TWI806227B - 氮化物半導體發光元件及氮化物半導體發光元件的製造方法 - Google Patents
氮化物半導體發光元件及氮化物半導體發光元件的製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI806227B TWI806227B TW110141470A TW110141470A TWI806227B TW I806227 B TWI806227 B TW I806227B TW 110141470 A TW110141470 A TW 110141470A TW 110141470 A TW110141470 A TW 110141470A TW I806227 B TWI806227 B TW I806227B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- layer
- buffer layer
- type cladding
- less
- arc seconds
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 449
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 140
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 44
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 25
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 23
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 7
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical group C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical group [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本發明所欲解決的問題在於提供一種氮化物半導體發光元件及氮化物半導體發光元件的製造方法，在採用了單一量子阱結構的氮化物半導體發光元件中，能夠提升發光效率。
本發明的解決手段是一種氮化物半導體發光元件，其具備：基板10；緩衝層20，其形成於基板10上；n型包覆層30，其形成於緩衝層20上；及，活性層50，其形成於n型包覆層30上且具有單一量子阱結構50A；緩衝層20的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下。
Description
本發明有關一種氮化物半導體發光元件及氮化物半導體發光元件的製造方法。
近年來，提供了能夠輸出紫外光的發光二極體和雷射二極體等氮化物半導體發光元件，提升了發光效率的氮化物半導體發光元件的開發正在進展(參照專利文獻1)。
專利文獻1所記載之氮化物半導體發光元件具備：藍寶石基板；緩衝層，其形成於藍寶石基板上；n型半導體層(n型包覆層)，其形成於緩衝層上；活性層，其形成於n型半導體層上，並且包含由1層障壁層和1層阱層所構成之單一量子阱結構；電子阻擋層，其形成於活性層上；p型半導體層(p型包覆層和p型接觸層)，其形成於電子阻擋層上；p側電極，其形成於p型半導體層上；及，n側電極，其形成於n型半導體層的一部分區域上。
[先前技術文獻]
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2020-21798號公報
[發明所欲解決的問題]
在專利文獻1中，藉由在n型半導體層與電子阻擋層之間設有由1層障壁層和1層阱層所構成之單一量子阱結構，能夠提升發出中心波長為290nm至360nm的紫外光之氮化物半導體發光元件的發光效率。又，該氮化物半導體發光元件藉由將n型半導體層的厚度或Al組成比調整在適當範圍內，使發光效率提升。
然而，近年來對氮化物半導體發光元件要求的發光效率變得更高，專利文獻1所揭示之氮化物半導體發光元件有時難謂能夠充分對應市場要求。
因此，本發明的目的在於提供一種氮化物半導體發光元件及氮化物半導體發光元件的製造方法，在採用了單一量子阱結構的氮化物半導體發光元件中，能夠提升發光效率。
[解決問題的技術手段]
本發明為了達成上述目的，提供一種氮化物半導體發光元件，其特徵在於，具備：基板；緩衝層，其形成於前述基板上；n型半導體層，其形成於前述緩衝層上；及，活性層，其形成於前述n型半導體層上且具有單一量子阱結構；前述緩衝層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為369.4角秒(arcsec)以上且492.5角秒以下。
又，本發明為了達成上述目的，提供一種氮化物半導體發光元件的製造方法，其特徵在於，具有以下步驟：緩衝層成長步驟，在基板上成長緩衝層；n型半導體層成長步驟，在前述緩衝層上成長n型半導體層；及，活性層成長步驟，在前述n型半導體層上成長具有單一量子阱結構之活性層；在前述緩衝層成長步驟中，以前述緩衝層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下的方式成長前述緩衝層。
[發明的功效]
根據本發明，能夠提供一種氮化物半導體發光元件及氮化物半導體發光元件的製造方法，在採用了單一量子阱結構的氮化物半導體發光元件中，能夠提升發光效率。
[實施方式]
參照圖示來說明本發明的實施方式。另外，以下所說明的實施方式是示出作為實施本發明時的合適的具體例，亦存在具體地例示出技術上較佳的各種技術事項之部分，但是本發明的技術範圍不限定於此具體態樣。又，各圖示中的各構成要素的尺寸比不一定與實際的氮化物半導體發光元件的尺寸比一致。
(氮化物半導體發光元件的構成)
第1圖是概略地示出根據本發明的一實施方式的氮化物半導體發光元件1的構成的一例的剖面圖。氮化物半導體發光元件1(以下，亦僅稱為「發光元件1」)中包含例如雷射二極體或發光二極體(Light Emitting Diode，LED)。在本實施方式中，作為發光元件1，列舉發出中心波長為290nm～365nm(較佳是300nm～330nm)的紫外光之發光二極體(LED)為例進行說明。
如第1圖所示，發光元件1包含：基板10；緩衝層20，其形成於基板10上；n型包覆層30，其形成於緩衝層20上；活性層50，其形成於n型包覆層30上且具有單一量子阱結構50A；電子阻擋層60，其形成於活性層50上；p型包覆層70，其形成於電子阻擋層60上；p型接觸層80p型，其形成於p型包覆層70上；n側電極90，其形成於n型包覆層30的一部分區域上；及，p側電極92，其形成於p型接觸層80上。亦即，發光元件1具有單一量子阱型的發光二極體的構成，該構成是利用由n型包覆層30所構成之n型半導體層及由p型包覆層70和p型接觸層80所構成之p型半導體層來夾持具單一量子阱結構50A之活性層50而成。又，n型包覆層30是隔著緩衝層20形成於基板10上，p型包覆層70是隔著電子阻擋層60形成於活性層50上，p型接觸層80是隔著電子阻擋層60和p型包覆層70形成於活性層50上。
作為構成發光元件1的半導體，能夠使用例如由Al
xGa
1 － xN(0≦x≦1)表示的二元系III族氮化物半導體或三元系III族氮化物半導體。又，可用磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)等來取代一部分的氮(N)。
基板10是包含藍寶石(Al
2O
3)單晶之藍寶石基板。作為基板10，除了藍寶石基板以外，還可使用例如氮化鋁(AlN)基板或氮化鋁鎵(AlGaN)基板。另外，基板10的C面可具有偏離角度。
緩衝層20是由氮化鋁所形成。另外，當基板10是氮化鋁鎵基板時，緩衝層20可由氮化鋁鎵形成。再者，當基板10是藍寶石基板或氮化鋁基板時，緩衝層20較佳是由氮化鋁所形成，當基板10是氮化鋁鎵時，緩衝層20較佳是由具有基板10的Al組成比的±5%左右的Al組成比之氮化鋁鎵所形成。
又，緩衝層20的針對(102)面的X射線搖擺曲線的半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下。較佳是378.2角秒以上且492.5角秒以下。更佳是420.4角秒以上且492.5角秒以下。另外，「針對(102)面的X射線搖擺曲線的半高寬」是藉由X射線搖擺曲線測定，以(102)面作為對象來實行測定而得的測定值的半高寬，是作為晶體品質的指標的數值。以下將「針對(102)面的X射線搖擺曲線的半高寬」稱為「(102)面半高寬」。
另外，當基板10是氮化鋁基板或氮化鋁鎵基板時，X射線搖擺曲線測定中難以辨別緩衝層20與基板10，因此將緩衝層20和基板10合併的(102)面半高寬設為緩衝層20的(102)面半高寬。換言之，當基板10是氮化鋁基板或氮化鋁鎵基板時，由緩衝層20和基板10所構成之底層結構體的(102)面半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下。較佳是378.2角秒以上且492.5角秒以下。更佳是420.4角秒以上且492.5角秒以下。
又，緩衝層20具有0.01μm以上且2.5μm以下的厚度。較佳是具有1.4μm以上且2.1μm以下的厚度。更佳是具有1.4μm以上且1.6μm以下的厚度。
又，將於下文描述詳細內容，在本實施方式中，藉由於將承載盤103上的沉積物D的厚度T設為45μm以上且250μm以下的狀態下成長緩衝層20，來形成緩衝層20。藉此，能夠使緩衝層20的(102)面半高寬在上述規定的範圍內，據此，能夠提升發光元件1的發光效率。
n型包覆層30是摻雜有作為n型雜質的矽(Si)之Al
qGa
1 － qN(0＜q≦1)層，在本實施方式中，是由n型的AlGaN(以下亦僅稱為「n型AlGaN」)所形成。n型包覆層30的摻雜劑濃度(Si濃度)為0.5×10
19[atoms/cm
3]以上且2.5×10
19[atoms/cm
3]以下。另外，作為n型雜質，亦可使用鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)等。
又，形成n型包覆層30的n型AlGaN的Al組成比(亦稱為「Al含有率」或「Al莫耳分率」)為50%以下(0≦q≦0.5)，並且大於阱層52的Al組成比(q＞s)。較佳是25%以上且50%以下(0.25≦q≦0.5)。另外，形成n型包覆層30的AlGaN的Al組成比，較佳是在大於阱層52的Al組成比之範圍內盡可能小的值。又，n型包覆層30具有1μm以上且4μm以下的厚度。較佳是具有2.5μm以上且3.5μm以下的厚度。更佳是具有3μm的厚度。n型包覆層30可以是單層，亦可以是多層結構。
進一步，n型包覆層30的(102)面半高寬為662.1角秒以下。較佳是528.1角秒以下。
另外，在本實施方式中，僅由n型包覆層30構成n型半導體層，但是亦可由n型包覆層30和n型接觸層構成n型半導體層。
又，可在緩衝層20與n型包覆層30之間形成有未摻雜的AlGaN層。在所述情況下，形成該AlGaN層的AlGaN的Al組成比在緩衝層20的Al組成比與n型包覆層30的Al組成比之間的範圍內。較佳是該AlGaN層的Al組成比為與n型包覆層30相同的Al組成比。
活性層50是包含位於n型包覆層30側的單一障壁層51、及位於電子阻擋層60側(亦即，厚度方向上的n型包覆層30的相反側)的由單一阱層52所構成之單一量子阱結構50A而構成。又，活性層50構成為能隙達到3.4eV以上，以能夠輸出波長為365nm以下(較佳是355nm以下)的紫外光。
障壁層51是未摻雜的Al
rGa
1 － rN(0＜r≦1)層。形成障壁層51的AlGaN的Al組成比為90%以下(0≦r≦0.9)，並且大於阱層52的Al組成比(r＞s)。較佳是50%以上且80%以下(0.5≦r≦0.8)。又，障壁層51具有3nm以上且50nm以下的厚度。較佳是10nm以上20nm以下的厚度。障壁層51負責將電子或電洞限制於阱層52並提升阱層52的發光效率。另外，障壁層51可以是包含n型雜質或p型雜質之層。
阱層52是未摻雜的Al
sGa
1 － sN(0≦s＜1)層。形成阱層52的AlGaN的Al組成比為45%以下(0≦s≦0.45)。又，阱層52具有2nm以上且10nm以下的厚度。較佳是具有3nm以上且6nm以下的厚度。
另外，單一量子阱結構50A內的障壁層51和阱層52的配置不限定於上述配置，配置的順序可與上述順序相反。亦即，可以是下述構成：障壁層51位於電子阻擋層60側，阱層52位於n型包覆層30側。
電子阻擋層60是由p型的AlGaN(以下亦僅稱為「p型AlGaN」)所形成的層，由Al組成比為100%的第1電子阻擋層及Al組成比為57%以上且67%以下的第2電子阻擋層所構成。電子阻擋層60負責藉由抑制電子流向p型包覆層70來提升活性層50的發光效率。另外，電子阻擋層60不一定限於p型的半導體層，亦可以是未摻雜的半導體層。又，可以是省略電子阻擋層60並在活性層50上直接形成p型包覆層70之構成。
p型包覆層70是摻雜有作為p型雜質的鎂(Mg)之Al
tGa
1 － tN(0≦t≦1)層，在本實施方式中，是由p型AlGaN所形成。另外，作為p型雜質，亦可使用鋅(Ｚn)、鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、碳(C)等。又，形成p型包覆層70的AlGaN的Al組成比為70%以下(0≦t≦0.7)。較佳是在形成n型包覆層30的n型AlGaN的Al組成比的±10%的範圍內(q－0.1≦t≦q＋0.1)。更佳是與形成n型包覆層30的n型AlGaN的Al組成比相同(t＝q)。又，p型包覆層70具有10nm以上且1000nm以下的厚度。較佳是具有20nm以上且150nm以下的厚度。
p型接觸層80是摻雜有高濃度的Mg等雜質之p型的Al
uGa
1 － uN(0≦u≦1)層，在本實施方式中，由p型AlGaN所形成之p型接觸層80的摻雜劑濃度(Mg濃度)為5×10
18[atoms/cm
3]以上且5×10
21[atoms/cm
3]以下。形成p型接觸層80的AlGaN的Al組成比為10%以下(0≦u≦0.1)。較佳是0%(u＝0)。又，p型接觸層80具有5nm以上且1000nm以下的厚度。
另外，在本實施方式中，由p型接觸層80和p型包覆層70構成p型半導體層，亦可僅由p型接觸層80構成p型半導體層。
n側電極90是由在n型包覆層30上依序積層鈦(Ti)/鋁(Al)/鈦/金(Au)而得的多層膜所形成。
p側電極92是由在p型接觸層80上依序積層鎳(Ni)/金而得的多層膜所形成。
(發光元件的製造裝置)
此處，參照第2圖來說明用於製造發光元件1的發光元件1的製造裝置101。本製造裝置101是垂直式有機金屬化學氣相沉積裝置(MOCVD裝置)，能夠成長AlGaN系氮化物半導體來製造發光元件1。
如第2圖所示，製造裝置101具備：反應器102，其具有導入原料氣體的導入口102a和排出原料氣體的排出口102b；承載盤103(tray)，其容納於反應器102內，能夠設置晶圓W；加熱器104，其配置於承載盤103的下部，能夠加熱承載盤103；及，旋轉機構(省略圖示)，具有安裝於承載盤103上的旋轉軸112。在使用了製造裝置101的發光元件1的製造步驟中，在將作為基板10的晶圓W設置於承載盤103上的狀態下，一邊利用旋轉軸112以設定的旋轉數使承載盤103旋轉，一邊利用加熱器104加熱承載盤103來將溫度條件設為設定的溫度。在該狀態下從導入口102a導入原料氣體，藉此，在晶圓W上成長各層。
承載盤103整體形成為大致圓盤狀，其表面(頂面)以凹陷的方式設置有能夠容納複數片晶圓W的複數個容置腔(pocket)111。各容置腔111是凹狀且就平面視(俯視)而言形成為圓形，作為基板10的複數片圓盤狀晶圓W載置於各容置腔111的底面，設置成容納於複數個容置腔111中。亦即，容置腔111的底面是設置有基板10的載置面。
元件符號D是沉積於除了容置腔111的部分以外的承載盤103的表面(上面)上的沉積物。亦即，此沉積物D沉積於承載盤103上的除了容置腔111的底面以外的位置。此沉積物D，是在製造步驟中的各成長步驟中，原料(主要為AlN和AlGaN)結晶成長並沉積於承載盤103的表面而形成。亦即，沉積物D是以AlGaN作為主要成分，包含作為n型雜質的矽或作為p型雜質的鎂。又，沉積物D的晶體結構是單晶或多結晶、或是單晶與多結晶混雜而成。另外，沉積物D中的組成比等不需要固定，可具有分佈。
本製造裝置101構成為：能夠在承載盤103上沉積有沉積物D的狀態下交換晶圓W。而且，在使用了製造裝置101的發光元件1的製造步驟中，是於將此沉積物D的厚度T設為45μm以上且250μm以下的狀態下實行各層的成長步驟。另外，「250μm」之值是下述值：如果超過該值，則沉積物D變得容易從承載盤103上剝落，從而在各層的成長步驟中沉積物D剝落而污染晶圓W的可能性變高。又，此處所言之「沉積物D的厚度T」是沉積於承載盤103的表面上的沉積物D的高度，亦即，從承載盤103的表面至沉積物D的表面(頂面)為止的上下方向的距離。
(發光元件的製造步驟)
繼而，參照第3圖來說明發光元件1的製造步驟(製造方法)。如第3圖所示，在發光元件1的製造步驟中，依序實行沉積物調整步驟S1～S3、晶圓設置步驟S4、緩衝層成長步驟S5、n型包覆層成長步驟S6(n型半導體層成長步驟)、活性層成長步驟S7～S8、電子阻擋層成長步驟S9、p型半導體層成長步驟S10～S11、區域去除步驟S12、n側電極形成步驟S13、p側電極形成步驟S14、及切割步驟S15。另外，各成長步驟中的各層的成長是根據有機金屬化學氣相沉積法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)來實行。又，調整構成原料氣體的三甲基鋁(TMA)和三甲基鎵(TMG)等的組成等，以各層的Al組成比成為目標的值的方式進行控制。
在沉積物調整步驟S1～S3中，將承載盤103的沉積物D的厚度T調整成45μm以上且250μm以下。具體而言，首先，判定目前的承載盤103的沉積物D的厚度T是否為45μm以上且250μm以下、小於45μm或超過250μm(S1)。能夠根據本次製造步驟前所實行的成長步驟的次數、各成長步驟中形成的成長層的膜厚來推測目前的承載盤103的沉積物D的厚度T。判定此推測值是否為45μm以上且250μm以下、小於45μm或超過250μm。當判定的結果判定承載盤103的沉積物D的厚度T為45μm以上且250μm以下時(S1：A)，不進行任何動作，轉移至下一步驟(S4)。
另一方面，當判定的結果判定承載盤103的沉積物D的厚度T小於45μm時(S1：B)，以承載盤103的沉積物D的厚度T成為45μm的方式實行預備成長處理(S2)。亦即，將仿真的晶圓W設置於承載盤103上，反覆實行發光元件1的製造步驟中的一連串的成長步驟S5～S11直到沉積物D的厚度T成為45μm為止。另外，在預備成長處理中，所追加的沉積物D的厚度為0.5μm以下時，可以是將上述一連串的成長步驟S5～S11中的p型包覆層成長步驟S10(將於下文描述)省略的構成。
另外，預備成長處理時，所沉積的沉積物D的厚度的計算和上述判定步驟S1中的上述推測值的計算，是將p型接觸層成長步驟S11中沉積的沉積物D的厚度設為0(zero)來進行計算。此原因在於，p型接觸層成長步驟S11中沉積的量的沉積物D在實行一連串的成長步驟S5～S11時因加熱步驟而分解。又，基於相同的理由，這些計算是在p型包覆層成長步驟S10中成長的p型包覆層70的Al組成比為10%以下的情況下，將p型包覆層成長步驟S10中沉積的沉積物D的厚度T設為0來進行計算。進一步，對於一連串的成長步驟S5～S11中的所成長的成長層的膜厚為0.5μm以下的步驟，這些計算亦是將所沉積的沉積物D的厚度設為0來進行計算。
又，當判定的結果判定為超過250μm時(S1：C)，從反應器102取出承載盤103，研磨承載盤103的沉積物D，將沉積物D的厚度T調整成45μm(S3)。另外，亦可以是下述構成：將承載盤103的沉積物D全部去除來取代前述調整後，與S2同樣地反覆實行製造步驟中的一連串的成長步驟S5～S11直到沉積物D的厚度T成為45μm為止。藉由這些步驟S1～S3來將承載盤103的沉積物D的厚度T調整成45μm以上且250μm以下。
在晶圓設置步驟S4中，於藉由沉積物調整步驟S1～S3調整沉積物D的厚度T後的承載盤103上設置晶圓W。亦即，在容置腔111的底面載置晶圓W，於承載盤103的容置腔111中容納晶圓W。
在緩衝層成長步驟S5中，於藉由晶圓設置步驟S4來設置於承載盤103上的晶圓W上(晶圓W的表面)以1000℃以上且1400℃以下的高溫成長的方式磊晶成長緩衝層20。在緩衝層成長步驟S5中，於藉由沉積物調整步驟S1～S3將承載盤103的沉積物D的厚度T調整成45μm以上且250μm以下的狀態下成長緩衝層20。換言之，在緩衝層成長步驟S5中，於承載盤103上沉積有具備45μm以上且250μm以下的厚度T的沉積物D的狀態下成長緩衝層20。又，在緩衝層成長步驟S5中，以緩衝層20的厚度成為0.01μm以上2.5μm以下(較佳是1.4μm以上2.1μm以下，更佳是1.4μm以上且1.6μm以下)的方式成長緩衝層20。進一步，在緩衝層成長步驟S5中，以緩衝層20的(102)面半高寬成為369.4角秒以上且492.5角秒以下(較佳是378.2角秒以上且492.5角秒以下，更佳是420.4角秒以上且492.5角秒以下)的方式成長緩衝層20。
