本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù):
含氮的III-V族化合物半導(dǎo)體材料(以下稱(chēng)作“氮化物半導(dǎo)體材料”)具備與具有紅外區(qū)域至紫外區(qū)域的波長(zhǎng)的光的能量相當(dāng)?shù)膸赌芰?。因而,氮化物半?dǎo)體材料在發(fā)出具有紅外區(qū)域至紫外區(qū)域的波長(zhǎng)的光的發(fā)光元件的材料、或接收具有該區(qū)域的波長(zhǎng)的光的受光元件的材料等中是有用的。
此外,在氮化物半導(dǎo)體材料中,構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體的原子間的鍵合力強(qiáng),絕緣擊穿電壓高,飽和電子速度大。鑒于這些性質(zhì),氮化物半導(dǎo)體材料作為耐高溫且高輸出的高頻晶體管等電子器件的材料也是有用的。而且,由于氮化物半導(dǎo)體材料幾乎不會(huì)損害環(huán)境,因此作為易于處理的材料也備受關(guān)注。
在利用了這種氮化物半導(dǎo)體材料的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中,一般作為發(fā)光層而采用量子阱構(gòu)造。若向作為發(fā)光層而采用了量子阱構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件施加電壓,則在構(gòu)成發(fā)光層的量子阱層中電子和空穴再結(jié)合,由此產(chǎn)生光。具有量子阱構(gòu)造的發(fā)光層既可以由單量子阱(Single Quantum Well;SQW)構(gòu)造構(gòu)成,也可以由量子阱層和勢(shì)壘層交替層疊的多量子阱(Multiple Quantum Well;MQW)構(gòu)造構(gòu)成。
一般,作為量子阱層而采用InGaN層,作為勢(shì)壘層而采用GaN層。由此,例如能夠制作發(fā)光峰值波長(zhǎng)約為450nm的藍(lán)色LED(Light Emitting Device:發(fā)光裝置)。此外,能夠組合該藍(lán)色LED和黃色熒光體來(lái)制作白色LED。
作為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中所含的n型氮化物半導(dǎo)體層,一般采用GaN層或InGaN層。作為n型氮化物半導(dǎo)體層的功能,認(rèn)為除了具有與n側(cè)電極接觸的接觸層這一功能之外,還具有作為緩和電流注入層或發(fā)光層的應(yīng)變的層的功能、或作為制作V字型的凹坑構(gòu)造的層的功能。但是,關(guān)于n型氮化物半導(dǎo)體層的這些功能給氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性帶來(lái)的作用卻完全沒(méi)有闡明。
例如,在專(zhuān)利文獻(xiàn)1(日本特開(kāi)平11-330554號(hào)公報(bào))中記載了如下的氮化物半導(dǎo)體元件,即,在活性層之下具備具有含In的氮化物半導(dǎo)體層的n側(cè)多層膜層。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中,記載了上述的n側(cè)多層膜層進(jìn)行某些作用使得發(fā)光元件的輸出提升,還記載了作為其理由推測(cè)為使得活性層的結(jié)晶性提升的緣故但詳情卻不明。
此外,在專(zhuān)利文獻(xiàn)2(日本特開(kāi)平8-23124號(hào)公報(bào))中記載了:如果載流子濃度大的第二n型層與第一n型層相接地形成于活性層側(cè),則能夠從活性層獲得均勻的面發(fā)光,從而能夠?qū)崿F(xiàn)光輸出提升了的元件。
其中,已知在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中形成有被稱(chēng)作V凹坑(V pit,V-shaped pit、剖面為V字狀的凹部)、V缺陷(V defect)、或倒六角錐缺陷(inverted hexagonal pyramid defect)等的形狀的凹坑構(gòu)造。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)3(日本特開(kāi)2013-187484號(hào)公報(bào))中記載了如下的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,即,依次層疊n型氮化物半導(dǎo)體層、V凹坑產(chǎn)生層、中間層、多量子阱發(fā)光層和p型氮化物半導(dǎo)體層。在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中記載了如下內(nèi)容,即,如果多層構(gòu)造體(在多層構(gòu)造體中層疊有帶隙能量不同的多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層)被設(shè)置在V凹坑產(chǎn)生層與中間層之間,則能夠防止以高溫以及大電流進(jìn)行動(dòng)作時(shí)的發(fā)光效率的下降,能夠降低ESD(Electrostatic Discharge:靜電放電)所引起的不良率。
此外,在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1中報(bào)告了由MQW構(gòu)造構(gòu)成的發(fā)光層中的V凹坑的作用。在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1中,若在由MQW構(gòu)造構(gòu)成的發(fā)光層存在V凹坑,則V凹坑的斜面中的量子阱層的寬度變窄,因此可妨礙注入量子阱層的電子以及空穴到達(dá)貫通位錯(cuò),其結(jié)果,可抑制發(fā)光層中的不發(fā)光再結(jié)合。
在先技術(shù)文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平11-330554號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平8-23124號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2013-187484號(hào)公報(bào)
非專(zhuān)利文獻(xiàn)
非專(zhuān)利文獻(xiàn)1:A.Hangleiter,F(xiàn).Hitzel,C.Netzel,D.Fuhrmann,U.Rossow,G.Ade,and P.Hinze,“Suppression of Nonradiative Recombination by V-Shaped Pits in GaInN/GaN Quantum Wells Produces a Large Increase in the Light Emission Efficiency”,Physical Review Letters95,127402(2005)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明要解決的課題
如果利用含In的n型氮化物半導(dǎo)體層來(lái)制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件,則雖然理由不明確但能夠提高光輸出。然而,In的原料昂貴,此外,氮化物半導(dǎo)體層的層疊構(gòu)造變得復(fù)雜。因而,氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的生產(chǎn)率有時(shí)會(huì)下降,此外,氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的成本有時(shí)會(huì)上升。
另一方面,如果利用不含In的n型氮化物半導(dǎo)體層,則能夠比較簡(jiǎn)便地制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。但是,光輸出下降。尤其是,在以高溫或大電流進(jìn)行動(dòng)作時(shí),發(fā)光效率下降,因此光輸出的下降較為顯著。因而,例如,在將氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件用于照明用途等的情況下,存在較之于剛點(diǎn)亮之后的光輸出而在點(diǎn)亮后經(jīng)過(guò)了時(shí)間之后的光輸出將大幅下降等的問(wèn)題。
此外,例如,若利用含In的n型氮化物半導(dǎo)體層來(lái)制造發(fā)光峰值波長(zhǎng)存在于360nm~420nm等短波長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的發(fā)光元件,則該n型氮化物半導(dǎo)體層會(huì)作為吸收來(lái)自發(fā)光層的光的光吸收層來(lái)發(fā)揮功能。因而,即便在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí),也有時(shí)會(huì)招致光輸出的下降。
本發(fā)明的目的在于,在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)和高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)(在本說(shuō)明書(shū)中也包括由于大電流或大電流密度下的動(dòng)作而使得氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的動(dòng)作溫度成為高溫的情況)均提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出。
用于解決課題的手段
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具備:基板;和在基板之上依次設(shè)置的n型氮化物半導(dǎo)體層、包含單量子阱構(gòu)造或多量子阱構(gòu)造的發(fā)光層、以及p型氮化物半導(dǎo)體層。n型氮化物半導(dǎo)體層具有在從基板側(cè)朝向發(fā)光層側(cè)的方向上依次設(shè)置的第一n型氮化物半導(dǎo)體層、第二n型氮化物半導(dǎo)體層、以及第三n型氮化物半導(dǎo)體層。第二n型氮化物半導(dǎo)體層的n型摻雜劑濃度比第一n型氮化物半導(dǎo)體層的n型摻雜劑濃度低。第三n型氮化物半導(dǎo)體層的n型摻雜劑濃度比第二n型氮化物半導(dǎo)體層的n型摻雜劑濃度高。在第二n型氮化物半導(dǎo)體層、第三n型氮化物半導(dǎo)體層和發(fā)光層中,局部形成有V凹坑構(gòu)造。V凹坑構(gòu)造的開(kāi)始點(diǎn)的平均位置存在于第二n型氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)。
