TW201635596A - 半導體發光元件 - Google Patents
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Abstract
實現於主要發光波長為520nm以上的半導體發光元件中，抑制比該主要發光波長還短波長之光強度的發光元件。
主要發光波長為520nm以上的半導體發光元件，係具備n型半導體層、形成於n型半導體層的上層，且由半導體所成的活性層、形成於活性層的上層的p型半導體層、及形成於n型半導體層與p型半導體層之間，吸收400nm以上440nm以下的波長帶所包含之至少任一波長的光線，且由半導體所成的光吸收層。
Description
本發明係關於半導體發光元件，尤其關於顯示主要發光波長為520nm以上的半導體發光元件。
近年來，使用具有可視光區域之發光波長的LED的投影機及醫療用檢查裝置的開發有所進展。作為具有可視光區域之發光波長的LED，先前主要使用GaP系的化合物半導體。但是，GaP系的化合物半導體，係能帶構造為間接遷移型的半導體，因為遷移機率低，發光效率難以上升。因此，進展使用直接遷移型的半導體即氮化物半導體系的材料之可視光區域的LED的開發。
關於可視光區域的發光，公知尤其是520nm以上的波長區域難以高效率化，發光效率明顯降低。圖8係揭示主要發光波長(尖峰發光波長)與內部量子效率的關係的圖表，橫軸對應主要發光波長，縱軸對應內部量子效率(IQE)。依據圖8，可確認主要發光波長超過520nm的話，內部量子效率會急遽降低之狀況。如此內部量子效率降低的波長區域被稱為「綠色間隙(Green
gap)區域」，無關於GaP系及氮化物半導體系，於相關波長區域中效率降低會成為問題。因此，於該綠色間隙區域中，被要求提升內部量子效率並提升發光效率。
作為提升內部量子效率的方法，在後述專利文獻1中，檢討藉由使用表面具有非極性面，例如與[10-10]方向垂直之被稱為m面的(10-10)面的基板，使活性層成長，讓活性層不產生壓電電場的發光元件。
[專利文獻1]日本特開2013-230972號公報
本案發明者藉由銳意研究，製造複數個主要發光波長為520nm以上的發光元件，使各發光元件實際發光來進行光譜分析的話，發現在比主要發光波長還短波長側存在其他尖峰。圖1係包含以尖峰波長成為530nm之方式構成的活性層之LED元件的發射光譜。如圖1所示，可知在420nm附近出現第二尖峰。如此，儘管作為發出530nm附近的綠色光的元件進行製造，從元件發出的光線會混入深藍色的光線。在圖1的光譜中，第二尖峰所示的光強度對於主要發光波長的尖峰所示的光強度，幾乎為1%程度。
本發明的目的係有鑑於相關課題，實現於主
要發光波長為520nm以上的半導體發光元件中，抑制比該主要發光波長還短波長之光強度的發光元件。
一種半導體發光元件，係主要發光波長為520nm以上的半導體發光元件，其特徵為具備：n型半導體層；活性層，係形成於前述n型半導體層的上層，且由半導體所成；p型半導體層，係形成於前述活性層的上層；及光吸收層，係形成於前述n型半導體層與前述p型半導體層之間，吸收400nm以上440nm以下的波長帶所包含之至少任一波長的光線，且由半導體所成。
依據前述構造，藉由光吸收層，比主要發光波長還短波長，且400nm以上440nm以下的波長帶所包含之至少任一波長的光線會被吸收。藉此，提升從半導體發光元件發出的光線中，波長為520nm以上的主要發光波長之光線的比例。
再者，前述n型半導體層、前述活性層、前述p型半導體層、及前述光吸收層可都由氮化物半導體層所成。
在此，前述光吸收層，可利用具有比對應前述主要發光波長的帶間隙能還大，且對應波長400nm的帶間隙能以下之能帶間隙的氮化物半導體來構成。此時，
關於比對應光吸收層之能帶間隙的波長還短波長的光線，藉由該光吸收層被吸收。
進而，將前述光吸收層，以具有對應波長440nm的帶間隙能以下之能帶間隙的氮化物半導體來構成亦可。此時，關於比波長440nm還短波長的光線，藉由該光吸收層被吸收。
前述活性層，係以包含有包含In的氮化物半導體之方式構成；前述光吸收層，能係以包含In組成比前述活性層還低的氮化物半導體之方式構成。
可發出主要發光波長為520nm以上之光線的發光元件，係以具有In組成比較高的氮化物半導體，更詳細來說是包含InGaN或AlInGaN等的活性層之方式實現。
