TW200812111A - Method of manufacturing group-III nitride semiconductor light-emitting element - Google Patents

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200812111 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於以發光輸出高，而且驅動電壓低作爲特 徵之II族氮化物半導體發光元件的製造方法。 【先前技術】 ΙΠ族氮化物半導體發光兀件係以將發光層挟持於其間 的形式而配置η型半導體層和p型半導體層之方式構成， 以從各別接觸而設置之負極及正極注入電洞及電子而在半 導體層內的Ρ Ν接合而再結合之情事而得到發光。此發光 的強度係因爲與再結合之電洞和電子的載體數成比例，所 以如流過更多的電流則發光元件的發光輸出係就因爲那樣 而變高。但是，實際上，因爲有由半導體層的體電阻（ bulk resistor )及電極構成材料的阻抗之發熱，所以爲了 提高發光輸出而繼續增加施加電流之情事係不實用。 因此，在評估發光元件的特性上，比較供給了 一定電 流（稱爲額定電流）之情況之發光輸出與此時之順方向電 壓（設此爲驅動電壓V f )之情事爲佳。也就是，在額定電 流I f，以較低的驅動電壓V f而且發光輸出高係作爲發光 元件之良好的特性而成爲目標。 在構成發光元件之電極材料作爲一定之情況，驅動電 壓V f係相依於η型半導體層和ρ型半導體層之構成。特 別是因爲Ρ型半導體層係與電極材料的接觸區域廣大，爲 了下降驅動電壓V f，係將ρ型半導體層干預而產生的阻抗 -4- 200812111 份儘可能低地抑制成爲必要。 例如，可進行：以在p型半導體層與電極材料之間’ 更插入高濃度摻雜不純物之第2p型半導體層（P型接觸層 )’與電極材料之歐姆性變爲良好而變低驅動電壓Vf (例 如：參照日本特開平8-974 1號公報）。但是，驅動電壓 Vf之下降還不充分。 【發明內容】 本發明的目的係鑑於上述的狀況，提供：發光輸出高 、而且驅動電壓低之m族氮化物半導體發光元件。 於第1圖表示m族氮化物半導體發光元件的順方向之 電流-電壓特性圖。在此圖，在額定電流if之驅動電壓vf 係作爲合計了電流-電壓特性之理想特性（圖中的直線 a )與額定電流if之交點之電壓vG、與p型半導體層和電 極材料間的歐姆性質之電壓ve之物而表示。因而，爲了 下降在額定電流之驅動電壓Vf係變低電壓v〇和電壓vc 成爲必要。 電壓係ve係因爲相依於使用的電極材料種類，所以 由該選擇而實質上地決定。爲此，爲了使用廣範圍之電極 材料所以不變低ve、而變低電壓v〇之情事爲必要。如用 電流-電壓特性的圖，在一定電流下變低電壓v〇係繼續變 大爲理想線之直線A的傾斜。 在表示發光元件的理想特性上，經常利用以下的式（ 1 ) 〇 200812111 I = I〇(EXP(qV/n-kT)-l) (1) 此式係表示在第1圖的順方向之電流-電壓特性圖之 直線A之式，直線A的傾斜係成爲式中的q / n · k T。此 η係在此式被稱爲η値，而在變低電壓V 〇係情事係變爲將 變大直線Α的傾斜，也就是變小η値作爲目標。 本發明者係發現：在使m族氮化物半導體的ρ型半導 體層成長時’若以該成長速度成爲8〜20nm/分般的成長 條件進行，則可得結晶性優良的p型ffl族氮化物半導體層 ，上述η値爲2以下般地變得非常小之情事，而完成了本 發明。 也就是，本發明係提供下述之發明。 (1 )於基板上使由ΠΙ族氮化物半導體所構成之，將η 型半導體層、發光層及ρ型半導體層以此順序成長之後， 從於該η型半導體層及ρ型半導體層各別形成負極及正極 之情事所構成之瓜族氮化物半導體發光元件的製造方法； 以該Ρ型半導體層的成長速度爲8〜20nm/分作爲其特徵 之m族氮化物半導體發光元件的製造方法。 (2 )如上述1項所記載的製造方法，在使ρ型半導 體層成長時的成長裝置內壓力爲1〇〜50kPa。 (3 )藉由記載於上述1或2項的製造方法而製造之 ΠΙ族氮化物半導體發光元件。 (4 )於基板上由孤族氮化物半導體所構成之，η型半 導體層、發光層及Ρ型半導體層以此順序層積，正極及負 極各別接於Ρ型半導體層及η型半導體層而設置之發光元 -6 - 200812111 件；以下述式（1 )表示的發光元件的電流—電壓曲線的n 値爲2以下作爲其特徵之瓜族氮化物半導體發光元件。 I = I〇(EXP(qV/n-kT) -1) ( 1 ) (5 )由記載於上述第3或第4項之皿族氮化物半導 體發光元件所構成之燈。 (6 )安裝記載於上述第5項之燈的電子機器。 (7 )安裝記載於上述第6項的電子機器之機械裝置 〇 如藉由將p型半導體層的成長速度控制在8〜20nm/ 分作爲要點之本發明，則可得結晶性優良之p型瓜族氮化 物半導體層，其結果，可得驅動電壓低而且發光輸出高的, 瓜族氮化物半導體發光元件。 【實施方式】 本發明係提供：在p型m族氮化物半導體層，p型半 導體層的成長速度作爲8〜2 Onm/分作爲其特徵之瓜族氮 化物半導體發光元件之製造方法。 於以下敘述發明的詳細的內容。 第2圖爲表示有關本發明之，具備了 p型半導體層之 皿族氮化物半導體發光元件的剖面之模式圖。在本圖，7 爲正極，由光透過性或反射性正極7 a和銲墊層7 b構成。 5爲p型半導體層，此係由p型覆蓋層5 a和p型接觸層 5 b所構成。1爲基板、2爲緩衝層、3爲n型半導體層、4 爲發光層及6爲負極。 -7- 200812111 在本案發明，於基板〗係可無任何限制地使用由：藍 寶石單結晶（A1203 ; A面、C面、Μ面、R面）、尖晶石 單結晶（MgAl204 ) 、ΖηΟ單結晶、LiA102單結晶、 L i G a Ο2單結晶、M g Ο單結晶或G a2 Ο3單結晶等的氧化物 單結晶基板、以及Si單結晶、SiC單結晶、GaAs單結晶 、A1N單結晶、GaN單結晶或是ZrB2等的硼化物單結晶 等的非氧化物單結晶基板選擇之一般周知的基板材料。而 且，基板的面方位係不特別限定，其off angle亦可任意 地選擇。 作爲構成緩衝層、η型半導體層、發光層及p型半導 體層之ffl族氮化物半導體，係以一般式AMriyGaiiyN ( 0 SxSl、〇Sy$l、〇S χ + y ^ 1 )表示之各種組成的半導體 爲一般周知。在構成於本發明之緩衝層、η型半導體層、 發光層及Ρ型半導體層之瓜族氮化物半導體，亦可無任何 限制地使用以一般式 AlxInyGa卜x.yN ( 0 $ X S 1、0 g y $ 1 、〇‘ χ + y s 1 )表示之各種組成的半導體。 作爲成長這些m族氮化物半導體的方法，係有：有機 金屬氣相成長法（M0CVD法）、分子束磊晶成長法（ MBE )、氫化物氣相成長法（HVPE )等。理想爲組成控 制爲容易，具備量產性之Μ 0 CVD法爲適宜，但未必要限 定於同法。 在將M0CVD法作爲上述半導體層的成長方法而採用 的情況，係作爲ΙΠ族的Ga原料，以有機金屬材料之三甲 基鎵（TMGa )或三乙基鎵（TEGa )爲主，同樣地作爲ΙΠ 200812111 族的A1的原料，以三甲基鋁（TMAl )或三乙基鋁（TEAl )爲主而使用。另外關於爲發光層的構成材料之I η係作 爲其原料使用三甲基銦（ΤΜΙ )或三乙基銦（ΤΕΙ )。作爲 V族的Ν源，使用氨（Ν Η 3 )或聯胺（Ν 2 Η 4 )等。 作爲η型半導體層的摻雜物材料，使用s i或G e。作 爲Si原料使用單砂院（SiH4)或二砂院（Si2H6)，作爲 Ge原料使用鍺烷（Germane )或有機鍺化合物。在？型半 導體層，作爲摻雜物使用Mg。作爲此原料，例如使用雙 環戊一稀錶 B i s ( c y c 1 〇 p e η t a d i e n y 1 ) m ag n e s i u m ( C p 2 M g ) 或雙乙基環戊二燃鍾 Bis ( ethylcy clopentadienyl ) magnesium ( (EtCp) 2 M g ) 0 接著，敘述關於作爲成長法採用了 一般之MO CVD法 的各半導體層。 (緩衝層） Φ 作爲緩衝層，係已知開示於日本專利3 0260 8 7號公報 等之低溫緩衝層或開示於日本專利2003 -243 302號公報等 之高溫緩衝層，可無任何限制地使用這些緩衝層。 供給於成長的基板1係可由前期記載中選擇，但在此 ' 係敘述關於使用了藍寶石基板之情況。在將同基板配置於 已設置在溫度及壓力的控制爲可能之反應空間之附Sic膜 的石墨（graphite )製治具（承受器）上之狀態，於此場 所與氫載體氣體（carrier gas )、氮載體氣體、一起送入 NH3氣體和TMA1。附SiC膜石墨（graphite )製治具係藉 200812111 由來自RF線圈之誘導加熱而加熱至必要的溫度，在基板 上係形成A1N緩衝層。作爲溫度，於使A1N的低溫緩衝 成長係控制在從500°C至700 °C的溫度，爲了之後的結晶 化提昇至11〇〇 °C前後的溫度。在使高溫A1N緩衝層成長 的情況，係可不2段的加熱，而可一下子在1 〇 〇 〇 °c至 1 200 °C的溫度下。而且，在使用前述記載中的A1N單結晶 基板、G aN單結晶基板的情況，未必需要使緩衝層成長， 而於上述基板上使後述的η型半導體層直接成長。 (η型半導體層） 作爲η型半導體層係各種組成及構造之物係一般周知 ，在本案發明亦包含這些一般周知之物，亦可使用任何的 組成及構造之物。通常，η型半導體層係由：由未摻雜 GaN層所構成的基材層、含有Si或Ge等的11型摻雜物， 設置負極之η型接觸層以及具有比發光層大的能隙能量之 η型覆蓋（clad )層所構成。η型接觸層係可兼爲η型覆蓋 層及/或基材層。 接著緩衝層的形成之後，於緩衝層上使由未摻雜GaN 層所構成的基材層成長。溫度係作爲1 000〜1 200 °C，將壓 力控制下的原料、NH3氣體和TMGa與載體氣體一起送到 緩衝層上。TMGa的供給量係藉由與同時流動的NH3的比 例而被限制，但作爲成長速度而控制在1 // m /小時〜3 μ m /小時之間係對抑制轉位等的結晶缺陷之產生爲有效。關 於成長壓力係在確保上述的成長速度之上，20〜60kPa ( -10- 200812111 200〜600mbar )的區域爲最合適。 , 接著未摻雜GaN層的成長後，使n型接觸層成長。該 成長條件係與未摻雜GaN層的成長條件相同。摻雜物係與 載體氣體一起供給，但該供給濃度係以與T M G a供給量的 比例進行控制。本發明係藉由將後述的p型半導體層以特 定的成長速度形成，應該變低發光元件的驅動電壓，但驅 動電壓係因爲因η型接觸層的摻雜物濃度亦當然受到影響 ，所以適合ρ型半導體層的成長條件同時決定η型接觸層 的摻雜物濃度。作爲摻雜物的供給條件，係在令M / Ga 比（M = Si或Ge )作爲1 ·0χ1 0·3〜6·0χ1 0·3的範圍，成爲可 變低驅動電壓。 未摻雜GaN層及含有摻雜物的η型半導體層之膜厚， 係個別作爲1〜4 // m爲理想，但未必限定於此範圍。作爲 用以抑制來自基板及緩衝層的結晶缺陷之向上層的傳播之 手段，亦可使未摻雜GaN層及/或含有摻雜物的η型半導 體層之膜厚增加，但藉由厚膜化，因爲誘發晶圓本身的彎 曲所以不太是上策。在本發明，在前述的範圍內設定個別 層的膜厚爲理想。 (發光層） 作爲發光層係各種組成及構造之物係一般周知，在本 案發明亦包含這些一般周知之物，亦可使用任何的組成及 構造之物。 例如多重量子井構造的發光層係一邊使成爲阻障層之 -11 - 200812111 η型GaN層與成爲井層之GalnN層交互地層積、一 。載體氣體係選擇使用N2或H2。NH3和TEGa或 係與此載體氣體一起供給。

GalnN層的成長係再加上供給TMI。總之取一 成長時間，一邊斷續地供給In之程序。在GalnN 長係因爲於載體氣體中存在H2而In濃度的控制變 ，在此層’作爲載體氣體使用H2不是上策。阻障層 GaN層）和井層（GalnN層）之膜厚係選擇發光輸 得最高之條件。在決定了最適膜厚之上，適宜選擇 原料供給量和成長時間。向阻障層之摻雜物量亦成 發光元件的驅動電壓之高低的條件，而該濃度係對 型半導體層的成長條件而選擇。作爲摻雜物爲Si或 哪一個都可以。 成長溫度係在7 0 0 °C至1 0 0 0 °C之間爲理想，但 定於此範圍。但是，在井層的成長係在高的溫度爲 以將ϊη帶進成長膜中，實質上形成井層爲困難。 成長溫度係在不太變高的範圍內選擇。在本發明係 層的成長溫度作爲70(TC至1 000°C的範圍，但即使 障層和井層的成長溫度亦不是障礙。成長壓力係一 成長速度的平衡、一邊設定。在本發明係成長β 10kPa ( 200 mbar )至 60kPa ( 600 mba〇 之間爲理 未必限定於此範圍。 爲井層和阻障層的數，哪一方都是3層至7層 ，但未必限定於此範圍。發光層係最後使阻障層成 邊形成 TMGa 邊控制 層的成 得困難 (η型 出爲變 m族的 爲左右 應於P 丨Ge的 未必限 變得難 於是， 就發光 改變阻 邊取與 壓力係 想，但 爲合適 長成爲 -12- 200812111 結束（最終阻障層）。此阻障層係防止由井層的載體之溢 流、同時在繼續的P型半導體層的成長，完成防止來自最 終阻障層之In的脫離的任務。 (P型半導體層） P型半導體層亦各種組成及構造之物係一般周知，在 本案發明亦包含這些一般周知之物，亦可使用任何的組成 及構造之物。p型半導體層，通常由：於其上形成正極之 P型接觸層和能隙能量比發光層大的p型覆蓋層形成。P 型接觸層亦可兼爲p型覆蓋層。 在本發明，成長速度被控制在8〜20nm/分之p型半 導體層，係於其上形成正極之p型接觸層。p型覆蓋層的 成長速度未必需要在此範圍。 控制了成長速度的P型接觸層之Mg摻雜物的濃度係 不特別限制，但爲了確保良好的結晶性，係Mg摻雜物的 濃度爲0.9x1 02G〜2x1 02G原子/ cm3爲理想。於p型接觸層 中，係與Mg摻雜物一起，氫原子爲ΙχΙΟ18〜1x1 〇21原子/ cm3左右的濃度存在著亦佳。 在P型半導體層的成長，首先直接接於發光層的最終 阻障層上而將p型覆蓋層，於其上使成長速度被控制在 8〜2 0nm/分之p型接觸層層積。於p型覆蓋層係使用GaN 或GaAIN爲理想。另外’ p型覆蓋層係使組成或晶格常數 相異之層交互地層積亦佳，使層的厚度和爲摻雜物之M g 的濃度變化亦佳。 -13- 200812111 於有關本發明之成長速度控制在8〜20nm/分之p型 接觸層係使用GaAIN爲理想。其成長係如以下般地進行。 將TMGa、TMA1及爲摻雜物之Cp2Mg、與載體氣體（氫 或氮、或是兩者的混合氣體）及NH3氣體一起送到上述的 P型覆蓋層上。 此時的成長溫度係980〜11 00°C的範圍爲最佳。若爲比 98 0 °C低的溫度，則形成結晶性低的磊晶（epitaxial )層， 因結晶缺陷起因而招致驅動電壓的上昇。另外在比1 10 01 高的溫度，係在位於下層之發光層之中，井層在p型半導 體層成長過程被置於高溫度的環境下，有受到熱損傷的可 能性。此情況係在作爲發光元件的時點之強度下降，或是 有帶來在耐性試驗下之強度劣化的危險。 關於成長壓力，無特別限制，但理想爲 50kPa ( 5 0 0mbar )以下爲佳。作爲此理由，係因爲若在此壓力下 進行成長，則可將p型半導體層中的面內方向之A1濃度 變得均勻，在讓按照必要而使GaAIN的A1組成變化之p 型半導體層成長的情況，控制爲容易。在比此壓力高的條 件，係已供給之TMA1與NH3的反應變得顯著，在到達於 成長途中之基板前，TMA1被消耗，變得難以得到作爲目 的之A1組成。關於作爲摻雜物而送入之Mg亦可謂同樣之 情事。也就是，若爲5 0 k P a ( 5 0 0 m b a r )以下的成長條件 ’則P型半導體層中的2次元方向（成長基板的面內方向 )之Mg濃度分布變爲均勻（成長基板的面內均勻性）。 亦已知：藉由使用之載體氣體流量而GaAIN接觸層中 -14- 200812111 的面內方向之A1組成、Mg濃度之分布係進行變化。但是 5發現：比起載體氣體條件，由成長壓力的條件而接觸層 中的A1組成、Mg的面內均勻性被大幅地左右。因而作爲 在 50kPa ( 500 mbar)以下 10kpa ( 1〇〇 mbar)以上的成長 壓力爲合適。 p型半導體層的成長速度係主要相依於爲原料之 TMGa之供給量。如每單位時間的TMGa供給量變多，則 可於那些短時間內得到目的之膜厚。如摻雜物原料亦同樣 地變多供給量則爲佳。但是，變快了成長速度之p型半導 體層係容易導入結晶缺陷，即使以必要濃度含有摻雜物， 起因於結晶缺陷而施體能階（donor level )增加，結果上 驅動電壓V f變得不下降。反之，若過度抑制成長速度， 則至達到目的膜厚之成長時間變長，有變大在成長期間中 之朝向發光層之熱損傷的疑慮。本發明者係進行：硏討每 單位時間之TMGa的供給量，將p型半導體的成長速度限 定於某範圍，而且改變符合於此之摻雜物的供給量條件。 然後，了解：作爲滿足驅動電壓Vf變低及無向發光層的 熱損傷之 P型接觸層的成長條件，係其成長速度爲 8〜2 0 n m /分爲理想。 而且，成長速度的決定，係藉由晶圓剖面之電子顯微 鏡（TEM )觀察而計測p型接觸層的膜厚，以成長時間反 除而求出。因而，作成改變了幾個條件之觀察用樣本，以 事前先調查成長速度與每單位時間的TMGa的供給量之關 係而可事先決定成爲必要之成長條件。 -15- 200812111 P型接觸層的成長之後，與停止基板加熱一起送入n2 氣體，將反應空間內進行潔淨、同時冷卻晶個，冷卻至可 取出至成長裝置外之前。而且，在本方法係確認在此時點 ，p型半導體層變成作爲目的之P型。因而，在此之後用 ^ 以活性化的熱處理係不必要。 、. 接著，說明關於設置於η型接觸層及p型接觸層上之 負極及正極。 (負極） 作爲負極係各種組成及構造之物係一般周知，在本案 發明亦包含這些一般周知之物，亦可使用任何的組成及構 造之物。該製造方法亦各種製法爲一般周知，可使用那些 一般周知的方法。 於向η型接觸層上的負極形成面的製作係可利用一般 周知的光蝕刻技術及一般的鈾刻技術。藉由這些技術，從 ® 從晶圓的最上層挖至η型接觸層的位置，可使預定形成負 極的區域之η型接觸層露出。作爲負極材料，係除了作爲 接於η型接觸層的接觸金屬之Al、Ti、Ni、Au之外，可 利用Cr、W、V等的金屬材料。爲了使向^型接觸層的密 ^ 接性提高’將接觸金屬作爲由上述金屬複數選擇之多層構 造亦佳。而且，最表面若爲Au則接合性變爲良好。 (正極） 被設置於p型接觸層上的正極，亦可知各種組成及構 -16- 200812111 造之光透過性或反射性正極，在本案發明亦包含這 周知之物，亦可使用任何的組成及構造之物。該製 亦各種製法爲一般周知，可使用那些一般周知的方、) 在本發明係，在將光透過性的ΙΤΟ使用於正極 情況，因爲驅動電壓的下降效果大所以爲理想。作 的組成係作爲50% S Ιη<1 00%及〇%<Sn $ 50%爲理 此範圍內可滿足低的膜阻抗和高的光透過率。I η爲 Sn爲1 0%係特別理想。於ΙΤΟ係作爲不純物而含 、皿族、IV族或V族的元素亦佳。另外，代替 ITO 使用SnO、ZnO或InO等。 ΙΤΟ膜的膜厚係50〜500nm爲最佳。如爲50nm 則ΙΤΟ膜本身的膜阻抗變高，驅動電壓變高。另外 比5 0 0nm厚則向上面的發光之取出效率變低，發光 變高。 關於ITO膜的成膜方法，係可使用一般周知的 鍍法或濺鍍法。於真空蒸鍍係於加熱方法有阻抗加 或電子束加熱方式等，但於金屬以外的材料之蒸鍍 子束加熱方式爲合適。另外，亦可使用：將成爲原 合物作爲液狀，將此塗佈於表面之後藉由適當處理 氧化物膜的方法。 在蒸鍍法係由條件而ITO膜的結晶性受到影響 適切地選擇條件則無該限制。而且在室溫作成ITO 況，係用以透明化的熱處理成爲必要。 在藉由濺鍍法的製膜，係因爲被置於電漿的高 些一般 造方法 去。 材料的 Μ ITO 想。在 90%、 有Π族 ，亦可 以下， 反之若 輸出不 真空蒸 熱方式 ，係電 料之化 而作爲 ，但如 膜的情 會 b i 51 -17- 200812111 境下，所以P型接觸層表面容易受到因電漿之損傷，因而 在接觸阻抗變高的傾向，但在設法於製膜條件而可變小向 P型接觸層表面之影響。 通常，在形成了光透過性或反射性正極之後，於該一 部分表面製作構成銲墊部之銲墊層。與銲墊層合倂而構成 正極。作爲銲墊層的材料，已知各種構造之物，在本發明 ，亦可不特別限制這些一般周知之物而使用。在使用於負 極材料之Al、Ti、Ni、Au之外，Cr、W、V亦可無任何限 制而使用。然而，運用與已使用之光透過性或反射性正極 之密接性良好的材料爲最佳。厚度係有：如對於接合時的 應力而不向光透過性或反射性正極帶來損傷般之充分地變 厚之必要另外，最表層係與接合球（bonding ball)之密 接性優良的材料，例如作爲Αιι爲最佳。 本發明的瓜族氮化物半導體發光元件，係例如可藉由 該業界周知的手段而設置透明蓋體而作爲燈。另外，亦可 組合具有本發明的氮化鎵系化合物半導體發光元件和螢光 體之蓋體而製作白色的燈。 另外，由本發明的m族氮化物半導體發光元件而製作 的燈係因爲驅動電壓低、發光輸出高，所以安裝藉由此技 術而製作的燈之攜帶式電話、顯示器、面板類等的電子機 器、或安裝了該電子機器之汽車、電腦、遊戲機等的機械 裝置類，係成爲可以低電力驅動，可實現高的特性。特別 是，在攜帶式電話、遊戲機、玩具、汽車零件等之由電池 驅動之機器類，發揮省電力的效果。 -18- 200812111 實施例 以下藉由實施例及比較例而詳細地說明本發明，但本 發明並非僅被限定於這些實施例。 (實施例1 ) 在反應爐的承受器上設置藍寶石基板，將爐內壓力控 制在20kPa ( 2 00 mbar )、基板溫度控制在1 1 〇〇 °c，將 TMA1和NH3與H2載體氣體一起送到基板上，形成A1N 緩衝層。此成長時間作爲1 〇分。 之後，將壓力作爲 40kPa ( 400 mbar )、溫度作爲 1 03 0 °C而供給TMGa和NH3而於A1N緩衝層上，3小時成 長由未摻雜GaN所構成之基材層。接著，一邊維持壓力和 溫度、一邊作爲η型摻雜物而供給四甲基鍺，1小時成長 η型GaN層。四甲基鍺的供給量係以η型GaN層的載體濃 度成爲4.0x1 018cnT3的方式調整。由此而形成n型接觸層 〇 之後，壓力係作爲 40kpa ( 400 mbar )、溫度作爲 7 5 0°C而將載體氣體從H2轉換至N2，一邊供給TEGa和 NH3、作爲摻雜物供給SiH4、一邊將阻障層成長7分鐘， 之後更供給TMIn而使井層5分鐘成長。交互地5次反覆 此阻障層和井層的成長，於最後成長最終的阻障層而作爲 發光層。摻雜物的SiH4的量係以阻障層及井層中的Si濃 度成爲2.0x1 017原子/ cm3的方式調整。 •19- 200812111 之後，將壓力作爲 20kPa ( 200 mbar )、溫度作爲 l〇〇〇°C而再次將載體氣體轉換爲H2，供給TMGa和TMA1 ’作爲摻雜物而送入Cp2Mg而3分鐘成長由Gao^AlusN 所構成之P型覆蓋層。 之後，一邊維持壓力和溫度、一邊進行由 GaonAUnN所構成的p型接觸層之成長。作爲此條件以 成長速度成爲8nm/分的方式固定TMGa供給量。成長時 間作爲15分。p型接觸層中的Mg濃度係以成爲1x1 Ο”原 子/ cm3的方式，調整Cp2Mg的供給量。 之後，停止向誘導線圈的電力投入，停止加熱而將載 體氣體轉換至N2，與潔淨爐內一起，將得到的m族氮化 物半導體層積物冷卻至取出到爐外的溫度。 使取出至爐外的m族氮化物半導體層積物之η型接觸 層的一部分藉由光蝕刻和乾蝕刻而露出，於其上製作了由 c r和T i的金屬層所構成的負極。另外，於Ρ型接觸層上 係藉由蒸鍍法而製作厚度3 5 0nm的ITO 1(In:Sn = 9:l )，於其上製作以Ti、An、A1及Au之順序層積的銲墊層 ，作爲正極。之後，在進行硏磨基板裏面和切割之後，分 割爲各發光元件。 於得到的發光元件流過20mA的電流而使其發光、同 時測定驅動電壓Vf和發光輸出，結果爲3.2V和9mW。另 外，將電流-電壓特性曲線的測定結果表示於第3圖。由 此圖使用上述（1 )式而求出的η値爲1 .8。而且，將這些 的結果與其他的實施例及比較例匯集而表示於下述的表1 -20· 200812111 (實施例2 ) 將P型接觸層的成長條件，除了將成長速度作爲 2 Onm /分、成長時間作爲6分以外，與實施例1同樣地製 作瓜族氮化物半導體發光元件。 將得到的發光元件與實施例〗進行相同的評估，結果 驅動電壓爲3.2V、發光輸出爲9mW。另外，將電流-電壓 特性曲線的測定結果表示於第4圖。由此圖使用上述（1 )式而求出的η値爲2.0。 (比較例1 ) 將Ρ型接觸層的成長條件，除了將成長速度作爲7nm /分、成長時間作爲1 7.2分以外，與實施例1同樣地製 作瓜族氮化物半導體發光元件。 • 將得到的發光元件與實施例1進行相同的評估，結果 驅動電壓爲3.3V、發光輸出爲8mW。另外，將電流-電壓 特性曲線的測定結果表示於第5圖。由此圖使用上述（1 )式而求出的η値爲2.6。 (比較例2 ) 將ρ型接觸層的成長條件，除了將成長速度作爲 2 1 nm /分、成長時間作爲5.7分以外，與實施例5同樣地 製作m族氮化物半導體發光元件。 -21 - 200812111 將得到的發光元件與實施例1進行相同的評估，結果 驅動電壓爲3.4V、發光輸出爲8m W。另外，將電流-電壓 特性曲線的測定結果表示於第6圖。由此圖使用上述（1 )式而求出的η値爲3.1。 表1 接觸層的成長速度V (單位nm/分） 成長時間 分 驅動電壓Vf (施加20mA) V 發光輸出 mW(20mA) η値 實施例1 8 15 3.2 9 1.8 實施例2 20 6 3.2 9 2 比較例1 7 17.2 3.3 8 2.6 比較例2 21 5.7 3.4 8 3.1 產業上的可利用性 本發明的m族氮化物半導體發光元件係因爲具有良好的發 光輸出、驅動電壓下降，所以其產業上的利用價値非常大 【圖式簡單說明】 第1圖爲說明發光元件的順方向的電流-電壓特性之 圖。 ^ 第2圖爲表示本發明的瓜族氮化物半導體發光元件之 剖面之模式圖。 第3圖爲表示在實施例1可得到之發光元件的電流一 電壓特性曲線的測定結果之圖。 第4圖爲表示在實施例2可得到之發光元件的電流一 -22- 200812111 電壓特性曲線的測定結果之圖。 第5圖爲表示在比較例1可得到之發光元件的電流一 電壓特性曲線的測定結果之圖。 第6圖爲表示在比較例2可得到之發光元件的電流-•電壓特性曲線的測定結果之圖。 【主要元件符號說明】 _ 1 :基板 2 :緩衝層 3 : η型半導體層 4 :發光層 5b : ρ型接觸層 5a : p型覆蓋層 5 : ρ型半導體層 6 :負極 • h :光透過性或反射性正極 7b :銲墊層 7 :正極 -23-

Claims (1)

1. 200812111 十、申請專利範圍 1 · 一種in族氮化物半導體發光元件之製造方法，係 於基板上使由m族氮化物半導體所構成之，η型半導體層 、發光層及Ρ型半導體層以此順序成長之後，從於該η型 半導體層及Ρ型半導體層各別形成負極及正極之情事所構 成之m族氮化物半導體發光元件的製造方法，其特徵爲： 該ρ型半導體層的成長速度爲8〜20nm /分。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載的製造方法，其中 ，在使P型半導體層成長時的成長裝置內壓力爲1〇〜5 OkPa 〇 3 · —種m族氮化物半導體發光元件，其特徵爲：藉 由記載於申請專利範圍第1項的製造方法而製造。 4 · 一種皿族氮化物半導體發光元件，係於基板上由 m族氮化物半導體所構成之，η型半導體層、發光層及ρ 型半導體層以此順序層積，正極及負極各別接於ρ型半導 體層及！！型半導體層而設置之發光元件，其特徵爲：以下 述式（1 )表示的發光元件的電流-電壓曲線的η値爲2以 下； I = I〇 ( EXP ( qV/ η · kT ) -1 ) (1)。 5. —種燈，其特徵爲：由記載於申請專利範圍第3 或第4項之m族氮化物半導體發光元件所構成。 6. —種電子機器，其特徵爲：安裝有記載於申請專 利範圍第5項之燈。 7. 一種機械裝置，其特徵爲：安裝有記載於申請專 -24- 200812111 利範圍第6項之電子機器。

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