TWI467801B - 半導體發光元件之製造方法及半導體發光元件、燈、電子設備、機械裝置 - Google Patents

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Description

半導體發光元件之製造方法及半導體發光元件、燈、電子設備、機械裝置
本發明係關於半導體發光元件之製造方法及半導體發光元件、燈、電子設備、機械裝置，特別是關於適合使用於施加大電流的情況，藉由施加大電流而能獲得高的發光輸出之半導體發光元件之製造方法及具備使用該製造方法所製造的半導體發光元件之燈、電子設備、機械裝置。
本申請案係依據2010年3月5日於日本申請之特願2010-049628號，主張優先權，並將其等內容引用於此。
自昔以來，作為使用於發光二極體等之半導體發光元件，有在基板上依序層積n型半導體層、發光層和p型半導體層而成之構成。作為製造此種半導體發光元件的方法，有在藍寶石單晶等所構成的基板上，藉有機金屬化學氣相成長法(MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法)連續地依序層積n型半導體層、發光層和p型半導體層之方法。
然而，由於將n型半導體層、發光層和p型半導體層連續地依序層積於基板上時，此等層是在同一成長室內形成，所以在形成n型半導體層時所使用的摻雜物會妨礙p型半導體層的形成，會有無法獲得電阻係數夠低的p型半導體層的情況。
以解決此種問題的技術而言，例如：在專利文獻1中提出一種於既定的基板上至少依序成膜第一導電型半導體層與第二導電型半導體層來製造化合物半導體裝置時，以將上述各導電型半導體層分別在與導電型對應之不同的複數個獨立成長室進行成膜的方式所成的化合物半導體裝置之製造方法。
又，近來，為了使半導體發光元件的發光輸出提升，在半導體發光元件施加大電流的情況甚多，因而需要可經得起此種條件之發光特性優良的半導體發光元件。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平7-45538號公報
然而，個別地設置形成n型半導體層的成長室及形成p型半導體層的成長室時，會有所獲得之半導體發光元件的輸出不足的情況。
又，當在由藍寶石單晶等構成的基板上，經由緩衝層於第一成長室中形成GaN基底層及n型GaN接觸層(第一n型半導體層)，然後在第二成長室中形成n型GaN接觸層(第一n型半導體層的再成長層、或僅有再成長層)時，再成長層表面的平坦性劣化的情況甚多。
此外，形成n包覆層時，必須摻雜Si作為摻雜物，然而，此時必須在低溫(700℃～800℃)下成膜。因此，會有n包覆層的結晶性不足的問題。
又，在摻雜Si作為摻雜物時，若降低摻雜物濃度，會產生結晶性變高，而電阻變高之問題。又，若提高n包覆層的摻雜物濃度，會產生電阻變低，而結晶性變低之問題。
如此，若n包覆層的結晶性降低，則在後面的步驟中，於第二成長室中使發光層(MQW層)或p型半導體層成長於n包覆表面上時，會導致此等構成的結晶性降低。因而容易產生LED晶片的製品良率降低之問題。
本發明係有鑑於上述課題而開發者，其課題在於提供一種不易產生起因於n包覆層表面所導致之發光層及p型半導體層的不良情況，且可獲得高輸出的半導體發光元件之製造方法。
為了達成上述目的，本發明提供以下的手段。
[1]一種半導體發光元件之製造方法，其特徵為，具備：第一步驟，係在第一有機金屬化學氣相成長裝置中，於基板上層積第一n型半導體層；及第二步驟，係在第二有機金屬化學氣相成長裝置中，於上述第一n型半導體層上，依序層積上述第一n型半導體層的再成長層、第二n型半導體層、發光層、以及由p包覆層和p接觸層所構成的p型半導體層；在層積上述第二n型半導體層的步驟中，依序進行藉由供給比上述再成長層形成時還少量之Si作為摻雜物而形成第二n型半導體層第一層之步驟(1)、以及藉由供給比上述步驟(1)還多的上述Si而形成第二n型半導體層第二層之步驟(2)。
[2]如[1]所記載之半導體發光元件之製造方法，其中將上述第二n型半導體層第二層至少形成於從上述發光層側的界面起算之0nm～60nm的區域內。
[3]如[1]或[2]所記載之半導體發光元件之製造方法，其中使上述第二n型半導體層第一層含有濃度1×1016 /cm3 ～5×1017 /cm3 的上述Si，使上述第二n型半導體層第二層含有濃度1×1018 /cm3 ～2×1019 /cm3 的上述Si。
[4]如[1]至[3]所記載之半導體發光元件之製造方法，其中使上述第二n型半導體層第二層的上述發光層側界面含有濃度1×1018 /cm3 ～2×1019 /cm3 的上述Si。
[5]如[1]至[4]所記載之半導體發光元件之製造方法，其中在上述步驟(1)中以10nm～100nm的膜厚形成上述第二n型半導體層第一層，在上述步驟(2)中以4nm～60nm的膜厚形成上述第二n型半導體層第二層。
[6]如[1]至[5]所記載之半導體發光元件之製造方法，其中藉由在上述步驟(1)及上述步驟(2)，供給上述第二n型半導體層的原料氣體與含有上述Si的摻雜物氣體，而形成上述第二n型半導體層。
[7]如[1]至[6]所記載之半導體發光元件之製造方法，其中藉由層積p接觸下層和p接觸上層而形成上述p接觸層，使上述p接觸下層含有濃度1×1019 /cm3 ～2×1020 /cm3 左右的Mg，使上述p接觸上層含有濃度2×1020 /cm3 ～5×1020 /cm3 左右的上述Mg。
[8]一種半導體發光元件，係在基板上層積有第一n型半導體層、上述第一n型半導體層的再成長層、第二n型半導體層、發光層、以及由p包覆層和p接觸層所構成的p型半導體層，該半導體發光元件的特徵為：上述第二n型半導體層係依序層積有Si含量比上述再成長層還少的第二n型半導體層第一層、和上述Si含量比上述第二n型半導體層第一層還多的第二n型半導體層第二層之構成。
[9]如[8]所記載之半導體發光元件，其中上述第二n型半導體層第二層至少形成於從發光層側的界面起算之0nm～60nm的區域內。
[10]如[8]或[9]所記載之半導體發光元件，其中在上述第二n型半導體層中，使上述第二n型半導體層第一層含有濃度1×1016 /cm3 ～5×1017 /cm3 的上述Si，使上述第二n型半導體層第二層含有濃度1×1018 /cm3 ～2×1019 /cm3 的上述Si。
[11]如請求項[8]至[10]所記載之半導體發光元件，其中使上述第二n型半導體層第二層的上述發光層側界面含有濃度1×1018 /cm3 ～2×1019 /cm3 的上述Si。
[12]如請求項[8]至[11]所記載之半導體發光元件，其中上述第二n型半導體層第一層係以10nm～100nm的膜厚形成，上述第二n型半導體層第二層係以4nm～60nm的膜厚形成。
[13]如[8]至[12]所記載之半導體發光元件，其中上述p接觸層係層積p接觸下層和p接觸上層而成，使上述p接觸下層含有濃度1×1019 /cm3 ～1×1020 /cm3 的Mg，使上述p接觸上層含有濃度2×1020 /cm3 ～5×1020 /cm3 的上述Mg。
[14]一種燈，其特徵為：具備使用[1]至[7]中任一項所記載之半導體發光元件之製造方法所製造的半導體發光元件。
[15]一種電子設備，其特徵為：組裝有[14]所記載的燈。
[16]一種機械裝置，其特徵為：組裝有[15]所記載的電子設備。
根據本發明的半導體發光元件之製造方法，在第二成長室(第二有機金屬化學氣相成長裝置)內層積第二n型半導體層的步驟中，依序進行藉由供給比再成長層形成時還少量之Si作為摻雜物而形成第二n型半導體層第一層的步驟(1)、以及藉由供給比上述步驟(1)還多的Si作為摻雜物而形成第二n型半導體層第二層的步驟(2)，藉以改變第二n型半導體層內的Si含量。
