[go: up one dir, main page]

CN104916748A - 光半导体元件 - Google Patents

光半导体元件 Download PDF

Info

Publication number
CN104916748A
CN104916748A CN201410454176.4A CN201410454176A CN104916748A CN 104916748 A CN104916748 A CN 104916748A CN 201410454176 A CN201410454176 A CN 201410454176A CN 104916748 A CN104916748 A CN 104916748A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
active layer
pit
optical semiconductor
nitride semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410454176.4A
Other languages
English (en)
Inventor
盐田伦也
橘浩一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN104916748A publication Critical patent/CN104916748A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
    • H10H20/821—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates of the light-emitting regions, e.g. non-planar junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
    • H10H20/01335—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
    • H10H20/812—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

实施方式提供一种结晶缺陷的影响经抑制的高效率的光半导体元件。实施方式的光半导体元件包含第一导电型的第一氮化物半导体层、第二导电型的第二氮化物半导体层、及设置在所述第一氮化物半导体层与所述第二氮化物半导体层之间的活性层。所述光半导体元件具有凹坑，该凹坑在所述活性层中具有始点，且沿从所述始点朝向所述第二氮化物半导体层的第一方向扩展。

Description

光半导体元件
[相关申请案]
本申请案享受以日本专利申请案2014-52308号(申请日：2014年3月14日)为基础申请案的优先权。本申请案以参照该基础申请案的形式包含基础申请案的所有内容。
技术领域
实施方式涉及一种光半导体元件。
背景技术
以氮化物半导体为材料，且在可见光区域及紫外光区域进行动作的光半导体元件的开发不断进展。用于这种光半导体元件的氮化镓等氮化物半导体是使用例如MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机气相沉积)法进行外延成长。而且，为了获得外延层所包含的结晶缺陷减少的优质结晶，理想的是使用具有与氮化物半导体结晶相同的晶格常数的结晶基板。然而，这种基板价格昂贵，并不适合例如照明、显示等民生用光半导体元件的制造。因此，使用蓝宝石基板、硅基板等通用基板，但无法避免因晶格失配或热膨胀系数的差异而产生结晶缺陷。
发明内容
实施方式提供一种结晶缺陷的影响经抑制的高效率的光半导体元件。
实施方式的光半导体元件包含第一导电型的第一氮化物半导体层、第二导电型的第二氮化物半导体层、及设置在所述第一氮化物半导体层与所述第二氮化物半导体层之间的活性层。所述光半导体元件具有凹坑，该凹坑在所述活性层中具有始点，且沿从所述始点朝向所述第二氮化物半导体层的第一方向扩展。
附图说明
图1(a)及图1(b)是例示实施方式的光半导体元件的示意剖视图。
图2(a)～图2(c)是例示实施方式的光半导体元件的制造过程的示意剖视图。
图3(a)及图3(b)是例示继图2之后的制造过程的示意剖视图。
图4是例示实施方式的活性层的形成方法的示意图。
图5是例示比较例的光半导体元件的剖面的TEM(Transmission ElectronMicroscopy，透射电子显微镜)像。
图6(a)及图6(b)是例示实施方式的光半导体元件的动作的示意图。
图7是例示实施方式的光半导体元件的特性的曲线图。
具体实施方式
以下，一面参照附图一面对实施方式进行说明。对附图中的相同部分标注相同编号而适当省略详细的说明，并对不同的部分进行说明。另外，附图是示意性或概念性的，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小的比率等未必与现实相同。而且，即便在表示相同部分的情形时，也有根据附图的不同而将彼此的尺寸或比率不同地示出的情形。
图1(a)是例示实施方式的光半导体元件1的示意剖视图。图1(b)表示将图1(a)中虚线所示的区域1B放大的剖面。
光半导体元件1是以例如氮化镓系半导体为材料的发光二极管(Light EmittingDiode：LED)。以下，以光半导体元件1为例对本实施方式进行说明，但并不限定于此。例如，也可以是以氮化物半导体为材料的激光二极管、或受光元件。根据本实施方式，可以提高LED及激光二极管等发光元件的发光效率。而且，关于受光元件，可以减少漏电流、即所谓的暗电流，且提高所述受光元件的受光感度。此外，本实施方式并不限定于光半导体元件的构造，本实施方式的技术范围也跨及用以制作光半导体元件的半导体晶片或使用光半导体元件的照明装置、及光半导体元件的制造方法、结晶成长装置。
图1所示的光半导体元件1包含第一导电型的第一氮化物半导体层(以下称为n型层20)、活性层30、及第二导电型的第二氮化物半导体层(以下称为p型层40)。活性层30设置在n型层20与p型层40之间。
这里，将第一导电型设为n型、将第二导电型设为p型而进行说明，但实施方式并不限定于此。也就是说，也可以将第一导电型设为p型、将第二导电型设为n型。
例如，如图1所示，n型层20设置在基板10上。活性层30设置在n型层20上，p型层40设置在活性层30上。
基板10例如为蓝宝石基板或硅基板。蓝宝石基板相对于可见光及紫外光而为透明，可以在所述蓝宝石基板上直接形成n型层20。此外，也可以在蓝宝石基板与n型层20之间形成未图示的缓冲层。
另一方面，硅基板吸收可见光及紫外光。因此，在使用硅基板作为基板10的情形时，理想的是在硅基板与n型层20之间设置反射层。反射层将从活性层30放射的光向p型层40的方向反射而提高光半导体元件1的输出。
n型层例如为n型氮化镓(GaN)层。p型层40例如为p型GaN层。p型层40例如可以在与活性层30相接的部分包含p型AlGaN。p型AlGaN为带隙能大于障壁层33的材料即可，也可以为AlInGaN或InAlN。
在p型层40上设置着p电极51。另一方面，选择性地对p型层40及活性层30进行蚀刻，且在使n型层20露出的部分20a设置着n电极53。在光半导体元件1中，对p电极51与n电极53之间施加电压，而在活性层30中流通电流。由此，使活性层30发光并将该光放射至外部。
如图1(b)所示，活性层30包含第一障壁层(以下称为障壁层31)、及第一井层(以下称为井层33)。障壁层31沿从n型层20朝向p型层40的第一方向(以下称为Z方向)积层。井层33设置在多个障壁层31彼此之间。
障壁层31例如为GaN层。井层33例如为InxGa1-xN(0＜x≤1)层。控制井层33的铟(In)组成或井层膜厚以发出所需的波长的光。例如，在从活性层30放射波长为450纳米(nm)的蓝色光的情形时，In的比率x为0.15。井层33的Z方向的厚度例如为2nm～5nm。另一方面，障壁层31的Z方向的厚度例如为2nm～20nm。
此外，活性层30具有多个凹坑60。凹坑60设置成在活性层30的内部具有始点60a，且沿从始点60a朝向p型层40的Z方向扩展的形状。而且，设置在活性层30上的p型层40包含埋入凹坑60的内部的部分43。
凹坑60为所谓的V型凹坑，具有在侧面拥有刻面(结晶面)且例如以始点60a为顶点的六角锥的形状。凹坑也有根据形成过程的条件的不同而具有圆锥状的形状的情况。只要具有源于穿透位错的凹型构造即可。
活性层30并不限定于图1(b)所示的例，只要包含至少一个井层33即可。也就是说，活性层30包含沿Z方向积层的两个障壁层31、及设置在两个障壁层31之间的井层33。凹坑60以贯通至少一个井层33的方式形成。
此外，如图1(b)所示，n型层20可以包含第二障壁层(以下称为障壁层21)、及第二井层(井层23)。障壁层21例如沿Z方向积层。井层23设置在多个障壁层21彼此之间。
n型层20内的包含障壁层21及井层23的区域为所谓的超晶格层20s。超晶格层20s例如设置在n型GaN层20b上。超晶格层20s例如以具有n型GaN层20b的晶格常数与活性层30的晶格常数之间的中间晶格常数的方式而设置。也就是说，超晶格层20s缓和因n型GaN层20b与活性层30之间的晶格常数的差而引起的应变。由此，可以减少因活性层30中产生的应变而引起的压电电场，而提高光学特性。而且，由此可以减少活性层30中产生的错配位错。
另外，这里所说的活性层30及超晶格层20s的“晶格常数”例如为由障壁层及井层的厚度与各自的晶格常数算出的平均晶格常数。
障壁层21例如为GaN层。井层23例如为InyGa1-yN(0＜y＜1)层。井层23所包含的铟的比率y例如为0.01～0.1。井层23的Z方向的厚度例如为1nm～3nm。另一方面，障壁层21的Z方向的厚度例如为1nm～10nm。障壁层21及井层23可以视需要包含n型杂质，例如Si。
另外，在发光元件的情形时，优选为超晶格层20s的井层23的带隙宽于活性层30的井层33的带隙。由此，可以抑制从活性层30放射的光在超晶格层20s中的吸收。换句话说，理想的是超晶格层20s的井层23所包含的铟的含有率y小于活性层30的井层33所包含的铟的含有率x。量子井构造中的带隙能主要由井层33的带隙能及井宽决定，作为量子构造的超晶格层20s所具有的带隙能优选大于活性层的带隙能。此外，根据这种构成，超晶格层20s的平均晶格常数成为n型GaN层20b的平均晶格常数与活性层30的平均晶格常数之间的值，可以具有对活性层30而言吸收应变的效果。
本实施方式中的活性层30的范围包含经以放射所需的波长的光的方式调整的井层33。所谓所需的波长例如是在最终用途中获得的发光波长。例如为通过注入350mA的电流而获得的光的发光波长。根据驱动条件的不同，有即便在同一构成条件内发光波长也略微变化的情况，只要为所述所需的发光波长±5nm的范围，便可以视为来自本实施方式中的活性层30的发光。在图1(b)所示的例中，n型层20与活性层30的边界例如为超晶格层20s中的最靠近活性层30的井层23与障壁层21的界面。也就是说，超晶格层20s的障壁层21与活性层30的障壁层31均为GaN层，位于超晶格层20s与活性层30之间的障壁层21及障壁层31实质上为一体。因此，恰当的是将设置在最靠近活性层30的位置的障壁层21与井层23的界面设为n型层20侧的边界。另一方面，活性层30的p型层40侧的边界例如可以设为最靠近p型层40的障壁层31与井层33的界面。
接下来，参照图2～图4，对实施方式的光半导体元件的制造方法进行说明。图2(a)～图3(b)是例示实施方式的光半导体元件的制造过程的示意剖视图。图4是例示实施方式的活性层的形成方法的示意图。
如图2(a)所示，在基板100上形成n型层20。n型层20是使用例如MOCVD法而形成，且包含n型GaN层20b、及超晶格层20s(参照图1(b))。n型GaN层20b形成在基板100上，超晶格层20s形成在n型GaN层20b上。
基板100例如为硅基板。也可以在基板100与n型层20之间形成未图示的缓冲层。缓冲层例如具有包含氮化铝(AlN)及AlGaN的多层构造。也可以包含Si或其他杂质的δ掺杂层或SiN层等。通过包含这些层，可以抑制因Si与氮化物半导体间的热膨胀系数差而产生的裂痕、或因晶格常数差而产生的穿透位错。
例如，在基板100上形成缓冲层及n型层20的期间，形成着因基板100与氮化物半导体的晶格失配而产生的大量位错。而且，这些位错汇集为多个穿透位错且到达至上层。例如，在n型层20形成着具有108cm-2～1010cm-2的密度的穿透位错。
其次，在n型层20上形成活性层30。例如，如图2(b)所示，使障壁层31与井层33交替地成长。在此例中，障壁层31为GaN层，井层33为InGaN层。
