專(zhuān)利名稱(chēng)：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。
背景技術(shù)：
在文獻(xiàn)1(特開(kāi)平2001-237455號(hào)公報(bào))中，記載了紫外發(fā)光元件。紫外發(fā)光元件，具有交替配置第1InAlGaN層和第2InAlGaN的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，此外，采用在紫外區(qū)的短波長(zhǎng)區(qū)發(fā)光的InAlGaN。第1InAlGaN層的組成比不同于第2InAlGaN層的組成比。
在具有含有InAlGaN勢(shì)阱層和InAlGaN勢(shì)壘層的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件中，根據(jù)本發(fā)明者們所知，當(dāng)在量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)和n型AlGaN半導(dǎo)體層之間，設(shè)置與量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的勢(shì)壘層相同組成的InAlGaN緩沖層的情況下，可提高該發(fā)光元件的發(fā)光強(qiáng)度。
認(rèn)為該InAlGaN緩沖層，能緩和AlGaN層施加給量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的變形。此外，認(rèn)為，根據(jù)基于用于發(fā)可視區(qū)域的波長(zhǎng)成分的光的發(fā)光區(qū)域的InGaN系半導(dǎo)體的類(lèi)推，在發(fā)紫外線(xiàn)區(qū)域的波長(zhǎng)成分的光的發(fā)光元件中，從提高發(fā)光效率的角度考慮，優(yōu)選用于發(fā)光區(qū)域的InAlGaN半導(dǎo)體的銦組成含量大。根據(jù)本發(fā)明者們的實(shí)驗(yàn)，在某銦組成的范圍內(nèi)，隨著銦組成增高，InAlGaN緩沖層的變形緩和能力也提高。
根據(jù)本發(fā)明者們的實(shí)驗(yàn)，在將具有銦組成小于現(xiàn)在的發(fā)光區(qū)域的銦組成的InAlGaN半導(dǎo)體，用于發(fā)光區(qū)域的發(fā)光元件中，顯示出進(jìn)一步提高發(fā)光元件的發(fā)光效率，此外，顯示出得到發(fā)所要求波長(zhǎng)的光的發(fā)光區(qū)域所需的InAlGaN半導(dǎo)體的鋁組成能夠減小。由于鋁在低溫下有小的遷移，因此如果將鋁組成小的InAlGaN半導(dǎo)體用于發(fā)光區(qū)域，可提高發(fā)光區(qū)域的InAlGaN半導(dǎo)體的結(jié)晶性，從而提高發(fā)光元件的發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上的事實(shí)而提出的，其目的在于提供一種能夠提高發(fā)光效率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，此外提供一種制造該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。
本發(fā)明之一，是發(fā)生含有紫外線(xiàn)區(qū)域的波長(zhǎng)成分的光的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有(a)設(shè)在支撐基體上的第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、(b)設(shè)在支撐基體上的第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、(c)發(fā)光區(qū)域，設(shè)在所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層和所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的之間，含有InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層(1＞X1＞0、1＞Y1＞0)及InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)、(d)InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)，設(shè)在所述發(fā)光區(qū)域和所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的之間；所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層的銦組成X1，小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的銦組成X3；所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層的銦組成X2，小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的銦組成X3。
根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，由于緩沖層的銦組成X3，小于勢(shì)阱層的銦組成X1及勢(shì)壘層的銦組成X2，所以緩和緩沖層造成的變形的能力強(qiáng)。此外，由于勢(shì)阱層的銦組成X1及勢(shì)壘層的銦組成X2，小于緩沖層的銦組成X3，所以發(fā)光區(qū)域的晶體質(zhì)量好。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，也可以形成，所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層禁帶寬度，與所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的禁帶寬度大致相等。
在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，由于緩沖層及勢(shì)壘層由四元化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，因此通過(guò)與銦組成獨(dú)立地變更鋁組成，能夠控制四元AlInGaN半導(dǎo)體的帶隙。因而，勢(shì)壘層的禁帶寬度能夠與緩沖層的禁帶寬度大致相等。在緩沖層的組成與勢(shì)壘層的組成不同的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，載流子的封閉，和緩沖層的組成與勢(shì)壘層的組成相同的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件相比無(wú)實(shí)質(zhì)變化。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選，所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層和所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層之間的禁帶寬度差，在1.92×10-20焦耳以下。
在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，只要緩沖層的組成和勢(shì)壘層的組成的差，與1.92×10-20焦耳程度的能級(jí)對(duì)應(yīng)，緩沖層形成的緩沖能力和緩沖層形成的載流子的封閉，就能夠同時(shí)滿(mǎn)足。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層的銦組成X1大于0小于0.03；所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的銦組成X3小于0.10。
根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，如果勢(shì)壘層的銦組成X1滿(mǎn)足0＜X1＜0.03，則能夠減少在來(lái)自發(fā)光區(qū)域的光中實(shí)現(xiàn)所要求波長(zhǎng)所需的鋁組成。此外，如果勢(shì)壘層的銦組成X3滿(mǎn)足X1＜X3＜0.10，能夠提高緩沖層的變形緩和能力，同時(shí)提高發(fā)光區(qū)域的晶體質(zhì)量。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層的鋁組成Y1大于0.05，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層的鋁組成Y1小于0.15，所述發(fā)光區(qū)域，具有發(fā)340納米以上360納米以下的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)的光的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)。
在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，該鋁組成的范圍，與勢(shì)阱層的銦組成X1的條件(0＜X1＜0.03)匹配，能夠形成在340納米以上360納米以下的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)具有峰波長(zhǎng)的發(fā)光光譜的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的厚度，在10納米以上，由此InX3AlY3Ga1-X3-Y3N半導(dǎo)體層發(fā)揮緩沖能力。此外，優(yōu)選，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的厚度，在100納米以下，由此InX3AlY3Ga1-X3-Y3N半導(dǎo)體層的晶體質(zhì)量良好。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，也可以形成，所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層具有p導(dǎo)電型，所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，大于與所述發(fā)光區(qū)域發(fā)出的光的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的能級(jí)。
在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，由于如上所述p型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能大，因此能夠減小該p型半導(dǎo)體層的光吸收。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，還具有，(e)1個(gè)或多個(gè)第1AlGaN半導(dǎo)體層、(f)1個(gè)或多個(gè)第2AlGaN半導(dǎo)體層。所述第1AlGaN半導(dǎo)體層及所述第2AlGaN半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型，為以下的任何一種所述第1AlGaN半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型表示p導(dǎo)電型；所述第2AlGaN半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型表示p導(dǎo)電型。所述第1AlGaN半導(dǎo)體層及所述第2AlGaN半導(dǎo)體層表示p導(dǎo)電型。優(yōu)選，所述第2AlGaN半導(dǎo)體層的組成與所述第1AlGaN半導(dǎo)體層的組成不同，所述第1AlGaN半導(dǎo)體層和所述第2AlGaN半導(dǎo)體層，以形成超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的方式配置，所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，位于所述超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和所述發(fā)光區(qū)域之間，所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層具有p導(dǎo)電型。
根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，由于第1AlGaN半導(dǎo)體層和第2AlGaN半導(dǎo)體層構(gòu)成超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，所以能夠提高該超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的空穴濃度。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，也可以形成，(g)還具備另一第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)有電極，具有出射來(lái)自所述發(fā)光區(qū)域的光的出射面，設(shè)在所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層上；所述支撐基體，是具有第1面的藍(lán)寶石支撐基體；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述發(fā)光區(qū)域、所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及所述另一第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，依次搭載在所述藍(lán)寶石支撐基體的所述第1面上；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，大于與所述發(fā)光區(qū)域發(fā)生的所述光的波長(zhǎng)成分對(duì)應(yīng)的能級(jí)。
在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，由發(fā)光區(qū)域發(fā)生的光，從該另一第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的出射面出射。由于如上所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能大，因此能夠減小發(fā)光區(qū)域發(fā)生的光被第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的光吸收。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選，所述支撐基體是藍(lán)寶石支撐基體；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，大于與所述發(fā)光區(qū)域發(fā)生的所述光的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的能級(jí)；所述藍(lán)寶石支撐基體，具有搭載所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及所述發(fā)光區(qū)域的第1面、和出射來(lái)自所述發(fā)光區(qū)域的光的第2面。
在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在發(fā)光區(qū)域和藍(lán)寶石支撐基體的第2面之間，配置可透過(guò)來(lái)自發(fā)光區(qū)域的該光的半導(dǎo)體區(qū)域。因此，來(lái)自發(fā)光區(qū)域的該光從藍(lán)寶石支撐基體的第2面出射，能夠降低設(shè)在上述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層上的電極的吸收。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，也可以形成，(h)還具有另一第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)有電極，具有出射來(lái)自所述發(fā)光區(qū)域的光的出射面，設(shè)在所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層上；所述支撐基體，是具有第1面的GaZAl1-ZN(Z為0以上1以下)的支撐基體；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述發(fā)光區(qū)域、所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及另一第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，依次搭載在所述支撐基體的所述第1面上。
該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，由于GaZAl1-ZN的導(dǎo)熱率比藍(lán)寶石的導(dǎo)熱率大，所以具有優(yōu)異的散熱特性。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，也可以形成，所述支撐基體由GaZAl1-ZN(Z為0以上，小于1)構(gòu)成；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，大于與所述發(fā)光區(qū)域發(fā)生的所述光的波長(zhǎng)成分對(duì)應(yīng)的能級(jí)；所述GaZAl1-ZN支撐基體，具有搭載所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及所述發(fā)光區(qū)域的第1面、和出射來(lái)自所述發(fā)光區(qū)域的光的第2面。
在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在發(fā)光區(qū)域和GaZAl1-ZN支撐基體的第2面之間，設(shè)置可透過(guò)來(lái)自發(fā)光區(qū)域的該光的半導(dǎo)體區(qū)域。因此，來(lái)自發(fā)光區(qū)域的該光通過(guò)GaZAl1-ZN支撐基體，從該第2面出射，降低基于設(shè)在上述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層上的電極的吸收。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選，所述支撐基體是GaN支撐基體。由于支撐基體由低位錯(cuò)GaN(例如，貫通位錯(cuò)密度＜106cm-2)構(gòu)成，因此能夠減小發(fā)光區(qū)域上的貫通位錯(cuò)密度，提高該元件的發(fā)光效率。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選，所述支撐基體是AlN支撐基體。該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具有優(yōu)良的散熱特性。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，也可以形成，所述支撐基體是金屬制支撐基體；所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述發(fā)光區(qū)域、所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，搭載在所述金屬制支撐基體的第1面上，所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，也可以大于與所述發(fā)光區(qū)域發(fā)生的光的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的能級(jí)。在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，用于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的支撐基體，與用于生長(zhǎng)第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光區(qū)域、第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層等氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的基板分別不同地設(shè)置。該支撐基體搭載第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光區(qū)域、第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及含有電極的結(jié)構(gòu)物。例如，能夠在低位錯(cuò)密度的GaN基板上形成與發(fā)光有關(guān)的半導(dǎo)體膜，同時(shí)能夠采用散熱性?xún)?yōu)良的金屬制支撐基體，作為發(fā)光元件的支撐基體，也可以不采用吸收紫外線(xiàn)區(qū)域的GaN半導(dǎo)體。
本發(fā)明之二，是制造發(fā)生含有紫外線(xiàn)區(qū)域的波長(zhǎng)成分的光的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。該方法，包括(a)在基板上形成第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜的工序、(b)在所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜上形成緩沖膜的工序、(c)形成用于發(fā)光區(qū)域的勢(shì)阱膜的工序、(d)形成用于所述發(fā)光區(qū)域的勢(shì)壘膜的工序、(e)在所述發(fā)光區(qū)域上形成第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜的工序；所述勢(shì)阱膜，包含InX1AlY1Ga1-X1-Y1N(1＞X1＞0、1＞Y1＞0)半導(dǎo)體膜，該InX1AlY1Ga1-X1-Y1N(1＞X1＞0、1＞Y1＞0)半導(dǎo)體膜在第1溫度形成；所述勢(shì)壘膜，包含InX2AlY2Ga1-X2-Y2N(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)半導(dǎo)體膜，該InX2AlY2Ga1-X2-Y2N(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)半導(dǎo)體膜在第2溫度形成；所述緩沖膜，包含InX3AlY3Ga1-X3-Y3N(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)緩沖膜，該InX3AlY3Ga1-X3-Y3N(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)緩沖膜，在形成所述發(fā)光區(qū)域之前，在第3溫度形成；所述第1溫度及所述第2溫度高于所述第3溫度。
根據(jù)該方法，勢(shì)壘膜及勢(shì)阱膜，由于以比緩沖膜高的溫度生長(zhǎng)，所以顯示良好的晶體質(zhì)量，同時(shí)具有低的銦組成。另外，緩沖膜，由于以比勢(shì)壘膜及勢(shì)阱膜低的溫度生長(zhǎng)，因此具有大的銦組成，因而具有優(yōu)異的變形緩和能力。
根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選，還具有，(f)將所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜及金屬制基板的一方粘接在另一方上的工序、(g)在粘接后，從所述基板及所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜的一方分離另一方的工序；所述基板是GaN基板。根據(jù)此方法，能夠?qū)⑽兆贤饩€(xiàn)的GaN基板用于形成氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件所用的氮化物膜，同時(shí)能夠制造具有優(yōu)異的散熱特性的包含金屬制支撐基體的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
本發(fā)明的方法，優(yōu)選，具有(h)在基板上形成所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜之前，在所述基板上形成犧牲膜的工序；(i)在所述發(fā)光區(qū)域上形成所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜后，從所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜，采用所述犧牲膜，剝離所述基板的工序。根據(jù)此方法，通過(guò)熔化犧牲膜，能從另一方剝離第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜和基版中的一方。
本發(fā)明的上述目的及其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)，更容易從參照附圖進(jìn)行的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的以下的詳細(xì)記述中闡明。


圖1是表示第1實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。
圖2(A)是表示幾個(gè)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光致發(fā)光·光譜A、B、C的圖示。圖2(B)是表示有關(guān)3個(gè)光致發(fā)光·光譜A、B、C的勢(shì)壘層及緩沖層的銦組成的圖示。
圖3(A)是表示第2實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。圖3(B)及圖3(C)是表示氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件上的能帶圖的圖示。
圖4(A)、圖4(B)、圖4(C)、圖4(D)、圖4(E)及圖4(F)是表示制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工序的圖示。
圖5(A)及圖5(B)是表示制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工序的圖示。
圖6是表示第3實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。
圖7(A)是表示第4實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。圖7(B)及圖7(C)是表示包括氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及支撐體的發(fā)光裝置的圖示。
圖8(A)是表示第5實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。圖8(B)及圖8(C)是表示包括氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及支撐體的發(fā)光裝置的圖示。
圖9是表示第6實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。
圖10(A)、圖10(B)、圖10(C)、圖10(D)、圖10(E)、及圖10(F)是表示制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工序的圖示。
圖11(A)及圖11(B)是表示制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工序的圖示。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的構(gòu)思，通過(guò)參照作為例示所示的附圖，以下的詳細(xì)記述，能夠容易理解。進(jìn)而，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及制造該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法的實(shí)施方式。在可能的情況下，對(duì)于同一部分，附加同一符號(hào)。
(第1實(shí)施方式)圖1是表示第1實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11，具有第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15、發(fā)光區(qū)域17及緩沖層19。第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13及第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15，設(shè)在支撐基體21上。發(fā)光區(qū)域17，設(shè)在第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13和第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15之間，由InAlGaN半導(dǎo)體構(gòu)成。在優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)光區(qū)域17可以具有量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)23，該量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)23，含有1個(gè)或多個(gè)InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層25(1＞X1＞0、1＞Y1＞0)及多個(gè)InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層27(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)。勢(shì)阱層25設(shè)在勢(shì)壘層27之間。緩沖層19，設(shè)在第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13和發(fā)光區(qū)域17之間，由InX3AlY3Ga1-X3-Y3N(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)半導(dǎo)體構(gòu)成。InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層25的銦組成X1小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層19的銦組成X3。此外，InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層27的銦組成X2小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層19的銦組成X3。
根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11，由于緩沖層19的銦組成X3，大于勢(shì)阱層25的銦組成X1及勢(shì)壘層27的銦組成X2，因此緩沖層19的變形緩和能力優(yōu)異。此外，由于勢(shì)阱層25的銦組成X1及勢(shì)壘層27的銦組成X2，小于緩沖層19的銦組成X3，所以發(fā)光區(qū)域17的晶體質(zhì)量高。因而，能夠提供可提高發(fā)光效率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，優(yōu)選，第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13具有n導(dǎo)電型。此外，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11，包含設(shè)在支撐基體21和第1氮化物半導(dǎo)體層13之間的氮化物層29。支撐基體21，例如能夠由藍(lán)寶石、III族氮化物等構(gòu)成。此外，氮化物層29例如可以由GaN半導(dǎo)體構(gòu)成。一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11，是發(fā)生含有紫外線(xiàn)區(qū)域的波長(zhǎng)成分的光的發(fā)光元件，此外發(fā)光區(qū)域17的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)23產(chǎn)生360納米以下的波長(zhǎng)的光。
圖2(A)是表示幾個(gè)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光致發(fā)光波長(zhǎng)的圖示。橫軸表示波長(zhǎng)(納米)，縱軸表示光致發(fā)光強(qiáng)度(任意單位)。圖2(B)是表示有關(guān)3個(gè)光致發(fā)光·光譜A、B、C的勢(shì)壘層及緩沖層的銦組成的圖示。
氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件A、B、C，可以替代第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15，具有采用無(wú)摻雜的頂層的單一量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，具有以下結(jié)構(gòu)·第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13Si摻雜n型Al0.18Ga0.82N、30納米、在攝氏1080度成膜·頂層無(wú)摻雜型Al0.18Ga0.82N、10納米、在攝氏1030度成膜·發(fā)光區(qū)域17InAlGaN、勢(shì)阱層2.7納米勢(shì)壘層(InU1AlU2Ga1-U1-U2N)15納米·緩沖層19InV1AlV2Ga1-V1-V2N、35納米·支撐基體21藍(lán)寶石、在攝氏1100度的條件下H2清洗10分鐘氮化物層29GaN半導(dǎo)體、25納米、在攝氏475度下成膜Si摻雜n型GaN半導(dǎo)體、3.5微米、在攝氏1080度下成膜。
銦組成0.05的InAlGaN半導(dǎo)體，例如用攝氏780度生長(zhǎng)，銦組成0.02的InAlGaN半導(dǎo)體，例如用攝氏830度生長(zhǎng)。勢(shì)壘層的銦組成與勢(shì)阱層的銦組成大致相等。勢(shì)壘層及緩沖層的帶隙，例如為3.76電子伏特(6.02×10-19焦耳，1電子伏特利用1.6×10-19焦耳換算)。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件A、B、C上的勢(shì)阱層的鋁組成，調(diào)整到發(fā)光波長(zhǎng)接近350納米。
如圖2(A)所示，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件B(U1＝0.02、V1＝0.02)的峰值強(qiáng)度，是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件A(U1＝0.05、V1＝0.05)的峰值強(qiáng)度的大約1.8倍。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件C(U1＝0.02、V1＝0.05)是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件B的峰值強(qiáng)度的大約2.3倍。光譜強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果表明，銦組成低的發(fā)光區(qū)域17和銦組成高的緩沖層19的組合，具有最好的發(fā)光特性。
(第2實(shí)施方式)圖3(A)是表示第2實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a，具有設(shè)在第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13和第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15之間的發(fā)光區(qū)域17a。緩沖層19，設(shè)在第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13及發(fā)光區(qū)域17a之間，由InX3AlY3Ga1-X3-Y3N(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)半導(dǎo)體構(gòu)成。與第1實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11同樣，InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層25a的銦組成X1小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層19的銦組成X3。此外，InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層27a的銦組成X2，小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層19的銦組成X3。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a，包含導(dǎo)電性氮化物支撐基體20和接觸層33。在氮化物半導(dǎo)體支撐基體20的一表面20a上，搭載第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13、緩沖層19、發(fā)光區(qū)域17a、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15及接觸層33。在氮化物半導(dǎo)體支撐基體20的另一表面20b上，設(shè)置電極35，在接觸層33上設(shè)置電極37。作為導(dǎo)電性氮化物支撐基體20，例如能夠使用n型GaN制支撐基體。GaN制支撐基體，具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性及散熱性。作為支撐基體20，由于使用由低位錯(cuò)GaN(例如，貫通位錯(cuò)密度＜106cm-2)構(gòu)成的GaN制支撐基體，因此能夠減小發(fā)光區(qū)域上的貫通位錯(cuò)密度。
在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a中，緩沖層19對(duì)于緩和氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a上的變形是有效的，此外發(fā)光區(qū)域17a的晶體質(zhì)量?jī)?yōu)異。因此，能提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a的發(fā)光效率。
一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a，如下·支撐基體20n型GaN半導(dǎo)體·氮化物層29
n型GaN半導(dǎo)體、2微米·第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13Si摻雜n型Al0.18Ga0.82N半導(dǎo)體、100納米、攝氏1080度·緩沖層19InAlGaN半導(dǎo)體(銦組成5％)、35納米·發(fā)光區(qū)域17aInAlGaN量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)(銦組成2％)勢(shì)阱層2.7納米、勢(shì)壘層15納米·第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15Mg摻雜p型Al0.27Ga0.73N、25納米·接觸層33Mg摻雜p型Al0.18Ga0.82N半導(dǎo)體、100納米。勢(shì)壘層及緩沖層的帶隙，為3.76電子伏特。將該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件作為“D”并參照。即使在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件D上，連接施加400毫安的電流的情況下，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件D的發(fā)光輸出的劣化也小，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件D穩(wěn)定工作。此外，將勢(shì)阱層及勢(shì)壘層的銦組成為5％的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件作為“E”并參照。在發(fā)光波長(zhǎng)350納米中，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件D的發(fā)光功率是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件E的發(fā)光功率的2.5倍。
在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a(即使是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11，也同樣)中，也可以形成，InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層27a的禁帶寬度，與InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層19的禁帶寬度大致相等。由于緩沖層19及勢(shì)壘層27a由四元化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，因此通過(guò)與銦組成獨(dú)立地變更鋁組成，能夠控制四元AlInGaN半導(dǎo)體的帶隙。因而，勢(shì)壘層27a的禁帶寬度能夠大致與緩沖層19的禁帶寬度大致相等。在緩沖層19的組成與勢(shì)壘層27a的組成不同的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a中，載流子的封閉，和緩沖層的組成與勢(shì)壘層的組成相同的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件相比無(wú)實(shí)質(zhì)變化。
如圖3(B)及圖3(C)所示，在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a中，優(yōu)選，勢(shì)壘層27a和緩沖層19之間的禁帶寬度差，在0.12電子伏特(1.92×10-20焦耳)以下。只要禁帶寬度差在0.12電子伏特左右，緩沖層的緩沖能力和載流子封閉就能夠兩立。
在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a中，只要InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層25a的銦組成X1大于0小于0.03(0＜X1＜0.03)，就能夠減少在發(fā)光區(qū)域17a中實(shí)現(xiàn)所要求波長(zhǎng)所需的鋁組成。發(fā)光區(qū)域的表面形態(tài)更好。此外，優(yōu)選，InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層19的銦組成X3，大于InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層25a的銦組成，進(jìn)而InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層19的銦組成X3小于0.10。只要緩沖層19的銦組成X3是X1＜X3＜0.10，都能夠提高發(fā)光區(qū)域17a的晶體質(zhì)量及緩沖層19的變形緩和能力。
在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a中，優(yōu)選，InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層25a的鋁組成Y1大于0.05，該鋁組成小于0.15。通過(guò)發(fā)光區(qū)域17a的生長(zhǎng)中減小在低溫下遷移小的鋁組成，能夠提高發(fā)光區(qū)域17a的晶體質(zhì)量。此外，該鋁組成的范圍，與勢(shì)阱層25a的銦組成X1的條件(0＜X1＜0.03)大致匹配。具有該鋁組成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有峰值波長(zhǎng)位于在340納米以上360納米以下的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的發(fā)光光譜。
在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a中，優(yōu)選，緩沖層19的厚度在10納米以上，由此InX3AlY3Ga1-X3-Y3N半導(dǎo)體層顯示緩沖能力。此外，緩沖層19的厚度，優(yōu)選在100納米以下，由此提高InX3AlY3Ga1-X3-Y3N半導(dǎo)體層的晶體質(zhì)量。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15具有p導(dǎo)電型，此外接觸層33也具有p導(dǎo)電型。發(fā)光區(qū)域17a，發(fā)生含有紫外線(xiàn)區(qū)域的第1波長(zhǎng)成分的光。第1波長(zhǎng)成分，短于與氮化鎵的帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。優(yōu)選，p型氮化物半導(dǎo)體層15及p型接觸層33，具有大于與第1波長(zhǎng)成分對(duì)應(yīng)的能級(jí)的帶隙能，由此p型氮化物半導(dǎo)體層15及p型接觸層33吸收該光的吸收量小。
接著，說(shuō)明制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。圖4(A)、圖4(B)、圖4(C)、圖4(D)、圖4(E)及圖4(F)，是表示制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工序的圖示。圖5(A)及圖5(B)是表示制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工序的圖示。在本實(shí)施例中，作為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件制作發(fā)光二極管。
如圖4(A)所示，在GaN基板41上生長(zhǎng)緩沖膜43。緩沖膜43，例如是Si摻雜n型氮化鎵膜，其厚度例如為2微米。在本實(shí)施例中，氮化鎵系半導(dǎo)體膜，例如采用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法沉積。優(yōu)選，在形成第1緩沖膜43之前，在攝氏1050度，在氨及氫的氣氛中，將GaN基板41放置10分鐘，進(jìn)行GaN基板41的表面的熱清洗。
如圖4(B)所示，在基板41上形成第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜45。第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜45，例如可以是AlGaN膜。在一例中，該AlGaN膜是Si摻雜n型Al0.18Ga0.82N膜，其厚度例如可以是100納米。
如圖4(C)所示，在第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜45上生長(zhǎng)InX3AlY3Ga1-X3-Y3N(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)緩沖膜47。緩沖膜47，用第1溫度T1形成。為了確保緩沖效果所需的銦組成，優(yōu)選溫度T1在設(shè)是750度以上880度以下。在一實(shí)施例中，第1溫度T1，例如為攝氏780度，緩沖膜47的厚度，例如為35納米。
如圖4(D)所示，在緩沖膜47上生長(zhǎng)InAlGaN發(fā)光區(qū)域49。在發(fā)光區(qū)域49的形成中，具有形成勢(shì)壘膜51的工序和形成勢(shì)阱膜53的工序。在形成勢(shì)壘膜51的工序中，用第2溫度T2形成InX2AlY2Ga1-X2-Y2N(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)半導(dǎo)體膜。為促進(jìn)遷移提高結(jié)晶性，溫度T2，優(yōu)選攝氏800度以上，此外，為確保提高發(fā)光特性所需的銦組成，優(yōu)選攝氏930度以下。在形成勢(shì)阱膜53的工序中，用第3溫度T3形成InX1AlY1Ga1-X1-Y1N(X1＞0、Y1＞0)半導(dǎo)體膜。為促進(jìn)遷移提高結(jié)晶性，溫度T3，優(yōu)選攝氏800度以上，此外，為確保提高發(fā)光特性所需的銦組成，優(yōu)選攝氏930度以下。第2溫度T2及第3溫度T3高于第1溫度T1。根據(jù)該方法，由于勢(shì)壘膜51和勢(shì)阱膜53用高于緩沖膜47的成膜溫度T1的溫度T2、T3生長(zhǎng)，因此顯示出良好的晶體質(zhì)量，同時(shí)具有低的銦組成。另外，緩沖膜47，由于用比勢(shì)壘膜51和勢(shì)阱膜53的成膜溫度T2、T3低的溫度T1生長(zhǎng)，因此具有大的銦組成，從而具有優(yōu)異的變形緩和能力。
本實(shí)施例的發(fā)光區(qū)域49，具有2MQW的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，勢(shì)阱膜53的厚度例如為2.7納米，勢(shì)壘層51的厚度例如為15納米。在一實(shí)施例中，勢(shì)壘膜51和勢(shì)阱膜53在攝氏830度沉積，該溫度高于緩沖膜37的成膜溫度即攝氏780度。勢(shì)阱膜53和勢(shì)壘膜51的銦組成為2％，另外，緩沖膜47的銦組成為5％。
如圖4(E)所示，在發(fā)光區(qū)域49上形成第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜55。第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜55，例如是AlGaN膜。在一例中，該AlGaN膜，是Mg摻雜p型Al0.27Ga0.73N膜，其厚度例如可以是25納米。第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜55，是為閉塞電子而設(shè)的。
如圖4(F)所示，在第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜55上形成接觸膜57。接觸膜57的帶隙小于第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜55的帶隙。此外，優(yōu)選，接觸膜57的載流子濃度，大于第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜55的載流子的濃度。接觸膜57，例如是Mg摻雜p型Al0.18Ga0.82N膜，其厚度例如可以是100納米。
如圖5(A)所示，在GaN基板41的背面形成第1電極59。在一實(shí)施例中，第1電極59以陰極電極工作。如圖5(B)所示，在接觸膜57上形成第2電極61。第2電極61配列成陣列狀，在一實(shí)施例中，以陽(yáng)極電極工作。在形成第1電極59及第2電極61后，沿虛線(xiàn)CUT1及CUT2切斷半導(dǎo)體基板生產(chǎn)物63，得到多個(gè)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11a。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，提供一種制造能夠提高發(fā)光效率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。
(第3實(shí)施方式)圖6是表示第3實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11b，替代接觸層33，包含接觸區(qū)域65。第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15設(shè)在發(fā)光區(qū)域17a和接觸區(qū)域65之間。接觸區(qū)域65，包含多個(gè)第1AlGaN層67和多個(gè)第2AlGaN層69。第1AlGaN層67的組成不同于第2AlGaN層69的組成。第1AlGaN層67和第2AlGaN層69，以形成超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的方式，交替配置。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第1AlGaN層67及第2AlGaN層69的至少一方的AlGaN層具有p導(dǎo)電性。由于該接觸區(qū)域65具有超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，因此能提高該接觸區(qū)域65的空穴濃度。此外，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11b，具有變形緩和能力優(yōu)異的緩沖層19和晶體質(zhì)量?jī)?yōu)異的發(fā)光區(qū)域17a。所以，能提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11b的發(fā)光效率。
在一實(shí)施例中，第1AlGaN層67，例如由p型Al0.24Ga0.76N半導(dǎo)體構(gòu)成，例如用攝氏1030度形成。此外，第2A1GaN半導(dǎo)體層69例如由p型Al0.17Ga0.83N半導(dǎo)體形成，例如用攝氏1030度形成。第1AlGaN層67及第2AlGaN層69的厚度，例如為3.8納米，接觸區(qū)域65具有8周期的第1AlGaN層67及第2AlGaN層69。
將該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件作為“F”并參照。對(duì)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件F施加電流，測(cè)定經(jīng)由接觸區(qū)域65從發(fā)光區(qū)域17a輸出的光L0的功率。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件F的發(fā)光功率，在發(fā)光波長(zhǎng)350納米，為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件D的發(fā)光強(qiáng)度的1.4倍。
(第4實(shí)施方式)圖7(A)是表示第4實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11c，具有稱(chēng)為藍(lán)寶石制支撐基體71的絕緣性支撐基體、緩沖層73、第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75、緩沖層77、發(fā)光區(qū)域17b、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層79、接觸層81。在緩沖層73上，形成包含第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75、緩沖層77、發(fā)光區(qū)域17b、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層79、接觸層81的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域。藍(lán)寶石制支撐基體71是絕緣性支撐基體的一例。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，在形成氮化物層之前，在攝氏1200度，在氫氣氣氛中，10分鐘暴露成為藍(lán)寶石制支撐基體71的基板表面，進(jìn)行清洗。緩沖層73，例如是氮化鋁層，其厚度例如為30納米，氮化鋁層例如用攝氏500度形成。第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75，例如是AlGaN層。在一例中，該AlGaN層由Si摻雜n型Al0.18Ga0.82N半導(dǎo)體構(gòu)成，其厚度例如為2.5微米，n型Al0.18Ga0.82N半導(dǎo)體層，例如用攝氏1080度形成。緩沖層77由InAlGaN半導(dǎo)體構(gòu)成，其銦組成為5％，能夠按已經(jīng)說(shuō)明的條件形成。發(fā)光區(qū)域17b，例如具有包含InAlGaN勢(shì)阱層25b及InAlGaN勢(shì)壘層27b的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，勢(shì)阱層25b及勢(shì)壘層27b的銦組成為2％，能夠按已經(jīng)說(shuō)明的條件形成。第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層79，例如是AlGaN層。在一例中，AlGaN層，由Mg摻雜p型Al0.27Ga0.73N半導(dǎo)體構(gòu)成，其厚度例如為25納米，Mg摻雜p型Al0.27Ga0.73N半導(dǎo)體層，例如用攝氏1030度形成。接觸層81，例如是AlGaN層。在一例中，該AlGaN層，由p型Al0.18Ga0.82N半導(dǎo)體構(gòu)成，其厚度例如為100納米，Mg摻雜p型Al0.18Ga0.82N半導(dǎo)體層，例如用攝氏1030度形成。
在結(jié)束氮化物層的形成后，部分刻蝕(例如反應(yīng)性離子刻蝕)氮化物層(緩沖層77、發(fā)光區(qū)域17b、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層79、接觸層81)，露出第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75的一部分。在接觸層81上，形成第1電極83(例如，陽(yáng)極電極)，同時(shí)在露出第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75的區(qū)域上，形成第2電極85。將在這些工序后得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件作為“G”并參照。此外，制作發(fā)光區(qū)域的銦組成為5％的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件H。
圖7(B)及圖7(C)是表示包括氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11c及支撐體87的發(fā)光裝置88a、88b的圖示。如果參照?qǐng)D7(B)，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11c搭載在支撐體87上。支撐體87，支撐藍(lán)寶石制支撐基體71。藍(lán)寶石制支撐基體71的尺寸，例如400微米×400微米，實(shí)質(zhì)上與氮化物結(jié)構(gòu)物的尺寸相同。
在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11c中，接觸層81，具有出射來(lái)自發(fā)光區(qū)域17b的光L1的出射面81a。第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層79及接觸層81的帶隙能，大于與發(fā)光區(qū)域17b產(chǎn)生的光L1的第1波長(zhǎng)成分對(duì)應(yīng)的能級(jí)。第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75的帶隙的能級(jí)，大于與第1波長(zhǎng)成分對(duì)應(yīng)的能級(jí)。因此，能夠降低發(fā)光區(qū)域產(chǎn)生的光的第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層上的吸收。在圖7(B)所示的發(fā)光裝置88a中，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件G的發(fā)光強(qiáng)度，是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件H的發(fā)光強(qiáng)度的2.5倍。
如果參照?qǐng)D7(C)，在支撐體87上搭載氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11c。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件G，以倒裝片方式搭載在支撐體87上。
在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11c中，藍(lán)寶石支撐基體71，具有第1面71a及第2面71b。在第1面71a上，搭載第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75、緩沖層77、發(fā)光區(qū)域17b及第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層79。來(lái)自發(fā)光區(qū)域的光L2，通過(guò)第2面71b出射。在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11c中，發(fā)光區(qū)域17b及藍(lán)寶石支撐基體71的第2面71b之間，設(shè)置可透過(guò)來(lái)自發(fā)光區(qū)域17b的光L2的氮化物區(qū)域73、75、77。因此，光L2從藍(lán)寶石支撐基體71的第2面71b出射。圖7(C)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件G的發(fā)光強(qiáng)度，是圖7(B)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件G的發(fā)光強(qiáng)度的2.5倍。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供提高了發(fā)光效率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
(第5實(shí)施方式)圖8(A)是表示第5實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11d，具有稱(chēng)為氮化鋁制支撐基體91的絕緣性支撐基體、緩沖層93、第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75、緩沖層77、發(fā)光區(qū)域17b、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層79、接觸層81。在緩沖層93上，形成包含第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75、緩沖層77、發(fā)光區(qū)域17b、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層79、接觸層81的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域。由于氮化鋁支撐基體91具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性，因此氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11d具有優(yōu)異的散熱性。氮化鋁支撐基體91是絕緣性支撐基體的一例，但也能夠代替緣性支撐基體，采用GaZAl1-ZN(Z是0以上，小于1)制支撐基體。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，在形成氮化物層之前，在攝氏1050度，在氨氣及氫氣的氣氛中，10分鐘暴露成為支撐基體91的氮化鋁制基板的表面，進(jìn)行清洗。緩沖層73，例如是氮化鋁層，其厚度例如為100納米，氮化鋁層例如用攝氏1150度形成。第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75，例如由Si摻雜n型Al0.18Ga0.82N半導(dǎo)體構(gòu)成，其厚度例如為2.5微米，n型Al0.18Ga0.82N半導(dǎo)體層，例如用攝氏1150度形成。接著的氮化物層的形成，也不局限于此，也能夠與第4實(shí)施方式中的優(yōu)選的實(shí)施例相同地進(jìn)行。
在結(jié)束氮化物層的形成后，部分刻蝕(例如反應(yīng)性離子刻蝕)設(shè)在氮化鋁制的基板表面上的氮化物層(緩沖層77、發(fā)光區(qū)域17b、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層79、接觸層81)，露出第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75的一部分。在接觸層81上，形成第1電極83(例如，陽(yáng)極電極)，同時(shí)在露出第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層75的區(qū)域上，形成第2電極85。將在這些工序后得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件作為“I”并參照。此外，制作發(fā)光區(qū)域的銦組成為5％的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件J。
圖8(B)及圖8(C)是表示包括氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11d及支撐體87的發(fā)光裝置88c、88d的圖示。如照?qǐng)D8(B)所示，能夠?qū)⒌锇雽?dǎo)體發(fā)光元件11d搭載在支撐體87上。來(lái)自發(fā)光區(qū)域17b的光L3，從接觸層81的出射面81a出射。圖8(B)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件I的發(fā)光強(qiáng)度，是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件J的發(fā)光強(qiáng)度的2.5倍。
此外，如圖8(C)所示，能夠在支撐體87上搭載氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11d。來(lái)自發(fā)光區(qū)域17b的光L4，透過(guò)設(shè)在發(fā)光區(qū)域17b和氮化鋁制支撐基體91之間的氮化物區(qū)域，從氮化鋁制支撐基體91的第2面91b出射。圖8(C)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件I的發(fā)光強(qiáng)度，是圖8(B)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件I的發(fā)光強(qiáng)度的2.5倍。
此外，由于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11d，GaZAl1-ZN的導(dǎo)熱率，大于藍(lán)寶石的導(dǎo)熱率，因此具有優(yōu)異的散熱性。無(wú)論是圖8(B)及圖8(C)所示的何種搭載方式，當(dāng)在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件I上，連續(xù)施加400毫安的電流的情況下，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件I的發(fā)光輸出的劣化都小，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件I穩(wěn)定工作。
(第6實(shí)施方式)圖9是表示第6實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖示。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11e，含有金屬制支撐基體97。在金屬制支撐基體97上，依次，設(shè)置接觸層33、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15、發(fā)光區(qū)域17a、緩沖層19及第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13。在接觸層33和金屬制支撐基體97之間，設(shè)置電極99。發(fā)光區(qū)域17a，發(fā)生含有紫外線(xiàn)區(qū)域的波長(zhǎng)成分的光L5、L6。光L6被電極99反射成為光L7。光L5及L7，從第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13的出射面13a出射。在第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13的出射面13a上，設(shè)置電極101。在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11e中，與用于生長(zhǎng)第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15、發(fā)光區(qū)域17a、緩沖層19及第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13的基板(例如GaN基板)的材料不同，在用于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11e的金屬制支撐基體97上，搭載由接觸層33、第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層15、發(fā)光區(qū)域17a、緩沖層19及第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層13以及電極99構(gòu)成的結(jié)構(gòu)物。
根據(jù)該半導(dǎo)體發(fā)光元件，能夠在低位錯(cuò)密度的GaN基板上形成與發(fā)光有關(guān)的半導(dǎo)體膜，同時(shí)作為支撐基體，能夠不采用吸收紫外線(xiàn)區(qū)域的GaN半導(dǎo)體，而采用散熱性?xún)?yōu)異的金屬制支撐基體97。作為金屬制支撐基體97的材料，例如能夠采用CuW合金、FeNi合金。作為顯示高反射鋁的電極99的材料，能夠采用Ni/Au半透明電極和Ag合金層的組合或鉑(Pt)電極膜。
接著，說(shuō)明制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。圖10(A)、圖10(B)、圖10(C)、圖10(D)、圖10(E)、及圖10(F)是表示制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工序的圖示。圖11(A)及圖11(B)是表示制造工序中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面的圖示。在本實(shí)施方式中，作為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，制作發(fā)光二極管。
采用類(lèi)似于圖4(A)、圖4(B)、圖4(C)、圖4(D)、圖4(E)、圖4(F)、圖5(A)及圖5(B)所示的一連串工序的工序，制造用于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11e的外延晶片E。其結(jié)果，得到如圖10(A)所示的外延晶片E。如圖11(A)所示，外延晶片E，包含設(shè)在緩沖膜43和第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜45之間的犧牲膜103。犧牲膜103，是帶隙小于基板41及緩沖膜43的帶隙的氮化物半導(dǎo)體層，例如，能夠由InGaN半導(dǎo)體構(gòu)成。此外，外延晶片E，包含設(shè)在接觸膜57上的導(dǎo)電體膜105。導(dǎo)電體膜105，用于反射來(lái)自發(fā)光區(qū)域的光及供給載流子。作為導(dǎo)電體膜105的材料，能夠采用Ni/Au半透明電極和Ag合金膜的組合或鉑(Pt)電極膜。
如圖10(B)所示，準(zhǔn)備金屬制基板107。金屬制基板107的尺寸，優(yōu)選在基板41的尺寸以上。金屬制基板107的形狀，不局限于圖10(B)所示的圓板形狀。在導(dǎo)電體膜105上粘接金屬制基板107的一面107a。該粘接能夠根據(jù)需要，采用導(dǎo)電性粘合劑。作為導(dǎo)電性粘合劑，能夠采用，例如AuSn、PbSn等。
如圖10(C)及圖11(B)所示，能提供在基板107的一面107a粘接外延晶片E的基板生成物F。
如圖10(D)所示，在將金屬制基板107粘接在第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜57上后，從第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜45上分離GaN基板41。該分離，例如通過(guò)采用犧牲膜103，從第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜45剝離GaN基板41實(shí)現(xiàn)。在優(yōu)選的方法中，朝GaN基板41照射激光109，激光109，通過(guò)GaN基板41及緩沖膜43，被犧牲膜103吸收。通過(guò)吸收激光109，熔化犧牲膜103，從第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜45剝離GaN基板41。其結(jié)果，基板生成物F，被分離成第1部分F1及第2部分F2。在第1部分F1的熔化面S1上，殘留熔化的犧牲膜。研磨熔化面S1，露出第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜45。在第2部分F2的熔化面S2上，也殘留熔化的犧牲膜。研磨熔化面S2，露出緩沖膜43，根據(jù)需要再用于制造外延晶片。
如圖10(E)所示，在第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體45的露出面45a上形成導(dǎo)電膜111。接著，采用光刻蝕法，從導(dǎo)電膜111制作多個(gè)電極111a。如圖10(F)所示，電極111a，在第1導(dǎo)電型氮化物膜45的露出面上配列成陣列狀。然后，沿虛線(xiàn)CUT3及CUT4切斷第1部分F1，得到氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11e。
根據(jù)本方法，能夠不采用吸收紫外線(xiàn)的GaN支撐基體，制造具有優(yōu)異散熱特性的包含金屬制支撐基體的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。此外，由于勢(shì)壘膜及勢(shì)阱膜用比緩沖膜高的溫度生長(zhǎng)，所以顯示良好的晶體質(zhì)量，同時(shí)具有低的銦組成。另外，緩沖膜，由于用比勢(shì)壘膜及勢(shì)阱膜低的溫度生長(zhǎng)，所以具有大的銦組成，從緩和變形的能力優(yōu)異。
參照幾個(gè)實(shí)施方式，說(shuō)明了半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。為了制作InAlGaN發(fā)光元件，發(fā)光區(qū)域的InAlGaN半導(dǎo)體勢(shì)壘層，按與InAlGaN半導(dǎo)體緩沖層相同的成膜條件形成。該紫外線(xiàn)發(fā)光元件X的發(fā)光波長(zhǎng)，例如如果采用勢(shì)壘層(In5％、Al24％)及勢(shì)阱層(In6％、Al19％)，可達(dá)到350納米左右。但是，在攝氏780度左右的溫度下，難生長(zhǎng)鋁組成19～24％范圍的InAlGaN半導(dǎo)體。
如果將形成發(fā)光區(qū)域的成膜溫度提高到攝氏830度左右，就能夠降低勢(shì)壘層及勢(shì)阱層的銦組成及鋁組成。例如，如果采用勢(shì)壘層(In2％、Al22％)及勢(shì)阱層(In2％、Al9％)，可達(dá)到350納米左右。該半導(dǎo)體發(fā)光元件Y的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光的峰值強(qiáng)度，大于上述的半導(dǎo)體發(fā)光元件X的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光的峰值強(qiáng)度。
另外，發(fā)光區(qū)域及InAlGaN緩沖層也用攝氏830度形成半導(dǎo)體發(fā)光元件Z。該半導(dǎo)體發(fā)光元件Z的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)光致發(fā)光的峰值強(qiáng)度，小于半導(dǎo)體發(fā)光元件Y的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光的峰值強(qiáng)度。即，通過(guò)相對(duì)提高生長(zhǎng)溫度(或者，相對(duì)降低銦組成)，提高發(fā)光區(qū)域的InAlGaN半導(dǎo)體的結(jié)晶性，從而提高發(fā)光強(qiáng)度。另外，通過(guò)相對(duì)降低生長(zhǎng)溫度(或者，相對(duì)提高銦組成)，提高緩和發(fā)光區(qū)域的InAlGaN半導(dǎo)體的變形的特性。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，圖示說(shuō)明了本發(fā)明的原理，但在不脫離如此的原理的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠進(jìn)行配置及細(xì)節(jié)的變更。本發(fā)明，不限定于本實(shí)施方式所述的特定的構(gòu)成。因此，對(duì)于基于本發(fā)明所要求保護(hù)范圍及其技術(shù)構(gòu)思的所有修正及變更，也被本發(fā)明所保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，是發(fā)生含有紫外線(xiàn)區(qū)域的波長(zhǎng)成分的光的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具有設(shè)在支撐基體上的第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、設(shè)在支撐基體上的第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光區(qū)域，設(shè)在所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層和所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層之間，含有InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層(1＞X1＞0、1＞Y1＞0)及InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)、InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)，設(shè)在所述發(fā)光區(qū)域和所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層之間；所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層的銦組成X1，小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的銦組成X3；所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層的銦組成X2，小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的銦組成X3。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層和所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層之間的禁帶寬度差，在1.92×10-20焦耳以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層的銦組成X1大于0小于0.03；所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的銦組成X3小于0.10。
4.如權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層的鋁組成Y1大于0.05；所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N勢(shì)阱層的鋁組成Y1小于0.15；所述發(fā)光區(qū)域，具有發(fā)生340納米以上360納米以下的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)的光的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的厚度，在10納米以上；所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的厚度，在100納米以下。
6.如權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層具有p導(dǎo)電型；所述發(fā)光區(qū)域，能夠發(fā)生含有小于與氮化鎵的帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的第1波長(zhǎng)成分的光；所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，大于與所述第1波長(zhǎng)成分對(duì)應(yīng)的能級(jí)。
7.如權(quán)利要求6所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，還具有1個(gè)或多個(gè)第1AlGaN半導(dǎo)體層、以及1個(gè)或多個(gè)第2AlGaN半導(dǎo)體層；所述第1AlGaN半導(dǎo)體層及所述第2AlGaN半導(dǎo)體層的至少任一方的半導(dǎo)體層，顯示p導(dǎo)電型；所述第2AlGaN半導(dǎo)體層的組成，與所述第1AlGaN半導(dǎo)體層的組成不同；所述第1AlGaN半導(dǎo)體層和所述第2AlGaN半導(dǎo)體層，以形成超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的方式配置；所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，位于所述超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和所述發(fā)光區(qū)域之間；所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，具有p導(dǎo)電型。
8.如權(quán)利要求1～7中任何一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，還具有另一第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，其設(shè)有電極，具有出射來(lái)自所述發(fā)光區(qū)域的光的出射面，設(shè)在所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層上；所述支撐基體，是具有第1面的藍(lán)寶石支撐基體；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述發(fā)光區(qū)域、所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及另一第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，依次搭載在所述藍(lán)寶石支撐基體的所述第1面上；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，大于與所述發(fā)光區(qū)域發(fā)生的所述光的波長(zhǎng)成分對(duì)應(yīng)的能級(jí)。
9.如權(quán)利要求1～7中任何一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述支撐基體，是藍(lán)寶石支撐基體；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙的能級(jí)，大于與所述發(fā)光區(qū)域發(fā)生的光的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的能級(jí)；所述藍(lán)寶石支撐基體，具有搭載了所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及所述發(fā)光區(qū)域的第1面、和出射來(lái)自所述發(fā)光區(qū)域的光的第2面。
10.如權(quán)利要求1～7中任何一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，還具有另一第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，其設(shè)有電極，具有出射來(lái)自所述發(fā)光區(qū)域的光的出射面，設(shè)在所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層上；所述支撐基體，是具有第1面的GaZAl1-ZN(Z為0以上1以下)的支撐基體；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述發(fā)光區(qū)域、所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及另一第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，依次搭載在所述支撐基體的所述第1面上。
11.如權(quán)利要求10所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述支撐基體是GaN支撐基體。
12.如權(quán)利要求1～7中任何一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述支撐基體由GaZAl1-ZN(Z為0以上，小于1)構(gòu)成；所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，大于與所述發(fā)光區(qū)域發(fā)生的光的波長(zhǎng)成分對(duì)應(yīng)的能級(jí)；所述GaZAl1-ZN支撐基體，具有搭載了所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層及所述發(fā)光區(qū)域的第1面、和出射來(lái)自所述發(fā)光區(qū)域的光的第2面。
13.如權(quán)利要求10或12所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述支撐基體是AlN支撐基體。
14.如權(quán)利要求1～7中任何一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述支撐基體是金屬制支撐基體；所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、所述發(fā)光區(qū)域、所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，搭載在所述金屬制支撐基體的第1面上，所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能，大于與所述發(fā)光區(qū)域發(fā)生的光的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的能級(jí)。
15.如權(quán)利要求1～14中任何一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N勢(shì)壘層的禁帶寬度，與所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N緩沖層的禁帶寬度大致相等。
16.一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件是發(fā)生含有紫外線(xiàn)區(qū)域的波長(zhǎng)成分的光的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具有在基板上形成第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜的工序、在所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜上形成緩沖膜的工序、形成用于發(fā)光區(qū)域的勢(shì)阱膜的工序、形成用于所述發(fā)光區(qū)域的勢(shì)壘膜的工序、在所述發(fā)光區(qū)域上形成第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜的工序；所述勢(shì)阱膜，包含InX1AlY1Ga1-X1-Y1N(1＞X1＞0、1＞Y1＞0)半導(dǎo)體膜，該InX1AlY1Ga1-X1-Y1N(1＞X1＞0、1＞Y1＞0)半導(dǎo)體膜用第1溫度形成；所述勢(shì)壘膜，包含InX2AlY2Ga1-X2-Y2N(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)半導(dǎo)體膜，該InX2AlY2Ga1-X2-Y2N(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)半導(dǎo)體膜用第2溫度形成；所述緩沖膜，包含InX3AlY3Ga1-X3-Y3N(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)緩沖膜，該InX3AlY3Ga1-X3-Y3N(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)緩沖膜，在形成所述發(fā)光區(qū)域之前，用第3溫度形成；所述第1溫度及所述第2溫度高于所述第3溫度。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還具有將所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜及金屬制基板的一方粘接在另一方上的工序、在粘接后，從所述基板及所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜的一方分離另一方的工序；所述基板是GaN基板。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，具有在基板上形成所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜之前，在所述基板上形成犧牲膜的工序；在所述發(fā)光區(qū)域上形成所述第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜后，從所述第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體膜，采用所述犧牲膜，剝離所述基板的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，在支撐基體上設(shè)置第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，此外在支撐基體上設(shè)置第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層。發(fā)光區(qū)域，設(shè)在第1導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層和第2導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層之間。發(fā)光區(qū)域，含有In
文檔編號(hào)C01G15/00GK1734802SQ20051008849
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月3日
發(fā)明者京野孝史, 平山秀樹(shù) 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社, 獨(dú)立行政法人理化學(xué)研究所