然而，使用氮化物半導體來製作半導體發光元件時，作為使氮化物半導體結晶成長的基板，使用主面具有c面基板的基板。實際上，於該基板上在低溫下使GaN層成長，進而，於其上層使氮化物半導體層成長。
在此，於GaN與InN的晶格參數之間存在有差。具體來說，關於a軸方向，GaN的晶格參數為0.3189nm，另一方面，InN的晶格參數為0.354nm。因此，在比GaN層更上層，使包含晶格參數比GaN還大的InN的InGaN層成長的話，InGaN層係在與成長面垂直方向會承受壓縮應變。此時，具有正電荷的Ga及In與具有
負電荷的N之分極的均衡崩潰，產生沿著c軸方向的電場(壓電電場)。壓電電場發生於活性層的話，該活性層的能帶歪曲而電子與電洞的波動函數的重度程度變小，在活性層內之電子與電洞的再結合機率降低(所謂「量子侷限史塔克效應」)。因此，內部量子效率會降低。
對於為了使發光波長成為530nm以上來說，為了實現因應該波長的帶間隙能，需要提升活性層所包含的In組成。但是，提升In組成的話壓縮應變會變大，故壓電電場也變大。結果，內部量子效率會更降低。
但是，依據前述構造，具備包含In組成比活性層還低之氮化物半導體的光吸收層。藉此，可使結晶應變，可獲得緩和對於In組成高的活性層之晶格應變。再者，將前述光吸收層，形成於前述n型氮化物半導體層與前述活性層之間亦可，如此構成時，可更提升對於活性層之晶格應變的緩和效果。
又，前述光吸收層，能以InGaN或AlInGaN的單層，或者InGaN又或AlInGaN與GaN所成的層積體之多層構造來構成。
再者，藉由In組成之值，能以單膜來層積InGaN或AlGaN的膜厚有所限度。因此，利用設為InGaN或AlInGaN與GaN的層積體，增厚InGaN或AlInGaN的總膜厚，可提升吸收比主要發光波長還短波長之光線的光量。
又，作為於前述活性層與前述n型半導體層
之間，具有包含In組成比前述光吸收層還低之氮化物半導體的超晶格層者亦可。利用設置相關的超晶格層，可更提升對於活性層之晶格應變的緩和效果。
依據本發明，實現主要發光波長為520nm以上，且抑制比該主要發光波長還短波長之光強度的半導體發光元件。
1‧‧‧半導體發光元件
11‧‧‧基板
13‧‧‧無摻雜的GaN層
15‧‧‧n型氮化物半導體層
20‧‧‧超晶格層
25‧‧‧光吸收層
30‧‧‧活性層
31‧‧‧構成活性層的第一層
32‧‧‧構成活性層的第二層
33‧‧‧構成活性層的第三層
41‧‧‧無摻雜的GaN層
43‧‧‧p型氮化物半導體層
[圖1]包含以尖峰波長成為530nm之方式構成的活性層之LED元件的發射光譜。
[圖2]模式揭示半導體發光元件的第一實施形態之構造的剖面圖。
[圖3]模式揭示半導體發光元件所具備之活性層的構造的剖面圖。
[圖4]比較實施例1與參照例1的半導體發光元件之發射光譜的圖面。
[圖5]模式揭示半導體發光元件的第三實施形態之構造的剖面圖。
[圖6]比較實施例2與參照例2的半導體發光元件之發射光譜的圖面。
[圖7]模式揭示半導體發光元件的第三實施形態之其
他構造的剖面圖。
[圖8]揭示尖峰發光波長與內部量子效率之關係的圖表。
針對本發明的半導體發光元件，參照圖面來進行說明。再者，於以下的各圖面中，圖面的尺寸比與實際的尺寸比不一定一致。又，於以下的說明中，不純物濃度、膜厚、組成、及多層構造部的週期數相關之數值僅為一例，並不是限定於該等數值者。
又，於本說明書中，「AlGaN」的記述係與AlmGa1-mN(0<m<1)的記述同義，單只是省略Al與Ga的組成比的記述所記載者，並不是限定於Al與Ga的組成比為1：1之狀況的趣旨。關於「InGaN」的記述也相同。
又，在本說明書中，針對與主面正交的方向，將一方限定為「上方」，另一方限定為「下方」來進行說明，此係說明的便利上的界定，不是排除上下反轉所成之構造的趣旨。亦即，於元件相關的說明中，「於某層A的上層形成其他層B」的記載，係包含利用使該元件的上下反轉，讓層B位於層A的上層之構造的趣旨。
針對本發明之半導體發光元件的第一實施形態進行說明。
圖2係模式揭示本實施形態的半導體發光元件之構造的剖面圖。半導體發光元件1係具備n型氮化物半導體層15、光吸收層25、活性層30、及p型氮化物半導體層43。
半導體發光元件1係具有基板11，於基板11的上面形成無摻雜的GaN層13，於無摻雜的GaN層13的上面，形成有n型氮化物半導體層15。