優(yōu)選的是,發(fā)光層的下表面處的V凹坑構(gòu)造的直徑為40nm以上且80nm以下。
優(yōu)選的是,V凹坑構(gòu)造的開(kāi)始點(diǎn)的平均位置與第二n型氮化物半導(dǎo)體層的下表面相距30nm以上。
優(yōu)選的是,第三n型氮化物半導(dǎo)體層由GaN或AlGaN構(gòu)成。
發(fā)明效果
在本發(fā)明中,在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)和高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)均能夠提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖2是表示實(shí)施例的結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施方式
以下,利用附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。另外,在本發(fā)明的附圖中,相同的參照符號(hào)表征相同的部分或相應(yīng)的部分。此外,關(guān)于長(zhǎng)度、寬度、厚度、深度等尺寸關(guān)系,為使附圖清晰化和簡(jiǎn)單化可適當(dāng)變更,并非表征實(shí)際的尺寸關(guān)系。以下,在定義本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)之后,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
(本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)的定義)
“勢(shì)壘層”是指發(fā)光層中被量子阱層夾著的層。未被量子阱層夾著的勢(shì)壘層記載為“最初的勢(shì)壘層”或“最后的勢(shì)壘層”,使得記載與被量子阱層夾著的層相異。
利用到“摻雜劑濃度”、和作為伴隨著n型摻雜劑或p型摻雜劑的摻雜而產(chǎn)生的電子或空穴的濃度的“載流子濃度”。關(guān)于“摻雜劑濃度”和“載流子濃度”之間的關(guān)系將后述。
“載氣”是指III族原料氣體、V族原料氣體以及摻雜劑原料氣體以外的氣體。構(gòu)成載氣的原子不被取入到氮化物半導(dǎo)體層等中。
“未摻雜”是指不有意地?fù)饺霌诫s劑(n型摻雜劑或p型摻雜劑)。因而,“未摻雜層”由于來(lái)自與該未摻雜層鄰接的層的摻雜劑的擴(kuò)散而有時(shí)會(huì)包含摻雜劑。
“n型氮化物半導(dǎo)體層”也可包含實(shí)際應(yīng)用上不會(huì)妨礙到電子流動(dòng)這種程度的厚度的低載流子濃度的p型層或未摻雜層?!皩?shí)際應(yīng)用上不會(huì)妨礙到…程度”指氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的動(dòng)作電壓為實(shí)際應(yīng)用上的水平。
“p型氮化物半導(dǎo)體層”也可包含實(shí)際應(yīng)用上不會(huì)妨礙到空穴流動(dòng)這種程度的厚度的低載流子濃度的n型層或未摻雜層?!皩?shí)際應(yīng)用上不會(huì)妨礙到”指氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的動(dòng)作電壓為實(shí)際應(yīng)用上的水平。
“AlGaN”這一記載是指作為原子而含Al、Ga以及N,對(duì)于其組成而并不特別限定。關(guān)于“InGaN”、“AlGaInN”以及“AlON”這樣的各記載也是相同的。
“氮化物半導(dǎo)體”是指在理想情況下氮(N)和其他元素(例如Al、Ga或In)的原子數(shù)比為1∶1。但是,在“氮化物半導(dǎo)體”中也包含含有摻雜劑的氮化物半導(dǎo)體,此外,也包含上述的原子數(shù)比不同于1∶1的情況。此外,即便是記載為“AlxGa1-xN”的情況,也并非是僅包含氮(N)和其他元素(Al、Ga)的原子數(shù)比為1∶1的情況,也包含其原子數(shù)比不同于1∶1的情況。
氮化物半導(dǎo)體的帶隙能量Eg(單位為eV)與In或Al的混晶比x,假定滿(mǎn)足Joachim Piprek et.al,“Semiconductor Optoelectric Devices”,Academic Press,2003,p.191所記載的以下的式(I)以及(II)。
Eg(InxGa1-xN)=1.89x+3.42(1-x)-3.8(1-x)
…式(I)
Eg(AlxGa1-xN)=6.28x+3.42(1-x)-1.3(1-x)
…式(II)。
[氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)成]
圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具備:基板1;和在基板1之上依次設(shè)置的緩沖層3、基底層5、n型氮化物半導(dǎo)體層7、發(fā)光層15以及p型氮化物半導(dǎo)體層17。n型氮化物半導(dǎo)體層7具有在從基板1側(cè)朝向發(fā)光層15的方向上依次設(shè)置的第一n型氮化物半導(dǎo)體層9、第二n型氮化物半導(dǎo)體層11以及第三n型氮化物半導(dǎo)體層13。在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11、第三n型氮化物半導(dǎo)體層13和發(fā)光層15中,局部形成有V凹坑構(gòu)造27。
在p型氮化物半導(dǎo)體層17之上設(shè)置有透明電極層19,在透明電極層19之上設(shè)置有p側(cè)電極21。此外,在第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的露出面設(shè)置有n側(cè)電極23。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的表面雖然被透明絕緣層25覆蓋,但p側(cè)電極21的上表面的一部分以及n側(cè)電極23的上表面的一部分從透明絕緣層25露出。
<基板>
作為基板1,例如能夠利用由藍(lán)寶石、GaN、SiC、Si或ZnO等構(gòu)成的基板?;?的厚度并不特別限定。在n型氮化物半導(dǎo)體層7等氮化物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)時(shí)的基板1的厚度優(yōu)選為900μm以上且1300μm以下,在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件使用時(shí)的基板1的厚度優(yōu)選為50μm以上且300μm以下。
在基板1的上表面1A,也可以形成有具有凸部和凹部的凹凸形狀。凸部以及凹部的各形狀并不特別限定,上表面1A上的凸部以及凹部的各配置并不特別限定。例如,凸部?jī)?yōu)選在上表面1A上設(shè)置于成為大致等邊三角形的頂點(diǎn)的位置。相鄰的凸部的頂點(diǎn)的間隔優(yōu)選為1μm以上且5μm以下。上表面1A處的凸部的形狀優(yōu)選為大致圓形。在凸部的縱向剖面形狀為梯形的情況下,梯形的頂點(diǎn)優(yōu)選為帶有圓角。另外,上表面1A的至少一部分可以平坦。
另外,基板1可以在氮化物半導(dǎo)體層向基板1的上表面1A生長(zhǎng)之后被去除。即,本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件可以不具備基板1。
<緩沖層>
作為緩沖層3,例如能夠利用AlON層(O相對(duì)于N的比率為幾原子%程度)或以通式Als0Gat0Ou0N1-u0(0≤s0≤1,0≤t0≤1,0≤u0≤1,s0+t0+u0≠0)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層等。
在構(gòu)成緩沖層3的AlON層中,優(yōu)選N的極少一部分(0.5原子%以上且2原子%以下)被置換為氧。在此情況下,由于緩沖層3形成為在基板1的生長(zhǎng)面的法線(xiàn)方向上伸長(zhǎng),因此能夠獲得由晶粒一致的柱狀結(jié)晶的集合體構(gòu)成的緩沖層3。
作為緩沖層3,優(yōu)選利用通過(guò)公知的濺射法而形成的AlON層。由此,能提高基底層5的結(jié)晶質(zhì)量。根據(jù)通過(guò)X射線(xiàn)搖擺曲線(xiàn)衍射法而測(cè)定出的衍射強(qiáng)度曲線(xiàn)呈現(xiàn)的峰值的半值寬度,能夠確認(rèn)基底層5的結(jié)晶質(zhì)量。
作為緩沖層3,例如可以利用在500℃程度的低溫下通過(guò)MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)法而形成的GaN層。
這種緩沖層3的厚度并不特別限定,但優(yōu)選為3nm以上且100nm以下,更優(yōu)選為5nm以上且50nm以下。
<基底層>
作為基底層5,例如能利用以通式Alx0Gay0Inz0N(0≤x0≤1,0≤y0≤1,0≤z0≤1,x0+y0+z0≠0)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層等。
作為基底層5,優(yōu)選作為III族元素而利用含Ga的氮化物半導(dǎo)體層。由此,能夠不會(huì)繼承由柱狀結(jié)晶的集合體構(gòu)成的緩沖層3中的結(jié)晶缺陷(位錯(cuò)等)地形成基底層5。
基底層5可以為未摻雜層,也可以為n型層。例如,在基底層5中,可以在1×1016/cm3以上且1×1020/cm3以下的范圍內(nèi)摻入n型摻雜劑。在此,作為n型摻雜劑,例如能夠利用Si、Ge以及Sn之中的至少一者,優(yōu)選利用Si。在作為n型摻雜劑而利用了Si的情況下,作為n型摻雜劑原料氣體優(yōu)選利用硅烷或乙硅烷。n型摻雜劑的材料以及n型摻雜劑原料氣體的材料對(duì)于后述的n型氮化物半導(dǎo)體層也是相同的。
如果盡量增厚基底層5的厚度,則基底層5中的缺陷會(huì)減少,但伴隨著基板1和基底層5的熱膨脹率的差異而存在晶片(在基板的上表面形成有氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu))的翹曲變大的問(wèn)題。此外,若將基底層5的厚度增厚至某種程度以上,則基底層5中的缺陷減少這一效果會(huì)飽和。鑒于這些內(nèi)容,基底層5的厚度優(yōu)選為1μm以上且8μm以下,更優(yōu)選為3μm以上且5μm以下。
<n型氮化物半導(dǎo)體層>
<第一n型氮化物半導(dǎo)體層>
作為第一n型氮化物半導(dǎo)體層9,例如能夠利用在以通式Alx1Gay1Inz1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤z1≤1,x1+y1+z1≠0)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。優(yōu)選的是,利用在以通式Alx1Ga1-x1N(0≤x1≤1,優(yōu)選為0≤x1≤0.5,更優(yōu)選為0≤x1≤0.1)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。
第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的n型摻雜劑濃度優(yōu)選為2×1018/cm3以上。由此,在大電流密度下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)也能夠提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光效率。更優(yōu)選的是,第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的n型摻雜劑濃度為5×1018/cm3以上且5×1019/cm3以下。
此外,第一n型氮化物半導(dǎo)體層9兼作與n側(cè)電極23接觸的接觸層。因而,在第一n型氮化物半導(dǎo)體層9之中作為與n側(cè)電極23接觸的接觸層發(fā)揮功能的部分中,優(yōu)選n型摻雜劑濃度為1×1018/cm3以上。
如果第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的厚度變厚,雖然第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的電阻變低,但會(huì)招致氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造成本的上升。如果考慮該情況,則第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的厚度優(yōu)選為1μm以上且10μm以下,但并不限定于該范圍。
第一n型氮化物半導(dǎo)體層9可以是單層,也可以具有層疊組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同的2層以上的層而構(gòu)成的層疊構(gòu)造。在第一n型氮化物半導(dǎo)體層9具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,在構(gòu)成第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的層的至少1層中組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同于其他層即可。在第一n型氮化物半導(dǎo)體層9具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,可以在構(gòu)成第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的所有層中厚度均相同,也可以在構(gòu)成第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的層中的至少1層之中厚度不同于其他層。
在第一n型氮化物半導(dǎo)體層9具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的n型摻雜劑濃度,通過(guò)構(gòu)成第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的層各自包含的n型摻雜劑量的合計(jì)除以第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的體積來(lái)求出。
<第二n型氮化物半導(dǎo)體層>
作為第二n型氮化物半導(dǎo)體層11,例如能夠利用在以通式Alx2Gay2Inz2N(0≤x2≤1,0≤y2≤1,0≤z2≤1,x2+y2+z2≠0)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。優(yōu)選的是,利用在以通式Alx2Ga1-x2N(0≤x2≤1,優(yōu)選為0≤x2≤0.3,更優(yōu)選為0≤x2≤0.1)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層或以通式Inz2Ga1-z2N(0≤z2≤1,優(yōu)選為0≤z2≤0.3,更優(yōu)選為0≤z2≤0.1)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。
第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度優(yōu)選比第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的n型摻雜劑濃度低,更優(yōu)選為1×1019/cm3以下。另外,第二n型氮化物半導(dǎo)體層11可以為未摻雜層。
第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的厚度并不特別限定,但優(yōu)選為50nm以上且500nm以下。
第二n型氮化物半導(dǎo)體層11可以是單層,也可以具有層疊組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同的2層以上的層而構(gòu)成的層疊構(gòu)造。在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,在構(gòu)成第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的層的至少1層中組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同于其他層即可。在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,可以在構(gòu)成第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的所有層中厚度均相同,也可以在構(gòu)成第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的層中的至少1層之中厚度不同于其他層。
在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度,通過(guò)構(gòu)成第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的層各自包含的n型摻雜劑量的合計(jì)除以第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的體積來(lái)求出。
<第三n型氮化物半導(dǎo)體層>
作為第三n型氮化物半導(dǎo)體層13,例如能夠利用在以通式Alx3Gay3Inz3N(0≤x3≤1,0≤y3≤1,0≤z3≤1,x3+y3+z3≠0)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。優(yōu)選的是,利用在包含Ga以及Al之中的至少一者的氮化物半導(dǎo)體材料(例如GaN或AlGaN)所構(gòu)成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。
第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的n型摻雜劑濃度優(yōu)選比第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度高,更優(yōu)選為第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度的2倍以上。例如,第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的n型摻雜劑濃度優(yōu)選為2×1018/cm3以上且2×1019/cm3以下。
第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的厚度優(yōu)選大于0nm且為100nm以下,更優(yōu)選為5nm以上且100nm以下。如果第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的厚度為5nm以上,則能夠使得驅(qū)動(dòng)電壓下降。如果第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的厚度為100nm以下,則在施加反向電壓時(shí)耗盡層也會(huì)在第三n型氮化物半導(dǎo)體層13中擴(kuò)展,因此能夠防止靜電耐壓的下降。
第三n型氮化物半導(dǎo)體層13可以是單層,也可以具有層疊組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同的2層以上的層而構(gòu)成的層疊構(gòu)造。在第三n型氮化物半導(dǎo)體層13具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,在構(gòu)成第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的層的至少1層中組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同于其他層即可。在第三n型氮化物半導(dǎo)體層13具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,可以在構(gòu)成第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的所有層中厚度均相同,也可以在構(gòu)成第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的層中的至少1層之中厚度不同于其他層。
在第三n型氮化物半導(dǎo)體層13具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的n型摻雜劑濃度,通過(guò)構(gòu)成第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的層各自包含的n型摻雜劑量的合計(jì)除以第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的體積來(lái)求出。
<n型氮化物半導(dǎo)體層7中的組成(In)>
在發(fā)光層15的發(fā)光峰值波長(zhǎng)為360nm以上且420nm以下的情況下,優(yōu)選n型氮化物半導(dǎo)體層7不含In。如果n型氮化物半導(dǎo)體層7不含In,則能夠防止在360nm以上且420nm以下的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)的光被n型氮化物半導(dǎo)體層7吸收。由此,即便是發(fā)光層15發(fā)出在360nm以上且420nm以下的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)的光的情況,也能夠?qū)⒐獾娜〕鲂示S持得較高,因此能夠?qū)⒐廨敵鼍S持得較高。
“n型氮化物半導(dǎo)體層7不含In”,是指構(gòu)成第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的氮化物半導(dǎo)體材料以通式Alx1Gay1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,x1+y1≠0)來(lái)表征,構(gòu)成第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的氮化物半導(dǎo)體材料以通式Alx2Gay2N(0≤x2≤1,0≤y2≤1,x2+y2≠0)來(lái)表征,構(gòu)成第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的氮化物半導(dǎo)體材料以通式Alx3Gay3N(0≤x3≤1,0≤y3≤1,x3+y3≠0)來(lái)表征的情況。
<n型氮化物半導(dǎo)體層7中的n型摻雜劑濃度>
如上所述,第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度比第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的n型摻雜劑濃度低,第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的n型摻雜劑濃度比第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度高。
如果第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度比第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的n型摻雜劑濃度低,則ESD耐性會(huì)提升,此外,泄漏類(lèi)不良(由于產(chǎn)生泄漏電流而發(fā)生的不良)會(huì)降低。由此,氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造成品率得以提升。
如果第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的n型摻雜劑濃度比第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度高,則電子注入效率變高,因此動(dòng)作電壓會(huì)降低。此外,由于光輸出變高,因此電力效率變高。
第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的n型摻雜劑濃度可以高于第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的n型摻雜劑濃度,也可以低于第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的n型摻雜劑濃度。
<發(fā)光層>
發(fā)光層15可以包含SQW構(gòu)造,也可以包含MQW構(gòu)造。以下,示出發(fā)光層15由MQW構(gòu)造構(gòu)成的情況。
由MQW構(gòu)造構(gòu)成的發(fā)光層15具有:量子阱層、勢(shì)壘層、最初的勢(shì)壘層、和最后的勢(shì)壘層。最初的勢(shì)壘層被設(shè)置于第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的上表面13A,最后的勢(shì)壘層與p型氮化物半導(dǎo)體層17相接,量子阱層被勢(shì)壘層夾著。
另外,在勢(shì)壘層與量子阱層之間,可以設(shè)置1層以上的與勢(shì)壘層以及量子阱層不同的另一半導(dǎo)體層。此外,發(fā)光層15的一個(gè)周期的長(zhǎng)度(1個(gè)勢(shì)壘層的厚度和1個(gè)量子阱層的厚度的合計(jì))優(yōu)選為5nm以上且100nm以下。
(量子阱層)
作為量子阱層,例如能夠分別獨(dú)立地利用以通式Alc1Gad1In(1-c1-d1)N(0≤c1<1,0<d1≤1)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層。優(yōu)選的是,利用不含Al的通式Ine1Ga(1-e1)N(0<e1≤1)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層。能夠通過(guò)變更量子阱層的In的組成來(lái)變更量子阱層的帶隙能量。例如,在使得發(fā)出波長(zhǎng)為375nm以下的紫外光的情況下,需要增大發(fā)光層的帶隙能量。在此情況下,優(yōu)選量子阱層含Al。
優(yōu)選多個(gè)量子阱層之中位于n型氮化物半導(dǎo)體層7側(cè)的幾個(gè)量子阱層包含n型摻雜劑。由此,能夠使得氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)電壓下降。
優(yōu)選量子阱層的各自的厚度為1nm以上且7nm以下。如果各量子阱層的厚度為1nm以上且7nm以下,則能夠提高在大電流密度下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光效率。
在多個(gè)量子阱層中,優(yōu)選量子阱層的厚度彼此相同。在多個(gè)量子阱層中,如果量子阱層的厚度彼此相同,則量子阱層的量子能級(jí)變得相同,因此由于量子阱層中的電子和空穴的再結(jié)合而產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)變得相同。由此,氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光光譜呈現(xiàn)的峰值的寬度變窄。
另一方面,在多個(gè)量子阱層中,量子阱層的厚度以及組成之中的至少一者有意不同的情況下,氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光光譜呈現(xiàn)的峰值的寬度變寬。優(yōu)選配合氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的用途來(lái)決定是否使得量子阱層的厚度或組成彼此相同。
發(fā)光層15包含的量子阱層的層數(shù)并不特別限定,但優(yōu)選為1層以上且20層以下,更優(yōu)選為3層以上且15層以下,進(jìn)一步優(yōu)選為4層以上且12層以下。
(勢(shì)壘層、最初的勢(shì)壘層、最后的勢(shì)壘層)
作為勢(shì)壘層,分別能夠利用帶隙能量比構(gòu)成量子阱層的氮化物半導(dǎo)體材料大的氮化物半導(dǎo)體材料。作為勢(shì)壘層,能夠分別獨(dú)立地利用以通式AlfGagIn(1-f-g)N(0≤f<1,0<g≤1)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層。優(yōu)選的是,利用含Al的通式AlhGa(1-h)N(0<h≤1)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層。更優(yōu)選的是,利用含Ga以及Al的通式AlhGa(1-h)N(0<h<1)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層??梢哉f(shuō),對(duì)于最初的勢(shì)壘層的組成以及最后的勢(shì)壘層的組成也是同樣的。
勢(shì)壘層以及最初的勢(shì)壘層可以是未摻雜層,勢(shì)壘層以及最初的勢(shì)壘層各自中的n型摻雜劑濃度并不特別限定,優(yōu)選根據(jù)需要來(lái)適當(dāng)設(shè)定。作為一例,多個(gè)勢(shì)壘層之中,在位于n型氮化物半導(dǎo)體層7側(cè)的勢(shì)壘層中,摻入了n型摻雜劑,在位于p型氮化物半導(dǎo)體層17側(cè)的勢(shì)壘層中,摻入了濃度比位于n型氮化物半導(dǎo)體層7側(cè)的勢(shì)壘層低的n型摻雜劑,或者不摻入(未摻雜)n型摻雜劑。
另外,在勢(shì)壘層、最初的勢(shì)壘層以及最后的勢(shì)壘層中,在p型氮化物半導(dǎo)體層17生長(zhǎng)時(shí)有時(shí)p型摻雜劑會(huì)發(fā)生熱擴(kuò)散而被摻雜在其中。
勢(shì)壘層的各自的厚度并不特別限定,優(yōu)選為1nm以上且10nm以下,更優(yōu)選為3nm以上且7nm以下。如果勢(shì)壘層的厚度變小,則動(dòng)作電壓變低。但是,若勢(shì)壘層的厚度不足1nm,則在大電流密度下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)有時(shí)發(fā)光效率會(huì)下降。最初的勢(shì)壘層的厚度并不特別限定,優(yōu)選為1nm以上且10nm以下。最后的勢(shì)壘層的厚度并不特別限定,優(yōu)選為1nm以上且40nm以下。
<V凹坑構(gòu)造>
“V凹坑構(gòu)造27”是指:起因于貫通位錯(cuò)而產(chǎn)生的、具有從第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的內(nèi)部朝向發(fā)光層15的上表面(位于p型氮化物半導(dǎo)體層17側(cè)的發(fā)光層15的面)15A而直徑擴(kuò)大的形狀的結(jié)晶缺陷。如上所述,在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11、第三n型氮化物半導(dǎo)體層13和發(fā)光層15中局部形成有該V凹坑構(gòu)造27。
“在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11、第三n型氮化物半導(dǎo)體層13和發(fā)光層15中局部形成有V凹坑構(gòu)造27”是指:在發(fā)光層15的上表面15A散布了具有從第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的內(nèi)部朝向發(fā)光層15的上表面15A而直徑擴(kuò)大的形狀的V凹坑構(gòu)造27,優(yōu)選在發(fā)光層15的上表面15A以面密度為1×108/cm2以下來(lái)形成,更優(yōu)選在發(fā)光層15的上表面15A以面密度為5×107/cm2以下來(lái)形成。例如,如果通過(guò)原子間力顯微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)來(lái)觀察發(fā)光層15的上表面15A,則能夠求出發(fā)光層15的上表面15A處的V凹坑構(gòu)造27的面密度。
V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置存在于第二n型氮化物半導(dǎo)體層11內(nèi)?!癡凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C”是在使得構(gòu)成V凹坑構(gòu)造27的側(cè)面向第一n型氮化物半導(dǎo)體層9側(cè)延長(zhǎng)時(shí)呈現(xiàn)的交點(diǎn),在圖1所示的情況下是指V凹坑構(gòu)造27之中位于最靠第一n型氮化物半導(dǎo)體層9側(cè)的部位?!癡凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置”是指:在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的厚度方向上對(duì)V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C進(jìn)行平均化而獲得的位置。
如果V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置存在于第二n型氮化物半導(dǎo)體層11內(nèi),則能夠使得發(fā)光層15的下表面(與第三n型氮化物半導(dǎo)體層13相接的發(fā)光層15的面)15B處的V凹坑構(gòu)造27的直徑r(以下僅記為“V凹坑構(gòu)造27的直徑r”)處于40nm以上且80nm以下。
如果V凹坑構(gòu)造27的直徑r為40nm以上,則能夠確保V凹坑構(gòu)造27的大小,因此能夠防止在存在于V凹坑構(gòu)造27內(nèi)的貫通位錯(cuò)處電子或空穴被捕獲,由此,能夠防止在貫通位錯(cuò)產(chǎn)生不發(fā)光再結(jié)合。由此,無(wú)論在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)還是在高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí),均能夠提高發(fā)光效率,因此能夠提高光輸出。尤其在高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)變得顯著。
詳細(xì)而言,若變成高溫,則電子或空穴的移動(dòng)變得活躍,因此電子或空穴到達(dá)貫通位錯(cuò)的概率變高。因而,易于在貫通位錯(cuò)產(chǎn)生不發(fā)光再結(jié)合。但是,如果V凹坑構(gòu)造27的直徑r為40nm以上,則在存在于V凹坑構(gòu)造27內(nèi)的貫通位錯(cuò)處電子或空穴不易被捕獲。由此,能夠防止在貫通位錯(cuò)產(chǎn)生不發(fā)光再結(jié)合。
如果V凹坑構(gòu)造27的直徑r為80nm以下,則能夠維持V凹坑構(gòu)造27的周?chē)幍牡诙型氮化物半導(dǎo)體層11的上表面(位于第三n型氮化物半導(dǎo)體層13側(cè)的第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的面)11A的平坦性,此外,能夠維持V凹坑構(gòu)造27的周?chē)幍牡谌齨型氮化物半導(dǎo)體層13的上表面(位于發(fā)光層15側(cè)的第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的面)13A的平坦性。由此,能夠防止在發(fā)光層15中產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。如此一來(lái),如果V凹坑構(gòu)造27的直徑r為80nm以下,則能夠防止起因于形成有V凹坑構(gòu)造27而使得發(fā)光效率下降。即,能夠不依賴(lài)于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的動(dòng)作溫度地提高發(fā)光效率。由此,無(wú)論在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)還是在高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)均能夠提高光輸出。
如以上,如果V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置存在于第二n型氮化物半導(dǎo)體層11內(nèi),則能夠使得V凹坑構(gòu)造27的直徑r處于40nm以上且80nm以下,由此,在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)和高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)均能夠提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出。更優(yōu)選的是,V凹坑構(gòu)造27的直徑r為45nm以上且75nm以下。在此,根據(jù)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面TEM(Transmission Electron Microscope:透射型電子顯微鏡)圖像,能夠確認(rèn)V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置,此外,能夠求出V凹坑構(gòu)造27的直徑r。在存在兩個(gè)以上的V凹坑構(gòu)造27的情況下,V凹坑構(gòu)造27的直徑r成為求出的直徑的平均值。
另外,在V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置存在于第三n型氮化物半導(dǎo)體層13內(nèi)的情況下,V凹坑構(gòu)造27的直徑r易于小于40nm。此外,在V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置存在于第一n型氮化物半導(dǎo)體層11內(nèi)的情況下,V凹坑構(gòu)造27的直徑r易于超過(guò)80nm。
如果將第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的生長(zhǎng)條件以及第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的生長(zhǎng)條件之中的至少一者設(shè)為適宜的條件,則V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置會(huì)存在于第二n型氮化物半導(dǎo)體層11內(nèi)。由此,能夠使得V凹坑構(gòu)造27的直徑r處于40nm以上且80nm以下。
在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11生長(zhǎng)時(shí),認(rèn)為若基板1的溫度低或生長(zhǎng)速度快則易于形成V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C,并且認(rèn)為若基板1的溫度高或生長(zhǎng)速度慢則難以形成V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C。認(rèn)為若第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的厚度大則V凹坑構(gòu)造27的直徑r變大,并且認(rèn)為若第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的厚度小則V凹坑構(gòu)造27的直徑r變小。
具體而言,在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11生長(zhǎng)時(shí),將基板1的溫度優(yōu)選設(shè)定為600℃以上且1000℃以下,更優(yōu)選設(shè)定為650℃以上且950℃以下。此外,在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11生長(zhǎng)時(shí),將第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的生長(zhǎng)速度優(yōu)選設(shè)定為50nm/h以上且1000nm/h以下,更優(yōu)選設(shè)定為50nm/h以上且500nm/h以下。此外,將第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的厚度優(yōu)選設(shè)為5nm以上且1000nm以下,更優(yōu)選設(shè)為10nm以上且500nm以下。例如,優(yōu)選的是,將基板1的溫度設(shè)為840℃以上且870℃以下,并且,將第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的生長(zhǎng)速度設(shè)為130nm/h以上且200nm/h以下。此外,優(yōu)選的是,將基板1的溫度設(shè)為800℃以上且840℃以下,并且,將第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的生長(zhǎng)速度設(shè)為50nm/h以上且130nm/h以下。此外,在將基板1的溫度設(shè)定為850℃并以150nm/h的生長(zhǎng)速度使第二n型氮化物半導(dǎo)體層11生長(zhǎng)的情況下,優(yōu)選使第二n型氮化物半導(dǎo)體層11生長(zhǎng)直至厚度成為50nm以上且300nm以下為止。
在第三n型氮化物半導(dǎo)體層13生長(zhǎng)時(shí),認(rèn)為若基板1的溫度低或生長(zhǎng)速度快則易于進(jìn)行V凹坑構(gòu)造27的形成,并且認(rèn)為若基板1的溫度高或生長(zhǎng)速度慢則難以進(jìn)行V凹坑構(gòu)造27的形成。認(rèn)為若第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的厚度大則V凹坑構(gòu)造27的直徑r變大,并且認(rèn)為若第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的厚度小則V凹坑構(gòu)造27的直徑r變小。
具體而言,在第三n型氮化物半導(dǎo)體層13生長(zhǎng)時(shí),將基板1的溫度優(yōu)選設(shè)定為600℃以上且1000℃以下,更優(yōu)選設(shè)定為650℃以上且950℃以下。此外,在第三n型氮化物半導(dǎo)體層13生長(zhǎng)時(shí),將第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的生長(zhǎng)速度優(yōu)選設(shè)定為50nm/h以上且1000nm/h以下,更優(yōu)選設(shè)定為50nm/h以上且500nm/h以下。此外,將第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的厚度優(yōu)選設(shè)定為1nm以上且50nm以下,更優(yōu)選設(shè)定為1nm以上且30nm以下。例如,優(yōu)選的是,將基板1的溫度設(shè)為840℃以上且870℃以下,并且,將第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的生長(zhǎng)速度設(shè)為130nm/h以上且200nm/h以下。此外,優(yōu)選的是,將基板1的溫度設(shè)為800℃以上且840℃以下,并且,將第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的生長(zhǎng)速度設(shè)為50nm/h以上且130nm/h以下。此外,在將基板1的溫度設(shè)定為850℃并以150nm/h的生長(zhǎng)速度使第三n型氮化物半導(dǎo)體層13生長(zhǎng)的情況下,優(yōu)選使第三n型氮化物半導(dǎo)體層13生長(zhǎng)直至厚度成為5nm以上且25nm以下為止。
優(yōu)選的是,V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置與第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的下表面(與第一n型氮化物半導(dǎo)體層9相接的第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的面)11B相距30nm以上。換言之,優(yōu)選的是,圖1所示的距離d為30nm以上。由此,V凹坑構(gòu)造27的直徑r易于成為40nm以上且80nm以下。由此,在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)和高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)均能夠容易地提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出。更優(yōu)選的是,圖1所示的距離d為30nm以上且1000nm以下。另外,能夠根據(jù)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面TEM圖像來(lái)求出圖1所示的距離d。
如果將第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的生長(zhǎng)條件之中的至少一者設(shè)為適宜的條件,則圖1所示的距離d成為30nm以上。例如,在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11生長(zhǎng)時(shí),將基板1的溫度優(yōu)選設(shè)定為600℃以上且1000℃以下,更優(yōu)選設(shè)定為650℃以上且950℃以下。此外,在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11生長(zhǎng)時(shí),將第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的生長(zhǎng)速度優(yōu)選設(shè)定為50nm/h以上且1000nm/h以下,更優(yōu)選設(shè)定為50nm/h以上且500nm/h以下。
<p型氮化物半導(dǎo)體層>
作為p型氮化物半導(dǎo)體層17,例如能夠利用在以通式Alx4Gay4Inz4N(0≤x4≤1,0≤y4≤1,0≤z4≤1,x4+y4+z4≠0)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層中摻入了p型摻雜劑而成的層。優(yōu)選的是,利用在以通式Alx4Ga(1-x4)N(0<x4≤0.4,優(yōu)選為0.1≤x4≤0.3)表征的氮化物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的層中摻入了p型摻雜劑而成的層。
p型氮化物半導(dǎo)體層17的p型摻雜劑濃度優(yōu)選為1×1018/cm3以上,更優(yōu)選為2×1018/cm3以上且2×1021/cm3以下。另外,作為p型摻雜劑,優(yōu)選利用鎂。
p型氮化物半導(dǎo)體層17的厚度并不特別限定,優(yōu)選為50nm以上且300nm以下。如果p型氮化物半導(dǎo)體層17的厚度為300nm以下,則能夠縮短p型氮化物半導(dǎo)體層17在生長(zhǎng)時(shí)的加熱時(shí)間。由此,能夠防止p型摻雜劑從p型氮化物半導(dǎo)體層17向發(fā)光層15擴(kuò)散。
p型氮化物半導(dǎo)體層17可以是單層,也可以具有層疊組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同的2層以上的層而構(gòu)成的層疊構(gòu)造。在p型氮化物半導(dǎo)體層17具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,在構(gòu)成p型氮化物半導(dǎo)體層17的層的至少1層中組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同于其他層即可。在p型氮化物半導(dǎo)體層17具有上述的層疊構(gòu)造的情況下,可以在構(gòu)成p型氮化物半導(dǎo)體層17的所有層中厚度均相同,也可以在構(gòu)成p型氮化物半導(dǎo)體層17的層中的至少1層之中厚度不同于其他層。
此外,p型氮化物半導(dǎo)體層17由于與第三n型氮化物半導(dǎo)體層13一起夾著發(fā)光層15,因此作為p型包層來(lái)發(fā)揮功能。
<n側(cè)電極、p側(cè)電極、透明電極層、透明絕緣層>
透明電極層19、p側(cè)電極21以及n側(cè)電極23是用于向氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件供給電力的電極。p側(cè)電極21以及n側(cè)電極23分別可以由焊盤(pán)電極構(gòu)成,也可以構(gòu)成為以擴(kuò)散電流為目的的分支電極與焊盤(pán)電極連接。
透明電極層19例如優(yōu)選由ITO(Indium Tin Oxide:氧化銦錫)或IZO(Indium Zinc Oxide:氧化銦鋅)等構(gòu)成,優(yōu)選具有20nm以上且200nm以下的厚度。
p側(cè)電極21以及n側(cè)電極23例如優(yōu)選構(gòu)成為依次層疊有鎳層、鋁層、鈦層以及金層。但是,在p側(cè)電極21和n側(cè)電極23中,構(gòu)成既可以相同也可以不同。p側(cè)電極21以及n側(cè)電極23的各自的厚度并不特別限定,但如果假定對(duì)p側(cè)電極21以及n側(cè)電極23分別進(jìn)行引線(xiàn)接合,則優(yōu)選為1μm以上。
在p側(cè)電極21之下,優(yōu)選在透明電極層19之下,優(yōu)選設(shè)置有用于防止電流注入p側(cè)電極21的正下方的絕緣層。由此,被p側(cè)電極21遮擋的光量減少,因此能夠提高光取出效率。
作為透明絕緣層25,例如能夠利用SiO2膜。但是,透明絕緣層25的材料并不限定于SiO2。
<載流子濃度與摻雜劑濃度之間的關(guān)系>
載流子濃度是指電子或空穴的濃度,不只是由n型摻雜劑的量或p型摻雜劑的量來(lái)決定的。這種載流子濃度是基于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的電壓-電容特性的結(jié)果來(lái)計(jì)算的,指的是未注入電流的狀態(tài)下的載流子濃度,是進(jìn)行了離子化的雜質(zhì)、進(jìn)行了施主化的結(jié)晶缺陷以及進(jìn)行了受主化的結(jié)晶缺陷所產(chǎn)生的載流子的合計(jì)。
由于n型摻雜劑(例如Si)的活性化率高,因此能夠認(rèn)為n型載流子濃度與n型摻雜劑濃度大致相同。此外,n型摻雜劑濃度能夠通過(guò)SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy;二次離子質(zhì)量分析)測(cè)定深度方向的濃度分布來(lái)容易地求出。進(jìn)而,摻雜劑濃度的相對(duì)關(guān)系(比率)與載流子濃度的相對(duì)關(guān)系(比率)大致相同。鑒于這些內(nèi)容,在本發(fā)明中,實(shí)際利用的是容易測(cè)定的摻雜劑濃度。
[氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造]
以下示出本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的一例。首先,通過(guò)濺射法或MOCVD法,在基板1的上表面1A形成緩沖層3。
然后,通過(guò)MOCVD法、MBE法或VPE法,在緩沖層3之上依次形成基底層5、n型氮化物半導(dǎo)體層7、發(fā)光層15以及p型氮化物半導(dǎo)體層17。
形成基底層5時(shí)的基板1的溫度優(yōu)選為800℃以上且1250℃以下。由此,能夠形成結(jié)晶缺陷少且結(jié)晶質(zhì)量?jī)?yōu)異的基底層5。更優(yōu)選的是,形成基底層5時(shí)的基板1的溫度為900℃以上且1150℃以下。
可以在形成第一n型氮化物半導(dǎo)體層9時(shí),使第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的一部分生長(zhǎng)之后,將形成有第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的一部分的基板1從生長(zhǎng)爐之中暫時(shí)取出,然后在其他爐中使第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的剩余部分生長(zhǎng)。
關(guān)于第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的生長(zhǎng)條件以及第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的生長(zhǎng)條件,如上所述。
另外,在通過(guò)MOCVD法形成基底層5、n型氮化物半導(dǎo)體層7、發(fā)光層15以及p型氮化物半導(dǎo)體層17的情況下,作為Ga原料氣體,能夠利用TMG(三甲基鎵)或TEG(三乙基鎵)。作為A1原料氣體,能夠利用TMA(三甲基鋁)或TEA(三乙基鋁)。作為In原料氣體,能夠利用TMI(三甲基銦)或TEI(三乙基銦)。作為N原料氣體,能夠利用DMHy(二甲基肼)等有機(jī)氮化合物或NH3。在作為n型摻雜劑而利用Si的情況下,作為n型摻雜劑原料氣體,能夠利用SiH4、Si2H6或有機(jī)Si。在作為p型摻雜劑而利用Mg的情況下,作為p型摻雜劑原料氣體,能夠利用Cp2Mg。
接下來(lái),對(duì)p型氮化物半導(dǎo)體層17、發(fā)光層15、第三n型氮化物半導(dǎo)體層13、第二n型氮化物半導(dǎo)體層11以及第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的一部分進(jìn)行蝕刻,使得第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的一部分露出。在通過(guò)該蝕刻而露出的第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的上表面,形成n側(cè)電極23。此外,在p型氮化物半導(dǎo)體層17的上表面,依次形成透明電極層19和p側(cè)電極21。之后,由透明絕緣層25對(duì)透明電極層19的上表面和通過(guò)上述的蝕刻而露出的各層的側(cè)面進(jìn)行覆蓋,使得p側(cè)電極21以及n側(cè)電極23的各上表面露出。由此,可獲得本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[實(shí)施方式的總括]
圖1所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具備:基板1;和在基板1之上依次設(shè)置的n型氮化物半導(dǎo)體層7、包含單量子阱構(gòu)造或多量子阱構(gòu)造的發(fā)光層15、以及p型氮化物半導(dǎo)體層17。n型氮化物半導(dǎo)體層7具有在從基板1側(cè)朝向發(fā)光層15側(cè)的方向上依次設(shè)置的第一n型氮化物半導(dǎo)體層9、第二n型氮化物半導(dǎo)體層11以及第三n型氮化物半導(dǎo)體層13。第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度比第一n型氮化物半導(dǎo)體層9的n型摻雜劑濃度低。第三n型氮化物半導(dǎo)體層13的n型摻雜劑濃度比第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的n型摻雜劑濃度高。在第二n型氮化物半導(dǎo)體層11、第三n型氮化物半導(dǎo)體層13和發(fā)光層15中,局部形成有V凹坑構(gòu)造27。V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置存在于第二n型氮化物半導(dǎo)體層11內(nèi)。由此,在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)和高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)均能夠提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出。
優(yōu)選的是,發(fā)光層15的下表面15B處的V凹坑構(gòu)造27的直徑r為40nm以上且80nm以下。由此,在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)和高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)均能夠容易地提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出。
優(yōu)選的是,V凹坑構(gòu)造27的開(kāi)始點(diǎn)27C的平均位置與第二n型氮化物半導(dǎo)體層11的下表面11B相距30nm以上。由此,在室溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)和高溫下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)均能夠容易地提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出。
優(yōu)選的是,第三n型氮化物半導(dǎo)體層13由GaN或AlGaN構(gòu)成。由此,即便是發(fā)光層15發(fā)出在360nm以上且420nm以下的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)的光的情況,也能夠?qū)⒐獾娜〕鲂示S持得較高。
實(shí)施例
以下,列舉實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明,但本發(fā)明并不限定于這些內(nèi)容。
[實(shí)施例1、2以及比較例1~5]
<實(shí)施例1>
準(zhǔn)備在上表面形成有由凸部以及凹部構(gòu)成的凹凸的藍(lán)寶石基板(直徑為100mm的基板)。凸部在藍(lán)寶石基板的上表面設(shè)置于成為大致等邊三角形的頂點(diǎn)的位置,相鄰的凸部的頂點(diǎn)的間隔為2μm,凸部的高度為0.6μm程度。此外,藍(lán)寶石基板的上表面處的凸部的形狀為大致圓形(直徑為1.2μm)。
然后,對(duì)藍(lán)寶石基板的上表面進(jìn)行了RCA清洗。將RCA清洗后的藍(lán)寶石基板配置于腔室內(nèi)之后,將N2、O2和Ar導(dǎo)入腔室內(nèi),將藍(lán)寶石基板加熱至650℃。通過(guò)濺射Al靶材的反應(yīng)性濺射法,在藍(lán)寶石基板的上表面形成了由AlON結(jié)晶構(gòu)成的緩沖層(厚度為35nm)。上述的AlON結(jié)晶在藍(lán)寶石基板的上表面的法線(xiàn)方向上伸長(zhǎng),由晶粒一致的柱狀結(jié)晶的集合體構(gòu)成。
接下來(lái),將形成有緩沖層的藍(lán)寶石基板放入第一MOCVD裝置內(nèi)。通過(guò)MOCVD法,在緩沖層的上表面使由未摻雜的GaN構(gòu)成的基底層(厚度為3.8μm)生長(zhǎng),接著使由摻入Si的n型GaN構(gòu)成的第一n型氮化物半導(dǎo)體層(厚度為3μm,n型摻雜劑濃度為1×1019/cm3)生長(zhǎng)。
接下來(lái),從第一MOCVD裝置取出藍(lán)寶石基板并放入第二MOCVD裝置內(nèi)。將藍(lán)寶石基板的溫度設(shè)定為850℃,使n型GaN層(厚度為74nm,n型摻雜劑濃度為7×1017/cm3)生長(zhǎng),接著使未摻雜的GaN層(厚度為64nm)生長(zhǎng)。由此,形成了由n型GaN層和未摻雜的GaN層構(gòu)成的第二n型氮化物半導(dǎo)體層(n型摻雜劑濃度為5.4×1017/cm3)。n型GaN層以及未摻雜的GaN層的生長(zhǎng)速度分別為145nm/h。
接下來(lái),以將藍(lán)寶石基板的溫度保持在850℃的狀態(tài)使由摻入Si的n型GaN構(gòu)成的第三n型氮化物半導(dǎo)體層(厚度為20nm,n型摻雜劑濃度為1.1×1019/cm3)生長(zhǎng)。第三n型氮化物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)速度為145nm/h。
接下來(lái),將藍(lán)寶石基板的溫度降低至670℃使發(fā)光層生長(zhǎng)。具體而言,使由未摻雜的GaN構(gòu)成的勢(shì)壘層(厚度為4nm)和由未摻雜的In0.2Ga0.8N構(gòu)成的量子阱層(厚度為3.4nm)各一層地交替生長(zhǎng)。在第三n型氮化物半導(dǎo)體層的上表面形成了最初的勢(shì)壘層(厚度為4nm)。在發(fā)光層的最上部形成了最后的勢(shì)壘層(厚度為8nm)。
接下來(lái),將藍(lán)寶石基板的溫度提升至1200℃。在最后的勢(shì)壘層的上表面,使由p型Al0.2Ga0.8N層以及p型GaN層構(gòu)成的p型氮化物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)。為使p型氮化物半導(dǎo)體層的p型摻雜劑濃度最終變?yōu)樽鳛槟繕?biāo)的p型摻雜劑濃度,使p型摻雜劑原料氣體的流量適當(dāng)變化。
另外,在使氮化物半導(dǎo)體層進(jìn)行MOCVD生長(zhǎng)時(shí),作為Ga原料氣體而利用了TMG(三甲基鎵),作為Al原料氣體而利用了TMA(三甲基鋁),作為In原料氣體而利用了TMI(三甲基銦),作為N原料氣體而利用了NH3。此外,作為n型摻雜劑原料氣體而利用了SiH4,作為p型摻雜劑原料氣體而利用了Cp2Mg。
接下來(lái),對(duì)p型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光層、第三n型氮化物半導(dǎo)體層、第二n型氮化物半導(dǎo)體層以及第一n型氮化物半導(dǎo)體層的一部分進(jìn)行了蝕刻,使得第一n型氮化物半導(dǎo)體層的一部分露出。在通過(guò)該蝕刻而露出的第一n型氮化物半導(dǎo)體層的上表面,形成了由Au構(gòu)成的n側(cè)電極。在p型氮化物半導(dǎo)體層的上表面,依次形成了由ITO構(gòu)成的透明電極層和由Au構(gòu)成的p側(cè)電極。之后,按照使p側(cè)電極以及n側(cè)電極的各上表面露出的方式,由SiO2所構(gòu)成的透明絕緣層對(duì)透明電極層的上表面和通過(guò)上述的蝕刻而露出的各層的側(cè)面進(jìn)行覆蓋。
接下來(lái),將藍(lán)寶石基板分割為620×680μm尺寸,將得到的芯片安裝于表面安裝型封裝件。通過(guò)引線(xiàn)接合法而將p側(cè)電極以及n側(cè)電極連接至表面安裝型封裝件的電極,并用樹(shù)脂對(duì)芯片進(jìn)行了密封。如此一來(lái),獲得了實(shí)施例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
使得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件以120mA的電流動(dòng)作,測(cè)定出室溫(25℃)以及高溫(80℃)下的光輸出。本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出,在25℃下為161mW,在80℃下為159mW。本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光峰值波長(zhǎng)約為450nm。
另外,按照上述的方法形成了第三n型氮化物半導(dǎo)體層之后,在不使發(fā)光層生長(zhǎng)的情況下確認(rèn)了V凹坑構(gòu)造的大小以及位置。具體而言,在第三n型氮化物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)結(jié)束后立即降低藍(lán)寶石基板的溫度,并從第二MOCVD裝置取出了該藍(lán)寶石基板。通過(guò)AFM觀察第三n型氮化物半導(dǎo)體層的上表面時(shí),確認(rèn)出在第三n型氮化物半導(dǎo)體層的上表面以面密度4×107/cm2形成了V凹坑構(gòu)造。通過(guò)AFM確認(rèn)出V凹坑構(gòu)造的直徑r為49nm。通過(guò)剖面TEM確認(rèn)出V凹坑構(gòu)造的開(kāi)始點(diǎn)的平均位置存在于第二n型氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)。
<實(shí)施例2>
在第二n型氮化物半導(dǎo)體層以及第三n型氮化物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)時(shí),將藍(lán)寶石基板的溫度設(shè)為830℃,將生長(zhǎng)速度設(shè)為100nm/h。除了這兩點(diǎn)之外,按照上述實(shí)施例1所記載的方法,制作出實(shí)施例2的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
使得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件以120mA的電流動(dòng)作,測(cè)定出室溫(25℃)以及高溫(80℃)下的光輸出。本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出,在25℃下為163mW,在80℃下為160mW。本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光峰值波長(zhǎng)約為450nm。
另外,按照上述實(shí)施例1所記載的方法,確認(rèn)出V凹坑構(gòu)造的大小以及位置。確認(rèn)出在第三n型氮化物半導(dǎo)體層的上表面以面密度5×107/cm2形成了V凹坑構(gòu)造。確認(rèn)出V凹坑構(gòu)造的直徑r為74nm。確認(rèn)出V凹坑構(gòu)造的開(kāi)始點(diǎn)的平均位置存在于第二n型氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)。
<比較例1~5>
在第二n型氮化物半導(dǎo)體層以及第三n型氮化物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)時(shí),將藍(lán)寶石基板的溫度設(shè)為表1所示的溫度,將生長(zhǎng)速度設(shè)為表1所示的速度。除了這兩點(diǎn)之外,按照與上述實(shí)施例1同樣的方法,制作出比較例1~5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
按照上述實(shí)施例1所記載的方法,測(cè)定25℃以及80℃下的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出,求出第三n型氮化物半導(dǎo)體層的上表面處的V凹坑構(gòu)造的面密度,并求出V凹坑構(gòu)造的直徑r。此外,確認(rèn)出V凹坑構(gòu)造的開(kāi)始點(diǎn)的平均位置。
<結(jié)果和考察>
在表1以及圖2中示出結(jié)果。另外,在表1以及后述的表2中,“距離d(nm)*11”是指圖1所示的距離d,即,是指V凹坑構(gòu)造的開(kāi)始點(diǎn)的平均位置與第二n型氮化物半導(dǎo)體層的下表面之間的距離。在圖2、表1以及后述的表2中,V凹坑構(gòu)造的直徑r為0nm是指未形成V凹坑構(gòu)造。
[表1]
在比較例1~3中,V凹坑構(gòu)造的直徑r大于80nm。此外,25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均低于實(shí)施例1以及2。
在比較例4以及比較例5中,V凹坑構(gòu)造的直徑r為0nm,未形成V凹坑構(gòu)造。此外,25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均低于實(shí)施例1以及2。尤其是,80℃下的光輸出比實(shí)施例1以及2明顯下降。
另一方面,在實(shí)施例1以及2中,V凹坑構(gòu)造的直徑r為40nm以上且80nm以下。此外,25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均成為160mW程度。
根據(jù)以上的結(jié)果,如果V凹坑構(gòu)造的直徑r為40nm以上且80nm以下,則25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均能夠提高(圖2)。并且,可知在第二n型氮化物半導(dǎo)體層以及第三n型氮化物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)時(shí),如果使藍(lán)寶石基板的溫度和生長(zhǎng)速度最適化,則V凹坑構(gòu)造的開(kāi)始點(diǎn)的平均位置存在于第二n型氮化物半導(dǎo)體層內(nèi),由此能夠使得V凹坑構(gòu)造的直徑r變?yōu)?0nm以上且80nm以下。
[實(shí)施例3以及比較例6~10]
<實(shí)施例3>
按照上述實(shí)施例1所記載的方法還形成了第三n型氮化物半導(dǎo)體層。然后,將藍(lán)寶石基板的溫度降低至710℃使發(fā)光層生長(zhǎng)。具體而言,使由未摻雜的Al0.05Ga0.95N構(gòu)成的勢(shì)壘層(厚度為4nm)和由未摻雜的In0.08Ga0.82N構(gòu)成的量子阱層(厚度為3.4nm)各一層地交替生長(zhǎng)。在第三n型氮化物半導(dǎo)體層的上表面形成了最初的勢(shì)壘層(厚度為4nm)。在發(fā)光層的最上部形成了最后的勢(shì)壘層(厚度為4nm)。
接下來(lái),將藍(lán)寶石基板的溫度提升至1200℃,按照上述實(shí)施例1所記載的方法使p型氮化物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)。從第二MOCVD裝置取出形成有p型氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石基板之后,按照上述實(shí)施例1所記載的方法將藍(lán)寶石基板分割為440×530μm尺寸。按照上述實(shí)施例1所記載的方法用樹(shù)脂對(duì)得到的芯片進(jìn)行密封從而得到實(shí)施例3的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
在按照上述實(shí)施例1所記載的方法來(lái)測(cè)定25℃以及80℃下的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出時(shí),在25℃下為69mW,在80℃下為65mW。此外,本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光峰值波長(zhǎng)約為405nm。
按照上述實(shí)施例1所記載的方法來(lái)求出第三n型氮化物半導(dǎo)體層的上表面處的V凹坑構(gòu)造的面密度,并求出V凹坑構(gòu)造的直徑r,確認(rèn)出V凹坑構(gòu)造的開(kāi)始點(diǎn)的平均位置。其結(jié)果,獲得與上述實(shí)施例1以及2同樣的結(jié)果。
<比較例6~10>
在第二n型氮化物半導(dǎo)體層以及第三n型氮化物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)時(shí),將藍(lán)寶石基板的溫度設(shè)為表2所示的溫度,將生長(zhǎng)速度設(shè)為表2所示的速度。除了這兩點(diǎn)之外,按照與上述實(shí)施例3同樣的方法,制作出比較例6~10的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光峰值波長(zhǎng)約為405nm。
按照上述實(shí)施例1所記載的方法,測(cè)定25℃以及80℃下的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出,求出第三n型氮化物半導(dǎo)體層的上表面處的V凹坑構(gòu)造的面密度,并求出V凹坑構(gòu)造的直徑r,確認(rèn)出V凹坑構(gòu)造的開(kāi)始點(diǎn)的平均位置。其結(jié)果,獲得與比較例1~5同樣的結(jié)果。
<結(jié)果和考察>
在表2中示出結(jié)果。
[表2]
如表2所示,即便氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光峰值波長(zhǎng)約為405nm,如果V凹坑構(gòu)造的直徑r為40nm以上且80nm以下,則25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均能夠提高。如以上可知,如果不依賴(lài)于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光峰值波長(zhǎng)的值而V凹坑構(gòu)造的直徑r為40nm以上且80nm以下,則25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均能夠提高。
應(yīng)認(rèn)為本次公開(kāi)的實(shí)施方式以及實(shí)施例在所有方面均為例示,并非限制性。本發(fā)明的范圍并非由上述的說(shuō)明來(lái)表示而由要求保護(hù)的范圍來(lái)表示,旨在包含與要求保護(hù)的范圍等同的意思以及范圍內(nèi)的所有變更。
符號(hào)說(shuō)明
1基板;1A,11A,13A,15A上表面;3緩沖層;5基底層;7n型氮化物半導(dǎo)體層;9第一n型氮化物半導(dǎo)體層;11第二n型氮化物半導(dǎo)體層;11B,15B下表面;13第三n型氮化物半導(dǎo)體層;15發(fā)光層;17p型氮化物半導(dǎo)體層;19透明電極層;21p側(cè)電極;23n側(cè)電極;25透明絕緣層;27V凹坑構(gòu)造;27C開(kāi)始點(diǎn)。