半导体发光元件、半导体发光元件的制造方法技术

本发明专利技术提供具有良好的发光特性的使用了III族氮化物半导体的半导体发光元件、半导体发光元件的制造方法。半导体发光元件具有：层叠在基板上的n型半导体层；发光层，由势垒层以及包含In原子的阱层交替层叠了多个的多重量子阱构造构成；和p型半导体层，发光层具有：3层以上的阱层；和4层以上的势垒层，从两侧夹入3层以上的阱层的各自，并且在与n型半导体层的边界部与n型半导体层连接且在与p型半导体层的边界部与p型半导体层连接，3层以上的阱层包含以从接近所述n型半导体层的一侧按顺序设置的多个n侧阱层、和接近p型半导体层一侧的一个p侧阱层，在发光层产生由向p型半导体层侧开口的凹部的斜面构成的V字状凹部，至少1层以上的n侧阱层的该斜面的In原子的浓度为在该n侧阱层内存在的In原子的浓度的50％以下。

Semiconductor light emitting element and method for manufacturing semiconductor light emitting element

The invention provides a semiconductor light emitting element using a III group nitride semiconductor and a method for manufacturing a semiconductor light emitting element having good luminous characteristics. The semiconductor light emitting element has a laminated n type semiconductor layer on a substrate; a light-emitting layer, composed of barrier layer and the trap layer containing In atoms are alternately stacked a plurality of multiple quantum well structure; and the P type semiconductor layer, a light-emitting layer has a well layer more than 3 layers and 4 layers above the barrier layer; from each side, with more than 3 layers of the well layer, and with the boundary of the N type semiconductor layer and N type semiconductor layer and connected in connection with the P type semiconductor layer and the boundary of the P type semiconductor layer, 3 layer above the well layer contains a set according to the order from the side close to the the N type semiconductor layer of a plurality of N side trap layer, and close to the side of the P type semiconductor layer, a p layer formed in the inclined side, light emitting layer generates recess by opening to the P type semiconductor layer on the side of the V shaped concave side, at least N well layer 1 layer above the In the slope of the atom The concentration is below 50% of the concentration of the In atoms present in the N side trap layer.

【技术实现步骤摘要】
半导体发光元件、半导体发光元件的制造方法
本专利技术涉及使用了III族（III族）氮化物半导体的半导体发光元件、半导体发光元件的制造方法。
技术介绍
使用了III族氮化物半导体的半导体发光元件，通常形成为：在含有用于生成作为载流子的电子的n型杂质的n型III族氮化物半导体层和含有用于生成作为载流子的空穴的p型杂质的p型III族氮化物半导体层之间，配置包含III族氮化物半导体的发光层。而且，在这种半导体发光元件中，通过交替层叠多个阱层和多个势垒层而形成的多重量子阱构造来构成发光层（参照专利文献1）。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011－222812号公报在半导体发光元件的制造时，例如，若在蓝宝石等异种材料的基板上生长氮化镓系半导体，则会发生因晶格错配导致的多个穿透位错，进而，与穿透位错对应地形成V形凹陷。此时，若存在很多贯穿层叠的单晶膜中的缺陷，则作为发光元件的发光特性（具体来说，逆电流（IR）的增大等）会大幅度劣化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种允许发生如在基板上成膜的单晶膜中产生的穿透位错那样的缺陷、具有良好的发光特性的、使用了III族氮化物半导体的半导体发光元件及其制造方法。根据本专利技术，提供一种半导体发光元件，其特征在于，具有：层叠在基板上的n型半导体层；由多重量子阱构造构成的发光层，所述多重量子阱构造中势垒层和含有In原子的阱层交替层叠有多个；和p型半导体层，所述发光层具有：3层以上的所述阱层；和4层以上的所述势垒层，将3层以上的该阱层的各自从两侧夹入，并且在与所述n型半导体层的边界部与该n型半导体层连接、且在与所述p型半导体层的边界部与该p型半导体层连接，3层以上的所述阱层包括从接近所述n型半导体层的一侧按顺序设置的多个n侧阱层、和接近所述p型半导体层一侧的一个p侧阱层，在所述发光层，产生由在所述p型半导体层侧开口的凹部的斜面构成的V字状凹部，至少1层以上的所述n侧阱层的该斜面的In原子的浓度为存在于该n侧阱层内的In原子的浓度的50％以下。这里，优选，至少1层以上的所述n侧阱层的距所述斜面25nm的部位中的In原子的浓度为存在于该n侧阱层内的In原子的浓度的90％以下。优选，所述n侧阱层的所述斜面的In原子的浓度，在最接近所述n型半导体层的该n侧阱层的该斜面处比在最接近所述p型半导体层的该n侧阱层的该斜面处减少。优选，所述发光层具有：所述发光层具有：由III族氮化物半导体构成的6层的所述阱层；和由带隙比该阱层大的III族氮化物半导体构成的7层的所述势垒层。优选，所述阱层由Ga1－yInyN构成，其中0.1＜y＜0.3，所述势垒层由GaN构成。优选，所述势垒层具有以第1温度生长在所述n型半导体层侧的n侧低温势垒层；以比该第1温度高的第2温度生长在该n侧低温势垒层上的高温势垒层；以比该第2温度低的第3温度生长在该高温势垒层上的p侧低温势垒层这3层构造。接下来，根据本专利技术，提供一种半导体发光元件的制造方法，该半导体发光元件具有由多重量子阱构造构成的发光层，其特征在于，包括：在基板上层叠n型半导体层的第1工序；第2工序，通过有机金属化学汽相生长装置，在所述n型半导体层上层叠发光层，所述发光层由势垒层和包含GaInN的阱层交替层叠的多重量子阱构造构成，并且具有因在该n型半导体层中产生的穿透位错引起的V字状凹部；和在所述发光层上层叠p型半导体层的第3工序，在所述第2工序中，包含如下操作：在形成所述势垒层时，向所述有机金属化学汽相生长装置中供给原料，以第1生长温度生长n侧低温势垒层，接下来，在保持供给原料的状态下，升温至比第1生长温度高的第2生长温度，在所述n侧低温势垒层上生长高温势垒层，然后，停止原料的供给，降温至比所述第2生长温度低的第3生长温度，在持续停止原料供给的状态下，至少以所述n侧低温势垒层的生长所需的时间的0.3倍以上的时间将所述基板保持在该第3生长温度后，再次开始原料的供给，在所述高温势垒层上继续p侧低温势垒层的生长，进而，在所述p侧低温势垒层上生长所述阱层。这里，优选，在所述第2工序中，停止原料的供给、从所述第2生长温度降温至所述第3生长温度的时间与在持续停止原料供给的状态下将所述基板保持在该第3生长温度的时间之和，为所述n侧低温势垒层的生长所需要的时间的1.8倍以上的时间。根据本专利技术，能够得到一种允许发生如在基板上成膜的单晶膜中产生的穿透位错那样的缺陷、具有良好的发光特性的、使用了III族氮化物半导体的半导体发光元件及其制造方法。附图说明图1是应用本实施方式的半导体发光元件的俯视图的一例。图2是图1的II－II截面图。图3是说明由多重量子阱构造构成的发光层的构造的截面图。图4是说明在发光层产生的V字状凹部的周边的截面图。图5是说明在V字状凹部的周边的In原子的浓度的曲线图和表。图6是说明在因穿透位错引起的V字状凹部处的逆电流发生的原理的图。图7是说明本实施方式的半导体发光元件的制造方法中，形成发光层时的基板温度的曲线图。具体实施方式以下，对本专利技术的实施方式进行详细说明。此外，本专利技术不限于以下的实施方式，能够在其主旨的范围内进行各种变形来实施。即，实施方式的例中记载的构成零件的尺寸、材质、形状及其相对的配置等只要没有特殊的记载，则不对本专利技术的范围进行限定，仅为单纯的说明例。另外，使用的附图是用于说明本实施方式的一例，并不表示实际的大小。各附曲线图示的部件的大小、位置关系等，有时为了使说明明确而夸张地表示。另外，本说明书中，“层上”等的“上”不一定限于与上面接触而形成的情况，还以包含分离地形成于上方的情况、在层与层之间存在介在层的情况的含义进行使用。＜半导体发光元件＞图1是应用本实施方式的半导体发光元件（发光二极管）1的俯视图的一例。图2是图1所示的半导体发光元件1的II－II截面图。半导体发光元件1具有：基板（衬底）110、层叠在基板110上的中间层120、和层叠在中间层120上的基底层130。另外，半导体发光元件1还具有：层叠在基底层130上的n型半导体层140、层叠在n型半导体层140上的发光层150、和层叠在发光层150上的p型半导体层160。这里，n型半导体层140具有：层叠在基底层130上的n接触层141、和层叠在n接触层141上且成为发光层150的层叠对象的n包覆层142。另一方面，p型半导体层160具有：层叠在发光层150上的p包覆层161；和层叠在p包覆层161上的p接触层162。此外，在以下的说明中，有时根据需要，将这些中间层120、基底层130、n型半导体层140、发光层150以及p型半导体层160总称作叠层半导体层100。半导体发光元件1具有：层叠在p型半导体层160（更具体地为p接触层162）上的透明导电层170、层叠在该透明导电层170上的一部分上的p侧电极300、以及配置在p型半导体层160和透明导电层170之间的透明绝缘层190。这里，透明绝缘层190，在图2所示的截面图中配置在相当于p侧电极300的下方的位置。另外，p侧电极300包含从其端部沿透明导电层170的上面形成为线状的延伸部310。而且，半导体发光元件1具有层叠在通过将叠层半导体层100中的p型半导体层160、发光层150以及n型半导体层140的一部分切掉而露出的、n型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，其特征在于，具有：层叠在基板上的n型半导体层；由多重量子阱构造构成的发光层，所述多重量子阱构造中势垒层和含有In原子的阱层交替层叠有多个；和p型半导体层，所述发光层具有：3层以上的所述阱层；和4层以上的所述势垒层，将3层以上的该阱层的各自从两侧夹入，并且在与所述n型半导体层的边界部与该n型半导体层连接、且在与所述p型半导体层的边界部与该p型半导体层连接，3层以上的所述阱层包括从接近所述n型半导体层的一侧按顺序设置的多个n侧阱层、和接近所述p型半导体层一侧的一个p侧阱层，在所述发光层，产生由在所述p型半导体层侧开口的凹部的斜面构成的V字状凹部，至少1层以上的所述n侧阱层的该斜面的In原子的浓度为存在于该n侧阱层内的In原子的浓度的50％以下，至少1层以上的该n侧阱层的距该斜面25nm的部位中的In原子的浓度为存在于该n侧阱层内的In原子的浓度的90％以下。

【技术特征摘要】
2013.01.25 JP 2013-0122421.一种半导体发光元件，其特征在于，具有：层叠在基板上的n型半导体层；由多重量子阱构造构成的发光层，所述多重量子阱构造中势垒层和含有In原子的阱层交替层叠有多个；和p型半导体层，所述发光层具有：3层以上的所述阱层；和4层以上的所述势垒层，将3层以上的该阱层的各自从两侧夹入，并且在与所述n型半导体层的边界部与该n型半导体层连接、且在与所述p型半导体层的边界部与该p型半导体层连接，3层以上的所述阱层包括从接近所述n型半导体层的一侧按顺序设置的多个n侧阱层、和接近所述p型半导体层一侧的一个p侧阱层，在所述发光层，产生由在所述p型半导体层侧开口的凹部的斜面构成的V字状凹部，至少1层以上的所述n侧阱层的该斜面的In原子的浓度为存在于该n侧阱层内的In原子的浓度的50％以下，至少1层以上的该n侧阱层的距该斜面25nm的部位中的In原子的浓度为存在于该n侧阱层内的In原子的浓度的90％以下。2.一种半导体发光元件，其特征在于，具有：层叠在基板上的n型半导体层；由多重量子阱构造构成的发光层，所述多重量子阱构造中势垒层和含有In原子的阱层交替层叠有多个；和p型半导体层，所述发光层具有：3层以上的所述阱层；和4层以上的所述势垒层，将3层以上的该阱层的各自从两侧夹入，并且在与所述n型半导体层的边界部与该n型半导体层连接、且在与所述p型半导体层的边界部与该p型半导体层连接，3层以上的所述阱层包括从接近所述n型半导体层的一侧按顺序设置的多个n侧阱层、和接近所述p型半导体层一侧的一个p侧阱层，在所述发光层，产生由在所述p型半导体层侧开口的凹部的斜面构成的V字状凹部，至少1层以上的所述n侧阱层的该斜面的In原子的浓度为存在于该n侧阱层内的In原子的浓度的50％以下，所述n侧阱层的所述斜面的In原子的浓度，在最接近所述n型半导体层的该n侧阱层的该斜面处比在最接近所述p型半导体层的该n侧阱层的该斜面处减少。3.根据权利要求1或2所述的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：楠木克辉，佐藤寿朗，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP