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CN103299439A - 氮化物半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

氮化物半导体发光元件及其制造方法 Download PDF

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CN103299439A
CN103299439A CN2011800642370A CN201180064237A CN103299439A CN 103299439 A CN103299439 A CN 103299439A CN 2011800642370 A CN2011800642370 A CN 2011800642370A CN 201180064237 A CN201180064237 A CN 201180064237A CN 103299439 A CN103299439 A CN 103299439A
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Abstract

本发明涉及一种氮化物半导体发光元件及其制造方法。能够不使发光强度及驱动电压恶化而提高静电耐压。在发光层（7）的n电极（12）一侧，由InxGa1-xN（0<x<0.3）构成的第一层和由GaN构成的第二层交替层叠而成多重层（6），通过向该多重层（6）的第一层中在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内添加n导电型杂质、使发光层（7）承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下，来控制多重层的杂质浓度，以产生使导致静电击穿的高电压电荷施加在发光层时能量不能施加到发光层的阻抗。

Description

氮化物半导体发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光元件及其制造方法，特别是涉及绿、蓝及紫外区的氮化物类化合物半导体发光元件等氮化物半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
现有，氮化物类化合物半导体发光元件作为绿、蓝及紫外区的发光元件被通用，但是在现有的该种氮化物半导体发光元件中，除发光强度以外的氮化物半导体发光元件的各种特性仍有改善的余地。特别是就静电耐压而言，与砷化镓类的半导体发光元件和磷化铟类的半导体发光元件相比特别地低，因此，期待着氮化物类化合物半导体发光元件静电耐压的大幅提高。
在此，为了提高现有的氮化物半导体发光元件的静电耐压，以下所述的专利文献1至4中提出了各种建议。
图4为专利文献1中公开的现有的氮化物类化合物半导体发光元件的纵剖面图。
如图4所示，现有的氮化物类化合物半导体发光元件100，在由非掺杂In0.2Ga0.8N构成的膜厚3nm的阱层与由非掺杂GaN构成的膜厚20nm的阻挡层层叠三对而成的多量子阱结构的发光层101的n负电极102侧，形成有由非掺杂In0.03Ga0.97N构成的膜厚3nm的层与由非掺杂GaN构成的膜厚20nm的层层叠五对而成的多重层（静电耐压提高层）103。通过多重层（静电耐压提高层）103，能够降低横向电阻，缓和ESD应力时施加电压向发光层101的电流集中，并使其如电流通路A那样在发光层101内大范围扩展，不破坏或降低发光特性地提高ESD耐性。
接着，专利文献2中公开的现有的氮化物半导体发光元件中，在分别由多层氮化物半导体层构成的p侧层与n侧层之间，具有由氮化物半导体构成的有源层，p侧层作为形成欧姆电极的层包括p型接触层，并且该p型接触层由p型氮化物半导体层与n型氮化物半导体层交替层叠而成。这样，因为在p型接触层内形成了pn结，能够在正的反方向施加电压的情况下提高静电击穿电压（静电耐压）并减小漏电流。
接着，专利文献3中公开的现有的氮化镓类半导体发光元件能够以具有规定电阻值的电阻使P电极与n电极短路，并在ESD耐压时使P电极与n电极之间短路以保护两者之间的发光层。
接着，专利文献4中公开的现有的发光元件的制造方法具有形成MQW有源层的工序，该工序包括：形成由氮化物半导体层构成的阱层的工序、在阱层上利用载气形成形成势垒层的工序，该载气中含有氮气及相对于全部载气流量比例为2%以上的氢气。这样，利用含有氮气及相对于全部载气流量比例为2%以上的氢气的载气使MQW有源层内的势垒层晶体生长。通过这种方式，能够提高MQW有源层即发光层的结晶性，防止ESD耐压时的电流向结晶性较差的部分的电流集中，并提高ESD耐压。
专利文献1：（日本）特开2004-356442号公报
专利文献2：（日本）特开2004-112002号公报
专利文献3：（日本）特开2006-203160号公报
专利文献4：（日本）特开2009-231591号公报
发明内容
在所述现有的任一种结构中，半导体发光元件的静电耐压并不充分，而且，相对于发光强度及驱动电压，静电耐压处于折衷（トレードオフ）关系。特别是由基板的缺陷密度的大小及缺陷能级等基板的缺陷（贯通电位）导致反向电流存在偏差，所以存在着ESD耐压降低的问题。
另外，在专利文献3中，虽然以具有规定电阻值的电阻在P电极与n电极间配线，但将P电极与n电极完全短路后会变得不能发光，并且稳定地制造出具有规定电阻值的电阻也是困难的，即使是隧道结结构在正向也有电流流过，所以发光效率降低，并且在ESD耐压时仅使反向的电流良好地短路是困难的，并且，以具有规定电阻值的电阻进行布线并连接P电极与n电极之间的大的高度差，也存在阶梯切割等制造上的问题。
并且，在专利文献4中，在利用含有氮气及相对于全部载气流量比例为2%以上的氢气的载气使MQW有源层内的势垒层晶体生长的情况下，实际中得到理想的结晶是困难的，氢气的量增加后，发生蚀刻，向膜减少而不是成膜的方向作用，存在晶体生长不能进行的危险。
本发明是解决所述现有问题的发明，目的在于提供一种能够不使发光强度及驱动电压恶化，而提高静电耐压的氮化物半导体发光元件及其制造方法。
本发明中的氮化物半导体发光元件，在单结晶性基板上形成有多量子阱结构的发光层，在该发光层的n电极侧，具有由InxGa1-xN（0<x<0.3）构成的第一层与由GaN构成的第二层交替层叠而成的多重层，该多量子阱结构的发光层的阱层至少由包括In的InyGa1-yN（0≤y<0.3）构成，至少向该多重层的第一层在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内添加一导电型杂质，使该发光层承受的静电击穿能量（静電破壊エネルギー）（mJ/cm2）在20以上40以下，通过该方式达成所述目的。
并且，优选在以本发明的氮化物半导体发光元件中的规定项目的反向电气特性为参数，表示所述发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与所述多重层的一导电型杂质的浓度之间的关系的特性曲线中，设定该一导电型杂质的浓度为该静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值。
并且，优选本发明的氮化物半导体发光元件中的反向电气特性为从所述n电极流向所述单结晶基板侧的反向电流值。
并且，优选本发明的氮化物半导体发光元件中的反向电气特性为施加反向电压时的静电容量值。
并且，优选本发明的氮化物半导体发光元件中发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上35以下。
并且，优选本发明的氮化物半导体发光元件中的反向电气特性为利用深能级瞬态法（過渡容量分光法）或恒温电容瞬态法（等温過渡容量法）而测量出的缺陷能级。
并且，优选向本发明的氮化物半导体发光元件中在浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3的范围内添加一导电型杂质。
并且，优选本发明的氮化物半导体发光元件中的一导电型杂质为n导电型杂质Si。
本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法具有：通过有机金属化学气相沉积法在单结晶基板上形成氮化物半导体发光元件结构的第一工序、对该氮化物半导体发光元件结构形成p电极以及n电极的第二工序、测量反向电气特性的第三工序，利用该反向电气特性在从下次开始的该第一工序中，向设在该单结晶基板上的多量子阱结构发光层的n电极侧的多重层中的至少第一层，在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内添加该一导电型杂质，使该发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下，通过该方式达成所述目的。
并且，优选在本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法中，预先求出以规定项目的反向电气特性为参数，表示所述发光层承受的静电击穿能量（静電破壊エネルギー）（mJ/cm2）与所述多重层的一导电型杂质的浓度之间的关系的特性曲线，在以所述第三工序中求出的反向电气特性为参数的特性曲线中，将所述多重层的至少第一层的一导电型杂质的浓度控制在与该静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值相对应的该多重层的一导电型杂质的浓度。
并且，优选本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法中的一导电型杂质浓度的控制是通过控制SiH4气体流量或SiH（CH3）3气体流量来进行的。
并且，优选本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法中的反向电气特性为从所述n电极流向所述单结晶基板一侧的反向电流值。
并且，优选本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法中的反向电气特性为施加反向AC电压时的静电容量值。
并且，优选本发明的氮化物半导体发光元的制造方法中的反向电气特性为利用深能级瞬态法或恒温电容瞬态法而测量出的缺陷能级。
下面，根据以上结构对本发明的作用进行说明。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，向设在单结晶基板上的多量子阱结构发光层的n电极侧的多重层中的至少第一层，在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内添加一导电型杂质，使发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下。具体地说，在以规定项目的反向电气特性为参数，表示发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与多重层的一导电型杂质的浓度之间的关系的特性曲线中，设定一导电型杂质的浓度为静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值。
由此，在发光层的n电极一侧，向由InxGa1-xN（0<x<0.3）构成的第一层与由GaN构成的第二层交替层叠而成的多重层的至少第一层添加杂质，使其浓度在5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围，通过使发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下，控制多重层的杂质浓度以产生阻抗，该阻抗使导致静电击穿的高电压的电荷向发光层施加时的能量不能施加到发光层，因而能够不会使发光强度及驱动电压恶化，而提高静电耐压。
发明的效果
如上所述，根据本发明，向多重层添加杂质，使杂质浓度在5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内，通过使发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下，控制多重层的杂质浓度以产生阻抗，该阻抗使导致静电击穿的高电压的电荷向发光层施加时的能量不能施加到发光层，因而能够不会使发光强度及驱动电压恶化，而提高静电耐压。
附图说明
图1为表示本发明的实施方式1中的氮化物半导体发光元件的主要结构例的纵剖面图。
图2为通过特性曲线表示图1的发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与图1的多重层的Si密度（cm3）之间的关系的图。
图3为表示图1的氮化物半导体发光元件1的制造方法中的各制造工序的流程图。
图4为专利文献1中公开的现有的氮化物类化合物半导体发光元件的纵剖面图。
附图标记说明
1   氮化物半导体发光元件
2   蓝宝石基板
3   缓冲层
4   非掺杂GaN层
5   n型接触层
6   多重层
7   多量子阱结构的发光层
8   电子阻挡层
9   p型接触层
10  透光性薄膜电极
12  n电极
11  p电极
13  保护膜
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的氮化物半导体发光元件及其制造方法的实施方式1进行详细说明。
（实施方式1）
图1为表示本发明的实施方式1中的氮化物半导体发光元件的主要结构例的纵剖面图。
图1中，本实施方式1的氮化物半导体发光元件1中，在表面形成有凹凸的、厚度约为300μm的基板上，例如蓝宝石基板2上，形成由氮化铝（AlN）构成的、膜厚约为15nm的缓冲层3，并且，在该缓冲层3上形成由非掺杂的GaN构成的、膜厚约为500nm的非掺杂GaN层4。这些蓝宝石基板2、缓冲层3以及非掺杂GaN层4构成了单结晶基板。
并且，在本实施方式1的氮化物半导体发光元件1中，在该单结晶性基板上形成由掺杂1×1018/cm3硅（Si）的GaN构成的、膜厚约为5μm的n型接触层5（高载流子浓度n+层）。在该n型接触层5上形成多重层6，并且在该多重层6上形成多量子阱结构的发光层7。
该多重层6通过多对由InxGa1-xN（0<x<0.3）构成的第一层与由GaN构成的第二层交替层叠而成。在此，例如该多重层6层叠了五对由In0.03Ga0.97N构成的、膜厚3nm的第一层与由GaN构成的、膜厚20nm的第二层。向该多重层6中的第一层，在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3（进一步优选为1×1017cm-3～1×1018cm-3）的范围内添加Si作为一导电型杂质，使发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下（进一步优选为20以上35以下）。具体地说，在以规定项目的反向电气特性（反向电流）为参数，表示发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与多重层6的第一层的Si浓度之间的关系的特性曲线（图2中的曲线A～C）中，将Si浓度设定为与静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值相对应的Si浓度。
多量子阱结构的发光层7的阱层至少由包括In的InyGa1-yN（0≤y<0.3）构成。因此在这里，例如多量子阱结构的发光层7层叠了三对由In0.2Ga0.8N构成的、膜厚3nm的阱层与由GaN构成的、膜厚20nm的阻挡层。
并且，在本实施方式1的氮化物半导体发光元件1中，该发光层7上形成有由掺杂了2×1019/cm3的Mg的p型Al0.15Ga0.85N构成的、膜厚25nm的p型层即电子阻挡层8，并且该电子阻挡层8上形成由掺杂了8×1019的Mg的p型GaN构成的、膜厚100nm的p型接触层9。该p型接触层9上通过金属蒸镀形成有透光性薄膜电极10（ITO），并且透光性薄膜电极10的一部分上形成有p电极11，另外，n型接触层5的端部上形成有n电极12。最上部形成有由SiO2膜构成的保护膜13。p电极11由与透光性薄膜电极10直接接合的、膜厚约为1.5nm的钴（CO）构成的第一层和与该钴膜接合的、膜厚约为6nm的金（Au）构成的第二层构成。
构成发光层7的多量子阱结构至少包括由包括铟（In）的III族氮化物类化合物半导体InxGa1-xN（0<x<0.3）构成的阱层。发光层7的结构有：例如由掺杂或非掺杂的InyGa1-xN（0<x<0.3）构成的阱层；由比该阱层带隙大的任意组成的III族氮化物类化合物半导体GaN，InyGa1-yN（0<y<0.1）或InyAlzGa1-y-zN（0<y<0.1，0<z<0.2）构成的阻挡层。优选由非掺杂的InyGa1-xN（0<x<0.3）、InyGa1-yN（0<y<0.1）构成的阻挡层。
设在发光层7的n电极12侧的多重层6由InxGa1-xN（0<x<1）构成的层和由GaN构成的层而形成，其中，由InxGa1-xN（0<x<1）构成的层中，铟（In）的组份x比形成发光层7的、由至少包括铟（In）的III族氮化物类化合物半导体InxGa1-xN（0<y<1，0<z<1）构成的阱层中铟（In）的组份z小。此时，由形成多重层6的InxGa1-xN（0<x<1）构成的层中，铟（In）的组份x优选为0.02以上0.07以下，更优选的是0.03以上0.05以下。
设在发光层7的n电极12侧的多重层6中，由InxGa1-xN（0<x<1）构成的层的膜厚优选为0.5nm以上6nm以下，更优选的是0.5nm以上4nm以下。下面虽然记载了发光特性，但是当由InxGa1-xN（0<x<1）构成的层的膜厚超过6nm时，能够确认驱动电压Vf大幅上升。当不足0.5nm时，因为膜厚的调整变得困难，应当避免。另外，还确认多重层6中由GaN构成的层至少在10～40nm的范围内，元件特性不发生大的变化。多重层6中由InxGa1-xN（0<x<1）构成的层的厚度相对于发光层的阱层的厚度的比，优选为0.1以上2以下。更优选的是，调节多重层6中由InxGa1-xN（0<x<1）构成的层的厚度，使其小于发光层7的阱层的厚度。另外，多重层6中由GaN构成的层的厚度相对于发光层的阻挡层的厚度的比，优选为0.5以上4以下。更优选的是，调节多重层6中由GaN构成的层的厚度，使其大于发光层7的阻挡层的厚度。
设在发光层7的n电极12侧的多重层6中由InxGa1-xN（0<x<1）构成的层的个数，优选为1以上7以下，更优选的是1以上5以下。
III族氮化物类化合物半导体发光元件等氮化物半导体发光元件1，除涉及所述发明的主要结构的限定之外，能够采用任意的结构。而且，发光元件可采用发光二极管（LED）、激光二极管（LD）、光电耦合器或其他任意的发光元件。特别是能够采用任意的制造方法作为本发明的III族氮化物类化合物半导体发光元件等氮化物半导体发光元件1的制造方法。
具体地说，作为使晶体生长的基板，能够采用蓝宝石、尖晶石、Si、SiC、ZNO、MgO或III族氮化物类化合物单结晶等。作为使III族氮化物类化合物半导体层晶体生长的方法，分子束外延法（MBE），有机金属化学气相沉积法（MOCVD），卤化物气相外延法（HDVPE），液相外延生长法等是有效的。
电极形成层等III族氮化物半导体层至少能够通过以AlxGayIn1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1）表示的2元系、3元系或4元系的半导体所构成的III族氮化物类化合物半导体形成。
在此，作为本实施方式1的氮化物半导体发光元件1的特征结构，多重层6是交替层叠由InxGa1-xN（0<x<0.3）构成的第一层与由GaN构成的第二层而成，向该多重层6中的第一层，在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3（进一步优选为1×1017cm-3～1×1018cm-3）的范围内添加Si作为一导电型杂质，使发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下（进一步优选为20以上35以下）。下面将对本实施方式1的氮化物半导体发光元件1的特征结构进行更详细的说明。
图2为通过特性曲线表示图1的发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与图1的多重层6的Si密度（cm3）之间的关系的图。
如图2所示，纵轴的静电击穿能量（mJ/cm2）越高，发光层7被击穿的几率越高，横轴为表示Si的掺杂量的Si浓度（cm3）。在GaN层处于非掺杂的材料的状态下，Si浓度为1×1016。静电击穿能量（mJ/cm2）在非掺杂的方向（横轴左方）上变高，从而发光层7被击穿的几率逐渐变高。将Si浓度从非掺杂状态（1×1016）向横轴右方逐渐增高，存在静电击穿能量（mJ/cm2）的最低点（极小值），在此处，发光层7变得最难被击穿。这是因为在该静电击穿能量（mJ/cm2）的最低点（极小值），发光层7产生隧道结现象而放出电流。在多重层6的Si浓度处于非掺杂状态（1×1016）下，为使电流不流动，ESD耐压试验时，例如直接向发光层7施加1500V，发光层7轻易地被击穿。并且，将Si浓度从静电击穿能量（mJ/cm2）的最低点（极小值）进一步增高，静电击穿能量（mJ/cm2）上升，发光层7被击穿的几率逐渐变高。其后，进一步增高Si浓度，存在静电击穿能量（mJ/cm2）的最高点（极大值）。超过该最高点（极大值）后，静电击穿能量（mJ/cm2）降低，并向发光层7难以被击穿的方向移动。然而，当Si浓度超过1×1018cm-3后，进入漏电流增加、发光效率大幅降低的光输出降低区域。
因此，对于多重层6的Si浓度，将从非掺杂状态（1×1016）到静电击穿能量（mJ/cm2）的最低点（极小值）、再到最高点（极大值）期间的多重层6的Si密度（cm3），即Si浓度设定在5×1016cm-3～1×1018cm-3（进一步优选为1×1017cm-3～1×1018cm-3）的范围，得到基于漏电流的发光效率良好并且耐压高的发光元件。在这种情况下，如图2中的特性曲线C所示，由于参数反向电流值，即使Si浓度在1×1017cm-3～1×1018cm-3的范围内，也可能出现静电击穿能量（mJ/cm2）较高的情况，所以发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）优选为20以上40以下（进一步优选为20以上35以下）。
并且，因为根据基板的种类及生产批量不同，该硅掺杂量（Si浓度）的最佳值不同，所以需要以表示通过GaN层4流向基板2的漏电流的反向电流为规定项目的反向电气特性的参数，来设定硅掺杂量（Si浓度）。
如图2中的曲线A所示，反向电流为0.7μA/cm2时，静电击穿能量（mJ/cm2）达到极小值，此时多重层6的Si浓度为3×1017cm-3或9×1017cm-3。并且，如图2中的曲线B所示，反向电流为70μA/cm2时，静电击穿能量（mJ/cm2）达到极小值，此时多重层6的Si浓度为6×1017cm-3。并且，如图2中的曲线C所示，反向电流为7mA/cm2时，静电击穿能量（mJ/cm2）达到极小值，此时多重层6的Si浓度为2×1017cm-3。优选静电击穿能量（mJ/cm2）达到的这些最小值为20以上40以下（进一步优选为20以上35以下）。
因此，根据基板种类及生产批量的不同，作为规定项目的反向电气特性的参数，测量流向基板侧的反向电流并以测量到的该反向电流为参数，对多重层6进行硅掺杂，使其浓度达到预先求出的静电击穿能量/Si密度曲线上的静电击穿能量达到极小值时的Si浓度（Si密度），能够在不使发光强度及驱动电压恶化的情况下最大程度防止静电击穿，提高静电耐压。在这种情况下，根据图2，静电击穿能量优选为20mJ/cm2以上40mJ/cm2以下，进一步优选为20mJ/cm2以上35mJ/cm2以下。
对所述结构的氮化物半导体发光元件1的制造方法进行说明。
图3为表示图1的氮化物半导体发光元件1的制造方法中的各制造工序的流程图。
如图3所示，本实施方式1中的氮化物半导体发光元件1的制造方法具有以下工序：步骤S1中，将蓝宝石基板2收纳在规定位置的蓝宝石基板2的基板收纳工序；步骤S2中，在蓝宝石基板2的表面形成凹凸的蓝宝石表面凹凸加工工序；步骤S3中，通过MOCVD法，在蓝宝石基板2的表面凹凸加工面上，依次形成缓冲层3、非掺杂GaN层4、n型接触层5、多重层6、多量子阱结构的发光层7、电子阻挡层8以及p型接触层9的MOCVD工序；步骤S4中，在p型接触层9上形成透光性薄膜电极10的透明性电极形成工序；步骤S5中，直到n型接触层5的中途蚀刻去除基板端部，使n型接触层5的端部露出，在n型接触层5的端部表面上形成n电极12的同时，在透光性薄膜电极10的一部分表面上形成p电极11的n电极以及p电极形成工序；步骤S6中，在透光性薄膜电极10、p电极11、n电极12以及n型接触层5的露出表面，以及蚀刻去除的侧面，为了确保耐湿度，形成保护层13的保护层形成工序；步骤S7中，分别将p电极11以及n电极12上的保护层13开口的电极开口部工序；步骤S8中，测量从n电极12通过非掺杂GaN层4流向蓝宝石基板2的电流的反向电流值的测量检查工序。
将该步骤S8的测量检查工序中得到的基板及批量特有的反向电流值反馈到步骤S3的MOCVD工序中的多重层6形成时，并且在步骤S3的MOCVD工序中的多重层6形成时，对多重层6进行硅掺杂，使得以该反馈的反向电流值为参数的特性曲线中，达到静电击穿能量/Si密度曲线上的静电击穿能量为极小值时的Si浓度（Si密度）。总之，在多重层6形成时向其反馈反向电流值，相对于多重层6的硅（Si）掺杂量，可变为静电击穿能量（mJ/cm2）最低时的Si浓度。
总之，本实施方式1的氮化物半导体发光元件1的制造方法，在具有通过有机金属化学气相沉积法在蓝宝石基板2上形成氮化物半导体发光元件结构的第一工序、形成p电极11以及n电极12的第二工序、测量反向电流值作为反向电气特性的第三工序的氮化物半导体发光元件1的制造工序中，利用第三工序中测量出的氮化物半导体发光元件1的反向电气特性值即反向电流值，选择以其测量结果的反向电流值为参数的所述特性曲线，根据所选择的特性曲线，将第一工序中的n导电型杂质Si浓度控制在静电击穿能量为极小值时的Si浓度。
在这种情况下，n导电型杂质的Si浓度的控制，是通过控制SiH4气体流量或SiH（CH3）3气体流量来进行的。通过有机金属化学气相沉积装置的气体流量来控制n导电型杂质的浓度以产生阻抗，该阻抗使导致静电击穿的高电压的电荷向发光层施加时的能量不能施加到发光层，由此能够不使光输出降低地提高静电耐压。
由上所述，根据本实施方式1，在单结晶性基板2上具有多量子阱结构的发光层7的氮化物半导体发光元件1中，在发光层7的n电极12一侧，具有交替层叠多对由InxGa1-xN（0<x<0.3）所构成的第一层与由GaN所构成的第二层而成的多重层6，多量子阱结构的发光层7的阱层至少由包括In的InyGa1-yN（0≤y<0.3）构成，向多重层6的第一层在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内添加n导电型杂质，使发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下，具体地说，根据以测量结果的反向电流值为参数的所述特性曲线，通过以静电击穿能量达到极小值时的Si浓度向多重层6的第一层离子注入n导电型杂质Si，能够不使光输出降低地提高静电耐压。
另外，在本实施方式1中，向多重层6的第一层，在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内添加n导电型杂质，使发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下，作为其一个例子，对根据以测量检查工序中的测量结果的反向电流值为参数的所述特性曲线，以静电击穿能量达到极小值时的Si浓度向多重层6的第一层离子注入n导电型杂质Si的情况进行了说明，但不限于此，也可根据以测量检查工序中的测量结果的反向电流值为参数的所述特性曲线，以静电击穿能量达到极小值前后的规定范围的Si浓度向多重层6的第一层离子注入n导电型杂质Si。总之，向多重层6的第一层在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内添加n导电型杂质，使发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下即可。
在这种情况下，在本实施方式1中控制了多重层6的第一层的Si浓度，但不限于此，也可以分别控制多重层6的第一层及第二层的Si浓度。总之，控制多重层6的第一层的Si浓度即可。
并且，在本实施方式1中，预先求出以作为规定项目的反向电气特性的反向电流值为参数，表示发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与多重层6的Si浓度之间的关系的特性曲线，根据测量检查工序中求出的以反向电流值为参数的特性曲线，至少将多重层6的第一层的Si浓度控制在与静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值或其前后的值相对应的多重层6的Si浓度的情况进行了说明，但反向电气特性值不限于所述反向电流值，也可是反向AC电压施加时的静电容量值。
在这种情况下，预先求出以作为规定项目的反向电气特性的反向AC电压施加时的静电容量值为参数，表示发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与多重层6的Si浓度之间的关系的特性曲线，根据测量检查工序中求出的以反向AC电压施加时的静电容量值为参数的特性曲线，至少将多重层6的第一层的Si浓度控制在与静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值或其前后的值相对应的多重层6的Si浓度。以作为规定项目的反向电气特性的反向AC电压施加时的静电容量值为参数的特性曲线，与图2所示的以作为规定项目的反向电气特性的反向电流值为参数的特性曲线一样，成为同样具有极小值及极大值的特性曲线。总之，本发明也能够适用于以反向AC电压施加时的静电容量值为参数的特性曲线。也就是说，与根据反向电流值的不同、存在相应的静电击穿能量（mJ/cm2）相对于多重层6的Si浓度的关系一样，根据反向AC电压施加时的静电容量值的不同，存在相应的静电击穿能量（mJ/cm2）相对于多重层6的Si浓度的关系。
并且，在本实施方式1中，预先求出以作为规定项目的反向电气特性的反向电流值为参数，表示发光层7承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与多重层6的Si浓度之间的关系的特性曲线，根据测量检查工序中求出的以反向电流值为参数的特性曲线，至少将多重层6的第一层的Si浓度控制在与静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值或其前后的值（发光层承受的静电击穿能量在20以上40以下的值）相对应的多重层6的Si浓度的情况进行了说明，但反向电气特性值不限于所述反向电流值，反向电气特性值也可为利用深能级瞬态法（DLTS）或恒温电容瞬态法（ICTS）而测量出的缺陷能级。
在这种情况下，在图3中的步骤S8的测量检查工序中不进行反向电流值的测量，而是在芯片化工序之后的工序，通过深能级瞬态法（DLTS）以及恒温电容瞬态法（ICTS）测量缺陷能级，并将其反馈到图3中步骤S3的MOCVD工序，根据以测量的缺陷能级为参数，表示静电击穿能量（mJ/cm2）相对于多重层6的Si浓度的关系的特性曲线，至少将多重层6的第一层的Si浓度控制在与静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值或其前后的值（发光层承受的静电击穿能量在20以上40以下的值）相对应的多重层6的Si浓度。以作为规定项目的反向电气特性的缺陷能级为参数的特性曲线，与图2所示的以作为规定项目的反向电气特性的反向电流值为参数的特性曲线一样，成为同样具有极小值及极大值的特性曲线。总之，本发明也能够适用于以缺陷能级为参数的特性曲线。也就是说，与图2所示的根据反向电流值的不同，存在相应的静电击穿能量（mJ/cm2）相对于多重层6的Si浓度的关系一样，根据缺陷能级的不同，存在相应的静电击穿能量（mJ/cm2）相对于多重层6的Si浓度的关系。
