半导体发光元件制造技术

本发明专利技术的半导体发光元件的特征在于，具有：第一导电类型的第一半导体层，在所述第一半导体层上形成的发光功能层，和在所述发光功能层上形成的第二半导体层，所述第二半导体层具有与所述第一半导体层的导电类型相反的第二导电类型；所述发光功能层具有：在所述第一半导体层上形成的掺杂层，所述掺杂层掺杂有第二导电类型的掺杂剂，在所述掺杂层上形成的基础层，以及在所述基础层上形成的量子结构层，所述基础层具有承载来自所述掺杂层的应力/应变的结构，并且具有以随机网状构型形成的多个基段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体发光元件
本专利技术涉及半导体发光元件，如发光二极管(LED)。
技术介绍
半导体发光元件通常如下制造：在生长衬底上生长由n型半导体层、有源层和p型半导体层形成的半导体结构层，并且形成分别向n型半导体层和p型半导体层施加电压的n电极和p电极。日本专利第4984119号公开了一种半导体发光元件，其包括层积在衬底上并且具有如下表面的有源层，所述表面包含相对于衬底的倾斜角平滑变化的部分，以及制造所述半导体发光元件的方法。非专利文献1公开了一种发光二极管，其包括具有多个量子阱结构的有源层，其中InGaN层层积在具有高铟组成和纳米结构的另一InGaN层之上。引用清单专利文献专利文献1：日本专利第4984119号非专利文献非专利文献1：AppliedPhysicsLetters92，261909(2008)
技术实现思路
技术问题半导体发光元件通过在有源层中组合(重组)电极注入到元件中的电子和空穴发光。从有源层发射的光的波长(即，发光颜色)随构成有源层的半导体材料的带隙而变化。例如，如果发光元件使用氮化物系半导体，则从有源层发射蓝光。某些光源、如用于照明应用的光源，需要高演色性。具有高演色性的光源发出类似于自然光的光。为了获得高演色性，优选从光源中提取具有几乎整个可见光区域的波长的光。例如，从具有高演色性的光源提取的光可见为白光。已经提出了通过使用半导体发光元件获得白光的各种技术。一个实例是将诸如荧光体等波长转换部件混合到密封树脂中，并用密封树脂密封元件以产生发光器件的技术。例如，如果半导体发光元件使用发射蓝光的有源层，则来自有源层的一部分蓝光由荧光体转换为黄光，并且将蓝光和黄光混合并提取。然后整体观察到白光。类似于专利文献1等，已经提出了以下技术：通过在有源层生长之前使用诸如蚀刻等处理技术形成凹凸图案，并且在倾斜表面上形成有源层以在不使用荧光体的情况下扩宽发射波长的范围。然而，如果通过使用这种技术制造发光器件，则在器件内的发射波长的均匀性、制造步骤的复杂性和发光强度方面存在问题。实例包括增加荧光体的混合步骤，荧光体的波长转换效率的长期变化，增加半导体层的加工步骤以及由于半导体层的加工而导致的结晶性的劣化。本专利技术是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种不需要诸如荧光体等波长转换部件的半导体发光元件，其具有高演色性和高发光强度，在可见光区域具有宽的发射波长带宽(光谱宽度)，并且容易控制发射波长范围。技术方案本专利技术的半导体发光元件包括：第一导电类型的第一半导体层；在第一半导体层上形成的发光功能层；以及在发光功能层上形成并且具有与第一半导体层的导电类型相反的第二导电类型的第二半导体层，其中，所述发光功能层包括：在第一半导体层上形成并掺杂有第二导电类型的掺杂剂的掺杂层，在所述掺杂层上形成的基础层，以及在所述基础层上形成的量子阱结构层，所述基础层的组成使得在所述基础层中引发来自所述掺杂层的应力和应变，所述基础层包括以随机网状形成的多个基段。附图说明图1(a)是示出了第一实施方式的半导体发光元件的结构的截面图。图1(b)是发光功能层的基础层的俯视示意图。图2是示出了第一实施方式的变形例的半导体发光元件的结构的截面图。图3是示出了第二实施方式的半导体发光元件的结构的截面图。图4是显示了第二实施方式的半导体发光元件的发光光谱的图。图5是示出了第三实施方式的半导体发光元件的结构的截面图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的实施方式。在本说明书中，相同或等同的部件用相同的附图标记表示。第一实施方式图1(a)是示出了第一实施方式的半导体发光元件(以下可以简称为发光元件或元件)10的结构的截面图。半导体发光元件10具有半导体结构层SS形成在由蓝宝石形成的安装衬底(以下，简称为衬底)11上的结构。下面将具体描述半导体结构层SS。用作第一半导体层的n型半导体层12例如由含有n型掺杂剂(例如Si)的GaN层形成。发光功能层13是在n型半导体层12上形成并且包含量子阱结构QW的层。下面将详细描述发光功能层13。电子阻挡层14在发光功能层13上形成，并且例如由AlGaN层形成。p型半导体层15在电子阻挡层14上形成，并且例如由含有p型掺杂剂(例如Mg)的GaN层形成。n型半导体层12可以包括具有不同掺杂浓度的多个n型半导体层。电子阻挡层14可以包含p型掺杂剂。p型半导体层15可以在与电子阻挡层14的界面相反的主表面上具有接触层。以下详细描述发光功能层13。发光功能层13可以包括多个发光功能层，而本实施方式涉及发光功能层13由一个发光功能层形成的情况。用作掺杂层的可变掺杂层VDL是在n型半导体层12上形成的层。可变掺杂层VDL是掺杂有诸如Mg等p型掺杂剂的GaN层。例如，在可变掺杂层VDL上形成作为掺杂有Mg的AlN层的基础层BL。调整可变掺杂层VDL的掺杂量以改变在可变掺杂层VDL上形成的基础层BL的形状和尺寸。考虑到结晶度的降低，可变掺杂层VDL的掺杂量优选设定为1e21个原子/cm3以下。基础层BL具有在来自可变掺杂层VDL的应力下以随机网状形成的沟槽GR1。由于可变掺杂层VDL和基础层BL之间不同的组成，通过连接基础层BL中由应力和应变产生的多个沟槽部分来形成沟槽GR1，并且其整体上具有网格形状。因为基础层BL的晶体结构由于n型半导体层12和可变掺杂层VDL的晶格常数与基础层BL的晶格常数之间的差异而出现应变，所以基础层BL中产生应力和应变。换句话说，在基础层BL中产生的应力和应变随着可变掺杂层VDL的Mg掺杂量的变化而变化。可变掺杂层VDL的Mg掺杂量越大，基础层BL在压缩方向上产生的应力和应变(即压缩应变)越小。现在将参照图1(b)描述基础层BL。图1(b)是显示了基础层BL的顶面的示意图。基础层BL包括由第一沟槽GR1限定并以随机尺寸形成的大量微细基段BS。基础层受到来自n型半导体层12和可变掺杂层VDL的应力和应变的影响，因此基段BS在基础层BL中以随机网状限定。第一沟槽GR1由具有随机的不同长度和形状的沟槽部构成。第一沟槽GR1形成为以网状(网格形)在基础层BL的表面上分布。每个基段BS是由第一沟槽GR1随机在基础层BL中限定和形成的部分(段)。基段BS具有各种顶部形状，例如基本上是圆形、基本上是椭圆形和多边形。如图1(a)所示，例如，第一沟槽GR1具有V形，并且具有线状底部BP。在本实施方式中，基段BS各自在第一沟槽GR1的底部BP处具有边缘部。每个基段BS在底部BP处与其他基段BS相邻。基础层BL包括对应于各个基段BS的平坦化部(以下称为第一平坦化部)FL1。基础层BL的表面由第一平坦化部FL1和第一沟槽GR1的侧壁表面构成。第一平坦化部FL1在每个基段BS由第一沟槽GR1限定。基段BS包括由第一平坦化部FL1形成的顶面和由第一沟槽GR1的侧壁表面形成的侧面。换句话说，第一平坦化部FL1构成各个基段BS的顶面。第一沟槽GR1的内壁表面构成基段BS的侧面。因此，每个基段BS具有倾斜的侧面，并且具有例如基本上为梯形的截面。如上所述，基础层BL中产生的应力和应变随着可变掺杂层VDL的结晶度的变化、晶格常数的变化等而变化。基础层BL的沟槽GR1和基段BS的形状和尺寸也相应地变化。基础层BL中产生的应力和应变越小，基段BS的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，其包括：第一导电类型的第一半导体层；在所述第一半导体层上形成的发光功能层；和在所述发光功能层上形成并且具有与所述第一半导体层的导电类型相反的第二导电类型的第二半导体层，其中，所述发光功能层包括：在所述第一半导体层上形成并掺杂有所述第二导电类型的掺杂剂的掺杂层，在所述掺杂层上形成的基础层，所述基础层的组成使得在所述基础层中引发来自所述掺杂层的应力和应变，所述基础层包括以随机网状形成的多个基段，和在所述基础层上形成的量子阱结构层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.23 JP 2015-0599881.一种半导体发光元件，其包括：第一导电类型的第一半导体层；在所述第一半导体层上形成的发光功能层；和在所述发光功能层上形成并且具有与所述第一半导体层的导电类型相反的第二导电类型的第二半导体层，其中，所述发光功能层包括：在所述第一半导体层上形成并掺杂有所述第二导电类型的掺杂剂的掺杂层，在所述掺杂层上形成的基础层，所述基础层的组成使得在所述基础层中引发来自所述掺杂层的应力和应变，所述基础层包括以随机网状形成的多个基段，和在所述基础层上形成的量子阱结构层。2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中，所述量子阱...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤原崇子，
申请(专利权)人：斯坦雷电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP