶軸方向之晶格常數dON之大小係 由晶格向量LVN0表示， 與用於上述InX3AlY3Gai_x3-Y3N層之半導體材料之c轴及 上述法線軸相垂直之結晶軸之方向、及該結晶軸方向之 晶格常數d3N之大小係由晶格向量LVN3表示， 上述晶格向量LVN0包含上述法線軸方向之縱向成分 VONl、及與上述縱向成分正交之橫向成分V0NT， 上述晶格向量LVN3包含上述法線軸方向之縱向成分 145682.doc •10· 201034326 V3NL、及與上述縱向成分正交之橫向成分V3NT， 橫向上之晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為0%以上， 上述晶格失配度（V3NT-V0NT)/V0NT為0.2%以下。 26.如請求項1至25中任一項之氮化物半導體發光元件，其中 上述發光層包含活性層及導光層， 上述導光層設置於上述InxlAlY1Gai_xl_Y1N層與上述活 性層之間， 上述活性層具有量子井結構。 ® 27.如請求項26之氮化物半導體發光元件，其中上述導光層 包含InGaN層，上述InGaN層之In組成為0.02以上且為 0.06以下。 28.如請求項27之氮化物半導體發光元件，其中位於上述導 光層之上述InGaN層與上述支持基體之間的半導體層、 與上述InGaN層之界面上的錯配位錯密度為lxlO5 cnT1以 上。 • 29.如請求項27至28中任一項之氮化物半導體發光元件，其 中位於上述導光層之上述InGaN層與上述支持基體之間 的半導體層、與上述InGaN層之界面上的錯配位錯密度 為 5χ 103 cm·1 以上。 30.如請求項26至29中任一項之氮化物半導體發光元件，其 中上述發光層進而包括其他導光層，上述其他導光層設 置於上述11^2入1¥2〇&1_乂2-丫21^層與上述活性層之間。 31.如請求項30之氮化物半導體發光元件，其中上述其他導 光層包括InGaN層，上述InGaN層之In組成為0.02以上且 145682.doc • 11 · 201034326 為0,06以下。 32. 如請求項1至31中任一項之氮化物半導體發光元件，其 中上述發光層被設置成能產生4〇〇 nm以上且550 nm以下 之波長範圍之光。 33. 如請求項1至32中任一項之氮化物半導體發光元件，其 中上述半極性主面之傾斜角為度以上且8〇度以下、及 100度以上且170度以下之範圍内。 34. 如凊求項1至33中任一項之氮化物半導體發光元件，其 中上述半極性主面之傾斜角為63度以上且80度以下、及 1〇〇度以上且117度以下之範圍内。 35· —種遙晶基板，其特徵在於：其係用於氮化物半導體發 光元件者，且 包括： 基板’其包含六方晶系氮化鎵，並具有相對於與該六 方晶系氮化鎵之c軸正交之面而傾斜之半極性主面； 發光層，其設置於上述基板上，並包含氮化鎵系半導 體； InuAlnGam.nNCiKXlcl，〇<γ1<：ι，χι+γι<1)層， 其設置於上述基板與上述發光層之間；及 Ρ型氮化鎵系半導體層；且 上述基板、上述InxlAlYlGaixiYiN層、上述發光層及 上述P型氮化鎵系半導體層係沿上述基板之上述半極性 面之法線轴而依序排列， 上述發光層具有包含InGaN層之量子井結構， 145682.doc •12· 201034326 結構之 上述Ir^AlnGaw^nN層之厚度較上述量子 厚度更厚， 之 上述InxlAlY1Ga卜X1-Y1N層之帶隙為丄 ▼ I卑馬，、方晶系氮化兹 帶隙以上， 録 上述InxlAlYlGai-X1_Y〗N層中添加有η型摻雜劑， 上述InxlAlYlGai_xl-YlN層之c面㈣於上述法線轴而傾 斜0 36.如請求項35之磊晶基板，其中 上述六方晶系氮化鎵之〇軸方向、及該e軸方向之晶格 常數d0之大小係由晶格向量lvco表示， 上述InxlAlY1Gai_xl_Y1N層之c軸方向、及該c軸方向之 晶格常數dl之大小係由晶格向量LVC1表示， 上述晶格向量LVC0包含上述法線軸方向之縱向成分 V〇L、及與上述縱向成分正交之橫向成分ν〇τ， 上述晶格向量LVC1包含上述法線軸方向之縱向成分 VIl、及與上述縱向成分正交之橫向成分νΐτ， c轴橫向上之晶格失配度（V1T-V0T)/V0T4 _〇·15%以 上， 上述晶格失配度為0.2%以下。 37. 如明求項35或36之蠢晶基板，其中上述半極性主面之傾 斜角為10度以上且80度以下之範圍、或100度以上且170 度以下之範圍内。 38. —種氮化物半導體發光元件之製作方法，其特徵在於： 包括如下步驟： 145682.doc -13- 201034326 準備基板’該基板包含六方晶系氮化鎵，且具有相對 於與該六方晶系氮化鎵之C軸正交之面而傾斜之半極性 主面； 一面添加η型摻雜劑，一面於上述基板之上述半極性 面上成長IndAlYiGaumls^iXXlcl，0<Υ1<1，χι+γι<ι) 包覆層； 於上述InxlAlY1Gai_xl.Y1N包覆層上形成包含氮化鎵系 半導體之發光層； 於上述發光層上成長Inx2AlY2Gaix2Y2N(〇<X2<1， ❹ 0<Y2<1 ’ X2+Y2<1)電子阻擋層；及 一面添加ρ型掺雜劑，一面於上述Inx2AlY2Gaix2Y2N電 子阻擔層上成長 InxsAlYsGai-xmNCOsXSci，〇<Υ3<1， Χ3+Υ3<1)包覆層；且 上述發光層具有包含InGaN層之量子井結構， 上述InuAl^Gai-xmN包覆層之厚度較上述量子井結 構之厚度更厚， 上述Inxl AlY1Gai-X1_Y1N包覆層之帶隙為六方晶系氮化 © 鎵之帶隙以上， 上述11^1人1¥10&1_)(1^1>1包覆層之(;面相對於上述法線轴 而傾斜， 上述InuAl^GaumN電子阻擋層之〇面相對於上述法 線軸而傾斜， 上述InuAlYsGam-^N包覆層之c面相對於上述法線轴 而傾斜。 145682.doc -14· 201034326 39.如請求項38之方法，其中進而包括 於上述Inx3AlY3Gai-X3-Y3N包覆層上成長p型氮化鎵系半 導體層之步驟， 上述Ir^Al^Ga^x^^N電子阻擔層之成長溫度為攝氏 800度以上且為攝氏900度以下， 上述Inx3AlY3Gai-X3_Y3N包覆層之成長溫度為攝氏綱度 以上且為攝氏900度以下，
    上述p型氮化鎵系半導體層 上且為攝氏900度以下。 之成長溫度為攝 氏800度以
    145682.doc
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