基板11係以藍寶石基板或GaN所構成。
無摻雜的GaN層13係於基板11的c面藉由磊晶成長所形成之層，例如以3000nm的膜厚所構成。
n型氮化物半導體層15係形成於無摻雜的GaN層13的上面。在本實施形態中，作為一例，n型氮化物半導體層15係膜厚為2000nm，作為n型摻雜物的Si濃度為3×1019/cm3，Al組成為5%的AlGaN所構成。
光吸收層25係形成於n型氮化物半導體層15的上面，由具有吸收400nm以上440nm以下的波長帶所包含之至少任一波長的光線之功能的材料所構成。更詳細來說，光吸收層25係以具有比對應從活性層30放出之光線的主要發光波長的帶間隙能還大，且對應波長400nm的帶間隙能以下之能帶間隙的氮化物半導體來構成。在本實施形態中，光吸收層25係以GaN，與InGaN或AlInGaN之層積體的多層構造構成，作為具體的一例，層
積5週期之膜厚12nm的GaN層，與膜厚3nm之In組成15%的InGaN層所構成。再者，將光吸收層25，以具有對應波長440nm的帶間隙能以下之能帶間隙的氮化物半導體來構成亦可。
再者，構成光吸收層25的氮化物半導體所示之能帶間隙，可因應(Al)InGaN層的In組成來進行調整。在前述的範例中，利用將In組成設為15%，以光吸收層25的能帶間隙成為大概2.82eV程度之方式調整。該能帶間隙對應波長440nm。
活性層30係以主要發光波長成為520nm以上之方式，以氮化物半導體元件構成。作為一例，如圖3所示，利用層積5週期之以InX1Ga1-X1N(0≦X1≦0.01)構成的第一層31、以InX2Ga1-X2N(0.2<X2<1)構成的第二層32、及以AlY1Ga1-Y1N(0<Y1<1)構成的第三層33來形成。更具體來說，作為一例，第一層31係以膜厚20nm的無摻雜GaN構成，第二層32係以膜厚2.6nm且In組成28%的無摻雜InGaN構成，第三層33係以膜厚1.5nm且Al組成45%的無摻雜AlGaN構成。
GaN的帶間隙能為約3.4eV，InN的帶間隙能為約0.7eV，故以GaN或In比率為1%以下的InGaN構成的第一層31構成障壁層，以In比率比第一層31高的InGaN構成的第二層32構成發光層。又，AlN的帶間隙能約6.2eV，故以AlGaN構成的第三層33，係發揮能帶間隙比第一層31還高，妨礙電子的移動的功能。
再者，活性層30係以主要發光波長成為520nm以上之方式構成即可，並不限定於前述的構造。
如圖2所示，在本實施形態中，於活性層30的上面形成無摻雜的GaN層41。此係構成最後障壁層。再者，將該無摻雜的GaN層41包含於活性層30亦可。無摻雜的GaN層41係與活性層30之第一層31相同，例如以膜厚20nm形成。
於無摻雜的GaN層41的上面，形成有p型氮化物半導體層43。在本實施形態中，p型氮化物半導體層43係膜厚為100nm，作為p型摻雜物的Mg濃度為3×1019/cm3的p-GaN所構成。再者，因應必要，於該p-GaN的上層，可設置高濃度p型的接觸層。
於圖4揭示表示上述之構造的半導體發光元件1(實施例1)的發射光譜。再者，於圖4，為了比較，一併揭示圖1所示之發光元件(參照例1)的光譜。參照例1的元件係與實施例1的元件比較，僅未具備光吸收層25之處不同。
依據圖4，可知相較於參照例1的元件，實施例1的元件大幅抑制400nm以上440nm以下之波長帶的光強度。再者，主要發光波長的520nm附近之波長的光強度，係在參照例1與實施例1中幾乎未發現差異。藉此，可知利用具備光吸收層25，關於從發光元件發出的
光線，可抑制比主要發光波長還短波長之420nm附近的光強度。
再者，光吸收層25係形成於n型氮化物半導體層15與活性層30之間，包含In組成比n型氮化物半導體層15還高，In組成比活性層30還低的氮化物半導體。藉此，可獲得緩和對於活性層30之晶格應變的效果。結果，相較於先前，可緩和活性層30之電子與電洞的再結合機率的降低，故提升內部量子效率。
以下，針對半導體發光元件1的製造方法進行說明。再者，以下的製造條件及膜厚等的尺寸僅為一例，並不是限定於該等數值者。
首先，於基板11的上層，使無摻雜的GaN層13成長。具體方法的一例如下所述。
作為基板11，準備c面藍寶石基板，並對此進行清洗。該清洗更具體來說，藉由例如於MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)裝置的處理爐內配置基板11(c面藍寶石基板)，一邊對於處理爐內流通流量為10slm的氫氣，一邊將爐內溫度例如升溫至1150℃來進行。
之後，利用於基板11的表面，形成由GaN所
成的低溫緩衝層，進而於其上層形成由GaN所成的基底層，來形成無摻雜的GaN層13。更具體之無摻雜的GaN層13的形成方法如以下所述。
首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為480℃。然後，一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量分別為5slm的氮氣及氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為50μmol/min的三甲基鎵(TMG)及流量為250000μmol/min的氨供給68秒鐘至處理爐內。藉此，於基板11的表面，形成厚度為20nm的由GaN所成的低溫緩衝層。
接著，將MOCVD裝置的爐內溫度升溫至1150℃。然後，一邊對於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為100μmol/min的TMG及流量為250000μmol/min的氨供給60分鐘至處理爐內。藉此，於低溫緩衝層的表面，形成厚度為3μm的由GaN所成的基底層。藉由該等低溫緩衝層及基底層，形成無摻雜的GaN層13。
再者，作為基板11，也可使用GaN基板。此時，也與藍寶石基板時相同，於MOCVD裝置中執行表面的清洗之後，將MOCVD裝置的爐內溫度設為1050℃，一邊對於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為100μmol/min的TMG及流量為250000μmol/min的氨供給
60分鐘至處理爐內。藉此，於GaN基板的表面，形成厚度為3μm之無摻雜的GaN層13。
接著，於無摻雜的GaN層13的上面形成n型氮化物半導體層15。具體方法的一例如下所述。
在持續將爐內溫度設為1150℃的狀態下，將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後，一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為94μmol/min的TMG、流量為6μmol/min的三甲基鋁(TMA)、流量為250000μmol/min的氨、及用以摻雜n型不純物之流量為0.025μmol/min的四乙基矽烷供給60分鐘至處理爐內。藉此，例如以Al組成為5%的AlGaN所構成，Si濃度為3×1019/cm3，且厚度為2μm的n型氮化物半導體層15，形成於無摻雜的GaN層13的上層上面。
再者，在前述實施形態中，針對將包含於n型氮化物半導體層15的n型不純物設為Si之狀況進行說明，但是，作為其他n型不純物，也可使用Ge、S、Se、Sn及Te。
接著，於n型氮化物半導體層15的上面，形成以
GaN/InGaN的多層構造所構成之光吸收層25。具體方法的一例如下所述。
首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為770℃。然後，進行一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為1slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為15.2μmol/min的TMG、流量為27.2μmol/min的三甲基銦(TMI)及流量為375000μmol/min的氨，供給65秒鐘至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為15.2μmol/min的TMG及流量為375000μmol/min的氨，供給260秒鐘至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，層積5週期之厚度為3nm的In組成15%的InGaN層及厚度為12nm的GaN層所成的光吸收層25，被形成於n型氮化物半導體層15的上面。
接著，於光吸收層25的上面形成活性層30。在本實施形態中，作為活性層30，形成以InX1Ga1-X1N(0≦X1≦0.01)構成的第一層31、以InX2Ga1-X2N(0.2<X2<1)構成的第二層32、及以AlY1Ga1-Y1N(0<Y1<1)構成的第三層33。
於本實施形態中，步驟S4係利用執行複數次形成第二層32的步驟S4a、形成第三層33的步驟S4b、及形成第一層31的步驟S4c來構成。再者，涵蓋該步驟
S4之間，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，爐內溫度設為700℃~830℃，流量為15slm的氮氣、流量為1slm的氫氣、及流量為375000μmol/min的氨被連續供給至處理爐內。
在將爐內溫度設為700℃，以上述之流量連續供給氫氣、氮氣、及氨的狀態下，將流量為27.2μmol/min的TMI、及流量為15.2μmol/min的TMG，供給54秒鐘。藉此，形成以In組成28%的無摻雜InGaN構成且膜厚2.6nm的第二層32。
接下來，在將爐內溫度設為700℃，以上述之流量連續供給氫氣、氮氣、及氨的狀態下，將流量為15.2μmol/min的TMG與流量為17.3μmol/min的TMA，連續地供給30秒鐘。藉此，形成以Al組成45%的無摻雜AlGaN構成且膜厚1.5nm的第三層33。
接下來，在將爐內溫度設為700℃，以上述之流量連續供給氫氣、氮氣、及氨的狀態下，將流量為15.2μmol/min的TMG，連續地供給60秒鐘，形成膜厚3nm的GaN層。接著，使爐內溫度升溫至830℃為止。在
該升溫過程以及保持為該溫度之狀態下，以相同的氣體流量，將TMG連續供給340秒鐘，形成膜厚17nm的GaN層。藉此，形成作為第一層31之膜厚20nm的GaN層。
再者，在以低In組成的InGaN構成第一層31時，以以下方法形成來代替前述內容。亦即，在與步驟S4b相同流量，連續供給氫氣、氮氣、及氨的狀態下，將流量為1μmol/min及流量為15.2μmol/min的TMG，供給400秒鐘。藉此，形成以In組成1%以下的無摻雜InGaN構成且膜厚20nm的第一層31。
利用重複執行5次前述步驟S4a~S4c，形成第一層31、第二層32、及第三層33分別被層積5週期的活性層30。
再者，於使InGaN成長的工程中，根據盡量抑制微滴，使遷移進行的觀點，將成長率設為3nm/分鐘程度為佳。
於活性層30的上面，以例如膜厚20nm形成無摻雜的GaN層41。再者，該無摻雜的GaN層41係在以GaN構成活性層30的第一層31之狀況中，於步驟S4中形成活性層30時，利用最後執行步驟S4c而結束步驟S4，可將在該步驟S4c中形成的GaN層，設為無摻雜的GaN層41。又，在以低In組成的InGaN構成第一層31之狀況中，利用在最後使TMI的供給停止之狀態下執行步驟S4c
而結束步驟S4，可將在該步驟S4c中形成的GaN層，設為無摻雜的GaN層41。
於無摻雜的GaN層41的上面，形成p型氮化物半導體層43。具體方法，係如下所述。
將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa，一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為25slm的氫氣，一邊將爐內溫度升溫至930℃。之後，作為原料氣體，將流量為100μmol/min的TMG、流量為250000μmol/min的氨、及用以摻雜p型不純物之流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂(Cp2Mg)，供給360秒鐘至處理爐內。藉此，於無摻雜的GaN層41的上面，形成以厚度為120nm的GaN構成的p型氮化物半導體層43。該p型氮化物半導體層43的p型不純物(Mg)濃度為3×1019/cm3程度。
進而，接下來，藉由將Cp2Mg的流量變更為0.3μmol/min，並供給20秒鐘的原料氣體，形成厚度為5nm的由高濃度p型GaN層所成的接觸層。此時，於p型氮化物半導體層43也包含該接觸層。該接觸層的p型不純物(Mg)濃度為1×1020/cm3程度。
再者，在前述實施形態中，雖針對將包含於p型氮化物半導體層43的p型不純物設為Mg之狀況進行說明，但是，除了Mg之外，也可使用Be、Zn及C等。
之後的製程係如下所述。
在所謂「橫型構造」的半導體發光元件1之狀況中，藉由ICP蝕刻來使n型氮化物半導體層15的一部分上面露出，於露出之n型氮化物半導體層15的上層形成n側電極，於P型氮化物半導體層43的上層形成p側電極。然後，藉由例如雷射切割裝置來分離各元件彼此，對於電極進行引線接合。在此，所謂「橫型構造」係指形成於n型氮化物半導體層15之上層的n側電極，與形成於p型氮化物半導體層43之上層的p側電極，相對於基板形成於相同方向所成的構造。
另一方面，在所謂「縱型構造」的半導體發光元件1之狀況中，於p型氮化物半導體層43的上層形成成為p側電極的金屬電極(反射電極)、焊錫擴散層、及焊錫層。然後，隔著焊錫層，貼合以導體或半導體所構成的支持基板(例如CuW基板)之後，上下反轉，藉由雷射照射等的方法來剝離基板11。之後，於n型氮化物半導體層15的上層形成n側電極。以下，與橫型構造同樣地，進行元件分離及引線接合。在此，所謂「縱型構造」係指n側電極與p側電極，挾持基板而形成於相反方向所成的構造。
於第一實施形態中，光吸收層25係作為GaN，與InGaN或AlInGaN的層積體的多層構造所構成者進行敘述。但是，以InGaN或AlInGaN的單層來構成光吸收層25亦可。
包含In的氮化物半導體層係因應In的組成，決定實質上不使結晶缺陷產生而可層積的膜厚(臨界膜厚)。在第一實施形態中，利用交互週期性地層積GaN與InGaN(或AlInGaN)，形成光吸收層25。依據該構造，可一邊讓使InGaN(或AlInGaN)單獨成長的膜厚未滿臨界膜厚，一邊增厚作為光吸收層25整體之InGaN(或AlInGaN)的總膜厚。此係為了提升比主要發光波長還短波長之光線(波長420nm附近的光線)的消光度，意圖增厚光吸收層25所包含之InGaN(或AlInGaN)的膜厚。
但是，因為可根據In的組成，增厚InGaN(或AlInGaN)的臨界膜厚，故即使在以單層的InGaN(或AlInGaN)來構成光吸收層25之狀況中，也可某程度吸收比主要發光波長還短波長的光線。即使是此種構造，也可實現相較於未具備光吸收層25的半導體發光元件的話，抑制比主要發光波長還短波長之光線的強度的元件。但是，如第一實施形態般，以GaN與InGaN(或AlInGaN)的週期性之多層構造來構成光吸收層25，可更提升抑制前述短波長之光線的強度之能力。
圖5係模式揭示本實施形態的半導體發光元件之構造的剖面圖。本實施形態的半導體發光元件1係相較於第一實施形態的元件，在n型氮化物半導體層15與光吸收層25之間更具備超晶格層20之處不同。
於本實施形態中，超晶格層20係以GaN/InGaN構成，形成於n型氮化物半導體層15的上面。在本實施形態中，利用GaN層與InGaN層任一皆以膜厚為2.5nm而層積10週期，形成超晶格層20。InGaN層23的In組成為7%，GaN層及InGaN層雙方施加Si濃度為1×1018/cm3的摻雜，進行n型化。
於圖6揭示本實施形態的半導體發光元件1(實施例2)的發射光譜。再者，於圖6，為了比較，從實施例2的元件一併揭示不具備光吸收層25之元件(參照例2)的光譜。依據圖6，可知相較於參照例2的元件，實施例2的元件大幅抑制400nm以上440nm以下之波長帶的光強度。藉此，可知即使於具備超晶格層20之狀況中，也可利用具備光吸收層25，抑制比主要發光波長還短波長之420nm附近的光強度。
該超晶格層20係形成於n型氮化物半導體層15與活性層30之間，謀求藉由以包含In組成比n型氮化物半導體層15還高，In組成比活性層30還低的氮化物半導體之方式構成，緩和對於活性層30的晶格應變，提升內部量子效率。但是，於第一實施形態中如上所述，可於
光吸收層25中兼一部分該功能，故即使不一定具備超晶格層20，也可獲得某種程度提升內部量子效率的效果。
在製造本實施形態的半導體發光元件1時，在第一實施形態之步驟S2與步驟S3之間，除了執行後述步驟S2A之外，可利用與第一實施形態相同方法來實現。
在步驟S2之後，於n型氮化物半導體層15的上面，形成以GaN/InGaN構成的超晶格層20。具體方法的一例如下所述。
