本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件(諸如，發(fā)光二極管(led))。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體發(fā)光元件通常通過(guò)在生長(zhǎng)基板上生長(zhǎng)由n型半導(dǎo)體層、有源層和p型半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層并且形成分別向n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層施加電壓的n電極和p電極來(lái)制造。

專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了一種白色發(fā)光二極管，其中，紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管依次層疊以便沿同一方向發(fā)射光。專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了一種白色發(fā)光元件，該白色發(fā)光元件包括：第一發(fā)光部，該第一發(fā)光部通過(guò)金屬層接合到導(dǎo)電子安裝基板；以及第二發(fā)光部，該第二發(fā)光部形成在所述導(dǎo)電子安裝基板的上表面的一個(gè)區(qū)域上。專利文獻(xiàn)3公開(kāi)了一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，該半導(dǎo)體發(fā)光元件包括由ingan構(gòu)成的多個(gè)阱層，其中，各個(gè)阱層的in組分不同。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2011-249460號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2006-339646號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2004-179493號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

當(dāng)通過(guò)電極注入到元件中的電子和空穴在該元件的有源層中發(fā)生結(jié)合(復(fù)合)時(shí)，會(huì)引發(fā)由半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行的光發(fā)射。從有源層發(fā)射的光的波長(zhǎng)(即，發(fā)光顏色)根據(jù)構(gòu)成該有源層的半導(dǎo)體材料的帶隙而不同。例如，使用氮化物系半導(dǎo)體的發(fā)光元件從其有源層發(fā)射藍(lán)光。

對(duì)于例如照明應(yīng)用，光源需要具有顯色性。具有高顯色性的光源是一種發(fā)射近自然光的光源。為了實(shí)現(xiàn)高顯色性，優(yōu)選的是，從光源發(fā)射的光具有基本上覆蓋可見(jiàn)光區(qū)域的整個(gè)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)。例如，從具有高顯色性的光源提取的光被觀察為白光。

就此而言，如上述專利文獻(xiàn)中所公開(kāi)的，已經(jīng)提出了使用半導(dǎo)體發(fā)光元件來(lái)獲取白光的各種技術(shù)。在制造發(fā)光裝置的一項(xiàng)示例技術(shù)中，將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件(諸如，熒光體)混合到密封樹(shù)脂中，以通過(guò)密封樹(shù)脂密封該元件。例如，在使用發(fā)射藍(lán)光的有源層的半導(dǎo)體發(fā)光元件的情況下，來(lái)自有源層的藍(lán)光的一部分被熒光體轉(zhuǎn)換為黃光，并且將這兩種類(lèi)型的光混合并發(fā)射到外部。因此，所發(fā)射的光作為整體被觀察為白光。在另一種提出的技術(shù)中，通過(guò)層疊了具有不同組分的多個(gè)有源層，在不使用熒光體的情況下使光發(fā)射波長(zhǎng)范圍變寬。

然而，使用上述技術(shù)制造的發(fā)光裝置具有與該裝置內(nèi)的發(fā)光波長(zhǎng)的均勻性、制造過(guò)程的復(fù)雜性及發(fā)光強(qiáng)度有關(guān)的問(wèn)題?？赡艿脑虬ǎ簾晒怏w混合步驟的添加；熒光體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率隨時(shí)間的變化；半導(dǎo)體層的處理步驟的添加；以及由于半導(dǎo)體層的處理而引起的結(jié)晶度的劣化。

鑒于上述問(wèn)題進(jìn)行了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件不需要波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件(諸如，熒光體)，并且具有在可見(jiàn)光區(qū)域的寬范圍內(nèi)的發(fā)光波長(zhǎng)帶(光譜寬度)并具有高顯色性和高發(fā)光強(qiáng)度。

用于解決問(wèn)題的手段

根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括：第一半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層具有第一導(dǎo)電類(lèi)型；發(fā)光功能層，所述發(fā)光功能層形成在所述第一半導(dǎo)體層上并且包括發(fā)光層；以及第二半導(dǎo)體層，所述第二半導(dǎo)體層形成在所述發(fā)光功能層上并且具有與所述第一半導(dǎo)體層的導(dǎo)電類(lèi)型相反的導(dǎo)電類(lèi)型。所述發(fā)光層具有：基底層，該基底層具有從所述第一半導(dǎo)體層受到應(yīng)力應(yīng)變的組分，并且具有被形成為隨機(jī)網(wǎng)狀的多個(gè)基底區(qū)段；以及量子阱結(jié)構(gòu)層，該量子阱結(jié)構(gòu)層通過(guò)嵌入所述基底層而形成并且由至少一個(gè)量子阱層和至少一個(gè)勢(shì)壘層構(gòu)成。所述基底層具有由具有不同al組分的algan構(gòu)成的多個(gè)子基底層。

附圖說(shuō)明

圖1的(a)是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的橫截面圖，并且圖1的(b)是發(fā)光層的基底層的示意性俯視圖。

圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光層的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。

圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的第一修改示例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光層的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。

圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的第二修改示例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。

圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。

圖6是示出來(lái)自根據(jù)第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)射光譜的圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將在下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。在本說(shuō)明書(shū)中，相同的附圖標(biāo)記被分配給相同的構(gòu)成元件。

第一實(shí)施方式

圖1的(a)是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件(在下文中，在某些情況下簡(jiǎn)稱為“發(fā)光元件”或“元件”)10的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在半導(dǎo)體發(fā)光元件10的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl形成在安裝基板(在下文中，在某些情況下簡(jiǎn)稱為“基板”)11上。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl包括形成在安裝基板11上的n型半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)12、形成在該n型半導(dǎo)體層12上的發(fā)光功能層13、形成在該發(fā)光功能層13上的電子阻擋層14、以及形成在該電子阻擋層14上的p型半導(dǎo)體層(第二半導(dǎo)體層，即，其導(dǎo)電類(lèi)型與所述第一半導(dǎo)體層12的導(dǎo)電類(lèi)型相反的半導(dǎo)體層)15。

根據(jù)該實(shí)施方式，安裝基板11由用于例如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl的生長(zhǎng)的生長(zhǎng)基板構(gòu)成，并且例如由藍(lán)寶石制成。另外，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl由氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成。半導(dǎo)體發(fā)光元件10可以通過(guò)使用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(mocvd)法在藍(lán)寶石基板(例如，所述藍(lán)寶石基板的c面用作晶體生長(zhǎng)面)上生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl來(lái)制造。盡管圖中未示出，但是發(fā)光元件10具有分別向n型半導(dǎo)體層12和p型半導(dǎo)體層15施加電壓的n電極和p電極。

參照發(fā)光元件10的結(jié)構(gòu)示出了該實(shí)施方式，其中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl形成在用作安裝基板11的生長(zhǎng)基板上。然而，該實(shí)施方式不限于安裝基板11為生長(zhǎng)基板的結(jié)構(gòu)。例如，半導(dǎo)體發(fā)光元件10可以具有通過(guò)首先在生長(zhǎng)基板上生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl、將該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl接合到另一基板并去除該生長(zhǎng)基板而獲得的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，由此接合的另一基板形成在p型半導(dǎo)體層15上。上述接合的基板可以使用具有高散熱度的材料(諸如，si、aln、mo、w和cuw)。

盡管圖中未示出，但是可以在安裝基板11與n型半導(dǎo)體層12之間設(shè)置緩沖層(下層)。例如，出于減輕在生長(zhǎng)基板與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl之間的交界面上以及在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層sl的層之間的交界面上可能產(chǎn)生的應(yīng)變的目的而設(shè)置緩沖層。在該實(shí)施方式中，在藍(lán)寶石基板(安裝基板11)上生長(zhǎng)gan層作為緩沖層之后，層疊n型半導(dǎo)體層12。

n型半導(dǎo)體層12由例如包含n型摻雜物(例如，si)的gan層構(gòu)成。電子阻擋層14由例如algan層構(gòu)成。p型半導(dǎo)體層15由例如包含p型摻雜物(例如，mg)的gan層構(gòu)成。n型半導(dǎo)體層12可以包括具有不同摻雜濃度的多個(gè)n型半導(dǎo)體層。電子阻擋層14可以包含p型摻雜物。p型半導(dǎo)體層15可以在與相對(duì)于電子阻擋層14的交界面相反的主表面上具有接觸層。