如上所述，通过本发明优选的实施方式1对本发明进行了举例说明，但本发明不应被解释为是限定于该实施方式1的描述。本发明的范围可以理解为仅通过其权利要求的范围来解释。通过对本发明优选的实施方式1的具体描述，本领域的技术人员能够根据本发明的描述以及技术常识实施等同的范围。与本说明书中引用的专利、专利申请以及文献其内容自身在本说明书中被具体地描述一样，其内容可以理解为作为对本说明书的参考而被引用。
工业实用性
本发明在绿、蓝及紫外区的氮化物类化合物半导体发光元件等氮化物半导体发光元件及其制造方法的领域中，在发光层的n电极侧，至少在交替层叠由InxGa1-xN（0<x<0.3）构成的第一层与由GaN构成的第二层而成的多重层的第一层，向多重层添加杂质，使杂质浓度在5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内，通过使发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下，控制多重层的杂质浓度以产生阻抗，该阻抗使导致静电击穿的高电压的电荷向发光层施加时的能量不能施加到发光层，因而不会使发光强度及驱动电压恶化，而能够提高静电耐压。

Claims (14)

1.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，
单结晶基板上形成有多量子阱结构的发光层，
在该发光层的n电极侧，具有由InxGa1-xN（0<x<0.3）构成的第一层与由GaN构成的第二层交替层叠而成的多重层，该多量子阱结构的发光层的阱层至少由包括In的InyGa1-yN（0≤y<0.3）构成，向该多重层的至少第一层在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内添加一导电型杂质，使该发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
在以规定项目的反向电气特性为参数，表示所述发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与所述多重层的一导电型杂质的浓度之间的关系的特性曲线中，该一导电型杂质的浓度被设定为该静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值。
3.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述反向电气特性为从所述n电极流向所述单结晶基板侧的反向电流值。
4.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述反向电气特性为施加反向电压时的静电容量值。
5.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述反向电气特性为利用深能级瞬态法或恒温电容瞬态法测量出的缺陷能级。
6.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上35以下。
7.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
在浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3的范围内添加所述一导电型杂质。
8.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述一导电型杂质为n导电型杂质Si。
9.一种氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有：
通过有机金属化学气相沉积法在单结晶基板上形成氮化物半导体发光元件结构的第一工序，对该氮化物半导体发光元件结构形成p电极以及n电极的第二工序，测量反向电气特性的第三工序；
利用该反向电气特性在从下次开始的该第一工序中，向设在该单结晶基板上的多量子阱结构发光层的n电极侧的多重层中的至少第一层，在浓度为5×1016cm-3～1×1018cm-3的范围内添加一导电型杂质，使该发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）在20以上40以下。
10.如权利要求9所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
预先求出以规定项目的反向电气特性为参数，表示所述发光层承受的静电击穿能量（mJ/cm2）与所述多重层的一导电型杂质的浓度之间的关系的特性曲线，在以所述第三工序中求出的反向电气特性为参数的特性曲线中，将所述多重层的至少第一层的一导电型杂质的浓度控制在与该静电击穿能量（mJ/cm2）的极小值相对应的该多重层的一导电型杂质的浓度。
11.如权利要求10所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
所述一导电型杂质浓度的控制是通过控制SiH4气体流量或SiH（CH3）3气体流量来进行的。
12.如权利要求9所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
所述反向电气特性为从所述n电极流向所述单结晶基板一侧的反向电流值。
13.如权利要求9所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
所述反向电气特性为施加反向AC电压时的静电容量值。
14.如权利要求9所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
所述反向电气特性为利用深能级瞬态法或恒温电容瞬态法而测量出的缺陷能级。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6331572B2 (ja) * 2014-03-28 2018-05-30 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子の製造方法
CN105140367B (zh) * 2015-09-29 2018-03-09 华南师范大学 一种GaN基LED外延结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101645480A (zh) * 2009-06-22 2010-02-10 武汉华灿光电有限公司 一种提高氮化镓基发光二极管抗静电能力的方法
TW201031032A (en) * 2008-12-08 2010-08-16 Showa Denko Kk Template substrate used for semiconductor light-emitting device, the manufacturing method thereof, manufacturing method of semiconductor light-emitting device and the device thereof
US20100283083A1 (en) * 2006-06-15 2010-11-11 Yuki Niiyama Normally-off field effect transistor using III-nitride semiconductor and method for manufacturing such transistor

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3551101B2 (ja) * 1999-03-29 2004-08-04 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子
JP3448040B2 (ja) * 2001-06-21 2003-09-16 兵庫県 半導体ウエハの特性評価装置及びその使用方法
JP2005051170A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
US7811943B2 (en) * 2004-12-22 2010-10-12 Cree, Inc. Process for producing silicon carbide crystals having increased minority carrier lifetimes
JP2006186005A (ja) * 2004-12-27 2006-07-13 Sumitomo Chemical Co Ltd 窒化物系化合物半導体、その製造方法及びその用途
JP2007305609A (ja) * 2006-04-10 2007-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置
JP2009076593A (ja) * 2007-09-19 2009-04-09 Hitachi Cable Ltd グルービング加工方法及び光測定方法
JP5367429B2 (ja) * 2009-03-25 2013-12-11 古河電気工業株式会社 ＧａＮ系電界効果トランジスタ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100283083A1 (en) * 2006-06-15 2010-11-11 Yuki Niiyama Normally-off field effect transistor using III-nitride semiconductor and method for manufacturing such transistor
TW201031032A (en) * 2008-12-08 2010-08-16 Showa Denko Kk Template substrate used for semiconductor light-emitting device, the manufacturing method thereof, manufacturing method of semiconductor light-emitting device and the device thereof
CN101645480A (zh) * 2009-06-22 2010-02-10 武汉华灿光电有限公司 一种提高氮化镓基发光二极管抗静电能力的方法

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