半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术实现抑制泄漏电流的发生而提高了发光效率的半导体发光元件。本发明专利技术的半导体发光元件的制造方法具有以下工序：在基板上形成n型半导体层的工序(a)；在n型半导体层上将发光层及阻挡层交替地层叠而形成活性层的工序(b)；和供给p型的掺杂剂而在活性层上形成p型半导体层的工序(c)，在工序(b)中，将阻挡层中的位于最靠近p型半导体层的最终阻挡层以与形成于该最终阻挡层内的凹部的直径相比更厚的膜来形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在n型半导体层与p型半导体层之间具有由发光层及阻挡层交替地层叠而成的活性层的半导体发光元件及其制造方法。
技术介绍
发出紫外光的半导体发光元件中有曝光、固化、杀菌、医疗、传感器用途之类的广泛的应用制品，今后可以期待大的市场。作为发出紫外光的半导体发光元件，已知有InGaN系的半导体发光元件。以往的InGaN系的半导体发光元件的主流是下述的半导体发光元件：在由蓝宝石等构成的生长基板上，使将n型半导体层、由阻挡层及发光层交替地层叠而成的活性层和p型半导体层层叠而成的半导体层依次生长，利用涂布于基板上的软钎料将生长基板上的半导体层与支撑基板贴合后，通过激光剥离将生长基板剥离而制成。目前普及的InGaN系的半导体发光元件的大部分是通过在蓝宝石基板上使GaN层及InGaN层外延生长而形成的。此时已知：由于蓝宝石与GaN及InGaN晶格常数不同，所以在生长层内存在被称为高密度的位错的晶体缺陷(例如参照专利文献1、2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-270514号公报专利文献2：日本特表2008-539585号公报非专利文献非专利文献1：N.Kuroda，C.Sasaoka，A.Kimura，A.Usui and Y.Mochizuki，“Precise control of pn-junction profile for GaN-based LD structuresusing GaN substrates with low dislocation densities”，J.Cryst.Growth 189/190(1998)551
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题作为生长基板，代替蓝宝石基板而使用低位错GaN基板时，其上的外延层也能够与基板同样地成为低位错密度。但是，激光剥离中使用的激光的波长主流是300nm以下的波长，该激光不会透过GaN基板，所以难以将GaN基板剥离。像这样在使用GaN基板作为生长基板的方法中，难以制作高输出功率的紫外光发光元件，所以作为生长基板使用蓝宝石基板成为主流。但是，像上述那样，InGaN系的半导体发光元件由于在晶格常数不同的蓝宝石基板上使GaN层及InGaN层外延生长，所以存在被称为位错的晶体缺陷。本专利技术人通过深入研究查明：起因于该位错而产生泄漏，使半导体发光元件的元件特性(例如Ir特性)降低。图1是表示对通过以往方法制造的InGaN系的半导体发光元件60在p侧衬垫电极61与n侧衬垫电极62之间流过微小电流时的发光的样子的照片。虽然在初期时看不到发光部位，但若使供给电流量慢慢地增加，则发蓝白光的部位63变得处处可见。特别是在p侧衬垫电极61的周边出现许多发光部位63。图2是对一个发光部位63处的半导体发光元件60的截面利用TEM(Transmission Electron Microscope：透射型电子显微镜)拍摄的照片。(b)是将(a)放大的照片。根据图2可确认：在发光部位63的位置，在半导体发光元件60中产生了位错65。图2(b)是将形成有活性层67和p型半导体层68的部位放大而得到的照片，获知在该部位产生了位错65。本专利技术人推测，通过以往方法制造的半导体发光元件60的Ir特性降低的原因是由以该位错65作为原因的泄漏的发生所导致的。更详细而言，推测起因于位错65而形成一些坑(凹部)，p型半导体层68中包含的p型杂质即Mg介由该坑向活性层67或n型半导体层进行扩散，从而pn接合被破坏而产生泄漏，形成图1的照片那样的发光部位63。图3是对位错密度不同的2个InGaN系的半导体发光元件通过SIMS
(Secondary Ion Mass Spectrometry：二次离子质谱分析法)沿深度方向测定Mg浓度而得到的图表(参照上述非专利文献1)。(a)是位错密度为1×109/cm2等级的元件的结果，(b)是位错密度为6×107/cm2的元件的结果。根据图3，在(a)的结果中起因于p型半导体层68的Mg的信号在深度为1μm～2.5μm附近出现，这教示了Mg侵入到活性层67内。与此相对，在(b)的结果中在活性层67的位置处Mg停留在检测限值(背景水平)，获知Mg没有侵入到活性层67内。即获知，在位错密度高的元件中，Mg从p型半导体层68侧扩散到活性层67内。图4是在具有与以往同样的构成的InGaN系半导体发光元件60中拍摄了刚形成活性层67后的表面状态的SEM照片。此外，图5是表示图4的状态的元件的截面结构的示意性附图。作为生长基板11使用蓝宝石基板，在生长基板11上使未掺杂层13及n型半导体层21生长后，将膜厚为20nm的由AlGaN层构成的阻挡层25(25a、25b、25c、25d、25e、25f)与膜厚为10nm的由InGaN层构成的发光层23(23a、23b、23c、23d、23e)交替地层叠。阻挡层25f与最终阻挡层对应。更详细而言，将下述步骤交替地进行：将炉内温度设定为820℃，在供给规定的载气及氨的状态下，将三甲基铝(TMA)的流量设定为1.6μmol/分钟，将三甲基镓(TMG)的流量设定为10μmol/分钟而形成阻挡层25，同样地在供给规定的载气及氨的状态下，将三甲基铟(TMI)的流量设定为2μmol/分钟，将TMG的流量设定为10μmol/分钟而形成发光层23。并且，在形成最终阻挡层25f后，在不形成p型半导体层的情况下、在使温度降低至室温状态下拍摄了表面状态的照片为图4。根据图4可确认，在最终阻挡层25f的表面上形成了许多的坑(凹部)71。特别是由(b)的照片推测坑71的直径大概为70～90nm，鉴于在GaN系中容易稳定地出现晶体的取向面的倾斜角度约为60°，推测坑71的直径与深度大致相等。鉴于将各发光层23的膜厚设定为10nm，将各阻挡层25的膜厚设定为20nm，推测坑71到达至位于最终阻挡层25f的下层的发光层23e、阻挡层25e、发光层23d及阻挡层25d程度。图5中示意地表示出这样的坑71的状态。图6是对与以往同样的InGaN系的半导体发光元件拍摄了在820℃的
温度下形成活性层67后、用2分钟升温至使p型半导体层68生长的温度即1025℃后、在不使p型半导体层68生长的情况下使温度降低至室温时的表面状态的SEM照片。图6与图4同样，(a)表示倍率为1万倍的照片，(b)表示倍率为10万倍的照片。此外，图7是表示图6的状态的元件的截面结构的示意性的附图。根据图6(b)推测坑71的直径大概为20～40nm，获知与图4的状态相比坑71的直径变小。推测其为：通过温度变高，由沿垂直方向生长的模式变化为沿水平方向生长的模式、即将坑71埋入的模式，结果是坑71的一部分被填埋，直径及深度变小。更详细而言认为：在提高温度的期间，保证热平衡的层表面的原料被蚀刻而移动，该被蚀刻的材料或炉内的气体进入坑71内而沿水平方向生长，由此坑71的一部分(图7中的区域71a)被填埋。按照上述的推测，认为：若使坑71的深度与直径大致相等，则推测图6中的坑71的深度约为20～40nm，所以坑71到达至位于最终阻挡层25f的下层的发光层23e，一部分坑71也到达至阻挡层25e。即，认为：若在该状态下形成p型半导体层68，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，其具有以下工序：在基板上形成n型半导体层的工序(a)；在所述n型半导体层上将发光层及阻挡层交替地层叠而形成活性层的工序(b)；和供给p型的掺杂剂而在所述活性层上形成p型半导体层的工序(c)，在所述工序(b)中，将所述阻挡层中的位于最靠近所述p型半导体层的最终阻挡层以与形成于该最终阻挡层内的凹部的直径相比更厚的膜来形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.26 JP 2013-2702681.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，其具有以下工序：在基板上形成n型半导体层的工序(a)；在所述n型半导体层上将发光层及阻挡层交替地层叠而形成活性层的工序(b)；和供给p型的掺杂剂而在所述活性层上形成p型半导体层的工序(c)，在所述工序(b)中，将所述阻挡层中的位于最靠近所述p型半导体层的最终阻挡层以与形成于该最终阻挡层内的凹部的直径相比更厚的膜来形成。2.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述发光层由InGaN系化合物构成。3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在所述工序(b)中，以100nm以下的厚度形成所述最终阻挡层。4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在所述工序(c)中，所述p型的掺杂剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：月原政志，中村薰，
申请(专利权)人：优志旺电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP