TW201330316A - 半導體發光元件、其製造方法、及半導體發光元件之製造系統 - Google Patents

半導體發光元件、其製造方法、及半導體發光元件之製造系統 Download PDF

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Abstract

可抑制所設計摻雜濃度及深度方向上之濃度分佈之製造差異(生產波動)且可改良及穩定發光輸出。本發明揭示：電容量測步驟，其中在形成p型電極11及n型電極12之後，電容量測區段量測該p型電極11與該n型電極12之間之電容；雜質濃度分佈計算步驟(未顯示)，其中雜質濃度分佈計算區段自所量測電容計算雜質濃度分佈；及第一雜質濃度分佈控制步驟(未顯示)，其中第一雜質濃度分佈控制區段藉由控制MOCVD區段實施控制，從而可在下一批次或基板中形成發光層時獲得最大發光輸出，且將所計算雜質濃度分佈之最低值作為表徵量。

Description

半導體發光元件、其製造方法、及半導體發光元件之製造系統
本發明係關於半導體發光元件(例如綠色、藍色或紫外區域之氮化物化合物半導體發光元件)及其製造方法及用於此半導體發光元件之製造方法中之導體發光元件製造系統。
此非臨時申請案在35 U.S.C.§119(a)下主張2011年11月30日提出申請之專利申請案第2011-262698號(其全部內容以引用方式併入本文中)之優先權。
傳統上，在此類習用氮化物半導體發光元件中，氮化物化合物半導體發光元件廣泛用作綠色、藍色或紫外區域之半導體發光元件。然而，存在進一步改良氮化物化合物半導體發光元件之除發光強度外各種特性之空間。具體而言，就靜電放電耐受電壓而言，與基於鎵或砷之半導體發光元件或基於銦或磷之半導體發光元件相比，其明顯更為便宜且預計靜電放電耐受電壓得以實質性改良。
此處，為改良習用氮化物半導體發光元件之發光輸出，在下列所引用參考文獻1及2中闡述關於摻雜作用層(發光層)之各種結構之提議。
專利文獻1闡述藉由依序層壓非摻雜InGan量子井層及摻雜有n型雜質之GaN障壁層來形成作用層。另外，其闡述此摻雜有n型雜質之GaN障壁層在接觸上述InGaN量子井層之表面上提供有防擴散膜。其闡述此防擴散膜包括低於 GaN障壁層之濃度之n型雜質。
圖5係圖解說明專利文獻1中所揭示習用半導體發光二極體之剖面側視圖。
如圖5中所圖解說明，習用GaN半導體發光二極體100在藍寶石基板101上提供有由n型GaN構成之第一氮化物半導體層102、具有多量子井結構之作用層103及由p型AlGaN或p型GaN構成之第二氮化物半導體層104。在第一氮化物半導體層102中臺面蝕刻之頂表面上形成n型電極106a，在第二氮化物半導體層104之頂表面上形成透明電極層105，且在上面形成p型電極106b。
具有多量子井結構之作用層103圖解說明為交替層壓有4個未摻雜GaN量子障壁層103a及摻雜有n型雜質之5個InGaN量子井層103b。然而，對於量子障壁層103a及量子井層103b之材料或數量並無限制。舉例而言，在氮化物半導體元件中，可適當地自Alx1Iny1Ga1-x1-y1N(x1+y1=1,0x1 1，0y1 1)選擇量子障壁層103a以供使用，且可適當地自Alx2Iny2Ga1-x2-y2N(x2+y2=1,0x2 1,0y2 1)選擇量子井層103b以供用作能量帶隙小於量子障壁層103a之材料。
另一方面，專利文獻2闡述，作用層包括n型雜質，且作用層中n型雜質之濃度在n層側高於p層側。
圖6係專利文獻2中所揭示習用氮化物半導體發光元件之剖面側視圖。
在圖6中，習用氮化物半導體發光元件200包括層壓有緩衝層202之基板201、未摻雜GaN層203、由摻雜有Si之GaN 構成之n型接觸層204、n型第一多層膜層205、n型第二多層膜層206、具有由InGaN/GaN構成之多量子井結構之作用層207、p型多層膜層208及由摻雜有Mg之GaN構成之p型接觸層209。構成n型多層膜層206及p型多層膜層208之氮化物半導體層之組成及/或數量對於n型及p型中之每一者而言並不不同。
具有多量子井結構之作用層207具有如下多量子井結構：其具有依序交替層壓有井層及障壁之多層膜結構。對於多量子井結構之最小層壓結構而言，考慮由一個障壁層及提供於該障壁層兩側之兩個井層構成之三層結構，或考慮由一個井層及提供於其兩側之兩個障壁層構成之三層結構。在多量子井結構中，在兩側之兩個最外層係由井層或障壁層構成。另外，可經組態從而一個最外層係井層且另一最外層係障壁層。另外，在多量子井結構中，p層側可端接障壁層或井層。
[引用列表] [專利文獻]
專利文獻1：日本特許公開案第2005-109425號
專利文獻2：日本特許公開案第2005-057308號
在任一上述習用組態中，可改良半導體發光元件之發光輸出。然而，與n型摻雜濃度相關之驅動電壓與靜電放電耐受電壓通常呈折中關係，且難以確定最佳摻雜濃度及深 度方向上之最佳濃度分佈解決方案。另外，在生產工廠中，在連續製造半導體發光元件期間，作用層之生長溫度、氣體組成或諸如此類連續變動且所生長晶體之品質有所變化。因此，不能斷定所設計摻雜濃度及深度方向上之濃度分佈是否總是最佳。具體而言，所設計摻雜濃度及深度方向上之濃度分佈因作用層之生長溫度及氣體組成發生改變而大有變化。
出於此原因，在製造工廠中，所製造半導體發光元件之發光輸出通常端視產品之製造日期及時間而有所波動，且在使用氮化物半導體之LED中尤為明顯。
本發明意欲解決上述習用問題。本發明目標係提供製造半導體發光元件之方法(其能夠抑制所設計摻雜濃度及深度方向上之濃度分佈之製造差異(生產波動)且改良及穩定發光輸出)、由此製得之半導體發光元件及使用此半導體發光元件之製造方法之半導體發光元件製造系統。
提供製造本發明半導體發光元件之方法，該方法用於藉由MOCVD區段在單晶基板上形成具有多量子井結構之發光層且用於形成p型電極及n型電極以向發光層供應電流，其包括：電容量測步驟，其中在形成p型電極及n型電極之後，電容量測區段量測p型電極與n型電極之間之電容；雜質濃度分佈計算步驟，其中雜質濃度分佈計算區段自所量測電容計算發光層之雜質濃度分佈；及第一雜質濃度分佈控制步驟，其中第一雜質濃度分佈控制區段控制雜質濃度 從而可在形成下一發光層時獲得最大發光輸出，且將所計算雜質濃度分佈之雜質濃度之最低值作為表徵量，由此達成上述目標。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，第一雜質濃度分佈控制步驟在發光層之井層及障壁層中之至少障壁層中控制雜質濃度分佈。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，第一雜質濃度分佈控制步驟實施控制，從而單一導電型雜質濃度分佈之範圍為5×1016 cm-3至9×1016 cm-3，且將其最低值作為表徵量。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，第一雜質濃度分佈控制步驟實施控制，從而單一導電型雜質濃度分佈為7×1016 cm-3，且將其最低值作為表徵量。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，第一雜質濃度分佈控制步驟藉由在生長發光層之井層及障壁層中之至少障壁層時控制SiH4氣體及/或SiH(CH3)3氣體之流量來控制雜質濃度分佈的最小值。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，第一雜質濃度分佈控制步驟藉由在生長發光層之井層及障壁層中之至少障壁層時控制SiH4氣體及/或SiH(CH3)3氣體之引入時間來控制雜質濃度分佈的最小值。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，在電容量測步驟中所量測之電容係藉由在p型電極與n型電極之間疊加及施加直流電壓及交流電壓中之至少一類來量測的 值。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，在電容量測步驟中所量測之電容係藉由在p型電極與n型電極之間疊加及施加脈衝電壓及交流電壓中之至少一類來量測的值。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，交流電壓之頻率為100 kHz至10 MHz。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，交流電壓之幅值為5 mV至30 mV。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，直流電壓之範圍為0.8 V至2.8 V，且p電極作為正電極。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，雜質濃度分佈係n型雜質濃度分佈，且雜質係Si。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，在單晶基板上具有多量子井結構之發光層之n電極側藉由MOCVD方法形成交替層壓有第一層(由InxGa1-xN(0<x<0.3)構成)及第二層(由GaN構成)之多層，且對於發光層而言，形成由至少包括In之InyGa1-yN(0<y<0.3)構成之井層及由InyAlzGa1-y-zN(0y<0.1，0z<0.2)構成之障壁層。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造方法中，至少向發光層之障壁層中添加單一導電型雜質濃度範圍為5×1016 cm-3至5×1018 cm-3之雜質。
較佳地，提供製造本發明半導體發光元件之方法，其進 一步包括：發光輸出及驅動電壓檢查步驟，其中發光輸出及驅動電壓檢查區段量測發光輸出及驅動電壓以用於檢查；及第二雜質濃度分佈控制步驟，其中第二雜質濃度分佈控制區段藉由控制MOCVD區段來控制發光層之雜質濃度分佈，從而在所量測發光輸出及驅動電壓中之至少一者超過預定範圍時，在形成下一發光層時根據所量測發光輸出及驅動電壓最小化驅動電壓之增加同時獲得最大發光輸出。
提供藉由本發明半導體發光元件之製造方法製得之半導體發光元件，其中在發光層之井層及障壁層中之至少障壁層中單一導電型雜質濃度分佈之最低值的範圍為5×1016 cm-3至9×1016 cm-3，由此達成上述目標。
較佳地，在本發明半導體發光元件中，單一導電型雜質濃度分佈之最低值具有7×1016 cm-3之容差。
提供半導體發光元件之製造系統，該製造系統用於在單晶基板上藉由MOCVD區段形成具有多量子井結構之發光層且用於形成p型電極及n型電極以向發光層供應電流，其包括：電容量測區段，其用於在形成p型電極及n型電極之後量測p型電極與n型電極之間之電容；雜質濃度分佈計算區段，其用於自所量測電容計算發光層之雜質濃度分佈；及第一雜質濃度分佈控制區段，其用於實施控制從而使得可在形成下一發光層時獲得最大發光輸出，且將所計算雜質濃度分佈之雜質濃度之最低值作為表徵量，由此達成上述目標。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造系統中，第一雜質濃度分佈控制區段在發光層之井層及障壁層中之至少障壁層中控制雜質濃度分佈。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造系統中，第一雜質濃度分佈控制步驟實施控制，從而單一導電型雜質濃度分佈之範圍為5×1016 cm-3至9×1016 cm-3，且將其最低值作為表徵量。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造系統中，第一雜質濃度分佈控制步驟實施控制，從而單一導電型雜質濃度分佈為7×1016 cm-3，且將其最低值作為表徵量。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造系統中，第一雜質濃度分佈控制步驟藉由在生長發光層之井層及障壁層中之至少障壁層時控制SiH4氣體及/或SiH(CH3)3氣體之流量來控制雜質濃度分佈的最小值。
較佳地，在本發明半導體發光元件之製造系統中，第一雜質濃度分佈控制步驟藉由在生長發光層之井層及障壁層中之至少障壁層時控制SiH4氣體及/或SiH(CH3)3氣體之引入時間來控制雜質濃度分佈的最小值。
較佳地，提供本發明半導體發光元件之製造系統，其進一步包括發光輸出及驅動電壓檢查區段，其用於量測發光輸出及驅動電壓以用於檢查；及第二雜質濃度分佈控制區段，其用於藉由控制MOCVD區段來控制發光層之雜質濃度分佈，從而在所量測發光輸出及驅動電壓中之至少一者超過預定範圍時，在形成下一發光層時根據所量測發光輸 出及驅動電壓最小化驅動電壓之增加同時獲得最大發光輸出。
下文將闡述具有上述結構之本發明之功能。
闡釋如何檢測所設計摻雜濃度及深度方向上之濃度分佈之生產波動及如何對其進行抑制。
在本發明中，半導體發光元件之製造方法(其用於在單晶基板上藉由MOCVD區段形成具有多量子井結構之發光層且形成p型電極及n型電極以向發光層供應電流)包括：電容量測步驟，其中電容量測區段在形成p型電極及n型電極之後量測p型電極與n型電極之間之電容；雜質濃度分佈計算步驟，其中雜質濃度分佈計算區段自所量測電容計算雜質濃度分佈；及第一雜質濃度分佈控制步驟，其中第一雜質濃度分佈控制區段控制MOCVD區段從而可在形成下一發光層時獲得最大發光輸出，且將所計算雜質濃度分佈之雜質濃度最低值用作表徵量。
以此方式，因控制雜質濃度使得能夠利用自所量測電容計算之雜質濃度分佈之雜質濃度且使用最低值作為表徵量來獲得最大發光輸出，故可抑制所設計摻雜濃度及深度方向上之分佈之製造差異(生產波動)以改良及穩定發光輸出。
根據上述本發明，因控制雜質濃度使得能夠利用自所量測電容計算之雜質濃度分佈之雜質濃度且使用最低值作為表徵量來獲得最大發光輸出，故可抑制所設計摻雜濃度及 深度方向上之分佈之製造差異(生產波動)以改良及穩定發光輸出。
在下文中，參照附圖詳細闡述以下情形：其中將本發明之半導體發光元件、其製造方法及半導體發光元件之製造系統應用於氮化物半導體發光元件、其製造方法及氮化物半導體發光元件之製造系統的實施例1中。
(實施例1)
圖1係圖解說明本發明實施例1之氮化物半導體發光元件之基本部分之組態實例的剖面圖。
在圖1中，在實施例1之氮化物半導體發光元件1中，舉例而言，在表面上形成具有三角形剖面之不均勻性之厚度為約300 μm之藍寶石基板2(作為基板)上，沈積由氮化鋁(AlN)構成之膜厚度為約15 nm之緩衝層3，且在上面沈積由未摻雜GaN構成之膜厚度為約500 nm之未摻雜GaN層4。藍寶石基板2、緩衝層3及未摻雜GaN層4構成單晶基板。
另外，在實施例1之氮化物半導體發光元件1中，在此單晶基板上形成由摻雜有1×1018/cm3矽(Si)之GaN構成之膜厚度為約5 μm之n型接觸層5(高載子濃度n+層)。在此n型接觸層5上形成多層6，且在此多層6上形成具有多量子井結構之發光層7。
此多層6交替層壓有複數個由InxGa1-xN(0<x<0.3)構成之第一層及由GaN構成之第二層。此處，舉例而言，此多層6層壓有5對由In0.02Ga0.98N構成之第一層(膜厚度為2.5 nm) 及由GaN構成之第二層(膜厚度為3 nm)。向此多層6之第一層中添加Si作為單一導電型雜質，其中雜質濃度範圍為1×1016 cm-3至5×1018 cm-3(較佳地，5×1016 cm-3至5×1017 cm-3)。
具有多量子井結構之發光層7之井層係由至少包括In之InyGa1-yN(0y<0.3)構成。以此方式，此處，舉例而言，具有多量子井結構之發光層7層壓有6對由In0.2Ga0.8N構成之井層(膜厚度為3 nm)及由GaN構成之障壁層(膜厚度為5 nm)。
另外，在實施例1之氮化物半導體發光元件1中，在此發光層7上形成電阻斷層8，其係由摻雜有2×1019(cm-3)Mg之p型Al0.15Ga0.85N構成且膜厚度為25 nm之p型層，且在此電阻斷層8上形成p型接觸層9，其係由摻雜有8×1019(cm-3)Mg之p型GaN構成且膜厚度為100 nm。在此p型接觸層9上，藉由金屬沈積形成半透明薄膜電極10(ITO)。在半透明薄膜電極10之一部分上形成p電極11，且另一方面，在n型接觸層5之邊緣區段上形成n電極12。在最頂部區段上形成由SiO2構成之保護膜13。半透明薄膜電極10係由膜厚度為約1.5 nm之第一層(其係由鎳(Ni)構成且直接結合至p型接觸層9)及膜厚度為約6 nm之第二層(其係由金(Au)構成且直接結合至此鎳膜)構成。
具體而言，在實施例1之氮化物半導體發光元件1中：按順序在藍寶石基板2上形成緩衝層3及未摻雜GaN層4以構成單晶基板；在此單晶基板上按順序在n型接觸層5與p型 接觸層9之間形成多層6之兩個重複層、具有多量子井結構之發光層7之兩個重複層及電阻斷層8；在p型接觸層9上形成p電極11，其中在其間插入歐姆接觸之半透明薄膜電極10；在n型接觸層5之一部分上形成n電極12；且在最頂部部分上，形成用於防潮之保護膜13。
構成發光層7之多量子井結構包括由至少包括銦(In)之第III族氮化物化合物半導體InxGa1-xN(0<x<0.3)構成之井層。發光層7之組態具有(例如)井層(由經摻雜或未摻雜InyGa1-yN(0<y<0.3)構成)及障壁層(由GaN、具有任一組成且帶隙大於此井層之第III族氮化物化合物半導體InyGa1-yN(0<y<0.1)或InyAlzGa1-y-zN(0<y<0.1,0<z<0.2)構成)。根據一較佳實例，存在由未摻雜InyGa1-yN(0<y<0.1)構成之障壁壁。
提供於發光層7之n電極12側上之多層6係使用由InwGa1-wN(0<w<0.3)(銦(In)之組成w小於由至少包括銦(In)之第III族氮化物化合物半導體InxGa1-xN(0<x<0.3)構成之井層中銦(In)的組成x，該井層形成發光層7)構成之層形成。此時較佳地，形成多層6之由InwGa1-wN(0<w<0.3)構成之層之銦(In)之組成w大於或等於0.02且小於或等於0.07或較佳地大於或等於0.03且小於或等於0.05。
較佳地，提供於發光層7之n電極12側上之多層6中由InwGa1-wN(0<w<0.3)構成之層的膜厚度大於或等於0.5 nm且小於或等於6 nm及較佳地大於或等於0.5 nm且小於或等於4 nm。儘管下文顯示發光特性，但已知若由InwGa1-wN (0<w<1)構成之層之膜厚度超過6 nm，則驅動電壓Vf明顯增加。應避免膜厚度小於0.5 nm，此乃因其調節變得較難。另一方面，已知對於多層6之由GaN構成之層而言，至少在10-40 nm範圍中元件特性並不發生較大變化。期望多層6中由InwGa1-wN(0<w<0.3)構成之層之厚度與發光層中井層之厚度的比率大於或等於0.1且小於或等於2。亦期望將多層6中由InwGa1-wN(0<w<0.3)構成之層之厚度調節至發光層7中井層之厚度或更小。另一方面，期望多層6中由GaN構成之層之厚度與發光層7中障壁層之厚度的比率大於或等於0.5且小於或等於4。亦期望將多層6中由GaN構成之層之厚度調節至發光層7中障壁層之厚度或更大。
期望提供於發光層7之n型電極12側上之多層6中由InwGa1-wN(0<w<0.3)構成之層的數量大於或等於1且小於或等於30及亦較佳地大於或等於3且小於或等於20。
除與本發明之主要組態相關之上述限制外，氮化物半導體發光元件1(例如第III族氮化物化合物半導體發光元件)可採用任一組態。另外，氮化物半導體發光元件1可為發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)、光耦合器或任一其他發光元件。具體而言，可使用任一製造方法作為製造藉由本發明所界定之氮化物半導體發光元件1(例如第III族氮化物化合物半導體發光元件)之方法。
更詳細而言，對於生長晶體之基板而言，可使用藍寶石、尖晶石、Si、SiC、ZnO、MgO、第III族氮化物化合物單晶或諸如此類。對於在第III族氮化物化合物半導體層上 生長晶體之方法而言，分子束磊晶(MBE)、金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)、鹵化物氣相磊晶(HDVPE)、液相磊晶或諸如此類皆係有效的。
第III族氮化物半導體層(例如電極形成層)至少可使用由藉由AlxGayIn1-x-yN(0x0.3,0.7y1,0x+y1)表示之二元、三元或四元半導體構成之第III族氮化物化合物半導體形成。
此處，根據實施例1之氮化物半導體發光元件1之所描述組態，在發光層7中，交替層壓由InxGa1-xN(0<x<0.3)構成之第一層及由GaN構成之第二層，且至少在此發光層7之障壁層中，添加Si作為單一導電型雜質且其濃度範圍為5×1016 cm-3至5×1018 cm-3(較佳地，5×1016 cm-3至5×1017 cm-3)。
在下文中將更詳細地闡述實施例1之氮化物半導體發光元件1之此所描述組態。
圖2係圖解說明藉由圖1之C-V方法進行電容量測之結果之代表圖，其呈空乏層寬度x(μm)及載子密度(cm-3)之特性曲線形式。
如圖2中所圖解說明，舉例而言，波形A-D係空乏層寬度x(μm)對載子密度(cm-3)之特性曲線，其係每批次之電容量測結果。藉由量測電容來實施n型雜質濃度之量測方法。具體而言，疊加直流電壓Vdc及交流電壓Vac且在氮化物半導體發光元件1之p型電極11與n型電極12之間施加疊加之直流電壓Vdc及交流電壓以自複合阻抗的量測結果量測電 容量。通常，其稱為C-V(電容-電壓)方法。藉由C-V方法計算發光層任一深度處之濃度之方法如下。藉由在以下4組中改變間隔來施加C-V方法中之直流電壓Vdc：3 V至2 V範圍之直流電壓且間隔為0.02 V，2 V至0 V範圍之直流電壓且間隔為0.1 V，0 V至-10 V範圍之直流電壓且間隔為0.2 V，及-10 V至-20 V範圍之直流電壓且間隔為1 V。在上述分開之直流電壓範圍中，同時與其疊加之1MHz頻率之交流電壓Vdc之幅值分別為0.01 V、0.05 V、0.1 V及0.5 V。在實施例1中，直流電壓之範圍分為4個範圍。若並不分割範圍或分成其他數量之範圍，則並不產生問題。然而，較佳地，在使用氮化物半導體之發光元件中，將該範圍分成2至4個範圍。另外，較佳地，交流電壓Vac之幅值為每一直流電壓範圍中直流電壓間隔之寬度之一半。此乃因可藉由在藉由C-V方法量測電容時設定瞬時電壓來量測氮化物半導體發光元件1中所有區域之n型雜質濃度，從而在所有電壓範圍中並無間斷。然後，將所設定直流電壓Vdc及所量測電容C轉化為空乏層x及載子密度N。
在氮化物半導體發光元件1之n側電極12與p側電極11之間疊加及施加交流電壓Vac及直流電壓Vdc以量測空乏層容量C時，或具體而言在檢驗氮化物半導體發光元件1之C-V特性時，自下文所闡述之式1計算空乏層之厚度x。
此處，空乏層之厚度x主要係形成於n型半導體層中之空乏層，且氮化物半導體發光元件1之電阻斷層8(p型半導體)及具有多量子井結構之發光層7(大致係n型半導體)作 為邊界。自電阻斷層8觀察，空乏層寬度x與具有多量子井結構之發光層7之深度同義。
x=ε0εr/C...式1。
在式1中，x係空乏層之厚度(cm)，且ε0係真空中之介電常數(8.9×10-14(F/cm))。εr係氮化物半導體發光材料之相對介電常數(單位無因次)，且可使用實施例1中GaN之相對介電常數近似表示。C係所量測空乏層容量(F/cm2)。
另外，在施加至氮化物半導體發光元件1之電壓大小發生改變時，空乏層之厚度(空乏層之厚度x)有所改變，且空乏層容量有所改變。此處，藉由下文所闡述之式2來表示空乏層底表面(空乏層中定位於基板3側之表面)中之載子濃度N。出於此原因，在施加至氮化物半導體發光元件1之電壓V之大小發生改變且量測空乏層容量C時，自下文所闡述之式2計算空乏層之底表面中之載子濃度N。
N=C3/{qε0εr(△C/△Vdc)}...式2。在式2中，N係空乏層之底表面中之載子濃度(1/cm3)；q係點電荷量(C)；△C係在施加至氮化物半導體發光元件1之電壓V之大小發生改變時空乏層容量之變化；且△Vdc係施加至氮化物半導體發光元件1之直流電壓Vdc之變化。式2中C、ε0及εr中之每一者與式1中相同。根據上文，若施加至氮化物半導體發光元件1之電壓V之大小發生改變且量測空乏層容量C，則可發現空乏層底表面中空乏層之厚度x與載子濃度N之間之關係。具體而言，發光層7之載子濃度n型雜質濃度=可藉由以任一方式改變所施加直流電壓Vdc來量測Si摻雜濃度之深度分 佈。
如圖2中所圖解說明，在量測結果A中，n型載子濃度(矽濃度)在距發光層7之表面0.06 μm深度附近最低。另外，在量測結果E中，n型載子濃度在距發光層7之表面0.01μm深度附近最低。以此方式，可檢測對應於距發光層7之表面之期望深度之摻雜濃度(深度方向上之雜質濃度分佈或載子濃度)。即使在相同條件下生長作用層，量測結果A-E亦因膜生長溫度變化、氣體組成變化或諸如此類而發生製造差異(生產波動)。
摻雜Si以藉由MOCVD生長膜，但作用層之生長溫度及氣體組成亦有所改變。因此，在MOCVD中用於供應Si之所供應矽烷氣體之量較低時，發生量測結果A。另外，即使在MOCVD中供應Si之矽烷氣體之供應保持恆定於預定值，在膜生長溫度較高從而膜生長較快且Si濃度較低時，亦發生量測結果A。與之相比，在MOCVD中供應Si之矽烷氣體之供應較高時，發生量測結果E。另外，即使在MOCVD中供應Si之矽烷氣體之供應保持恆定於預定值，在膜生長溫度較低從而膜生長較慢且Si濃度較高時，亦發生量測結果E。以此方式，易於藉由使用C-V方法檢測對應於距發光層7表面期望深度處之摻雜濃度(深度方向上之分佈)來檢測發光層7之生產光潔度(finish)。
圖3係圖解說明圖2中量測結果A-D之最小載子濃度N與氮化物半導體發光元件1之發光輸出及此時之驅動電壓間之關係的圖式。黑色正方形圖解說明最小載子濃度N與發 光輸間之關係出，且白色正方形圖解說明最小載子濃度N與驅動電壓間之關係。
如圖3中所圖解說明，使用光電二極體量測發光輸出。在實施例1之量測結果中，在載子濃度為5×1016至9×1016(cm-3)時，光輸出最大，且在載子濃度低於或高於此值時，發光輸出降低。另一方面，在載子濃度較低時驅動電壓往往較低，且在載子濃度較高時，驅動電壓往往較高。具體而言，若將Si摻雜至7×1016(cm-3)附近，則使驅動電壓之增加最小化同時獲得最大發光輸出。
在圖3中，如量測結果B及C中，在N型載子濃度為7×1016(cm-3)時，發光輸出最大，且在其背側及前側發光輸出降低。另一方面，如藉由白色正方形所圖解說明，最小載子濃度N與驅動電壓之間之關係係向右朝下傾斜之特性曲線圖。藉由在p電極11與n電極12之間流動恆定相關電流所量測之驅動電壓愈低，則能量愈加有效。因此，在作用層之生長溫度、氣體組成或諸如此類連續變動為量測結果A、D或E時，發光輸出降低。
鑒於此情形，藉由使用C-V方法檢測對應於距發光層7之表面之期望深度之摻雜濃度(深度方向上之分佈)且連續控制作用層之生長溫度、氣體組成或諸如此類為量測結果B或C，可防止發光輸出如同量測A、D及E中一般有所降低。
下文將闡述具有上述組態之氮化物半導體發光元件1之製造方法。
圖4係圖解說明圖1中氮化物半導體發光元件1之製造方法之每一製造步驟之流程圖。
如圖4中所圖解說明，製造實施例1之氮化物半導體發光元件1之方法包括：藍寶石基板2之基板接收步驟，其中在步驟S1中基板接收區段在預定位置接收藍寶石基板2；藍寶石表面不均勻處理步驟，其中在步驟S2中藍寶石表面不均勻處理區段在藍寶石基板2之表面上形成三角形不均勻性；MOCVD步驟，其中在步驟S3中藉由MOCVD方法MOCVD區段在藍寶石基板2之表面不均勻處理表面上按順序依序形成緩衝層3、未摻雜GaN層4、n型接觸層5、多層6、具有多量子井結構之發光層7、電阻斷層8及p型接觸層；透明電極形成步驟，其中在步驟S4中透明電極形成區段在p型接觸層9上形成半透明薄膜電極10；n電極及p電極形成步驟，其中在步驟S5中n電極及p電極形成區段實施蝕刻以去除基板之邊緣部分直至n型接觸層5之一部分進而暴露n型接觸層5之邊緣部分，從而在n型接觸層5之邊緣部分表面上形成n電極12且半透明薄膜電極10之表面之一部分上形成p電極11；保護層形成步驟，其中在步驟S6中保護層形成區段在半透明薄膜電極10、p電極11、n電極12、n型接觸層5之暴露表面上且進一步在經蝕刻去除之側表面上形成用於防潮之保護層13；電極開口區段步驟，其中在步驟S7中電極開口區段使p電極11及n電極12上之保護層13中之每一者開口；電容量測步驟，其中在步驟S8中電容量測區段量測n電極12與p電極11之間之電容；雜質濃度分佈 計算步驟，其中在步驟S8中雜質濃度分佈計算區段自所量測電容計算雜質濃度分佈；第一雜質濃度分佈控制步驟，其中在步驟S8中第一雜質濃度分佈控制區段藉由控制MOCVD區段來控制雜質濃度分佈的最小值，從而可在所計算雜質濃度分佈之最小值超過預定範圍時，在形成下一發光層時藉由比較標準值與所計算雜質濃度分佈之最低值(作為表徵量)來獲得最大發光輸出；發光輸出及驅動電壓檢查步驟，其中在步驟S9中發光輸出及驅動電壓檢查區段檢查發光輸出及驅動電壓；及第二雜質濃度分佈控制步驟，其中第二雜質濃度分佈控制區段藉由控制MOCVD方法來控制雜質濃度分佈，從而在所量測發光輸出及驅動電壓超過預定範圍時，在形成下一發光層時根據所量測發光輸出及驅動電壓最小化驅動電壓之增加同時獲得最大發光輸出。
實施例1之氮化物半導體發光元件1之製造系統包括：藍寶石基板2之基板接收區段，其用於在預定位置接收藍寶石基板2；藍寶石表面不均勻處理區段，其用於在藍寶石基板2之表面上形成三角形不均勻性；MOCVD區段，其用於藉由MOCVD方法按順序依序形成緩衝層3、未摻雜GaN層4、n型接觸層5、多層6、具有多量子井結構之發光層7、電阻斷層8及p型接觸層9；透明電極形成區段，其用於在p型接觸層9上形成半透明薄膜電極10；n電極及p電極形成區段，其用於蝕刻以去除基板之邊緣部分直至n型接觸層5之一部分，從而暴露接觸層5之邊緣部分以在n型接觸 層5之邊緣部分表面上形成n電極12，且在半透明薄膜電極10之表面之一部分上形成p電極11；保護層形成區段，其用於在半透明薄膜電極10、p電極11、n電極12、n型接觸層5之暴露表面上且進一步在經蝕刻以用於去除之側表面上形成用於防潮之保護層13；電極開口區段，其用於使p電極11及n電極12上之保護層13中之每一者開口；電容量測區段，其用於量測n電極12與p電極11之間之電容；雜質濃度分佈計算區段，其用於自所量測電容計算雜質濃度分佈；第一雜質濃度分佈控制區段，其用於藉由控制MOCVD區段來控制雜質濃度分佈的最小值，從而可在形成下一發光層時藉由比較標準值與所計算雜質濃度分佈之最低值(作為表徵量)來獲得最大發光輸出；發光輸出及驅動電壓檢查區段，其用於量測發光輸出及驅動電壓以檢查其為良好抑或較差；及第二雜質濃度分佈控制區段，其用於藉由控制MOCVD方法來控制雜質濃度分佈，從而在所量測發光輸出及驅動電壓超過預定範圍時，在形成下一發光層時根據所量測發光輸出及驅動電壓最小化驅動電壓之增加同時獲得最大發光輸出。
換言之，實施例1之氮化物半導體發光元件1之製造方法之表徵組態進一步包括：電容量測步驟，其中在形成p型電極11與n型電極12之後，電容量測區段量測p型電極11與n型電極12之間之電容；雜質濃度分佈計算步驟，其中雜質濃度分佈計算區段自所量測電容計算雜質濃度分佈；及第一雜質濃度分佈控制步驟，其中第一雜質濃度分佈控制 區段藉由控制MOCVD區段來控制雜質濃度分佈的最小值，從而可在下一批次或基板中形成發光層時藉由比較標準值與所計算雜質濃度分佈之最低值(作為表徵量)來獲得最大發光輸出。此外，氮化物半導體發光元件1之製造方法之表徵組態進一步包括：發光輸出及驅動電壓檢查步驟，其中發光輸出及驅動電壓檢查區段量測發光輸出及驅動電壓以用於檢查；及第二雜質濃度分佈控制步驟，其中第二雜質濃度分佈控制區段藉由控制MOCVD方法來控制雜質濃度分佈，從而根據所量測發光輸出及驅動電壓最小化驅動電壓之增加同時獲得最大發光輸出。
與之相比，實施例1之氮化物半導體發光元件1之製造系統之表徵組態進一步包括：電容量測區段，其用於量測n電極12與p電極11之間之電容；雜質濃度分佈計算區段，其用於自所量測電容計算雜質濃度分佈；及第一雜質濃度分佈控制區段，其用於藉由控制MOCVD區段來控制雜質濃度分佈的最小值，從而可在下一批次或基板中形成發光層時藉由比較標準值與所計算雜質濃度分佈之最低值(作為表徵量)來獲得最大發光輸出。此外，氮化物半導體發光元件1之製造系統進一步包括：發光輸出及驅動電壓檢查區段，其用於量測氮化物半導體發光元件1之發光輸出及驅動電壓以用於檢查；及第二雜質濃度分佈控制區段，其用於藉由控制MOCVD方法來控制雜質濃度分佈，從而在所量測發光輸出及驅動電壓超過預定範圍(良好/較差範圍)時，在下一批次或基板中形成發光層時根據所量測發 光輸出及驅動電壓最小化驅動電壓之增加同時獲得最大發光輸出。此雜質濃度分佈係n型雜質濃度分佈之分佈，且雜質係Si。對於n型雜質而言，除矽(Si)外，亦存在硒及碲。
在步驟S3之MOCVD步驟中形成發光層7時，反饋自在步驟S8之電容量測步驟中所獲得電容計算之基板或批次特有之雜質濃度分佈，且在步驟S3之MOCVD步驟中形成發光層7時，控制發光層7中摻雜之Si量，從而在深度方向上存在雜質濃度分佈中之最小雜質濃度值的範圍中最大化光輸出值，在特性曲線(圖2)中，自反饋電容值計算之深度方向上之雜質濃度分佈係一參數。換言之，在MOCVD步驟中形成下一發光層7時，反饋自所量測電容值計算之雜質濃度分佈，且可將在發光層7中摻雜之矽(Si)量變至適當濃度。
換言之，在步驟S8之電容量測步驟中獲得電容，自電容計算圖2之雜質濃度分佈特性，且在步驟S3之MOCVD方法中控制所供應氣體流量，從而使雜質濃度範圍為5×1016至9×1016(cm-3)或較佳地雜質濃度為7×1016(cm-3)(如量測結果B及C中)，且將雜質濃度之最低值作為表徵量。因此，將在發光層7中摻雜之矽(Si)量改變至適當Si濃度。
舉例而言，在檢測到雜質濃度為2×1017(作為表徵量之最低雜質濃度值)時，限制供應在步驟S3之MOCVD步驟中之所供應氣體流量，從而雜質濃度範圍為5×1016至9×1016(cm-3)。舉例而言，與之相比，在檢測到雜質濃度 為2×1016(作為表徵量之最低雜質濃度值)時，增加供應在步驟S3之MOCVD步驟中之所供應氣體流量，從而雜質濃度範圍為5×1016至9×1016(cm-3)。
換言之，在氮化物半導體發光元件1之製造步驟(包括第一步驟：在藍寶石基板2上藉由金屬有機化學氣相沈積形成氮化物半導體發光元件結構，第二步驟：形成p電極11及n電極12，及第三步驟：量測反向電流值作為反向電特性)中，實施例1之氮化物半導體發光元件1之製造方法使用對應於深度方向之雜質濃度分佈(其係自在第三步驟中量測之氮化物半導體發光元件1之電容值計算)來選擇其量測結果中雜質濃度分佈中的最小雜質濃度值，且基於所選擇雜質濃度來將第一步驟之n導電型雜質之Si濃度控制至並不降低發光輸出之最大Si濃度。
在此情形下，藉由控制SiH4氣體流量或/及SiH(CH3)3氣體流量及引入時間中之至少一者來控制n導電型雜質之Si濃度。意欲藉由以下方式將驅動電壓之增加限制至最小值且維持並改良發光輸出：控制n導電型雜質之平均濃度，將金屬有機化學氣相沈積裝置(MOCVD區段)之氣體流量及氣體引入時間間歇性控制為抑制過度Si摻雜(其係發光輸出降低之原因)且限制驅動電壓增加(此乃因Si濃度降低導致電阻增加)之n型雜質濃度。
在電容量測步驟中量測之電容係藉由在p型電極11與n型電極12之間疊加及施加直流電壓及交流電壓中之至少一類所量測的值，或係藉由在p型電極11與n型電極12之間疊加 及施加脈衝電壓及交流電壓中之至少一類所量測的值。交流電壓之頻率為100 kHz至10 MHz。在量測電容時，在較高頻率下，阻抗似乎較大且可更精確地量測電容。因此，將其頻率設定為大於或等於100 kHz，且此處，使用1MHz之頻率量測電容。根據電子及電洞之重組速率之關係，若頻率超過10 MHz，則反而不能精確地量測電容。交流電壓之幅值應處於相鄰資訊並不重疊或分離之幅值範圍中，且在實驗中為5 mV至30 mV。直流電壓範圍為0.8 V至2.8 V且具有正向偏壓，其中p電極11為正電極。在實驗中，發射基於藍色之光之氮化物半導體發光元件1自約2.5V開始發光。因在空乏層開始發光之前之階段中空乏層發生伸展的同時量測電容較為重要，故較佳地使用0.8 V至2.8 V之直流電壓範圍量測電容，且p電極11作為正電極。
根據上文之實施例1，在包括單晶基板上之具有多量子井結構之發光層7之氮化物半導體發光元件中，在發光層7之n電極12側包括交替層壓有複數個由InxGa1-xN(0<x<0.3)構成之第一層及由GaN構成之第二層的多層6，且使用至少包括In之InyGa1-yN(0y<0.3)形成具有多量子井結構之發光層7之井層，且可在並不增加驅動電壓之情形下藉由以下方式來進一步改良發光輸出：至少向發光層7之障壁層中添加5×1016 cm-3至5×1018 cm-3濃度範圍之n導電型雜質且添加n導電型雜質Si，從而控制自發光層7之電容值量測結果計算之發光層7中雜質濃度分佈之最小值。以此方式，因反饋得以控制，從而可獲得最大發光輸出，且將自 所量測電容計算之雜質濃度分佈之雜質濃度之最低值作為表徵量，可抑制所設計摻雜濃度及深度方向上之濃度分佈之製造差異(生產波動)且可改良及穩定發光輸出。
在實施例1中，藉由至少向發光層7之障壁層中添加5×1016 cm-3至5×1018 cm-3濃度範圍之n導電型雜質且使用發光層7中雜質濃度之最小值來實施控制，且根據其一實例，基於自電容量測步驟之量測結果計算之發光層之雜質濃度特性曲線，將其最小值控制至發光輸出最大之Si濃度。已闡述至少向發光層7之障壁層中添加n導電型雜質Si之情形，但並不限於此。可至少向發光層7之障壁層中以預定範圍中之Si濃度添加N導電型雜質Si，其中自電容量測步驟中之量測結果計算之雜質濃度分佈之最小值位於發光強度最大的背側及前側。換言之，足以至少向發光層7之障壁層中添加5×1016 cm-3至5×1018 cm-3濃度範圍之n導電型雜質。
在此情形下，在實施例1中，已控制至少發光層7之障壁層中之Si濃度，但並不限於此。可控制至少發光層7之障壁層及第二層中之每一者之Si濃度。換言之，足以控制至少發光層7之障壁層之平均Si濃度。另外，不言而喻，在形成發光層7之第一層時，可間歇性引入SiH4或SiH(CH3)3氣體來將Si濃度控制至第一層總體平均值。在此情形下，所控制參數係氣體引入時間而非氣體流量。
在實施例1中，已闡釋疊加發光層7之交流電壓及直流電壓之方法，其中將作為預定物項之反向電特性之反向電流 值作為參數，預先發現自所量測電容(自所獲得阻抗之假想部分獲得)計算之雜質濃度及顯示發光輸出與驅動電壓間之關係之特性曲線，且基於特性曲線使用在電容量測步驟中所發現雜質濃度分佈之最小值作為參數來控制至少發光層7之障壁層之Si濃度。然而，電容量測方法並不限於上述反向電流值。不言而喻，其可為自在施加脈衝電壓時量測之瞬時電流之時間常數計算之電容值。
在實施例1中，已闡釋對於MOCVD器件(或對於每一批次或基板)之每一啟動在步驟S8之電容量測步驟中獲得電容之情形；自電容計算圖2之雜質濃度分佈；在下一MOCVD步驟中，將標準值與作為表徵量之雜質濃度之最低值進行比較；且控制步驟S3之MOCVD步驟中所供應氣體流量及氣體引入時間中之至少一者，從而雜質濃度分佈的最小值範圍為5×1016至9×1016(cm-3)，但並不限於此。可預先製造氮化物半導體發光元件1作為試樣；在步驟S8之電容量測步驟中獲得所製得氮化物半導體發光元件之電容1；自所量測電容計算對應於圖2之深度之雜質濃度分佈特性；預先製作表格，其顯示增加或減少多少摻雜量之雜質以將特性值設定於目標範圍內(標準範圍內)且將MOCVD步驟中實際供應氣體流量及氣體引入時間中之至少一者保持於特性值，其中將雜質濃度分佈特性的最小值作為特性值；且藉由參照表格中對應於所計算雜質濃度分佈特性之最小值之所供應氣體流量及氣體引入時間中之至少一者，控制步驟S3之MOCVD步驟中所供應氣體流量及氣體引入 時間中之至少一者，從而使雜質濃度在5×1016至9×1016(cm-3)範圍內。
在實施例1中，將作為表徵量之所計算雜質濃度分佈之最低值與標準值進行比較以控制雜質濃度分佈之最小值。儘管在本文中並未具體闡述，但在所計算雜質濃度分佈最低時，電洞及電子組合以發射大部分光。基於雜質濃度之最低值實施控制，從而雜質濃度分佈之最低雜質濃度在預定值(標準值)範圍內。
在實施例1中，儘管並未具體闡述，但在第一雜質濃度分佈控制步驟中，使用所計算雜質濃度分佈之最低值作為表徵量，在膜生長井層之障壁層及發光層7之至少障壁層時，根據表徵量控制SiH4氣體及/或SiH(CH3)3氣體之流量及/或氣體引入時間。與另外在井層中摻雜Si相比，在障壁層中另外摻雜Si時發光輸出增加之程度更大。
在實施例1中，儘管並未具體闡述，但在藉由上述氮化物半導體發光元件1之製造方法製得之氮化物半導體發光元件1中，表徵量範圍為5×1016 cm-3至9×1016 cm-3，且將井層之障壁層及發光層7之至少障壁層中單一導電型(此處，n型)雜質濃度分佈之最低值作為表徵量。較佳地，表徵量在7×1016 cm-3之容差範圍內，且將單一導電型(此處，n型)雜質濃度分佈之最低值作為表徵量。
在實施例1中，闡述如下情形：其中將半導體發光元件、其製造方法及本發明半導體發光元件之製造系統應用於氮化物半導體發光元件、其製造方法及氮化物半導體發 光元件之製造系統之實施例1中。然而，除綠色、藍色及紫外區域之氮化物化合物半導體發光元件外，本發明可應用於諸如基於鎵/砷之半導體發光元件或基於銦/磷之半導體發光元件等半導體發光元件中。
如上所述，藉由使用其較佳實施例1來例示本發明。然而，本發明不應僅基於上述實施例1來闡釋。應理解，本發明範圍應僅基於申請專利範圍之範圍來闡釋。亦應理解，彼等熟習此項技術者可基於本發明說明及來自本發明所詳述較佳實施例1之說明之常用知識來實施等效技術範圍。另外，應理解，在本說明書中引用之任一專利、任一專利申請案及任一參考文獻應以與在其中具體闡述內容相同之方式且以引用方式併入本說明書中。
工業應用性
本發明可應用於以下領域中：半導體發光元件(例如綠色、藍色或紫外區域之氮化物化合物半導體發光元件)及其製造方法及用於此半導體發光元件之製造方法中之半導體發光元件製造系統，在發光層之n電極側12包括交替層壓有由InxGa1-xN(0<x<0.3)構成之第一層及由GaN構成之第二層的多層6，並可維持及改良發光輸出且並不惡化驅動電壓，此乃因藉由向發光層7中添加雜質來控制發光層7之雜質濃度從而雜質濃度範圍為5×1016 cm-3至5×1018 cm-3且使用將發光層7中雜質濃度分佈的最小值作為參數之特性曲線。
各種其他修改將顯而易見且可易於由彼等熟習此項技術 者作出，此並不背離本發明之範圍及精神。因此，隨附申請專利範圍之範圍並不意欲限於本文中所闡述之說明，而係該等申請專利範圍可在廣義上解釋。
1‧‧‧氮化物半導體發光元件
2‧‧‧藍寶石基板
3‧‧‧緩衝層
4‧‧‧未摻雜GaN層
5‧‧‧n型接觸層
6‧‧‧多層
7‧‧‧具有多量子井結構之發光層
8‧‧‧電阻斷層
9‧‧‧p型接觸層
10‧‧‧半透明薄膜電極
11‧‧‧p電極
12‧‧‧n電極
13‧‧‧保護層
100‧‧‧習用GaN半導體發光二極體
101‧‧‧藍寶石基板
102‧‧‧第一氮化物半導體層
103‧‧‧作用層
103a‧‧‧未摻雜GaN量子障壁層
103b‧‧‧InGaN量子井層
104‧‧‧第二氮化物半導體層
105‧‧‧透明電極層
106a‧‧‧n型電極
106b‧‧‧p型電極
200‧‧‧習用氮化物半導體發光元件
201‧‧‧基板
202‧‧‧緩衝層
203‧‧‧未摻雜GaN層
204‧‧‧n型接觸層
205‧‧‧n型第一多層膜層
206‧‧‧n型第二多層膜層
207‧‧‧作用層
208‧‧‧p型多層膜層
209‧‧‧p型接觸層
圖1係圖解說明本發明實施例1之氮化物半導體發光元件之基本部分之組態的實例的剖面圖。
圖2係圖解說明藉由圖1之C-V方法進行電容量測之結果之代表圖，其呈空乏層寬度x(μm)及載子密度(cm-3)之特性曲線形式。
圖3係圖解說明圖2中量測結果A-D之最小載子濃度N與氮化物半導體發光元件1之發光輸出及此時之驅動電壓間之關係的圖式。
圖4係圖解說明圖1中氮化物半導體發光元件1之製造方法之每一製造步驟之流程圖。
圖5係圖解說明專利文獻1中所揭示習用半導體發光二極體之剖面側視圖。
圖6係圖解說明專利文獻2中所揭示習用氮化物半導體發光元件之剖面側視圖。
1‧‧‧氮化物半導體發光元件
2‧‧‧藍寶石基板
3‧‧‧緩衝層
4‧‧‧未摻雜GaN層
5‧‧‧n型接觸層
6‧‧‧多層
7‧‧‧具有多量子井結構之發光層
8‧‧‧電阻斷層
9‧‧‧p型接觸層
10‧‧‧半透明薄膜電極
11‧‧‧p電極
12‧‧‧n電極
13‧‧‧保護層

Claims (24)

  1. 一種製造半導體發光元件之方法，其用於藉由MOCVD區段在單晶基板上形成具有多量子井結構之發光層且用於形成p型電極及n型電極以向該發光層供應電流，該方法包括：電容量測步驟，其中在形成該p型電極及該n型電極之後，電容量測區段量測該p型電極與該n型電極之間之電容；雜質濃度分佈計算步驟，其中雜質濃度分佈計算區段自所量測電容計算該發光層之雜質濃度分佈；及第一雜質濃度分佈控制步驟，其中第一雜質濃度分佈控制區段控制雜質濃度從而可在形成下一發光層時獲得最大發光輸出，且將所計算雜質濃度分佈之雜質濃度之最低值作為表徵量。
  2. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其中該第一雜質濃度分佈控制步驟在該發光層之井層及障壁層中之至少該障壁層中控制雜質濃度分佈。
  3. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其中該第一雜質濃度分佈控制步驟實施控制從而使得單一導電型雜質濃度分佈之範圍為5×1016 cm-3至9×1016 cm-3，且將其最低值作為表徵量。
  4. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其中該第一雜質濃度分佈控制步驟實施控制從而使得單一導電型雜質濃度分佈為7×1016 cm-3，且將其最低值作為表徵量。
  5. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其中該第一雜質濃度分佈控制步驟藉由在生長該發光層之井層及障壁層中之至少該障壁層時控制SiH4氣體及/或SiH(CH3)3氣體之流量來控制該雜質濃度分佈的最小值。
  6. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其中該第一雜質濃度分佈控制步驟藉由在生長該發光層之井層及障壁層中之至少該障壁層時控制SiH4氣體及/或SiH(CH3)3氣體之引入時間來控制該雜質濃度分佈的最小值。
  7. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其中在該電容量測步驟中量測之該電容係藉由在該p型電極與該n型電極之間疊加及施加直流電壓及交流電壓中之至少一類來量測的值。
  8. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其中在該電容量測步驟中量測之該電容係藉由在該p型電極與該n型電極之間疊加及施加脈衝電壓及交流電壓中之至少一類來量測的值。
  9. 如請求項7或8之製造半導體發光元件之方法，其中該交流電壓之頻率為100 kHz至10 MHz。
  10. 如請求項7或8之製造半導體發光元件之方法，其中該交流電壓之幅值為5 mV至30 mV。
  11. 如請求項7之製造半導體發光元件之方法，其中該直流電壓之範圍為0.8 V至2.8 V，且該p電極作為正電極。
  12. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其中該雜質濃度分佈係n型雜質濃度分佈，且該雜質係Si。
  13. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其中藉由MOCVD方法在該單晶基板上具有該多量子井結構之該發光層之該n電極側上形成交替層壓有由InxGa1-xN(0<x<0.3)構成之第一層及由GaN構成之第二層的多層，且對於該發光層而言，形成由至少包括In之InyGa1-yN(0<y<0.3)構成之井層及由InyAlzGa1-y-zN(0y<0.1，0z<0.2)構成之障壁層。
  14. 如請求項13之製造半導體發光元件之方法，其中至少向該發光層之障壁層中添加5×1016 cm-3至5×1018 cm-3範圍之單一導電型雜質濃度之雜質。
  15. 如請求項1之製造半導體發光元件之方法，其進一步包括：發光輸出及驅動電壓檢查步驟，其中發光輸出及驅動電壓檢查區段量測發光輸出及驅動電壓以用於檢查；及第二雜質濃度分佈控制步驟，其中第二雜質濃度分佈控制區段藉由控制MOCVD區段來控制該發光層之該雜質濃度分佈，從而在所量測之發光輸出及該驅動電壓中之至少一者超過預定範圍時，在形成下一發光層時根據所量測該發光輸出及該驅動電壓使該驅動電壓之增加最小化同時獲得最大發光輸出。
  16. 一種藉由如請求項1至8及11至15中任一項之製造半導體發光元件之方法製得之半導體發光元件，其中在該發光層之井層及障壁層中之至少該障壁層中單一導電型雜質濃度分佈之最低值的範圍為5×1016 cm-3至9×1016 cm-3。
  17. 如請求項16之半導體發光元件，其中該單一導電型雜質濃度分佈之該最低值之容差為7×1016 cm-3。
  18. 一種半導體發光元件之製造系統，其用於藉由MOCVD區段在單晶基板上形成具有多量子井結構之發光層且用於形成p型電極及n型電極以向該發光層供應電流，該系統包括：電容量測區段，其用於在形成該p型電極及該n型電極之後量測該p型電極與該n型電極之間之電容；雜質濃度分佈計算區段，其用於自所量測電容計算該發光層之雜質濃度分佈；及第一雜質濃度分佈控制區段，其用於實施控制從而使得可在形成下一發光層時獲得最大發光輸出，且將所計算雜質濃度分佈之雜質濃度之最低值作為表徵量。
  19. 如請求項18之半導體發光元件之製造系統，其中該第一雜質濃度分佈控制區段在該發光層之井層及障壁層中之至少該障壁層中控制雜質濃度分佈。
  20. 如請求項18之半導體發光元件之製造系統，其中該第一雜質濃度分佈控制步驟實施控制從而使得單一導電型雜質濃度分佈之範圍為5×1016 cm-3至9×1016 cm-3，且將其最低值作為表徵量。
  21. 如請求項18之半導體發光元件之製造系統，其中該第一雜質濃度分佈控制步驟實施控制從而使得單一導電型雜質濃度分佈為7×1016 cm-3，且將其最低值作為表徵量。
  22. 如請求項18之半導體發光元件之製造系統，其中該第一 雜質濃度分佈控制步驟藉由在生長該發光層之井層及障壁層中之至少該障壁層時控制SiH4氣體及/或SiH(CH3)3氣體之流量來控制該雜質濃度分佈的最小值。
  23. 如請求項18之半導體發光元件之製造系統，其中該第一雜質濃度分佈控制步驟藉由在生長該發光層之井層及障壁層中之至少該障壁層時控制SiH4氣體及/或SiH(CH3)3氣體之引入時間來控制該雜質濃度分佈的最小值。
  24. 如請求項18之半導體發光元件之製造系統，其進一步包括：發光輸出及驅動電壓檢查區段，其用於量測該發光輸出及該驅動電壓以用於檢查；及第二雜質濃度分佈控制區段，其用於藉由控制MOCVD區段來控制該發光層之該雜質濃度分佈，從而在所量測該發光輸出及該驅動電壓中之至少一者超過預定範圍時，在形成下一發光層時根據所量測該發光輸出及該驅動電壓使該驅動電壓之增加最小化同時獲得最大發光輸出。
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