專利名稱：氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
專利文獻1中公開了高效率GaN類的光半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)。專利文獻1的光半導(dǎo) 體元件即發(fā)光元件具備包括內(nèi)含畸變的應(yīng)變量子阱層的多個GaN類半導(dǎo)體層。該發(fā)光元件 在藍寶石、SiC, GaN等基板上依次沉積η型GaN接觸層、η型AlGaN包層、多應(yīng)變量子阱層、 P型AlGaN包層、ρ型GaN接觸層而形成。而且，在η型GaN接觸層和ρ型GaN接觸層上分 別形成作為各層的電極的η電極和ρ電極。多應(yīng)變量子阱層使用GalnN/GaN多應(yīng)變量子阱 層或GalnN/GalnN多應(yīng)變量子阱層。而且，該多應(yīng)變量子阱層的生長面的面方位與壓電場 最大的方位不同。專利文獻1 日本特開平11-112029號公報

發(fā)明內(nèi)容
上述現(xiàn)有的光半導(dǎo)體元件具備ρ型GaN接觸層和ρ電極，ρ電極與ρ型GaN接觸 層連接。在這種光半導(dǎo)體元件的情況下，P型GaN具有較大的功函數(shù)，因此在P型GaN接觸 層和P電極的界面上會形成肖特基(Schottky)勢壘。因此，本發(fā)明的目的是，提供一種能 夠抑制在接觸層和電極的界面上形成肖特基勢壘的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件。本發(fā)明的一種氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具備GaN基板；六方晶系 的氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域，被設(shè)置在所述GaN基板的主面上且包括發(fā)光層；以及電極，被設(shè)置 在所述氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域上且由金屬構(gòu)成，所述氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域包括內(nèi)含畸變的接 觸層，所述接觸層與所述電極連接，所述主面沿著從與所述GaN基板的c軸方向正交的面以 預(yù)定的傾斜角度傾斜的基準(zhǔn)平面延伸，所述傾斜角度包含在大于40度且小于90度的范圍 或150度以上且小于180度的范圍中的某一范圍中，所述氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域與所述GaN 基板晶格匹配，所述接觸層由P型摻雜的InGaN或ρ型摻雜的InAlGaN構(gòu)成，所述接觸層由 P型摻雜的InGaN構(gòu)成時，所述接觸層的In的組分比處于1 %以上且20%以下的范圍內(nèi)，所 述接觸層由P型摻雜的InAlGaN構(gòu)成時，所述接觸層的In的組分比大于所述接觸層的Al 的組分比乘以0. 22所得到的值。因此，根據(jù)本發(fā)明的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件，在GaN基板的主面與正交于GaN基 板的c軸方向的面所成的角為包含在大于40度且小于90度的范圍、或150度以上且小于 180度的范圍的某一范圍中的值時，GaN基板與氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域晶格匹配，因此在由ρ 型摻雜的InGaN或ρ型摻雜的InAlGaN構(gòu)成的接觸層內(nèi)在沿基準(zhǔn)平面的方向上產(chǎn)生壓縮應(yīng) 力，因此，產(chǎn)生負的壓電場。根據(jù)這種負的壓電場，接觸層內(nèi)的能帶向肖特基勢壘降低的方 向變化。接觸層由P型摻雜的InGaN構(gòu)成時，若接觸層的In的組分比處于以上20%以 下的范圍內(nèi)，則在例如10-50nm的厚度的接觸層中因晶格馳豫而釋放壓縮應(yīng)力，接觸層內(nèi) 的能帶的肖特基勢壘降低。在接觸層由P型摻雜的InAlGaN構(gòu)成時，若接觸層的In的組分
3比為大于Al的組分比乘以0. 22所得到的值的值，則接觸層相對于GaN基板具有壓縮應(yīng)力。此外，在本發(fā)明的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述傾斜角度可處于63度以上且 小于83度的范圍內(nèi)。傾斜角度處于63度以上且小于83度的范圍內(nèi)時，負的壓電場最大， 因此充分降低了驅(qū)動電壓。此外，本發(fā)明的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述發(fā)光層能夠發(fā)出在500nm以上 的預(yù)定范圍內(nèi)具有峰值波長的光。即使在發(fā)光層的電壓下降變得顯著而元件整體的驅(qū)動電 壓變高的發(fā)出500nm以上的峰值波長的光時，根據(jù)本發(fā)明，也能夠降低驅(qū)動電壓。根據(jù)本發(fā)明，可提供一種能夠抑制在接觸層和電極的界面上形成肖特基勢壘的氮 化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件。


圖1是用于說明實施方式的LD的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是用于說明實施方式的LD的效果的圖。
具體實施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。在附圖的說明中，盡可能對同 一要素標(biāo)注同一標(biāo)號，省略重復(fù)的說明。圖1是用于說明實施方式的LDl的結(jié)構(gòu)的圖。LDl 是具備GaN基板3、氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5、絕緣膜19、p電極21及η電極23的氮化物類半 導(dǎo)體發(fā)光元件。η電極23、GaN基板3、氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5、p電極21沿著預(yù)定的ζ軸方 向依次設(shè)置。GaN基板3設(shè)在η電極23和氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5 (特別是光限制層7)之間，與 η電極23連接。GaN基板3具有主面Si。主面Sl是GaN基板3的表面中位于η電極23的 相反側(cè)的表面。主面Sl沿著從與GaN基板3的c軸方向正交的面以預(yù)定的傾斜角度θ傾 斜的基準(zhǔn)平面S5延伸。傾斜角度θ包含在大于40度且小于90度的范圍、或150度以上 且小于180度的范圍的某一范圍中(40度< θ <90度、或150度< θ <180度)，可以在 63度以上且小于83度的范圍內(nèi)(63度< θ <83度)。氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5設(shè)在GaN基板3和ρ電極21之間，經(jīng)由GaN基板3的主面 Sl與GaN基板3連接。氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5由六方晶系的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成，設(shè)在主 面Sl上。氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5與GaN基板3晶格匹配。氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5具有光 限制層7、導(dǎo)光層9、發(fā)光層11、導(dǎo)光層13、光限制層15及接觸層17。光限制層7、導(dǎo)光層9、 發(fā)光層U、導(dǎo)光層13、光限制層15、接觸層17在主面Sl上沿ζ軸方向依次設(shè)置。光限制層7設(shè)在GaN基板3和導(dǎo)光層9之間，經(jīng)由主面Sl與GaN基板3連接。導(dǎo) 光層9設(shè)在光限制層7和發(fā)光層11之間，與光限制層7連接。發(fā)光層11設(shè)在導(dǎo)光層9和導(dǎo) 光層13之間，與導(dǎo)光層9連接。發(fā)光層11具有包括多個阱層和多個勢壘層的多量子阱結(jié) 構(gòu)，導(dǎo)光層9與發(fā)光層11的勢壘層連接。發(fā)光層11發(fā)出在500nm以上的預(yù)定范圍內(nèi)(例 如500nm以上且550nm以下的范圍內(nèi))具有峰值波長的光。導(dǎo)光層13設(shè)在發(fā)光層11和光 限制層15之間，與發(fā)光層11 (特別是勢壘層)連接。光限制層15設(shè)在導(dǎo)光層13和接觸層17之間，與導(dǎo)光層13連接。接觸層17設(shè)在 光限制層15和ρ電極21之間，經(jīng)由接觸層17的界面S3與光限制層15連接。此外，接觸
4層17與ρ電極21連接。η電極23與GaN基板3連接。光限制層15及接觸層17形成條紋(Stripe)形狀部分25。條紋形狀部分25形成 在導(dǎo)光層13的表面S7 (該表面在與發(fā)光層11的界面的相反側(cè))的局部上設(shè)置的沿y軸方 向延伸的凸形狀。導(dǎo)光層13的表面S7上，絕緣膜18、條紋形狀部分25、絕緣膜19沿χ軸 方向依次配置。條紋形狀部分25設(shè)在絕緣膜18和絕緣膜19之間，與絕緣膜18和絕緣膜 19連接。絕緣膜18及絕緣膜19經(jīng)由表面S7與導(dǎo)光層13連接。接著，說明LDl的實施例。GaN基板3的主面Sl作為與m軸方向成75度的傾斜面 ((20-21)面)。光限制層7由InAlGaNdn的組分比為3%，A1的組分比為14% )或AlGaN(Al 的組分比為)構(gòu)成，具有1200nm左右的厚度。導(dǎo)光層9及導(dǎo)光層13均由InGaN(In的 組分比為3% )構(gòu)成，具有IOOnm左右的厚度。發(fā)光層11的多個阱層均由InGaN(In的組分 比為30% )構(gòu)成，具有3nm左右的厚度。發(fā)光層11的多個勢壘層均由InGaN(In的組分比 為0 3%)構(gòu)成，具有IOnm左右的厚度。發(fā)光層11發(fā)出520nm帶的光。光限制層15由ρ型摻雜的AlGaN (Al的組分比為 % )或ρ型摻雜的InAlGaN (In 的組分比為3%，Α1的組分比為14% )構(gòu)成，具有400nm左右的厚度。接觸層17由ρ型摻 雜的InGaN或ρ型摻雜的InAlGaN構(gòu)成，具有10 50nm左右的厚度。接觸層17由ρ型摻 雜的InGaN構(gòu)成時，接觸層17的In的組分比處于1 %以上且20%以下的范圍內(nèi)。接觸層 17由ρ型摻雜的InAlGaN構(gòu)成時，接觸層17的In的組分比為比接觸層17的Al的組分比 乘以0. 22所得的值大的值。光限制層15的帶隙能量比接觸層17的帶隙能量大。絕緣膜19 由 SiO2 構(gòu)成。ρ 電極 21 由 Ni/Au, Pt/Pd、Pd/Au、Al/Ti/Al、Ni/Pt/Au 及Pd/Pt/Au中的任一種構(gòu)成。η電極23由Ti/Al構(gòu)成。此外，氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5的沿基準(zhǔn)平面S5的方向的寬度為400 μ m左右，與基 準(zhǔn)平面S5正交的方向的高度為100 μ m左右。條紋形狀部分25沿氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5 的基準(zhǔn)平面S5的方向的寬度為2 μ m左右，與基準(zhǔn)平面S5正交的方向的高度為1 μ m左右。接著，對實施例的LDl的制造方法的概況進行說明。首先，在相當(dāng)于GaN基板3的 GaN基板的表面上，形成相當(dāng)于氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5的氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域。接著，通過 干式蝕刻形成相當(dāng)于條紋形狀部分25的部分。接著，在由該干式蝕刻除去的部分上通過濺 射形成相當(dāng)于絕緣膜18及絕緣膜19的SiO2絕緣膜，然后形成ρ電極21，分割成多個LD1。根據(jù)以上說明的本實施例的LDl，主面Sl與正交于GaN基板3的c軸方向的面所 成的角(傾斜角度Θ)為包含在大于40度且小于90度的范圍、或150度以上且小于180 度的范圍中的某一范圍的值時，GaN基板3與氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域5晶格匹配，因此在由ρ 型摻雜的InGaN或ρ型摻雜的InAlGaN構(gòu)成的接觸層17內(nèi)沿基準(zhǔn)平面S5的方向上產(chǎn)生壓 縮應(yīng)力，因此，產(chǎn)生負的壓電場。通過這種負的壓電場，接觸層17內(nèi)的能帶向肖特基勢壘降 低的方向變化。因此，LDl的動作電壓降低。實際上，替代本實施例的LDl的接觸層17而 使用了由P型摻雜的GaN構(gòu)成的接觸層17a的其他LD的動作電壓的實測值為10 (伏)，但 本實施例的LDl的動作電壓的實測值為6 (伏)。圖2 (a)表示光限制層15及接觸層17的帶隙。圖2 (b)表示替代本實施例的LDl 的接觸層17而使用由ρ型摻雜的GaN構(gòu)成的接觸層17a的上述其他LD的光限制層15及 接觸層17a的帶隙。圖中標(biāo)號F表示費米能級(Fermi level)，圖中標(biāo)號H表示空穴電流的 方向。如圖2(a)及圖2(b)所示，本實施例的LDl的接觸層17的帶隙向本實施例的LDl的
5接觸層17的肖特基勢壘SBl相比上述的其他LD的接觸層17a的肖特基勢壘SB2減少的方 向變化。此外，接觸層17由ρ型摻雜的InGaN構(gòu)成的情況下，接觸層17的In的組分比為 1 %以上時接觸層17內(nèi)的能帶的肖特基勢壘降低，接觸層17的In的組分比超過20%時，在 10-50nm的厚度的接觸層17中因晶格馳豫而釋放壓縮應(yīng)力，因此使接觸層17的In的組分 比在以上20%以下的范圍內(nèi)。此外，接觸層17由ρ型摻雜的InAlGaN構(gòu)成時，為了使接 觸層17相對于GaN基板3具有壓縮應(yīng)力，使接觸層17的In的組分比為比接觸層17的Al 的組分比乘以0.22得到的值大的值。此外，若傾斜角度θ在63度以上且小于83度的范 圍內(nèi)，則負的壓電場最大，因此能夠充分降低本實施例的LDl的驅(qū)動電壓。此外，若上述其 他LD是發(fā)出500nm以上的峰值波長的光的結(jié)構(gòu)，則發(fā)光層11中的電壓下降變得顯著，LDl 整體的驅(qū)動電壓變高，但本實施例的LDl雖然發(fā)出520nm帶的光，但與上述其他LD相比能 夠降低驅(qū)動電壓。以上，在實施方式中圖示了本發(fā)明的原理而進行了說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可認 識到，本發(fā)明可不脫離其原理而在配置及細節(jié)上進行變更。本發(fā)明不限于本實施方式所公 開的特定的結(jié)構(gòu)。因此，對權(quán)利要求書及從其主旨的范圍擴展獲得的所有的修正及變更申 請專利權(quán)。
權(quán)利要求
一種氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具備GaN基板；六方晶系的氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域，被設(shè)置在所述GaN基板的主面上且包括發(fā)光層；以及電極，被設(shè)置在所述氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域上且由金屬構(gòu)成，所述氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域包括內(nèi)含畸變的接觸層，所述接觸層與所述電極連接，所述主面沿著從與所述GaN基板的c軸方向正交的面以預(yù)定的傾斜角度傾斜的基準(zhǔn)平面延伸，所述傾斜角度包含在大于40度且小于90度的范圍或在150度以上且小于180度的范圍中的任一范圍中，所述氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域與所述GaN基板晶格匹配，所述接觸層由p型摻雜的InGaN或p型摻雜的InAlGaN構(gòu)成，所述接觸層由p型摻雜的InGaN構(gòu)成時，所述接觸層的In的組分比處于1％以上且20％以下的范圍內(nèi)，所述接觸層由p型摻雜的InAlGaN構(gòu)成時，所述接觸層的In的組分比大于所述接觸層的Al的組分比乘以0.22所得到的值。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述傾斜角度處于63度以上且小于83度的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述發(fā)光層發(fā)出在500nm以上的預(yù)定范圍內(nèi)具有峰值波長的光。
全文摘要
一種氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件，能夠抑制在接觸層和電極的界面上形成肖特基勢壘。氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件(LD1)，具備GaN基板(3)；六方晶系的氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域(5)，設(shè)在GaN基板的主面(S1)上且包括發(fā)光層(11)；以及p電極(21)，設(shè)在氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域上且由金屬構(gòu)成。氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域包括內(nèi)含畸變的接觸層(17)，接觸層與p電極連接，主面沿著從與GaN基板的c軸方向正交的面以預(yù)定的傾斜角度(θ)傾斜的基準(zhǔn)平面(S5)延伸，傾斜角度包含在大于40度且小于90度的范圍或150度以上且小于180度的范圍中的某一范圍中。氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域與GaN基板晶格匹配。
文檔編號H01L33/16GK101958386SQ20101023136
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者上野昌紀(jì), 京野孝史, 住友隆道, 善積祐介, 鹽谷陽平 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社