在n型包覆層成長步驟S6中，於藉由緩衝層成長步驟S5所成長的緩衝層20上(緩衝層20的表面)以1020℃以上且1180℃以下的溫度條件來磊晶成長n型包覆層30。又，在n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的Al組成比成為50%以下(較佳是25%以上且50%以下)且n型包覆層30的厚度為1μm以上且4μm以下(較佳是2.5μm以上且3.5μm以下，更佳是3μm)的方式成長n型包覆層30。進一步，在n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的(102)面半高寬成為662.1角秒以下(較佳是528.1角秒以下)的方式成長n型包覆層30。
在活性層成長步驟中，實行障壁層成長步驟S7和阱層成長步驟S8。在障壁層成長步驟S7中，於藉由n型包覆層成長步驟S6所成長的n型包覆層30上(n型包覆層30的表面)以1000℃以上且1100℃以下的溫度條件來磊晶成長障壁層51。又，在障壁層成長步驟S7中，以障壁層51的Al組成比成為90%以下(較佳是50%以上且80%以下)且障壁層51的厚度成為3nm以上且50nm以下(10nm以上且20nm以下)的方式成長障壁層51。
在阱層成長步驟S8中，於藉由障壁層成長步驟S7所成長的障壁層51上(障壁層51的表面)以1000℃以上且1100℃以下的溫度條件來磊晶成長阱層52。又，在阱層成長步驟S8中，以阱層52的Al組成比成為45%以下並且阱層52的厚度成為2nm以上且10nm以下(較佳是3nm以上且6nm以下)的方式成長阱層52。
在電子阻擋層成長步驟S9中，於藉由活性層成長步驟S7～S8所成長的活性層50上(活性層50的表面)以1000℃以上且1100℃以下的溫度條件來磊晶成長電子阻擋層60。
在p型半導體層成長步驟S10～S11中，實行p型包覆層成長步驟S10和p型接觸層成長步驟S11。在p型包覆層成長步驟S10中，於藉由電子阻擋層成長步驟S9所成長的電子阻擋層60上(電子阻擋層60的表面)以1000℃以上且1100℃以下的溫度條件來磊晶成長p型包覆層70。又，在p型包覆層成長步驟S10中，以p型包覆層70的Al組成比成為70%以下(較佳是n型包覆層30的Al組成比的±10%的範圍，更佳是與n型包覆層30的Al組成比相同)且p型包覆層70的厚度成為10nm以上且1000nm以下(較佳是20nm以上且150nm以下)的方式成長p型包覆層70。
在p型接觸層成長步驟S11中，於藉由p型包覆層成長步驟S10所成長的p型包覆層70上(p型包覆層70的表面)以900℃以上且1100℃以下的溫度條件來磊晶成長p型接觸層80。又，在p型接觸層成長步驟S11中，以p型接觸層80的Al組成比成為10%以下(較佳是0%)且p型接觸層80的厚度成為5nm以上且1000nm以下的方式成長p型接觸層80。
在區域去除步驟S12中，於藉由p型接觸層成長步驟S11所成長的p型接觸層80上形成遮罩，將活性層50、電子阻擋層60、p型包覆層70及p型接觸層80中的未形成有遮罩的各個露出區域去除。
在n側電極形成步驟S13中，於n型包覆層30的露出面30a(參照第1圖)上形成n側電極90。在p側電極形成步驟S14中，於去除遮罩後的p型接觸層80上形成p側電極92。能夠根據例如電子束蒸鍍法和濺鍍法等習知方法來形成n側電極90和p側電極92。
在切割步驟S15中，將晶圓W(於晶圓W上形成各層和各電極而得的積層結構體)切割成規定的尺寸。藉此，形成第1圖所示的發光元件1。
(實施例)
繼而，說明作為上述實施方式的具體例的各實施例(第1實施例～第9實施例)。各實施例的構成中，未特別提及的部分符合上述實施方式。
在第1實施例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為182μm的狀態下且以緩衝層20的厚度成為2μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第1實施例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為410.8角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為528.1角秒。
在第2實施例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為53μm的狀態下且以以緩衝層20的厚度成為2μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第2實施例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為375.2角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為556．7角秒。
在第3實施例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為66μm的狀態下且以緩衝層20的厚度成為2μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第3實施例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為378.2角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為605.4角秒。
在第4實施例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為80μm的狀態下且以緩衝層20的厚度成為2μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第4實施例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為369.4角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為662.1角秒。
在第5實施例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為186μm的狀態下且以緩衝層20的厚度成為2μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第5實施例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為420.4角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為501.9角秒。
在第6實施例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為194μm的狀態下且以緩衝層20的厚度成為2μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第6實施例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為430角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為487.2角秒。
在第7實施例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為100μm的狀態下且以緩衝層20的厚度成為1.5μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第7實施例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為463.5角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為481.1角秒。
在第8實施例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為116μm的狀態下且以緩衝層20的厚度成為1.5μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第8實施例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為486角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為491.4角秒。
在第9實施例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為124μm的狀態下且以緩衝層20的厚度成為1.5μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第9實施例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為492.5角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為503．7角秒。
(測定結果)
對於上述各實施例以及比較例(第1比較例和第2比較例)實行發光輸出的測定，結果獲得第4圖的表所示的結果。又，根據第4圖的表，獲得第5圖至第9圖的圖表。第4圖中的發光波長是測量發光輸出而得的波長。又，發光輸出能夠利用各種公知方法來測定，在本測定中，作為一例，是在晶圓W的中心部和邊緣部分別安裝In電極，施加電流，利用光檢測器進行測定。
又，在第1比較例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為16μm的狀態下且以緩衝層20的厚度成為2μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第1比較例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為354.5角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為758.9角秒。
在第2比較例中，於緩衝層成長步驟S5中，在使承載盤103的沉積物D的厚度T成為8μm的狀態且以緩衝層20的厚度成為2μm的方式成長緩衝層20，並且於n型包覆層成長步驟S6中，以n型包覆層30的厚度成為2900nm以上且3500nm以下並且Al組成比成為46.5%以上且49.5%以下的方式成長n型包覆層30。其結果，第2比較例的發光元件1的緩衝層20的(102)面半高寬為356.1角秒，n型包覆層30的(102)面半高寬為782．8角秒。另外，第1比較例和第2比較例的構成中，未特別提及的部分符合上述實施方式，是與上述實施例相同的構成。
第5圖是示出實施例及比較例中的n型包覆層30的(102)面半高寬與發光輸出的關係的圖表。如第5圖所示，若n型包覆層30的(102)面半高寬為662.1角秒以下，則發光輸出為0.9[a.u.]以上。又，若n型包覆層30的(102)面半高寬為528.1角秒以下，則發光輸出為0.95[a.u.]以上。亦即，藉由將n型包覆層30的(102)面半高寬製成662.1角秒以下，能夠獲得較高的發光輸出，藉由將n型包覆層30的(102)面半高寬製成528.1角秒以下，能夠獲得更高的發光輸出。另外，推測發光輸出提升之理由在於：如果將n型包覆層30的(102)面半高寬製成上述規定的範圍，則活性層50受到的應力為最佳值，活性層50的晶體品質提升，以及由於活性層50中的差排變最少，因此能夠抑制因差排導致的非發光性復合。
第6圖是示出實施例及比較例中的緩衝層20的(102)面半高寬與發光輸出的關係的圖表。如第6圖所示，若緩衝層20的(102)面半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下，則發光輸出為0.9[a.u.]以上。又，若緩衝層20的(102)面半高寬為378.2角秒以上且492.5角秒以下，則發光輸出為0.95[a.u.]以上。進一步，若緩衝層20的(102)面半高寬為420.4角秒以上且492.5角秒以下，則發光輸出為1[a.u.]以上。亦即，藉由將緩衝層20的(102)面半高寬製成369.4角秒以上且492.5角秒以下，則能夠獲得較高的發光輸出，藉由將緩衝層20的(102)面半高寬製成378.2角秒以上且492.5角秒以下，則能夠獲得更高的發光輸出。進一步，藉由將緩衝層20的(102)面半高寬製成420.4角秒以上且492.5角秒以下，能夠獲得更高的發光輸出。
第7圖是示出實施例及比較例中的緩衝層20的(102)面半高寬與n型包覆層30的(102)面半高寬的關係的圖表。如第7圖所示，若緩衝層20的(102)面半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下，則n型包覆層30的(102)面半高寬為(或容易達到)662.1角秒以下。
考慮到第5圖至第7圖，推測當將緩衝層20的(102)面半高寬製成上述規定的範圍時能夠獲得較高的發光輸出之理由在於：如果將緩衝層20的(102)面半高寬製成上述規定的範圍，則使n型包覆層30的(102)面半高寬在上述規定的範圍內，其結果，發光輸出提升。
第8圖是示出承載盤103的沉積物D的厚度T與發光輸出的關係的圖表。如第8圖所示，若緩衝層成長步驟S5中的承載盤103的沉積物D的厚度T為45μm以上且250μm以下，則發光輸出為0.9[a.u.]以上。又，若承載盤103的沉積物D的厚度T為66μm以上且250μm以下，則發光輸出為0.95[a.u.]以上。進一步，若承載盤103的沉積物D的厚度T為45μm以上且250μm以下並且緩衝層20的厚度為1.4μm以上且1.6μm以下，則發光輸出為1[a.u.]以上。亦即，藉由使承載盤103的沉積物D的厚度T成為45μm以上且250μm以下，能夠獲得較高的發光輸出，藉由使承載盤103的沉積物D的厚度T成為66μm以上且250μm以下，能夠獲得更高的發光輸出。進一步，若使承載盤103的沉積物D的厚度T成為45μm以上且250μm以下並且使緩衝層20的厚度成為1.4μm以上且1.6μm以下，則能夠獲得更高的發光輸出。
第9圖是示出承載盤103的沉積物D的厚度T與緩衝層20的(102)面半高寬的關係的圖表。如第9圖所示，若緩衝層成長步驟S5中的承載盤103的沉積物D的厚度T為45μm以上且250μm以下，則緩衝層20的(102)面半高寬為(或容易達到)369.4角秒以上且492.5角秒以下。又，若承載盤103的沉積物D的厚度T為45μm以上且250μm以下並且緩衝層20的厚度為1.4μm以上且1.6μm以下，則緩衝層20的(102)面半高寬為(或容易達到)420.4角秒以上且492.5角秒以下。另外，如果使承載盤103的沉積物D的厚度T在上述規定的範圍內，則緩衝層20的(102)面半高寬在上述規定的範圍內，推測其理由在於：於緩衝層成長步驟S5中，因沉積物D導致內部氣氛發生汙染等，緩衝層20的晶體品質惡化。
又，考慮到第5圖至第9圖，推測當將承載盤103的沉積物D的厚度T製成上述規定的範圍時能夠獲得較高的發光輸出之理由在於：如果將承載盤103的沉積物D的厚度T製成上述規定的範圍，則緩衝層20的(102)面半高寬在上述規定的範圍內，藉此，使n型包覆層30的(102)面半高寬在上述規定的範圍內。推測據此提升了發光輸出。
(實施方式的作用和效果)
以上，根據上述實施方式，藉由將緩衝層20的(102)面半高寬製成369.4角秒以上且492.5角秒以下，在採用了單一量子阱結構50A之發光元件1中，能夠獲得發光元件1的高發光輸出，能夠謀求發光效率的提升。又，藉由將n型包覆層30的(102)面半高寬製成662.1角秒以下，在採用了單一量子阱結構50A之發光元件1中，能夠獲得較高的發光輸出，能夠謀求發光效率的提升。另外，本發明是獲得下述知識見解從而想到的：緩衝層20的晶體品質影響n型包覆層30的晶體品質，n型包覆層30的晶體品質影響發光元件1的發光輸出。
(變化例)
另外，上述實施方式是n型包覆層30的(102)面半高寬為662.1角秒以下(較佳是528.1角秒以下)之構成，亦可以是n型包覆層30的(102)面半高寬為500角秒以上且662.1角秒以下(較佳是500角秒以上且528.1角秒以下)之構成。亦即，亦可以是下述構成：在n型包覆層30的(102)面半高寬為500角秒以上且662.1角秒以下(較佳是500角秒以上且528.1角秒以下)之發光元件1中，採用單一量子阱結構50A作為活性層50的量子阱結構。根據所述構成，即使n型包覆層30的(102)面半高寬為500角秒以上，亦能夠獲得較高的發光輸出。亦即，第10圖是示出在測定不同的n型包覆層30的(102)面半高寬的多重量子阱型發光元件的發光輸出而得的測定結果中n型包覆層30的(102)面半高寬與發光輸出的關係的圖表。在就能夠獲得較高的發光輸出而言一般利用的多重量子阱型發光元件中，如該圖所示，如果n型包覆層30的(102)面半高寬為500角秒以上，則發光輸出下降時，藉由採用單一量子阱型的發光元件1，如第5圖所示，即使n型包覆層30的(102)面半高寬為500角秒以上，亦能夠獲得較高的發光輸出，能夠提升發光元件1的發光效率。另外，本發明是發現下述內容並採用該內容而得：在一般使用的多重量子阱型發光元件中，如果n型包覆層30的(102)面半高寬為500角秒以上，則發光輸出下降，相對於此，在單一量子阱型發光元件1中，如第5圖所示，即使n型包覆層30的(102)面半高寬為500角秒以上，發光輸出仍不會下降。
(實施方式的總結)
繼而，援用實施方式中的符號等來記載由以上說明的實施方式所掌握的技術思想。但是，以下記載中的各符號等並非將申請專利範圍中的構成要素限定於實施方式中具體示出的構件等。
[1]一種氮化物半導體發光元件(1)，其特徵在於，具備：基板(10)；緩衝層(20)，其形成於前述基板(10)上；n型半導體層(30)，其形成於前述緩衝層(20)上；及，活性層(50)，其形成於前述n型半導體層(30)上且具有單一量子阱結構(50A)；前述緩衝層(20)的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下。
[2]如[1]所述之氮化物半導體發光元件(1)，其中，前述緩衝層(20)的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為378.2角秒以上且492.5角秒以下。
[3]如[2]所述之氮化物半導體發光元件(1)，其中，前述緩衝層(20)的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為420.4角秒以上且492.5角秒以下。
[4]如[1]～[3]中任一項所述之氮化物半導體發光元件(1)，其中，前述n型半導體層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為662.1角秒以下。
[5]一種氮化物半導體發光元件(1)的製造方法，其特徵在於，具有以下步驟：緩衝層成長步驟(S5)，在基板(10)上成長緩衝層(20)；n型半導體層成長步驟(S6)，在前述緩衝層上成長n型半導體層；及，活性層成長步驟(S7～S8)，在前述n型半導體層(30)上成長具有單一量子阱結構(50A)之活性層(50)；在前述緩衝層成長步驟(S5)中，以前述緩衝層(20)的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下的方式成長前述緩衝層(20)。
1:氮化物半導體發光元件
10:基板
30:n型包覆層
30a:露出面
50:活性層
50A:單一量子阱結構
51:障壁層
52:阱層
60:電子阻擋層
70:p型包覆層
80:p型接觸層
90:n側電極
92:p側電極
101:製造裝置
102:反應器
102a:導入口
102b:排出口
103:承載盤
104:加熱器
111:容置腔
112:旋轉軸
D:沉積物
S1:判定步驟
S2:預備成長處理
S3:研磨處理
S4:晶圓設置步驟
S5:緩衝層成長步驟
S6:n型包覆層成長步驟
S7:障壁層成長步驟
S8:阱層成長步驟
S9:電子阻擋層成長步驟
S10:p型包覆層成長步驟
S11:p型接觸層成長步驟
S12:區域去除步驟
S13:n側電極形成步驟
S14:p側電極形成步驟
S15:切割步驟
T:厚度
W:晶圓
第1圖是概略地示出根據本發明的一實施方式的發光元件的構成的一例的剖面圖。
第2圖是示出氮化物半導體發光元件的製造裝置的概略圖。
第3圖是示出氮化物半導體發光元件的製造步驟的流程圖。
第4圖是示出實施例及比較例中的發光輸出的測定結果的表。
第5圖是示出實施例及比較例中的n型包覆層的(102)面半高寬與發光輸出的關係的圖表。
第6圖是示出實施例及比較例中的緩衝層的(102)面半高寬與發光輸出的關係的圖表。
第7圖是示出實施例及比較例中的緩衝層的(102)面半高寬與n型包覆層的(102)面半高寬的關係的圖表。
第8圖是示出實施例及比較例中的承載盤(susceptor)的沉積物的厚度與發光輸出的關係的圖表。
第9圖是示出實施例及比較例中的承載盤的沉積物的厚度與緩衝層的(102)面半高寬的關係的圖表。
第10圖是示出多重量子阱型氮化物半導體發光元件中的n型包覆層的(102)面半高寬與發光輸出的關係的圖表。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
1:氮化物半導體發光元件
10:基板
30:n型包覆層
30a:露出面
50:活性層
50A:單一量子阱結構
51:障壁層
52:阱層
60:電子阻擋層
70:p型包覆層
80:p型接觸層
90:n側電極
92:p側電極
Claims (5)
- 一種氮化物半導體發光元件，其特徵在於，具備：基板；緩衝層，其形成於前述基板上；n型半導體層，其形成於前述緩衝層上；及，活性層，其形成於前述n型半導體層上且具有單一量子阱結構；前述緩衝層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下；前述n型半導體層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為481.1角秒以上且662.1角秒以下。
- 如請求項1所述之氮化物半導體發光元件，其中，前述緩衝層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為378.2角秒以上且492.5角秒以下。
- 如請求項2所述之氮化物半導體發光元件，其中，前述緩衝層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為420.4角秒以上且492.5角秒以下。
- 如請求項1所述之氮化物半導體發光元件，其中，前述n型半導體層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為500角秒以上且662.1角秒以下。
- 一種氮化物半導體發光元件的製造方法，其特徵在於，具有以下步驟：緩衝層成長步驟，在基板上成長緩衝層； n型半導體層成長步驟，在前述緩衝層上成長n型半導體層；及，活性層成長步驟，在前述n型半導體層上成長具有單一量子阱結構之活性層；在前述緩衝層成長步驟中，以前述緩衝層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為369.4角秒以上且492.5角秒以下的方式成長前述緩衝層；在前述n型半導體層成長步驟中，以前述n型半導體層的針對(102)面之X射線搖擺曲線的半高寬為481.1角秒以上且662.1角秒以下的方式成長前述n型半導體層。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020-193593 | 2020-11-20 | ||
| JP2020193593A JP7245214B2 (ja) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202226612A TW202226612A (zh) | 2022-07-01 |
| TWI806227B true TWI806227B (zh) | 2023-06-21 |
Family
ID=81657476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110141470A TWI806227B (zh) | 2020-11-20 | 2021-11-08 | 氮化物半導體發光元件及氮化物半導體發光元件的製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220165915A1 (zh) |
| JP (2) | JP7245214B2 (zh) |
| TW (1) | TWI806227B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170141269A1 (en) * | 2014-08-05 | 2017-05-18 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Nitride semiconductor template and light emitting element |
| JP2019121655A (ja) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006134967A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Sharp Corp | 半導体層の組成制御方法 |
| JP2006134966A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Sharp Corp | 半導体層の層厚制御方法 |
| JP2008056553A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-03-13 | Ngk Insulators Ltd | 窒化アルミニウム単結晶 |
| JPWO2010032423A1 (ja) * | 2008-09-16 | 2012-02-02 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子並びにランプ、ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子ウエーハの発光波長分布のばらつき低減方法 |
| JP5995302B2 (ja) * | 2011-07-05 | 2016-09-21 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| US9356192B2 (en) * | 2011-08-09 | 2016-05-31 | Soko Kagaku Co., Ltd. | Nitride semiconductor ultraviolet light-emitting element |
| JP5979547B2 (ja) * | 2012-11-01 | 2016-08-24 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | エピタキシャルウェハ及びその製造方法 |
| WO2015115266A1 (ja) * | 2014-01-28 | 2015-08-06 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体素子 |
| KR20160149837A (ko) * | 2015-06-19 | 2016-12-28 | 서울바이오시스 주식회사 | 발광 소자 및 그 제조 방법 |
| US10170303B2 (en) * | 2016-05-26 | 2019-01-01 | Robbie J. Jorgenson | Group IIIA nitride growth system and method |
| JP7055595B2 (ja) * | 2017-03-29 | 2022-04-18 | 古河機械金属株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体基板、及び、ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法 |
-
2020
- 2020-11-20 JP JP2020193593A patent/JP7245214B2/ja active Active
-
2021
- 2021-11-08 TW TW110141470A patent/TWI806227B/zh active
- 2021-11-10 US US17/523,011 patent/US20220165915A1/en active Pending
-
2023
- 2023-01-06 JP JP2023001185A patent/JP7421667B2/ja active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170141269A1 (en) * | 2014-08-05 | 2017-05-18 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Nitride semiconductor template and light emitting element |
| JP2019121655A (ja) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202226612A (zh) | 2022-07-01 |
| JP7245214B2 (ja) | 2023-03-23 |
| US20220165915A1 (en) | 2022-05-26 |
| JP7421667B2 (ja) | 2024-01-24 |
| JP2022082182A (ja) | 2022-06-01 |
| JP2023036965A (ja) | 2023-03-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6939733B2 (en) | Group III nitride compound semiconductor device and method of producing the same | |
| US6830949B2 (en) | Method for producing group-III nitride compound semiconductor device | |
| US8482104B2 (en) | Method for growth of indium-containing nitride films | |
| US7749785B2 (en) | Manufacturing method of group III nitride semiconductor light-emitting device | |
| US8198179B2 (en) | Method for producing group III nitride semiconductor light-emitting device | |
| US8669129B2 (en) | Method for producing group III nitride semiconductor light-emitting device, group III nitride semiconductor light-emitting device, and lamp | |
| KR20080098550A (ko) | Ⅲ족 질화물 화합물 반도체 적층 구조체 | |
| JPH10326911A (ja) | ｐ型ＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体およびその製造方法 | |
| JP2007184352A (ja) | 窒化物系化合物半導体素子用ウェハーの製造方法及び窒化物系化合物半導体素子用ウェハー | |
| US9899564B2 (en) | Group III nitride semiconductor and method for producing same | |
| US20230162978A1 (en) | Semiconductor film and method for manufacturing same | |
| TWI806227B (zh) | 氮化物半導體發光元件及氮化物半導體發光元件的製造方法 | |
| JP7023398B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2004115305A (ja) | 窒化ガリウム単結晶基板、その製造方法、窒化ガリウム系半導体素子および発光ダイオード | |
| US8253125B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| WO2023081540A1 (en) | Reactive gas modulation for group iii/iv compound deposition systems | |
| US20070034144A1 (en) | Oxide crystal growth apparatus and fabrication method using the same | |
| US10731274B2 (en) | Group III nitride laminate and vertical semiconductor device having the laminate | |
| JP2007251027A (ja) | ＺｎＯ系化合物半導体、それを用いた発光素子及びそれらの製造方法 | |
| JP7168635B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
| JP7345623B1 (ja) | 成膜部材の製造方法 | |
| JP5076236B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| US20230246120A1 (en) | Susceptor and method for manufacturing nitride semiconductor light-emitting element | |
| JP2006049848A (ja) | ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体 | |
| JP2004059388A (ja) | ＺｎＳｅ系化合物半導体単結晶基板、化合物半導体装置、発光素子および化合物半導体装置の製造方法 |