氮化物半导体发光元件和氮化物半导体的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化物半导体发光元件和氮化物半导体的制造方法，能够使在ＡＬＮ缓冲层上层积的氮化物半导体的晶体质量等质量良好而提高光输出。在蓝宝石衬底（１）上形成ＡＬＮ缓冲层（２），在其上顺序层积ｎ型ＡｌＧａＮ层（３）、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性层（４）、ｐ型ＧａＮ层（５）这些氮化物半导体。在ｎ型ＡｌＧａＮ层（３）的表面形成ｎ电极（７）、在ｐ型ＧａＮ层（５）上形成ｐ电极（６）。ｎ型ＡｌＧａＮ层（３）具有用于将光和载流子封闭的作为包覆层的作用。ＡＬＮ缓冲层（２）通过在生长温度９００℃以上的条件下交替供给原料Ａｌ和原料Ｎ来制作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在氮化物半导体的ALN緩冲层上具备由氮化物半导体构成 的层积体的。
技术介绍
被称为氮化镓系化合物半导体，即、所谓的in-v族氮化物半导体(以 下称为氮化物半导体)的半导体元件的开发正在广泛进行。氮化物半导体在作为照明用、背光灯用等光源而使用的蓝色LED、多色化使用的LED、 LD等中被使用。由于氮化物半导体难于制造成大块单晶，所以在蓝宝石、 SiC等不同种类的衬底上利用MOCVD (有机金属气相生长法)来使GaN 生长。由于蓝宝石村底在外延生长工序的高温氨环境中稳定性优良，所以 作为生长用衬底而特别被使用。利用MOCVD法来制造氮化物半导体时，例如，作为生长用衬底而将 蓝宝石衬底设置在反应室内，并供给作为反应气体的有机金属化合物气体， 将晶体生长温度保持在大约900。C 110(TC的高温，使GaN半导体晶体的外延层在蓝宝石衬底上生长。但由于蓝宝石衬底与GaN半导体晶体的晶格常数有很大不同，所以使 用MOCVD法在蓝宝石村底上直接生长的GaN半导体层的表面有六角棱锥 状乃至六角柱状的生长图形，成为无数的凹凸，其表面形态非常不好。使 用这种表面有无数凹凸的表面形态非常不好半导体晶体层来制作器件是非 常困难的。于是，如专利文献2、专利文献3记载的那样，提出了在生长用衬底上 形成以生长温度50(TC 800。C的低温形成的低温GaN緩冲层，在其上使氮 化物半导体晶体生长。虽然这能够期待氮化物半导体晶体的结晶性等被改 善，但在生长了低温GaN緩冲层后，在形成氮化物半导体晶体时就必须将 生长温度上升到1000。C以上的高温，在该温度上升的过程中低温GaN緩沖 层性能劣化，存在无法发挥作为緩沖层的作用的问题。由于将温度上升到高温，所以还产生已经在低温制作的GaN缓冲层中发生热变形的问题。低温GaN緩沖层的膜厚度薄的，由于在其上进行晶体生长的GaN膜的 晶轴方向容易一致，所以GaN膜的结晶性良好，但当将膜厚度变薄时，表 面容易形成六角形小面，GaN膜的表面形态恶化，所以在器件的制作使用 有问题。一方面，以緩和蓝宝石衬底与GaN半导体晶体的晶格不匹配为目的， 提出了在蓝宝石衬底上形成ALN緩沖层等后在其上使GaN半导体晶体生长 的方案(例如参照专利文献1 )。另 一方面，使用氮化物半导体的发光元件例如具有在衬底上顺序层积n 型氮化物半导体层(n型半导体层)、活性层(发光层)、p型氮化物半导体 层(p型半导体层)的结构。使从p型半导体层供给的空穴(hole)与从n 型半导体层供给的电子在活性层再结合，并将发出的光向外部输出(例如 参照专利文献4)。作为活性层，使用将阱层(well层)由比阱层能带隙大的势垒层(势 垒层)以夹层状多层夹持的多量子阱(MQW: Multi-Quantum Well)结构 等(例如参照专利文献5)。以降低顺向电压(Vf)和提高发光效率为目的，将p型半导体层形成 双层结构或三层结构的例子也被公开(例如参照专利文献6和专利文献7 )。专利文献1:日本特许第2713094号公报专利文献2:日本特许第3478287号公报专利文献3:日本特公平8-8217号公报专利文献4:日本特开平10-284802号7>报专利文献5:日本特开2004-55719号公报专利文献6:日本特许第3250438号公报专利文献7:日本特许第331466号公报在现有的、ALN緩冲层上使GaN半导体晶体生长的氮化物半导体发光 元件中，由于在ALN緩沖层上形成不掺杂GaN或n型GaN接触层，所以 ALN与GaN的晶格常数相当不同，容易产生由晶格的不匹配引起的晶格缺 陷，由于材料组成不同而热膨胀系数有很大不同而容易产生裂紋。在将n型GaN接触层作为包覆层使用时，不仅有上述那样的晶体质量 低下的问题，而且由于活性层(发光层)与包覆层的能带隙差不太大，所8以发光效率低下，无望提高光输出。另一方面，作为p侧的接触层，考虑到与电极的欧姆接触而使用p型GaN，但与上述n侧的半导体层同样，即使将p型GaN接触层作为包覆层 使用时，由于活性层与包覆层的能带隙差不太大，所以与上述同样地无望 提高发光效率。也可以将p侧包覆层与接触层分别设置，但AlGaN层与p型GaN接触 层的晶格匹配性不好，接触层的结晶性恶化，有载流子注入效率降低，发 光效率恶化的问题。在InGaN活性层生长后将p型GaN等成膜时，为了提高晶体质量而以 比活性层生长温度高200 300。C的温度，即、IOO(TC附近的生长温度来进行 外延生长，生长时间通常是15~60分钟左右。这样，由于p型层的生长温 度高，所以已经成膜的活性层受到热损伤，晶体质量恶化，发光输出明显 恶化。另一方面，关于ALN缓沖层的形成方法，若使用低温制作的低温ALN 缓沖层，则产生与上述低温GaN缓冲层同样的问题，所以提出了使以卯O 。C以上高温制作的高温ALN緩冲层在生长用衬底上生长后，层积氮化物半 导体晶体的方案。但高温ALN緩沖层的生长条件困难，有时使在ALN緩 冲层上形成的氮化物半导体晶体的结晶性和表面形态恶化，难于制作优质 的氮化物半导体晶体。另一方面，在将p型半导体层形成为多层结构时，为了减少对活性层 的热损伤而需要低温生长，同时，需要降低顺向电压(Vf)和提高发光效率。在现有结构中，MQW的配对数量(^<7数)是使用4~5对。这时，n 型半导体层供给的电子飞越活性层而流到p型半导体层。这时，p型半导体 层供给的空穴在到达活性层之前就与电子再结合。到达活性层的空穴浓度 减少。由此，LED的亮度减少。为了防止这种情况，使用紧邻p型半导体 层插入能带隙大的p型AlGaN层的结构。但当导入铝(Al)时，p型化困 难，电阻值上升。向活性层上配置的p型半导体层掺杂的p型杂质在p型半导体层的形 成工序和以后的制造工序中，从p型半导体层向活性层扩散。当向活性层 扩散的p型杂质到达阱层时，存在活性层的晶体质量恶化，活性层发光的 光亮度降低，氮化物半导体发光元件的质量恶化的问题。9在将活性层直接配置在n型半导体层上的情况下，有时产生从n型半 导体层向活性层供给的电子到达在活性层的正上方配置的p型半导体层， 在p型半导体层中与空穴再结合的现象(以下称为"电子的溢出")。这时， 由于在p型半导体层中的再结合而使发光效率降低，所以从半导体发光元 件输出的光的亮度降低，有半导体发光元件的质量恶化的问题。在半导体 发光元件的制造工序中，向n型半导体层添加的n型杂质向活性层扩散而 使活性层的晶体质量恶化，产生使输出的光的亮度降低的问题。目前，p型杂质在添加杂质的p型半导体层的形成中，在原料气体的供 给中使用包含有氢(H2)和氮(N2)的载气(年亇U 7力'7)。但由包含氢 的载气来形成p型半导体层时，与p型杂质一起^^皮取入的氢原子使p型杂 质难于活化，阻碍p型半导体层的p型化，p型半导体层的晶体质量恶化。 因此，在形成p型半导体层后需要实施用于从p型半导体层除去氢原子的 退火，招致制造工序的增多。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述课题而作出的，提供一种氮化物半导体发光元 件和氮化物半导体的制造方法，能够使在ALN緩沖层上层积的氮化物半导 体的晶体质量等质量良好而提高光输出。为了达到上述目的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，在ＡＬＮ缓冲层上形成有ｎ型ＡｌＧａＮ包覆层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：中西康夫，中田俊次，藤原彻也，千田和彦，园部雅之，
申请(专利权)人：罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]