TW201320392A - 氮化物半導體發光元件、及氮化物半導體發光元件之製造方法 - Google Patents

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Takashi Kyono
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Masaki Ueno
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Sumitomo Electric Industries
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Abstract

本發明提供一種設置於半極性面上且發光所需之偏壓電壓之上升得以抑制之氮化物半導體發光元件及該氮化物半導體發光元件之製造方法。設置於包含具有半極性面之主面13a之六方晶系氮化物半導體之支持基體上的發光層17之多重量子井構造包含井層17a、井層17c及障壁層17b，障壁層17b係設置於井層17a及井層17c之間，井層17a及井層17c包含InGaN，井層17a及井層17c具有處於0.15以上0.50以下之範圍之銦組成，六方晶系氮化物半導體之主面13a相對於c面之傾斜角α係處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍，障壁層17b之膜厚之值L係處於1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍。

Description

氮化物半導體發光元件、及氮化物半導體發光元件之製造方法
本發明係關於一種氮化物半導體發光元件。
於專利文獻1中揭示有用以改善發光元件之量子井構造(MQW(Multiple Quantum Well，多層量子井)構造、SQW(Single Quantum Well，單一量子井)構造)中之電洞之注入．擴散狀態，從而改善發光效率之技術。
於專利文獻2中揭示有可將活化層中之壓電極化之方向選擇為適當之方向之製造半導體發光元件之方法。
於專利文獻3中揭示有對於井層之載子之注入效率得以提高之氮化物系半導體發光元件。
於非專利文獻1中揭示有具有發出藍綠色雷射之多重量子井構造之LED(Light-Emitting Diode，發光二極體)。於非專利文獻2中揭示有具有發出綠色雷射之多重量子井構造之LD(Laser Diode，雷射二極體)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2002-270894號公報
專利文獻2：日本專利特開2011-77395號公報
專利文獻3：日本專利特開2011-40709號公報
非專利文獻
非專利文獻1："Characterization of blue-green m-plane InGaN light emitting diodes"、You-Da Lin, Arpan Chakraborty, Stuart Brinkley, Hsun Chih Kuo, Thiago Melo, Kenji Fujito, James S. Speck, Steven P. DenBaars, and Shuji Nakamura、Applied Physics Letters 94、261108(2009)。
非專利文獻2："High Quality InGaN/AlGaN Multiple Quantum Wells for Semipolar InGaN Green Laser Diodes"、You-Da Lin, Shuichiro Yamamoto, Chia-Yen Huang, Chia-Lin Hsiung, Feng Wu, Kenji Fujito, Hiroaki Ohta, James S. Speck, Steven P. DenBaars, and Shuji Nakamura、Applied Physics Express3、(2010)082001。
於專利文獻1之發光層為MQW構造之情形時，為使電洞容易於該MQW構造中自p型半導體層之側向n型半導體層之側移動得更遠，而以MQW構造中之複數之障壁層中之至少2層能帶隙互不相同之方式，較佳為以多層中存在階段性地自p型側朝向n型側變低之部分之方式構成MQW構造。於發光層為SQW構造之情形時，使p型側之障壁層組成傾斜，而以能帶隙自p型側朝向n型側變低之方式形成。
於專利文獻2中，一面對基板生產物施加偏壓一面進行基板生產物之光致發光之測定，獲取基板生產物之光致發光之偏壓依存性，該基板生產物係以所選擇之一個或複數個傾斜角成長用於發光層之量子井構造以及p型及n型氮化鎵系半導體層而形成。繼而，根據偏壓依存性，針對基板 主面之所選擇之傾斜角之各個估計發光層中之壓電極化之方向。繼而，根據估計判斷使用與基板主面相對應之傾斜角及與基板主面之背面相對應之傾斜角之任一個，而選擇用於半導體發光元件之製造之成長基板之面方位。於成長基板之主面上形成用於半導體發光元件之半導體積層。
專利文獻3之氮化物半導體發光元件包含：基板，其包含六方晶系氮化鎵系半導體；n型氮化鎵系半導體區域，其設置於基板之主面上；單一量子井構造之發光層，其設置於該n型氮化鎵系半導體區域上；及p型氮化鎵系半導體區域，其設置於發光層上。發光層設置於n型氮化鎵系半導體區域與p型氮化鎵系半導體區域之間，包含井層與障壁層及障壁層。井層為InGaN。基板之主面係沿著自與六方晶系氮化鎵系半導體之c軸方向正交之面以63度以上80度以下或100度以上117度以下之範圍內之傾斜角傾斜之基準平面延伸。
非專利文獻1之LED形成於m面上。非專利文獻2之LD形成於(20-21)面上。
於專利文獻1~3及非專利文獻1、2等中揭示有多種複數之量子井構造。然而，設置於半極性面上之量子井構造具有與設置於c面上之量子井構造不同之應變或極性。如此般之量子井構造之性質之不同點係對設置於半極性面上之量子井構造之能帶構造賦予與c面上不同之應變，故而有量子井構造中之電子之注入效率降低之情形。電子之注入效率之降低導致發光所需之偏壓電壓上升。因此，本發明 之目的在於提供一種鑒於上述事項而完成者，即，提供一種設置於半極性面上且發光所需之偏壓電壓之上升得以抑制之氮化物半導體發光元件及該氮化物半導體發光元件之製造方法。
於設置於六方晶系氮化物半導體之c面上之先前之InGaN之量子井構造中使用例如5 nm以上20 nm以下之膜厚之障壁層。尤其，於發出相對較長之波長之光之發光元件之情形時，井層之銦組成亦相對較高，故而障壁層之膜厚較佳為相對較厚。井層之結晶品質係於銦組成相對較高之情形時降低，其原因在於：伴隨著障壁層之成長，結晶表面之性狀被調節等，從而結晶品質恢復。根據如上所述之情況，發明者係於製造在半極性面上具有量子井構造之發光元件之情形時，最初，與於c面上具有量子井構造之發光元件同樣地，形成包含15 nm左右之厚度之障壁層之多重量子井構造之發光層。然而，明確知道於在半極性面上具有量子井構造之發光元件之情形時，相對較高之偏壓電壓為發光所需。
因此，為了明白如上所述之相對較高之偏壓電壓為發光所需之原因，發明者利用於施加偏壓電壓之狀態下測定光致發光(PL：Photo Luminescence)等方法，調查InGaN之量子井構造之結晶面之光學性質。其結果，發明者發現設置於該半極性面上之InGaN之量子井構造之井層之壓電極化之方向與設置於c面上之InGaN之量子井構造之井層之壓電 極化之方向相反。而且，發明者發現設置於半極性面上之InGaN之井層之壓電極化之方向與設置於c面上之InGaN之井層之壓電極化之方向相反之現象使InGaN之量子井構造內之電子之注入效率降低，由此，導致發光所需之偏壓電壓上升。再者，關於如上所述之InGaN之量子井構造內之電子之注入效率之課題係因如下等原因而通常未被認識：於先前之設置於c面上之InGaN之量子井構造中，設置於c面上之InGaN之井層之壓電極化之方向並非使InGaN之量子井構造內之電子之注入降低之方向；及電洞係本來能帶偏移較小，故而如上所述之壓電極化相關聯之對於注入效率之影響相對較小。
另一方面，發明者發現於設置於某傾斜角之半極性面上之InGaN之多重量子井構造中銦之摻入或InGaN之成長模式對高品質化有利地發揮作用，當成長相對較高之銦組成之井層時能夠不使結晶品質大幅度降低而成長之構造及能夠實現上述情況之InGaN結晶之特質。發明者發現藉由利用該InGaN結晶之特質及半極性面，可使用當成長於c面上時因結晶性之不充分之恢復而發光效率劣化等較薄之膜厚之障壁層，而使不產生發光效率之劣化之結晶品質相對較高之量子井構造成長。發明者對設置於半極性面上之InGaN之多重量子井構造之障壁層之膜厚與該量子井構造之結晶品質之關係進行了研究。該研究之結果，發明者發現於將與井層之膜厚相同等級之相對較薄之膜厚之障壁層設置於半極性面上之構造中，可不使反映結晶性之PL發光 強度降低而維持良好之結晶品質之構造。進而，發明者係當實際上製造包含與井層之膜厚相同等級之相對較薄之膜厚之障壁層且設置於半極性面上之InGaN之量子井構造之發光元件時，於該發光元件中，發現發光所需之偏壓電壓降低、發光波長之半高寬降低、發光效率提高等效果，載子注入效率得以改善。
本發明之若干態樣係根據關於設置於半極性面上之InGaN之多重量子井構造而發明者所獲得之上述知識見解而完成。該等態樣示於以下。
本發明之第1態樣係關於一種氮化物半導體發光元件。氮化物半導體發光元件包含：(a)支持基體，包含六方晶系氮化物半導體，具有自上述六方晶系氮化物半導體之c面沿預先規定之方向傾斜之主面；(b)n型氮化鎵系半導體層，其設置於上述支持基體之上述主面上；(c)發光層，其設置於上述n型氮化鎵系半導體層上，且包含氮化鎵系半導體；及p型氮化鎵系半導體層，其設置於上述發光層上。上述發光層具有多重量子井構造，上述多重量子井構造包含至少兩個井層及至少一個障壁層，上述障壁層設置於上述兩個井層之間，上述兩個井層包含InGaN，上述兩個井層具有處於0.15以上0.50以下之範圍之第1銦組成，上述主面之相對於上述c面之傾斜角處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍，上述障壁層之膜厚處於1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍。
本發明之第1態樣之氮化物半導體發光元件之支持基體 之主面係處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍的半極性面，該氮化物半導體發光元件包含設置於該主面上之多重量子井構造之發光層。產生於設置於如上所述之半極性面上之多重量子井構造之井層之壓電極化之方向係與產生於設置於c面上之井層之壓電極化之方向相反之方向。由此，於設置於半極性面上之多重量子井構造之能帶構造產生與c面上不同之應變。因該能帶構造之應變而發光層中之電子之注入效率降低。然而，由於該氮化物半導體發光元件之障壁層之膜厚相對較薄且處於1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍，故電子容易越過障壁層之能量障壁而移動至相鄰之井層，從而即便於能帶構造產生應變，亦可改善發光層中之電子之注入效率。
進而，本發明之第1態樣之氮化物半導體發光元件之兩個井層具有相對較高之處於0.15以上0.50以下之範圍之第1銦組成。如此，相對於較高銦組成之井層而言，考慮到為使障壁層之結晶性不降低，理想的是膜厚相對較厚之障壁層，但由於本發明之第1態樣之氮化物半導體發光元件之發光層(多重量子井構造)設置於銦之摻入或成長模式對於InGaN之成長而變佳之角度範圍之半極性面上，故即便為如1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍般相對較薄之膜厚之障壁層，亦可調節結晶性，而可維持發光層之結晶品質。再者，於障壁層之膜厚未達1.0 nm之情形時，有結晶性之恢復變得不充分，而發光層之結晶性降低之情形。
於本發明之第1態樣中，較佳為上述障壁層之膜厚為將 上述井層之膜厚加上0.50 nm所得之值以下且自上述井層之膜厚減去0.50 nm所得之值以上。障壁層之膜厚具有與井層之膜厚同等程度之厚度。由此，即便於發光層之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，由於電子容易越過障壁層之能量障壁而移動至相鄰之井層，故發光層中之電子之注入效率之降低亦得以抑制。
於本發明之第1態樣中，較佳為上述障壁層包含InGaN，上述障壁層具有處於0.01以上0.10以下之範圍之第2銦組成。由於障壁層之第2銦組成處於0.01以上0.10以下之範圍，故障壁層之能帶隙降低。由此，即便於發光層之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，由於電子容易越過障壁層之能量障壁，故發光層中之電子之注入效率之降低亦得以抑制。當障壁層之第2銦組成超過0.10時，有障壁層及發光層之結晶性降低之情形。
於本發明之第1態樣中，較佳為上述n型氮化鎵系半導體層包含InGaN層，於上述InGaN層上設置有上述發光層，於上述n型氮化鎵系半導體層之內部之上述InGaN層之上述支持基體側之表面存在錯配(misfit)位錯，上述錯配位錯係沿著和與上述InGaN層之上述表面正交且包含上述六方晶系氮化物半導體之c軸之基準面與上述InGaN層之上述表面所共有之基準軸及上述c軸正交的方向延伸，上述錯配位錯之密度處於5×103 cm-1以上1×105 cm-1以下之範圍。於支持基體與發光層之間設置有InGaN層，於該InGaN層之支持基體側之表面產生密度相對較高之錯配位錯。因此，藉 由該InGaN層，支持基體上之應變得以緩和，故井層中含有之應變亦降低。由此，即便於發光層之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，由於壓電極化被降低，故發光層中之電子之注入效率之降低亦得以抑制。當錯配位錯之密度超過1×105 cm-1時，有缺陷之不良影響亦波及發光層而導致發光效率降低之虞。
於本發明之第1態樣中，較佳為上述InGaN層具有處於0.03以上0.05以下之範圍之第3銦組成。由於設置於支持基體與發光層之間而緩和支持基體上之應變之InGaN層之銦組成處於0.03以上0.05以下之範圍，故支持基體上之應變得以充分緩和。由此，即便於發光層之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，亦有效地抑制發光層中之電子之注入效率降低。當InGaN層之第3銦組成超過0.05時，有錯配位錯之密度過度變高，而導致發光效率降低之虞。
於本發明之第1態樣中，較佳為上述第2銦組成自上述p型氮化鎵系半導體層之側朝向上述n型氮化鎵系半導體層之側增加。由於障壁層之銦組成自p型氮化鎵系半導體層之側朝向n型氮化鎵系半導體層之側增加，故與n型氮化鎵系半導體層之側之銦組成與p型氮化鎵系半導體層之側之銦組成相同之情形相比，障壁層之能帶隙於n型氮化鎵系半導體層之側中降低。由此，即便於發光層之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，由於藉由以緩和上述應變之方式改變障壁層之能帶隙，而電子容易越 過障壁層之能量障壁，故發光層中之電子之注入效率之降低亦得以抑制。
於本發明之第1態樣中，較佳為上述主面之相對於上述c面之傾斜角處於63度以上80度以下之範圍。當主面之傾斜角處於63度以上80度以下之範圍時，尤其，銦之摻入或成長模式對於InGaN之成長而變得良好，因此即便為膜厚較薄之障壁層，亦可使結晶性恢復，從而可抑制發光效率降低。其結果，不會導致發光效率降低，而可提供優異之電子之注入效率。
於本發明之第1態樣中，較佳為上述第1銦組成處於0.24以上0.40以下之範圍。由於井層之銦組成處於0.24以上0.40以下之範圍，故發光層發出500 nm以上570 nm以下之發光波長之光。如此般，於井層之銦組成相對較大之情形時，井層與障壁層之能帶偏移相對較大，故而壓電極化所致之能帶構造之應變之影響變得顯著，但即便為如上所述之情形時，亦可充分抑制發光層中之電子之注入效率降低。
於本發明之第1態樣中，較佳為上述第2銦組成處於0.01以上0.06以下之範圍。由於障壁層之銦組成處於0.01以上0.06以下之範圍，故結晶性之降低得以充分抑制。
於本發明之第1態樣中，較佳為上述障壁層之膜厚處於1.0 nm以上3.5 nm以下之範圍。由於障壁層之膜厚處於1.0 nm以上3.5 nm以下之範圍，故相對較薄。由此，即便於能帶構造產生應變，由於電子容易越過障壁層之能量障壁而 移動至相鄰之井層，故亦可充分抑制發光層中之電子之注入效率降低。
本發明之第2態樣係關於一種氮化物半導體發光元件之製造方法。該製造方法包含如下步驟：(a)準備包含六方晶系氮化物半導體且具有自上述六方晶系氮化物半導體之c面沿預先規定之方向傾斜之主面的基板；(b)於上述基板之上述主面上成長n型氮化鎵系半導體層；(c)於上述n型氮化鎵系半導體層上成長包含氮化鎵系半導體之發光層；及(d)於上述發光層上成長p型氮化鎵系半導體層。該製造方法之特徵在於：上述發光層包含至少第1井層及第2井層與至少一個障壁層，於成長上述發光層之步驟中，於上述n型氮化鎵系半導體層上依序成長上述第1井層、上述障壁層、上述第2井層，上述第1井層及上述第2井層包含InGaN，上述第1井層及上述第2井層具有處於0.15以上0.50以下之範圍之第1銦組成，上述主面之相對於上述c面之傾斜角處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍，上述障壁層之膜厚處於1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍。
於本發明之第2態樣之氮化物半導體發光元件中，支持基體之主面係處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍的半極性面，本發明之第2態樣之氮化物半導體發光元件包含設置於該主面上之多重量子井構造之發光層。產生於設置於如上所述之半極性面上之多重量子井構造之井層之壓電極化之方向成為與產生 於設置於c面上之井層之壓電極化之方向相反之方向，由此，於設置於半極性面上之多重量子井構造之能帶構造產生與c面上不同之應變。因該能帶構造之應變而發光層中之電子之注入效率降低。然而，由於本發明之第2態樣之氮化物半導體發光元件之障壁層之膜厚相對較薄且處於1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍，故電子容易越過障壁層之能量障壁而移動至相鄰之井層，從而即便於能帶構造產生應變，亦可改善發光層中之電子之注入效率。
進而，於本發明之第2態樣之氮化物半導體發光元件中，兩個井層具有相對較高之處於0.15以上0.50以下之範圍之第1銦組成。如此，相對於較高銦組成之井層而言，考慮為使得障壁層之結晶性不降低，理想的是膜厚相對較厚之障壁層，由於本發明之第2態樣之氮化物半導體發光元件之發光層(多重量子井構造)設置於銦之摻入或成長模式對於InGaN之成長而變得良好之角度範圍之半極性面上，故即便為如1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍般相對較薄之膜厚之障壁層，亦可調節結晶性，從而可維持發光層之結晶品質。再者，於障壁層之膜厚未達1.0 nm之情形時，有結晶性之恢復變得不充分，而發光層之結晶性降低之情形。
於本發明之第2態樣中，較佳為上述障壁層之膜厚為將上述井層之膜厚加上0.50 nm所得之值以下且自上述井層之膜厚減去0.50 nm所得之值以上。障壁層之膜厚具有與井層之膜厚同等程度之厚度。由此，即便於發光層之能帶 構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，由於電子容易越過障壁層之能量障壁而移動至相鄰之井層，故發光層中之電子之注入效率之降低亦得以抑制。
於本發明之第2態樣中，較佳為上述障壁層包含InGaN，上述障壁層具有處於0.01以上0.10以下之範圍之第2銦組成。由於障壁層之第2銦組成處於0.01以上0.10以下之範圍，故障壁層之能帶隙降低。由此，即便於發光層之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，由於電子容易越過障壁層之能量障壁，故發光層中之電子之注入效率之降低亦得以抑制。當障壁層之第2銦組成超過0.10時，有障壁層及發光層之結晶性降低之情形。
於本發明之第2態樣中，較佳為上述n型氮化鎵系半導體層包含InGaN層，於上述InGaN層上設置有上述發光層，於上述n型氮化鎵系半導體層之內部之上述InGaN層之上述基板側之表面存在錯配位錯，上述錯配位錯係沿著和與上述InGaN層之上述表面正交且包含上述六方晶系氮化物半導體之c軸之基準面與上述InGaN層之上述表面所共有之基準軸及上述c軸正交的方向延伸，上述錯配位錯之密度處於5×103 cm-1以上1×105 cm-1以下之範圍。於基板與發光層之間設置有InGaN層，於該InGaN層之基板側之表面產生密度相對較高之錯配位錯。因此，藉由該InGaN層而基板上之應變得以緩和，故井層中含有之應變亦降低。由此，即便於發光層之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，由於壓電極化被降低，故發光層中之電子 之注入效率之降低亦得以抑制。當錯配位錯之密度超過1×105 cm-1時，有缺陷之不良影響亦波及發光層而導致發光效率降低之虞。
於本發明之第2態樣中，較佳為上述InGaN層具有處於0.03以上0.05以下之範圍之第3銦組成。由於設置於基板與發光層之間而緩和基板上之應變之InGaN層之銦組成處於0.03以上0.05以下之範圍，故基板上之應變得以充分緩和。由此，即便於發光層之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，亦有效地抑制發光層中之電子之注入效率降低。當InGaN層之第3銦組成超過0.05時，有錯配位錯之密度過度變高而導致發光效率降低之虞。
於本發明之第2態樣中，較佳為上述第2銦組成自上述p型氮化鎵系半導體層之側朝向上述n型氮化鎵系半導體層之側增加。由於障壁層之銦組成自p型氮化鎵系半導體層之側朝向n型氮化鎵系半導體層之側增加，故與n型氮化鎵系半導體層之側之銦組成與p型氮化鎵系半導體層之側之銦組成相同之情形相比，障壁層之能帶隙於n型氮化鎵系半導體層之側中降低。由此，即便於發光層之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，由於藉由以緩和上述應變之方式改變障壁層之能帶隙，而電子容易越過障壁層之能量障壁，故發光層中之電子之注入效率之降低亦得以抑制。
於本發明之第2態樣中，較佳為上述主面之相對於上述c面之傾斜角處於63度以上80度以下之範圍。當主面之傾斜 角處於63度以上80度以下之範圍時，尤其，銦之摻入或成長模式對於InGaN之成長而變得良好，因此即便為膜厚較薄之障壁層，亦可使結晶性恢復，從而亦可抑制發光效率降低。其結果，不會導致發光效率降低，而可提供優異之電子之注入效率。
於本發明之第2態樣中，較佳為上述第1銦組成處於0.24以上0.40以下之範圍。由於井層之銦組成處於0.24以上0.40以下之範圍，故發光層發出500 nm以上570 nm以下之發光波長之光。如此般，於井層之銦組成相對較大之情形時，井層與障壁層之能帶偏移相對較大，故而壓電極化所致之能帶構造之應變之影響變得顯著，但即便於如上所述之情形時，亦可充分抑制發光層中之電子之注入效率降低。
於本發明之第2態樣中，較佳為上述第2銦組成處於0.01以上0.06以下之範圍。由於障壁層之銦組成處於0.01以上0.06以下之範圍，故結晶性之降低得以充分抑制。
於本發明之第2態樣中，較佳為上述障壁層之膜厚處於1.0 nm以上3.5 nm以下之範圍。由於障壁層之膜厚處於1.0 nm以上3.5 nm以下之範圍，故相對較薄。由此，即便於能帶構造產生應變，由於電子容易越過障壁層之能量障壁而移動至相鄰之井層，故亦可充分抑制發光層中之電子之注入效率降低。
根據本發明，可提供一種設置於半極性面上且發光所需 之偏壓電壓之上升得以抑制之氮化物半導體發光元件及該氮化物半導體發光元件之製造方法。
以下，參照圖式，對本發明之較佳之實施形態進行詳細說明。再者，於圖式之說明中，於可能之情形時，對同一要素標註同一符號，並省略重複之說明。圖1係概略性地表示實施形態之氮化物半導體發光元件即發光元件11之構造及用於發光元件11之磊晶基板之構造的圖式。圖1所示之發光元件11係作為用以評估面向雷射二極體(LD)之磊晶構造(應用於LD之磊晶構造)之自發發射光之發光二極體(LED)而例示，亦可為LD。
於圖1之(a)部表示發光元件11，於圖1之(b)部表示用於發光元件11之磊晶基板EP1。磊晶基板EP1具有與發光元件11具有之磊晶層構造(支持基體13、n型氮化鎵系半導體層15、發光層17及p型氮化鎵系半導體層19)相同之磊晶層構造。於接下來之說明中，對構成發光元件11之半導體層進行說明。磊晶基板EP1包含與該等構成發光元件11之半導體層相對應之半導體層(半導體膜)，對於相對應之半導體層，應用用於發光元件11之說明。
於圖1中表示正交座標系統S與結晶座標系統CR。結晶座標系統CR係用以表示支持基體13之六方晶系氮化物半導體之晶軸(c軸、a軸、m軸)之座標系統。X軸與支持基體13之六方晶系氮化物半導體之a軸為同方向，YZ平面係與由支持基體13之六方晶系氮化物半導體之m軸與支持基體 13之六方晶系氮化物半導體之c軸而規定之面平行。
如圖1之(a)部所示，發光元件11包含支持基體13、n型氮化鎵系半導體層15、發光層17、p型氮化鎵系半導體層19、p側電極21、絕緣膜23及n側電極25。n型氮化鎵系半導體層15包含n型GaN層15a、n型披覆層15b及n型導引層15c。發光層17具有由井層17a、障壁層17b及井層17c構成之多重量子井構造。再者，發光層17亦可具有包含三個以上之井層之多重量子井構造。p型氮化鎵系半導體層19包含p型導引層19a、p型披覆層19b及p型接觸層19c。n型氮化鎵系半導體層15、發光層17及p型氮化鎵系半導體層19係於支持基體13上藉由磊晶成長而形成。於支持基體13之主面13a上，依次設置有n型GaN層15a、n型披覆層15b、n型導引層15c、井層17a、障壁層17b、井層17c、p型導引層19a、p型披覆層19b、p型接觸層19c。
支持基體13之c面係沿著面SC延伸。支持基體13之主面13a朝向Z軸之方向，並沿著XY面延伸之方向延伸。主面13a自c面沿預先規定之方向傾斜。主面13a之傾斜角α係以支持基體13之六方晶系氮化物半導體之c面(為(0001)面，圖1所示之面SC)為基準而規定。例如，主面13a可以與c面相對應之面SC為基準，朝向支持基體13之m軸，以傾斜角α傾斜。傾斜角α係由支持基體13之主面13a之法線向量VN與表示c軸之c軸向量VC所成之角度而規定。傾斜角α處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍。尤其，傾斜角α亦可處於63度以上80度以下 之範圍。主面13a可為例如自c面朝向m軸傾斜者，尤其，於朝向m軸之自c面起之傾斜角α為75度之情形時，主面13a可與支持基體13之六方晶系氮化物半導體之(20-21)面相對應。c軸向量VC與(0001)面之法線向量相對應。
於主面13a上，發光層17設置於n型氮化鎵系半導體層15與p型氮化鎵系半導體層19之間。於主面13a上，n型氮化鎵系半導體層15、發光層17及p型氮化鎵系半導體層19沿著法線向量VN之方向(Z軸方向)依序排列。於主面13a上，n型氮化鎵系半導體層15中所包含之n型GaN層15a、n型披覆層15b及n型導引層15c沿著法線向量VN之方向(Z軸方向)依序排列。於主面13a上，發光層17中所包含之井層17a、障壁層17b及井層17c沿著法線向量VN之方向(Z軸方向)依序排列。於主面13a上，p型氮化鎵系半導體層19中所包含之p型導引層19a、p型披覆層19b及p型接觸層19c沿著法線向量VN之方向(Z軸方向)依序排列。
支持基體13可包含例如GaN。由於GaN係作為二元化合物之氮化鎵系半導體，故可提供良好之結晶品質與穩定之基板主面。支持基體13除包含GaN以外，亦可包含例如GaN、InGaN、AlGaN等六方晶系氮化物半導體。
n型氮化鎵系半導體層15係包含n型之氮化鎵系半導體。n型氮化鎵系半導體層15之n型摻雜劑例如為矽(Si)。n型氮化鎵系半導體層15設置於支持基體13上。n型氮化鎵系半導體層15之n型GaN層15a係經由主面13a而連接於支持基體13。n型GaN層15a係包含n型之GaN。n型披覆層15b與n型 GaN層15a連接。n型披覆層15b係包含例如n型之InAlGaN等n型之氮化物系半導體。n型導引層15c與n型披覆層15b連接。n型導引層15c可包含例如n型之GaN或n型之InGaN等n型之氮化鎵系半導體。
n型導引層15c可包含兩個層。該兩個層中，第一個層係包含n型之GaN之n型GaN導引層15d，第二個層係包含n型之InGaN之n型InGaN導引層15e，n型GaN導引層15d與n型披覆層15b連接，n型InGaN導引層15e設置於n型GaN導引層15d上，n型InGaN導引層15e與n型GaN導引層15d連接。n型導引層15c之內部之n型InGaN導引層15e之支持基體13側之表面15f(n型GaN導引層15d與n型InGaN導引層15e之界面)包含錯配位錯。該錯配位錯係沿著和與n型InGaN導引層15e之表面15f正交且包含c軸之基準面(沿著a面延伸之面)與表面15f所共有之基準軸及c軸正交的方向(沿著a軸)延伸。該錯配位錯之密度處於5×103 cm-1以上1×105 cm-1以下之範圍。n型InGaN導引層15e之銦組成(第3銦組成)處於0.03以上0.05以下之範圍。
發光層17具有多重量子井構造。發光層17包含銦，可包含InGaN等氮化鎵系半導體。井層17a與n型導引層15c之n型InGaN導引層15e連接。井層17a包含銦，可包含InGaN等氮化鎵系半導體。障壁層17b與井層17a連接。障壁層17b設置於井層17a與井層17c之間。障壁層17b包含銦，可包含InGaN等氮化鎵系半導體。井層17c與障壁層17b連接。井層17c包含銦，可包含InGaN等氮化鎵系半導體。井 層17a之能帶隙與井層17c之能帶隙之任一個均小於障壁層17b之能帶隙。再者，發光層17可包含三個以上之井層與兩個以上之障壁層。
井層17a之銦組成(第1銦組成)處於0.15以上0.50以下之範圍。井層17a之銦組成例如為0.30左右，但可為0.25左右、0.35左右之任一個。井層17a之膜厚例如為2.5 nm左右。
障壁層17b之銦組成(第2銦組成)處於0.01以上0.10以下之範圍，但可處於0.01以上0.06以下之範圍。障壁層17b之膜厚可為將井層17a或井層17c之膜厚加上0.5 nm所得之值以下且自井層17a或井層17c之膜厚減去0.5 nm所得之值以上。具體而言，障壁層17b之膜厚處於4.5 nm以下之範圍，但亦可將障壁層17b之膜厚之上限值設為4.0 nm、3.5 nm、3.0 nm之任一個值。例如，可使得障壁層17b之膜厚處於1.0 nm以上3.5 nm以下之範圍。再者，障壁層17b之膜厚可為1.0 nm以上。障壁層17b亦可具有於自p型氮化鎵系半導體層19向n型氮化鎵系半導體層15之方向上增加之銦組成。
井層17c之銦組成(第1銦組成)處於0.15以上0.50以下之範圍。井層17c之銦組成例如為0.30左右，但可為0.25左右、0.35左右之任一個。井層17c之膜厚例如為2.5 nm左右。井層17c之膜厚可為例如1 nm~5 nm。
發光層17之發光波長係因發光層17之井層(井層17a、井層17c)之銦組成處於0.15以上0.50以下之範圍，故為480 nm以上600 nm以下。再者，亦可將發光層17之發光波長設為500 nm以上570 nm以下。於500 nm以上570 nm以下之發光波長之情形時，發光層17之井層(井層17a、井層17c)之銦組成處於0.24以上0.40以下之範圍。
p型氮化鎵系半導體層19係包含p型之氮化鎵系半導體。p型氮化鎵系半導體層19之p型摻雜劑例如為鎂(Mg)。p型氮化鎵系半導體層19與發光層17之井層17c連接。p型導引層19a設置於發光層17上，並與發光層17連接。p型導引層19a包含一個或複數個p型之氮化鎵系半導體層。p型導引層19a包含不摻雜(ud，undope)之InGaN層。該不摻雜之InGaN層與井層17c連接。p型導引層19a包含設置於該不摻雜之InGaN層上之p型InGaN層。該p型InGaN層與不摻雜之InGaN層連接。p型導引層19a包含設置於該p型InGaN層上之p型GaN層。該p型GaN層與p型InGaN層連接。
p型披覆層19b可包含例如p型之InAlGaN。p型披覆層19b設置於p型導引層19a中所包含之p型GaN層上，並與該p型GaN層連接。
p型接觸層19c設置於p型披覆層19b上，並與p型披覆層19b連接。p型接觸層19c可包含例如p型之GaN。
於發光元件11為LED之情形時，如圖1所示，於p型接觸層19c上設置有p側電極21。p側電極21可包含例如Pd。n側電極25設置於支持基體13之背面13b。n側電極25覆蓋背面13b。n側電極25係經由背面13b而與支持基體13連接。
再者，於發光元件11為LD之情形時，p型氮化鎵系半導 體層19包含脊狀形狀部，p側電極21可包含例如含有Ni/Au之電極與含有Ti/Au之焊墊電極，n側電極25可包含例如含有Ti/Al之電極與含有Ti/Au之焊墊電極。而且，於共振器端面設置有介電多層膜。該介電多層膜可包含例如SiO2/TiO2。
於具有以上說明之構成之發光元件11中，支持基體13之主面13a係處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍的半極性面，發光元件11包含設置於主面13a上之多重量子井構造之發光層17。產生於設置於如上所述之半極性面上之多重量子井構造之發光層17之壓電極化之方向成為與產生於設置於c面上之井層17a及井層17c之壓電極化之方向相反之方向，由此，於設置於半極性面上之多重量子井構造之能帶構造產生與c面上不同之應變。因該能帶構造之應變而發光層17中之電子之注入效率降低。產生於發光層17之壓電極化之方向係與自發光元件11之p區域朝向n區域之方向相同之方向。根據圖2所示之能帶圖可理解：井層17a內之電子E係相對於p型氮化鎵系半導體層(p側)19之方向而與障壁V2(以量子能階Q1為基準之值)對抗，相對於n型氮化鎵系半導體層15(n側)之方向而與障壁V1(以量子能階Q1為基準之值)對抗，因與壓電極化相關之能帶構造之應變而井層17a之障壁V2高於井層17a之障壁V1。高於障壁V1之障壁V2阻礙來自n型氮化鎵系半導體層15之電子E越過障壁層17b之能量障壁而自井層17a移動至井層17c。其結果，較厚之障壁層之較高之障 壁V2有可能使發光層17中之注入效率降低。然而，由於發光元件11之障壁層17b之膜厚相對較薄且處於4.5 nm以下之範圍，故於能帶構造具有如上所述之應變之發光層17中之電子之注入效率與較厚之障壁層之量子井構造之發光層相比，能夠得以改善。若參照圖2所示之能帶圖，則障壁層17b之膜厚之值L處於1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍而相對較薄，故而來自n型氮化鎵系半導體層15之電子E容易自井層17a越過障壁層17b之能量障壁而移動至井層17c，從而可抑制發光層17中之注入效率降低。此處，井層17a至井層17c之厚度可為1 nm~5 nm之範圍。
進而，發光元件11之兩個井層(井層17a及井層17c)具有相對較高之處於0.15以上0.50以下之範圍之銦組成。如此，相對於較高銦組成之井層17a及井層17c而言，考慮為於障壁層17b之成長中使於井層之成長中未完全惡化之結晶性恢復，理想的是膜厚相對較厚之障壁層17b。然而，由於發光元件11之發光層17設置於InGaN之成長中之銦之摻入或成長模式良好之角度範圍之半極性面上，故可調節4.5 nm以下之範圍之膜厚之障壁層17b之結晶性。如此般，可維持包含相對較薄之障壁層之發光層17之結晶品質。
再者，於障壁層17b之膜厚未達1.0 nm之情形時，有當結晶成長時於障壁層17b中未獲得充分之結晶性之恢復而發光層17之結晶性降低之情形。又，若參照圖2，則於因壓電極化而產生應變之能帶構造中，對於電洞H之能帶偏 移相對較小，故而含有應變之能帶構造幾乎不對注入效率產生影響。
又，障壁層17b之膜厚之值L可為將井層17a或井層17c之膜厚加上0.50 nm所得之值以下且自井層17a或井層17c之膜厚減去0.50 nm所得之值以上。於此情形時，障壁層17b之膜厚具有與井層17a或井層17c之膜厚同等程度之厚度。由此，即便發光層17之能帶構造中含有與c面上方向相反之壓電極化所致之應變，由於電子容易越過與井層相同厚度之障壁層17b之能量障壁而自井層17a移動至相鄰之井層17b，故發光層17中之電子之注入效率之降低亦得以抑制。此處，井層17a至井層17c之厚度可為1 nm~5 nm之範圍。
又，當障壁層17b包含InGaN時，障壁層17b可具有處於0.01以上0.1以下之範圍之銦組成。關於具有0.01以上0.10以下之範圍之銦組成之障壁層17b，由於包含所降低之障壁層17b，故藉由於在發光層17之能帶構造產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變之面方位，以緩和上述應變之方式改變障壁層17b之能帶隙，而電子容易越過障壁層17b之能量障壁，從而發光層17中之電子之注入效率之降低得以抑制。當障壁層17b之銦組成超過0.10時，有障壁層17b及發光層17之結晶性降低之情形。
又，n型InGaN導引層15e可具有處於0.03以上0.05以下之範圍之銦組成。當設置於支持基體13與發光層17之間之緩和應變之n型InGaN導引層15e具有處於0.03以上0.05以下 之範圍之銦組成時，發光層17中含有之應變得以充分緩和。由此，於含有與c面上方向相反之壓電極化所致之應變之發光層17之能帶構造中，有效地抑制發光層17中之電子之注入效率之降低。再者，當n型InGaN導引層15e之銦組成超過0.05時，有導致發光效率降低之可能性。
又，n型氮化鎵系半導體層15之n型導引層15c包含n型GaN導引層15d、n型InGaN導引層15e及表面(界面)15f，n型GaN導引層15d係以n型GaN導引層15d及n型InGaN導引層15e構成表面(界面)15f之方式，位於支持基體13與n型InGaN導引層15e之間，並且可於n型InGaN導引層15e上設置發光層17。在n型氮化鎵系半導體層15之內部遠離發光層17而於n型InGaN導引層15e之表面15f存在錯配位錯。該錯配位錯係沿著和與n型InGaN導引層15e之表面15f正交且包含支持基體13之六方晶系氮化物半導體之c軸之基準面與表面15f所共有之基準軸及c軸正交的方向延伸，該錯配位錯之密度可處於5×103 cm-1以上1×105 cm-1以下之範圍。於該形態中，於支持基體13與發光層17之間設置有n型InGaN導引層15e，該n型InGaN導引層15e具有靠近支持基體13之界面15f與靠近發光層17之另一表面(界面)，於該表面15f產生密度相對較高之錯配位錯。因此，藉由該n型InGaN導引層15e及錯配位錯，因支持基體13之晶格常數而引起之應變於n型InGaN導引層15e之半導體層中得以緩和，故而發光層17中含有之應變亦降低。由此，於產生與c面上方向相反之壓電極化所致之應變之發光層17中壓電 極化降低，且發光層17之能帶構造中之電子之注入效率之降低得以抑制。當錯配位錯之密度超過1×105 cm-1時，有因該位錯而引起之缺陷之影響波及發光層17而導致發光效率降低之可能性。再者，當n型InGaN導引層15e之銦組成超過0.05時，有錯配位錯之密度過度變高，而導致發光效率降低之虞。
又，障壁層17b之銦組成可自p型氮化鎵系半導體層19朝向n型氮化鎵系半導體層15增加。
與障壁層之銦組成自n型氮化鎵系半導體層遍及p型氮化鎵系半導體層具有單一之銦組成之形態相比，包含自p型氮化鎵系半導體層19朝向n型氮化鎵系半導體層15增加之銦組成之部分之發光層17係障壁層17b之能帶隙之障壁(靠近n型氮化鎵系半導體層15之界面中之障壁)相對於自井層17a移動至井層17b之電子而降低。由此，關於因與c面上方向相反之壓電極化而產生應變之發光層17之能帶構造，藉由組成傾斜而改變障壁層17之能帶隙時，電子容易越過障壁層17b之能量障壁，故而發光層17中之電子之注入效率之降低得以抑制。
又，主面13a相對於c面之傾斜角α可處於63度以上80度以下之範圍。當主面13a之傾斜角α處於63度以上80度以下之範圍時，尤其，銦之摻入或成長模式對於InGaN之成長而變得良好，故而於膜厚較薄之障壁層之成長中結晶性之恢復成為可能，從而可抑制發光效率降低。其結果，不會導致發光效率降低，而可提供優異之電子之注入效率。
又，井層17a及井層17c之銦組成可處於0.24以上0.40以下之範圍。由於井層17a及井層17c之銦組成處於0.24以上0.40以下之範圍，故發光層17發出500 nm以上570 nm以下之發光波長之光。如此般，於具有相對較大之銦組成之發光層17中，井層17a及井層17c與障壁層17b之能帶偏移相對較大，故而壓電極化所致之對於能帶構造之影響變得顯著。然而，即便於如上所述之情形時，亦可充分抑制發光層17中之電子之注入效率之降低。
又，障壁層17b之銦組成可處於0.01以上0.06以下之範圍。由於障壁層17b之銦組成處於0.01以上0.06以下之範圍，故上述結晶性之降低得以充分抑制。
又，障壁層17b之膜厚可處於1.0 nm以上3.5 nm以下之範圍。由於障壁層17b之膜厚處於1.0 nm以上3.5 nm以下之範圍，故相對較薄。由此，即便於能帶構造產生應變，由於電子容易越過障壁層17b之能量障壁而自井層17a移動至相鄰之井層17b，故亦可充分抑制發光層17中之電子之注入效率降低。
如圖1之(b)部所示，發光元件11之磊晶基板EP1包含與發光元件11之上述各半導體層相對應之半導體層(半導體膜)，用於上述發光元件11之說明適合相對應之半導體層。例如，磊晶基板EP1之表面粗糙度於10 μm見方之範圍內具有1 nm以下之算術平均粗糙度。
繼而，參照圖3及圖4，對實施形態之發光元件11之製造方法進行說明。圖3係表示實施形態之發光元件11之製造 方法之主要步驟之圖式。圖4係模式性地表示實施形態之發光元件11之製造方法之主要步驟中之產品的圖式。圖4所示之磊晶基板EP係對圖1之(b)部所示之磊晶基板EP1形成有p側電極及n側電極等之基板生產物。利用磊晶基板EP1進而製造磊晶基板EP，自該磊晶基板EP中分離發光元件11。
依據圖3所示之步驟流程，利用有機金屬氣相成長法，製造發光元件11之構造之磊晶基板EP與發光元件11。作為用於磊晶成長之原料，使用三甲基鎵(TMG，trimethylgallium)、三甲基銦(TMI，Trimethylindium)、三甲基鋁(TMA，Trimethylaluminium)、氨(NH3)、矽烷(SiH4)及雙環戊二烯基鎂(Cp2Mg)。
於步驟S1中，準備具有包含氮化鎵系半導體之主面13a_1(與主面13a相對應)之基板13_1(與支持基體13相對應)。基板13_1係示於圖4之(a)部等。基板13_1具有背面13b_1(與背面13b相對應)。背面13b_1位於主面13a_1之相反側。主面13a_1被鏡面研磨(以上、步驟S1)。
繼而，在以下之條件下於基板13_1上進行磊晶成長。首先，於步驟S3中，於反應爐10內設置基板13_1。於反應爐10內配置有例如石英流道等石英製之治具。於必要之情形時，於攝氏1050度左右之溫度及27 kPa左右之爐內壓力下，一面將包含NH3與H2之熱處理氣體供給至反應爐10，一面進行熱處理10分鐘左右。藉由該熱處理，於主面13a_1等發生表面改質(以上、步驟S3)。
於該熱處理之後，於步驟S5中，於基板13_1上成長氮化鎵半導體層而形成磊晶基板EP及磊晶基板EP1。環境氣體包含載氣及次流氣體(subflow gas)。環境氣體可包含例如N2及H2之至少一者。步驟S5包含下述之步驟S51、步驟S52及步驟S53。
於步驟S51中，將原料氣體與環境氣體供給至反應爐10，進行磊晶成長而形成n型氮化鎵系半導體層15_1(與n型氮化鎵系半導體層15相對應)。n型氮化鎵系半導體層15_1係示於圖4之(a)部等。步驟S51中使用之原料氣體包含用於III族構成元素及V族構成元素之原料與n型摻雜劑。首先，於主面13a_1上成長n型GaN層15a_1(與n型GaN層15a相對應)，繼而，於n型GaN層15a_1上成長n型GaN系半導體層15b_1(與n型披覆層15b相對應)，繼而，於n型GaN系半導體層15b_1上成長n型GaN系半導體層15c_1(與n型導引層15c相對應)。n型氮化鎵系半導體層15_1之表面15_1a(n型GaN系半導體層15c_1之表面)之傾斜角與主面13a_1之傾斜角(與傾斜角α相對應)相對應(以上、步驟S51)。又，n型GaN系半導體層15c_1可包含兩個層(分別與n型GaN導引層15d及n型InGaN導引層15e相對應)。構成n型GaN系半導體層15c_1之兩個層中與n型InGaN導引層15e相對應之層之基板13_1側之表面(構成n型GaN系半導體層15c_1之兩個層之界面)包含錯配位錯。該錯配位錯係沿著和與構成n型GaN系半導體層15c_1之兩個層之界面正交且包含c軸之基準面(沿著a面延伸之面)與構成n型GaN系半導 體層15c_1之兩個層之界面所共有之基準軸及c軸正交的方向(a軸方向)延伸。該錯配位錯之密度處於5×103 cm-1以上1×105 cm-1以下之範圍。構成n型GaN系半導體層15c_1之兩個層中與n型InGaN導引層15e相對應之層之銦組成處於0.03以上0.05以下之範圍。
於步驟S52中，將原料氣體與環境氣體供給至反應爐10，進行磊晶成長而形成GaN系量子井層17_1(與發光層17相對應)。GaN系量子井層17_1係示於圖4之(b)部等。步驟S52中使用之原料氣體包含用於III族構成元素及V族構成元素之原料。步驟S52包含下述之步驟S52a、步驟S52b及步驟S52c。於步驟S52a中，於n型GaN系半導體層15c_1上進行成長而形成GaN系井層17a_1(與井層17a相對應)。於步驟S52b中，於GaN系井層17a_1上進行成長而形成GaN系障壁層17b_1(與障壁層17b相對應)。於步驟S52c中，於GaN系障壁層17b_1上進行成長而形成GaN系井層17c_1(與井層17c相對應)(以上、步驟S52)。
繼而，於步驟S53中，將原料氣體與環境氣體供給至反應爐10，進行磊晶成長而形成p型氮化鎵系半導體層19_1(與p型氮化鎵系半導體層19相對應)。p型氮化鎵系半導體層19_1係示於圖4之(c)部等。步驟S53中使用之原料氣體包含用於III族構成元素及V族構成元素之原料與p型摻雜劑。首先，於GaN系井層17c_1上成長p型GaN系半導體層19a_1(與p型導引層19a相對應)，繼而，於p型GaN系半導體層19a_1上成長p型GaN系半導體層19b_1(與p型披覆層 19b相對應)，繼而，於p型GaN系半導體層19b_1上成長p型GaN系半導體層19c_1(與p型接觸層19c相對應)(以上、步驟S53)。藉由以上之步驟S51、步驟S52及步驟S53全部被實施，而形成磊晶基板EP1，結束步驟S5。
繼而，於步驟S7及步驟S9中，形成n側電極及p側電極。首先，對製造LED之發光元件11之情形時之步驟S7及步驟S8進行說明。於步驟S7中，對磊晶基板EP1形成n側電極及p側電極，而形成磊晶基板EP。首先，於p型氮化鎵系半導體層19_1之表面19_1a形成絕緣膜(與絕緣膜23相對應)。繼而，藉由光微影法及乾式蝕刻而於絕緣膜設置開口(與開口23a相對應)，使p型GaN系半導體層19c_1之表面19_1a露出。繼而，於絕緣膜上，藉由真空蒸鍍而形成p側電極(與p側電極21相對應)。繼而，研磨基板13_1之背面13b_1之後，於背面13b_1上藉由真空蒸鍍而形成n側電極(與n側電極25相對應)。n側電極覆蓋研磨後之背面13b_1。藉由上述過程，而形成基板生產物(以上、步驟S7)。繼而，於步驟S9中，將基板生產物分離，而形成發光元件11(步驟S9)。
繼而，對製造LD之發光元件11之情形時之步驟S7及步驟S9進行說明。於步驟S7中，首先，藉由乾式蝕刻而於p型氮化鎵系半導體層19_1形成脊狀形狀部。此處，脊狀形狀部沿將c軸投影於基板主面之方向延伸存在。繼而，於脊狀形狀部之側面形成SiO2之絕緣膜(與絕緣膜23相對應)，脊狀形狀部之上表面係於絕緣膜之開口露出。此 處，開口沿將c軸投影於基板主面之方向延伸存在。繼而，於露出之脊狀形狀部之上表面藉由真空蒸鍍而形成Ni/Au之電極，此處，電極沿將c軸投影於基板主面之方向延伸存在。進而，於絕緣膜及Ni/Au電極上藉由真空蒸鍍而形成Ti/Au之焊墊電極。Ti/Au之焊墊電極覆蓋絕緣膜及Ni/Au電極。Ni/Au之電極與Ti/Au之焊墊電極構成p側電極(與p側電極21相對應)。繼而，對基板13_1之背面13b_1進行研磨直至例如磊晶基板EP1之厚度成為80 μm左右為止之後，於背面13b_1上藉由真空蒸鍍而形成Ti/Al之電極，於該Ti/Al之電極上藉由真空蒸鍍而形成Ti/Au之焊墊電極。Ti/Al之電極與Ti/Au之焊墊電極構成n側電極(與n側電極25相對應)。n側電極覆蓋研磨後之背面13b_1(以上、LD之情形時之步驟S7)。繼而，於步驟S9中，自基板生產物形成雷射條。於該雷射條之共振器端面成膜包含介電多層膜(例如SiO2/TiO2)之反射膜之後，分離成發光元件11(以上、LD之情形時之步驟S9)。
(實施例)
繼而，對實施形態之發光元件11之實驗例進行說明。圖5係表示發光元件11之實施例之構成之圖。圖5所示之構成與磊晶基板EP1之構成相對應。首先，準備具有半極性之主面(與主面13a_1及主面13a相對應)之GaN基板(與基板13_1及支持基體13相對應)。GaN基板之主面係沿著自c面朝向GaN基板之m軸以75度傾斜之(20-21)面延伸。繼而，於NH3及H2之環境中，於攝氏1050度左右之溫度下保持 GaN基板10分鐘左右之時間，進行預處理(熱清洗)。
繼而，熱清洗之後，於攝氏1050度左右之溫度下磊晶成長n-GaN層(與n型GaN層15a_1及n型GaN層15a相對應)。繼而，將溫度降低至攝氏840度左右，磊晶成長2 μm左右之膜厚之n-In0.03Al0.14Ga0.83N層(與n型GaN系半導體層15b_1及n型披覆層15b相對應)。繼而，於攝氏840度左右之溫度下，磊晶成長200 nm左右之膜厚之n-GaN層(與n型GaN導引層15d相對應)。繼而，於攝氏840度左右之溫度下，磊晶成長150 nm左右之膜厚之n-InJGa1-JN層(與n型InGaN導引層15e相對應)。
繼而，將溫度降低至攝氏790度左右，磊晶成長2.5 nm左右之膜厚之In0.30Ga0.70N層(與GaN系井層17a_1及井層17a相對應)。繼而，將溫度升高至攝氏840度左右，磊晶成長膜厚L(nm)之InKGa1-KN層(與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應)。繼而，將溫度降低至攝氏790度左右，磊晶成長2.5 nm左右之膜厚之In0.30Ga0.70N層(與GaN系井層17c_1及井層17c相對應)。
繼而，將溫度升高至攝氏840度左右，磊晶成長50 nm左右之膜厚之不摻雜之In0.02Ga0.98N層，然後，磊晶成長100 nm左右之膜厚之p-In0.02Ga0.98N層，然後，磊晶成長200 nm左右之膜厚之p-GaN層。包含該50 nm左右之膜厚之不摻雜之In0.02Ga0.98N層、100 nm左右之膜厚之p-In0.02Ga0.98N層及200 nm左右之膜厚之p-GaN層之區域與p型GaN系半導體層19a_1及p型導引層19a相對應。繼而，於 攝氏840度左右之溫度下，磊晶成長400 nm左右之膜厚之p-In0.02Al0.07Ga0.91N層(與p型GaN系半導體層19b_1及p型披覆層19b相對應)。繼而，將溫度升高至攝氏1000度左右，磊晶成長50 nm左右之膜厚之p-GaN層(與p型GaN系半導體層19c_1及p型接觸層19c相對應)。
以下，對作為實驗例1而參照之發光元件11(11_1)進行說明。於發光元件11_1中，與n型InGaN導引層15e相對應之n-InJGa1-JN層之銦組成J為0.02，與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之銦組成K為0.02，與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之膜厚之值L為2.5 nm。以於如上所述之情形時製造之發光元件11_1作為實驗例1而進行參照。
對作為實驗例2而參照之發光元件11(11_2)進行說明。於發光元件11_2中，與n型InGaN導引層15e相對應之n-InJGa1-JN層之銦組成J為0.02，與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之銦組成K為0.04，與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之膜厚之值L為2.5 nm。以如此般製造之發光元件11_2為實驗例2。實驗例2與實驗例1之不同點僅為與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之銦組成K之值。
對作為實驗例3而參照之發光元件11(11_3)進行說明。於發光元件11_3中，與n型InGaN導引層15e相對應之n-InJGa1-JN層之銦組成J為0.02，與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之銦組成K係自p側朝向n側 而自0.02連續地變化(增加)成0.04之值，與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之膜厚之值L為2.5 nm。以如此般製造之發光元件11_3為實驗例3而進行參照。實驗例3與實驗例1之不同點僅為與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之銦組成K之值。
對作為實驗例4而參照之發光元件11(11_4)進行說明。於發光元件11_4中，與n型InGaN導引層15e相對應之n-InJGa1-JN層之銦組成J為0.04，與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之銦組成K為0.02，與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之膜厚之值L為2.5 nm。以如此般製造之發光元件11_4為實驗例4而進行參照。實驗例4與實驗例1之不同點僅為與n型InGaN導引層15e相對應之n-InJGa1-JN層之銦組成J之值。
對實驗例5~7進行說明。進而，相對於實驗例1，而與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之膜厚之值L為0.5 nm。以如此般製造之發光元件11_5為實驗例5而進行參照。相對於實驗例1，而與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之膜厚之值L為5 nm。以如此般製造之發光元件11_6為實驗例6而進行參照。相對於實驗例1，而與GaN系障壁層17b_1及障壁層17b相對應之InKGa1-KN層之膜厚之值L為10 nm。以如此般製造之發光元件11_7為實驗例7而進行參照。
參照圖6，對實驗例1進行考察。圖6係表示對於該等實驗例之PL發光波長之測定結果之圖。圖中符號G1a係對於 實驗例1之結果，圖中符號G1b係對於實驗例5之結果，圖中符號G1c係對於實驗例6之結果，圖中符號G1d係對於實驗例7之結果。若參照圖6，則實驗例1及實驗例5~實驗例7之井層之銦組成均相同，但實驗例1之PL發光波長與實驗例5~實驗例7相比，大幅度變短。作為該原因，可考慮以下情況。於支持基體之主面與如(20-21)面般之半極性面相對應之情形時，井層之壓電極化為負，因此，如圖2所示，於發光層之能帶構造產生應變，電子E之波動函數偏向井層之n側，電洞之波動函數偏向井層之p側。然而，考慮到如下情況：如實驗例1之情形般，若設置於鄰接之兩個井層之間之障壁層之膜厚相對較薄，則在處於該障壁層之兩側之鄰接之兩個井層之間之波動函數中產生重疊，不僅於同一井層中電子與電洞結合而產生發光，亦產生經由障壁層而障壁層之一側之井層之電子與另一側之井層之電洞結合而產生發光之現象，因此，檢測出大幅度變短之PL發光波長。另一方面，如圖中符號G1b所示，於障壁層之膜厚較如實驗例1般之2.5 nm更薄而為如實驗例5般之0.5 nm之情形時，成為與井層之膜厚較厚之單一量子井構造大致相等，故而PL發光波長變得相對較長。再者，亦對該等實驗例進行PL發光強度之測定。對於關於PL發光強度之測定結果，於實驗例1、實驗例6、實驗例7之情形時，即於障壁層之膜厚為2.5 nm以上10 nm以下之範圍內，未發現PL發光強度存在明顯之差，但實驗例5之情形即障壁層之膜厚為0.5 nm之情形時之PL發光強度為實驗例1、實驗 例6、實驗例7之情形時之PL發光強度之60%左右而較低。對於如上所述之實驗例5之對於PL發光強度之測定結果係如下所述。認為其原因在於：In組成較高之井層上之障壁層之膜厚相對較薄，因此結晶性之恢復不充分，由於在上述狀態下於該障壁層上成長新井層，從而發光層之整體之結晶品質降低。
繼而，參照圖7~圖11，對實驗例1進行考察。圖7係表示對於實驗例1及實驗例6之發光波長之電流密度依存性之測定結果的圖，圖8係表示對於實驗例1及實驗例6之發光輸出之電流密度依存性之測定結果的圖，圖9係表示對於實驗例1及實驗例6之發光波長之半高寬之電流密度依存性之測定結果的圖，圖10及圖11係表示對於實驗例1及實驗例6之IV特性之測定結果的圖。圖12係表示對於實驗例2、實驗例3及下述實驗例8之IV特性之測定結果的圖。圖11係利用對數表示圖10之縱軸(電流密度)所得之圖，圖13係利用對數表示圖12之縱軸(電流密度)所得之圖。圖7~圖13所示之測定結果係藉由100 μm×100 μm之尺寸之Pd電極用於p側電極，設置於整個背面之Ti/Al/Ti/Au電極用於n側電極之LED之實驗例1、實驗例2、實驗例3、實驗例6及實驗例8而獲得。圖7~圖9所示之結果係對實驗例1及實驗例6藉由施加脈衝電流而獲得。圖10~圖13所示之結果係對實驗例1、實驗例2、實驗例3、實驗例6及實驗例8藉由施加直流電流而獲得。實驗例8之發光元件係實驗例1之構造中多重量子井構造之發光層成為單一量子井構造之發光層之 LED。
於圖7中，圖中符號G2a係對於實驗例1之結果，圖中符號G2b係對於實驗例6之結果。於電流密度較小之情形時，實驗例1具有短於實驗例6之發光波長，與對於PL發光波長之圖6所示之測定結果一致。然而，於電流密度變大而進行相對較高之電流注入之階段中，實驗例1之發光波長與實驗例6之發光波長之波長差縮小，而成為大致相同。認為其原因在於：伴隨著電流注入而壓電極化變弱，於實驗例1中，亦藉由篩選而鄰接之井層間之躍遷機率降低。再者，於障壁層之膜厚為2.5 nm左右之情形時，若為形成於c面上之發光元件，則發光效率降低，但於在如(20-21)面般之半極性面上成長InGaN層之實驗例1之情形時，InGaN層之成長有成為均質且高品質之傾向，故而認為即便障壁層之膜厚極薄，亦可維持發光效率。
於圖8中，圖中符號G3a係對於實驗例1之結果，圖中符號G3b係對於實驗例6之結果。根據圖8所示之測定結果，實驗例1具有高於實驗例6之發光輸出。如上所述，由於實驗例1與實驗例6之PL發光強度相等，故井層之品質應該不存在較大之差異。因此，認為藉由電流注入而產生如圖8所示之實驗例1與實驗例6之間之發光輸出之差異之原因在於實驗例1之載子注入效率較實驗例6優異之方面。
於圖9中，圖中符號G4a係對於實驗例1之結果，圖中符號G4b係對於實驗例6之結果。根據圖9所示之測定結果，實驗例1具有窄於實驗例6之半高寬(FWHM，Full Width Half Maximum)，尤其，實驗例1與實驗例6之半高寬之差係於電流密度相對較低而電子之注入相對較小之階段中顯著。認為於實驗例6之情形時，載子注入效率較差，井間之載子密度不均一，故而半高寬較寬。若使電流密度增加，則載子密度之不均一性多少得以緩和，故而實驗例1與實驗例6之半高寬之差變小，但未達到相等之地步。
於圖10中，圖中符號G5a係對於實驗例1之結果，圖中符號G5b係對於實驗例6之結果。於圖11中，圖中符號G6a係對於實驗例1之結果，圖中符號G6b係對於實驗例6之結果。若參照圖10，則實驗例1相較實驗例6而擴散電流開始流通之電流密度之上升較小，該結果亦證明實驗例1之載子注入效率優異。若參照圖11，則擴散電流開始流通之電流密度之上升電壓係與實驗例1之情形時為2.4伏特，於實驗例6之情形時為2.6伏特。
根據以上之圖7~圖11所示之測定結果可知：藉由將障壁層之膜厚設為相對較薄(例如、2.5 nm左右)，即便於井層之壓電極化為負之情形時，亦可改善發光層中之電子之注入效率。該現象亦反映於弱激發之發光波長變短之方面(弱激發係於圖7所示之測定結果中，與0.05 kA/cm2以下之電流密度相對應)。又，該現象亦反映於擴散電流開始流通之上升電壓變低之方面，例如可將上升電壓設為2.5 V以下。再者，就使載子注入效率與發光效率並立之觀點而言，特佳為使井層之膜厚與障壁層之膜厚為同等程度。即，當弱激發之發光波長變短時，可獲得載子注入效率與 發光效率該兩者均優異之發光層。
繼而，參照圖12及圖13，對實驗例2與實驗例3進行考察。於圖12中，圖中符號G7a係對於實驗例2之結果，圖中符號G7b係對於實驗例3之結果，圖中符號G7c係對於實驗例8之結果。於圖13中，圖中符號G8a係對於實驗例2之結果，圖中符號G8b係對於實驗例3之結果，圖中符號G8c係對於實驗例8之結果。擴散電流開始流通之上升電壓係於實驗例2中為2.3伏特，於實驗例3中成為2.2伏特，相較2.4伏特(參照圖10)之實驗例1，實驗例2與實驗例3之上升電壓得以改善，與單一量子井構造之實驗例8之2.2伏特大致相同。圖12所示之結果及圖13所示之結果係暗示藉由如下效果而載子注入效率得以改善者：對於實驗例2，使整個障壁層之帶隙能降低；及對於實驗例3，藉由組成傾斜而形成緩和壓電極化所致之能帶彎曲般之能帶構造而使對於電子之障壁之高度變低。
又，對實驗例1及實驗例4進行剖面TEM(Transmission Electron Microscopy，穿透式電子顯微鏡)觀察，而進行錯配位錯之測定。當進行剖面TEM觀察時，於實驗例4中，於n側之導引層中所包含之150 nm左右之膜厚之n-InGaN層與200 nm左右之膜厚之n-GaN層之界面確認到2×104 cm-1左右之錯配位錯。與此相對，於實驗例1中之相同部位未確認到錯配位錯。據此可知：於實驗例4中，藉由使n側之導引層之銦組成相對較高，而n側之導引層中所包含之150 nm左右之膜厚之InGaN層使支持基體緩和，從而發光層中 含有之應變得以緩和。
繼而，對實驗例4進行考察。對LD之情形時之實驗例1與LD之情形時之實驗例4，藉由施加脈衝電流而評估雷射特性。實驗例1之Ith(電流閾值)為85 mA，實驗例4之Ith為60 mA。實驗例4之Ith之值低於實驗例1之Ith。於實驗例4之情形時，預想到藉由導引層中所包含之150 nm左右之膜厚之n-InGaN層之緩和而井層之壓電極化略微變小，由此，載子注入效率得以改善。認為藉由於各井層中均一地注入載子，不僅實現發光效率之改善，亦實現內部損耗之降低(於載子注入不均一之情形時，複數之井層中載子密度較低而非透明化之井層作為光之吸收源而發揮作用)。進而，於實驗例4之情形時，認為如下情況亦為實驗例4之Ith之值低於實驗例1之Ith之原因之一：由於導引層中所包含之150 nm左右之膜厚之n-InGaN層之銦組成相對較高，故光封閉效應相對較小。
再者，於實驗例4之情形時，測定之結果係PL發光波長為527 nm，與此相對，振盪波長為522 nm，於實驗例1之情形時，測定之結果係PL發光波長為525 nm，與此相對，振盪波長為517 nm。於設置於如(20-21)面般之半極性面之主面上之發光元件之情形時，壓電極化並非為零，但無論是否產生壓電極化，PL發光波長與振盪波長之差均相對較小，該點意味著：至少於實驗例1及實驗例4之情形時，於PL發光波長之測定時因障壁層之膜厚相對較薄而於鄰接之井層間躍遷機率增大之機制(參照圖6所示之結果)發揮作 用。當該機制發揮作用時，載子注入效率提高。如此般，藉由實驗例1及實驗例4而實際上確認到：於發光元件具有載子注入效率優異之構造之情形時，自電流密度為0.05 kA/cm2左右時之EL發光波長(EL：Electro Luminescence，電致發光)之峰值或相當於該EL振盪波長之峰值之激發密度時之PL發光波長之峰值起，直至振盪波長為止之藍移量為15 nm以下。
根據至目前為止之實施形態之記述可明白：製造氮化物半導體發光元件之方法可包含以下步驟。於基板準備步驟中，準備具有包含六方晶系氮化物半導體之主面之複數之評估用基板。上述評估用基板之主面各自以大於零之角度相對於六方晶系氮化物半導體之c面傾斜。於形成二極體構造之步驟中，為了用於氮化物半導體發光元件之評估，而於複數之評估用基板之主面上分別成長具有包含評估用障壁層及評估用井層之評估用量子井構造之二極體構造。評估用障壁層具有互不相同之厚度。於光致發光光譜(PL)測定步驟中，測定二極體構造之各個中之評估用量子井構造之PL光譜。又，由於評估用量子井構造之評估用障壁層具有互不相同之厚度，故可獲得該PL光譜之峰波長與評估用量子井構造之障壁層之厚度之關係。該關係之一例係示於圖6。於決定步驟中，根據PL峰波長針對障壁層之厚度表現出之依存性關係，決定用於氮化物半導體發光元件之障壁層之厚度。於磊晶基板之形成步驟中，於用於氮化物半導體發光元件之基板之主面上成長具有用於氮化物半導 體發光元件之量子井構造的二極體構造，形成用於氮化物半導體發光元件之磊晶基板，其中，該量子井構造包含具有所決定之厚度之障壁層與井層。然後，於電極步驟中，於磊晶基板上形成電極。電極包含例如陽極電極及陰極電極之至少任一項。基板之主面可與評估用基板之主面同樣地，以大於零之角度相對於上述六方晶系氮化物半導體之c面傾斜。於一實施例中，主面之傾斜角可處於例如50度以上80度以下或130度以上170度以下之範圍。
若參照圖6，則PL光譜之峰波長係當障壁層變薄時暫時減少，然後增加。可根據PL峰波長與障壁層之厚度所示之依存性關係，決定用於氮化物半導體發光元件之障壁層之厚度。於具有該厚度之障壁層之量子井構造中，用於發光之驅動電壓降低。井層之厚度可為例如1 nm~5 nm之範圍。於該製造方法中，氮化物半導體發光元件可使用例如參照圖3及圖4而說明之實施形態而製造。此處，氮化物半導體發光元件可包含雷射二極體及發光二極體之任一者。
利用該製造方法，製造例如以下之氮化物半導體發光元件。氮化物半導體發光元件可包含支持基體與二極體構造。支持基體具有包含六方晶系氮化物半導體之主面。二極體構造設置於支持基體之主面上。二極體構造包含設置於支持基體之主面上之第1導電型III族氮化物半導體層、設置於第1導電型III族氮化物半導體層上之發光層及設置於發光層上之第2導電型III族氮化物半導體層。發光層具有包含第1及第2井層以及障壁層之多重量子井構造。第1 及第2井層中含有壓縮應變，產生於第1及第2井層之壓電極化之方向係與自二極體構造之p區域朝向n區域之方向相同之方向。主面係以大於零之角度相對於六方晶系氮化物半導體之c面傾斜。又，該主面之傾斜角可處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍。氮化物半導體發光元件可包含雷射二極體及發光二極體之任一者。
障壁層之膜厚例如為(DW-0.50)nm以上且(DW+0.50)nm以下，此處，井層可具有厚度DW。此處，井層之厚度DW可為1 nm~5 nm之範圍。
又，障壁層之膜厚可為井層之膜厚以下。此處，井層之厚度可為例如1 nm~5 nm之範圍。
進而，於氮化物半導體發光元件中，障壁層之膜厚可為例如4.5 nm以下。
氮化物半導體發光元件可進而包含設置於二極體構造上且沿著由六方晶系氮化物半導體之c軸及m軸而規定之基準面延伸存在之條狀電極，該條狀電極可包含在二極體構造之表面形成歐姆接觸之歐姆電極，且包含例如鈀。
氮化物半導體發光元件之二極體構造可包含例如脊狀構造，該脊狀構造可沿著由六方晶系氮化物半導體之c軸及m軸而規定之基準面延伸存在。
於第1實施例中，可以如下之方式使對於電子之障壁降低：當障壁層包含InGaN層時，InGaN層具有於自第1井層向第2井層之方向上單調變化之銦組成。銦組成係於例如 自二極體構造之p區域向n區域之方向上增加。
於第2實施例中，二極體構造可進而包含與第1井層連接之光導引層。第1井層與障壁層連接，障壁層與第2井層連接。可以如下之方式使對於電子之障壁降低：使障壁層之III族氮化物半導體之能帶隙小於與該量子井構造形成接觸之光導引層之III族氮化物半導體之能帶隙。
於第3實施例中，二極體構造可進而包含設置於發光層與支持基體之間之光導引層。光導引層包含GaN導引層及InGaN導引層。GaN導引層與InGaN導引層接觸而形成界面。於該界面形成有如下之程度之錯配位錯：當InGaN導引層之銦組成處於0.02以上0.06以下之範圍並且InGaN導引層之厚度處於100 nm以上500 nm以下之範圍時，對發光層之應變帶來影響。錯配位錯密度可處於5×103 cm-1以上1×105 cm-1以下之範圍。藉由c面滑動面之形成而發光層之應變降低，從而發光層之井層之壓電電場降低。藉由應變之緩和，因壓電電場引起之障壁變小。因此，可使對於電子之障壁降低。可實現未達5×103 cm-1之錯配轉變密度之InGaN導引層具有0.01以上0.02以下之範圍之銦組成，且具有50 nm以上200 nm以下之範圍之厚度。
以上，於較佳之實施形態中圖示並說明了本發明之原理，業者應認識到本發明可於不脫離如上所述之原理之狀態下對配置及詳細情況進行變更。本發明並不限定於本實施形態中揭示之特定構成。因此，對根據申請專利範圍及其精神之範圍而獲得之所有修正及變更申請權利。
[產業上之可利用性]
根據本實施形態，可提供一種設置於半極性面上且發光所需之偏壓電壓之上升得以抑制之氮化物半導體發光元件及製造該氮化物半導體發光元件之方法。
10‧‧‧反應爐
11‧‧‧發光元件
13‧‧‧支持基體
13_1‧‧‧基板
13a‧‧‧主面
13a_1‧‧‧主面
13b‧‧‧背面
13b_1‧‧‧背面
15‧‧‧n型氮化鎵系半導體層
15a‧‧‧n型GaN層
15b‧‧‧n型披覆層
15c‧‧‧n型導引層
15d‧‧‧n型GaN導引層
15e‧‧‧n型InGaN導引層
15f‧‧‧表面
15_1‧‧‧n型氮化鎵系半導體層
15_1a‧‧‧表面
15a_1‧‧‧n型GaN層
15b_1‧‧‧n型GaN系半導體層
15c_1‧‧‧n型GaN系半導體層
17‧‧‧發光層
17a‧‧‧井層
17b‧‧‧障壁層
17c‧‧‧井層
17_1‧‧‧GaN系量子井層
17_1a‧‧‧表面
17a_1‧‧‧GaN系井層
17b_1‧‧‧GaN系障壁層
17c_1‧‧‧GaN系井層
19‧‧‧p型氮化鎵系半導體層
19a‧‧‧p型導引層
19b‧‧‧p型披覆層
19c‧‧‧p型接觸層
19_1‧‧‧p型氮化鎵系半導體層
19_1a‧‧‧表面
19a_1‧‧‧p型GaN系半導體層
19b_1‧‧‧p型GaN系半導體層
19c_1‧‧‧p型GaN系半導體層
21‧‧‧p側電極
25‧‧‧n側電極
AX‧‧‧法線軸
CR‧‧‧結晶座標系統
EP‧‧‧磊晶基板
EP1‧‧‧磊晶基板
S‧‧‧座標系統
SC‧‧‧面
VC‧‧‧c軸向量
VN‧‧‧法線向量
X‧‧‧軸
Y‧‧‧軸
Z‧‧‧軸
a‧‧‧軸
c‧‧‧軸
m‧‧‧軸
α‧‧‧傾斜角
圖1(a)、(b)係表示實施形態之發光元件之構成之圖。
圖2係用以說明實施形態之發光元件之效果之圖。
圖3係用以說明實施形態之發光元件之製造方法之圖。
圖4(a)-(c)係模式性地表示本實施形態之發光元件之製造方法之主要步驟中之產品的圖。
圖5係表示實施形態之發光元件之實驗例之構成之圖。
圖6係表示對於實驗例之PL發光波長之測定結果之圖。
圖7係表示對於實驗例之發光波長之電流密度依存性之測定結果的圖。
圖8係表示對於實驗例之發光輸出之電流密度依存性之測定結果的圖。
圖9係表示對於實驗例之發光波長之半高寬之電流密度依存性之測定結果的圖。
圖10係表示對於實驗例之IV特性之測定結果之圖。
圖11係表示對於實驗例之IV特性之測定結果之圖。
圖12係表示對於實驗例之IV特性之測定結果之圖。
圖13係表示對於實驗例之IV特性之測定結果之圖。
11‧‧‧發光元件
13‧‧‧支持基體
13a‧‧‧主面
13b‧‧‧背面
13_1‧‧‧基板
15‧‧‧n型氮化鎵系半導體層
15a‧‧‧n型GaN層
15b‧‧‧n型披覆層
15c‧‧‧n型導引層
15d‧‧‧n型GaN導引層
15e‧‧‧n型InGaN導引層
15f‧‧‧表面
17‧‧‧發光層
17a‧‧‧井層
17b‧‧‧障壁層
17c‧‧‧井層
19‧‧‧p型氮化鎵系半導體層
19a‧‧‧p型導引層
19b‧‧‧p型披覆層
19c‧‧‧p型接觸層
19_1a‧‧‧表面
21‧‧‧p側電極
25‧‧‧n側電極
AX‧‧‧法線軸
CR‧‧‧結晶座標系統
EP1‧‧‧磊晶基板
S‧‧‧正交座標系統
SC‧‧‧面
VC‧‧‧c軸向量
VN‧‧‧法線向量
X‧‧‧軸
Y‧‧‧軸
Z‧‧‧軸
a‧‧‧軸
c‧‧‧軸
m‧‧‧軸
α‧‧‧傾斜角

Claims (30)

  1. 一種氮化物半導體發光元件，其特徵在於包含：支持基體，其包含六方晶系氮化物半導體，且具有自上述六方晶系氮化物半導體之c面沿預先規定之方向傾斜之主面；n型氮化鎵系半導體層，其設置於上述支持基體之上述主面上；發光層，其設置於上述n型氮化鎵系半導體層上，且包含氮化鎵系半導體；及p型氮化鎵系半導體層，其設置於上述發光層上；上述發光層具有多重量子井構造，上述多重量子井構造包含至少兩個井層及至少一個障壁層，上述障壁層係設置於上述兩個井層之間，上述兩個井層包含InGaN，上述兩個井層具有處於0.15以上0.50以下之範圍之第1銦組成，上述主面之相對於上述c面之傾斜角係處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍，上述障壁層之膜厚係處於1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍。
  2. 如請求項1之氮化物半導體發光元件，其中上述障壁層之膜厚為將上述井層之膜厚加上0.50 nm所得之值以下且 自上述井層之膜厚減去0.50 nm所得之值以上。
  3. 如請求項1或2之氮化物半導體發光元件，其中上述障壁層包含InGaN，上述障壁層具有處於0.01以上0.10以下之範圍之第2銦組成。
  4. 如請求項1至3中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述n型氮化鎵系半導體層包含InGaN層，於上述InGaN層上設置有上述發光層，於上述n型氮化鎵系半導體層之內部之上述InGaN層之上述支持基體側之表面存在錯配位錯，上述錯配位錯係沿著和與上述InGaN層之上述表面正交且包含上述六方晶系氮化物半導體之c軸之基準面與上述InGaN層之上述表面所共有之基準軸及上述c軸正交的方向延伸，上述錯配位錯之密度處於5×103 cm-1以上1×105 cm-1以下之範圍。
  5. 如請求項4之氮化物半導體發光元件，其中上述InGaN層具有處於0.03以上0.05以下之範圍之第3銦組成。
  6. 如請求項3之氮化物半導體發光元件，其中上述第2銦組成係自上述p型氮化鎵系半導體層之側朝向上述n型氮化鎵系半導體層之側增加。
  7. 如請求項1至6中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述主面之相對於上述c面之傾斜角處於63度以上80度以下之範圍。
  8. 如請求項1至7中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述第1銦組成處於0.24以上0.40以下之範圍。
  9. 如請求項3之氮化物半導體發光元件，其中上述第2銦組成處於0.01以上0.06以下之範圍。
  10. 如請求項1至9中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述障壁層之膜厚處於1.0 nm以上3.5 nm以下之範圍。
  11. 一種氮化物半導體發光元件之製造方法，其特徵在於包含如下步驟：準備包含六方晶系氮化物半導體且具有自上述六方晶系氮化物半導體之c面沿預先規定之方向傾斜之主面的基板；於上述基板之上述主面上成長n型氮化鎵系半導體層；於上述n型氮化鎵系半導體層上成長包含氮化鎵系半導體之發光層；及於上述發光層上成長p型氮化鎵系半導體層；上述發光層包含至少第1井層及第2井層及至少一個障壁層，於成長上述發光層之步驟中，係於上述n型氮化鎵系半導體層上依序成長上述第1井層、上述障壁層、上述第2井層，上述第1井層及上述第2井層包含InGaN，上述第1井層及上述第2井層具有處於0.15以上0.50以下之範圍之第1銦組成， 上述主面之相對於上述c面之傾斜角處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍，上述障壁層之膜厚處於1.0 nm以上4.5 nm以下之範圍。
  12. 如請求項11之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述障壁層之膜厚為將上述井層之膜厚加上0.50 nm所得之值以下且自上述井層之膜厚減去0.50 nm所得之值以上。
  13. 如請求項11或12之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述障壁層包含InGaN，上述障壁層具有處於0.01以上0.10以下之範圍之第2銦組成。
  14. 如請求項11至13中任一項之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述n型氮化鎵系半導體層包含InGaN層，於上述InGaN層上設置有上述發光層，於上述n型氮化鎵系半導體層之內部之上述InGaN層之上述基板側之表面存在錯配位錯，上述錯配位錯係沿著和與上述InGaN層之上述表面正交且包含上述六方晶系氮化物半導體之c軸之基準面與上述InGaN層之上述表面所共有之基準軸及上述c軸正交的方向延伸，上述錯配位錯之密度處於5×103 cm-1以上1×105 cm-1以下之範圍。
  15. 如請求項14之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述InGaN層具有處於0.03以上0.05以下之範圍之第3銦組成。
  16. 如請求項13之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述第2銦組成係自上述p型氮化鎵系半導體層之側朝向上述n型氮化鎵系半導體層之側增加。
  17. 如請求項11至16中任一項之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述主面之相對於上述c面之傾斜角處於63度以上80度以下之範圍。
  18. 如請求項11至17中任一項之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述第1銦組成處於0.24以上0.40以下之範圍。
  19. 如請求項13之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述第2銦組成處於0.01以上0.06以下之範圍。
  20. 如請求項11至19中任一項之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述障壁層之膜厚處於1.0 nm以上3.5 nm以下之範圍。
  21. 一種氮化物半導體發光元件之製造方法，其包含如下步驟：準備具有包含六方晶系氮化物半導體之主面之複數之評估用基板；為了用於上述氮化物半導體發光元件之評估，而於上述複數之評估用基板之主面上分別成長具有包含評估用障壁層及評估用井層之評估用量子井構造的二極體構 造；測定上述二極體構造之各個中之上述評估用量子井構造之光致發光光譜，並且獲取該光致發光光譜之峰波長與上述評估用量子井構造之障壁層之厚度之關係；根據上述關係，決定用於上述氮化物半導體發光元件之障壁層之厚度；及於基板之主面上成長具有用於上述氮化物半導體發光元件之量子井構造的二極體構造，形成磊晶基板，其中，該量子井構造包含具有上述所決定之厚度之障壁層與井層；上述評估用基板及上述基板之上述主面各自具有以大於零之角度相對於上述六方晶系氮化物半導體之c面傾斜之半極性，上述評估用障壁層具有互不相同之厚度。
  22. 如請求項21之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述氮化物半導體發光元件包含雷射二極體及發光二極體之任一者。
  23. 如請求項21或22之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述障壁層之膜厚為(DW-0.50)nm以上且(DW+0.50)nm以下，此處，上述井層具有厚度DW。
  24. 如請求項21至23中任一項之氮化物半導體發光元件之製造方法，其中上述障壁層之膜厚為上述井層之膜厚以下。
  25. 一種氮化物半導體發光元件，其特徵在於包含：支持基體，其具有包含六方晶系氮化物半導體之主 面；及二極體構造，其設置於上述支持基體之上述主面上；上述二極體構造包含：第1導電型III族氮化物半導體層，其設置於上述支持基體之上述主面上；發光層，其設置於第1導電型III族氮化物半導體層上；及第2導電型III族氮化物半導體層，其設置於上述發光層上；上述發光層具有包含第1井層、第2井層及障壁層之多重量子井構造，上述主面具有以大於零之角度相對於上述六方晶系氮化物半導體之c面傾斜之半極性，上述主面之傾斜角處於50度以上80度以下之範圍及130度以上170度以下之範圍之任一個範圍，上述障壁層之膜厚處於4.5 nm以下之範圍。
  26. 如請求項25之氮化物半導體發光元件，其中上述氮化物半導體發光元件包含雷射二極體及發光二極體之任一者。
  27. 如請求項25或26之氮化物半導體發光元件，其進而包含設置於上述二極體構造上且沿著由上述六方晶系氮化物半導體之c軸及m軸而規定之基準面延伸存在的條狀電極。
  28. 如請求項25至27中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述二極體構造包含沿著由上述六方晶系氮化物半導體之c軸及m軸而規定之基準面延伸存在的脊狀構造。
  29. 如請求項25至28中任一項之氮化物半導體發光元件，其 中上述障壁層包含InGaN層，上述InGaN層具有於自上述第1井層向上述第2井層之方向上單調變化之銦組成，上述銦組成係於自上述二極體構造之p區域向n區域之方向上增加。
  30. 如請求項25至29中任一項之氮化物半導體發光元件，其進而包含與上述第1井層連接之光導引層，上述第1井層與上述障壁層連接，上述障壁層與上述第2井層連接，上述障壁層之III族氮化物半導體之能帶隙小於上述光導引層之III族氮化物半導體之能帶隙。
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