將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為820℃。然後，進行一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為1slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為15.2μmol/min的TMG、流量為27.2μmol/min的三甲基銦(TMI)及流量為375000μmol/min的氨，供給54秒鐘至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為15.2μmol/min的TMG及流量為375000μmol/min的氨，供給54秒鐘至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，層積10週期之厚度為2.5nm的In組成7%的InGaN層及厚度為2.5nm的GaN層所成的超晶格層20，被形成於n型氮化物半導體層15的上面。
再者，超晶格層20也可構成為低In組成的
InGaN，與高In組成的InGaN的層積體。此時，作為本步驟S2A，進行一邊流通流量為15slm的氮氣及流量為1slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為15.2μmol/min的TMG、流量為27.2μmol/min的TMI及流量為375000μmol/min的氨，供給54秒鐘至處理爐內的步驟，與將流量為15.2μmol/min的TMG、流量為1μmol/min的TMI及流量為375000μmol/min的氨，供給54秒鐘至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，層積10週期之厚度為2.5nm的In組成7%的InGaN層及厚度為2.5nm的In組成1%以下的InGaN層所成的超晶格層20，被形成於n型氮化物半導體層15的上面。
在該步驟S2A之後，執行步驟S3以下的各步驟即可。
再者，於本實施形態中，使超晶格層20與光吸收層25的位置反轉亦可(參照圖7)。進而，與第二實施形態相同，以InGaN或AlInGaN的單層來實現光吸收層25亦可。
1‧‧‧半導體發光元件
11‧‧‧基板
13‧‧‧無摻雜的GaN層
15‧‧‧n型氮化物半導體層
25‧‧‧光吸收層
30‧‧‧活性層
41‧‧‧無摻雜的GaN層
43‧‧‧p型氮化物半導體層
Claims (8)
- 一種半導體發光元件，係主要發光波長為520nm以上的半導體發光元件，其特徵為具備：n型半導體層；活性層，係形成於前述n型半導體層的上層，且由半導體所成；p型半導體層，係形成於前述活性層的上層；及光吸收層，係形成於前述n型半導體層與前述p型半導體層之間，吸收400nm以上440nm以下的波長帶所包含之至少任一波長的光線，且由半導體所成。
- 如申請專利範圍第1項所記載之半導體發光元件，其中，前述n型半導體層、前述活性層、前述p型半導體層、及前述光吸收層都由氮化物半導體層所成。
- 如申請專利範圍第2項所記載之半導體發光元件，其中，前述光吸收層，係由具有比對應前述主要發光波長的帶間隙能還大，且對應波長400nm的帶間隙能以下之能帶間隙的氮化物半導體所成。
- 如申請專利範圍第3項所記載之半導體發光元件，其中，前述光吸收層，係由具有對應波長440nm的帶間隙能以下之能帶間隙的氮化物半導體所成。
- 如申請專利範圍第2項至第4項中任一項所記載 之半導體發光元件，其中，前述活性層，係以包含有包含In的氮化物半導體之方式構成；前述光吸收層，係以包含In組成比前述活性層還低的氮化物半導體之方式構成。
- 如申請專利範圍第5項所記載之半導體發光元件，其中，前述光吸收層，係形成於前述n型半導體層與前述活性層之間。
- 如申請專利範圍第5項或第6項所記載之半導體發光元件，其中，前述光吸收層，係以InGaN或AlInGaN的單層，或者InGaN又或AlInGaN與GaN所成的層積體之多層構造所構成。
- 如申請專利範圍第6項或第7項所記載之半導體發光元件，其中，於前述活性層與前述n型半導體層之間，具有包含In組成比前述光吸收層還低之氮化物半導體的超晶格層。
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