專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件(以下簡稱“發(fā)光元件”)，特別是涉及其發(fā)光層由GaN系列半導(dǎo)體晶體(GaN系列晶體)構(gòu)成的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)的基本的元件結(jié)構(gòu)呈這樣的結(jié)構(gòu)在晶體襯底上依次生長n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層(包括DH結(jié)構(gòu)、MQW結(jié)構(gòu)、SQW結(jié)構(gòu))、p型半導(dǎo)體層，在n型層或?qū)щ娦跃w襯底(SiC襯底、DaN襯底等)及p型層各層上形成外部引出電極。
例如，圖8是表示將GaN系列半導(dǎo)體作為發(fā)光層的材料的元件(GaN系列LED)的一個結(jié)構(gòu)例的圖，在晶體襯底101上通過依次進(jìn)行晶體生長而層疊GaN系列晶體層(n型GsN接觸層(也是覆蓋層)102、GaN半導(dǎo)體發(fā)光層103、p型GaN接觸層(也是覆蓋層)104)，在它上面設(shè)置下部電極(通常為n型電極)105、上部電極(通常為p型電極)106。這里，作為將晶體襯底安裝在下側(cè)、光向上方射出后傳播的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
在LED中，以怎樣的效率充分地將發(fā)光層上發(fā)生的光取出到外界(所謂光取出效率)是重要的問題。因此，迄今關(guān)于從發(fā)光層朝向上方的光，將不致成為其朝向外界的障礙物的圖8所示的上部電極106作成透明電極的形態(tài)，以及關(guān)于從發(fā)光層朝向下方的光，設(shè)置反射層，使其返回上方的形態(tài)等，在種種方面下工夫。
關(guān)于從發(fā)光層向上下方向發(fā)射的光，如上所述，通過使電極透明化和設(shè)置反射層，能提高向外界取出光的效率，可是，朝向發(fā)光層擴展方向(在圖8中，在發(fā)光層103內(nèi)用粗箭頭表示的方向，以下也稱“橫向”)發(fā)生的光內(nèi)，雖然在用折射率差規(guī)定的全反射角以內(nèi)到達(dá)側(cè)壁的光能發(fā)射到外部，但除此以外的很多光例如在側(cè)壁上反復(fù)反射等，只在元件內(nèi)、特別是被發(fā)光層本身吸收而衰減、消失。這樣的橫向的光被上下的覆蓋層、或襯底(藍(lán)寶石襯底)和上側(cè)的覆蓋層、或襯底和上部電極(進(jìn)而元件外部的被覆物質(zhì)等)封閉在里面，成為橫向傳播的光。該橫向傳播的光在發(fā)光層上發(fā)生的全部光量中占有大部分，有時達(dá)到總體的60％。
另外，在將襯底作為上側(cè)安裝的倒裝片型的LED中(光通過襯底射出到外界)，已知這樣一種形態(tài)為了使這樣的橫向光能朝向襯底的方向反射，而在作為元件結(jié)構(gòu)的層疊體的側(cè)壁上設(shè)有角度，使該側(cè)壁成為朝向襯底一側(cè)的反射面。可是，使微小的芯片的四面帶有角度進(jìn)行切割的加工是困難的，在成本上也成問題。
另外，在朝向上下方向的光中也有問題，即在GaN系列半導(dǎo)體層/藍(lán)寶石襯底的界面和GaN系列半導(dǎo)體層/p型電極(或封裝材料)的界面之間，形成反復(fù)反射的駐波等，妨礙光取出效率。
本發(fā)明的第一課題是解決上述問題，提供一種使在發(fā)光層上發(fā)生的橫向光朝向外界，另外能抑制上述駐波的發(fā)生的賦予了新的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
除了上述這樣的朝向外界的光取出效率的問題以外，在發(fā)光層的材料采用InGaN、而且發(fā)生紫外線的情況下，存在以下這樣的輸出低的問題。
在發(fā)光層中使用InGaN的發(fā)光元件中，一般說來能獲得高效率的發(fā)光。這是因為由In成分起伏造成的載流子的定域化，使得被注入發(fā)光層的載流子內(nèi)被捕獲到非發(fā)光中心的載流子的比例變少，所以其結(jié)果，說明了能獲得高效率的發(fā)光。
在GaN系列發(fā)光二極管(LED)或GaN系列半導(dǎo)體激光器(LD)中，在發(fā)生420nm以下的青紫光～紫外線的情況下，一般說來發(fā)光層的材料能使用InGaN(In成分為0.15以下)，有關(guān)發(fā)光的結(jié)構(gòu)，呈單一量子井結(jié)構(gòu)(由于活性層薄，所以其中包括所謂DH結(jié)構(gòu))、多重量子井結(jié)構(gòu)。
一般說來，紫外線的波長的上限比可見光的短波長端(380nm～400nm)短，下限為1nm左右(0.2nm～2nm)，但在本說明書中，包括由上述的In成分為0.15以下的InGaN發(fā)生的420nm以下的青紫光，稱為紫外線，將發(fā)生這樣的紫外線的半導(dǎo)體發(fā)光元件稱為紫外線發(fā)光元件。
由GaN所能發(fā)生的紫外線的波長為365nm。因此，在InGaN必須包含In成分、而且不包含Al成分的三元系列的情況下，能發(fā)生的紫外線波長的下限是比上述365nm長的波長。
可是，與具有In成分高的發(fā)光層的青·綠色發(fā)光元件相比，紫外線發(fā)光元件所發(fā)生的光的波長短，所以有必要降低發(fā)光層的In成分。因此，上述的由In成分起伏造成的定域化的效果低，被被捕獲到非發(fā)光中心的比例增加，其結(jié)果，不能獲得高輸出。在這樣的情況下，盛行降低成為非發(fā)光再結(jié)合中心的原因的錯位密度。
作為降低錯位密度的方法，能舉出ELO法(橫向生長法)，通過謀求降低錯位密度，來達(dá)到高輸出化·長壽命化(參照文獻(xiàn)(Jpn.j.Appl.Phys.39(2000)pp.L647)等)。
在GaN系列發(fā)光元件中，作成用禁帶比其大的材料構(gòu)成的覆蓋層(阻擋層)夾持發(fā)光層(井層)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)文獻(xiàn)(米津宏雄著，工學(xué)圖書株式會社刊，“光通信元件工學(xué)”第72頁)，一般情況下得出使禁帶差為“0.3eV”以上的指導(dǎo)方針。
根據(jù)上述背景，在發(fā)光層(井層)中使用能發(fā)生紫外線的成分的InGaN的情況下，如果考慮到載流子被封閉，則在夾持發(fā)光層的覆蓋層(在單一量子井結(jié)構(gòu)中不僅覆蓋層，還包括阻擋層)中能使用禁帶大的AlGaN。
另外，在構(gòu)成量子井結(jié)構(gòu)的情況下，阻擋層有必要達(dá)到產(chǎn)生隧道效應(yīng)的程度的厚度，一般說來為3～6nm左右。
例如圖9是表示將In0.05Ga0.95N作為發(fā)光層的材料的現(xiàn)有的發(fā)光二極管之一例的圖，在晶體襯底S10上，通過隔離層201，采用晶體生長法依次層疊n型GaN接觸層202、n型Al0.1Ga0.9N覆蓋層203、In0.05Ga0.95N井層(發(fā)光層)204、p型Al0.2Ga0.8N覆蓋層205、p型GaN接觸層206，在它上面設(shè)置下部電極(通常為n型電極)P10、上部電極(通常為p型電極)P20，成為上述這樣一種元件結(jié)構(gòu)。
可是，用ELO法使成為基底的GaN層生長，需要掩蔽層的形成、再生長這樣的方法，需要多次生長，有工序非常多的問題。另外，由于存在再生長界面，所以有降低錯位密度所派生的怎么也提高不了輸出的問題。
另外，為了使發(fā)光層的材料為InGaN而且使紫外線輸出得更多，本發(fā)明者等研究了現(xiàn)有的元件結(jié)構(gòu)時，明白了AlGaN層成為使InGaN發(fā)光層受到由晶格常數(shù)差引起的變形的根源。
另外，明白了在量子井結(jié)構(gòu)中，如果將阻擋層的厚度減薄，則Mg就會從設(shè)置在它上面的p型層擴散到發(fā)光層中，形成非發(fā)光中心，所以有不能獲得輸出大的紫外發(fā)光元件的問題。
本發(fā)明的第二課題是在本發(fā)明的發(fā)光元件的發(fā)光層的材料中使用InGaN、而且發(fā)生紫外線的情況下，通過使元件的結(jié)構(gòu)最佳化，達(dá)到高輸出化，且達(dá)到長壽命化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有以下特征。
(1)一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于有在第一晶體層表面上加工凹凸，由具有與上述晶體層不同的折射率的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二晶體層在該凹凸上通過隔離層或直接地將該凹凸埋入并生長，在第二晶體層上層疊包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層的元件結(jié)構(gòu)。
(2)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，第二晶體層及它上面的半導(dǎo)體晶體層是由GaN系列半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的層。
(3)是上述(2)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，第一晶體層是晶體襯底，第二晶體層從在晶體襯底的表面上加工的凹凸面開始、實際上一邊形成晶面結(jié)構(gòu)一邊生長。
(4)是上述(3)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，在晶體襯底的表面上加工的凹凸是呈條紋圖形的凹凸，該條紋的縱向是將它埋入并生長的GaN系列半導(dǎo)體的(11-20)方向、或(1-100)方向。
(5)是上述(1)或(4)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，凹凸的斷面形狀呈矩形波狀、三角波狀、正負(fù)曲線狀。
(6)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，從發(fā)光層發(fā)生的光的波長在第一晶體層中的折射率和在第二晶體層中的折射率的差為0.05以上。
(7)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，發(fā)光層由能發(fā)生紫外線的成分即InGaN晶體構(gòu)成。
(8)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，發(fā)光層是一種由InGaN構(gòu)成的井層和由GaN構(gòu)成的阻擋層所構(gòu)成的量子井結(jié)構(gòu)。
(9)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，第一晶體層是晶體襯底，在該晶體襯底的表面上加工的凹凸上，第二晶體層通過低溫隔離層將該凹凸埋入并生長，發(fā)光層是一種由InGaN構(gòu)成的井層和由GaN構(gòu)成的阻擋層所構(gòu)成的量子井結(jié)構(gòu)，量子井結(jié)構(gòu)和低溫隔離層之間的層全部由GaN晶體構(gòu)成。
(10)是上述(8)或(8)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，阻擋層的厚度為6nm～30nm。
(11)一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于有如下所述的元件結(jié)構(gòu)，即第一GaN系列半導(dǎo)體晶體在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上呈凹凸?fàn)畹厣L，具有與第一GaN系列半導(dǎo)體晶體不同的折射率的第二GaN系列半導(dǎo)體晶體覆蓋著該凹凸的至少一部分生長，另外，第三GaN系列半導(dǎo)體晶體一直生長到使上述凹凸平坦為止，在它上面層疊包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層。
(12)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上，呈一種對晶體生長區(qū)域進(jìn)行尺寸性限制的結(jié)構(gòu)或?qū)嵤┍砻嫣幚恚ㄟ^該限制，第一GaN系列半導(dǎo)體晶體一邊形成實際的晶面結(jié)構(gòu)或模擬的晶面結(jié)構(gòu)，一邊呈凹凸?fàn)畹厣L。
(13)是上述(12)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，對晶體生長區(qū)域進(jìn)行尺寸性限制的結(jié)構(gòu)或表面處理是在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上加工的凹凸、或附加在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上的能橫向生長的掩蔽圖形、或在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面的特定區(qū)域上實施的能抑制GaN系列晶體生長的表面處理。
(14)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，第二GaN系列半導(dǎo)體晶體呈膜狀地至少覆蓋著由第一GaN系列半導(dǎo)體晶體形成的凹凸中的凸部而生長，另外，第三GaN系列半導(dǎo)體晶體覆蓋著它一直生長到使上述凹凸平坦為止，在它上面有層疊了包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層的元件結(jié)構(gòu)，第二GaN系列半導(dǎo)體晶體有多層膜結(jié)構(gòu)。
(15)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，發(fā)光層由能發(fā)生紫外線的成分即InGaN晶體構(gòu)成。
(16)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，發(fā)光層是一種由InGaN構(gòu)成的井層和由GaN構(gòu)成的阻擋層所構(gòu)成的量子井結(jié)構(gòu)。
(17)是上述(16)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，阻擋層的厚度為6nm～30nm。
(18)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，上述凹凸是呈條紋圖形的凹凸，該條紋的縱向是第一GaN系列半導(dǎo)體晶體的(11-20)方向、或(1-100)方向。
以下，將上述(1)的形態(tài)稱為“形態(tài)(I)”，將上述(11)的形態(tài)稱為“形態(tài)(II)”進(jìn)行說明。


圖1是表示本發(fā)明的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)例的模式圖。以表示區(qū)域的邊界為目的在一部分上劃有影線(以下的圖也同樣)。
圖2是表示在本發(fā)明的形態(tài)(I)中形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑嬗玫木w生長法的一例的模式圖。
圖3是表示在本發(fā)明的形態(tài)(I)中將晶體襯底加工成有斜面的凹凸的方法的模式圖。
圖4是表示在本發(fā)明的形態(tài)(II)中形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑嬗玫木w生長法的一例的模式圖。
圖5是表示在本發(fā)明的形態(tài)(II)中形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑嬗玫木w生長法的另一例的模式圖。
圖6是表示圖4、5所示的晶體生長法的變化的模式圖。
圖7是表示在本發(fā)明的形態(tài)(II)中形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑嬗玫木w生長法的另一例的模式圖。
圖8是表示現(xiàn)有的GaN系列發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖9是表示將In0.05Ga0.95N作為發(fā)光層的材料的現(xiàn)有的發(fā)光二極管的一例的模式圖。
具體實施例方式
就發(fā)光元件來說，本發(fā)明的課題具有最重要的意義，根據(jù)這一點，本發(fā)明的發(fā)光元件的最好的形態(tài)是LED。另外，雖然不限定材料系列，但如后面所述，舉出使用本發(fā)明的有用性特別顯著的GaN系列材料的LED(GaN系列LED)為例，說明該發(fā)光元件。
該發(fā)光元件的任意一種形態(tài)，都在發(fā)光層的下方設(shè)置凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，根?jù)其作用及效果，提高光取出效率。從如何形成該凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑孢@一點出發(fā)，該發(fā)光元件能再分成上述形態(tài)(I)、形態(tài)(II)。
在上述形態(tài)(I)中，在晶體襯底上加工凹凸，通過用半導(dǎo)體晶體(特別是GaN系列晶體)將該凹凸埋入，構(gòu)成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑妗?br> 在上述形態(tài)(II)中，在凹凸上使GaN系列晶體生長，通過用另一GaN系列晶體將它埋入，構(gòu)成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑妗?br> 首先，說明上述形態(tài)(I)。圖1(a)是作為形態(tài)(I)的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)例，示出了GaN系列LED的圖，在第一晶體層(以下也稱“第一層”)1的表面上加工凹凸1a，由具有與上述晶體層不同折射率的材料構(gòu)成的第二晶體層(以下也稱“第二層”)2在該凹凸1a上通過隔離層或直接地將該凹凸埋入并生長。因此，不同的折射率界面呈凹凸?fàn)?。再在它上面通過晶體生長，層疊半導(dǎo)體晶體層(n型接觸層3、發(fā)光層A、p型接觸層4)，形成電極P1、P2后呈元件結(jié)構(gòu)。該圖中的元件結(jié)構(gòu)是簡單的DH結(jié)構(gòu)，但設(shè)有專用的接觸層、專用的覆蓋層等，另外，也可以將發(fā)光層作成SQW結(jié)構(gòu)、MQW結(jié)構(gòu)，有一切作為發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。
利用上述結(jié)構(gòu)，在發(fā)光層A中產(chǎn)生的沿橫向傳播的光受凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?a的影響，產(chǎn)生一種模式變換(由于漫反射，使光的傳播方向變成面發(fā)光方向)，變成朝向橫向以外的方向。其結(jié)果，朝向取出面的光量增加，元件內(nèi)部的光吸收層減少，其結(jié)果，光取出效率提高。
如在現(xiàn)有技術(shù)的說明中所述，迄今，與沿著光的取出口以外的方向(例如，向下或橫向)傳播的光不同，單純地通過只在端面上反射，使光朝向取出口。
與此不同，在本發(fā)明中，將在襯底上通過外延生長形成的GaN系列半導(dǎo)體層區(qū)域看作[使光沿橫向傳播的波導(dǎo)]，通過在沿著該波導(dǎo)能對沿橫向傳播的光產(chǎn)生影響的位置上形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，發(fā)生一種模式變換(或發(fā)生漫反射)，使光朝向其他方向。
在本發(fā)明中，著眼于沿橫向傳播的光以發(fā)光層為中心，使電場作為擴大到其上下層的電磁波，沿橫向傳播的情況。在通常的DH結(jié)構(gòu)的活性層中，發(fā)光層的厚度為10nm～100nm左右。橫向光不只在這樣薄的活性層內(nèi)傳播，而且作為到達(dá)晶體襯底的分布幅度大的波動沿橫向傳播。因此，如圖1(a)所示，如果在橫向光的分布范圍內(nèi)形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?a，則橫向光的波動受影響，利用一種模式變換(或發(fā)生漫反射)，能使若干光量朝向其他方向，進(jìn)而射出到外界的光量也增大。另外，該凹凸也具有作為將從發(fā)光層朝向該凹凸本身發(fā)射的光漫反射到上方的反射面的功能。
另外該凹凸還具有使GaN系列半導(dǎo)體層/藍(lán)寶石襯底的界面的垂直方向的反射率下降的功能，抑制上下方向的駐波的發(fā)生，使很多光進(jìn)入藍(lán)寶石襯底，來自藍(lán)寶石襯底的光的取出量增大，特別是從襯底一側(cè)取出光時還能提高光取出效率。
在形態(tài)(I)中，所謂在第一層的表面上加工的凹凸，是第一層的表面本身構(gòu)成的凹凸。這與采用迄今眾所周知的橫向生長法的由SiO2等構(gòu)成的掩蔽層被加在覆蓋的表面上形成的凹凸不同。
另外，利用上述的結(jié)構(gòu)，能使在晶體襯底上生長的GaN系列晶體有效地降低錯位密度。在該結(jié)構(gòu)中，不用ELO用的掩蔽層。一次生長就能完成錯位密度的降低。
即，在使用掩模的ELO法中，使GaN膜在基底上生長后，暫時從生長裝置中取出到外部，形成掩模，再返回生長裝置中，再進(jìn)行生長。與此不同，在晶體襯底上形成凹凸進(jìn)行的生長法中，將加工了凹凸的晶體襯底置于生長裝置內(nèi)之后，不需要阻止生長，因此不存在再生長界面，能制作結(jié)晶性良好的結(jié)構(gòu)。
另外，在本發(fā)明的上述的結(jié)構(gòu)中，由于不使用掩模而使GaN系列晶體層生長，所以沒有由掩模的分解產(chǎn)生的不純物污染、晶體品質(zhì)下降的問題。
利用這些作用和效果，能制作錯位少結(jié)晶好的結(jié)構(gòu)，結(jié)果，光輸出特別高。另外，成為劣化的原因的錯位密度降低的結(jié)果，能謀求長壽命化。
作為凹凸的總體的配置圖形，能不使橫向光的波動受影響即可，可以是在第一層的表面(基準(zhǔn)平面)上配置了點狀的凹部(或凸部)的圖形，也可以是以一定的間隔排列了直線狀的或曲線狀的凹槽(或凸山脊)條紋狀的凹凸圖形。凸山脊呈柵格狀的圖形也可以說是排列了角形凹部的圖形。它們中能對橫向光產(chǎn)生強大影響的是條紋狀的凹凸圖形。
凹凸的斷面形狀能舉出如圖2(a)所示，呈矩形(包括梯形)波狀；如圖3(c)所示，呈三角波狀或正負(fù)曲線狀；以及呈它們合成的波狀等。
凹凸的細(xì)部的規(guī)格可以參照后面所述的為了降低GaN系列晶體的錯位密度而形成的晶體生長用的凹凸結(jié)構(gòu)。
另外，由于凹凸對橫向光有影響，所以該凹凸最好位于從發(fā)光層算起的特定距離以內(nèi)。該距離在圖1(a)中如k所示，為5.5微米至20微米左右，特別是最好為1微米至10微米的值，該范圍內(nèi)包含通常的LED的襯底上表面和發(fā)光層下表面的距離。因此，如果將元件的晶體襯底作為第一層，在它上表面上形成凹凸，將它埋入并使第二層生長，構(gòu)成元件結(jié)構(gòu)，則該凹凸對橫向光充分地產(chǎn)生影響。
該發(fā)光元件的材料系列可以是GaAs系列、InP系列、GaN系列等迄今眾所周知的材料，但在晶體的錯位密度的降低成為大問題的GaN發(fā)光元件(至少發(fā)光層的材料是GaN系列半導(dǎo)體的發(fā)光元件)中，本發(fā)明的有用性最顯著。在GaN系列發(fā)光元件中，謀求降低GaN系列晶體的錯位密度是元件形成時所必要的大前提。在本發(fā)明中，如下所述提供一種采用了對于謀求降低GaN系列晶體的錯位密度有用的凹凸結(jié)構(gòu)的生長法，由于能將該凹凸結(jié)構(gòu)兼作上述折射率界面上的凹凸用，所以與只以折射率界面為目的形成凹凸的情況相比，凹凸的有用性提高了。以下，說明使用該凹凸結(jié)構(gòu)的GaN系列晶體生長法。
使用凹凸結(jié)構(gòu)的GaN系列晶體生長法是這樣一種方法如圖2(a)所示，在晶體襯底(第一層)1的表面上加工凹凸1a，如圖2(b)所示，從其凹部及凸部開始，實際上使GaN系列晶體21、22一邊形成晶面結(jié)構(gòu)一邊生長，如圖2(c)所示，使凹部不致成為空洞，實際上用GaN系列晶體填充，將該凹凸埋入并生長。所謂實際上一邊形成晶面結(jié)構(gòu)的生長，意味著包括類似于后面所述的晶面結(jié)構(gòu)生長的生長(例如，沿厚度方向一邊生成凹凸一邊生長等)。以下，將填充使用該凹凸的凹部的生長法稱為“該晶面生長法”。
在本發(fā)明中利用的該晶面生長法中，有這樣的特征通過在連隔離層都不形成的狀態(tài)的晶體襯底的表面上加工凹凸，預(yù)先提供從晶體生長當(dāng)初就能形成晶面的毛面。
通過將凹凸設(shè)在晶體襯底上，在該面上進(jìn)行GaN系列晶體的氣相生長時，將用相互之間的臺階區(qū)分的凹面和凸面作為晶面結(jié)構(gòu)生長生成的單位基準(zhǔn)面。通過將凹面和凸面兩者作為晶面結(jié)構(gòu)生長可能的面，如圖2(b)所示，生長初期從凹面·凸面兩者開始發(fā)生呈凸面的晶體生長。
其結(jié)果，從晶體襯底沿C軸方向延伸的錯位線在晶面(圖2(b)所示的晶體21、22的斜面)上沿橫向彎曲，不向上方傳播。然后如圖2(c)所示，繼續(xù)生長，使生長面平坦后，該表面附近成為來自襯底的錯位的傳播降低了的低錯位密度區(qū)域。
在使GaN系列晶體生長的一般方法中，采用MOVPE法等在藍(lán)寶石C面襯底上，通過AIN等低溫隔離層，使高溫GaN膜生長。如果在低溫隔離層上使高溫GaN生長，則將形成了結(jié)晶的一部分隔離層作為生長核，高溫GaN晶體開始呈島狀生長，但生長速度快的晶體將生長速度慢的晶體覆蓋而成一體，促進(jìn)橫向生長，不久便形成平坦的GaN晶體。這時，在藍(lán)寶石襯底上不加工凹凸時，進(jìn)行生長，以便出現(xiàn)生長速度慢而穩(wěn)定的C面，從而被平坦化。這是因為橫向的生長速度比穩(wěn)定的C面的生長速度快。
另一方面，為了在襯底面上加工凹凸來對橫向生長施加晶體生長區(qū)域的尺寸限制，例如如果凹凸的縱向呈平行于(11-20)方向的條紋形狀，則由于對(1-100)方向的生長加以限制，所以C軸方向的生長速度上升，能形成晶體生長速度慢而穩(wěn)定的{1-101}等斜晶面。本發(fā)明中通過在襯底的生長面上進(jìn)行凹凸加工，施加上述橫向生長的生長區(qū)域的尺寸限制。
在本說明書中，表記的晶面、晶體方位全部是在晶體襯底上生長的GaN晶體的晶面、方位。
所謂第二層實際上填充凹部，不僅呈全部填充狀態(tài)，而且填充得構(gòu)成能達(dá)到本發(fā)明的目的的有效的凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑婕纯?。例如，雖然有時在從凹部開始的生長晶體和從凸部開始的生長晶體成為一體的部分產(chǎn)生空隙，但能獲得折射率的變化這一點是好的。另外，在凹部上即使產(chǎn)生空隙，但在凹部上生長的第二層的下部面以能達(dá)到本發(fā)明的目的的程度進(jìn)入凹部內(nèi)，構(gòu)成有效的凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑婕纯伞?br> 與該晶面生長法不同，例如，在特開2000-106455號公報中，公開了將凹凸設(shè)在晶體襯底上，將凹部作為空洞留下來，使氮化鎵系列半導(dǎo)體生長的方法?？墒牵谶@樣的生長法中，由于不填充凹部而作為空洞部留下來，所以從第二層看時折射率界面(即，第二層的下表面)未構(gòu)成充分的凹凸，對橫向光進(jìn)行的模式調(diào)制的作用和效果不大?？墒牵斩床康拇嬖诓焕谑拱l(fā)光層上產(chǎn)生的熱向襯底一側(cè)逃逸。另外，由于不能積極地控制錯位的傳播，所以錯位會傳播到凸部的上方，錯位密度的降低效果也不充分。
該晶面生長法中使用的晶體襯底是使各種半導(dǎo)體晶體層生長用的構(gòu)成基底的襯底，也可以說是晶格調(diào)整用的隔離層等還未形成的狀態(tài)的襯底。作為優(yōu)選的晶體襯底，能使用藍(lán)寶石(C面、A面、R面)、SiC(6H、4H、3H)、GaN、AlN、Si、尖晶石、ZnO、GaAs、NGO等，但如果適應(yīng)于本發(fā)明的目的，也可以使用除此以外的材料。另外，襯底的面方位不特別限定，也可以是更恰當(dāng)?shù)囊r底，還可以是帶有偏角的襯底。
所謂GaN系列半導(dǎo)體，是用InXGaYAlZN(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤Z≤1，X+Y+Z＝1)表示的化合物半導(dǎo)體，晶體混合比是任意的，例如，能舉出AlN、GaN、AlGaN、InGaN等作為重要的化合物。
如上所述，該晶面生長法中用的凹凸是從凹面、凸面兩者進(jìn)行晶面結(jié)構(gòu)生長所能生成的凹凸形狀，而且，最好是能對發(fā)光層中產(chǎn)生的橫向光起作用的凹凸形狀。以下說明該凹凸描繪的優(yōu)選圖形、該凹凸的優(yōu)選規(guī)格。
概略地說，該晶面生長法中用的凹凸的配置圖形可以參照能對上述的橫向光的波動產(chǎn)生影響的凹凸，能舉出排列了點狀的凹部(或凸部)的圖形、以一定的間隔排列了直線狀或曲線狀的凹槽(或山脊)的條紋狀的凹凸圖形。另外，凹凸的斷面形狀能舉出矩形(包括梯形)波狀、三角波狀、正負(fù)曲線狀等，間距也如上所述，沒有必要是一定的。
在這些各種形態(tài)中，直線狀或曲線狀的凹槽(或山脊)以一定間隔排列的條紋狀的凹凸圖形，能簡化其制作工序，同時圖形的制作也容易，如上所述，對橫向光的影響大，這一點是好的。
在使凹凸圖形呈條紋狀的情況下，該條紋的縱向可以是任意的，但拿將其埋入并生長的GaN系列晶體來說，在<11-20>方向的情況下，對橫向生長施加了尺寸限制時容易形成{1-101}面等傾斜晶面。其結(jié)果，從襯底一側(cè)沿C軸方向傳播的錯位在該晶面上沿橫向彎曲，難以向上傳播，能形成低錯位密度區(qū)，這一點特別好。
另一方面，即使在使條紋的縱向為<1-100>方向的情況下，通過選擇容易形成模擬的晶面的生長條件，能獲得與上述同樣的效果。
其次以圖2(a)所示的斷面呈矩形波狀的凹凸為例，舉出該晶面生長法、以及能有效地影響橫向光的方向的凹凸的優(yōu)選尺寸。
凹槽的寬度W1為0.5微米～20微米，特別是最好為1微米～10微米。
凸部的寬度W2為0.5微米～20微米，特別是最好為1微米～10微米。
凹凸的振幅(凹槽的深度)d為0.05微米～5微米，特別是最好為0.2微米～3微米。
這些尺寸和根據(jù)它計算的間距等在其他斷面形狀的凹凸中也一樣。
利用凹部的寬度和凸部的寬度的組合，雖然在所生長的GaN系列晶體上怎樣形成晶面能進(jìn)行各種變化，但該晶面呈能使錯位的傳播彎曲的程度的面即可，優(yōu)選形態(tài)如圖2(b)所示，從各個單位基準(zhǔn)面生長的晶體單位21、22在各自的頂部上完全沒有平坦部，兩晶面在頂部上呈交叉的山形(三角錐或長長地連接成山脈狀的山脊形)的形態(tài)。如果是這樣的晶面，則能使從上述基底面承接的錯位線大致完全彎曲，能進(jìn)一步降低其正上方的錯位密度。
另外，不僅凹凸寬度的組合，而且改變凹部的深度(凸部的高度)d，也能進(jìn)行晶面形成區(qū)的控制。
作為凹凸的加工方法，例如，舉例示出采用通常的光刻技術(shù)，對應(yīng)于作為目的的凹凸的形態(tài)形成圖形，采用RIE技術(shù)等進(jìn)行刻蝕加工，獲得作為目的的凹凸的方法等。
在襯底上進(jìn)行半導(dǎo)體晶體層的生長的方法可以是HVPE、MOVPE、MBE法等。在制作厚膜的情況下，HVPE法好，但在形成薄膜的情況下，MOVPE法或MBE法好。
進(jìn)行晶體生長時根據(jù)生長條件(氣體種類、生長壓力、生長溫度等)，能控制晶面的形成。減壓生長時在NH3分壓低的情況下容易出現(xiàn){1-101}面的晶面，常壓生長時與減壓相比容易出現(xiàn)晶面。
另外如果提高生長溫度，則雖然能促進(jìn)橫向生長，但如果低溫生長，則C軸方向的生長比橫向生長快，容易形成晶面。
雖然示出了根據(jù)以上生長條件能進(jìn)行晶面形成的控制，但如果在能產(chǎn)生本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)，也可以根據(jù)目的靈活使用。
在該晶面生長法中，在從晶體襯底上形成的凹凸使GaN系列晶體生長時，也可以在晶體襯底上直接生長，還可以通過GaN、AlN等眾所周知的低溫隔離層、其他眾所周知的隔離層。
以上，示出了用該晶面生長法進(jìn)行的凹凸的埋入方法，但通過選擇凹凸的尺寸和晶體生長條件，也可以不以晶面結(jié)構(gòu)生長為主，利用一般的生長(例如，橫向生長大的生長)將凹凸埋入。
其次，舉例示出將凹凸的斷面作成三角波狀的形態(tài)。在將GaN晶體襯底作為第一層用的情況下，該形態(tài)特別有用。
作為將晶體襯底的表面加工成有這樣的斜面的凹凸的方法，例如，如圖3(a)所示，利用條紋狀、柵格狀等作為目的的圖形，在GaN襯底1的表面上形成其斷面形狀呈兩邊緣薄的凸拱狀的抗蝕劑R，對此能舉出實施有關(guān)氣體刻蝕的方法。作為抗蝕劑的材料，最好使用能承受該氣體刻蝕的材料。通過對帶有這樣的抗蝕劑R的GaN襯底進(jìn)行該氣體刻蝕，露出了GaN襯底的區(qū)域從最初被刻蝕，另一方面，抗蝕劑薄的肩部與進(jìn)行刻蝕的同時進(jìn)行消耗，GaN晶體的刻蝕開始變慢。這樣由于刻蝕開始的時間被錯開進(jìn)行刻蝕，所以最后如圖3(b)所示，作為總體其斷面呈近似于三角波的凹凸?？刮g劑最薄的部分雖然能通過該氣體刻蝕而被除去，但也可以留下來，在此情況下，也可以使用不會損傷GaN晶體的抗蝕劑專用的除去劑將其除去。另外，如果最后進(jìn)行凸部的刻蝕處理，則效果更好。
其次舉出圖3(b)所示的有斜面的凹凸的優(yōu)選尺寸。
凹凸的間距為2微米～40微米，特別是最好為2微米～20微米。
凹凸的振幅為0.05微米～5微米，特別是最好為0.2微米～3微米。
有斜面的凹凸的配置圖形與上面說明的該晶面生長法相同，能舉出排列了點狀的凹部(或凸部)的圖形、以一定的間隔排列了直線狀或曲線狀的凹槽(或山脊)的條紋狀的凹凸圖形，特別是條紋狀的凹凸圖形最好。
其次，如圖3(c)所示，使第二層2的生長從凹凸的全部表面開始，一直生長到凹凸完全被埋入為止。這時凹槽的側(cè)壁變成了模擬的晶面，所以使GaN系列晶體生長時，將該晶面作為界面錯位線彎曲，能獲得在上層上形成低錯位密度部分的作用和效果?？墒?，這樣的凹凸不僅對橫向光起作用，而且作為反射面也有很強的作用，是一種好的形態(tài)。
刻蝕法雖然沒有限定，但如果是由使用了包含氯的刻蝕氣體的RIE(Reactive Ion Etching)等進(jìn)行的氣體刻蝕，則在第一層是GaN晶體襯底的情況下，在晶體表面上不會留下?lián)p傷，所以好。
在以上的說明中，在GaN系列發(fā)光元件中，雖然示出了將該晶面生長法的凹凸結(jié)構(gòu)作為橫向光用的凹凸兼用的例，但不一定必須兼用，也可以是另外設(shè)置只供橫向光用的凹凸的形態(tài)。
其次，說明上述形態(tài)(II)。圖1(b)是作為上述形態(tài)(II)的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)例表示GaN系列LED的圖，在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層(該圖中為晶體襯底)S的表面上，使第一GaN系列晶體(以下也稱“第一晶體”)10生長，且一邊形成晶面結(jié)構(gòu)，一邊作成凹凸，將該凹凸中的至少凸部(在圖4的例中，就是第一晶體10本身)覆蓋起來使具有與第一GaN系列晶體不同的折射率的第二GaN系列晶體(以下也稱“第二晶體”)20生長，因此，構(gòu)成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，能獲得與上述形態(tài)(I)同樣的作用和效果。
在該形態(tài)(II)中，在第一晶體生長而作成凹凸的時刻，在其他GaN系列晶體中使成分變化，改變折射率，即，只要第一晶體達(dá)到了平坦化就不再生長是重要的。折射率的變化(成分的變化)可以是臺階狀的變化，也可以.是在折射率分布波導(dǎo)中看到的連續(xù)的變化。
使第一晶體生長成凹凸的方法不限定，但通過一邊實際上形成晶面結(jié)構(gòu)、或者一邊形成模擬的晶面結(jié)構(gòu)的生長，能使適合達(dá)到本發(fā)明的目的的凹凸生長。
這里所說的凹凸，不僅是凸部連續(xù)相鄰的波狀的凹凸，而且也可以如圖5(a)～(c)所示，凸?fàn)畹牡谝痪w10離散地配置，另一物質(zhì)作為凹部存在于它們之間。
由第一晶體的晶面生長形成的凹凸的形狀不限定，例如，可以是凸部的頂部有平坦部的梯形形狀，但為了充分地獲得凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴淖饔煤托Чc上述形態(tài)(I)中說明的相同，最好從各個單位基準(zhǔn)面生長的晶體單位在各自的頂部上完全沒有平坦部，兩晶面在頂部上呈交叉的山形(三角錐或長長地連接成山脈狀的山脊形)的形態(tài)。
在形態(tài)(II)中，如果是能使第一晶體呈凹凸?fàn)畹姆椒ǎ瑒t什么樣的方法都可以采用，在第一晶體呈凹凸的時刻，使第二晶體覆蓋著它生長，構(gòu)成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑婕纯伞?br> 作為使GaN系列晶體生長成凹凸的方法，特別是最好使晶面生長(或者類似于它的方法)。為此，能舉出在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上對晶體生長區(qū)域進(jìn)行尺寸限制的方法。
例如，能舉出①如上面詳細(xì)說明的該晶面生長法所示，在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上加工凹凸的方法(圖1(b)、圖4、圖5(a)、圖6、圖7)；②在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面的特定區(qū)域上設(shè)置GaN系列晶體不能生長的掩蔽圖形的方法(圖5(b))；③對成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面的特定區(qū)域進(jìn)行能抑制GaN系列晶體生長的表面處理的方法(圖5(c))等。
利用這些方法，第一晶體生長并作成凹凸。
作為上述方法①，也可以不僅是根據(jù)圖4所示的該晶面生長法，用GaN系列晶體10、20實際上填充凹凸的凹部的形態(tài)，而且如圖5(a)所示，只從全部凸部的上面使第一晶體10進(jìn)行晶面生長后，切換成第二晶體20，在凹部上進(jìn)行晶面生長，將凹部作為空洞保留的形態(tài)。另外，在上述形態(tài)(I)中，也可以利用具有以圖3為例說明的斜面的凹凸。如圖7所示，這是在晶體襯底S上的有斜面的凹凸上，使第一晶體10生長，使模擬的晶面生長后，切換成第二晶體20的形態(tài)。
作為上述方法②，如圖5(b)所示，使用迄今眾所周知的掩模的各種橫向生長法全部都能適用。
作為掩模m的材料，可以使用Si、Ti、Ta、Zr等的氮化物或氧化物，即SiO2、SiNX、TiO2、ZrO2等，也可以眾所周知的掩模材料。作為掩模的圖形，可以參照眾所周知的圖形，但重要的是以條紋狀的圖形、柵格狀的圖形等為主，掩蔽區(qū)和非掩蔽區(qū)的邊界線的方向特別重要。在作成沿著使掩蔽區(qū)和非掩蔽區(qū)的邊界線生長的GaN系列晶體的<1-100>方向延伸的直線的情況下，橫向生長速度快。反之，如果使掩蔽區(qū)和非掩蔽區(qū)的邊界線為<11-20>方向的直線，則容易形成{1-101}面等的斜晶面，就本發(fā)明來說，能獲得好的晶面生長。
關(guān)于實施使用掩模的橫向生長法時的掩模的詳細(xì)尺寸、氣氛氣體(H2、N2、Ar、He等)、以及晶體生長法(HVPE、MOVPE)等，可以參照眾所周知的技術(shù)，例如，在文獻(xiàn)(A.Sakai等，Appl.Phys.Lett.71(1997)2259.)中有詳細(xì)的記載。
作為上述方法③，例如，能舉出特開2000-277435公報中記載的在掩模中使用SiO2的殘渣的方法。因此，能呈現(xiàn)與上述掩模同樣的作用和效果，從不進(jìn)行處理的區(qū)域使GaN系列晶體呈凸?fàn)畹剡M(jìn)行晶面生長是可能的。
在上述形態(tài)(II)中，作為呈凸?fàn)钌L的第一晶體及覆蓋它的第二晶體的組合(第一晶體/第二晶體)，舉例給出了(AlGaN/GaN)、(AlInGaN/GaN)等。由于AlGaN作為第一晶體存在于GaN的下側(cè)，所以作為第二晶體的GaN相當(dāng)于稱為光波導(dǎo)的折射率高的心子，作為第一晶體的AlGaN相當(dāng)于折射率比它低的覆蓋層，本發(fā)明的作用和效果更高，另外，即使作為反射層也有效。將凹凸埋入的GaN系列晶體(例如，GaN)既可以不摻雜，也可以是n型的。
以上①～③雖然是使GaN系列晶體進(jìn)行晶面生長用的各種方法，但在任何一種方法中，使凹凸平坦化用的第三GaN系列晶體既可以是第二晶體(呈第二晶體照樣繼續(xù)生長直至平坦化為止的形態(tài))，也可以是與第二晶體不同的晶體(包括第一晶體)。另外，第三GaN系列晶體還可以是呈多層變化的晶體。
通過選擇第三GaN系列晶體的形態(tài)，在晶面結(jié)構(gòu)的生長過程中或生長后，存在使GaN系列晶體的成分呈多層狀變化的共同變化。以下，以上述①中的用該晶面生長法進(jìn)行的凹凸形成為例，說明該變化。
在圖4(a)的例中，覆蓋第一晶體10的第二晶體20雖然照樣生長，直至使凹凸平坦為止，但在該變化中，如圖4(b)所示，使覆蓋第一晶體(例如GaN)10的第二晶體(例如AlGaN)20呈膜狀，另外折射率不同的另一GaN系列晶體(例如GaN)20a一直生長到平坦化為止。在圖4(c)的例中，第二晶體20呈膜狀地覆蓋著第一晶體10而生長，另外第一晶體20a、第二晶體20b依次覆蓋著第二晶體20，折射率互不相同的GaN系列晶體膜形成多層膜結(jié)構(gòu)。
如果采用由這樣的折射率互不相同的GaN系列晶體膜構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)，則更能提高反射性。例如，對應(yīng)于發(fā)光波長，最適當(dāng)?shù)卦O(shè)計膜的厚度，也可以形成布雷格反射層作為由AlGaN/GaN等雙層構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)。
在作成多層膜結(jié)構(gòu)的情況下，不限定膜的層數(shù)，可以是從圖4(b)所示的夾著一層膜的結(jié)構(gòu)，變化到圖4(c)所示的多層(5對至100對)。
不限定在哪一時刻將在凹凸上生長(最好是晶面生長)的第一晶體切換成第二晶體，例如，圖6中模式地示出了由GaN系列晶體構(gòu)成的多層凹凸的生長狀態(tài)，在襯底S上形成的凹凸面上生長時也可以從初期的生長階段改變成分。在該圖中，為了區(qū)別折射率不同的GaN系列晶體呈多層狀生長而構(gòu)成凹凸?fàn)?，劃了影線。
在形態(tài)(II)中，在能理想地達(dá)到本發(fā)明的目的方面，凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴耐共扛叨茸詈脼?.05微米～10微米，特別是0.1微米～5微米就更好。另外，在迄今眾所周知的橫向生長法中，凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴拈g距大約為1微米～10微米，特別是1微米～5微米左右是好的值。關(guān)于利用該晶面生長法獲得的凹凸的間距，與上述形態(tài)(I)相同。
以上，不管是上述形態(tài)(I)還是形態(tài)(II)，第一層(第一晶體)的折射率和第二層(第二晶體)的折射率的差異，在從發(fā)光層發(fā)射的光的波長中，最好為0.01以上，特別是在0.05以上就更好。
另外，兩者的折射率的大小關(guān)系，最好為第一層(第一晶體)＜第二層(第二晶體)，因此，第二層(第二晶體)相當(dāng)于光波導(dǎo)中的折射率高的心子，第一層(第一晶體)相當(dāng)于折射率比它低的覆蓋層，本發(fā)明的作用和效果更大。
其次，給出將InGaN用作發(fā)光層的材料、輸出紫外線(波長為420nm以下)的情況的優(yōu)選形態(tài)。這時的InGaN，其In成分為0.15以下。
不管是上述形態(tài)(I)還是形態(tài)(II)，都能利用凹凸獲得錯位少的良好的晶體，結(jié)果，光輸出特別高。另外，降低成為劣化的原因的錯位密度的結(jié)果，能謀求長壽命化。
作為輸出紫外線情況下的優(yōu)選形態(tài)，在上述形態(tài)(I)中，將在襯底的凹凸上形成的GaN系列晶體層的材料限定為GaN晶體。在該GaN晶體層上，構(gòu)成將能發(fā)生紫外線的成分的InGaN晶體層作為井層的MQW結(jié)構(gòu)，作為發(fā)光層。附帶說一下，n型覆蓋層由GaN構(gòu)成，成為在發(fā)光層和低溫隔離層之間不存在AlGaN層的結(jié)構(gòu)。
在該形態(tài)中，雖然將能發(fā)生紫外線的成分InGaN用作發(fā)光層，可是作為n型覆蓋層材料，不使用以往所必須的AlGaN，而使用GaN。在本發(fā)明中，對紫外線發(fā)光層來說，即使n型覆蓋層是GaN，也看得出能充分地達(dá)到空穴的封閉。這可以認(rèn)為由于從p型層注入的空穴的有效質(zhì)量重，所以擴散長度短，不能充分地到達(dá)n型覆蓋層。因此，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，作為InGaN發(fā)光層的下層存在的n型GaN層，嚴(yán)格地說，不相當(dāng)于以往的覆蓋層。排除了在晶體襯底和發(fā)光層之間作為覆蓋層存在的AlGaN，由于是GaN層，所以能降低InGaN發(fā)光層的變形。
在發(fā)光層(井層)發(fā)生變形的情況下，由變形產(chǎn)生的壓電電場的發(fā)生，致使井結(jié)構(gòu)傾斜，電子和空穴的波動函數(shù)的重疊減少。其結(jié)果，電子和空穴的再結(jié)合概率減少，光輸出減弱。為了避免該情況的發(fā)生，通過將Si摻入MQW結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行了消除壓電電場的嘗試，但由于引起由摻雜造成的結(jié)晶性的下降，所以沒有好方法。如上所述，通過排除n型AlGaN層也就沒有這樣的危險了，能獲得高輸出。
以上說明的使用襯底上的凹凸來降低錯位密度、以及排除了AlGaN的上述作用和效果相輔相成，InGaN發(fā)光層能降低錯位密度，同時降低形變，充分地提高了光輸出和元件壽命。
另外，在輸出紫外線的情況下的另一優(yōu)選形態(tài)中，將發(fā)光層的量子井結(jié)構(gòu)的阻擋層的材料限定于GaN。因此，從井層和低溫隔離層之間排除了AlGaN層，能抑制井層的形變，能達(dá)到高輸出化、長壽命化。在現(xiàn)有的量子井結(jié)構(gòu)中，考慮到載流子被封閉在井層內(nèi)，AlGaN能用于阻擋層和覆蓋層。
可是如果是它們的組合，則由于晶體生長條件的最佳值在AlGaN和InGaN的情況下有很大的不同，存在以下問題。AlN比GaN熔點高，GaN比AlN熔點低。因此，最佳生長溫度應(yīng)這樣確定假設(shè)GaN為1000℃，則InGaN為1000℃以下，最好為600～800℃左右，AlGaN在GaN以上。在將AlGaN用于阻擋層的情況下，如果不改變AlGaN阻擋層和InGaN井層的生長溫度，則達(dá)不到各自的最佳晶體生長條件，有晶體品質(zhì)下降的問題。另一方面，改變生長溫度，變成設(shè)定生長中斷，在作為3nm左右的薄膜的井層的情況下，在該生長中斷的過程中，由于刻蝕作用致使厚度變化，發(fā)生表面上出現(xiàn)晶體缺陷等問題。由于有這些折中關(guān)系，所以用AlGaN阻擋層、InGaN井層的組合來獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品是困難的。另外，由于將阻擋層作成AlGaN，所以還有使井層變形的問題，妨礙高輸出化。因此，在本發(fā)明中，用GaN作為阻擋層的材料，進(jìn)行了減少上述折中的問題的嘗試，改善了晶體品質(zhì)。另外，為了減少變形，用GaN作為n型覆蓋層時，由于變形的減少，高輸出化成為可能。如果將GaN作成覆蓋層，則載流子被封閉，擔(dān)心對能發(fā)生紫外線的成分InGaN來說變得不充分，判明了載流子(特別是空穴)會被封閉。
另外，在輸出紫外線的情況下的該另一優(yōu)選形態(tài)中，將MQW結(jié)構(gòu)中的阻擋層的厚度限定為6nm～30nm，以8nm～30nm為好，最好為9nm～15nm。以往的MQW結(jié)構(gòu)中的阻擋層的厚度3nm～7nm。
如果將阻擋層作成這樣的厚度，則不會有波動函數(shù)的重疊，與其呈MQW結(jié)構(gòu)，不如成為將SQW結(jié)構(gòu)重疊多層的狀態(tài)，能充分地達(dá)到高輸出化。阻擋層如果超過30nm，則從p型層注入的空穴到達(dá)井層之前，被陷在阻擋層中存在的成為非發(fā)光中心的錯位缺陷等中，發(fā)光效率下降，所以不好。
另外，通過將阻擋層加厚，井層不容易受到使其上面的層生長時由熱或氣體引起的損傷，所以能減少損傷，另外，能降低來自p型層的摻雜材料(Mg等)向井層擴散，另外還能獲得降低加在井層上的形變的作用和效果。
實施例以下，給出實際制作有按照上述形態(tài)(I)、(II)形成的凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴腉aN系列LED的例。
實施例1在本實施例中，如圖1(a)所示，按照上述形態(tài)(I)，采用該晶面生長法將藍(lán)寶石襯底上的凹凸埋入，作成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，實際制作了GaN系列LED。
在C面藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行由光敏抗蝕劑形成的條紋狀的構(gòu)圖(寬2微米，周期4微米，條紋方位條紋的縱向由在襯底上生長的GaN系列晶體決定，為方向<11-20>)，用RIE裝置進(jìn)行深度達(dá)2微米、斷面呈方形的刻蝕，如圖2(a)所示，獲得了表面呈條紋狀圖形的凹凸的襯底。這時的條紋槽斷面的縱橫比為1。
將光敏抗蝕劑除去后，將襯底安裝在MOVPE裝置中，在以氮氣為主要成分的氣氛中，使溫度上升到1100℃，進(jìn)行了熱清理。使溫度下降到500℃，作為III族原料使三甲基鎵(以下稱TMG)流過，作為N原料使氨流過，使厚度為30nm的GaN低溫隔離層生長。
接著使溫度上升到1000℃，作為原料使TMG、氨流過，作為摻雜劑使硅烷流過，使n型GaN層(接觸層)生長。如圖2(b)所示，這時的GaN層的生長從凸部的上表面、凹部的底面開始，作為斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)畹木w發(fā)生后，在凹部內(nèi)不會形成空洞，是將總體埋入的生長。
在晶面結(jié)構(gòu)生長過程中，在GaN晶體的C面完全消失、頂部呈尖銳的凸?fàn)畹臅r刻，將生長條件切換成橫向生長占優(yōu)勢的條件(使生長溫度上升等)，使GaN晶體從藍(lán)寶石襯底的上表面生長到厚度為5微米為止。為了獲得上表面呈平坦的埋入層，厚度有必要生長到5微米。
接著，依次形成n型AlGaN覆蓋層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、p型AlGaN覆蓋層、p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長為370nm的紫外線LED用外延襯底，另外，進(jìn)行使n型接觸層露出用的刻蝕加工、電極形成、元件分離，作成了LED元件。
測定了在晶片總體上采取的LED芯片(裸芯片狀態(tài)、波長370nm、通電20mA時)的各輸出。
另外，作為比較例1，除了在藍(lán)寶石襯底上不形成條紋狀的凹凸以外，在與上述相同的條件下，形成紫外線LED芯片(即，在平的藍(lán)寶石襯底上通過低溫隔離層形成元件結(jié)構(gòu))，測定了其輸出。這些測定結(jié)果如后面所述。
比較例2
在本比較例中，采用迄今眾所周知的使用掩模的橫向生長法，謀求降低上述比較例1中的GaN系列晶體層的錯位密度。該比較例2是一種在晶面結(jié)構(gòu)生長時不改變成分，用同一成分自始至終地將掩模埋入的眾所周知的結(jié)構(gòu)，不具有由晶面結(jié)構(gòu)生長形成的凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，這一點與本發(fā)明的形態(tài)(II)(特別是圖5(b))有很大不同。
將與實施例1規(guī)格相同的C面藍(lán)寶石襯底安裝在MOVPE裝置中，在以氮氣為主要成分的氣氛中，使溫度上升到1100℃，進(jìn)行了熱清理。使溫度下降到500℃，作為III族原料使TMG流過，作為N原料使氨流過，使厚度為30nm的GaN低溫隔離層生長。
接著使溫度上升到1000℃，作為原料使TMG、氨流過，作為摻雜劑使硅烷流過，使n型GaN層生長了約2微米。
從MOVPE裝置中取出襯底，進(jìn)行由光敏抗蝕劑形成的條紋狀的構(gòu)圖(寬2微米，周期4微米，條紋方位條紋的縱向由GaN系列晶體決定，為方向<11-20>)，在電子束蒸鍍裝置中蒸鍍了厚度為100nm的SiO2。用稱為剝離的方法，將光敏抗蝕劑除去，獲得了條紋狀的SiO2掩模。
再裝填到MOVPE裝置中，使n型GaN晶體接觸層生長。生長條件與實施例1大致相同，從GaN晶體的露出部分(非掩模區(qū)域)的生長，作為斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)畹木w發(fā)生后，使生長一直進(jìn)行到直接將總體埋入而達(dá)到平坦為止。埋入時有必要沿C軸方向生長厚度約5微米的GaN晶體。
接著，依次形成n型AlGaN覆蓋層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、p型AlGaN覆蓋層、p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長為370nm的紫外線LED用外延襯底，另外，進(jìn)行使n型接觸層露出用的刻蝕加工、電極形成、元件分離，作成了LED元件。
測定了在晶片總體上采取的LED芯片(裸芯片狀態(tài)、波長370nm、通電20mA時)的各輸出。測定結(jié)果如后面所述。
實施例2在本實施例中，如圖1(b)所示，按照上述形態(tài)(II)，采用該晶面生長法形成由AlGaN構(gòu)成的凹凸?fàn)畹木娼Y(jié)構(gòu)，用GaN將其埋入，作成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，實際制作了GaN系列LED。
與實施例1完全相同，在C面藍(lán)寶石襯底上形成呈條紋狀圖形的凹凸，將它安裝在MOVPE裝置中，在以氮氣為主要成分的氣氛中，使溫度上升到1100℃，進(jìn)行了熱清理。使溫度下降到500℃，作為III族原料使TMG流過，作為N原料使氨流過，使厚度為30nm的GaN低溫隔離層生長。
接著使溫度上升到1000℃，作為原料使TMG、氨流過，使GaN層生長約100nm后，將三甲基鋁(TMA)加入III族原料中，使AlGaN生長。如圖2(b)所示，AlGaN/GaN層的生長從凸部的上表面、凹部的底面開始，作為斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)畹木w發(fā)生后，在凹部內(nèi)不形成空洞地進(jìn)行生長。
在晶面結(jié)構(gòu)生長過程中，在AlGaN晶體的C面完全消失、頂部呈尖銳的凸?fàn)畹臅r刻，將生長條件切換成n型GaN生長、而且橫向生長占優(yōu)勢的條件，使n-GaN晶體(接觸層)從藍(lán)寶石襯底的上表面生長到厚度為5微米為止。
與上述實施例1完全相同，在上述n型GaN接觸層上依次形成n型AlGaN覆蓋層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、p型AlGaN覆蓋層、p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長為370nm的紫外線LED用外延襯底，另外，進(jìn)行使n型接觸層露出用的刻蝕加工、電極形成、元件分離，作成了LED元件。
測定了在晶片總體上采取的LED芯片(裸芯片狀態(tài)、波長370nm、通電20mA時)的各輸出的結(jié)果，如后面所述。
實施例3在本實施例中，如圖4(c)所示，按照上述形態(tài)(III)，采用該晶面生長法形成由AlGaN構(gòu)成的凹凸?fàn)畹木娼Y(jié)構(gòu)，用由AlGaN/GaN超柵格結(jié)構(gòu)構(gòu)成的50對的布雷格反射層將其覆蓋，作成凹凸?fàn)畹亩鄬诱凵渎式缑妫瑢嶋H制作了GaN系列LED。
與實施例1完全相同，在C面藍(lán)寶石襯底上形成呈條紋狀圖形的凹凸，將它安裝在MOVPE裝置中，在以氮氣為主要成分的氣氛中，使溫度上升到1100℃，進(jìn)行了熱清理。使溫度下降到500℃，作為III族原料使TMG流過，作為N原料使氨流過，使厚度為30nm的GaN低溫隔離層生長。
接著使溫度上升到1000℃，作為原料使TMG、氨流過，如圖4(c)所示，使GaN層從凸部的上表面、凹部的底面開始，作為斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)畹木w生長。
在晶面結(jié)構(gòu)生長過程中，在GaN晶體的C面完全消失、頂部呈尖銳的凸?fàn)畹臅r刻，使Al0.2Ga0.8N(沿C軸方向37nm)/GaN(沿C軸方向34nm)生長50對，此后將生長條件切換成n型GaN生長、而且橫向生長占優(yōu)勢的條件，使n-GaN晶體(接觸層)從藍(lán)寶石襯底的上表面生長到厚度為5微米為止。
與上述實施例1完全相同，在上述n型GaN接觸層上依次形成n型AlGaN覆蓋層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、p型AlGaN覆蓋層、p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長為370nm的紫外LED用外延襯底，另外，進(jìn)行使n型接觸層露出用的刻蝕加工、電極形成、元件分離，作成了LED元件。
測定了在晶片總體上采取的LED芯片(裸芯片狀態(tài)、波長370nm、通電20mA時)的各輸出。
上述實施例1～3、比較例1、2各自的測定結(jié)果(平均值)如下。
實施例114mW。
實施例214.5mW。
實施例315mW。
比較例16mW。
比較例27mW。
從上述的比較可知，通過將凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娓郊釉诎l(fā)光層的下方，能將在元件內(nèi)部消滅了橫向光的一部分取出到外界，提高發(fā)光元件的輸出。
實施例4在本實施例中，制作有量子井結(jié)構(gòu)的GaN系列LED，將發(fā)光層和晶體襯底之間的層作成只由GaN構(gòu)成的形態(tài)。
在C面藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行由光敏抗蝕劑形成的條紋狀的構(gòu)圖(寬2微米，周期4微米，條紋方位條紋的縱向由在襯底上生長的GaN系列晶體決定，為方向<11-20>)，用RIE裝置進(jìn)行深度達(dá)2微米、斷面呈方形的刻蝕，獲得了由表面呈條紋狀圖形的凹凸構(gòu)成的襯底。這時的條紋槽斷面的縱橫比為1。
將光敏抗蝕劑除去后，將襯底安裝在MOVPE裝置中，在以氫氣氣氛中，使溫度上升到1100℃，進(jìn)行了熱刻蝕。使溫度下降到500℃，作為III族原料使三甲基鎵(以下稱TMG)流過，作為N原料使氨流過，使厚度為30nm的GaN低溫隔離層生長。只在凸部的上表面、凹部的底面上形成了該GaN低溫隔離層。
接著使溫度上升到1000℃，作為原料使TMG、氨流過，使不摻雜的GaN層在平坦的襯底上生長相當(dāng)于2微米的時間后，使生長溫度上升到1050℃，在平坦的襯底上生長了相當(dāng)于4微米的時間。在該條件下進(jìn)行了生長的情況下，如圖2(b)所示，這時的GaN層的生長從凸部的上表面、凹部的底面開始，生長成斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)睢４撕笸ㄟ^變更生長溫度，促進(jìn)二維生長，進(jìn)行平坦化。
接著，依次形成n型GaN接觸層(覆蓋層)、厚度為3nm的InGaN井層(發(fā)光波長380nm、In成分接近于零，難以測定)、厚度為6nm的由GaN阻擋層構(gòu)成的3周期的多層量子井層、厚度為30nm的p型AlGaN覆蓋層、厚度為50nm的p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長為380nm的紫外線LED晶片，另外，進(jìn)行電極形成、元件分離，作成了LED元件。
測定了在晶片總體上采取的LED元件(裸芯片狀態(tài)、波長380nm、通電20mA時)的各輸出。
為了進(jìn)行比較，在未進(jìn)行凹凸加工的藍(lán)寶石襯底上，在與上述相同的條件下，形成紫外線LED芯片(比較例1)，測定了其輸出。
另外，在通常的ELO用基體材料(在平坦的藍(lán)寶石襯底上暫時形成了GaN層后，形成了掩蔽層的基體材料)上，在與上述相同的條件下，形成紫外線LED芯片(比較例2)，測定了其輸出。
利用陰極發(fā)光測定了LED晶片中的錯位密度的平均值，將測定的結(jié)果、輸出的平均值、以及用80℃、20mA進(jìn)行的加速試驗的壽命(下降到初始輸出的80％的時間)示于表1中。
表1

從表1可知，在本實施例中能謀求降低錯位密度、長壽命化、高輸出化。從比較例2的結(jié)果可知，采用作為錯位密度降低法之一的ELO法，雖然同樣能謀求錯位密度的降低，但輸出比本實施例低。這可以認(rèn)為再生長界面的存在引起的結(jié)晶性的不同。另外，由于在通常襯底上錯位密度也大，所以與本實施例相比，輸出壽命都不好。
實施例5在本實施例中，將n型Al0.1Ga0.9N覆蓋層設(shè)置在實施例4的n型GaN接觸層和InGaN井層之間，除此以外，在與實施例4相同的條件下，形成紫外線LED芯片，測定了其輸出。
如上面的表1所示，實施例4的元件的輸出為10mW，與此不同，本實施例的元件的輸出為7mW。根據(jù)該結(jié)果可知，本實施例的元件與比較例1、2相比，雖然輸出提高了，但如實施例4所示，由于從InGaN井層和晶體襯底之間將AlGaN層排除，所以輸出進(jìn)一步提高。
實施例6在本實施例中，進(jìn)行了調(diào)查關(guān)于MQW結(jié)構(gòu)的阻擋層厚度的限定的作用和效果的實驗。
使實施例4中的MQW結(jié)構(gòu)的各阻擋層的厚度分別為式樣13nm，式樣26nm，式樣310nm，式樣415nm，式樣530nm，此外與上述實施例4同樣地制作了GaN系列LED。這些全部屬于本發(fā)明的發(fā)光元件。
在與上述相同的條件下，測定了紫外LED芯片的輸出。
這些測定結(jié)果的平均值如下。
式樣12mW式樣27mW式樣310mW式樣48mW式樣55mW另外，在低溫4K下對這些式樣進(jìn)行了光致發(fā)光測定的結(jié)果，在表1中在3.2eV附近觀測到了從Mg發(fā)射的光。這可以認(rèn)為由于阻擋層薄，所以Mg能從p型層擴散的結(jié)果。
從上述的結(jié)果可知，阻擋層的厚度為6nm～30nm時，更能改善高輸出化。
工業(yè)上利用的可能性如上所述，通過將凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娓郊釉诎l(fā)光層的下方，能對發(fā)光層中產(chǎn)生的橫向光的至少一部分改變其傳播方向，進(jìn)而能增加取出到外界光的量。
另外，能提供一種抑制上下方向的駐波的發(fā)生，使光進(jìn)入藍(lán)寶石襯底，特別是從襯底一側(cè)取出光時，提高光取出效率的賦予了新的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
另外，通過在進(jìn)行了凹凸加工的襯底上制作晶體結(jié)構(gòu)，謀求降低錯位，而且，通過使n型覆蓋層(在量子井結(jié)構(gòu)中也是阻擋層)的材料為GaN，謀求減少形變，另外，作為MQW結(jié)構(gòu)中的優(yōu)選形態(tài)，限定阻擋層的厚度，能提高元件的光輸出，實現(xiàn)長壽命化。
本申請以在日本申請的特愿2001-081447、以及特愿2001-080806為基礎(chǔ)，在本說明書中完全包括了這些內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于有在第一晶體層表面上加工凹凸，由具有與上述晶體層不同的折射率的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二晶體層在該凹凸上通過隔離層或直接地將該凹凸埋入并生長，在第二晶體層上層疊包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層的元件結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于第二晶體層及它上面的半導(dǎo)體晶體層是由GaN系列半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于第一晶體層是晶體襯底，第二晶體層從在晶體襯底的表面上加工的凹凸面開始、實際上一邊形成晶面結(jié)構(gòu)一邊生長。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于在晶體襯底的表面上加工的凹凸是呈條紋圖形的凹凸，該條紋的縱向是將它埋入并生長的GaN系列半導(dǎo)體的<11-20>方向、或<1-100>方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于凹凸的斷面形狀呈矩形波狀、三角波狀、正負(fù)曲線狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于從發(fā)光層發(fā)生的光的波長在第一晶體層中的折射率和在第二晶體層中的折射率的差為0.05以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于發(fā)光層由能發(fā)生紫外線的成分即InGaN晶體構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于發(fā)光層是一種由InGaN構(gòu)成的井層和由GaN構(gòu)成的阻擋層所構(gòu)成的量子井結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于第一晶體層是晶體襯底，在該晶體襯底的表面上加工的凹凸上，第二晶體層通過低溫隔離層將該凹凸埋入并生長，發(fā)光層是一種由InGaN構(gòu)成的井層和由GaN構(gòu)成的阻擋層所構(gòu)成的量子井結(jié)構(gòu)，量子井結(jié)構(gòu)和低溫隔離層之間的層全部由GaN晶體構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于阻擋層的厚度為6nm～30nm。
11.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于有如下所述的元件結(jié)構(gòu)，即第一GaN系列半導(dǎo)體晶體在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上呈凹凸?fàn)畹厣L，具有與第一GaN系列半導(dǎo)體晶體不同的折射率的第二GaN系列半導(dǎo)體晶體覆蓋著該凹凸的至少一部分生長，另外，第三GaN系列半導(dǎo)體晶體一直生長到使上述凹凸平坦為止，在它上面層疊包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上，呈一種對晶體生長區(qū)域進(jìn)行尺寸性限制的結(jié)構(gòu)或?qū)嵤┍砻嫣幚?，通過該限制，第一GaN系列半導(dǎo)體晶體一邊形成實際的晶面結(jié)構(gòu)或模擬的晶面結(jié)構(gòu)，一邊呈凹凸?fàn)畹厣L。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于對晶體生長區(qū)域進(jìn)行尺寸性限制的結(jié)構(gòu)或表面處理是在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上加工的凹凸、或者，附加在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面上的能橫向生長的掩蔽圖形、或者，在成為晶體生長的基礎(chǔ)的晶體層表面的特定區(qū)域上實施的能抑制GaN系列晶體生長的表面處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于第二GaN系列半導(dǎo)體晶體呈膜狀地至少覆蓋著由第一GaN系列半導(dǎo)體晶體形成的凹凸中的凸部而生長，另外，第三GsN系列半導(dǎo)體晶體覆蓋著它一直生長到使上述凹凸平坦為止，在它上面有層疊了包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層的元件結(jié)構(gòu)，第二GaN系列半導(dǎo)體晶體有多層膜結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于發(fā)光層由能發(fā)生紫外線的成分即InGaN晶體構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于發(fā)光層是一種由InGaN構(gòu)成的井層和由GaN構(gòu)成的阻擋層所構(gòu)成的量子井結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于阻擋層的厚度為6nm～30nm。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于上述凹凸是呈條紋圖形的凹凸，該條紋的縱向是第一GaN系列半導(dǎo)體晶體的<11-20>方向、或<1-100>方向。
全文摘要
在第一層1的表面上加工凹凸1a，使具有與第一層不同的折射率的第二層2將該凹凸埋入并生長(或者，在成為生長的基礎(chǔ)的晶體層S上使第一晶體10呈凹凸?fàn)畹厣L，使具有與第一層不同的折射率的第二晶體20生長)。形成了這些凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?a(10a)后，在它上面形成層疊了包括發(fā)光層A的半導(dǎo)體晶體層的元件結(jié)構(gòu)。因此，在發(fā)光層中產(chǎn)生的橫向光由于凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴挠绊懚淖兎较?，朝向外界。另外，其中，在使發(fā)光層的材料為InGaN、發(fā)生紫外線的情況下，采用量子井結(jié)構(gòu)，完全用GaN晶體形成該量子井結(jié)構(gòu)和低溫隔離層之間的層，將AlGaN排除。該量子井結(jié)構(gòu)最好由InGaN構(gòu)成的井層和由GaN構(gòu)成的阻擋層構(gòu)成，阻擋層的厚度最好為6nm～30nm。
文檔編號H01L33/32GK1498427SQ02806788
公開日2004年5月19日 申請日期2002年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月21日
發(fā)明者只友一行, 岡川廣明, 大內(nèi)洋一郎, 常川高志, 一郎, 志, 明 申請人:三菱電線工業(yè)株式會社