TWI447958B - 半導體發光元件之製造方法及燈、電子機器、及機械裝置 - Google Patents

半導體發光元件之製造方法及燈、電子機器、及機械裝置 Download PDF

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Description

半導體發光元件之製造方法及燈、電子機器、及機械裝置
本發明係關於一種半導體發光元件之製造方法及燈、電子機器、及機械裝置。
本案係根據2009年7月10日於日本提出申請的特願2009-164004號、及2009年7月14日於日本提出申請的特願2009-165993號而主張優先權，此處援用其內容。
習知，作為可用於發光二極體或半導體雷射等之半導體發光元件，有在基板上，依序積層n型半導體層、活性層(發光層)與p型半導體層的元件。作為製造如此之半導體發光元件的方法，有在由藍寶石單晶等所構成的基板上，藉由有機金屬化學氣相成長法(MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法)，依照n型半導體層、活性層與p型半導體層之順序而連續依序積層的方法。
然而，在基板上連續依序積層n型半導體層、活性層與p型半導體層之情形，因為此等之層係在同一成長室內所形成，在形成n型半導體層之際所使用的摻雜劑，會對p型半導體層之形成造成障礙而得不到電阻係數充分低的p型半導體層之情形。
作為解決如此問題之技術，例如於專利文獻1中，有人提案一種化合物半導體裝置之製造方法，其係在既定之基板上，至少依序成膜第1導電型之半導體層與第2導電型之半導體層，以在製造化合物半導體裝置之際，在對應於導電型之相互不同的複數個獨立之成長室，成膜各自的該導電型之半導體層的方式來進行。
另外，最近為了使半導體發光元件之發光輸出提高，將大電流施加於半導體發光元件之情形將變多。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1　日本專利特開平7-45538號公報
然而，若完全個別地作成形成n型半導體層之成長室與形成p型半導體層之成長室時，則有所製得的半導體發光元件之發光輸出成為不充分之情形。
另一方面，於習知之半導體發光元件中，雖然若增大所施加的電流時，其發光輸出將變高，但藉由增大所施加的電流所得到的使發光輸出提高之效果的程度，將有隨著增大所施加的電流而逐漸變小之傾向。因而，將大電流施加於半導體發光元件之情形，因增大所施加的電流所導致的發光輸出提高效果係不充分。因此，作為半導體發光元件，要求能藉由施加大電流而有效地使發光輸出提高，適用於施加有大電流之情形的元件或其製造方法。
本發明係有鑑於上述之課題所完成者，設定如下之課題：提供難以發生起因於在形成n型半導體層之際所用的摻雜劑之p型半導體層的不良，而且能夠製造可以得到高輸出的半導體發光元件之半導體發光元件之製造方法。
另外，本發明之課題在於提供一種能夠製造可藉由施加大電流而得到高的發光輸出之半導體發光元件之半導體發光元件之製造方法，及具備利用此製造方法所製造的半導體發光元件之燈、電子機器、機械裝置。
本發明人為了解決上述之問題而鑽研，結果完成了本發明。
本發明之第一形態係提供一種半導體元件之製造方法，其特徵係具備第1製程及第2製程而成，第1製程，係於第1有機金屬化學氣相成長裝置中，在基板上，積層第1n型半導體層之製程；第2製程，係於第2有機金屬化學氣相成長裝置中，在該第1n型半導體層上，依序積層該第1n型半導體層之再成長層、第2n型半導體層、活性層與p型半導體層之製程。
亦即，本發明之第一形態係以下之半導體發光元件之製造方法。
(1)一種半導體發光元件之製造方法，其特徵係具有第1製程及第2製程，該第1製程，係於第1有機金屬化學氣相成長裝置中，在基板上，積層第1n型半導體層；該第2製程，係於第2有機金屬化學氣相成長裝置中，在該第1n型半導體層上，依序積層再成長層、第2n型半導體層、活性層與p型半導體層。
(2)記載於前項1之半導體發光元件之製造方法，其中於該第2製程中，該第2n型半導體層係具有使薄膜層重複成長20層～40層所製得的超晶格構造。
(3)記載於前項1或前項2之半導體發光元件之製造方法，其中該第1製程中之該第1n型半導體層的成長條件、及該第2製程中之該再成長層的成長條件係相同。
(4)記載於(1)～(3)中任一項之半導體發光元件之製造方法，其中該第1n型半導體層及再成長層為n接觸層，該第2n型半導體層為n包覆層。
(5)記載於(1)～(4)中任一項之半導體發光元件之製造方法，其中使該再成長層的厚度成為0.05μm～2μm。
(6)記載於(1)～(5)中任一項之半導體發光元件之製造方法，其中於形成該再成長層之前，具有於含有氮之氣體環境中進行熱處理溫度500℃～1000℃之熱處理的次製程。
(7)一種燈，其特徵為具備利用記載於(1)～(6)中任一項之半導體發光元件之製造方法所製造的半導體發光元件。
(8)一種電子機器，其特徵為裝入有記載於(7)之燈。
(9)一種機械裝置，其特徵為裝入有記載於(8)之電子機器。
(10)記載於(1)～(6)中任一項之半導體發光元件之製造方法，其中再成長層為第1n型半導體層之成長層，且為n型半導體層。
本發明之第二形態係提供一種半導體發光元件之製造方法，其特徵係具有第1製程及第2製程，該第1製程，係於第1有機金屬化學氣相成長裝置中，在基板上，積層第1n型半導體層；該第2製程，係於第2有機金屬化學氣相成長裝置中，在該第1n型半導體層上，依序積層該第1n型半導體層之再成長層、第2n型半導體層、發光層與p型半導體層；於該第2製程中，使該第2有機金屬化學氣相成長裝置之成長室內的壓力成為500mbar～1013mbar(大氣壓下)而使該發光層成長。
亦即，本發明之第二形態係以下之半導體發光元件之製造方法。
(1)一種半導體發光元件之製造方法，其特徵係具有第1製程及第2製程，該第1製程，係於第1有機金屬化學氣相成長裝置中，在基板上，積層第1n型半導體層；該第2製程，係於第2有機金屬化學氣相成長裝置中，在該第1n型半導體層上，依序積層再成長層、第2n型半導體層、發光層與p型半導體層；於該第2製程中，使該第2有機金屬化學氣相成長裝置之成長室內的壓力成為500mbar～1013mbar(大氣壓下)而使該發光層成長。
(2)記載於(1)之半導體發光元件之製造方法，其中含有如下之製程：將流量30SLM～100SLM之第1載氣連同含有III族元素之III族原料供應至該第2有機金屬化學氣相成長室中，同時將第2載氣連同氮氣或含有氮化物之氮原料供應至該成長室中，使由III族氮化物半導體層所構成之該發光層成長。
(3)一種燈，其特徵為具備利用記載於(1)或(2)之半導體發光元件之製造方法所製造的半導體發光元件。
(4)一種電子機器，其特徵為裝入有記載於(3)之燈。
(5)一種機械裝置，其特徵為裝入有記載於(4)之電子機器。
本發明之半導體元件之製造方法，其係具有第1製程及第2製程，該第1製程係於第1有機金屬化學氣相成長裝置中，在基板上，積層第1n型半導體層之製程；該第2製程係於第2有機金屬化學氣相成長裝置中，在該第1n型半導體層上，依序積層再成長層、第2n型半導體層、活性層與p型半導體層之製程。因此，使得於第1製程所形成的第1n型半導體層係在與於第2製程中所形成的p型半導體層不同的成長室內形成。因此，根據本發明之半導體發光元件之製造方法，便能夠減少或是難以發生起因於在形成n型半導體層之際所用的p型半導體層之不良。
而且，於本發明之半導體發光元件之製造方法中，於第2製程中，在第1n型半導體層上，形成第1n型半導體層之再成長層(n型半導體層)後，在其上積層第2n型半導體層。在其上，依序積層有活性層與p型半導體層。藉由此構造，在再成長層上形成有結晶性良好的第2n型半導體層，可以製得能夠獲得高輸出之半導體發光元件。
於本發明之第二形態的半導體發光元件之製造方法中，於第2製程中，在第1n型半導體層上形成第1n型半導體層之再成長層，在其上積層第2n型半導體層。藉此，在再成長層上形成有結晶性良好的第2n型半導體層。再者，於本發明之第二形態的半導體發光元件之製造方法中，於第2製程中，使第2有機金屬化學氣相成長裝置之成長室內的壓力成為500mbar～1013mbar(大氣壓下)而使發光層成長。其結果，在結晶性良好的第2n型半導體上形成有結晶性良好的發光層。因此，根據本發明之半導體發光元件之製造方法，便可製得在施加有大電流之情形下，獲得較習知還高的發光輸出之半導體發光元件。
於本發明之半導體發光元件之製造方法中，如上所述，使得於第1製程中形成為壓倒性地較第2製程還厚的第1n型半導體層，係在與於第2製程中所形成的p型半導體層不同的成長室內形成。因而，根據本發明之半導體發光元件之製造方法，便能夠防止起因於在形成n型半導體層之際所用的摻雜劑的p型半導體層之不良，其結果，能夠在良率方面謀求大幅提高生產性。
 [用於實施發明之形態]
以下，針對半導體發光元件之製造方法，一面適當參照圖式，一面詳細說明。於以下之說明中所參照的圖式係用以說明本發明者，所圖示的各部之大小、厚度或尺寸等係與實際之半導體發光元件或燈等之尺寸關係不同。本發明並不受以下之例所限定，可於不脫離其主旨之範圍適當變更。能夠進行數目、位置、大小或數值等之變更或追加。
本發明係關於半導體發光元件之製造方法及燈、電子機器、及機械裝置。尤其，關於一種半導體發光元件之製造方法，其係難以發生起因在於形成n型半導體層之際所用的摻雜劑的p型半導體層之不良，可以製得能夠獲得高輸出之半導體發光元件、或適用於施加有大電流之情形，藉由施加有大電流而可以得到高的發光輸出；及具備利用此製造方法所製造的半導體發光元件之燈、電子機器及機械裝置。
『半導體發光元件』
第1圖係顯示利用本發明之半導體發光元件之製造方法所製造的半導體發光元件之一例的剖面示意圖。於本實施形態中，作為半導體發光元件之一例，係舉出顯示於第1圖之半導體發光元件而說明。
顯示於第1圖之本實施形態的半導體發光元件1係具備：基板11、在基板11上所積層的積層半導體層20、在積層半導體層20之上面所積層的透光性電極15、在透光性電極15上所積層的p型接合墊電極16、及在積層半導體層20之露出面20a上所積層的n型電極17。
積層半導體層20，係從基板11側起，將n型半導體層12、發光層(活性層)13及p型半導體層14，依此順序積層所構成。如第1圖所示，n型半導體層12、發光層13及p型半導體層14，係其一部分藉由蝕刻等之手段去除，從所去除的部分而露出n型半導體層12之一部分。然後，在n型半導體層12之露出面20a積層有n型電極17。
另外，在p型半導體層14之上面14a積層有透光性電極15及p型接合墊電極16。藉由它們，即透光性電極15及p型接合墊電極16，構成p型電極18。
作為構成n型半導體層12、發光層13、及p型半導體層14的半導體，較佳為使用III族氮化物半導體。更佳為使用氮化鎵系化合物半導體。作為氮化鎵系化合物半導體，係已知有例如，以通式Alx Iny Ga1-x-y N(0x<1、0y<1、0x+y<1)表示之各種組成的半導體。作為構成本發明中之n型半導體層12、發光層13及p型半導體層14之氮化鎵系化合物半導體，亦能無任何限制地使用以通式Alx Iny Ga1-x-y N(0x<1、0y<1、0x+y<1)表示之各種組成的半導體。
本實施形態之半導體發光元件1係藉由將電流流通於p型電極18與n型電極17之間，使光從構成積層半導體層20之活性層的發光層13發射之構造，來自發光層13之光係從已形成p型接合墊電極16之側取出的面向上設置(face-up mount)型之發光元件。
(基板)
基板11能夠任意選擇，例如，能夠使用由藍寶石、SiC、矽、氧化鋅、氧化鎂、氧化錳、氧化鋯、氧化錳鋅鐵、氧化鎂鋁、硼化鋯、氧化鎵、氧化銦、氧化鋰鎵、氧化鋰鋁、氧化釹鎵、氧化鑭鍶鋁鉭、氧化鍶鈦、氧化鈦、鉿、鎢、及鉬等所構成的基板。於上述基板之中，特佳為使用以c面為主面之藍寶石基板。
還有，上述基板之內，也可使用已知藉由高溫下與氨接觸而引起化學的變性之氧化物基板或金屬基板等。此時，也可以選擇適當之使用方法。例如，不使用氨而成膜後述之緩衝層21，同時以使用氨之方法來成膜後述的基底層22之情形等，因為緩衝層21係發揮作為塗層之作用，所以能夠有效防止基板11之化學性改質。
(緩衝層)
緩衝層21係可以設置也可以不設置。然而，為了緩和基板11與基底層22之晶格常數的差異，而使在基板11之(0001)C面上C軸所配向的單晶層之形成變得容易，較佳為予以設置。藉由在緩衝層21之上積層單晶的基底層22，更進一步能夠積層結晶性良好的基底層22。
緩衝層21較佳為由多晶之Alx Ga1-x N(0x1)所構成者，更佳為由單晶之Alx Ga1-x N(0x1)所構成者。進一步更佳為0.5x1.0。
例如，緩衝層21能夠作成由多晶之Alx Ga1-x N(0x1)所構成的厚度0.01～0.5μm者。若緩衝層21的厚度不足0.01μm時，將有無法充分得到藉由緩衝層21而緩和基板11與基底層22之晶格常數差異的效果之情形。另外，若緩衝層21的厚度超過0.5μm時，儘管作為緩衝層21之功能無變化，有使緩衝層21之成膜處理時間變長、生產性降低之可能性。
緩衝層21之較佳一例，可舉出：具有由III族氮化物半導體所構成的六方晶系結晶構造之層。形成緩衝層21之III族氮化物半導體之結晶較佳為具有單晶構造者。III族氮化物半導體之結晶係藉由控制成長條件，不僅是上方向，就連面內方向也成長而形成單晶構造。因此，藉由控制緩衝層21之成膜條件，能夠作成由單晶構造之III族氮化物半導體之結晶所構成的緩衝層21。在基板11上成膜具有如此之單晶構造的緩衝層21之情形，由於緩衝層21之緩衝功能將有效地發揮作用，所以在其上所成膜的III族氮化物半導體成為具有良好的配向性及結晶性之結晶膜。
另外，形成緩衝層21之III族氮化物半導體的結晶，亦可藉由控制成膜條件，作成由以六角柱作為基本之集合組織所構成的柱狀結晶(多晶)。還有，此處之由集合組織所構成的柱狀結晶，係指於與所鄰接的結晶粒之間形成結晶粒界而隔開，其本身作為縱剖面形狀係成為柱狀之結晶。
(基底層)
作為基底層22，可舉出：Alx Gay Inz N(0x1、0y1、0z1、x+y+z=1)，但若使用Alx Ga1-x N(0x<1)時，則由於能夠形成結晶性佳的基底層22而較佳。更佳為0x<0.5。
基底層22之膜厚較佳為0.1μm以上，更佳為0.5μm以上，最佳為1μm以上。形成此膜厚以上者容易得到結晶性良好的Alx Ga1-x N層。基底層22之膜厚較佳為10μm以下。
為了改良基底層22之結晶性，期望不將不純物摻雜於基底層22中。但是，p型或n型導電性為必要之情形下，能夠將受體不純物或授體不純物添加於基底層22中。
(積層半導體層)(n型半導體層)
n型半導體層12係由n接觸層12a(第1製程成長層(第1n型半導體層)、與再成長層)、與n包覆層12b(第2n型半導體層)所構成。
n接觸層12a(n型半導體層)係用以設置n型電極17之層，係於後述的第1製程中所形成的第1製程成長層12c、與於後述的第2製程中所形成的再成長層12d所構成。於圖所示之第1製程成長層12c與再成長層12d中，第1製程成長層12c的厚度係較再成長層12d的厚度還厚。第1製程成長層12c與再成長層12d較佳為由同一材料所構成者。較佳為亦利用相同的成長條件形成。更佳為由同一材料所構成，利用相同的成長條件所形成。另外，於本實施形態中，如第1圖所示，於第1製程成長層12c中，形成有用以設置n型電極17之露出面20a。還有，用以設置n型電極17之露出面20a也可以形成於再成長層12d。
n接觸層12a較佳為由Alx Ga1-x N層(0x<1，較佳為0x0.5，更佳為0x0.1)所構成，摻雜有n型不純物(摻雜劑)。n接觸層12a中，在以1×1017 ～1×1020 /cm3 、較佳為1×1018 ～1×1019 /cm3 之濃度含有n型不純物之情形，於維持與n型電極17良好歐姆接觸之方面是較佳的。作為n接觸層12a中所用之n型不純物，並未予以特別限定，例如，可舉出：Si、Ge、Sn等。較佳為含有Si與Ge，最佳為Si。
構成n接觸層12a之第1製程成長層12c的膜厚較佳為作成0.5～5μm、更佳為2～4μm之範圍。若第1製程成長層12c之膜厚為上述之範圍內時，便可良好地維持半導體之結晶性。
另外，再成長層12d之膜厚較佳為作成0.05～2μm，更佳為作成0.2～1μm。若再成長層12d之膜厚為0.2μm以上時，如後所述，於形成n接觸層12a之中途階段，中斷n接觸層12a之成長(第1製程成長層之形成)，從第1有機金屬化學氣相成長裝置之成長室內取出而移至別的裝置(第2有機金屬化學氣相成長裝置)之成長室，之後，能夠減少因用以形成再成長層12d而恢復n接觸層12a的成長所導致的對n接觸層12a結晶性之影響。其結果，使半導體發光元件之輸出提高的效果將變得更為顯著。另外，若再成長層12d之膜厚超過2μm時，於在形成p型半導體層14之際所用的第2有機金屬化學氣相成長裝置之成長室內，形成n型半導體層12後所殘留的摻雜劑或堆積物之量變多，使得起因於在形成n型半導體層12之際所用的摻雜劑或堆積物之p型半導體層14之不良容易發生。再者，發生再成長層12d之成膜處理時間將變長、生產性降低之問題。
n包覆層12b係設置在n接觸層12a與發光層13之間。n包覆層12b係進行對發光層13注入載體與封閉載體之層，進一步也發揮緩和再成長層12d與發光層13之晶格不匹配之作為發光層13之緩衝層的功能。n包覆層12b係任意所選出，可利用例如AlGaN(亦即，Alx Ga1-x N(0x1))、GaN、GaInN(亦即，Gax In1-x N、0<x<1)等而形成。還有，於專利說明書中，有省略該各元素之組成比，記述為AlGaN、GaN、GaInN之情形。在利用GaInN而形成n包覆層12b之情形下，當然期望將帶隙作成較發光層13之GaInN還大。
n包覆層12b為由單層所構成者之情形，n包覆層12b之膜厚較佳為5～500nm，更佳為5～100nm。另外，n包覆層12b之n型摻雜濃度較佳為1×1017 ～1×1020 /cm3 、更佳為1×1018 ～1×1019 /cm3 。若摻雜濃度為此範圍時，則在良好結晶性之維持及發光元件之動作電壓減低方面是較佳的。
於本實施形態中，n包覆層12b可以為單層，較佳為使重複成長複數層之薄膜層所構成的超晶格構造。若舉出具體例，則較佳為使組成不同的二層薄膜層重複成長而為由10對(20層)～40對(80層)所構成的超晶格構造。在n包覆層12b為由超晶格構造所構成者之情形，若薄膜層之積層數為20層以上時，則能夠更有效地緩和再成長層12d與發光層13之晶格不匹配，使半導體發光元件之輸出提高的效果將變得更為顯著。但是，若薄膜層之積層數超過80層時，則有易使超晶格構造變得紊亂之情形，發生對發光層13造成不良影響的憂慮。再者，發生n包覆層12b之成膜處理時間將變長、生產性將降低之問題。
構成n包覆層12b之超晶格構造，較佳為積層有由III族氮化物半導體所構成的n側第1層、與該n側第1層組成不同的III族氮化物半導體所構成的n側第2層者，更佳為含有交替重複積層n側第1層及n側第2層的構造者。
作為構成n包覆層12b之超晶格構造之n側第1層及n側第2層的組合，能夠作成GaInN/GaN之交替構造、AlGaN/GaN之交替構造、GaInN/AlGaN之交替構造、相互組成不同的GaInN/GaInN之交替構造(本發明中之”組成不同”的說明，係指於該二層中，元素組成比不同)、相互組成不同的AlGaN/AlGaN之交替構造。較佳為GaInN/GaN之交替構造、或相互組成不同的GaInN/GaInN之交替構造。
n側第1層及n側第2層的厚度較佳分別為100以下，更佳為60以下，進一步更佳為40以下。下限較佳為10以上。二層的厚度最好為10～40之範圍。若形成超晶格層之n側第1層及/或n側第2層的膜厚為100以上時，由於結晶缺陷變得容易進入而不佳。
上述n側第1層及n側第2層，各自可為摻雜的構造，另外，也可以為摻雜構造/未摻雜構造之組合。相對於上述材料組成而言，作為所摻雜的不純物，能夠無任何限制地採用習知之物。例如，作為n包覆層12b，在使用具有GaInN/GaN之交替構造或組成不同的GaInN/GaInN之交替構造的超晶格構造之情形下，Si適合作為不純物。另外，構成超晶格構造之n側第1層及n側第2層為相同組成(GaInN、AlGaN或GaN)，進一步也可以為組合摻雜構造/未摻雜構造者。
(感光層)
發光層13係由交替複數積層有障壁層13a與井層13b之多重量子井構造所構成的層。多重量子井構造中之積層數係任意所選出，較佳為3層～10層，更佳為4層～7層。
井層13b的厚度較佳為15以上、50以下之範圍。若井層13b的厚度為上述之範圍時，可以得到更高的發光輸出。
井層13b較佳為含有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能夠發射藍色波長區域之強光而較佳。另外，能夠將不純物摻雜於井層13b中。作為摻雜劑，較佳為使用增進發光強度者之Si、Ge。摻雜量適合約為1×1017 cm-3 ～1×1018 cm-3 。若較此摻雜量還多時，將有引起發光強度降低之情形。
障壁層13a的膜厚較佳為20以上、低於100的範圍。若障壁層13a的膜厚太薄時，則妨礙障壁層13a上面的平坦化，而有引起發光效率降低或整邊特性降低的情況。另外，若障壁層13a之膜厚過厚時，有引起驅動電壓上升或發光降低之情形。因此，障壁層13a之膜厚較佳為70以下。
另外，除了GaN或AlGaN之外，障壁層13a也能夠利用In比率較構成井層的InGaN還小的InGaN而形成。其中，適宜為GaN。
(p型半導體層)
p型半導體層14通常由p包覆層14a與p接觸層14b所構成。另外，p接觸層14b也可以兼作p包覆層14a之用。
p包覆層14a係進行對發光層13之載體封閉與載體注入之層。作為p包覆層14a，係帶隙較發光層13還大的組成，只要是能夠對發光層13之載體封閉者的話，便並未予以特別限定，較佳為由Alx Ga1-x N(0<x0.4)所構成的層。p包覆層14a係由如此之AlGaN所構成者之情形，在對發光層13之載體封閉方面是較佳的。
p包覆層14a之膜厚並未予以特別限定，較佳為1～400nm，更佳為5～100nm。p包覆層14a之p型摻雜濃度較佳為1×1018 /cm3 ～1×1021 /cm3 ，更佳為1×1019 /cm3 ～1×1020 /cm3 。若p型摻雜濃度為上述之範圍時，不會使結晶性降低而可以得到良好的p型結晶。另外，p包覆層14a也可以為積層複數次薄膜所構成的超晶格構造。
在p包覆層14a含有超晶格構造之情形下，例如能夠作成積層有由III族氮化物半導體所構成的p側第1層、與由該p側第1層組成不同的III族氮化物半導體所構成的p側第2層之構造。在p包覆層14a為含有超晶格構造者之情形，p包覆層14a也可以具有交替重複積層有p側第1層與p側第2層的構造。
構成p包覆層14a之超晶格構造的p側第1層及p側第2層可以分別為不同組成之層。例如p側第1層及p側第2層也可以由AlGaN、GaInN及GaN之內所選出。另外，於此等中，也可以為任何之組成。若舉出具體例，則也可以為GaInN/GaN之交替構造、AlGaN/GaN之交替構造、或GaInN/AlGaN之交替構造。於本發明中，p側第1層及p側第2層較佳為AlGaN/AlGaN、或AlGaN/GaN之交替構造。
p側第1層及p側第2層的厚度較佳分別為100以下，更佳為60以下，進一步更佳為40以下。下限較佳為10以上。p側第1層及p側第2層的厚度最好分別為10～40之範圍。若形成超晶格層之p側第1層及p側第2層的膜厚超過100時，由於結晶缺陷變得容易進入而不佳。
p側第1層及p側第2層，係各自層可以為已摻雜的構造，另外，也可以為摻雜構造/未摻雜構造之組合。相對於上述材料組成而言，作為所摻雜的不純物能夠無任何限制地採用習知之物。例如，作為p包覆層，在使用具有AlGaN/GaN之交替構造、或組成不同的AlGaN/AlGaN之交替構造的超晶格構造之情形下，Mg適合作為不純物。另外，構成超晶格構造之p側第1層及p側第2層為相同組成之相同化合物(GaInN、AlGaN或GaN)，也可以為組合摻雜構造/未摻雜構造之物。
p接觸層14b係用以設置正極之層。p接觸層14b較佳為Alx Ga1-x N(0x0.4)。更佳為0x0.1。若Al組成為上述之範圍時，則在維持良好結晶性及與p歐姆電極的良好歐姆接觸方面是較佳的。另外，若p接觸層14b含有1×1018 ～1×1021 /cm3 濃度的p型不純物(摻雜劑)，較佳為含有5×1019 ～5×1020 /cm3 濃度時，則在維持良好歐姆接觸、防止破裂發生及維持良好結晶性方面是較佳的。作為p型不純物，並未予以特別限定而能夠任意選擇，例如，較佳為可舉出：Mg。p接觸層14b之膜厚並未予以特別限定，較佳為0.01～0.5μm，更佳為0.05～0.2μm。若p接觸層14b之膜厚為此範圍時，在發光輸出方面是較佳的。
(n型電極)
n型電極17係兼作接合墊之用，以連接於積層半導體層20之n型半導體層12的方式來形成。因此，於形成n型電極17之際，至少去除發光層13與p半導體層14a之一部分而使n型半導體層12露出，在n型半導體層12之露出面20a上形成兼作接合墊之n型電極17。作為n型電極17，習知各種組成或構造，能夠無任何限制地使用此等習知之組成或構造，能夠利用此技術領域所習知的慣用手段來設置。
(透光性電極)
透光性電極15係在p型半導體層14之上所積層者，能夠任意選擇，較佳為與p型半導體層14之接觸電阻小者。另外，透光性電極15係用以效率佳地將來自發光層13之光取出至半導體發光元件1之外部，較佳為具優越之光穿透性者。另外，為了使電流遍布p型半導體層14之整面地均勻擴散，透光性電極15較佳為具有優異的導電性。
作為透光性電極15之構造材料，較佳可舉出：由含有In、Zn、Al、Ga、Ti、Bi、Mg、W、及Ce中任一種之導電性氧化物、硫化鋅及硫化鉻所構成之族群中所選出的透光性之導電性材料。另外，作為上述之導電性氧化物，較佳可舉出：ITO(氧化銦錫(In2 O3- SnO2 ))、IZO(氧化銦鋅(In2 O3 -ZnO))、AZO(氧化鋁鋅(ZnO-Al2 O3 ))、GZO(氧化鎵鋅(ZnO-Ga2 O3 ))、及摻雜氟之氧化錫、氧化鈦等。此等之材料係使用在此技術領域所習知的慣用手段而能夠形成，能夠形成作為透光性電極15。
另外於本發明中，透光性電極15之構造係含有習知之構造，能夠無任何限制地使用任何之構造。另外，透光性電極15，亦可以覆蓋p型半導體層14之幾乎整面的方式來形成，也可以隔著間隙而形成為格子狀或樹形狀。
(p型接合墊電極)
p型接合墊電極16係兼作接合墊之用，積層在透光性電極15之上。作為p型接合墊電極16，習知各種組成或構造，能夠無任何限制地使用此等習知之組成或構造，於此技術領域中，能夠利用所習知之慣用手段來設置。
只要p型接合墊電極16是在透光性電極15上，便能夠朝任何地方形成。例如，可以在距離n型電極17最遠的位置形成，也可以在半導體發光元件1之中心等形成。但是，若形成於太接近n型電極17之位置時，於接合之際，由於會產生線間或球間之短路而不佳。
另外，作為p型接合墊電極16之電極面積，儘可能的越大，接合作業越容易進行，變成妨礙發光之取出。例如，覆蓋超過晶片面面積一半的廣面積之情形，變成妨礙發光之取出，輸出顯著降低。相反的，若p型接合墊電極16之電極面積過小時，接合作業變得困難，使得製品之良率降低。具體而言，較佳為較接合球之直徑稍大的程度，直徑100μm之圓形程度係一般的。
(保護膜層)
必要時，保護膜層係能以覆蓋透光性電極15之上面及側面、n型半導體層12之露出面20a、發光層13與p型半導體層14之側面、n型電極17及p型接合墊電極16之側面或周邊部的方式來形成。藉由形成保護膜層，能夠防止水分等滲入半導體發光元件1之內部，並能夠抑制半導體發光元件1之劣化。
作為保護膜層，雖然能夠任意選擇，但較佳為使用具有絕緣性、在300～550nm範圍波長中具有80%以上穿透率之材料。例如，能夠使用氧化矽(SiO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鈮(Nb2 O5 )、氧化鉭(Ta2 O5 )、氮化矽(Si3 N4 )、及氮化鋁(AlN)等。其中，SiO2 及Al2 O3 更佳為利用CVD成膜而能夠容易製作緻密之膜。
『半導體發光元件之製造方法』
為了製造顯示於第1圖之半導體發光元件1，首先製造顯示於第2圖之積層半導體層20。對於製造顯示於第2圖之積層半導體層20，首先一開始，準備藍寶石基板等之基板11。
接著，將基板11設置在第1MOCVD(有機金屬化學氣相成長)裝置之成長室內，藉由MOCVD法而在基板11上依序積層緩衝層21、基底層22、與構成n接觸層12a(n型半導體層)之一部分的第1製程成長層12c(第1製程)。
於使第1製程成長層12c成長之際，較佳為使基板11成為1000℃～1100℃之範圍，更佳為約1080℃之溫度。較佳為在氫氣環境中使其成長。
作為使第1製程成長層12c成長之原料，可舉出：三甲基鎵(TMG)等之III族金屬的有機金屬原料與氨(NH3 )等之氮原料，使用此等之原料，能夠藉由熱分解而使III族氮化物半導體層堆積於緩衝層上。MOCVD裝置成長室內之壓力較佳設為15～80kPa，更佳設為15～60kPa。載氣係任意所選出，可以僅為氫氣，也可以為氫氣與氮氣之混合氣體。
之後，從第1MOCVD裝置之成長室內取出形成至n接觸層12a之第1製程成長層12c為止之各層的基板11。
接著，將形成至第1製程成長層12c為止之各層的基板11設置於第2MOCVD裝置之成長室內。然後，藉由MOCVD法而在第1製程成長層12c上，將n接觸層12a之再成長層12d、n包覆層12b(第2n型半導體層)、發光層13與p型半導體層14，依此順序積層(第2製程)。
於本實施形態中，於第2製程中，較佳為在形成再成長層12d之前，於第2MOCVD裝置之成長室內、含有氮與氨之氣體環境中，將形成至第1製程成長層12c為止之各層的基板11進行熱處理溫度500℃～1000℃的熱處理。例如，取代含有氮與氨之氣體環境，熱處理之氣體環境也可以設定僅為氮之氣體環境。還有，於僅為氫之氣體環境中，第1製程成長層12c昇華，導致結晶性之惡化，故而不佳。另外於熱處理中，MOCVD裝置之成長室內的壓力較佳設為15～100kPa，更佳設為60～95kPa。
於第2製程中進行如此熱處理之情形，若是於第1製程結束後，藉由從第1MOCVD裝置之成長室內取出形成至n接觸層12a之第1製程成長層12c為止之各層的基板11，即使第1製程成長層12c之表面受到污染，也能夠於形成再成長層12d之前去除污染物質。其結果，再成長層12d之結晶性提高，在再成長層12d上所形成的n包覆層12b或發光層13之結晶性將變成更為良好者。還有，在第1製程成長層12c之表面維持受到污染之情形，有逆向電流(IR)無法充分變低、或靜電放電(ESD)耐壓變得不足之虞，有半導體發光元件1之信賴性降低之可能性。
另外，於本實施形態中，較佳為將第1製程中之第1製程成長層12c的成長條件與第2製程中之再成長層12d的成長條件設為相同。此情形下，使用第1MOCVD裝置與第2MOCVD裝置之二個裝置，於第1MOCVD裝置中，在形成n接觸層12a之途中的階段，中斷n接觸層12a之成長(第1製程成長層之形成)、從成長室內取出而移至第2MOCVD裝置之成長室，其後，為了形成再成長層，藉由恢復n接觸層12a之成長而能夠減少對n接觸層12a之結晶性的影響。藉此，由第1製程成長層12c與再成長層12d所構成的n接觸層12a之結晶性變得良好。還有，將上述之成長條件設為相同，意指例如，將溫度、壓力及氣體流量等之條件設為相同而進行成長之事。
另外，於本實施形態中，較佳為使再成長層12d的厚度成為0.05μm～2μm。
另外，在使再成長層12d成長之際，較佳為使基板11之溫度設為1000℃～1100℃之範圍。藉由使再成長層12d成長時之基板11的溫度設為上述範圍，形成至第1製程成長層12c為止之各層的基板11，藉由從第1MOCVD裝置之成長室內取出，即使n接觸層12a之第1製程成長層12c的表面受到污染，也能夠於形成再成長層12d之際去除污染物質。其結果，能夠使在再成長層12d上所形成的n包覆層12b或發光層13之結晶性作成更加良好者。對此，在使再成長層12d成長時之基板11的溫度低於1000℃之情形，有無法使逆向電流(IR)充分變低、或靜電放電(ESD)耐壓不足之可能性。另外，在使再成長層12d成長時之基板11的溫度超過1100℃之情形，有使半導體發光元件1之輸出變得不充分之可能性。
另外，於第2製程中，較佳為形成由重複成長20層～80層、更佳為20層～40層之薄膜層而成之超晶格構造所構成的n包覆層12b。還有，將n包覆層12b作成超晶格構造之情形，交替重複積層由膜厚100以下之III族氮化物半導體所構成的n側第1層、由組成與n側第1層不同的膜厚100以下之III族氮化物半導體所構成的n側第2層，薄膜層較佳地以成為20層～80層，更佳為20層～40層的方式來形成。
另外，發光層13係交替重複積層障壁層13a與井層13b，並且，可以使障壁層13a配置於n型半導體層12側及p型半導體層14側的方式來配置。亦即，發光層13係如圖所示，可以n型半導體層12與障壁層13a、及p型半導體層14與障壁層13a接觸的方式來依序積層。井層13b與障壁層13a之組成或膜厚係以成為既定之發光波長的方式來設定。發光層13之成長溫度較佳係能夠設為例如600～900℃，作為載氣較佳係能夠使用例如氮氣。還有，於成長井層13b及障壁層13a之際的成長室壓力或載氣流量等之條件，能夠設為於井層13b及障壁層13a是相同的。
於本實施形態中，使發光層13成長時之第2MOCVD裝置之成長室的壓力較佳係成為500mbar～1013mbar(大氣壓下)(50～101.3kPa)。第2MOCVD裝置之成長室的壓力更佳係成為600mbar以上。另外，第2MOCVD裝置之成長室的壓力較佳係成為900mbar以下，更佳係成為800mbar以下。
藉由使成長室之壓力成為500mbar以上，而使發光層13之結晶性成為更加良好者，藉由在結晶性良好的n包覆層12b上形成有結晶性良好的發光層13，可以製得在施加有大電流之情形下，能夠獲得較習知還高的發光輸出之半導體發光元件1。其效果，於施加有70mA以上之大電流之情形將變得更加顯著。另外，藉由使成長室之壓力成為1013mbar以下，使分割(晶片化)基板11前的基板11面內中之發光強度的變異成為充分小者，所製得的半導體發光元件1成為品質均一者。載氣的流量能夠任意選擇。
另外，於本實施形態中，較佳為在使發光層13成長之際，將流量30SLM～100 SLM之第1載氣連同含有III族元素之III族原料供應至第2MOCVD裝置之成長室，同時也將第2載氣連同含有氮或氮化物之氮原料供應至該成長室，使由III族氮化物半導體層所構成的發光層13成長。另外，作為III族元素可舉出：例如Ga。另外，作為第2載氣，較佳為使用氮氣。作為氮化物可舉出：氨(NH3 )。另外，發光層13之成長溫度較佳係設為600～900℃。
使用減壓CVD裝置而使發光層13成長之際的成長室之壓力通常約為400mbar。於本實施形態中，因為使發光層13成長之際的成長室之壓力設為500mbar以上，發光層13之結晶性成為良好。但是，與將壓力設為400mbar之情形作一比較，有使分割(晶片化)基板11前的基板11面內中之發光強度的變異變大、所製得的半導體發光元件1之品質的變異多少會變大之傾向。
如上所述，在將流量控制成30SLM～100 SLM之第1載氣連同含有III族元素之III族原料供應至成長室內之情形，由於第1載氣的流量是適切的，所以於進行成長室內之III族原料與氮原料的反應之前，使III族原料變得容易均一佈滿分割(晶片化)前的基板11之整面。其結果，能夠更有效地抑制分割(晶片化)基板11前的基板11面內中之發光強度的變異。
供應至成長室之第1載氣的流量更佳為40SLM以上。另外，供應至成長室之第1載氣的流量更佳為70SLM以下。
p型半導體層14，只要是依序積層p包覆層14a與p接觸層14b即可。還有，在將p包覆層14a作成含有超晶格構造的層之情形下，只要交替重複積層由膜厚100以下之III族氮化物半導體所構成的p側第1層、與由組成不同於p側第1層之膜厚100以下之III族氮化物半導體所構成的p側第2層即可。
進行如上的方式而製造顯示於第2圖之積層半導體層20。
於本發明中，相較於第1製程中所積層的緩衝層21～第1製程成長層12c或基底層22～第1製程成長層12c為止的膜厚，於第2製程中所積層的再成長層12d～p型半導體層14為止的膜厚係可壓倒性地薄化形成。另外，相較於在1個MOCVD(有機金屬化學氣相成長)裝置之成長室內形成全部的半導體層，能夠防止起因於在形成n型半導體層之際所用的摻雜劑的p型半導體層之不良。
在積層半導體層20之p型半導體層14上，其後積層成為透光性電極15之透明材料層，藉由例如一般已知的光微影之手法而去除既定之區域以外的透明材料層，形成透光性電極15。
接著，藉由例如光微影之手法而圖案化，蝕刻既定區域之積層半導體層20之一部分而使n接觸層12a之第1製程成長層12c之一部分露出，在n接觸層12a之露出面20a形成n型電極17。
之後，在透光性電極15之上形成p型接合墊電極16。
之後，藉由分割(晶片化)基板11而製造顯示於第1圖之半導體發光元件1。
於本實施形態之半導體發光元件1之製造方法中，於第2製程中，因為在n接觸層12a上，形成n接觸層12a之再成長層12d後而積層n包覆層12b，在再成長層12d上形成有結晶性良好的n包覆層12b。進一步於第2製程中，只要使第2MOCVD裝置之成長室內的壓力成為500mbar～1013mbar而使發光層13成長的話，便可在結晶性良好的n包覆層12b上形成結晶性良好的發光層13。其結果，根據第二形態之半導體發光元件之製造方法，便可製得可藉由施加大電流而獲得高發光輸出之半導體發光元件1。
根據本實施形態之半導體發光元件1之製造方法，具有第1製程及第2製程，該第1製程，係於第1MOCVD裝置中，在基板11上，積層n接觸層12a之第1製程成長層12c；該第2製程，係於第2MOCVD裝置中，在第1製程成長層12c上，依序積層n接觸層12a之再成長層12d、n包覆層12b、發光層13與p型半導體層14。亦即，使得於第1製程所形成的第1製程成長層12c係在與於第2製程所形成的p型半導體層14不同的成長室內形成。因此，根據含有上述第1製程與第2製程之本發明半導體發光元件之製造方法，便能夠難以發生起因於在形成n型半導體層12之際所用的摻雜劑之p型半導體層14的不良，成為逆向電流(IR)充分地低、具優越之靜電放電(ESD)耐壓者。
而且，於本發明之半導體發光元件之製造方法中，於第2製程中，在第1製程成長層12c上形成再成長層12d後而依序積層n包覆層12b、發光層13與p型半導體層14，所以可以製得能夠獲得高輸出之半導體發光元件1。
『燈』
本實施形態之燈係具備本發明之半導體發光元件者，組合上述之半導體發光元件與螢光體之燈。本實施形態之燈也可以藉由同業者習知之手段而作成同業者習知之構成。另外，於本發明中，也能夠無任何限制地採用藉由組合半導體發光元件與螢光體而改變發光色之技術。
第3圖係顯示具備在第1圖所示之半導體發光元件1之燈之一例的剖面示意圖。顯示於第3圖之燈3係砲彈型之燈，可使用顯示於第1圖之半導體發光元件1。如第3圖所示，藉由利用線33而將半導體發光元件1之p型接合墊電極16接著於2條框31、32內之一方(第3圖中之框31)，利用線34而將半導體發光元件1之n型電極17(接合墊)接合於另一方之框32來安裝半導體發光元件1。另外，半導體發光元件1之周邊係利用由透明樹脂所構成的模35所密封。
因為本實施形態之燈3係使用上述之半導體發光元件1所構成者，所以可以得到高輸出，具備優異的發光特性。
另外，組裝有本實施形態之燈3的背光、行動電話、顯示器、各種面板類、電腦、遊戲機及照明等之電子機器，或組裝有此等電子機器的汽車等之機械裝置，成為具備具有優異的發光特性，亦即可以得到高發光輸出之半導體發光元件1之製品。尤其，於背光、行動電話、顯示器、遊戲機及照明等之電池驅動的電子機器中，較佳為能夠提供一種具備具有優異的發光特性之半導體發光元件1的優越製品。
[實施例] <第一形態之實施例>(實施例1)
藉由顯示於以下之方法，製造顯示於第1圖之構成的半導體發光元件1。
於實施例1中之半導體發光元件1之製造中，首先，在由藍寶石所構成的平面觀察為圓形之基板11上，依序積層由AlN所構成的緩衝層21、由厚度5μm之未摻雜GaN所構成的基底層22、利用由厚度3μm之Si摻雜n型GaN所構成的第1製程成長層12c與由厚度0.2μm之Si摻雜n型GaN所構成的再成長層12d來構成之厚度3.2μm之n接觸層12a、使利用由GaInN所構成的厚度2nm的n側第1層與由GaN所構成的厚度2nm的n側第2層來構成的薄膜層重複成長20層(成對數目)而成之厚度80nm之超晶格構造的n包覆層12b、將厚度5nm的Si摻雜GaN障壁層及厚度3.5nm的In0.15 Ga0.85 N井層積6次且最後設置障壁層之多重量子井構造的發光層13、由厚度0.01μm的Mg摻雜單層Al0.07 Ga0.93 N所構成的p包覆層14a、由厚度0.15μm的Mg摻雜p型GaN所構成的p接觸層14b，得到積層體。
於實施例1之半導體發光元件1中，緩衝層21、基底層22及第1製程成長層12c係使用第1MOCVD裝置而進行積層(第1製程)。再成長層12d、n包覆層12b、發光層13、p包覆層14a、p接觸層14b係使用第2MOCVD裝置而進行積層(第2製程)。
還有，第1製程成長層12c與再成長層12d係利用以下所示之成長條件而使其成長。n包覆層12b也利用以下所示之成長條件而使其成長。另外，於實施例1中，在形成再成長層之前，利用以下所示之熱處理條件而進行熱處理。
「第1製程成長層12c之成膜條件」 將基板之溫度設為1080℃，使用三甲基鎵(TMG)與氨(NH3 )，於氫氣環境中，將成長室內之壓力設為20kPa而進行成膜。氨之量係以使V族原料與III族原料之莫耳比(V/III)，亦即氨與三甲基鎵之莫耳比成為400的方式來調節。 「再成長層12d之成膜條件」
將基板之溫度設為1080℃，使用三甲基鎵(TMG)與氨(NH3 )，於氫氣環境中，將成長室內之壓力設為20kPa而進行。氨之量係以使V族與III族之莫耳比(V/III)，亦即氨與三甲基鎵之莫耳比成為400的方式來調節而進行成膜。
「n包覆層12b之成長條件」
使用三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)及氨(NH3 )，將基板溫度設為750℃，將成長室內之壓力設為40kPa而進行成膜。還有，載氣係使用氮氣。
「熱處理條件」
在以9：1之體積比率而使氮氣與氨流通的氣體環境中，將成長室內之壓力設為95kPa，於基板溫度950℃下而進行10分鐘之熱處理。
之後，在上述積層體的p接觸層14b上，利用一般已知的光微影之手法而形成由厚度200nm之ITO所構成的透光性電極15。
接著，利用光微影之手法而實施蝕刻，在所期望的區域形成n接觸層12a之露出面20a，在其上，形成Ti/Au之二層構造的n型電極17。
另外，在透光性電極15之上，使用光微影之手法來形成利用由200nm之Al所構成的金屬反射層、由80nm之Ti所構成的阻障層與由1100nm之Au所構成的接合層來構成之3層構造的p型接合墊構造16。
如上方式進行，得到顯示於第1圖之構成的實施例1之半導體發光元件1。
還有，於如此方式進行所得到的實施例1、及如下述所示進行所得到的實施例2～實施例11之半導體發光元件1中，第1製程成長層12c及再成長層12d之載體濃度係8×1018 cm-3 ，n包覆層12b之載體濃度係5×1018 cm-3 ，p接觸層14b之載體濃度係5×1018 cm-3 ，p包覆層14a之Mg摻雜量係5×1019 cm-3 。
(實施例2)
除了將n包覆層12b作成由Ga0.99 In0.01 N之單層構造所構成者以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(實施例3)
除了將n包覆層12b之薄膜層的積層數作成30層(30對之層(60層))以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(實施例4)
除了將n包覆層12b之薄膜層的積層數作成40層以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(實施例5)
除了將再成長層之膜厚作成0.4μm以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(實施例6)
除了將再成長層之膜厚作成0.6μm以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(實施例7)
除了將再成長層之膜厚作成1μm以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(實施例8)
