TWI535054B - LED components - Google Patents

Description

LED元件

本發明係關於LED元件，尤其關於以氮化物半導體所構成的LED元件。

先前，作為使用氮化物半導體的LED元件，如以藍色發光二極體為代表，於藍寶石基板上藉由磊晶成長，形成半導體層構造體(層積半導體基板)。此種技術係例如於後述專利文獻1及專利文獻2所揭示。

於專利文獻1，揭示具有於藍寶石基板上，依序層積作為n型氮化物半導體，由氮化鎵(GaN)所成之n型接觸層、由n-AlGaN所成之n型被覆層、由n-InGaN所成之活性層、由p-AlGaN所成之p型被覆層、由p-GaN所成之p型接觸層之構造的LED。活性層係利用單量子井結構或多量子井結構來實現。

然後，藍寶石基板與n型接觸層之間，形成有由GaN、AlGaN或AlN所成的緩衝層。於形成活性層的n-InGaN，摻雜有Si及Gc等的施體不純物及/或Zn及Mg等的受體不純物。

於專利文獻2，揭示在形成LED的層積半導體中，於面方位對齊於c軸方向的AlN上，成長形成比其晶格參數大，且面方位對齊於c軸方向的GaN層，並於其上依序形成比其晶格參數小的n-AlGaN層、具有多量子井結構的活性層、p-AlGaN層的內容。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平10-93138號公報

[專利文獻2]日本特開2005-209925號公報

GaN及AlGaN等的氮化物半導體係具有纖維鋅礦型結晶構造(六方晶體構造)。纖維鋅礦型結晶構造之面係利用4指數表記(六方晶體指數)，使用以a1、a2、a3及c所示之基本向量，表示結晶面及方位。基本向量c係延伸於[0001]方向，該方向稱為「c軸」。垂直於c軸之面係稱為「c面」或「(0001)面」。

先前，使用氮化物半導體來製作半導體元件時，作為使氮化物半導體結晶成長的基板，使用主面具有c面基板的基板。實際上，於該基板上使無摻雜的GaN層成長，近而，於其上層使n型的氮化物半導體層成長。

圖7係揭示先前之LED元件90的構造的概略 剖面圖。再者，於以下圖面中，實際的尺寸比與圖面上的尺寸比不一定一致。

LED元件90係於藍寶石等的支持基板11的上層，具有例如以3μm的膜厚形成無摻雜之GaN層的無摻雜層13，與其上層，例如以1.5μm的膜厚形成n-AlGaN層的n型被覆層15。進而，LED元件90係於n型型被覆層15的上層，交互層積例如構成量子井層之膜厚2nm的InGaN與構成障壁層之膜厚5nm的AlGaN，藉此形成MQW(Multi-quantum Well：多重量子井)的活性層17。進而，LED元件90係於活性層17的上層，具有例如以p-AlGaN形成之p型被覆層19，於其上層具有以p+-GaN層形成之P型接觸層21。再者，LED元件90係因應需要，在活性層17與p型被覆層19之間，具有以AlGaN形成之最後阻障層。

在此，構成n型被覆層15的AlGaN係晶格參數小於構成其下層之無摻雜層13的GaN。因此，於n型被覆層15內會產生起因於晶格不匹配的拉伸應力81。再者，拉伸應力81所示之箭頭表示應力的朝向。該拉伸應力81係與n型被覆層15的膜厚之增大一起增大，超過某臨限值的話，會產生伴隨於表面粗化及被覆、結晶缺陷的錯位差排，導致發光效率的降低。

另一方面，n型被覆層15的膜厚過薄時，對形成於p型接觸層21之上面的供電端子(未圖示)與n型被覆層15之間施加電壓的話，從供電端子，電流會透過 位於其正下方附近之p型接觸層21、p型被覆層19、活性層17，往n型被覆層15流通。因此，電流僅流通活性層17內之一部分的區域，發光區域變少，結果導致發光效率的降低。進而，因電流流通於活性層17的一部分，局部發生電流集中，產生在活性層17內之載波的不均勻性，無法取得高發光強度。

本發明係有鑑於前述課題，目的為實現不會產生起因於鄰接於活性層之n型半導體層的晶格不匹配的課題，確保活性層內之水平方向的電流擴散，提升發光效率的LED元件。

本發明的LED元件，係於支持基板上使氮化物半導體層c軸成長所成的LED元件，其特徵為：具有：第1半導體層，係以n型氮化物半導體所構成；電流擴散層，係形成於前述第1半導體層的上層；活性層，係形成於前述電流擴散層的上層，以氮化物半導體所構成；及第2半導體層，係形成於前述活性層的上層，且以p型氮化物半導體所構成；前述電流擴散層，係具有由In_xGa_1-xN(0<x≦0.05)所成之第3半導體層，與由n-Al_yGa_1-yN(0<y≦1)所成之第4半導體層的異質連接，前述第3半導體層的膜厚為10nm以上25nm以下。

藉由由In_xGa_1-xN所成之第3半導體層與由 n-Al_yGa_1-yN所成之第4半導體層的異質連接，因兩材料之能帶隙的不同，於兩層的界面形成能帶彎區域。於該能帶彎區域，形成水平方向移動度高的2維電子氣體層。

在此，將In_xGa_1-xN的In比率提升為高於10%的話，會產生起因於壓電電場之能帶的扭曲，因量子史塔克效應，發光效率會降低。此係即使於重複由In_aGa_1-aN(0<a≦1)所成之量子井層與由Al_bGa_1-bN(0<b≦1)所成之障壁層所構成之多量子井結構來實現活性層之狀況中也相同。在此，In組成的比率係為決定放射光之波長的要因。亦即，作為產生將構成電流擴散層的In_xGa_1-xN，及構成活性層的In_aGa_1-aN(0<a≦1)的In比率設為10%以下時可取出的光線，亦即，波長為例如365nm程度之近紫外光的LED元件，本發明特別有用。

又，將由In_xGa_1-xN所成之第3半導體層的膜厚，設為相較於為了構成一般之多量子井結構的量子井層所形成之In_xGa_1-xN的膜厚(例如2nm程度)，具有充分厚度的10nm以上25nm以下。在一般之多量子井結構中，為了防止量子史塔克效應所致之發光比例的降低，進行將In_xGa_1-xN的膜厚設為2nm程度，就算厚一點，也設為3nm以下。

但是，在本發明的LED元件中，將構成電流擴散層之In_xGa_1-xN的膜厚，設為10nm以上25nm以下。如此，利用增加膜厚，可加大藉由In_xGa_1-xN所形成之幾乎平坦的能帶區域，增加確保電子的容量。到於該區域充 分蓄積電子為止之間，電子無法超越藉由n-Al_yGa_1-yN所形成之障壁。之間，2維電子氣體往平行於界面的方向移動，故電子會往水平方向擴散。亦即，在電子充分地往水平方向擴散，於能帶彎區域及幾***坦的能帶區域內，蓄積了充分量的電子的階段中，電子會超越n-Al_yGa_1-yN的障壁，往p層側移動。亦即，到電流從p層側往n層側流動為止，暫時實現電子往水平方向的擴散。藉此，因為流動於活性層內的電流會往水平方向擴散，可使活性層整體發光，可提升發光效率。

另一方面，藉由本發明者的銳意研究，發現在將In_xGa_1-xN的膜厚設為比25nm厚，例如30nm時，結晶缺陷等的問題會顯著化，光輸出會降低。亦即，In_xGa_1-xN的膜厚係設為不產生結晶缺陷的臨限膜厚以下為佳。

因此，如前述般，利用將In_xGa_1-xN的膜厚設為10nm以上25nm以下，可獲得相較先前的LED元件，提升光輸出的效果。

進而，藉由本發明者的銳意研究，發現利用將n-Al_yGa_1-yN的Si摻雜濃度，設為1×10¹⁸/cm³以上，5×10¹⁸/cm³以下，可擔保此種光輸出的提升效果。例如，可知將Si摻雜濃度設為5×10¹⁷/cm³等之比1×10¹⁸/cm³少之值時，會產生伴隨絕對地載體不足的活性層內之載體的不均勻，另一方面，設為9×10¹⁸/cm³等之比5×10¹⁸/cm³高之值時，會產生效率下降，任一皆無法獲得較高之光輸 出。

