專(zhuān)利名稱(chēng)：氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
對(duì)于作為V族元素而具有氮(N)的氮化物半導(dǎo)體而言，由于其帶隙的大小，有望被作為短波長(zhǎng)發(fā)光元件的材料。其中，氮化鎵系化合物半導(dǎo)體(GaN系半導(dǎo)體)的研究較為盛行，藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)、綠色LED、以及以GaN系半導(dǎo)體為材料的半導(dǎo)體激光器已被實(shí)用化。氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體具有纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。圖1示意性表示GaN的單位晶格。在 AlaGabIncN(0彡a、b、c彡1，a+b+c = 1)半導(dǎo)體的結(jié)晶中，圖1所示的( 的一部分可被置換為Al和/或^1。圖2表示為了以4指數(shù)表述(六方晶指數(shù))來(lái)表示纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的面而普遍采用的四個(gè)基本向量 、a2、a3、c。基本向量c在W001]方向上延伸，該方向被稱(chēng)為“C軸”。 與c軸垂直的面(plane)被稱(chēng)為“c面”或者“(0001)面”。其中，“C軸”以及“C面”有時(shí)也分別被標(biāo)記為“C軸”以及“C面”。如圖3所示，在纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)中，除了 c面以外還存在代表性的結(jié)晶面方位。 圖3(a)表示(0001)面，圖3(b)表示(10-10)面，圖3 (c)表示(11-20)面，圖3 (d)表示 (10-12)面。在此，在表示密勒指數(shù)的括號(hào)內(nèi)的數(shù)字的左側(cè)賦予的“_”是指“橫線(xiàn)”。(0001) 面、(10-10)面、(11-20)面、及(10-12)面分別是c面、m面、a面、及r面。m面及a面是平行于c軸的“非極性面”，而r面是“半極性面”。其中，m面是(10-10)面、(-1010)面、 (1-100)面、(-1100)面、(01-10)面和(0-110)面的總稱(chēng)。長(zhǎng)期以來(lái)，利用了氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的發(fā)光元件是通過(guò)“C面生長(zhǎng)(c-plane growth)”而制作出的。在本說(shuō)明書(shū)中，所謂“X面生長(zhǎng)”是指在與六方晶纖鋅礦結(jié)構(gòu)的X面 (X = c、m、a、r等)垂直的方向上進(jìn)行外延生長(zhǎng)。在X面生長(zhǎng)中，有時(shí)將X面稱(chēng)為“生長(zhǎng)面”。 此外，有時(shí)也將通過(guò)X面生長(zhǎng)形成的半導(dǎo)體的層稱(chēng)為“X面半導(dǎo)體層”。若使用通過(guò)c面生長(zhǎng)形成的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)來(lái)制造發(fā)光元件，則由于c面是極性面，因此在垂直于c面的方向(c軸方向)上產(chǎn)生較強(qiáng)的內(nèi)部極化。產(chǎn)生極化的原因在于， 在c面中( 原子和N原子的位置沿著c軸方向偏離。當(dāng)在發(fā)光部中產(chǎn)生這種極化時(shí)，會(huì)發(fā)生載流子的量子限制斯塔克效應(yīng)。通過(guò)該效應(yīng)，由于發(fā)光部?jī)?nèi)的載流子的發(fā)光再結(jié)合概率下降，因此使得發(fā)光效率下降。為此，近年來(lái)，正在活躍地研究著在m面、a面的非極性面、或r面等半極性面上使氮化鎵系化合物半導(dǎo)體生長(zhǎng)。如果能夠選擇非極性面作為生長(zhǎng)面，則由于在發(fā)光部的層厚方向(結(jié)晶生長(zhǎng)方向)上不會(huì)發(fā)生極化，因此也不會(huì)產(chǎn)生量子限制斯塔克效應(yīng)，能夠潛在地制造出高效率的發(fā)光元件。即便在將半極性面選擇為生長(zhǎng)面的情況下，也能夠大幅減少量子限制斯塔克效應(yīng)的作用。圖4(a)示意性表示表面為m面的氮化物系半導(dǎo)體的剖面(與基板表面垂直的剖
3面)處的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。由于( 原子和氮原子存在于與m面平行的同一原子面上，因此在垂直于m面的方向上不會(huì)發(fā)生極化。此外，被添加的^1及々1位于( 之處，替換(ia。即便( 的至少一部分被化或Al替換，在垂直于m面的方向上也不會(huì)產(chǎn)生極化。為了進(jìn)行參考，圖4(b)示意性表示表面為c面的氮化物系半導(dǎo)體的剖面(與基板表面垂直的剖面)處的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。( 原子和氮原子沒(méi)有存在于與c面平行的同一原子面上。其結(jié)果，在垂直于C面的方向上產(chǎn)生極化。C面GaN系基板是用于使GaN系半導(dǎo)體結(jié)晶生長(zhǎng)的普通基板。由于與c面平行的( (或h)的原子層和氮的原子層的位置僅在c軸方向上偏離，因此沿著c軸方向形成極化?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2008-34889號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2002-16284號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問(wèn)題)在現(xiàn)有技術(shù)中，在氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的結(jié)晶生長(zhǎng)過(guò)程中，已知在通過(guò)有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法(M0CVD 法=Metal Organic Chemical Vapor Deposition)堆積包含鋁(Al) 的AlaGEiJncN(0 < a彡1、0彡b、c彡1、a+b+c = 1)層時(shí)，容易混入氧(0)原子，從而成為雜質(zhì)。在活性層內(nèi)被混入而成為雜質(zhì)的氧將會(huì)成為非發(fā)光中心，使得元件的發(fā)光效率降低。圖5是表示專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在半導(dǎo)體元件 300中，在表面上具有c面的基板301上，設(shè)置由AKiaAs構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層302。在第1 半導(dǎo)體層302上，配置具有fe^nNAs/GaAs雙重量子阱結(jié)構(gòu)的活性層304。在活性層304的上下設(shè)置由GaAs構(gòu)成的中間層303，在配置于活性層304的上側(cè)的中間層303之上，設(shè)置由 AlGaAs構(gòu)成的第2半導(dǎo)體層305。圖5所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件具有第1半導(dǎo)體層302包含Al、活性層304包含N的結(jié)構(gòu)。根據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)1，在具有這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在活性層304內(nèi)檢測(cè)出Al。 這是因?yàn)樵谛纬苫钚詫?04時(shí)殘留在生長(zhǎng)室內(nèi)的Al與氮化合物原料等結(jié)合而被俘獲到活性層304內(nèi)。由于Al和0之間的結(jié)合力較大，因此如果活性層304中包含Al，則在反應(yīng)爐內(nèi)殘留的少許氧原子、或供給到反應(yīng)爐的原料氣體所包含的氧原子會(huì)在結(jié)晶生長(zhǎng)過(guò)程中被卷入結(jié)晶內(nèi)。其結(jié)果，活性層304的氧濃度變高。作為這種考慮的證據(jù)，已知如果是在真空度遠(yuǎn)高于MOCVD法的狀態(tài)下進(jìn)行生長(zhǎng)的MBE (Molecular Beam Epitaxy)，則由于在反應(yīng)爐內(nèi)殘留的氧被徹底排出，因此在活性層 304內(nèi)不會(huì)混入氧。此外，即便是MOCVD法，在形成不包含Al的Gii1JncN(0彡b，c彡l、b+c =1)層的情況下，也不會(huì)混入氧。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，通過(guò)降低在活性層304中包含的Al濃度來(lái)降低氧的混入量，以便提高發(fā)光效率。本發(fā)明人按照專(zhuān)利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的活性層的方式形成了在表面上具有c面的活性層304、和在表面上具有m面的活性層，觀(guān)察了氧的俘獲方式。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)表面上具有m面的活性層的氧的俘獲方式不同于表面上具有c面的情況。本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一種發(fā)光效率高的m面生長(zhǎng)的氮化物系半導(dǎo)體元件及其制造方法。(用于解決問(wèn)題的方案)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件具備n型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層、P型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層、以及位于所述η型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層和所述P型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層，所述發(fā)光層是包括具有6nm以上且17nm以下的厚度的InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層的m面半導(dǎo)體層，所述發(fā)光層中所包含的氧原子的濃度在3. OX IO17CnT3以下。在某一實(shí)施方式中，所述InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層的厚度為8nm以上且16nm以下。在某一實(shí)施方式中，所述發(fā)光層是多重量子阱活性層。在某一實(shí)施方式中，由基板支撐所述發(fā)光層，在所述基板與所述發(fā)光層之間不包含Al。本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法中，半導(dǎo)體發(fā)光元件具備η型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層、P型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層、以及位于所述η型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層和所述P型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層，該半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法包括工序(a)，將基板導(dǎo)入到有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)裝置的反應(yīng)室內(nèi)；和工序(b)，通過(guò)有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法，使由(10-10)m面半導(dǎo)體層構(gòu)成的發(fā)光層在所述基板上生長(zhǎng)，該(lO-lO)m面半導(dǎo)體層包括具有6nm以上且17nm以下的厚度的InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層，在所述工序(b)中， 所述InxGai_xN(0 <x< 1)阱層的生長(zhǎng)速度被決定為所述發(fā)光層中所包含的氧原子的濃度為3. OX 1017cm_3以下的速度。在某一實(shí)施方式中，在所述工序(b)中，所述發(fā)光層以7nm/分鐘以上且20nm/分鐘以下的生長(zhǎng)速度生長(zhǎng)。在某一實(shí)施方式中，在所述工序(b)中，使厚度8nm為以上且16nm以下的所述 InxGa1^xN(0 < χ < 1)阱層生長(zhǎng)。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)提高發(fā)光層的生長(zhǎng)速度，能夠減少混入到發(fā)光層中的氧的量。由此，由于發(fā)光層的非發(fā)光中心減少，因此能夠獲得較高的發(fā)光效率。特別是，通過(guò)將發(fā)光層內(nèi)所包含的InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層的厚度設(shè)定為6nm以上且17nm以下，由此可捕獲載流子的體積增大，因此能夠獲得較高的發(fā)光效率。在m面生長(zhǎng)中，由于不受量子限制斯塔克效應(yīng)的影響，因此能夠?qū)nxGai_xN(0 <x< 1)阱層的厚度提高至6nm以上。如上述，根據(jù)本發(fā)明，能夠可靠地制作出不受量子限制斯塔克效應(yīng)影響的、高效率的 LED。


圖1是示意性表示GaN的單位晶格的立體圖。圖2是表示纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基本平移向量(primitive translation vectors) 的立體圖。
圖3(a)至(d)是表示六方晶纖鋅礦結(jié)構(gòu)的代表性的結(jié)晶面方位的示意圖。圖4(a)是示意性表示表面為m面的氮化物系半導(dǎo)體的剖面(垂直于基板的剖面) 處的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的圖，(b)是示意性表示表面為c面的氮化物系半導(dǎo)體的剖面(垂直于基板的剖面)處的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖6是示意性表示通過(guò)c面生長(zhǎng)制作出的LED的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖7是表示通過(guò)c面生長(zhǎng)而制作的LED的SIMS分析結(jié)果的曲線(xiàn)。圖8是表示通過(guò)m面生長(zhǎng)而制作的LED的SIMS分析結(jié)果的曲線(xiàn)。圖9是示意性表示提高GaN/InGaN多重量子阱活性層205的生長(zhǎng)速度來(lái)制作出的 LED的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖10是表示圖9所示的LED的SIMS分析結(jié)果的曲線(xiàn)。圖11是表示GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度和內(nèi)部量子效率之間關(guān)系的曲線(xiàn)。圖12是表示GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度和混入的氧原子的濃度之間關(guān)系的曲線(xiàn)。圖13是表示GaN/InGaN多重量子阱活性層中的InGaN阱層的厚度和GaN/InGaN 多重量子阱活性層的內(nèi)部量子效率之間關(guān)系的曲線(xiàn)。圖14是表示實(shí)施方式的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖6是表示本發(fā)明人通過(guò)c面生長(zhǎng)制作出的LED的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖7是表示圖 6 所示的 LED 的 SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry)分析結(jié)果的曲線(xiàn)。作為圖6所示的基板101，采用c面GaN獨(dú)立基板。在基板101上，按照n-GaN層 102、作為發(fā)光部的GaN/InGaN多重量子阱活性層105、p-AlGaN溢出(overflow)抑制層 106、p-GaN層107的順序進(jìn)行堆積。在基板101上配置的所有層都是以c面為生長(zhǎng)面進(jìn)行生長(zhǎng)的。其中，GaN/InGaN多重量子阱活性層105具有將厚度為3nm的InxGai_xN(0 < χ < 1) 阱層104和厚度為7nm的GaN阻擋層103交替地層疊了三個(gè)周期的結(jié)構(gòu)。S卩，在n-GaN層 102上配置第1層的GaN阻擋層103，在該GaN阻擋層103上配置第1層的InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104。在GaN/InGaN多重量子阱活性層105內(nèi)配置3層InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104，在第3層的InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104上設(shè)置第4層的GaN阻擋層103。此外， 「η-」、「ρ-」分別表示添加了作為η型摻雜劑的硅(Si)、或者作為ρ型摻雜劑的鎂(Mg)之后的層。P-AlGaN溢出抑制層106是用于抑制溢出的阻擋層，該溢出是指從n-GaN層102側(cè)注入的η型載流子(電子)沒(méi)有被InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104捕獲而是到達(dá)p_GaN層 107側(cè)的情形。p-AlGaN溢出抑制層106具有大致20nm的厚度。圖7的橫軸表示距離半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)中的p-GaN層107的表面的深度(μ m)。圖 7的曲線(xiàn)中的0 μ m對(duì)應(yīng)于p-GaN層107的表面。在圖7中，細(xì)線(xiàn)表示Ga，實(shí)線(xiàn)表示Al，虛線(xiàn)表示In，三角Δ表示氧的分布圖。Ga、Al、In的分布以圖右側(cè)的縱軸的刻度(強(qiáng)度(counts/ sec))來(lái)表示。此外，氧的分布以圖左側(cè)的縱軸的刻度(濃度(密度)(atoms/cm3))來(lái)表示。 配置In的峰值的深度表示GaN/InGaN多重量子阱活性層105的位置，配置Al的峰值的深度表示P-AlGaN溢出抑制層106的位置。并不是有意地在結(jié)晶內(nèi)包含氧，而是殘留在反應(yīng)爐內(nèi)、或包含在原料氣體中的氧最終混入到結(jié)晶內(nèi)的雜質(zhì)。根據(jù)圖7，在氧原子的分布中，除了最表面附近外，僅在相當(dāng)于 P-AlGaN溢出抑制層106的位置(Al的峰值位置)處表示8. OX 1017cm_3濃度的顯著峰值。根據(jù)該結(jié)果可確認(rèn)，在包含Al的層中容易發(fā)生雜質(zhì)、即氧的混入。此外，在圖7中，相當(dāng)于GaN/ InGaN多重量子阱活性層105的位置(In的峰值位置)的氧濃度與其他區(qū)域(GaN/InGaN多重量子阱活性層105及p-AlGaN溢出抑制層106以外的區(qū)域)是相同程度。根據(jù)該結(jié)果可知，在GaN/InGaN多重量子阱活性層105中，沒(méi)有引起作為雜質(zhì)的氧有顯著的混入。其中， 圖7所示的氧濃度高于1. OX 1015cm_3。本申請(qǐng)發(fā)明人制作了除了表面具有m面以外具有與圖6所示的LED相同的結(jié)構(gòu)的 LED，并進(jìn)行了 SIMS分析。圖8表示通過(guò)m面生長(zhǎng)制作出的LED的SIMS實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于該 LED而言，除了作為基板101使用m面GaN獨(dú)立基板以外，通過(guò)與c面生長(zhǎng)條件完全相同的生長(zhǎng)條件來(lái)制作結(jié)構(gòu)與圖6所示的相同的LED。由于基板101的表面是m面，因此在基板 101上堆積的所有層的生長(zhǎng)面是m面。在圖8所示的曲線(xiàn)中，除了相當(dāng)于P-AlGaN溢出抑制層106的位置(Al的峰值位置)處的氧濃度高之外，相當(dāng)于GaN/InGaN多重量子阱活性層105的位置(In的峰值位置) 處的氧濃度也高。具體而言，GaN/InGaN多重量子阱活性層105中的氧濃度與p_AlGaN溢出抑制層106的濃度相同，其值為1.5X1018cm_3。這樣，在進(jìn)行了 m面生長(zhǎng)的情況下，可確認(rèn)在GaN/InGaN多重量子阱活性層105中也混入了雜質(zhì)氧。接下來(lái)，本申請(qǐng)發(fā)明人提高GaN/InGaN多重量子阱活性層205的生長(zhǎng)速度來(lái)制作了 LED，并進(jìn)行了 SIMS分析。圖9表示該LED的結(jié)構(gòu)。此外，圖9所示的LED和圖6所示的 LED的不同點(diǎn)如下述表1所示。表1
I生長(zhǎng)面I 活性層的厚度un- I活性層的
Γ InGaN阱層/GaN阻擋層 GaN層生長(zhǎng)速度-----
圖6 c面厚度為3nm/厚度為7nm 無(wú) Inm/分鐘圖9 I m面厚度為15nm/厚度為30nm 有 9nm/分鐘圖9所示的LED采用m面GaN獨(dú)立基板作為基板201。因此，在基板201上堆積的所有層(從n-GaN層202至p-GaN層207)的生長(zhǎng)面是m面。GaN/InGaN多重量子阱活性層 205具有將厚度為15nm的InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層204和厚度為30nm的GaN阻擋層203 交替地層疊了三周期的結(jié)構(gòu)。此外，在GaN/InGaN多重量子阱活性層204和p-AlGaN溢出抑制層206之間，插入了厚度為IOOnm的未摻雜GaN層208。此外，圖9所示的GaN/InGaN多重量子阱活性層205是以9nm/分鐘的生長(zhǎng)速度形成的。在圖6所示的LED(即用于圖7、圖8所示的測(cè)量中的LED)中，GaN/InGaN多重量子阱活性層205的生長(zhǎng)速度是Inm/分鐘。除了以上敘述的這些點(diǎn)以外，圖9所示的LED的結(jié)構(gòu)及制造方法與圖6所示的結(jié)構(gòu)相同。因此，這里省略這些此外的結(jié)構(gòu)以及制造方法。此外，在十分充足地提供作為氮原料的氨的條件下，進(jìn)行IrixGai_xN阱層204的生長(zhǎng)。此外，由于III族原子中的In是非常容易蒸發(fā)的原子，因此控制InxGahN阱層204的生長(zhǎng)速度的只有Ga原子的供給量。此外，GaN阻擋層203的生長(zhǎng)是在十分充足地提供作為氮原料的氨的情況下進(jìn)行的，控制GaN阻擋層203的生長(zhǎng)速度的只有Ga原子的供給量。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)作為Ga原料氣體的三甲基鎵(TMG)或者三乙基鎵(TEG)的供給流量，能夠容易地控制GaN/InGaN多重量子阱活性層205的生長(zhǎng)速度。根據(jù)通過(guò)X射線(xiàn)衍射測(cè)量的膜厚和生長(zhǎng)時(shí)間，能夠計(jì)算出生長(zhǎng)速度。圖10表示圖9所示的LED的SIMS分析結(jié)果。與圖6所示的LED相比，圖9所示的LED的各個(gè)InxGai_xN阱層204的厚度較大。此外，與圖6所示的LED相比，由于圖9所示的LED中的GaN阻擋層203的厚度較大，因此InxGai_xN阱層204彼此的間隔也大。因而，相對(duì)于在圖7、圖8所示的測(cè)量結(jié)果中僅檢測(cè)出一個(gè)In的峰值，在圖10所示的測(cè)量結(jié)果中，檢測(cè)出的In的峰值個(gè)數(shù)與設(shè)置InxGai_xN阱層204的實(shí)際個(gè)數(shù)(3層)對(duì)應(yīng)。在圖10所示的曲線(xiàn)中，與相當(dāng)于P-AlGaN溢出抑制層206的位置(Al峰值位置) 處的氧濃度相比，相當(dāng)于GaN/InGaN多重量子阱活性層205的位置(In峰值位置)處的氧濃度更低。GaN/InGaN多重量子阱活性層205中的氧濃度為2. 5X 1017cm_3。該氧濃度與其他區(qū)域(GaN/InGaN多重量子阱活性層205及p-AlGaN溢出抑制層206以外的區(qū)域)的氧濃度的程度相同。此外，該氧濃度是圖8所示的曲線(xiàn)中的GaN/InGaN多重量子阱活性層的氧濃度(1.5X IO18CnT3)的大致十分之一。根據(jù)圖10及圖8所示的結(jié)果可以說(shuō)，對(duì)于m面生長(zhǎng)而言，在不包含Al的GaN/InGaN 多重量子阱活性層205中混入氧的現(xiàn)象很大程度依賴(lài)于GaN/InGaN多重量子阱活性層205 的生長(zhǎng)速度。相對(duì)于此，在c面生長(zhǎng)的GaN/InGaN多重量子阱活性層中，與生長(zhǎng)速度無(wú)關(guān)， 只要反應(yīng)室內(nèi)不存在Al，則不會(huì)引起氧等雜質(zhì)的混入。由此，可以說(shuō)m面原本就是容易俘獲氧等雜質(zhì)的面方位。這根據(jù)如下情況可以證明，即相對(duì)于圖7所示的c面生長(zhǎng)時(shí)p-AlGaN 溢出抑制層106中的氧原子的濃度為8. OX 1017cm_3，在圖8所示的m面生長(zhǎng)時(shí)該氧原子濃度成成為接近上述值2倍的1. 5X 1018cm_3。對(duì)于如果提高生長(zhǎng)速度則可抑制混入作為雜質(zhì)的氧的詳細(xì)的原因并不明確。認(rèn)為由于來(lái)不及對(duì)作為雜質(zhì)的氧提供混入的機(jī)會(huì)，便接連不斷地進(jìn)行生長(zhǎng)，因此其結(jié)果防止了氧的混入。以下，說(shuō)明研究了能夠獲得充分的內(nèi)部量子的GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度及氧濃度的結(jié)果。圖11表示將m面作為生長(zhǎng)面的GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度和內(nèi)部量子效率之間的關(guān)系。在圖11的測(cè)量中，使用在m面基板上堆積厚度為1.5 2.5μπι& un-GaN層、在un-GaN層上堆積GaN/InGaN多重量子阱活性層(InGaN阱層3nm，GaN阻擋層7nm，3周期)而得到的樣品。圖11所示的曲線(xiàn)的橫軸表示生長(zhǎng)速度，縱軸表示內(nèi)部量子效率。內(nèi)部量子效率表示為在室溫(300K)下測(cè)量的PL光譜的積分強(qiáng)度相對(duì)于在低溫(IOK)下測(cè)量的光致發(fā)光 (PL)光譜的積分強(qiáng)度之比。在圖11中，Δ表示將堆積GaN/InGaN多重量子阱活性層時(shí)的生長(zhǎng)溫度統(tǒng)一為 780°C、發(fā)光峰值波長(zhǎng)為450士 IOnm的樣品的測(cè)量結(jié)果。 表示將生長(zhǎng)溫度統(tǒng)一為790°C、發(fā)光峰值波長(zhǎng)為415士 IOnm的樣品的測(cè)量結(jié)果。此外，在圖11中，將最大的內(nèi)部量子效率設(shè)
8為1，對(duì)各個(gè)條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。由于生長(zhǎng)條件不同，有時(shí)IrixGai_xN阱層的各個(gè)元素的組成比會(huì)變化，發(fā)光峰值波長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)較大變化。在生長(zhǎng)溫度為780°C時(shí)，在生長(zhǎng)速度為4 Snm/分鐘的條件下，發(fā)光峰值波長(zhǎng)變長(zhǎng)，偏離了 450士 IOnm的范圍。因此，在生長(zhǎng)溫度為780°C的情況下，從比較對(duì)象中排除生長(zhǎng)速度為4 Snm/分鐘的條件。同樣地，在生長(zhǎng)溫度為790°C時(shí)，在生長(zhǎng)速度為 6 Snm/分鐘的條件下發(fā)光峰值波長(zhǎng)變長(zhǎng)，偏離了 415士 IOnm的范圍。因此，在生長(zhǎng)溫度為 780°C的情況下，從比較對(duì)象中排除生長(zhǎng)速度為6 Snm/分鐘的條件。其中，發(fā)光峰值波長(zhǎng)是從室溫(300K)下測(cè)量的PL光譜中提取出的。根據(jù)圖11可知，即便在相同的生長(zhǎng)溫度下形成具有同一結(jié)構(gòu)和發(fā)光峰值波長(zhǎng)的樣品，如果提高形成GaN/InGaN多重量子阱活性層時(shí)的生長(zhǎng)速度，也發(fā)現(xiàn)內(nèi)部量子效率變大的趨勢(shì)。認(rèn)為這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)提高GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度，由此降低了混入的氧的濃度的結(jié)果，GaN/InGaN多重量子阱活性層的非發(fā)光中心減少。以生長(zhǎng)速度7nm/分鐘為大致分界，如果是在這以上的生長(zhǎng)速度則發(fā)現(xiàn)內(nèi)部量子效率(標(biāo)準(zhǔn)值)有顯著提高的趨勢(shì)。再有，如果生長(zhǎng)速度為9nm/分鐘以上，則發(fā)現(xiàn)內(nèi)部量子效率有大致飽和的趨勢(shì)。此夕卜，GaN/InGaN多重量子阱活性層包括InxGai_xN阱層和GaN阻擋層。IrixGai_xN 阱層的生長(zhǎng)速度和GaN阻擋層的生長(zhǎng)速度既可以相同，也可以不同。無(wú)論在IrixGai_xN阱層的生長(zhǎng)速度和GaN阻擋層的生長(zhǎng)速度相同的情況下，還是不同的情況下，"GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度”的值為GaN/InGaN多重量子阱活性層的厚度除以GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)所需的時(shí)間之后得到的值。在圖11所示的測(cè)量中，可確認(rèn)在發(fā)出發(fā)光波長(zhǎng)大致為400nm至450nm的光的活性層中，通過(guò)提高生長(zhǎng)速度能夠提高內(nèi)部量子效率。其中，即便是例如近紫外發(fā)光(380nm附近)或綠色發(fā)光(520nm附近)，通過(guò)提高生長(zhǎng)速度，也可獲得提高內(nèi)部量子效率的這種效^ ο圖12是表示GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度和包含在GaN/InGaN多重量子阱活性層內(nèi)的氧原子的濃度之間的關(guān)系的曲線(xiàn)。氧原子的濃度可以通過(guò)進(jìn)行SIMS分析而得到。在GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度為Inm/分鐘的情況下，氧的混入量為1. 5 X IO18Cm-3,越提高生長(zhǎng)速度，則氧的混入量越是單調(diào)遞減，在生長(zhǎng)速度為3nm/分鐘時(shí)，其值約為5. SXlO1W30在生長(zhǎng)速度為5nm/分鐘時(shí)，氧的混入量下降至3. 2 X IO1W0 進(jìn)而，在生長(zhǎng)速度成為7nm/分鐘以上時(shí)，氧濃度為3. OX IO17CnT3以下。當(dāng)生長(zhǎng)速度高于 7nm/分鐘時(shí)，氧濃度的變化漸漸變少，最終收斂在2. 5X IO17CnT3附近。如利用圖11已說(shuō)明的那樣，當(dāng)GaN/InGaN多重量子阱活性層205的生長(zhǎng)速度為7nm/分鐘以上時(shí)，認(rèn)為內(nèi)部量子效率(歸一化之后的值)有顯著提高的趨勢(shì)。根據(jù)這些結(jié)果可認(rèn)為，如果氧濃度為 3. OX IO17Cm-3以下，則不會(huì)通過(guò)氧帶來(lái)降低發(fā)光特性的這種不良影響，能夠獲得期望的內(nèi)部量子效率。此外，根據(jù)圖11，當(dāng)GaN/InGaN多重量子阱活性層205的生長(zhǎng)速度為9nm/分鐘以上時(shí)，內(nèi)部量子效率有飽和的趨勢(shì)。另一方面，在圖12中，當(dāng)生長(zhǎng)速度為9nm/分鐘以上時(shí)， 氧的濃度接近于2. 5 X IO1W0根據(jù)這些的結(jié)果可知，如果氧濃度為2. 5 X IO1W3以下，則可獲得更高的內(nèi)部量子效率。
根據(jù)SIMS分析結(jié)果可知，GaN/InGaN多重量子阱活性層中的氧的混入量?jī)H受到生長(zhǎng)速度的控制。可知GaN/InGaN多重量子阱活性層中的氧混入量并不依賴(lài)于GaN/InGaN多重量子阱活性層205的厚度以及InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層的In組成(χ)。以下，說(shuō)明研究了 InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層的適當(dāng)?shù)暮穸鹊慕Y(jié)果。圖13是表示 InGaN阱層的厚度和內(nèi)部量子效率之間的關(guān)系的曲線(xiàn)。在圖13中， 表示GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度為Inm/分鐘的樣品的測(cè)量結(jié)果，Δ表示GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度為3nm/分鐘的樣品的測(cè)量結(jié)果，〇表示GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度為9nm/分鐘的樣品的測(cè)量結(jié)果。如圖13所示，在生長(zhǎng)速度為Inm/分鐘及3nm/分鐘的情況下，無(wú)論InGaN阱層的厚度如何，都沒(méi)有獲得超過(guò)50%的內(nèi)部量子效率。另一方面，在生長(zhǎng)速度為9nm/分鐘的情況下(圖中〇)，在InGaN阱層的厚度為3nm至15nm的樣品中，獲得了超過(guò)50 %的內(nèi)部量子效率。如果在InGaN阱層的厚度為3nm的情況下進(jìn)行比較，生長(zhǎng)速度為9nm/分鐘的樣品的內(nèi)部量子效率(約為50% )是生長(zhǎng)速度為Inm/分鐘或者3nm/分鐘的樣品的內(nèi)部量子效率 (都是約為30%)的1.5倍以上的值。其原因在于，如圖12所示，由于越是提高生長(zhǎng)速度， 則作為雜質(zhì)的氧的混入量越被降低，因此GaN/InGaN多重量子阱活性層內(nèi)的非發(fā)光中心減少。一般情況下，如果增大InGaN阱層的厚度，則由于可捕獲有助于發(fā)光的載流子的體積變大，因此內(nèi)部量子效率得到提高。但是，在生長(zhǎng)速度為Inm/分鐘(圖中 )的情況下，即便將InGaN阱層的厚度從3nm增大至9nm，內(nèi)部量子效率也停留在大致穩(wěn)定狀態(tài)的 30%左右，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有所提高的趨勢(shì)。在生長(zhǎng)速度為3nm/分鐘(圖中Δ)的情況下，如果將InGaN阱層的厚度從3nm增大至9nm，則內(nèi)部量子效率得到提高。但是，在InGaN阱層的厚度為9nm的情況下，內(nèi)部量子效率也是小于50%的值。相對(duì)于此，在生長(zhǎng)速度為9nm/分鐘的情況下，InGaN阱層的厚度為9nm時(shí)的內(nèi)部量子效率是85%?？梢哉f(shuō)在相同的生長(zhǎng)速度下與InGaN阱層的厚度為3nm時(shí)(內(nèi)部量子效率約50%)相比，內(nèi)部量子效率得到顯著提高。根據(jù)該結(jié)果，可有效地引導(dǎo)出在生長(zhǎng)速度為9nm/分鐘的情況下通過(guò)增大InGaN阱層的厚度可捕獲載流子的體積增大這一效果。更進(jìn)一步來(lái)講，與在Inm/分鐘或者3nm/分鐘的生長(zhǎng)速度下形成了具有厚度為9nm 的InGaN阱層的樣品時(shí)的內(nèi)部量子效率(生長(zhǎng)速度為Inm/分鐘時(shí)約為30%，生長(zhǎng)速度為 3nm/分鐘時(shí)約為45%)相比，85%這樣的內(nèi)部量子效率的值是接近于2倍的值。這些結(jié)果所給出的啟示是，除非適當(dāng)提高GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度來(lái)充分地抑制氧原子的混入，否則即便是增大InGaN阱層的厚度，也無(wú)法充分地提高內(nèi)部量子效率。其中，在GaN/InGaN多重量子阱活性層的生長(zhǎng)速度為9nm/分鐘的情況下，在InGaN 阱層的厚度為15nm時(shí)獲得了 87%這一高效率的結(jié)果。但是，當(dāng)InGaN阱層的厚度為21nm 時(shí)，內(nèi)部量子效率顯著下降。根據(jù)圖13可知，如果InGaN阱層的厚度在約Snm以上且約16nm 以下的范圍內(nèi)，則內(nèi)部量子效率成為80%以上的值。之所以在IrixGai_xN (0<x< 1)阱層的厚度超過(guò)15nm時(shí)內(nèi)部量子效率會(huì)下降，是因?yàn)樵谛巫円鸬膽?yīng)力的影響下會(huì)從界面開(kāi)始發(fā)生錯(cuò)位/缺陷等晶格不匹配，從而非發(fā)光中心變多。此外，即便說(shuō)內(nèi)部量子高率為90%左右表示已經(jīng)接近其上限也不為過(guò)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要70%左右的內(nèi)部量子效率。根據(jù)圖13的曲線(xiàn)，生長(zhǎng)速度為9nm時(shí)的內(nèi)部量子效率的值為70%以上的InGaN阱層的厚度，是約6nm以上且約17nm以下。(實(shí)施方式)以下，參照?qǐng)D14說(shuō)明本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的實(shí)施方式。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件具備n-GaN層102、p-GaN層107、和位于這兩層之間的GaN/InGaN多重量子阱活性層105。n-GaN層102形成于在表面上具有m面的結(jié)晶生長(zhǎng)用基板101之上。在n-GaN層 102的一部分上形成GaN/InGaN多重量子阱活性層105。在n-GaN層102之中的、沒(méi)有設(shè)置 GaN/InGaN多重量子阱活性層105的區(qū)域內(nèi)，形成η側(cè)電極108。GaN/InGaN多重量子阱活性層105具有交替地層疊了 InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層 104和GaN阻擋層103的結(jié)構(gòu)。在GaN/InGaN多重量子阱活性層105上形成了 p-AlGaN溢出抑制層106。在AlGaN溢出抑制層106上形成了 ρ-GaN層107。在ρ-GaN層107上設(shè)置了 P側(cè)電極109。GaN/InGaN多重量子阱活性層105是包括具有6nm以上且17nm以下的厚度的 InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104在內(nèi)的m面半導(dǎo)體層。GaN/InGaN多重量子阱活性層105中包含的氧原子的濃度在3. OX IO17CnT3以下。所謂的“GaN/InGaN多重量子阱活性層(發(fā)光層)105中包含的氧原子的濃度”是指在InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104及GaN阻擋層103中包含的氧濃度的平均。具體而言， 該值是GaN/InGaN多重量子阱活性層105整體(即，所有的InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104 以及所有的GaN阻擋層103)中所包含的氧量(單位at0m)的總和，除以GaN/InGaN多重量子阱活性層105整體的體積來(lái)計(jì)算出的。GaN/InGaN多重量子阱活性層105整體中所包含的氧量可通過(guò)SIMS分析而獲得。通過(guò)GaN/InGaN多重量子阱活性層105的厚度乘以被濺射的面積，從而可得到GaN/InGaN多重量子阱活性層105的體積。GaN/InGaN多重量子阱活性層105的厚度可通過(guò)X射線(xiàn)衍射來(lái)測(cè)量。如上述，本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)提高GaN/InGaN多重量子阱活性層105的生長(zhǎng)速度，能夠降低GaN/InGaN多重量子阱活性層105的氧濃度。在本實(shí)施方式中，通過(guò)MOCVD形成GaN/InGaN多重量子阱活性層105。如利用圖12所說(shuō)明的那樣，通過(guò)以7nm/分鐘以上且20nm/分鐘以下的生長(zhǎng)速度來(lái)形成GaN/InGaN多重量子阱活性層105，從而能夠?qū)aN/ InGaN多重量子阱活性層105中所包含的氧原子的濃度抑制在3. 0X1017cm_3以下。GaN/ InGaN多重量子阱活性層105的生長(zhǎng)可例如在790°C下進(jìn)行。此外，如使用圖13所說(shuō)明的那樣，通過(guò)將InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104的厚度設(shè)定為6nm以上且17nm以下，從而能夠使內(nèi)部量子效率的值達(dá)到70%以上。以下，說(shuō)明本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法。作為在本實(shí)施方式中使用的結(jié)晶生長(zhǎng)用基板101，使用能夠使(lO-lO)m面的氮化鎵(GaN)生長(zhǎng)的基板。作為結(jié)晶生長(zhǎng)用基板101，最為優(yōu)選采用表現(xiàn)出m面的氮化鎵本身的獨(dú)立基板。但是，也可以采用晶格常數(shù)接近的碳化硅(SiC)。在這種情況下，優(yōu)選采用具有 4H、6H結(jié)構(gòu)且表現(xiàn)出m面的碳化硅基板。此外，也可以采用表現(xiàn)出m面的藍(lán)寶石基板。其中， 如果作為結(jié)晶生長(zhǎng)用基板101而使用了與氮化鎵系化合物半導(dǎo)體不同的基板，則需要在基板與堆積于其上部的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層之間插入合適的中間層或緩沖層。實(shí)際的m面半導(dǎo)體層的表面(主面)不需要是與m面完全平行的面，也可以以很小
11的角度(例如，大于0°且士Γ以下)相對(duì)m面傾斜。從制造技術(shù)的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，難以形成具有完全平行于m面的表面的基板或半導(dǎo)體層。因此，通過(guò)現(xiàn)有的制造技術(shù)來(lái)形成了 m面基板或m面半導(dǎo)體層的情況下，現(xiàn)實(shí)的表面相對(duì)于理想的m面傾斜。由于傾斜的角度及方位會(huì)因制造工藝的不同而出現(xiàn)偏差，因此難以正確地控制表面的傾斜角度及傾斜方位。本發(fā)明中的m面半導(dǎo)體層不僅包括具有與m面完全平行的表面(主面)的半導(dǎo)體層，還包括具有相對(duì)于m面以很小的角度(例如，大于0°且士Γ以下)傾斜的表面的半導(dǎo)體層。通過(guò)MOCVD法進(jìn)行以GaN/InGaN多重量子阱活性層105為開(kāi)始的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的堆積。首先，在緩沖氫氟酸溶液(BHF)中洗凈基板101，然后充分進(jìn)行水洗并干燥。在洗凈基板101之后，為了使基板101盡量不與空氣接觸，將其放置于MOCVD裝置的反應(yīng)室。然后，作為載流子氣體而提供氮(N2)及(H2)、作為原料氣體而僅提供作為氮源的氨的同時(shí)，將基板加熱至850°C，對(duì)基板101的表面實(shí)施清潔處理。接下來(lái)，繼續(xù)供給氮、氫及氨的同時(shí)，開(kāi)始供給三甲基鎵(TMG)或者三乙基鎵 (TEG)和硅烷(SiH4)，將基板加熱至1100°C左右，由此堆積n-GaN層102。硅烷是作為η型摻雜劑的Si的原料氣體。接下來(lái)，停止SiH4的供給，并將基板的溫度降低至低于800°C，由此形成GaN阻擋層103。此時(shí)，例如向反應(yīng)室內(nèi)供給流量為15 20slm的N2、流量為4 IOsccm的三甲基鎵(TMG)或者三乙基鎵(TEG)、流量為15 20slm的氨。進(jìn)而，開(kāi)始供給例如流量為300 600sccm的三甲基銦(TMI)，以形成InxGa^N (0 < χ < 1)阱層104。將GaN阻擋層103禾口 InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104交替地形成三周期以上，由此形成作為發(fā)光部的GaN/InGaN 多重量子阱活性層105。之所以設(shè)定為3周期以上，是因?yàn)镮nxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104 的個(gè)數(shù)越多，則能夠捕獲有助于發(fā)光再結(jié)合的載流子的體積越大，元件的效率可得到提高。其中，在進(jìn)行m面生長(zhǎng)的情況下，為了增大捕獲載流子的體積，增加InxGai_xN(0 <x<l)阱層104的厚度是有效的方法。在現(xiàn)有的(OOOl)c面生長(zhǎng)中，由于無(wú)法忽略量子限制斯塔克效應(yīng)，因此難以使InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104的厚度增大。這是因?yàn)闉榱吮M量使量子限制斯塔克效應(yīng)無(wú)效，需要將IrixGai_xN(0 < χ < 1)阱層104的厚度變薄至某種程度，典型的是抑制在5nm以下。相對(duì)于此，以m面為首的非極性面中原本就不會(huì)發(fā)生量子限制斯塔克效應(yīng)。因此，在m面的情況下，不需要像c面那樣減小IrixGai_xN(0 < χ < 1) 阱層104的厚度。在m面生長(zhǎng)中，不會(huì)受到量子限制斯塔克效應(yīng)的影響，能夠?qū)nxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104的厚度控制在6nm以上且17nm以下。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的內(nèi)部量子效率。在堆積InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104及GaN阻擋層103時(shí)，優(yōu)選控制其生長(zhǎng)條件，使得GaN/InGaN多重量子阱活性層105的生長(zhǎng)速度在7nm/分鐘以上。根據(jù)圖12，通過(guò)將生長(zhǎng)速度設(shè)定為7nm/分鐘以上，能夠?qū)⒒烊氲紾aN/InGaN多重量子阱活性層中的氧原子的濃度抑制到不會(huì)對(duì)發(fā)光特性帶來(lái)不良影響的3. OX IO17CnT3以下。像以往的c面生長(zhǎng)InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104那樣按照典型的方式堆積4. 5nm 以下的薄層的情況下，如果將生長(zhǎng)速度設(shè)定為7nm/分鐘以上，則厚度的控制性會(huì)下降。另一方面，即便以7歷/分鐘以上的速度使厚度為6nm以上且17nm以下的m面生長(zhǎng)InxGai_xN(0 <x< 1)阱層104生長(zhǎng)，厚度的控制性也不會(huì)下降。因此，可以說(shuō)GaN/InGaN多重量子阱活性層105的生長(zhǎng)速度的提高這種方法在作為非極性面的m面中特別有用。
但是，當(dāng)GaN/InGaN多重量子阱活性層105的生長(zhǎng)速度超過(guò)20nm/分鐘時(shí)，即便堆積m面生長(zhǎng)時(shí)優(yōu)選的厚度上限的17nm的InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104的情況下，生長(zhǎng)時(shí)間也將低于1分鐘。一般情況下，將基板101載置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，從而實(shí)施結(jié)晶生長(zhǎng)，并在結(jié)晶生長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)使基板101獲得足夠的轉(zhuǎn)速，由此原料氣體均勻地到達(dá)基板101的面內(nèi)。因此，若生長(zhǎng)時(shí)間變得極短，則在設(shè)定時(shí)間內(nèi)基板101不能獲得足夠的轉(zhuǎn)速。其結(jié)果，原料氣體的到達(dá)會(huì)隨著位置的不同而發(fā)生偏差，面內(nèi)均勻性惡化。因此，優(yōu)選GaN/InGaN多重量子阱活性層105的生長(zhǎng)速度在20nm/分鐘以下。在形成GaN/InGaN多重量子阱活性層105之后，停止TMI的供給，作為載流子氣體，除了氮以外還重新開(kāi)始供給氫。進(jìn)而，使生長(zhǎng)溫度提高至850°C 1000°C，通過(guò)供給三甲基鋁(TMA)、和作為ρ型摻雜劑的Mg原料的二茂鎂(Cp2Mg)，形成p-AlGaN溢出抑制層 106。接下來(lái)，停止TMA的供給，形成P-GaN層107。之后，從反應(yīng)室中取出基板，利用光刻等方式，采用蝕刻等方法僅除去P-GaN層 107及GaN/InGaN多重量子阱活性層105的規(guī)定區(qū)域，使n_GaN層102的一部分表露。在露出了 n-GaN層102的區(qū)域處，形成由Ti/Al等構(gòu)成的η側(cè)電極108。此外，在p_GaN層107 上形成P側(cè)電極109。作為ρ側(cè)電極109，例如既可以形成由Mg/Pt、Zn/Pt、Mg/Ag及Zn/Ag 的任意一種構(gòu)成的電極，也可以形成由Ni/Au構(gòu)成的電極。通過(guò)以上的工序，能夠制作出本實(shí)施方式的氮化物系發(fā)光元件。此外，在形成元件之后，也可以除去結(jié)晶生長(zhǎng)用基板101的一部分或者全部。再有，還可以通過(guò)研磨等除去 n-GaN層102的一部分。根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)提高GaN/InGaN多重量子阱活性層105的生長(zhǎng)速度，能夠減少混入到GaN/InGaN多重量子阱活性層105中的氧的量。由此，由于GaN/InGaN多重量子阱活性層105內(nèi)的非發(fā)光中心減少，因此能夠獲得較高的發(fā)光效率。特別是，通過(guò)將InxGai_xN (0 < χ < 1)阱層104的厚度設(shè)定為6nm以上且17nm以下，由于可捕獲載流子的體積增大，因此可獲得較高的發(fā)光效率。在c面生長(zhǎng)中，由于量子限制斯塔克效應(yīng)的影響，難以將InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層104的厚度設(shè)定在6nm以上。而在m面生長(zhǎng)中，由于不受量子限制斯塔克效應(yīng)的影響，因此能夠使IrixGai_xN (0<x< 1)阱層104的厚度增加至6nm以上。此外，在本實(shí)施方式中，在結(jié)晶生長(zhǎng)用基板101上按照n-GaN層102、GaN/InGaN多重量子阱活性層105、AlGaN溢出抑制層106、ρ-GaN層107的順序分別形成各個(gè)層。但各個(gè)層的配置并不限定于此。例如，也可以不設(shè)置溢出抑制層106。在不設(shè)置溢出抑制層106 的情況下，n-GaN層102及ρ-GaN層107的配置可以是相反的。此時(shí)，η側(cè)電極108及ρ側(cè)電極109的配置也相反。在本實(shí)施方式中，可以在GaN/InGaN多重量子阱活性層105與AlGaN溢出抑制層 106之間設(shè)置圖9所示的未摻雜GaN層208。專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了通過(guò)提高作為發(fā)光部的活性層的生長(zhǎng)速度來(lái)提高元件的發(fā)光效率的技術(shù)。但是，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中并沒(méi)有記載活性層的生長(zhǎng)速度與氧等雜質(zhì)的混入量之間的關(guān)系。因此，專(zhuān)利文獻(xiàn)2的發(fā)明中，作為降低活性層中所包含的雜質(zhì)的方法，并不是有意提高活性層的生長(zhǎng)速度的。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，將構(gòu)成活性層的阱層的厚度設(shè)定為典型的4. 5nm以下。如果過(guò)于提高堆積這種薄的阱層時(shí)的生長(zhǎng)速度，則生長(zhǎng)時(shí)間變得極短。當(dāng)生長(zhǎng)時(shí)間變短時(shí)，難以抑制阱層的厚度偏差，從而難以實(shí)現(xiàn)期望的厚度。再者，用于在基板面內(nèi)堆積均勻的阱層的控制性也會(huì)顯著下降。(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明能夠抑制成為非發(fā)光中心的雜質(zhì)氧混入到活性層中，因此特別適合應(yīng)用于發(fā)光元件。符號(hào)說(shuō)明101、201 基板102、202n_GaN 層103、203GaN 阻擋層104,204InxGai_xN(0 < χ < 1)阱層105、205GaN/InGaN多重量子阱活性層106、206p_AlGaN 溢出抑制層107、207p_GaN 層108η 側(cè)電極109ρ 側(cè)電極208未摻雜GaN層
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其具備η型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層；P型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層；以及發(fā)光層，其位于所述η型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層和所述P型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層之間，所述發(fā)光層是包括hx(iai_xN阱層的m面半導(dǎo)體層，該hx(}ai_xN阱層具有6nm以上且 17nm以下的厚度，其中0 < χ < 1，所述發(fā)光層中所包含的氧原子的濃度在3. OX IO17CnT3以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述InxGiVxN阱層的厚度為8nm以上且16nm以下，其中0 < χ < 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述發(fā)光層是多重量子阱活性層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，由基板支撐所述發(fā)光層，在所述基板與所述發(fā)光層之間不包含Al。
5.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，該半導(dǎo)體發(fā)光元件具備m型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層；P型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層；以及位于所述η型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層和所述 P型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法包括工序(a)，將基板導(dǎo)入到有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)裝置的反應(yīng)室內(nèi)；和工序(b)，通過(guò)有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法，使由(10-10)m面半導(dǎo)體層構(gòu)成的發(fā)光層在所述基板上生長(zhǎng)，該(lO-lO)m面半導(dǎo)體層包括具有6nm以上且17nm以下的厚度的hx(;ai_xN阱層，其中0 < χ < 1，在所述工序(b)中，所述hxGai_xN阱層的生長(zhǎng)速度被決定為所述發(fā)光層中所包含的氧原子的濃度在3. OXlO17cnT3以下的速度，其中0 < χ < 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，在所述工序(b)中，所述發(fā)光層以7nm/分鐘以上且20nm/分鐘以下的生長(zhǎng)速度生長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，在所述工序(b)中，使厚度為8nm以上且16nm以下的所述Ιηχ(^_χΝ阱層生長(zhǎng)，其中0 < χ < 1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其具備n-GaN層(102)、p-GaN層(107)、以及位于n-GaN層(102)和p-GaN層(107)之間的GaN/InGaN多重量子阱活性層(105)，GaN/InGaN多重量子阱活性層(105)是包括InxGa1-xN(0＜x＜1)阱層(104)的m面半導(dǎo)體層，該InxGa1-xN(0＜x＜1)阱層(104)具有6nm以上且17nm以下的厚度，GaN/InGaN多重量子阱活性層(105)中所包含的氧原子的濃度在3.0×1017cm-3以下。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102484180SQ20108003820
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者加藤亮, 吉田俊治, 橫川俊哉 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社