除了於形成再成長層之前不進行熱處理以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(實施例9)
除了將n包覆層12b之薄膜層的積層數設為10層以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(實施例10)
除了將再成長層之膜厚作成2μm以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(實施例11)
除了將再成長層之膜厚作成0.05μm以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(比較例1)
除了使用1個MOCVD裝置而連續積層從緩衝層21到p接觸層14b為止之各層(一貫化成長)以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
(比較例2)
除了不設置再成長層以外，以相同於實施例1的方式進行而得到半導體發光元件1。
針對如此方式進行所得到的實施例1～實施例11、比較例1及比較例2之半導體發光元件，藉由利用探針的通電而測定電流施加值20mA之順向電壓。
另外，針對實施例1～實施例11、比較例1及比較例2之半導體發光元件，安裝於TO-18罐封裝而藉由測試機來測定施加電流20mA之發光輸出(Po)。
另外，針對實施例1～實施例11、比較例1及比較例2之半導體發光元件，藉由以下所示之方法而測定逆向電流(IR)與靜電放電(ESD)耐壓。
作為逆向電流(IR)，測定對發光元件在端子逆向施加20V時之漏電流。依照靜電放電(ESD)耐壓、EIAJED-470(HMM)試驗方法304人體模型靜電破壞試驗法測定。
將實施例1～實施例11、比較例1及比較例2之半導體發光元件的順向電壓、發光輸出(Po)、逆向電流(IR)、靜電放電(ESD)耐壓之結果顯示於表1。
如表1所示，實施例1～實施例11中任一例之逆向電流(IR)皆加分低、具優越之靜電放電(ESD)耐壓、順向電壓較低、發光輸出(Po)成為20mW以上，為高亮度且低消耗電力。
另一方面，與實施例1～實施例11作比較，於使用一個MOCVD裝置而連續積層從緩衝層21到p接觸層14b為止之各層的比較例1、未設置再成長層之比較例2中，發光輸出(Po)較低。
另外，與於形成再成長層之前未進行熱處理之實施例8作比較，於形成再成長層之前己進行熱處理之實施例1～實施例7、實施例9～實施例11之逆向電流(IR)將進一步更低。
<第一及第二形態之實施例> (實施例12)
藉由顯示於以下之方法而製造顯示於第1圖之構成的半導體發光元件1。
於實施例12之半導體發光元件1之製造中，首先在由藍寶石所構成的平面觀察為圓形之基板11上，依序積層由AlN所構成的緩衝層21、由厚度5μm之未摻雜GaN所構成的基底層22、利用由厚度3μm之Si摻雜n型GaN所構成的第1製程成長層12c與由厚度0.2μm之Si摻雜n型GaN所構成的再成長層12d來構成的厚度3.2μm之n接觸層12a、使利用由GaInN所構成的厚度2nm的n側第1層與由GaN所構成的厚度2nm的n側第2層來構成的薄膜層重複成長20層而成的厚度80nm之超晶格構造的n包覆層12b、將厚度5nm的Si摻雜GaN障壁層及厚度3.5nm的In0.15 Ga0.85 N井層積層6次且最後設置障壁層之多重量子井構造的發光層13、由厚度10nm的Mg摻雜單層Al0.07 Ga0.93 N所構成的p包覆層14a、由厚度150nm的Mg摻雜p型GaN所構成的p接觸層14b，得到積層體。
還有，於實施例12之半導體發光元件1中，緩衝層21、基底層22、第1製程成長層12c係使用第1MOCVD裝置而進行積層(第1製程)。再成長層12d、n包覆層12b、發光層13、p包覆層14a、p接觸層14b係使用第2MOCVD裝置而進行積層(第2製程)。另外，發光層13係利用以下所示之成長條件而使其成長。第1製程成長層或再成長層等之其他層係利用相同於實施例1之條件而成膜。
「發光層13之成膜條件」
將基板之溫度設為770℃，將成長室內之壓力設為600mbar，將第1載氣的流量39SLM之氮氣連同III族原料之三甲基鎵(TMGa)供應至成長室，同時也將第2載氣的流量20SLM之氮氣連同氮原料之氨(NH3 )供應至該成長室而使發光層成長。成長壓力及載氣流量係在井層與障壁層中，設為相同條件。
之後，在p接觸層14b上，藉由一般已知的光微影之手法而形成厚度200nm之由ITO所構成的透光性電極15。
接著，使用光微影之手法而實施蝕刻，在所期望的區域使n接觸層12a之第1製程成長層12c露出，在n接觸層12a之露出面20a之上，形成Ti/Au之二層構造的n型電極17。
另外，在透光性電極15之上，使用光微影之手法而形成利用由200nm之Al所構成的金屬反射層與由80nm之Ti所構成的阻障層與由1100nm之Au所構成的接合層來構成之3層構造的p型接合墊構造16。
之後，分割(晶片化)基板11而得到具有顯示於第1圖之構成的實施例12之半導體發光元件1。
於如此方式進行所得到的實施例12之半導體發光元件1中，第1製程成長層12c及再成長層12d之載體濃度係8×1018 cm-3 ，n包覆層12b之載體濃度係5×1018 cm-3 ，p接觸層14b之載體濃度係5×1018 cm-3 ，p包覆層14a之Mg摻雜量係5×1019 cm-3 。
(實施例13)
除了將成長發光層13時之成長室內的壓力設為800mbar以外，以相同於實施例12的方式進行而得到半導體發光元件1。
(比較例3)
除了將成長發光層13時之成長室內的壓力設為200mbar以外，以相同於實施例12的方式進行而得到半導體發光元件1。
(比較例4)
除了將成長發光層13時之成長室內的壓力設為400mbar以外，以相同於實施例12的方式進行而得到半導體發光元件1。
針對如此方式進行所得到的實施例12及實施例13、比較例3及比較例4之半導體發光元件，安裝於TO-18罐封裝而藉由測試機來測定施加電流0～100mA範圍中之發光輸出(Po)。將其結果顯示於表2及表3。
另外，針對實施例12及實施例13、比較例3及比較例4之半導體發光元件，藉由利用探針的通電而測定電流施加值20mA之順向電壓。
另外，針對實施例12及實施例13、比較例3及比較例4之半導體發光元件，測定流入對LED元件施加逆向20V電壓時之元件的電流(逆向電流IR)。
將實施例12及實施例13、比較例3及比較例4之半導體發光元件的順向電壓、逆向電流(IR)之結果顯示於表2。
另外，使用順向電壓、施加電流與發光輸出而算出電力效率(%){發光輸出(mW)/(順向電壓(V)×施加電流(mA))}。將其結果顯示於表4。表4係顯示實施例12及實施例13、比較例3及比較例4之半導體發光元件的施加電流與電力效率之關係。
另外，調查實施例12及實施例13、比較例3及比較例4之半導體發光元件之射出光的波峰波長。將其結果顯示於表2。
如表2所示，實施例12及實施例13係逆向電流(IR)十分低、使施加電流20mA時之發光輸出(Po)成為21mW以上，為高亮度且低消耗電力。另一方面，與實施例12及實施例13作比較，於使發光層13成長時之成長室內的壓力設為低於500mbar之比較例3及比較例4中，施加電流20mA時之發光輸出(Po)較低。
另外，如表3所示，於實施例12及實施例13、比較例3及比較例4中，隨著增大施加電流，發光輸出(Po)將變大。但是，於比較例3及比較例4中，因增大施加電流所導致的發光輸出之提高效果將隨著增大施加電流而變小，施加電流越大，實施例12及實施例13與比較例3及比較例4之發光輸出(Po)之差將變得越大。
另外，如表4所示，於實施例12及實施例13、比較例3及比較例4中，在施加電流較通常所用之施加電流20mA還大之情形，隨著增大施加電流而使電力效率變小。但是，實施例12及實施例13之電力效率較比較例3及比較例4者還高，施加電流越大，實施例12及實施例13與比較例3及比較例4之電力效率的差將變得越大。
從表3及表4，能確認實施例12及實施例13之半導體發光元件能夠藉由施加大電流而有效地使發光輸出提高，與比較例3及比較例4之半導體發光元件作比較，藉由施加大電流而可以得到高的發光輸出。
(實施例14)
除了以流量50SLM而將第1載氣供應至使發光層13成長時之成長室以外，以相同於實施例12的方式進行，到分割(晶片化)基板11之前的階段為止地進行半導體發光元件1之製程。
針對分割(晶片化)以如此方式進行所得到的基板11之前的階段之實施例14的半導體發光元件、與分割(晶片化)基板11之前的階段之實施例12的半導體發光元件，調查從沿著平面觀察為圓形之基板11直徑之一端而到另一端為止之發光強度，並調查基板11面內中之發光強度的變異。將其結果顯示於第4圖及第5圖。
第4圖係於分割(晶片化)實施例12之基板11之前的階段之半導體發光元件中，顯示沿著基板直徑之從一端到另一端為止之距離、與發光強度(PL發光強度；單位係任意)之關係的圖表。另外，第5圖係於分割(晶片化)實施例14之基板11之前的階段之半導體發光元件中，顯示沿著基板直徑之從一端到另一端為止之距離、與發光強度(PL發光強度；單位係任意)之關係的圖表。
如第4圖及第5圖所示，可知：與顯示於以流量39SLM而將第1載氣供應至使發光層13成長時之成長室的第4圖的實施例12作比較，在顯示於以流量50SLM而將第1載氣供應至使發光層13成長時之成長室的第5圖的實施例14中，雖然整體之發光強度變高，尤其基板外緣部中之發光強度變高，分割(晶片化)基板11之前的基板11面內中之發光強度的變異變小。
【產業上利用之可能性】
根據本發明，提供一種半導體發光元件之製造方法，其難以發生起因於在形成n型半導體層之際所用的p型半導體層的不良，而且能夠製造可以得到高輸出之半導體發光元件。另外，也提供一種半導體發光元件之製造方法，其能夠製造藉由施加大電流而可以得到高發光輸出之半導體發光元件。
1．．．半導體發光元件
3．．．燈
11．．．基板
12．．．n型半導體層
12a．．．n接觸層(n型半導體層)
12b．．．n包覆層(第2n型半導體層)
12c．．．第1製程成長層(第1n型半導體層)
12d．．．再成長層
13．．．發光層(活性層)
13a．．．障壁層
13b．．．井層
14．．．p型半導體層
14a．．．p包覆層
14b．．．p接觸層
15．．．透光性電極
16．．．p型接合墊電極
17．．．n型電極
18．．．p型電極18
20．．．積層半導體層
20a．．．露出面
21．．．緩衝層
22．．．基底層
31、32．．．框
33．．．線
34．．．線
35．．．模
第1圖係顯示利用本發明之半導體發光元件之製造方法所製造的半導體發光元件之一例的剖面示意圖。
第2圖係用以說明製造顯示於第1圖所示之半導體發光元件的製程之剖面示意圖。
第3圖係顯示具備在第1圖所示之半導體發光元件的燈之一例的剖面示意圖。
第4圖係顯示於分割實施例12之基板前的階段之半導體發光元件中，沿著基板直徑之從一端直到另一端為止之距離與發光強度之關係的圖表。
第5圖係顯示於分割實施例14之基板前的階段之半導體發光元件中，沿著基板直徑之從一端直到另一端為止之距離與發光強度之關係的圖表。
1．．．半導體發光元件
11．．．基板
12．．．n型半導體層
12a．．．n接觸層(n型半導體層)
12b．．．n包覆層(第2n型半導體層)
12c．．．第1製程成長層(第1n型半導體層)
12d．．．再成長層
13．．．發光層(活性層)
13a．．．障壁層
13b．．．井層
14．．．p型半導體層
14a．．．p包覆層(p型半導體層14之上面)
14b．．．p接觸層
15．．．透光性電極
16．．．p型接合墊電極
17．．．n型電極
18．．．p型電極18
20．．．積層半導體層
20a．．．露出面
21．．．緩衝層
22．．．基底層

Claims (15)

  1. 一種半導體發光元件之製造方法，其特徵係具有第1製程及第2製程，該第1製程，係於第1有機金屬化學氣相成長裝置中，在基板上，積層第1n型半導體層；該第2製程，係於第2有機金屬化學氣相成長裝置中，在該第1n型半導體層上，依序積層該第1n型半導體層的再成長層、第2n型半導體層、活性層與p型半導體層。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中於該第2製程中，該第2n型半導體層係具有使薄膜層重複成長20層~40層所製得的超晶格構造。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中該第1製程中之該第1n型半導體層的成長條件、及該第2製程中之該再成長層的成長條件係相同。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中該第1n型半導體層及再成長層為n接觸層，該第2n型半導體層為n包覆層。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中使該再成長層的厚度成為0.05μm~2μm。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中於形成該再成長層之前，具有於含有氮之氣體環境中進行熱處理溫度500℃~1000℃之熱處理的次製程。
  7. 一種燈，其特徵為具備使用如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法所製造的半導體發光元件。
  8. 一種電子機器，其特徵為裝入有如申請專利範圍第7項之燈。
  9. 一種機械裝置，其特徵為裝入有如申請專利範圍第8項之電子機器。
  10. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中再成長層為第1n型半導體層之再成長層，且為n型半導體層。
  11. 一種半導體發光元件之製造方法，其特徵係具有第1製程及第2製程，該第1製程，係於第1有機金屬化學氣相成長裝置中，在基板上，積層第1n型半導體層；該第2製程，係於第2有機金屬化學氣相成長裝置中，在該第1n型半導體層上，依序積層該第1n型半導體層的再成長層、第2n型半導體層、發光層與p型半導體層；於該第2製程中，使該第2有機金屬化學氣相成長裝置之成長室內的壓力成為500mbar~1013mbar而使該發光層成長。
  12. 如申請專利範圍第11項之半導體發光元件之製造方法，其中含有如下之製程：將流量30SLM~100SLM之第1載氣連同含有III族元素之III族原料供應至該第2有 機金屬化學氣相成長室中，同時將第2載氣連同氮氣或含有氮化物之氮原料供應至該成長室中，使由III族氮化物半導體層所構成之該發光層成長。
  13. 一種燈，其特徵為具備使用如申請專利範圍第11項之半導體發光元件之製造方法所製造的半導體發光元件。
  14. 一種電子機器，其特徵為裝入有如申請專利範圍第13項之燈。
  15. 一種機械裝置，其特徵為裝入有如申請專利範圍第14項之電子機器。
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