因此，利用將In_xGa_1-xN的膜厚設為10nm以上25nm以下之外，進而將n-Al_yGa_1-yN的Si摻雜濃度設為1×10¹⁸/cm³以上，5×10¹⁸/cm³以下，可獲得相較於先前的LED元件，更提升光輸出的效果。

再者，亦可利用將前述第3半導體層與前述第4半導體層層積複數組，實現使前述電流擴散層作為具有複數個前述異質連接的構造。

作為此種構造時，根據形成複數個異質連接的界面，也形成複數個形成2維電子氣體層的電子井。 又，也形成複數個具有電子蓄積層之功能的In_xGa_1-xN所致之電子井。藉此，可更提升電流擴散的效果。

依據本發明，因為可一邊以不導致結晶缺陷之範圍內的膜厚來形成n型被覆層，一邊實現水平方向的電流擴散，所以，可實現發光效率較高的LED元件。

1‧‧‧LED元件

3‧‧‧電流擴散層

11‧‧‧支持基板

13‧‧‧無摻雜層

15‧‧‧n型被覆層

17‧‧‧活性層

19‧‧‧p型被覆層

21‧‧‧p型接觸層

30‧‧‧傳導帶

31‧‧‧價電子帶

32‧‧‧InGaN的費米能階

33‧‧‧AlGaN的費米能階

41‧‧‧形成於AlGaN與InGan的界面的能帶彎區域

42‧‧‧InGaN所形成之幾***坦的能帶區域

81‧‧‧拉伸應力

90‧‧‧LED元件

[圖1]揭示本發明的LED元件之構造的概略剖面圖。

[圖2]揭示使In_xGa_1-xN的In組成變化時，流動於活性層之電流與可從LED元件取得之光輸出的關係的圖表。

[圖3A]模式揭示電流擴散層的理想能帶圖者。

[圖3B]反映壓電電場的影響，模式揭示電流擴散層的能帶圖者。

[圖3C]反映半導體材料的相互作用，模式揭示電流擴散層之傳導帶的能帶圖者。

[圖4]揭示使In_xGa_1-xN的膜厚變化時，流動於活性層之電流與可從LED元件取得之光輸出的關係的圖表。

[圖5]揭示使AlGaN的Si摻雜濃度變化時，流動於活性層之電流與可從LED元件取得之光輸出的關係的圖表。

[圖6A]揭示本發明的LED元件之其他構造的概略剖面圖。

[圖6B]反映半導體材料的相互作用，模式揭示圖6A的構造之電流擴散層之傳導帶的能帶圖者。

[圖7]揭示先前的LED元件之構造的概略剖面圖。

[構造]

圖1係揭示本發明的LED元件1之構造的概略剖面圖。再者，針對與圖7所示之LED元件90相同的構成要件，附加相同的符號。又，於以下各圖面中，實際的尺寸比與圖面上的尺寸比不一定一致。

LED元件1相較於LED元件90，在追加具備 電流擴散層3之處不同。亦即，LED元件1係於藍寶石等的支持基板11的上層，由下依序具備無摻雜層13、n型被覆層15(對應「第1半導體層」)、電流擴散層3、活性層17、p型被覆層19(對應「第2半導體層」)及p型接觸層21。又，與LED元件90相同，因應需要，在活性層17與p型被覆層19之間，具有最後阻障層(未圖示)。

(支持基板11)

支持基板11係以藍寶石基板所構成。再者，除藍寶石之外，以Si、SiC、GaN、YAG等構成亦可。

(無摻雜層13)

無摻雜層13係以GaN形成。更具體來說，藉由由GaN所成之低溫緩衝層，與於其上層由GaN所成之基底層所形成。

(n型被覆層15)

n型被覆層15係以n-Al_nGa_1-nN(0<n<1)構成。再者，作為於接觸無摻雜層13的區域，包含以n-GaN構成之層(保護層)的構造亦可。此時，於保護層，摻雜有Si、Ge、S、Se、Sn、Te等的n型不純物，尤其摻雜Si為佳。

再者，在本實施形態中，作為一例，以n-Al_0.1Ga_0.9N形成n型被覆層15。

(活性層17)

活性層17係以具有例如重複由In_aGa_1-aN(0<a≦1)所成之量子井層與由Al_bGa_1-bN(0<b≦1)所成之障壁層所構成之多量子井結構(MQW)的半導體層所形成。該等之層係作為非摻雜型亦可，作為摻雜p型或n型亦可。

在本實施形態中，作為一例，將活性層17中的量子井層設為In_0.04Ga_0.96N，障壁層設為Al_0.06Ga_0.94N，並重複5週期該量子井層與障壁層，藉此形成活性層17。於LED元件1中，該重複週期數並不限定於5。

(p型被覆層19)

p型被覆層19係以例如所構成p-Al_cGa_1-cN(0<c≦1)構成，摻雜有Mg、Be、Zn、C等的p型不純物。在本實施形態中，作為一例，以p-Al_0.3Ga_0.7N與p-Al_0.07Ga_0.93N的層積構造來形成p型被覆層19。再者，作為於接觸p接觸層21的區域，包含以GaN構成之層(保護層)的構造亦可。此時，於保護層，摻雜有Mg、Be、Zn、C等的p型不純物。

(p型接觸層21)

P型接觸層21係例如以p-GaN構成。尤其高濃度摻雜Mg、Be、Zn、C等的p型不純物，以p+-GaN層構 成。

(電流擴散層3)

電流擴散層3係藉由由In_xGa_1-xN(0<x≦0.05)所成之層(對應「第3半導體層」)，與由n-Al_yGa_1-yN(0<y≦1)所成之層(對應「第4半導體層」)的異質連接所形成。其中，構成第3半導體層的In_xGa_1-xN的膜厚係為10nm以上25nm以下。

[電流擴散層3的效果說明]

以下，針對藉由具備前述構造的電流擴散層3，LED元件1的發光效率相較於先前的LED元件90更為提升之狀況，參照實施例來進行說明。

(第3半導體的In組成相關的考察)

圖2係揭示使構成電流擴散層3的In_xGa_1-xN(第3半導體層)的In組成，亦即x值變化時，流動於活性層17之電流與從LED元件1所得之光線輸出的關係的圖表。再者，為了比較，也記載未設置電流擴散層3之先前的LED元件90的資料。

在In組成為2%、5%時，可知任一皆可大幅取得比先前的LED元件90大的光輸出。另一方面，將In組成設為10%時，可知光輸出降低至低於LED元件90。該結果係表示以下內容者。

圖3A及圖3B係模式揭示電流擴散層3的能帶圖。再者，以下，未著目於各原子的組成時，將第3半導體層表記為InGaN，將第4半導體層表記為AlGaN，但是，並不是規定氮以外的原子的比率為1：1。

相較於InGaN，AlGaN的能帶隙比較大。因此，如圖3A所示，如不考慮後述之極化電場的影響，在構成n型被覆層15的n-AlGaN，與電流擴散層3的AlGaN之間，形成InGaN所致之幾***坦的能帶區域。在此，構成電流擴散層3之InGaN的膜厚，係遠遠厚於構成活性層17之InGaN的膜厚(例如2nm)，以10nm以上25nm以下構成，故廣泛形成幾***坦的能帶區域。

如LED元件1，於構成無摻雜層13的GaN結晶的c面上，使構成n型被覆層15的AlGaN結晶成長，形成異質連接時，如上所述，依據晶格參數差，於GaN結晶產生拉伸應力，在GaN結晶內，於c軸方向發生壓電極化(piezoelectric polarization)。起因於該壓電極化所致之內部電場(壓電電場)，在垂直於構成量子井層之電流擴散層3的InGaN之井面的c軸方向，產生較大的極化電場(壓電電場)。

圖3B係模式揭示考慮該壓電電場的影響所描繪之電流擴散層3的能帶者。因壓電電場，能帶產生歪曲。

能帶的歪曲增大的話，電子與電洞的波動函數之重疊會減少，因電子與電洞再次結合所發光之比例會 降低，產生所謂量子史塔克效應。該歪曲係InGaN中的In組成比越大則越大。於圖2中，在使In組成增加為10%時，相較於未設置電流擴散層3之先前的LED元件90，光輸出降低是因該量子史塔克效應顯著化。

另一方面，In組成為2%、5%時，相較於先前的LED元件90，光輸出會增加。作為該理由，可想到以下的內容。

如圖3A所示，相較於InGaN，AlGaN係電子性能帶隙較大。於圖3A，揭示傳導帶30、價電子帶31以及InGaN的費米能階32及AlGaN的費米能階33。再者，在圖3A中，並未考慮InGaN與AlGaN之間的相互作用。

圖3C係模式揭示反映兩個半導體裝置的相互作用之傳導帶30的狀態者。費米能階32及33相互為等位，但是，因AlGaN與InGaN的能帶的不連續性，接近p層之AlGaN層的傳導帶被往下方拉，產生能帶彎區域41。於該能帶彎區域41內，形成水平方向移動度高的2維電子氣體層。又，如上所述，因增大InGaN層的膜厚，幾***坦的能帶區域42會擴張，可蓄積多數電子，所以，到形成於AlGaN與InGaN之界面的能帶彎區域41及於InGaN之幾***坦的能帶區域42蓄積電子為止，電子不會超過AlGaN的電位而超限。亦即，謀求水平方向之電子的移動，結果，可實現水平方向的電流擴散。亦即，藉由AlGaN與InGaN，實現電流擴散層3。

藉由以上內容，可知利用將InGaN的In比率設為高於0%且5%以下，可獲得提升LED元件1的光輸出的效果。

又，尤其利用增大InGaN的膜厚，可提高電流擴散效果，更有助於光輸出的提升。關於此點，於下說明。

(第3半導體的膜厚相關的考察)

如上所述，根據InGaN形成幾***坦的能帶區域42，於提高蓄積電子的意義中，可說增大第3半導體(InGaN)的膜厚為佳。但是，起因於GaN與InGaN的晶格參數的差，過度增大InGaN的膜厚的話，會產生晶格弛緩，於能帶彎區域41及幾***坦的能帶區域42無法充分蓄積電子。

圖4係揭示使InGaN的膜厚變化時，流動於活性層之電流與可從LED元件取得之光輸出的關係的圖表。再者，In組成設為2%。依據圖4，於InGaN的膜厚10nm中，可獲得與不具備電流擴散層3之先前的LED元件90同等的光輸出，將InGaN的膜厚設為15nm、20nm、25nm時，可知可獲得高於先前的光輸出。再者，將InGaN的膜厚設為15nm時，在施加電流值的廣泛範圍中可獲得最高的光輸出。

相對於此，將InGaN的膜厚設為30nm時，光輸出比先前的LED元件90還低。此係將膜厚設為 30nm時，會產生前述晶格弛緩所致之結晶缺陷，面內的電流的均勻性降低，結果，光輸出也降低。

再者，如圖4所示，將InGaN的膜厚設為小於10nm的5nm時，光輸出降低至低於先前LED元件90。此係參照圖3B，如上所述，理由是因為大幅受到壓電電場的影響，藉由InGaN所形成之幾***坦的能帶區域42也產生傾斜，蓄積電子的能力降低。

藉由以上內容，可知利用將InGaN的膜厚設為10nm以上25nm以下，可獲得提升LED元件1的光輸出的效果。

(第4半導體的Si摻雜濃度相關的考察)

圖5係揭示使構成電流擴散層3之第4半導體(AlGaN)的Si摻雜濃度變化時，流動於活性層之電流與可從LED元件取得之光輸出的關係的圖表。再者，將InGaN的In組成設為2%，將膜厚設為15nm。

依據圖5，在Si摻雜濃度為3×10¹⁸(/cm³)時，顯示最高的光輸出。又，在1×10¹⁸(/cm³)、3×10¹⁸(/cm³)、5×10¹⁸(/cm³)時，可知任一皆顯示高於先前的LED元件90的光輸出(參照圖4)。相對於此，在Si摻雜濃度低於1×10¹⁸(/cm³)的5×10¹⁷(/cm³)之狀況，與高於5×10¹⁸(/cm³)的9×10¹⁸(/cm³)之狀況中，可知光輸出比先前的LED元件90還低(參照圖4)。

此係在AlGaN的Si摻雜濃度為5×10¹⁷(/cm³) 時，因為Si濃度絕對性地低，在活性層17內產生Si的不均，造成光輸出降低。另一方面，在AlGaN的Si摻雜濃度為9×10¹⁸(/cm³)時，因電流集中所致之發熱，發光再結合機率會降低，產生內部發光效率惡化，所謂效率下降現象，所以，光輸出降低。

根據以上內容，可知利用將構成電流擴散層3之AlGaN的Si濃度設為1×10¹⁸(/cm³)以上5×10¹⁸(/cm³)以下，可獲得更加提升LED元件1的光輸出的效果。

[LED元件1的製造方法]

接著，針對本發明的LED元件1的製造方法，進行說明。再者，在後述製造方法中說明的製造條件及膜厚等的尺寸，僅為一例，並不是限定於該等數值者。

<步驟S1>

首先，於支持基板11上，形成無摻雜層13。例如，藉由以下的工程來進行。

(支持基板11的準備)

作為支持基板11，使用藍寶石基板時，進行c面藍寶石基板的清洗。該清洗更具體來說，藉由例如於MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)裝置的處理爐內配置c面藍寶石基板，一邊於處理爐內流通流量為10slm的氫氣，一邊將爐 內溫度例如升溫至1150℃來進行。

(無摻雜層13的形成)

接著，於支持基板11(c面藍寶石基板)的表面，形成由GaN所成的低溫緩衝層，進而於其上層形成由GaN所成的基底層。該等低溫緩衝層及基底層對應無摻雜層13。

無摻雜層13的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為480℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量分別為5slm的氮氣體及氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為50μmol/min的三甲基鎵及流量為250000μmol/min的氨供給68秒間至處理爐內。藉此，於支持基板11的表面，形成厚度為20nm的由GaN所成的低溫緩衝層。

接著，將MOCVD裝置的爐內溫度升溫至1150℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣體及流量為15slm的氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為100μmol/min的三甲基鎵及流量為250000μmol/min的氨供給30分間至處理爐內。藉此，於第1緩衝層的表面，形成厚度為1.7μm的由GaN所成的基底層。

<步驟S2>

接著，於無摻雜層13的上層，形成以n-Al_nGa_1-nN(0<n≦1)構成的n型被覆層15。

n型被覆層15的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣體及流量為15slm的氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為94μmol/min的三甲基鎵、流量為6μmol/min的三甲基鋁、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.025μmol/min的四乙基矽烷供給30分鐘至處理爐內。藉此，將具有Al_0.06Ga_0.94N的組成，Si濃度為3×10¹⁹/cm³且厚度為1.7μm的高濃度電子供給層形成於無摻雜層13的上層。亦即，藉由此工程，至少關於上面的區域，會形成具有Si濃度為3×10¹⁹/cm³且厚度為1.7μm的高濃度電子供給層的n型被覆層15。

再者，作為包含於n型被覆層15的n型不純物，可使用矽(Si)、鍺(Se)、硫(S)、硒(Se)、錫(Sn)及碲(Te)等。在該等之中，尤其矽(Si)為佳。

<步驟S3>

接著，利用於無摻雜層13的上層，形成由In_xGa_1-xN(0<x≦0.05)所成之第3半導體層，與由n-Al_yGa_1-yN(0<y≦1)所成之第4半導體層，來形成電流擴散層3。

電流擴散層3的更具體形成方法係例如以下 所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為830℃。然後，進行一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣體及流量為1slm的氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為10μmol/min的三甲基鎵、流量為12μmol/min的三甲基銦及流量為300000μmol/min的氨，360秒間供給至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為10μmol/min的三甲基鎵、流量為1.6μmol/min的三甲基鋁、0.002μmol/min的四乙基矽烷及流量為300000μmol/min的氨，360秒間供給至處理爐內的步驟。藉此，形成由厚度為15nm的InGaN及厚度為20nm的n-AlGaN所成的電流擴散層3。

<步驟S4>

接著，於電流擴散層3的上層，形成具有重複由In_aGa_1-aN(0<a≦1)所成之量子井層與由Al_bGa_1-bN(0<b≦1)所成之障壁層所構成之多量子井結構的活性層17。

活性層17的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為830℃。然後，進行一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣體及流量為1slm的氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為10μmol/min的三甲基鎵、流量為12μmol/min的三甲基銦及流量為300000μmol/min的氨，48秒間供給至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為10μmol/min的三甲基鎵、流量為 1.6μmol/min的三甲基鋁、0.002μmol/min的四乙基矽烷及流量為300000μmol/min的氨，120秒間供給至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，具有厚度為2nm的由InGaN所成之量子井層及厚度為7nm的由n-AlGaN所成之障壁層所致之5週期的多量子井結構的活性層17被形成於電流擴散層3的上層。

<步驟S5>

接著，於活性層17的上層，形成以p-Al_cGa_1-cN(0<c≦1)構成之p型被覆層19，更於其上層，形成高濃度的p接觸層21。

p型被覆層19及p接觸層21的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa，一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣體及流量為25slm的氫氣體，一邊將爐內溫度升溫至1050℃。之後，作為原料氣體，將流量為35μmol/min的三甲基鎵、流量為20μmol/min的三甲基鋁、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂，60秒間供給至處理爐內。藉此，於活性層17的表面，形成具有厚度為20nm之Al_0.3Ga_0.7N的組成的電洞供給層。之後，藉由將三甲基鋁的流量變更為9μmol/min，並360秒間供給原料氣體，形成具有厚度為120nm之Al_0.07Ga_0.93N的組成的電洞供給層。藉由該等電洞供給層，形成p型被覆層19。

進而，之後，停止三甲基鋁的供給，並且將雙(環戊二烯)鎂的流量變更成0.2μmol/min，20秒間供給原料氣體。藉此，形成厚度為5nm的由p-GaN所成的p型接觸層21。

再者，作為p型不純物，可使用鎂(Mg)、鈹(Be)、鋅(Zn)、碳(C)等。

<步驟S6>

接著，對於在步驟S1~S5中所得之晶圓，進行活性化處理。更具體來說，使用RTA(Rapid Thermal Anneal：快速加熱)裝置，在氮氣氛下以650℃進行15分鐘的活性化處理。

之後，在實現縱型的LED元件時，剝離支持基板11之後，於該支持基板11存在之處，形成電極，用以形成n側電極。又，在實現橫型的LED元件時，到從p側露出n型半導體層為止，進行蝕刻，形成n側電極。再者，此時，作為因應需要，形成透明電極等的電極者亦可。之後，於各電極形成供電端子等，因應需要以透光性高的絕緣層來覆蓋露出之元件側面及上面，藉由引線接合等來進行與基板的連接。

[其他實施形態]

以下，針對其他實施形態進行說明。

於LED元件1中，重複複數個由In_xGa_1-xN (0<x≦0.05)所成之層，與由n-Al_yGa_1-yN(0<y≦1)所成之層的異質連接，來構成電流擴散層3亦可(參照圖6A)。又，圖6B係遵從圖3C，模式揭示圖6A的構造之電流擴散層3的傳導帶的能帶圖。

利用設為如圖6A的構造，因為可具有複數個擔任將電流往水平方向擴散之作用的能帶彎區域41，及具有蓄積電子之功能的幾***坦的能帶區域42，可比圖1的構造，更加提升電流擴散的效果。藉此，可更提升光輸出。

1‧‧‧LED元件

3‧‧‧電流擴散層

11‧‧‧支持基板

13‧‧‧無摻雜層

15‧‧‧n型被覆層

17‧‧‧活性層

19‧‧‧p型被覆層

21‧‧‧p型接觸層

Claims (3)

1. 一種LED元件，係於支持基板上使氮化物半導體層c軸成長所成的LED元件，其特徵為：具有：第1半導體層，係以n型氮化物半導體所構成；電流擴散層，係形成於前述第1半導體層的上層；活性層，係形成於前述電流擴散層的上層，以氮化物半導體所構成；及第2半導體層，係形成於前述活性層的上層，且以p型氮化物半導體所構成；前述電流擴散層，係具有由In_xGa_1-xN(0<x≦0.05)所成之第3半導體層，與由n-Al_yGa_1-yN(0<y≦1)所成之第4半導體層的異質連接，前述第3半導體層的膜厚為10nm以上25nm以下。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之LED元件，其中，前述第4半導體層的Si摻雜濃度為1×10¹⁸/cm³以上，5×10¹⁸/cm³以下。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之LED元件，其中，前述電流擴散層，係利用將前述第3半導體層與前述第4半導體層層積複數組，具有複數個前述異質連接的構造。