藉此，可在結晶性高的第二n型半導體層第一層上，形成層積有低電阻之第二n型半導體層第二層之構成的第二n型半導體層。因此，能降低第二n型半導體層的電阻，並且提升結晶性，改善其表面的平坦性。藉此，可在之後的步驟中使結晶性良好的發光層(MQW層)或p型半導體層成長。其結果，可改善LED晶片的製品良率，可在產率面謀求大幅的生產性提升。此外，藉由在第二n型半導體層內，形成電阻低的第二n型半導體層第二層，可使驅動電流擴散。因此，即便使高電流LED，亦可有效地防止發光部位的集中。
以下，參照圖1，詳細說明本發明的半導體發光元件1。此外，在以下的說明所參照的圖面，權宜上有將特徵的部分加以放大顯示的情形，各構成要素的尺寸比例等未必等同於實際尺寸。又，在以下的說明中所例示的材料、尺寸等只是一例，本發明未局限於此等構成，可在不改變其要旨的範圍內適當變更地來實施。
圖1係表示本發明之半導體發光元件1的一例之剖面模式圖。
圖1所示之本實施形態的半導體發光元件1的構成大致包括：基板11、層積於基板11上的層積半導體層20、層積於層積半導體層20上面的透光性電極15、層積於透光性電極15上之p型接合墊電極16、以及層積於層積半導體層20的露出面20a上之n型電極17。
層積半導體層20係從基板11側依序層積n型半導體層12、發光層13、p型半導體層14而構成。如圖1所示，n型半導體層12、發光層13及p型半導體層14其等的一部分係藉蝕刻等的手段而去除，n型半導體層12的一部分由被除去的部分露出。接著，在n型半導體層12的露出面20a，層積有n型電極17。
又，在p型半導體層14的上面，層積有透光性電極15及p型接合墊電極16。藉由此等電極而構成有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，係以使用III族氮化物半導體為佳，而使用氮化鎵系化合物半導體更佳。構成本發明之n型半導體層12、發光層13及p型半導體層14的氮化鎵系化合物半導體，可無任何限制地使用以一般式Alx Iny Ga1-x-y N(0≦x＜1，0≦y＜1，0≦x+y＜1)表示之各種組成的半導體。
本實施形態的半導體發光元件1係一種面朝上安裝型發光元件，其作成藉由在p型電極18與n型電極17之間流通電流，而從構成層積半導體層20的發光層13發光，並將發光層13所發出的光從形成有p型接合墊電極16之側取出。此外，本發明的半導體發光元件亦可為倒裝晶片型發光元件。
以下，詳細說明各構成。
＜基板11＞
以基板11而言，可使用由例如：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、鉬等所構成的基板。上述基板中，特別是以使用以c面作為主面的藍寶石基板較佳。
(緩衝層21)
緩衝層21亦可不設置，但為了緩和基板11與基底層22之晶格常數的差異，俾容易在基板11的(0001)C面上形成呈C軸配向的單晶層，故仍以設置為佳。若在緩衝層21上層積單晶的基底層22，則可層積結晶性更佳的基底層22。
緩衝層21係以由單晶的Alx Ga1-x N(0≦x≦1)構成者特佳，亦可由多晶的Alx Ga1-x N(0≦x≦1)構成。
緩衝層21可作成例如由多晶的Alx Ga1-x N(0≦x≦1)構成之厚度0.01μm～0.5μm的層。若緩衝層21的膜厚未滿0.01μm，有時無法充分地獲得藉緩衝層21緩和基板11與基底層22之晶格常數的差異之效果。此外，若緩衝層21的膜厚超過0.5μm，儘管緩衝層21的功能沒有改變，但緩衝層21的成膜處理時間會變長，會有生產性降低之問題。
緩衝層21可作成具有多晶構造或單晶構造者。利用MOCVD法或濺鍍法於基板11上成膜具有此種多晶構造或單晶構造的緩衝層21時，由於緩衝層21的緩衝功能會有效地作用，故成膜於其上的III族氮化物半導體會成為具有良好配向性及結晶性的結晶膜。
(基底層22)
作為基底層22的材料，若使用Alx Ga1-x N(0≦x＜1)，可形成結晶性良好的基底層22，所以特別理想，惟亦可使用Alx Gay Inz N(0≦x≦1，0≦y≦1，0≦z≦1，x+y+z=1)。
基底層22的膜厚宜為0.1μm以上，更佳為0.5μm以上，最佳為1μm以上。作成此膜厚以上者較容易獲得結晶性良好的Alx Ga1-x N層。又，基底層22的膜厚以10μm以下為佳。
為了使基底層22的結晶性良好，較佳為不要在基底層22摻雜雜質。然而，在需要p型或n型導電性時，可在基底層22添加受體雜質或施體雜質。
＜層積半導體層20＞ (n型半導體層12)
n型半導體層12進一步由n接觸層12a(第一n型半導體層12c及再成長層12d)和n包覆層12b(第二n型半導體層)構成。
(n接觸層12a)
n接觸層12a係用以設置n型電極17的層，其由在後述的第一步驟中形成的第一n型半導體層12c、和在後述的第二步驟中形成的再成長層12d所構成。第一n型半導體層12c和再成長層12d係以由相同的材料構成為佳，第一n型半導體層12c的膜厚比再成長層12d的膜厚還厚。
又，本實施形態中，如圖1所示，在第一n型半導體層12c形成有用以設置n型電極17的露出面20a。此外，用以設置n型電極17的露出面20a亦可形成於再成長層12d。
n接觸層12a宜由Alx Ga1-x N層(0≦x＜1，較佳為0≦x≦0.5，更佳為0≦x≦0.1)構成，並摻雜有n型雜質(摻雜物)。當n接觸層12a含有1×1017 ～1×1020 /cm3 的濃度、較佳為1×1018 ～1×1019 /cm3 的濃度的n型雜質時，在維持與n型電極17良好的歐姆接觸方面，是理想的。
作為使用於n接觸層12a的n型雜質，並無特別限制，可舉出例如：Si、Ge、Sn等，其中以Si及Ge為佳，以Si最佳。此外，本實施形態中含有Si。
構成n接觸層12a的第一n型半導體層12c的膜厚係以0.5～5μm的範圍為佳，以2μm～4μm的範圍更佳。當第一n型半導體層12c的膜厚在上述範圍內時，半導體的結晶性被良好地維持。又，於第一n型半導體層12c含有作為n型雜質(摻雜物)的5×1018 /cm3 左右的Si。
再者，再成長層12d的膜厚係以0.05～2μm為佳，以0.2μm～1μm為更佳。
當再成長層12d的膜厚為0.05μm以上時，將n接觸層12a的成長中斷並從成長室內加以取出，然後，於其他裝置的成長室內重新進行n接觸層12a的成長，藉此方式，可減少對n接觸層12a的結晶性造成的影響，使半導體發光元件的輸出提升的效果更為顯著。
又，當再成長層12d的膜厚超過2μm時，在形成p型半導體層14時所使用的第2有機金屬化學氣相成長裝置的成長室內，形成n型半導體層12後所殘留之摻雜物或沉積物的量會變多，變得容易產生起因於形成n型半導體層12時所用的摻雜物或沉積物而導致p型半導體層14不良之情形。再者，再成長層12d的成膜處理時間會變長，生產性會降低。
此外，與第一n型半導體層12c同樣，於再成長層12d含有作為n型雜質(摻雜物)的例如5×1018 /cm3 左右的Si。
n包覆層12b(第二n型半導體層)係設置在n接觸層12a和發光層13之間。n包覆層12b是用來進行將載體植入發光層13以及將載體封閉於發光層13的層，亦作為發光層13的緩衝層，以發揮緩和再成長層12d及發光層13之晶格不匹配(lattice mismatch)的功能。此外，n包覆層12b可由AlGaN、GaN、GaInN等形成。此外，說明書中，有省略各元素的組成比而表記成AlGaN、GaInN的情況。在以GaInN形成n包覆層12b的情況，宜設成比發光層13的GaInN的帶隙大乃毋庸贅言。
n包覆層12b亦可為單層或超晶格構造之任一構造。在n包覆層12b是由單層構成的情況，n包覆層12b的膜厚係以5nm～500nm為佳，5nm～100nm更佳。
又，本實施形態的n包覆層12b係依序層積有Si含量較再成長層12d少的第二n型半導體層第一層、以及Si含量較第二n型半導體層第一層多的第二n型半導體層第二層之構成。
第二n型半導體層第一層係以10nm～100nm的膜厚形成為佳。若第二n型半導體層第一層的膜厚未滿10nm，則n包覆層12b(第二n型半導體層)的表面會形成不夠平坦，故不理想。此外，若第二n型半導體層第一層的膜厚超過100nm，由於n包覆層12b(第二n型半導體層)的電阻會變高，故發光元件的驅動電壓Vf會變高，半導體發光元件1的發光輸出會降低。
此外，第二n型半導體層第一層所含的Si濃度係以在1×1016 /cm3 ～5×1017 /cm3 的範圍內為佳。又，若Si濃度超過5×1017 /cm3 ，由於第二n型半導體層第一層的結晶性會降低，所以半導體發光元件1的發光輸出會降低。
第二n型半導體層第二層係層積於上述第二n型半導體層第一層上而成的構成，其形成於從後述發光層13側的界面起算之至少0nm～60nm的範圍內。亦即，宜為在低Si濃度層的一部分形成有高Si濃度層的構成。
又，第二n型半導體層第二層係以4nm～60nm的膜厚形成為佳。若第二n型半導體層第二層未滿4nm，則電流流通於第二n型半導體層時的驅動電壓Vf不夠低，半導體發光元件1的發光輸出會降低。此外，若第二n型半導體層第二層的膜厚超過60nm時，第二n型半導體層第二層表面會形成不夠平坦。因此，無法在第二n型半導體層第二層上形成結晶性良好的發光層(MQW層)或P型半導體層，半導體發光元件1的發光輸出會降低。
又，第二n型半導體層第二層所含的Si濃度係以1×1018 /cm3 ～2×1019 /cm3 為佳。若第二n型半導體層第二層所含的Si濃度未滿1×1018 /cm3 ，則電流流通於第二n型半導體層時的驅動電壓Vf會不夠低。此外，若Si濃度超過2×1019 /cm3 ，則結晶性會劣化，由於其表面的平坦性會劣化，所以並不理想。
再者，特佳為，在第二n型半導體層第二層之發光層側的界面，濃度所含有的Si在1×1018 /cm3 ～2×1019 /cm3 的範圍，且與第二n型半導體層第二層的濃度相同或大於第二n型半導體層第二層的濃度。含有超過第二n型半導體層第二層以上之Si的層之厚度，係以在4nm～40nm的範圍為佳。藉由提高第二n型半導體層第二層之發光層側的界面的Si濃度，可提升對高發光層植入載體的效率。
如此，本實施形態中，第二n型半導體層第一層的Si含量係設成少於再成長層的Si含量，又以設成在1×1016 /cm3 ～5×1017 /cm3 的範圍內為佳，藉此，能使其結晶性良好。因此，第二n型半導體層第一層的表面形成平坦。又，由於第二n型半導體層第二層所含的Si比第二n型半導體層第一層還多，所以與第二n型半導體層第一層相比較，會成為低電阻。
雖然第二n型半導體層第二層所含的Si多於第二n型半導體層第一層，但因為是4nm～60nm之範圍的薄層，所以對第二n型半導體層第二層表面的平坦性的影響少。因此，可作成第二n型半導體層(第二n型半導體層第二層)表面具足夠的平坦性。
如此，本實施形態的n包覆層12b(第二n型半導體層)係在高結晶的第二n型半導體層第一層上層積低電阻的第二n型半導體層第二層而成之構成。在n包覆層12b(第二n型半導體層)中，可部分形成高Si濃度的層。因此，即便是高電流LED，亦可使驅動電流均勻地擴散而有效地防止發光部位的集中，並且可提升發光輸出。這在發光部位容易集中的高電流LED中有特別顯著的效果。
本實施形態中，n包覆層12b亦可為單層，但較佳為反覆成長組成不同的兩個薄膜層並由10對數量(20層)～40對數量(80層)構成的超晶格構造。在n包覆層12b是由超晶格構造形成的情況，若薄膜層的層積數為20層以上，可更有效地緩和再成長層12d與發光層13之晶格不匹配，提升半導體發光元件1之輸出的效果更為顯著。然而，若薄膜層的層積數超過80層，也會有超晶格構造容易紊亂的情況，恐有對發光層13招致不良影響之虞。再者，n包覆層12b的成膜處理時間會變長，會有生產性降低的問題。
又，在n包覆層12b是由超晶格構造形成的情況，以層積有由III族氮化物半導體形成的n側第一層、及由組成不同於該n側第一層的III族氮化物半導體形成的n側第二層的構造為佳，以包含n側第一層和n側第二層交互地重複層積複數層的構造更佳。
此時，構成n包覆層12b之超晶格構造的n側第一層及n側第二層，可作成GaInN/GaN的交互構造、AlGaN/GaN的交互構造、GaInN/AlGaN的交互構造、組成不同之GaInN/GaInN的交互構造(本發明中之“組成不同”的說明是指各元素組成比不同)，組成不同之AlGaN/AlGaN的交互構造，其中以GaInN/GaN的交互構造或組成不同之GaInN/GaInN的交互構造為佳又，n側第一層及n側第二層的膜厚係分別以100埃以下為佳，以60埃以下較佳，以40埃以下更佳，又以分別在10埃～40埃的範圍最佳。當形成超晶格層之n側第一層及/或n側第二層的膜厚超過100埃，容易產生結晶缺陷，所以不佳。
＜發光層13＞
發光層13係由障壁層13a和阱層13b交互地層積有複數層之多重量子阱構造所成。多重量子阱構造的層積數以3層至10層為佳，以4層至7層更佳。
(阱層13b)
阱層13b的膜厚係以在15埃以上且50埃以下的範圍為佳。藉由使阱層13b的膜厚在上述範圍內，可獲得更高的發光輸出。
又，阱層13b係以含In的氮化鎵系化合物半導體為佳。由於含In的氮化鎵系化合物半導體會發出藍色波長區域的強光，所以是理想的。此外，可在阱層13b摻雜雜質。作為本實施形態的摻雜物，宜使用Si。摻雜量適合為1×1016 cm-3 ～1×1017 cm-3 左右。
(障壁層13a)
障壁層13a的膜厚係以在20埃以上且未滿100埃的範圍為佳。若障壁層13a的膜厚太薄，會防礙障壁層13a上面的平坦化，而引起發光效率降低或老化(aging)特性的降低。又，若障壁層13a的膜厚太厚，會引起驅動電壓的上昇或發光的降低。因此，障壁層13a的膜厚係以在70埃以下更佳。
此外，障壁層13a除了GaN或AlGaN以外，亦能以In比例比起構成阱層的InGaN還小的InGaN形成。其中，以GaN為佳。
再者，可在障壁層13a摻雜雜質。作為本實施形態的摻雜物，宜使用Si，摻雜量適合為1×1017 cm-3 ～1×1018 cm-3 左右。
＜p型半導體層14＞
p型半導體層14通常由p包覆層14a及p接觸層14b構成。又，p接觸層14b亦可兼作為p包覆層14a。
(p包覆層14a)
p包覆層14a係用來將載體封閉於發光層13以及將載體植入發光層13的層。以p包覆層14a而言，只要是比發光層13的帶隙能量大的組成，且可將載體封閉於發光層13的構成即可，並無特別限制，但以由Alx Ga1-x N(0≦x≦0.4)構成者為佳。p包覆層14a是由此種AlGaN構成時，在將載體封閉於發光層13的方面是理想的。
p包覆層14a的膜厚並無特別限制，但宜為1～400nm，更佳為5～100nm。p包覆層14a的p型摻雜濃度宜為1×1018 ～1×1021 /cm3 ，更佳為1×1019 ～1×1020 /cm3 。若p型摻雜濃度在上述範圍，則可在不會降低結晶性的情況下獲得良好的p型結晶。此外，p包覆層14a亦可為層積有複數層薄膜而成的超晶格構造。
在p包覆層14a是包含超晶格構造的情況，可作成層積有由III族氮化物半導體形成的p側第一層及組成不同於該p側第一層的III族氮化物半導體形成的p側第二層之構造。在p包覆層14a是包含超晶格構造的情況，亦可為含有交互重複層積有p側第一層和p側第二層之構造者。
構成p包覆層14a之超晶格構造的p側第一層及p側第二層，亦可分別為不同的組成，例如AlGaN、GaInN或GaN當中任一組成，亦可為GaInN/GaN的交互構造、AlGaN/GaN的交互構造、或GaInN/AlGaN的交互構造。本發明中，p側第一層及p側第二層係以AlGaN/AlGaN或AlGaN/GaN的交互構造較佳。
p側第一層及p側第二層的膜厚宜分別為100埃以下，以60埃以下較佳，以40埃以下更佳，又分別以10埃～40埃的範圍最佳。若形成超晶格層的p側第一層和p側第二層的膜厚超過100埃，則容易產生結晶缺陷，所以並不理想。
p側第一層及p側第二層亦可為分別經摻雜的構造，又，亦可為摻雜構造/未摻雜構造的組合。作為摻雜的雜質，對於上述材料組成可無任何限制地使用習知之構成。例如，以p包覆層而言，在使用具有AlGaN/GaN的交互構造或組成不同之AlGaN/AlGaN的交互構造之超晶格構造的情況，適合以Mg作為雜質。又，構成超晶格構造的p側第一層及p側第二層的以GaInN或AlGaN、GaN為代表的組成相同，亦可為組合有摻雜構造/未摻雜構造者。
(p接觸層14b)
p接觸層14b係用以設置正極的層。p接觸層14b係由Alx Ga1-x N(0≦x≦0.4)構成，這點在維持良好的結晶性以及與p歐姆電極進行良好的歐姆接觸方面是理想的。又，當p接觸層14b以5×1019 ～5×1020 /cm3 的濃度含有1×1018 ～1×1021 /cm3 的p型雜質(摻雜物)時，在維持良好的歐姆接觸、防止龜劣發生、維持良好的結晶性等方面是較佳的。以p型雜質而言，並無特別限制，以使用例如Mg為佳。
又，p接觸層14b係層積有p接觸下層和p接觸上層而成，以於p接觸下層含有1×1019 /cm3 ～1×1020 /cm3 左右之濃度的Mg，且在p接觸上層含有2×1020 /cm3 ～5×1020 /cm3 左右之濃度的Mg為特佳。藉此，與透光性電極15相接的部分(p接觸上層)含有高濃度的Mg，且其表面形成平坦。因此，可進一步提升半導體發光元件1的發光輸出。
又，p接觸層14b的膜厚並無特別限制，但宜為10～500nm，以50～200nm較佳。當p接觸層14b的膜厚在此範圍時，對發光輸出較理想。
＜n型電極17＞
n型電極17係以兼作為接合墊(bonding pad)，且與層積半導體層20的n型半導體層12相接的方式形成。因此，在形成n型電極17時，至少去除p半導體層14及發光層13的一部分而使n型半導體層12露出，並在n型半導體層12的露出面20a上形成兼作為接合墊的n型電極17。以n型電極17而言，習知有各種組成、構造，可無任何限制地採用此等習知的組成、構造，並可藉由該技術領域中眾所周知之慣用手段來設置。
(透光性電極15)
透光性電極15係以層積於p型半導體層14上且與p型半導體層14的接觸電阻小的構成為宜。為了有效率地將發光層13所射出的光取出於半導體發光元件1的外部，透光性電極15宜具有優異的透光性。為使電流均勻地擴散遍及p型半導體層14的整面，透光性電極15宜具有良好的導電性。
作為透光性電極15的構成材料，可舉出：由含有In、Zn、Al、Ga、Ti、Bi、Mg、W、Ce當中任一種的導電性氧化物、硫化鋅或硫化鉻中之任一種所構成的群組中選出的透光性導電性材料。作為導電性氧化物，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 ))、氟摻雜氧化錫、氧化鈦等。
此外，透光性電極15的構造亦能為包含以往週知的構造在內的任何構造。透光性電極15亦能以覆蓋p型半導體層14的大約整面的方式形成，又，亦可隔有隙間地形成格子狀或樹形狀。
(p型接合墊電極16)
p型接合墊電極16兼作為接合墊而層積於透光性電極15上。就p型接合墊電極16而言，習知有各種組成或構造，可無任何限制地使用此等習知的組成、構造，可藉由該技術領域中眾所周知的慣用手段來設置。
p型接合墊電極16只要是在透光性電極15上，則形成於任何一處皆可。例如，可形成於離n型電極17最遠的位置，亦可形成於半導體發光元件1的中心等。然而，若形成在太接近n型電極17的位置，在接合時會產生引線間、接合球(bonding ball)間的短路，所以不理想。
此外，雖然p型接合墊電極16的電極面積盡可能加大者較為容易進行接合作業，但會妨礙發光的取出。例如，在覆蓋超過晶片面面積的一半的廣大面積時，會妨礙發光的取出，並使輸出顯著降低。反之，若p型接合墊電極16的電極面積太小，則難以進行接合作業，會導致製品的產出率降低。具體而言，以稍大於接合球的直徑的程度為宜，通常是直徑100μm的圓形程度之面積大小。
(保護膜層)
未圖示的保護膜層係以依需要而覆蓋透光性電極15的上面及側面、n型半導體層12的露出面20a、發光層13及p型半導體層14的側面、n型電極17及p型接合墊電極16的側面或周邊部之方式形成。藉由形成保護膜層，可防止水分等滲入半導體發光元件1的內部，並可抑制半導體發光元件1的劣化。
保護膜層係以使用具絕緣性且在300～550nm的範圍的波長具有80%以上之透過率的材料為佳，例如：可使用氧化矽(SiO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鈮(Nb2 O5 )、氧化鉭(Ta2 O5 )、氮化矽(Si3 N4 )、氮化鋁(AlN)等。其中，SiO2 、Al2 O3 可容易藉CVD成膜形成緻密的膜，所以較佳。
以下，針對半導體發光元件1的製造方法，適當地參照圖面，作詳細說明
此外，在以下的說明中所參照的圖面係用來說明本發明，所圖示之各部位的大小、厚度或尺寸等，與實際之半導體發光元件1的尺寸關係不同。
本發明之圖1所示之半導體發光元件1的製造方法為，首先，製造圖2所示之層積半導體層20。層積半導體層20的製造方法大致包括：在基板11上層積第一n型半導體層12c的第一步驟；及在第一n型半導體層12c上依序層積第一n型半導體層12c的再成長層12d、n包覆層12b(第二n型半導體層)、發光層13和p型半導體層14的第二步驟。以下，參照圖2，針對各步驟作詳細說明。
＜第一步驟＞
首先，準備由藍寶石等構成的基板11。
其次，將基板11設置於第一MOCVD裝置(第一有機金屬化學氣相成長裝置)的成長室內，藉MOCVD法在基板11上依序層積緩衝層21和基底層22。此外，本發明中，亦可在由藍寶石等構成的基板11上，使用RF濺鍍法形成由AlN所成的緩衝層21，接著在第一MOCVD裝置的成長室內依序層積基底層22於該基板上。
(第一n型半導體層12c(第一n型半導體層)層積步驟)
然後，在具有上述基底層22的基板上，層積構成n接觸層12a的一部分之第一n型半導體層12c。
此外，在使第一步驟成長層12c成長之際，係以在氫氣體環境下將基板11的溫度設在1000℃～1100℃的範圍為宜。
又，作為使第一n型半導體層12c成長的原料，係使用三甲基鎵(TMG)等III族金屬的有機金屬原料與氨(NH3 )等的氮原料，並藉熱分解使III族氮化物半導體層沉積於緩衝層上。MOCVD裝置之成長室內的壓力係以設成15～80kPa為佳。
其後，從第一MOCVD裝置的成長室內取出已形成有迄至n接觸層12a的第一n型半導體層12c為止之各層的基板11。
此外，在本實施形態之半導體發光元件的製造方法中，於第一MOCVD裝置中使用的基板，只要是可藉MOCVD法層積第一n型半導體層的基板即可，例如可使用在基板11上依序層積有緩衝層21和基底層22的基板。
＜第二步驟＞
第二步驟又包含：在第一n型半導體層12c上形成第一n型半導體層12c的再成長層12d的步驟；形成n包覆層12b(第二n型半導體層)的步驟；形成發光層13的步驟；及形成p型半導體層14的步驟。
以下，針對各步驟分別作詳細說明。
(再成長層12d形成步驟)
首先，將形成有迄至第一n型半導體層12c為止之各層的基板11設置於第二MOCVD裝置(第二有機金屬化學氣相成長裝置)的成長室內。接著，藉MOCVD法在第一n型半導體層12c上，形成n接觸層12a的再成長層12d。
本實施形態中，藉由在形成再成長層12d時，供給原料氣體與例如SiH4 等之含Si的摻雜物氣體，使Si摻雜於再成長層12d。在此，可摻雜例如5×1018 /cm3 左右的Si。
此外，本實施形態中，較佳為：在形成再成長層12d之前，將形成有迄至第一n型半導體層12c為止之各層的基板11，於含氮與氨的氣體環境下進行熱處理溫度為500℃～1200℃、較佳為800℃～1100℃、更佳為900℃～1000℃的熱處理(熱清洗)。熱處理的氣體環境亦可作成例如只有氮的氣體環境，來取代含氮與氨的氣體環境。此外，在只有氫的氣體環境中，第一n型半導體層12c會被分解，而導致結晶性劣化，所以不佳。又，此時的MOCVD裝置之成長室內的壓力以設成15～100kPa為佳，以設成60～95kPa更佳。
進行此種熱處理時，於第一步驟結束後，將形成有迄至n接觸層12a的第一n型半導體層12c為止之各層的基板11，從第一MOCVD裝置的成長室內取出，藉此，即便第一n型半導體層12c的表面受到汚染，也可在形成再成長層12d之前，先去除汚染物質。其結果，能提升再成長層12d的結晶性，使形成於再成長層12d上的n包覆層12b或發光層13的結晶性更佳。
另外，於第一n型半導體層12c的表面受到汚染的情況下，恐有反向電流(IR)不夠低且靜電放電(ESD)耐壓不足之虞。因此，會造成半導體發光元件1的可靠性降低。
又，本實施形態中，以將第一n型半導體層12c層積步驟中之第一n型半導體層12c的成長條件、與此步驟之再成長層12d的成長條件設成相同較佳。此時，使用第一MOCVD裝置和第二MOCVD裝置之兩個裝置，在第一MOCVD裝置中於形成n接觸層12a之中途的階段，將n接觸層12a的成長中斷並從成長室內加以取出而移動到第二MOCVD裝置的成長室，然後，再重新進行n接觸層12a的成長，藉此可減少對n接觸層12a的結晶性所造成的影響，所以由第一n型半導體層12c和再成長層12d構成之n接觸層12a的結晶性良好。
此外，在使再成長層12d成長時，以將基板11的溫度設在1000℃～1100℃的範圍為佳。將成長再成長層12d時之基板11的溫度設在上述範圍，而將已形成迄至第一n型半導體層12c為止之各層的基板11，從第一MOCVD裝置的成長室內取出，藉此，即使n接觸層12a之第一n型半導體層12c的表面受到污染，亦可在形成再成長層12d時去除汚染物質。
其結果，可使在後述步驟中形成於再成長層12d上之n包覆層12b或發光層13的結晶性更良好。相對地，若成長再成長層12d時之基板11的溫度未滿1000℃，恐有反向電流(IR)不夠低，靜電放電(ESD)耐壓不足之虞。又，若成長再成長層12d時之基板11的溫度超過1100℃，恐有半導體發光元件1的輸出不足之虞。
(n包覆層12b(第二n型半導體層)形成步驟)
其次，於再成長層12d上形成n包覆層12b。
在本實施形態的n包覆層12b形成步驟中，將n包覆層12b(第二n型半導體層)的原料氣體，連同例如SiH4 等之含Si的摻雜物氣體一起供給至第二MOCVD裝置內。藉此，可於n包覆層12b摻雜Si作為摻雜物。
又，本實施形態的n包覆層12b形成步驟進一步由步驟(1)及步驟(2)構成，在各步驟中分別供給不同量的Si作為摻雜物。藉此，可形成依序層積有Si含量少於再成長層12d的第二n型半導體層第一層、和Si含量多於第二n型半導體層第一層的第二n型半導體層第二層之構成的n包覆層12b(第二n型半導體層)。
又，特佳為，在第二n型半導體層第二層中於發光層側的界面含有1×1018 /cm3 ～2×1019 /cm3 之濃度的Si。
本實施形態的n包覆層12b可作成超晶格構造。形成超晶格層時，可將膜厚100埃以下之組成不同的兩種層交互地層積10對(20層)～40對(80層)。
(發光層13形成步驟)
接著，形成多重量子阱構造的發光層13。首先，交互地反覆層積阱層13b和障壁層13a。此時，較佳為，以在n型半導體層12側及p型半導體層14側設置障壁層13a的方式層積。
阱層13b及障壁層13a的組成或膜厚，可適當地設定成既定的發光波長。又，發光層13的成長溫度可設成600～900℃，關於載氣而言，可使用氮氣。
(p型半導體層14形成步驟)
p型半導體層14的形成只要依序層積p包覆層14a、p接觸層14b只可。此外，將p包覆層14a作成含超晶格構造的層時，只要交互地層積由膜厚100埃以下之III族氮化物半導體所形成的p側第一層、以及由與p側第一層為不同組成且膜厚100埃以下之III族氮化物半導體所形成的p側第二層即可。
又，特佳為，p接觸層14b係藉由層積含有1×1019 /cm3 ～1×1020 /cm3 左右之濃度的Mg的p接觸下層、以及含有2×1020 /cm3 ～5×1020 /cm3 左右之濃度的Mg的p接觸上層形成。
以上述方法，製造圖2所示之層積半導體層20。
其後，在層積半導體層20的p型半導體層14上層積透光性電極15，藉由例如一般習知的光微影方法，去除既定區域以外的透光性電極15。
接著，藉由例如光微影方法進行圖案化，蝕刻既定區域之層積半導體層20的一部分以使n接觸層12a的第一n型半導體層12c的一部分露出，並在n接觸層12a的露出面20a形成n型電極17。
然後，在透光性電極15上形成p型接合墊電極16。
以上述方式，製造圖1所示之半導體發光元件1。
＜燈3＞
本實施形態的燈3具備本發明的半導體發光元件1，該燈3係組合有上述之半導體發光元件1和螢光體而成。本實施形態的燈3係藉由該技術領域的業者週知的手段，作成該技術領域者週知的構成。例如，在本實施形態的燈3中，可無任何限制地採用藉半導體發光元件1和螢光體的組合來改變發光色之技術。
圖3係表示具備圖1所示之半導體發光元件1的燈的一例之剖面模式圖。圖3所示之燈3係炮彈型，使用有圖1所示之半導體發光元件1。如圖3所示，半導體發光元件1的p型接合墊電極16係以引線33連接於2根框架(frame)31、32中的一者(圖3中為框架31)，半導體發光元件1的n型電極17(接合墊)係以引線34連接於另一框架32，藉此安裝半導體發光元件1。此外，半導體發光元件1的周邊係以透明樹脂所構成鑄模(mold)35密封。
由於本實施形態的燈3係使用上述半導體發光元件1，故可獲得高發光輸出。
又，組合有本實施形態的燈3之背光、行動電話、顯示器、各種面板類、電腦、遊戲機、照明等的電子設備、或組合有此等電子設備之汽車等的機械裝置，成為具備可獲得高發光輸出之半導體發光元件1的構成。特別是可提供在背光、行動電話、顯示器、遊戲機、照明等驅動電池的電子設備中，具有可獲得高發光輸出的半導體發光元件1的優良製品，所以是理想的。
[實施例]
以下，根據實施例，更詳細地說明本發明之半導體發光元件的製造方法，惟本發明不僅受限於此等實施例。
(實施例1)
利用以下所示的方法，製造圖1所示之半導體發光元件1。
在實施例1的半導體發光元件1中，於第一MOCVD爐的成長室內，在由藍寶石所構成的基板11上，形成由AlN所構成的緩衝層21、由厚度6μm之未摻雜GaN所構成的基底層22、及由厚度2μm之Si摻雜n型GaN所構成的第一n型半導體層12c。
接著，將該基板從第一MOCVD爐暫時取出，並移到第二MOCVD爐的成長室內。然後，在含氮和氨的氣體環境下進行950℃的熱處理(熱清洗)。接著，在上述第一n型半導體層12c上形成由厚度0.2μm之Si摻雜n型GaN所構成的再成長層12d，而形成厚度2.2μm的n接觸層12a。由第一n型半導體層12c和再成長層12d所構成之n接觸層12a中的Si摻雜物量，係設成5×1018 /cm3 左右的濃度。
此外，再成長層12d係以氫作為載氣並將TMG和NH3 導入成長室內而成長。n型摻雜的氣體係使用矽烷(SiH4 )。此時，將基板溫度設成1080℃，將成長室內的壓力設成40kPa。
其次，藉由後述的方法將由厚度80nm之超晶格構造所構成的n包覆層12b(第二n型半導體層)形成於上述n接觸層12a上，而該厚度80nm的n包覆層12b係由層積有膜厚20nm的第二n型半導體層第一層和膜厚60nm的第二n型半導體層第二層所構成。再者，在n接觸層12a上，將厚度5nm且Si濃度1×1017 /cm3 的GaN障壁層以及厚度3.5nm的未摻雜In0.15 Ga0.85 N阱層層積五次，最後形成設有障壁層之多重量子阱構造的發光層13。
接著，在發光層13上依序層積由厚度20nm之Mg摻雜單層Al0.07 Ga0.93 N所構成的p包覆層14a、由厚度170nm之Mg摻雜p型GaN所構成的p接觸層14b。p接觸層14b係層積有p接觸下層和p接觸上層而成，將p接觸下層設成厚度150nm、Mg濃度5×1019 /cm3 ，將p接觸上層設成厚度20nm、Mg濃度3×1020 /cm3 。
由膜厚20nm的第二n型半導體層第一層和膜厚60nm的第二n型半導體層第二層所構成的n包覆層12b(第二n型半導體層)，係以下述的成長條件形成。
「n包覆層12b(第二n型半導體層)的成長條件」
膜厚20nm的第二n型半導體層第一層係將包括由Ga0.99 In0.01 N所構成之厚度2nm的n側第1層、以及由GaN所構成之厚度2nm的n側第2層的薄膜層交互地重複成長5對而形成。載體濃度係設成1×1017 /cm3 。
其次，膜厚60nm的第二n型半導體層第二層係將包括由Ga0.99 In0.01 N所構成之厚度2nm的n側第1層、以及由GaN所構成之厚度2nm的n側第2層的薄膜層交互地重複成長15對而形成。其中，在第二n型半導體層第一層上，作成與構成第二n型半導體層第二層的一部分之n側第1層相接的構造。又，載體濃度設為7×1018 /cm3 。
藉此方法，使厚度80nm之超晶格構造的n包覆層12b成長。又，n側第1層的成膜係使用Ga源之三乙基鎵(TEG)及In源之三甲基銦(TMI)作為III族原料，n側第2層的成膜係使用三乙基鎵(TEG)。
又，形成n包覆層12b(第二n型半導體層)時，是供給原料氣體與SiH4 氣體作為n型摻雜。
之後，以一般週知的光微影方法，於p接觸層14b上形成由厚度200nm的ITO構成的透光性電極15。
使用光微影方法實施蝕刻，在所要的區域形成n接觸層12a的露出面20a，並於其上形成Ti/Au之二層構造的n型電極17。
又，使用光微影方法，在透光性電極15上形成由200nm的Al所構成的金屬反射層、由80nm的Ti所構成的阻障層、以及由1100nm的Au所構成的接合層之3層構造的p型接合墊構造16。
以上述方式，獲得圖1所示之實施例1的半導體發光元件1。
在以上述方式獲得之實施例1的半導體發光元件1中，形成層積有第二n型半導體層第一層和第二n型半導體層第二層之構成的n包覆層12b(第二n型半導體層)。其中，第二n型半導體層第一層為膜厚20nm、Si含量1×1017 /cm3 ，又，第二n型半導體層第二層為膜厚60nm、Si含量7×1018 /cm3 。藉此，第二n型半導體層第二層形成於從發光層13側的界面起算之0nm～60nm的區域內。又，在第二n型半導體層第二層之位於發光層13側的界面，含有7×1018 /cm3 的濃度的Si。
再者，半導體發光元件1的特性為，順向電壓Vf=3.0V、發光輸出Po=24mW、反向電流IR(＠20V)=0.1μA。
(實施例2)
除了將實施例1之第二n型半導體層第二層的含Si濃度設成1×1019 /cm3 ，將第二n型半導體層第二層之位於發光層13側的界面的含Si濃度改變成1×1019 /cm3 之外，係進行與實施例1同樣的操作，而半導體發光元件1的特性為，順向電壓Vf=2.9V、發光輸出Po=24mW、反向電流IR(＠20V)=0.2μA。
(實施例3)
將實施例1之第二n型半導體層第一層的膜厚設成40nm，將含Si濃度設成3×1017 /cm3 ，將第二n型半導體層第二層的膜厚設成40nm，將含Si濃度設成7×1018 /cm3 ，將第二n型半導體層第二層之位於發光層13側的界面的含Si濃度改變成7×1018 /cm3 以外，係進行與實施例1同樣的操作，而半導體發光元件1的特性為，順向電壓Vf=3.0V、發光輸出Po=23mW、反向電流IR(＠20V)=0.1μA。
(實施例4)
除了將實施例1的第二n型半導體層第二層的膜厚改變成20nm外，係進行與實施例1同樣的操作，而半導體發光元件1的特性為，順向電壓Vf=3.1V、發光輸出Po=23mW、反向電流IR(＠20V)=0.1μA。
(實施例5)
將實施例1的第二n型半導體層第一層及第二n型半導體層第二層的超晶格構造分別改變成單層構造，又，除了將第二n型半導體層第二層之位於發光層13側的界面的含Si濃度改變成1×1019 /cm3 之外，係進行與實施例1同樣的操作，而半導體發光元件1的特性為，順向電壓Vf=3.0V、發光輸出Po=23mW、反向電流IR(＠20V)=0.2μA。
(比較例1)
除了將實施例1的第二n型半導體層第一層的膜厚設成80nm，將含Si濃度改變成5×1018 /cm3 ，將第二n型半導體層第二層的膜厚設成0nm之外，係進行與實施例1同樣的操作，而半導體發光元件1的特性為，順向電壓Vf=3.2V、發光輸出Po=20mW、反向電流IR(＠20V)=1.0μA。其中，第二n型半導體層第一層係改變成由超晶格構造所構成的單層構造。
表1係顯示實施例1～實施例5、比較例1之半導體發光元件的順向電壓、發光輸出(Po)、反向電流(IR)的結果。
此外，關於實施例及比較例之半導體發光元件1的順向電壓Vf，係藉由利用探針的通電，測定電流施加值20mA的電壓。同樣地，關於實施例及比較例之半導體發光元件1的發光輸出(Po)，係分別安裝成18根引腳的圓柱狀構裝(TO CAN)，藉測試器(tester)測得施加電流20mA的發光輸出。又，反向電流(IR)係測定相對於發光元件逆向地對端子施加20V時之漏電流的值。
如表1所示，實施例1～實施例5的半導體發光元件1中，每一者的反向電流(IR)均足夠低，順向電壓較低，發光輸出(Po)為20mW以上，為高亮度且低消耗電力。
另一方面，在n包覆層12b(第二n型半導體層)的膜厚設為80nm，且含Si濃度設為5×1018 /cm3 的比較例1中，相較於實施例1～實施例5，發光輸出(Po)較低，順向電壓較高，漏電流(反向電流(IR)較大。
又，針對實施例1～實施例5、比較例的半導體發光元件1，算出施加電流20～100mA的範圍之電力效率(%){發光輸出(mW)/(順向電壓(V)×施加電流(mA))}。將其結果顯示於表2、圖4。
如表2、圖4所示，在實施例1～實施例5中，施加電流20～100mA的範圍的電力效率，明顯優於比較例1。
又，針對實施例1～實施例5、比較例的半導體發光元件1，測定施加電流20～100mA的範圍之發光輸出(Po；mW)。將其結果顯示於圖5。如圖5所示，在實施例1～實施例5中，施加電流20～100mA的範圍的發光輸出(Po)明顯優於比較例1。
又，在比較例1中，施加電流增大所致之發光輸出的提升效果，會隨著施加電流的增大而變小，施加電流愈大，實施例1～實施例5與比較例1之發光輸出(Po)的差就愈大。
根據以上，可確認實施例1～實施例5的半導體發光元件1，能有效地提升發光輸出，與比較例1的半導體發光元件1相比較，能獲得漏電流小的高發光輸出。又，可確認藉由施加大電流，可有效地提升發光輸出，與比較例1的半導體發光元件相比較，藉由施加大電流，能獲得高發光輸出。
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
12b．．．n包覆層(第二n型半導體層)
12c．．．第一n型半導體層
12d．．．再成長層
13．．．發光層
13a．．．障壁層
13b．．．阱層
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
20．．．層積半導體層
20a．．．露出面
21．．．緩衝層
22．．．基底層
31、32．．．框架
33、34．．．引線
35．．．鑄模
圖1係表示使用本發明的半導體發光元件之製造方法所製造之半導體發光元件的一例之剖面模式圖。
圖2係用以說明製造圖1所示之半導體發光元件的步驟之剖面模式圖。
圖3係表示具備圖1所示之半導體發光元件之燈的一例之剖面模式圖。
圖4係表示實施例1～實施例5、比較例1之半導體發光元件的施加電流與電力效率的關係之圖表。
圖5係表示實施例1～實施例5、比較例1之半導體發光元件的施加電流與發光輸出的關係之圖表。
1．．．半導體發光元件
11．．．基板
12．．．n型半導體層
12a．．．n接觸層
12b．．．n包覆層(第二n型半導體層)
12c．．．第一n型半導體層
12d．．．再成長層
13．．．發光層
13a．．．障壁層
13b．．．阱層
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
20．．．層積半導體層
20a．．．露出面
21．．．緩衝層
22．．．基底層

Claims (16)

  1. 一種半導體發光元件之製造方法，其特徵為，具備：第一步驟，係在第一有機金屬化學氣相成長裝置中，於基板上層積第一n型半導體層；及第二步驟，係在第二有機金屬化學氣相成長裝置中，於上述第一n型半導體層上，依序層積上述第一n型半導體層的再成長層、第二n型半導體層、發光層、以及由p包覆層和p接觸層所構成的p型半導體層；在層積上述第二n型半導體層的步驟中，依序進行藉由供給比上述再成長層形成時還少量之Si作為摻雜物而形成第二n型半導體層第一層之步驟(1)、以及藉由供給比上述步驟(1)還多的上述Si而形成第二n型半導體層第二層之步驟(2)。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中將上述第二n型半導體層第二層至少形成於從上述發光層側的界面起算之0nm~60nm的區域內。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中使上述第二n型半導體層第一層含有濃度1×1016 /cm3 ~5×1017 /cm3 的上述Si，於上述第二n型半導體層第二層含有濃度1×1018 /cm3 ~2×1019 /cm3 的上述Si。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中使上述第二n型半導體層第二層的上述發光層側界面含有濃度1×1018 /cm3 ~2×1019 /cm3 的上述Si。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中在上述步驟(1)中以10nm~100nm的膜厚形成上述第二n型半導體層第一層，在上述步驟(2)中以4nm~60nm的膜厚形成上述第二n型半導體層第二層。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中藉由在上述步驟(1)及上述步驟(2)，供給上述第二n型半導體層的原料氣體與含有上述Si的摻雜物氣體，而形成上述第二n型半導體層。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製造方法，其中藉由層積p接觸下層和p接觸上層而形成上述p接觸層，使上述p接觸下層含有濃度1×1019 /cm3 ~1×1020 /cm3 左右的Mg，使上述p接觸上層含有濃度2×1020 /cm3 ~5×1020 /cm3 左右的上述Mg。
  8. 一種半導體發光元件，係在基板上層積有第一n型半導體層、上述第一n型半導體層的再成長層、第二n型半導體層、發光層、以及由p包覆層和p接觸層所構成的p型半導體層，該半導體發光元件的特徵為：上述第二n型半導體層係依序層積有Si含量比上述再成長層還少的第二n型半導體層第一層、和上述Si含 量比上述第二n型半導體層第一層還多的第二n型半導體層第二層之構成。
  9. 如申請專利範圍第8項之半導體發光元件，其中上述第二n型半導體層第二層至少形成於從發光層側的界面起算之0nm~60nm的區域內。
  10. 如申請專利範圍第8項之半導體發光元件，其中在上述第二n型半導體層中，使上述第二n型半導體層第一層含有濃度1×1016 /cm3 ~5×1017 /cm3 的上述Si，使上述第二n型半導體層第二層含有濃度1×1018 /cm3 ~2×1019 /cm3 的上述Si。
  11. 如申請專利範圍第8項之半導體發光元件，其中使上述第二n型半導體層第二層的上述發光層側界面含有濃度1×1018 /cm3 ~2×1019 /cm3 的上述Si。
  12. 如申請專利範圍第8項之半導體發光元件，其中上述第二n型半導體層第一層係以10nm~100nm的膜厚形成，上述第二n型半導體層第二層係以4nm~60nm的膜厚形成。
  13. 如申請專利範圍第8項之半導體發光元件，其中上述p接觸層係層積p接觸下層和p接觸上層而成，使上述p接觸下層含有濃度1×1019 /cm3 ~1×1020 /cm3 的Mg，使上述p接觸上層含有濃度2×1020 /cm3 ~5×1020 /cm3 的上述Mg。
  14. 一種燈，其特徵為：具備使用申請專利範圍第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。
  15. 一種電子設備，其特徵為：組裝有申請專利範圍第14項的燈。
  16. 一種機械裝置，其特徵為：組裝有申請專利範圍第15項的電子設備。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011123538A2 (en) 2010-03-31 2011-10-06 Osram Sylvania Inc. Phosphor and leds containing same
US20140203322A1 (en) * 2013-01-23 2014-07-24 Epistar Corporation Transparent Conductive Structure, Device comprising the same, and the Manufacturing Method thereof
TWI584493B (zh) * 2013-02-04 2017-05-21 晶元光電股份有限公司 發光二極體及其製作方法
CN108365066B (zh) * 2013-02-08 2020-06-02 晶元光电股份有限公司 发光二极管及其制作方法
JP5983554B2 (ja) 2013-07-25 2016-08-31 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
JP6124740B2 (ja) * 2013-08-30 2017-05-10 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子の製造方法、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子用下地基板
EP2988339B1 (en) * 2014-08-20 2019-03-27 LG Innotek Co., Ltd. Light emitting device
KR102329719B1 (ko) * 2015-02-23 2021-11-23 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛
JP6785221B2 (ja) * 2015-03-30 2020-11-18 パナソニック株式会社 半導体発光素子
CN106548972B (zh) * 2015-09-18 2019-02-26 胡兵 一种将半导体衬底主体与其上功能层进行分离的方法
US11201261B2 (en) * 2017-02-17 2021-12-14 Dowa Electronics Materials Co., Ltd. Deep ultraviolet light emitting element and method of manufacturing the same
TWI626766B (zh) * 2017-06-01 2018-06-11 錼創科技股份有限公司 發光元件
JP7033498B2 (ja) * 2018-05-18 2022-03-10 株式会社東芝 半導体素子及びその製造方法
EP3839108A4 (en) * 2018-08-17 2021-10-20 Mitsubishi Chemical Corporation N-TYPE GAN CRYSTAL, GAN SLICE, AND GAN CRYSTAL, AND PROCESS FOR THE PRODUCTION OF A NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE USING GAN SLICES
US11414782B2 (en) 2019-01-13 2022-08-16 Bing Hu Method of separating a film from a main body of a crystalline object

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200834670A (en) * 2006-08-18 2008-08-16 Showa Denko Kk Process for producing III group nitride compound semiconductor, III group nitride compound semiconductor light emitting element, and lamp
TW200834990A (en) * 2006-11-08 2008-08-16 Showa Denko Kk Process for producing III group nitride compound semiconductor light emitting device, III group nitride compound semiconductor light emitting device and lamp
TW200838000A (en) * 2007-01-16 2008-09-16 Showa Denko Kk Group-III nitride compound semiconductor device and production method thereof, group-III nitride compound semiconductor light-emitting device and production method thereof, and lamp
TW200901513A (en) * 2007-02-21 2009-01-01 Showa Denko Kk Method for producing group III nitride semiconductor light emitting device, group III nitride semiconductor light emitting device, and lamp
US20090286342A1 (en) * 2001-03-27 2009-11-19 Takashi Takahashi Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0745538A (ja) 1993-07-29 1995-02-14 Hitachi Ltd 化合物半導体装置の製造方法及びその製造装置
JP4984119B2 (ja) * 2006-08-28 2012-07-25 スタンレー電気株式会社 窒化物半導体結晶ないしそれを用いた発光素子及びその製造方法
JP2008235758A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Sumitomo Chemical Co Ltd 化合物半導体エピタキシャル基板の製造方法
KR101159995B1 (ko) * 2008-03-13 2012-06-25 쇼와 덴코 가부시키가이샤 Ⅲ족 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법, ⅲ족 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법, 및 램프
JP5246081B2 (ja) * 2009-07-14 2013-07-24 豊田合成株式会社 半導体発光素子の製造方法
JP5246079B2 (ja) * 2009-07-10 2013-07-24 豊田合成株式会社 半導体素子の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090286342A1 (en) * 2001-03-27 2009-11-19 Takashi Takahashi Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
TW200834670A (en) * 2006-08-18 2008-08-16 Showa Denko Kk Process for producing III group nitride compound semiconductor, III group nitride compound semiconductor light emitting element, and lamp
TW200834990A (en) * 2006-11-08 2008-08-16 Showa Denko Kk Process for producing III group nitride compound semiconductor light emitting device, III group nitride compound semiconductor light emitting device and lamp
TW200838000A (en) * 2007-01-16 2008-09-16 Showa Denko Kk Group-III nitride compound semiconductor device and production method thereof, group-III nitride compound semiconductor light-emitting device and production method thereof, and lamp
TW200901513A (en) * 2007-02-21 2009-01-01 Showa Denko Kk Method for producing group III nitride semiconductor light emitting device, group III nitride semiconductor light emitting device, and lamp

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