發(fā)光功能層13可以具有多個(gè)發(fā)光層。然而，在該實(shí)施方式中，將描述發(fā)光功能層13由單發(fā)光層構(gòu)成的情況。因此，在該實(shí)施方式中，將對(duì)用作發(fā)光功能層13的發(fā)光層進(jìn)行描述。發(fā)光層13形成在n型半導(dǎo)體層12上并且具有量子阱(qw)結(jié)構(gòu)。

發(fā)光層13具有與n型半導(dǎo)體層12的組分不同的組分的基底層bl。由于來(lái)自n型半導(dǎo)體層12的應(yīng)力，基底層bl具有形成為隨機(jī)網(wǎng)狀的槽gr。換句話說(shuō)，由于n型半導(dǎo)體層12與基底層bl之間的組分差異，槽gr具有通過(guò)由在基底層bl中產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變創(chuàng)建的多個(gè)組合槽部形成的網(wǎng)格形狀。在基底層bl中產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變是由n型半導(dǎo)體層12與基底層bl之間的晶格常數(shù)差異引起的基底層bl的晶體結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。

發(fā)光層13具有形成在基底層bl上并由量子阱層wa和勢(shì)壘層ba構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)層qw。量子阱層wa形成在基底層bl上，并且勢(shì)壘層ba形成在量子阱層wa上。基底層bl充當(dāng)用于量子阱層wa的勢(shì)壘層。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D1的(b)給出對(duì)基底層bl的描述。圖1的(b)是示意性地示出基底層bl的上表面的圖。基底層bl被槽gr分割，并且具有被形成為具有隨機(jī)尺寸的許多細(xì)小的基底區(qū)段bs。因?yàn)榛讓泳哂袕膎型半導(dǎo)體層12受到應(yīng)力應(yīng)變的組分，所以各個(gè)基底區(qū)段bs被分割成隨機(jī)網(wǎng)狀。

槽gr由具有隨機(jī)且不同的長(zhǎng)度和形狀的槽部構(gòu)成。槽gr在基底層bl的整個(gè)表面上形成為網(wǎng)(網(wǎng)格)狀。所述基底區(qū)段bs中的每個(gè)是由基底層bl內(nèi)的槽gr隨機(jī)分割和形成的部分(區(qū)段)?；讌^(qū)段bs的每個(gè)的上表面具有各種形狀(諸如，大致圓形形狀、大致橢圓形形狀、以及多邊形形狀)。

槽gr具有例如v形橫截面(圖1的(a))。另外，如圖1的(b)所示，槽gr具有線狀底部bp。在該實(shí)施方式中，各個(gè)基底區(qū)段bs的端部是槽gr的底部bp。各個(gè)基底區(qū)段bs在底部bp處與另一個(gè)基底區(qū)段bs相鄰。

另外，基底層bl具有與各個(gè)基底區(qū)段bs對(duì)應(yīng)的平坦表面fl。基底層bl的表面由平坦部fl和槽gr的內(nèi)壁表面構(gòu)成。各個(gè)平坦部fl被針對(duì)各個(gè)基底區(qū)段bs的槽gr分割?；讌^(qū)段bs具有由平坦部fl構(gòu)成的上表面以及由槽gr的內(nèi)壁表面構(gòu)成的側(cè)表面。

換句話說(shuō)，平坦部fl構(gòu)成各個(gè)基底區(qū)段bs的上表面，并且槽gr的內(nèi)壁表面構(gòu)成基底區(qū)段bs的側(cè)表面。因此，各個(gè)基底區(qū)段bs具有傾斜的側(cè)表面，并且具有例如大致梯形形狀的橫截面。

發(fā)光層13具有形成在所述基底層bl上的量子阱層wa。該量子阱層wa通過(guò)嵌入槽gr形成。量子阱層wa的上表面被形成為平坦表面(在下文中稱為“第一平坦表面”)fs1。在與基底層bl的交界面(下表面)處，量子阱層wa具有與槽gr對(duì)應(yīng)的不平坦形狀。在上表面上，量子阱層wa具有平坦形狀。換句話說(shuō)，如圖1的(a)所示，量子阱層wa具有通過(guò)嵌入基底層bl而被平坦化的平坦表面fs1。量子阱層wa被形成為應(yīng)變的量子阱層。

發(fā)光層13具有形成在所述量子阱層wa上的勢(shì)壘層ba。該勢(shì)壘層ba的兩個(gè)主表面被形成為平坦表面。具體地，該勢(shì)壘層ba被形成在量子阱層wa的第一平坦表面fs1上，并且上表面被形成為平坦表面(下文中稱為“第二平坦表面”)fs2。

圖2是示出發(fā)光層13的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖2是部分放大的橫截面圖，其中，圖1的(a)的被虛線包圍的部分被放大。現(xiàn)在將參照?qǐng)D2給出對(duì)發(fā)光層13的更詳細(xì)的描述。發(fā)光層13的基底層bl具有第一子基底層bl1和第二子基底層bl2，所述第一子基底層bl1具有alxga1-xn(0<x≤1)的組分，并且所述第二子基底層bl2具有alyga1-yn(0<y≤1)的組分并且形成在所述第一子基底層bl1上。基底層bl具有由al組分彼此不同的多個(gè)algan層構(gòu)成的多個(gè)子基底層。量子阱層wa具有ingan的組分。勢(shì)壘層ba具有g(shù)an的組分。電子阻擋層14具有alzga1-zn(0<z≤1)的組分。

在基底層bl的多個(gè)基底層bl1和bl2中，所述第二子基底層bl2的al組分y大于所述第一子基底層bl1的al組分。具體地，第二子基底層bl2的al組分y大于第一子基底層bl1的al組分x。在該實(shí)施方式中，在al組分y中，y＝1成立。換句話說(shuō)，在該實(shí)施方式中，第一子基底層bl1具有algan的組分，并且第二子基底層bl2具有aln的組分。第一子基底層bl1具有比第二子基底層bl2的層厚度大的層厚度t1。具體地，第一子基底層bl1的層厚度t1大于第二子基底層bl2的層厚度t2。

現(xiàn)在將在下文中給出對(duì)發(fā)光層13的描述?？梢酝ㄟ^(guò)在相對(duì)低的溫度下在用作n型半導(dǎo)體層12的gan層上生長(zhǎng)用作基底層bl的algan層bl1和aln層bl2來(lái)形成基底層bl的基底區(qū)段bs。

當(dāng)在n型半導(dǎo)體層12上生長(zhǎng)在晶體組分方面與n型半導(dǎo)體層12不同的基底層bl時(shí)，在基底層bl中產(chǎn)生應(yīng)力(應(yīng)變)。例如，基底層bl具有比n型半導(dǎo)體層12的晶格常數(shù)小的晶格常數(shù)。例如，當(dāng)用作第一子基底層bl1的algan層形成在用作n型半導(dǎo)體層12的gan層上時(shí)，由于gan層而導(dǎo)致在algan層中產(chǎn)生拉伸應(yīng)變。因此，在其生長(zhǎng)期間在algan層中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。另外，通過(guò)在algan層上形成用作第二子基底層bl2的aln層，拉伸應(yīng)力進(jìn)一步增加。在aln層的生長(zhǎng)開(kāi)始時(shí)或aln層的生長(zhǎng)期間，在aln層中形成槽，并且此后aln層以三維方式生長(zhǎng)。換句話說(shuō)，aln層以立體方式生長(zhǎng)，并且形成多個(gè)細(xì)小的凸起和凹陷。該槽的形成起點(diǎn)是槽gr的底部bp。

當(dāng)在低溫下生長(zhǎng)aln層時(shí)，促進(jìn)aln層的三維生長(zhǎng)。因此，在aln層的表面上形成大量的槽(形成槽gr)并同時(shí)彼此組合，從而將aln層的表面分割成多個(gè)粒狀區(qū)段。因此可以形成具有基底區(qū)段bs的基底層bl。在該實(shí)施方式中，algan層和aln層在1100℃的生長(zhǎng)溫度下被形成為基底層bl。

當(dāng)用作量子阱層wa的ingan層形成在該基底層bl上時(shí)，量子阱層wa被形成為應(yīng)變的量子阱層。此外，在量子阱層wa內(nèi)產(chǎn)生in含量的某一分布。換句話說(shuō)，量子阱層wa被形成為使得例如在in組分方面平坦部fl上的區(qū)域與槽gr上的區(qū)域不同。此外，基底區(qū)段bs的上表面上的量子阱層wa的層厚度與基底區(qū)段bs的側(cè)表面上的量子阱層wa的層厚度不同。因此，帶隙在量子阱層wa的層內(nèi)不是恒定的。因此，由于發(fā)光層13具有細(xì)小的島狀凸起和凹陷，所以發(fā)光層13發(fā)射各種顏色的光。

為了形成槽gr，aln層(即，第二子基底層bl2)可以直接形成在gan層上。然而，由于其大的帶隙，aln阻礙了載流子(電子)從n型半導(dǎo)體層(gan層)12到量子阱層wa的移動(dòng)。因?yàn)閍lgan層(第一子基底層bl1)具有相對(duì)于aln層和gan層的帶隙的中間帶隙，所以可以降低對(duì)載流子移動(dòng)的阻礙。因此，可以抑制發(fā)光強(qiáng)度的降低。通過(guò)將基底層bl的層厚構(gòu)造成產(chǎn)生載流子的隧道效應(yīng)的水平，促進(jìn)了電子向發(fā)光層13的移動(dòng)，并且與空穴復(fù)合的概率增加。

隨著基底區(qū)段bs的尺寸減小，引入量子阱層wa的in的量增加，并且發(fā)光波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)偏移。具體地，當(dāng)用作量子阱層wa的ingan層形成在用作第二子基底層bl2的aln層上時(shí)，通過(guò)aln層對(duì)ingan層施加壓縮應(yīng)變。當(dāng)ingan層受到壓縮應(yīng)變時(shí)，in容易被引入ingan層。因此，通過(guò)在具有高al組分的第二子基底層bl2上形成ingan層，可以形成具有高in組分的ingan層。這降低了ingan層中的帶隙(即，量子能級(jí)之間的能量)。因此，量子阱層wa發(fā)射具有在較長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上的發(fā)光波長(zhǎng)的光。

在該實(shí)施方式中，發(fā)光層13發(fā)射其強(qiáng)度峰值在相對(duì)于藍(lán)色區(qū)域較長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上的區(qū)域中的光。在第一子基底層的層厚度t1被設(shè)置為6.6nm的具體示例中，發(fā)射在約530nm處具有光譜峰值的寬波長(zhǎng)范圍的光。

基底層bl具有第一基底層bl1和第二子基底層bl2，它們的al組分彼此不同。因此，發(fā)光元件10被形成為具有在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜寬度。因?yàn)榈诙踊讓觔l2在al組分方面大于第一基底層bl1，所以發(fā)光層13發(fā)射具有寬發(fā)光波長(zhǎng)范圍和高發(fā)光強(qiáng)度二者的光。發(fā)光層13被制成具有高顯色性，并發(fā)射具有高發(fā)光強(qiáng)度的光。

在該實(shí)施方式中，基底層bl的基底區(qū)段bs具有平坦部fl。因此，量子阱層wa被形成為嵌入槽gr，并且該量子阱層wa的上表面形成為平坦表面fs1。因此，在量子阱層wa的上表面上，確保了優(yōu)選的結(jié)晶度水平。

在該實(shí)施方式中，示出了基底層bl的表面由平坦部fl和槽gr構(gòu)成的情況。然而，表面構(gòu)造并不限于上述情況。例如，基底層bl在基底區(qū)段bs的上表面上可以具有彎曲表面部。

另外，本發(fā)明人檢查了不是像發(fā)光層13那樣的發(fā)光層的形成而是具有多個(gè)量子阱層的多量子阱結(jié)構(gòu)的形成，所述量子阱層具有一個(gè)平坦表面，并且在所述量子阱層中，in組分彼此不同地變化。然而，可以形成的in組分的范圍是有限的。在具有包含變化的in組分的多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層的發(fā)光元件的情況下，具有與該實(shí)施方式的發(fā)光元件10的波長(zhǎng)帶一樣寬的波長(zhǎng)帶的光譜是不可能的。具體地，無(wú)法獲得在寬范圍內(nèi)具有恒定波長(zhǎng)和一定強(qiáng)度水平的光。

通過(guò)簡(jiǎn)單地增加in組分，無(wú)法提取具有高顯色性的光。形成具有過(guò)大in組分的量子阱層以在寬范圍內(nèi)改變in組分。在這種情況下，in的偏析顯著，并且in析出并變黑。另外，形成不起到發(fā)光層作用的部分。因此，可以說(shuō)，基于in組分，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較寬的發(fā)光光譜和較高的發(fā)光強(qiáng)度的努力存在限制。

在另一個(gè)示例檢查中，本發(fā)明人通過(guò)層疊了由不同材料形成并且具有不同帶隙的發(fā)光層來(lái)制造發(fā)光元件。簡(jiǎn)單地層疊的分別由不同材料構(gòu)成的發(fā)光層僅發(fā)射其峰值波長(zhǎng)與帶隙相對(duì)應(yīng)的光的發(fā)光層，則峰值之間的光譜強(qiáng)度是小的。在這種情況下，由于顏色以不平衡和不穩(wěn)定的方式混合，所以提取白光是困難的。另外，添加形成包含不同類(lèi)型的材料的發(fā)光層的步驟，并且所得到的裝置不具有優(yōu)選的結(jié)晶度水平。在該實(shí)施方式中，另一方面，通過(guò)形成具有顯微結(jié)構(gòu)的量子阱層wa的發(fā)光功能層13，容易且必定實(shí)現(xiàn)具有在可見(jiàn)光區(qū)域的寬范圍內(nèi)的發(fā)光波長(zhǎng)帶(半值寬度)的光。

作為基底層bl的層厚度的一個(gè)示例實(shí)施方式，本發(fā)明人形成具有以下層厚度的發(fā)光層13：在基底層bl中，第一子基底層bl1的層厚度為6.6nm，并且第二子基底層bl2的層厚度為1nm?；讌^(qū)段bs在內(nèi)面方向上的尺寸在從幾十nm到幾μm的范圍內(nèi)變化。

在該實(shí)施方式中，已經(jīng)示出了量子阱結(jié)構(gòu)層qw具有由一個(gè)量子阱層wa和一個(gè)勢(shì)壘層ba構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的情況。然而，量子阱結(jié)構(gòu)層qw并不限于由一個(gè)量子阱層wa和一個(gè)勢(shì)壘層ba構(gòu)成的情況。量子阱結(jié)構(gòu)層qw可以由多個(gè)量子阱層wa和多個(gè)勢(shì)壘層ba構(gòu)成。換句話說(shuō)，量子阱結(jié)構(gòu)層qw可以具有單量子阱(sqw)結(jié)構(gòu)或多量子阱(mqw)結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，量子阱結(jié)構(gòu)層qw需要具有至少一個(gè)量子阱層wa和至少一個(gè)勢(shì)壘層ba。

[第一修改示例]

圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的第一修改示例的半導(dǎo)體發(fā)光元件10a的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。除了發(fā)光功能層(發(fā)光層)13a的基底層blm的結(jié)構(gòu)之外，發(fā)光元件10a的構(gòu)造與發(fā)光元件10的構(gòu)造相同。在發(fā)光層13a的基底層blm的結(jié)構(gòu)中，第一子基底層bl1和第二子基底層bl2依次被重復(fù)層疊三次。

在該修改示例中，第一子基底層bl1各具有相同的層厚度t3。例如，各個(gè)第一基底層bl1的層厚度t3為1.5nm或2.2nm。第二子基底層bl2各具有相同的同一層厚度t2。例如，各個(gè)第二子基底層bl2的層厚度t2為1nm。

當(dāng)?shù)谝蛔踊讓觔l1的層厚度t3被設(shè)置為1.5nm時(shí)，光譜強(qiáng)度峰值為約520nm。當(dāng)?shù)谝蛔踊讓觔l1的層厚度t3被設(shè)置為2.2nm時(shí)，光譜強(qiáng)度峰值為約535nm。在上述條件下提取具有寬波長(zhǎng)帶的光。

在該修改示例中，在基底層blm中最靠近n型半導(dǎo)體層12的第一子基底層bl1中不形成槽。在位于第一子基底層bl1上方的第二子基底層bl2中形成槽。如在根據(jù)第一實(shí)施方式的基底層bl的情況下，基底層blm在其表面中具有槽gr。換句話說(shuō)，在該修改示例中，在第一子基底層bl1和第二子基底層bl2中除了最靠近n型半導(dǎo)體層12的第一子基底層bl1之外的所有子基底層的與槽gr對(duì)應(yīng)的位置處形成內(nèi)槽。

在該實(shí)施方式中，基底層blm的第一子基底層bl1和第二子基底層bl2各具有幾nm的層厚度(具體地，產(chǎn)生載流子的隧道效應(yīng)的厚度)。因此，抑制了載流子的復(fù)合概率的降低，并且減輕了發(fā)光強(qiáng)度的降低?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整各個(gè)子基底層的組分和層厚度來(lái)調(diào)整槽尺寸和深度。因此，可以以高自由度控制基底層blm的結(jié)構(gòu)。為了使發(fā)光波長(zhǎng)范圍變寬，優(yōu)選的是，在基底層blm的表面(上表面)中形成槽gr，并且將基底層blm分割成基底區(qū)段bs。

在該修改示例中，已經(jīng)示出了通過(guò)重復(fù)層疊了第一子基底層bl1和第二子基底層bl2三次而形成基底層blm的情況。然而，第一子基底層bl1和第二子基底層bl2的重復(fù)層疊的次數(shù)并不限于上述情況。基底層blm需要具有通過(guò)依次多次重復(fù)層疊了第一子基底層bl1和第二子基底層bl2而獲得的結(jié)構(gòu)。

[第二修改示例]

圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的第二修改示例的半導(dǎo)體發(fā)光元件10b的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。除了發(fā)光功能層13b的構(gòu)造之外，發(fā)光元件10b的構(gòu)造與發(fā)光元件10的構(gòu)造相同。發(fā)光功能層13b具有通過(guò)層疊了第一實(shí)施方式的多個(gè)發(fā)光層13(在該修改示例中為兩個(gè))而獲得的結(jié)構(gòu)。更具體地，發(fā)光功能層13b具有基底層bla、量子阱層wa、以及勢(shì)壘層ba，并且被構(gòu)造為使得基底層blb、量子阱層wb、以及勢(shì)壘層bb被層疊在所述勢(shì)壘層ba上。

在發(fā)光功能層13b的結(jié)構(gòu)中，層疊其結(jié)構(gòu)與發(fā)光層13的結(jié)構(gòu)相同的第一發(fā)光層13b1和第二發(fā)光層13b2。第一發(fā)光層13b1的基底層bla和第二發(fā)光層13b2的基底層blb具有槽gr1和gr2，所述槽gr1和gr2被形成為彼此無(wú)關(guān)。在彼此無(wú)關(guān)的位置處形成槽gr1和gr2的各自的底部bp1和bp2?；讓觔la和blb分別具有被形成為彼此無(wú)關(guān)的基底區(qū)段bs1和bs2。

調(diào)整第一發(fā)光層13b1和第二發(fā)光層13b2中的各個(gè)的基底區(qū)段bs的形狀和尺寸(粒徑)，由此從第一發(fā)光層13b1發(fā)射的光的波長(zhǎng)峰值和從第二發(fā)光層13b2發(fā)射的光的波長(zhǎng)峰值彼此不同。因此，發(fā)光波長(zhǎng)峰值的數(shù)量與具有發(fā)光層13的第一實(shí)施方式的發(fā)光元件10相比增加。因此，可以以更穩(wěn)定的方式在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射光。

[第二實(shí)施方式]

圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件30的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。除了發(fā)光功能層33的構(gòu)造之外，發(fā)光元件30的構(gòu)造與發(fā)光元件10的構(gòu)造相同。發(fā)光功能層33在發(fā)光元件10的n型半導(dǎo)體層12與發(fā)光層13之間具有發(fā)光層(第三發(fā)光層)33a。第三發(fā)光層33a具有由至少一個(gè)均勻的平坦量子阱層wc和多個(gè)勢(shì)壘層bc構(gòu)成使得交替層疊量子阱層wc和勢(shì)壘層bc的量子阱結(jié)構(gòu)。

在該實(shí)施方式中，第三發(fā)光層33a具有多量子阱(mqw)結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)量子阱層wc中的各個(gè)均被保持在n型半導(dǎo)體層13上的三個(gè)勢(shì)壘層bc中的各個(gè)之間。在最靠近p型半導(dǎo)體層15的勢(shì)壘層bc上形成發(fā)光層13(基底層bl)。各個(gè)量子阱層wc具有與例如量子阱層wa和wb中的一個(gè)的組分相同的組分(例如，ingan的組分)。各個(gè)勢(shì)壘層bc具有與勢(shì)壘層ba和bb的組分相同的組分(例如，gan的組分)。勢(shì)壘層bc中最靠近發(fā)光層13的勢(shì)壘層bc具有與n型半導(dǎo)體層12的組分相同的組分。

在該實(shí)施方式的構(gòu)造中，將量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層33a添加到第一實(shí)施方式的發(fā)光元件10的發(fā)光層13的n型半導(dǎo)體層12側(cè)。與第一實(shí)施方式相比，可以發(fā)射在純藍(lán)色區(qū)域中具有發(fā)光波長(zhǎng)峰值的附加光。根據(jù)該實(shí)施方式的構(gòu)造有利于例如增加藍(lán)色區(qū)域中的光強(qiáng)度。

圖6示出了從發(fā)光元件30發(fā)射的光的光譜特性。在圖中，橫軸表示波長(zhǎng)，并且縱軸表示發(fā)光強(qiáng)度。如圖6所示，從發(fā)光元件30發(fā)射的光具有兩個(gè)峰值，并且具有基本上在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域中的寬光譜寬度。在兩個(gè)峰值中，最靠近短波長(zhǎng)側(cè)的約450nm處的峰值p1從從發(fā)光層33a發(fā)射的光得到。同樣地，在約520nm處的峰值p2由從發(fā)光層13發(fā)射的光產(chǎn)生。所確認(rèn)的是，當(dāng)不提供發(fā)光層33a時(shí)(即，當(dāng)使用發(fā)光元件10時(shí))，除了沒(méi)有峰值p1之外，實(shí)現(xiàn)了與發(fā)光元件30的光譜特性相同的光譜特性。

已經(jīng)在這些實(shí)施方式中示出了在發(fā)光功能層(發(fā)光層)13、13a、13b和33與p型半導(dǎo)體層15之間形成電子阻擋層14的情況。然而，這些實(shí)施方式并不限于提供電子阻擋層14的情況。例如，可以在發(fā)光功能層13上形成p型半導(dǎo)體層15。另外，電子阻擋層14的帶隙比n型半導(dǎo)體層12、發(fā)光功能層13和p型半導(dǎo)體層15的帶隙大。因此，可以防止電子通過(guò)發(fā)光功能層13溢出到p型半導(dǎo)體層15側(cè)。因此，優(yōu)選設(shè)置電子阻擋層14以用于大電流驅(qū)動(dòng)和高溫操作。

第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式以及第一修改示例和第二修改示例可以彼此組合。例如，可以形成由發(fā)光層13b和發(fā)光層13a構(gòu)成的發(fā)光功能層。另外，可以層疊發(fā)光層13和13a。

根據(jù)實(shí)施方式和修改示例，發(fā)光層13具有：基底層bl，該基底層bl具有從n型半導(dǎo)體層12受到應(yīng)力應(yīng)變的組分，并且具有被形成為隨機(jī)網(wǎng)狀的多個(gè)基底區(qū)段bs；以及量子阱結(jié)構(gòu)層，該量子阱結(jié)構(gòu)層通過(guò)嵌入基底層bl來(lái)形成并且具有至少一個(gè)量子阱層wa和至少一個(gè)勢(shì)壘層ba?；讓觔l具有由其al組分彼此不同的algan層構(gòu)成的多個(gè)子基底層bl1和bl2。因此，可以提供能夠發(fā)射在可見(jiàn)光區(qū)域的寬范圍內(nèi)具有高發(fā)光強(qiáng)度的光的發(fā)光元件。

在該實(shí)施方式中，描述了第一導(dǎo)電類(lèi)型是n導(dǎo)電類(lèi)型并且第二導(dǎo)電類(lèi)型是p導(dǎo)電類(lèi)型的情況，所述p導(dǎo)電類(lèi)型與所述n導(dǎo)電類(lèi)型相反。然而，第一導(dǎo)電類(lèi)型可以是p型，并且第二導(dǎo)電類(lèi)型可以是n型。

符號(hào)說(shuō)明

10、30半導(dǎo)體發(fā)光元件

12n型半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)

13、13a、13b、33發(fā)光功能層(發(fā)光層)

13b1第一發(fā)光層

13b2第二發(fā)光層

33a第三發(fā)光層

14電子阻擋層

15p型半導(dǎo)體層(第二半導(dǎo)體層)

bl、bla、blb基底層

bl1第一子基底層

bl2第二子基底層

bs、bs1、bs2基底區(qū)段

gr槽