图4是表示在活性层30的形成过程中导入至MOCVD装置的反应室的原料气体的供给顺序的示意图。图4中所示的多个图的横轴为成长时间(Growth Time)，纵轴表示各原料气体的供给量(任意单位)。
各图被分为障壁层31的成长区段BL及井层33的成长区段QW。例如，将作为原料的载体的氮气(N2)及成为V族原料的氨气(NH3)跨及成长的全部区段进行供给。
在障壁层31的成长区段BL，例如供给TMG(Trimethylgallium，三甲基镓)、及氨(NH3)。由此，形成GaN层。另一方面，在井层33的成长区段QW，供给TMG(Trimethylgallium)、TMI(Trimethylindium，三甲基铟)、及氨(NH3)。由此，形成InGaN层。
而且，如图4所示，通过交替地重复成长区段BL及成长区段QW而形成活性层30。此外，在本实施方式中，在使活性层30成长的过程的中途，将氢气(H2)导入至反应室。例如，如图4所示，在障壁层31的成长区段BL2，开始导入氢气。由此，可以开始凹坑60的形成。氢气例如优选以在障壁层31的成长区段BL进行供给，且在井层33的成长区段不进行供给的方式而控制。
例如，如图2(c)所示，以开始供给氢气的区段中所成长的障壁层31为起点而形成凹坑60。而且，凹坑60以随着积层井层33及一面再次供给氢气一面积层障壁层31而沿Z方向扩展的方式形成。凹坑60的大小例如可以通过氢气的流量而控制。氢气具有微弱的蚀刻效果，且具有抑制向刻面的成长的效果。例如，通过增大氢气的流量，可以抑制向刻面的成长，消除埋入凹坑内部的效果。由此，随着积层膜厚增大，可以使凹坑60沿与Z方向垂直的方向大幅地张开。
另外，可以根据开始在活性层30内导入氢气的时间而改变凹坑形成的起点。例如，如图4所示，通过从第二障壁层BL2起供给氢气，可以将第二障壁层设为凹坑的起点。而且，在图3中表示从障壁层31与井层33的界面形成凹坑的示例，但本实施方式并不限于此。例如，可以通过从障壁层31的形成过程的中间导入氢气而将障壁层31的中间设为凹坑60的起点。另外，也可以通过在一面供给氢气一面形成障壁层31的步骤之后，包含不再次供给氢气而形成障壁层31的步骤，而以埋入凹坑60的方式进行成长，从而控制凹坑的尺寸。
然后，如图3(a)所示，使最后的障壁层31成长，而结束活性层30的形成。由此，可以形成活性层30中具有始点且沿Z方向扩展的凹坑60。凹坑60的始点60a例如与从n型层20到达活性层30的穿透位错的位置对应。
接着，如图3(b)所示，在活性层30上形成p型层40。p型层40优选以埋入凹坑60的内部的方式形成。具体而言，例如在p型层40的成长中，以高于活性层30的温度进行成长或使氢气的供给量相对较少。由此，在凹坑的刻面上也开始成长，而可以停止凹坑60的扩大并埋入所述凹坑60的内部。也就是说，p型层40以包含埋入凹坑60的内部的部分43的方式而形成。
p型层40例如优选以在与活性层30相接的部分包含p型AlGaN的方式而形成。例如，通过p型AlGaN而限制从活性层30向p型层40的电子移动，从而促进井层33中的电子与电洞的发光再结合。由此，可以提高活性层30的发光效率。
这里，示出在使活性层30成长的过程的中途供给氢气，而在活性层30中形成凹坑60的方法，但实施方式并不限定于该方法。例如，也可以通过在MOCVD装置的反应室中控制载置基板100的基座的转速而形成凹坑60。也就是说，如果使基座的转速较大，那么不会形成凹坑60，如果使转速较小那么可以形成凹坑60。此外，凹坑60的形成也可以通过活性层30的成长速度或氨供给量、或者In组成而控制。
另外，凹坑60的形成也可以通过井层33或障壁层32的成长温度而控制。例如，成长温度越高(例如大于等于800℃且小于等于1150℃)，那么障壁层越容易在刻面上成长，而可以抑制凹坑60的形成。例如，可以通过使多个障壁层中的某层数以后的成长温度变化，而控制凹坑60的起点。凹坑的形成取决于井层33或障壁层32的积层方向(例如在使用c面蓝宝石基板或(111)硅基板的情形时为(0001)方向)与化学稳定的刻面(例如(11-22))方向的成长速度的平衡。如果采用(0001)方向的成长速度快于(11-22)方向的成长速度的成长条件，那么凹坑60扩大。如果采用(0001)方向的成长速度慢于(11-22)方向的成长速度的成长条件，那么以埋入凹坑60的方式成长。通过在各层适当地选择所述条件，可以形成具有本实施方式的发光元件。
图5是例示比较例的光半导体元件的剖面的TEM像。
图6是例示实施方式的光半导体元件1的动作的示意图。
在图5所示的例中，在n型层20上形成着活性层30，在活性层30上形成着p型层40。活性层30包含多个井层33。而且，凹坑60以贯通活性层30的方式形成。
在此例中，凹坑60的始点60a位于n型层20中。始点60a例如可以定义为将凹坑60的两侧的刻面60c延长所得的交点。此外，在凹坑60的中央存在从n型层20到达p型层40的穿透位错70。穿透位错70经过凹坑60的始点60a并延伸到p型层40中。
图6(a)是表示未形成凹坑60的情形的活性层30的剖面的示意图。图6(b)是表示形成着凹坑60的活性层30的剖面的示意图。为简单起见，表示包含两个障壁层31及设置在两个障壁层31之间的井层33的示例。
如图6(a)所示，在未形成凹坑60的情形时，穿透位错70直接贯通活性层30，而从n型层20到达p型层40。关于这种构造，对在活性层30中流通电流而在井层33注入电子e与电洞h的情形进行考虑。
在井层33中，所注入的电子e与电洞h发光再结合，而从活性层30放射光h v。在此例中，因为活性层30与穿透位错70接触，所以注入至井层33的电子e及电洞h的一部分经由穿透位错70而漏出至井层33外。也就是说，在此例中，产生无助于发光再结合的漏电流。而且，电子e及电洞h的一部分经由穿透位错70而引起非发光再结合，形成热子并成为热，由此失去载子。也就是说，在此例中发光效率降低。
与此相对，在图6(b)所示的例中，形成着以穿透位错70为起点的凹坑60。而且，成为在活性层30与穿透位错70之间介置着p型层40的一部分43的构造。由此，可以避免活性层30与穿透位错70接触，而可以抑制经由穿透位错70的电流泄漏或非发光再结合。结果，注入至井层33的电子e与电洞n发光再结合的机率变高，可以相比图6(a)所示的例提高活性层30的发光效率。
此外，通过以覆盖凹坑60的刻面的方式形成p型AlGaN层，可以进一步提高所述效果。因为AlGaN的带隙能大于GaN，所以阻碍电子e的移动的效果较大。因此，通过在凹坑60的刻面与穿透位错70之间形成p型AlGaN层，可以抑制电子e向穿透位错70的移动。也就是说，可以获得高效率的发光。
如此，通过形成贯通活性层30的凹坑60，可以减少经由穿透位错70的漏电流或非发光再结合，而提高活性层30的发光效率。考虑到此方面，认为有利的是例如图5所示那样形成贯通整个活性层30的凹坑60。
然而，凹坑60是以沿Z方向扩展的方式形成。因此，如果凹坑60在Z方向上较长地形成，那么p型层40侧的凹坑60的宽度WP变宽。结果，例如凹坑60占取活性层30的面积变大。如上所述，穿透位错70例如以108cm-2～1010cm-2的高密度存在。在使用硅作为基板的情形时，与使用蓝宝石的情形相比，与GaN的晶格常数及热膨胀系数的差较大，更容易产生穿透位错，例如以5×109cm-2～2×1010cm-2的高密度存在。凹坑的面内方向的直径是由凹坑的深度与刻面角度的关系决定。因此，因凹坑60而引起的活性层30的面积的减少成为无法忽视的水平。也就是说，活性层30的发光面积减少，并且流经活性层30的电流密度增加，从而所述活性层30的发光效率降低。图7是表示该例的曲线图。
图7是例示实施方式的光半导体元件1的特性的曲线图。纵轴为PL强度(Photoluminescence Intensity，光致发光强度)，横轴为发光波长。
图7中所示的两个资料表示本实施方式的样品EB、及比较例的样品CS的特性。样品EB的凹坑60是以在包含九层井层33的活性层30中，在第六层与第七层之间具有始点，且贯通第七层～第九层的井层33的方式形成。另一方面，在样品CS中，凹坑60是以贯通全部九层井层33的方式形成。又，样品EB的基于X射线绕射的GaN(102)面的半高宽为419秒，刃状穿透位错密度为1.4×109cm-2。又，样品CS的GaN(102)面的半高宽为424秒，刃状穿透位错密度为1.4×109cm-2，具有与样品EB大致相同的穿透位错密度。
由图7可知，样品EB的PL强度在发光的全波长范围内，高于样品CS的PL强度。如果以位于波长450nm的附近的发光峰的强度进行比较，那么样品EB的PL强度超过样品CS的2倍。可以说这是因为有助于发光的井层33的面积增大的效果、与因面积增大而每单位面积的载子减少从而井层33的每单位面积的发光效率提高的效果的协同效应。在使用氮化物半导体的发光元件中，已知有如果载子的注入量增大那么发光效率降低的下降(Droop)现象，根据实施方式，可以减少每单位面积的载子注入量，而可以获得发光效率的提高效果。
如此，通过形成在活性层30中具有始点且沿Z方向扩展的凹坑60，可以提高活性层30的发光效率。在使用氮化物半导体的发光元件中，已知电洞h的有效质量较大，最靠近p型层的井层对发光的贡献较大。也就是说，活性层30所包含的多个井层33内的有助于发光者设置在p型层40的附近。而且，设置在最靠近p型层40的位置的井层33的贡献较大。因此，凹坑60的始点60a例如优选形成在比活性层30的Z方向的厚度的二分之一更靠近p型层40的位置。此外，凹坑60理想的是以至少贯通井层33的总数中的大于等于二分之一的井层数的方式形成。凹坑60更理想的是以至少贯通设置在最靠近p型层40的位置的井层33的方式形成。由此，可以增大设置在最靠近p型层40的位置的井层33的平面的面积，而可以获得高效率的发光元件。另外，通过在凹坑60与穿透位错70之间包含AlGaN层，可以进一步抑制因穿透位错而引起的非发光再结合，从而获得更高效率的发光元件。
如此，根据本实施方式，即便穿透位错以相对较高密度存在，也可以抑制发光效率的降低而获得高效率的发光元件。又，根据本实施例，也可以将电洞h经过设计为适当深度的凹坑60而注入至井层，从而即便穿透位错密度较大也可以获得高效率的发光。一般认为减少穿透位错密度是获得高效率的发光元件所必需的，但根据本实施方式，即便穿透位错密度大于等于4×108cm-2，也可以获得高效率的发光元件。与此对应的GaN(102)面的X射线半高宽大于等于250秒。尤其是如果使用量产性优异的硅基板作为基板，那么与氮化镓的晶格常数差及热膨胀系数差大于蓝宝石基板，而存在容易产生位错的问题。但是，通过将本实施方式形成在硅基板上，可以制作量产性优异的高效率的发光元件。形成在硅基板上的氮化物半导体的穿透位错密度例如大于等于8×108cm-2。与此对应的GaN(102)面的X射线半高宽大于等于330秒。在这种情形时，通过应用本实施方式，可以较大地获得抑制因穿透位错而引起的非发光再结合的效果、及通过增大有助于发光的井层的面积而提高发光效率的效果。如果硅基板的直径大于等于8英寸，那么提高量产性的效果较大。
如上所述，根据本实施方式，可以实现结晶缺陷的影响经抑制的高效率的光半导体元件。例如，对于LED、激光二极管等发光元件，可以提高活性层的发光效率而实现高亮度的发光。此外，对于受光元件，可以减少暗电流而提高受光感度。
另外，在本说明书中，所谓“氮化物半导体”包含BxInyAlzGa1-x-y-zN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1、0≤x+y+z≤1)的III-V族化合物半导体，进而，也包含除N(氮)以外也含有磷(P)或砷(As)等作为V族元素的混晶。而且，还含有为了控制导电型等各种物性而添加的各种元素的氮化物半导体、及还含有不意图包含的各种元素的氮化物半导体也包含在“氮化物半导体”中。
已对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变化包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
[符号的说明]
1           光半导体元件
10、100     基板
20          n型层
20b         n型GaN层
20s         超晶格层
21、31      障壁层
23、33      井层
30          活性层
40          p型层
51          p电极
53          n电极
60          凹坑
60a         始点
60c         刻面
70          穿透位错

Claims (7)

1.一种光半导体元件，其特征在于包含：
第一导电型的第一氮化物半导体层；
第二导电型的第二氮化物半导体层；以及
活性层，设置在所述第一氮化物半导体层与所述第二氮化物半导体层之间；且
所述光半导体元件具有凹坑，该凹坑在所述活性层中具有顶点，且沿从所述顶点朝向所述第二氮化物半导体层的第一方向扩展。
2.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于所述第二氮化物半导体层包含埋入所述凹坑的内部的部分。
3.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于所述活性层包含沿所述第一方向积层的两个第一障壁层、以及设置在所述两个第一障壁层之间的第一井层，且
所述凹坑贯通所述第一井层。
4.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于所述活性层包含沿所述第一方向积层的多个障壁层、以及设置在所述多个障壁层彼此之间的多个第一井层，且
所述凹坑至少贯通设置在最靠近所述第二氮化物半导体层的位置的第一井层。
5.根据权利要求3或4所述的光半导体元件，其特征在于所述第一氮化物半导体层包含沿所述第一方向积层的两个第二障壁层、以及设置在所述两个第二障壁层之间的第二井层，且
所述第二井层的带隙宽于所述第一井层的带隙。
6.根据权利要求5所述的光半导体元件，其特征在于所述第一井层以及所述第二井层包含含有铟的氮化物半导体，且
所述第一井层的铟的含有率大于所述第二井层的铟的含有率。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的光半导体元件，其特征在于在所述凹坑与经过所述凹坑的顶点的穿透位错之间包含含有铝的氮化物半导体。
CN201410454176.4A 2014-03-14 2014-09-05 光半导体元件 Pending CN104916748A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014052308A JP2015177025A (ja) 2014-03-14 2014-03-14 光半導体素子
JP2014-052308 2014-03-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104916748A true CN104916748A (zh) 2015-09-16

Family

ID=54069886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410454176.4A Pending CN104916748A (zh) 2014-03-14 2014-09-05 光半导体元件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150263232A1 (zh)
JP (1) JP2015177025A (zh)
CN (1) CN104916748A (zh)
TW (1) TW201535783A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105720137A (zh) * 2016-02-18 2016-06-29 圆融光电科技股份有限公司 发光二极管外延结构及其生长方法和发光二极管

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017085006A (ja) * 2015-10-29 2017-05-18 富士通株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法
DE102015120896A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh Elektronisches Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils
CN105470356A (zh) * 2015-12-08 2016-04-06 聚灿光电科技股份有限公司 一种双波长led芯片及其制备方法
DE102017124596A1 (de) * 2017-10-20 2019-04-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
WO2021106928A1 (ja) * 2019-11-26 2021-06-03 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子
EP4216291A1 (en) * 2022-01-19 2023-07-26 Nichia Corporation Light emitting element and method of manufacturing same
TW202345418A (zh) * 2022-05-11 2023-11-16 晶元光電股份有限公司 半導體疊層

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101263615A (zh) * 2005-09-13 2008-09-10 飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司 在发光区域中具有横向电流注入的半导体发光器件
US20110309327A1 (en) * 2010-06-21 2011-12-22 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, method for fabricating light emitting device, light emitting device package, and lighting system
US20120018734A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 Samsung Led Co., Ltd. Light-emitting devices and methods of manufacturing the same
CN102484179A (zh) * 2009-11-25 2012-05-30 普瑞光电股份有限公司 具有改进的注入效率的led
TW201403864A (zh) * 2012-06-13 2014-01-16 Sharp Kk 氮化物半導體發光元件及其製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3594826B2 (ja) * 1999-02-09 2004-12-02 パイオニア株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
JP3909811B2 (ja) * 2001-06-12 2007-04-25 パイオニア株式会社 窒化物半導体素子及びその製造方法
US7385226B2 (en) * 2004-03-24 2008-06-10 Epistar Corporation Light-emitting device
US7446345B2 (en) * 2005-04-29 2008-11-04 Cree, Inc. Light emitting devices with active layers that extend into opened pits
KR101164026B1 (ko) * 2007-07-12 2012-07-18 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100877774B1 (ko) * 2007-09-10 2009-01-16 서울옵토디바이스주식회사 개선된 구조의 발광다이오드
KR101521259B1 (ko) * 2008-12-23 2015-05-18 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20100093872A (ko) * 2009-02-17 2010-08-26 삼성엘이디 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101007136B1 (ko) * 2010-02-18 2011-01-10 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자 제조방법
JP6005346B2 (ja) * 2011-08-12 2016-10-12 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
US9012921B2 (en) * 2011-09-29 2015-04-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Light emitting devices having light coupling layers
KR20140012538A (ko) * 2012-07-22 2014-02-03 김범 가청주파수 내의 공명을 이용한 오브젝트 파인더.
US8964804B2 (en) * 2013-02-19 2015-02-24 Source Photonics (Chengdu) Co., Ltd. Variable bandgap modulator for a modulated laser system
KR102075987B1 (ko) * 2014-02-04 2020-02-12 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101263615A (zh) * 2005-09-13 2008-09-10 飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司 在发光区域中具有横向电流注入的半导体发光器件
CN102484179A (zh) * 2009-11-25 2012-05-30 普瑞光电股份有限公司 具有改进的注入效率的led
US20110309327A1 (en) * 2010-06-21 2011-12-22 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, method for fabricating light emitting device, light emitting device package, and lighting system
US20120018734A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 Samsung Led Co., Ltd. Light-emitting devices and methods of manufacturing the same
TW201403864A (zh) * 2012-06-13 2014-01-16 Sharp Kk 氮化物半導體發光元件及其製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105720137A (zh) * 2016-02-18 2016-06-29 圆融光电科技股份有限公司 发光二极管外延结构及其生长方法和发光二极管

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015177025A (ja) 2015-10-05
US20150263232A1 (en) 2015-09-17
TW201535783A (zh) 2015-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI436495B (zh) 以氮化物為主之發光裝置
JP4538476B2 (ja) 半導体構造の形成方法
TWI451591B (zh) 以氮化物為主之發光裝置
US6720570B2 (en) Gallium nitride-based semiconductor light emitting device
CN104364917B (zh) 氮化物半导体发光元件及其制造方法
JP4872450B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
CN104425665B (zh) 包括空穴注入层的半导体发光器件
JP6306200B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
KR102191213B1 (ko) 자외선 발광 소자
CN104916748A (zh) 光半导体元件
JP4989978B2 (ja) 窒化物系発光素子及びその製造方法
US9978905B2 (en) Semiconductor structures having active regions comprising InGaN and methods of forming such semiconductor structures
US9397258B2 (en) Semiconductor structures having active regions comprising InGaN, methods of forming such semiconductor structures, and light emitting devices formed from such semiconductor structures
JP5322523B2 (ja) 発光素子及びその製造方法
WO2013005789A1 (ja) 窒化物半導体発光素子の製造方法、ウェハ、窒化物半導体発光素子
US9246057B2 (en) Semiconductor structures having active regions comprising InGaN, methods of forming such semiconductor structures, and light emitting devices formed from such semiconductor structures
JP5279006B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
TWI707482B (zh) 氮化物半導體發光元件
KR20140010587A (ko) 도핑된 버퍼층을 포함하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
JP6484551B2 (ja) 発光素子
CN112701196B (zh) AlGaN基半导体紫外器件及其制备方法
WO2014196471A1 (ja) Ｓｉ基板上に成長した閃亜鉛鉱型（立方晶とも言う。）ＡｌｙＩｎｘＧａ１－ｙ－ｘＮ結晶（ｙ≧０、ｘ＞０）からなる母結晶にナノドット（「量子ドット」とも言う。）を有する活性領域及びこれを用いた発光デバイス（ＬＥＤ及びＬＤ）
JPH11354843A (ja) Ｉｉｉ族窒化物系量子ドット構造の製造方法およびその用途
KR101198759B1 (ko) 질화물계 발광 소자
JP2015115343A (ja) 窒化物半導体素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150916

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication