TWI304275B - Gallium nitride-based compound semiconductor multilayer structure and production method thereof - Google Patents

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1304275 九、發明說明： ， 【發明所屬之技術領域】 . 本發明係關於一種對發出高輸出之藍、綠色或紫外領域 之光線的發光元件之製造有用的氮化鎵系化合物半導體積 層物及其製法。 【先前技術】 近年來，作爲發出短波長之光的發光元件用的半導體材 料，氮化物半導體材料受到了囑目。一般，氮化物半導體 B 係將以藍寶石單結晶爲首之種種氧化物結晶、碳化矽單結 晶及III-V族化合物半導體單結晶等作爲基板，並於其上藉 由有機金屬汽相化學反應法（MOCVD法）、分子線磊晶生長 法（ΜBE法）或氫化物汽相磊晶生長法（HVPE法）等來加以積 層。 現在，工業等級上最爲廣泛採用之結晶生長方法，係使 用藍寶石、SiC、GaN、A1N等作爲基板，並利用於其上使 用有機金屬汽相化學反應法（MOCVD法）進行製作的方法， B 在已設置上述基板之反應管內使用III族有機金屬化合物 及V族原料氣體，在溫度700°C〜1 200°C之區域，以使n 型層、發光層及Ρ型層生長。 在各半導體層之生長後，藉由於基板或η型層形成負 極，於Ρ型層形成正極，可獲得發光元件。 習知之發光層，爲了調整發光波長，使用已調整組成之

In GaN，並使用藉由InGaN而由高帶隙之層來合夾此之雙重 異質構造、使用量子井效果的多重量子井構造。 1304275 在具有多重量子井構造之發光層的氮化鎵系化合物半導 ’ 體發光元件中’當令井戶層之膜厚爲2〜3nm時，可獲得良 . 好之輸出。但有驅動電壓高之問題。相反，當令井戶層之 膜厚爲2nm以下等時，雖然驅動電壓下降，但無法獲得良 好之輸出。 另外’爲了提高發光輸出，提出一種如下之將發光層形 成爲點狀的量子點構造的方案。 例如’於日本特開平1〇-795〇1號公報及特開平1卜3 5 4 8 3 9 B 號公報等’揭示有包含量子點構造之發光層的發光元件， 量子點構造係藉由抗表面活性效果所形成。根據日本特開 平1 1 -3 548 3 9號公報，各發光體之尺寸，係以〇.5nm$高度 S50nm、0.5nmg 寬度 S200nm、106$ 密度 Sl〇13cm·2 爲較 佳’實施例中，係由高度6nmx寬度40nm所製作。 但是’由量子點所覆被之部分以外，與點區域比較，成 爲極端低之低電阻區域，而優先使得電流流動，另外，非 點部分對發光並無貢獻。藉此，在此處所提案之量子點構 B 造中，即便可提高一個個之發光體的發光效率，但整體上 仍有對流動之電流的發光輸出下降的問題。 另外，日本特開200卜687 3 3號公報，揭示含In之量子箱 構造。根據該公報，藉由在氫氣中對暫時形成之量子井_ 造進行退火處理，以引起井戶層之昇華，而作成一量子箱 構造。實施例中，量子箱具有200埃以下之尺寸，例如， 令其具有20埃x20埃x20埃之尺寸。發光體之密度雖未規 定，但根據所揭示之圖面，由發光體所覆被之面積係與間 1304275 隙之面積相同或間隙方較大。 、 簡言之’在該些技術中，在未形成有量子點或量子箱之 • 區域中’作成完全未形成點或箱之構造，所以，與形成有 量子點或量子箱之區域比較，成爲極端低之低電阻區域， 而於該部分優先流動電流。 在此種點或箱之未覆被的區域上未形成有發光體的構造 中，雖可見到驅動電壓下降的效果，但同時具有招致發光 輸出降低的問題’，而無法勝任實際的使用。 t 又，在日本特開200 1 -687 3 3號公報中，在形成通常之量 子井構造後’在氫氣中進行退火以使貫穿轉位上之InGaN 結晶分解，形成量子箱構造。但是，在氫氣中對量子井構 造進行退火，即使在殘留而應形成量子箱構造之部分，仍 誘發In之脫離，而產生使發光波長被短波長化的不利狀況。 另外，在美國專利申請公開US2003/0 1 60229A1號說明書 中，爲了獲得高效率之發光，提出一種在井戶層具有膜厚 之偏差的多重量子井構造的發光層。在該說明書中，在附 I 帶圖面所見的範圍，於全井戶層設置膜厚之偏差。 【發明內容】 本發明之目的在於，提供一種對可降低驅動電壓，且具 有良好發光輸出之氮化鎵系化合物半導體發光元件之製造 有用之氮化鎵系化合物半導體積層物。 本發明提供以下之發明。 (1) 一種氮化鎵系化合物半導體積層物，係在基板上具有 η型層、發光層及P型層’該發光層係交錯由井戶層及障 1304275 ' 壁層所積層之多重量子構造，且該發光層係配置爲由η型 - 層及Ρ型層所挾持，其特徵爲：構成該多重量子構造之井 % 戶層，係由厚度不勻之井戶層及厚度均勻之井戶層所構成。 (2) 如上述第1項之氮化鎵系化合物半導體積層物，其中 最接近Ρ型層之井戶層厚度均勻。 (3) 如上述第1或2項之氮化鎵系化合物半導體積層物， 其中最接近η型層之井戶層厚度均勻。 (4) 如上述第1至3項中任一項之氮化鎵系化合物半導體 ® 積層物，其中厚度均勻之井戶層的膜厚爲1.8〜5nm。 (5) 如上述第1至4項中任一項之氮化鎵系化合物半導體 積層物，其中厚度不勻之井戶層之薄膜部的膜厚爲2.7 nm 以下。 (6) 如上述第1至5項中任一項之氮化鎵系化合物半導體 積層物，其中多重量子井構造係將井戶層及障壁層作3至 10次積層之構造。 (7) 如上述第1至6項中任一項之氮化鎵系化合物半導體 ^ 積層物，其中障壁層係從In比率比形成GaN、AlGaN及井 戶層之InGaN小的InGaN構成之群中選出之氮化鎵系化合 物半導體。 (8) 如上述第7項之氮化鎵系化合物半導體積層物，其中 障壁層係GaN。 (9) 如上述第1至8項中任一項之氮化鎵系化合物半導體 積層物，其中障壁層係摻雜物。 (10)如上述第9項之氮化鎵系化合物半導體積層物，其 1304275 中摻雜物係從 C 、 Si 、 Ge 、 Sn ' Pb 、〇、S 、 Se 、 Te 、 Po 、 Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra之群中選出之至少一種類。 (1 1)如上述第9或1 0項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中摻雜物之濃度係1 X 1 〇 17 c πΓ 3至1 X 1 〇 18 c ηΓ3。 (1 2)如上述第1至1 1項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物，其中障壁層之膜厚爲7〜50nm。 (1 3 )如上述第1 2項之氮化鎵系化合物半導體積層物， 其中障壁層之膜厚爲14nm以上。 (1 4)如上述第1至1 3項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物，其中井戶層含有In。 (1 5 )如上述第1 4項之氮化鎵系化合物半導體積層物， 其中在障壁層之至少基板側表面存在有未含有In的薄層。 (16) —種忍化嫁系化合物半導體發光兀件，其特徵爲： 於上述第1至1 5項中任一項之氮化鎵系化合物半導體積層 物之η型層設置負極，於p型層設置正極。 (1 7) —種燈’其使用上述第1 6項之氮化鎵系化合物半 導體發光元件。 (18) —種上述第丨至15項中任一項之氮化鎵系化合物 丰導體積層物之製造方法’其特徵爲··在形成井戶層後， 藉由使該一部分之井戶層分解或昇華，以形成厚度不勻之 井戶層。 (19) 如上述第18項之氮化鎵系化合物半導體積層物之 製造方法，其中形成井戶層時之基板溫度Τ 1及使該一部分 之井戶層分解或昇華時之基板溫度Τ2，爲τΐ$Τ2。 -9- 1304275 (20)如上述第18或19項之氮化鎵系化合物半導體槙層 - 物之製造方法，其中該一部分之井戶層之分解或昇華，係 ^ 在含有氮源且未含有III族金屬源之氣體環境下進行。 (2 1)如上述第1 8至20項中任一項之氮化鎵系化合物半 導體積層物之製造方法，其中該一部分之井戶層之分解或 昇華’係在障壁層之形成步驟所進行。 本發明之主架構，係在形成發光層之多層量子構造的井 戶層’將厚度不勻之井戶層及厚度均勻之井戶層混合，根 B 據本發明’可獲得良好之發光輸出，且可降低驅動電壓之 氮化鎵系化合物半導體發光元件。 另外，根據本發明所獲得之氮化鎵系化合物半導體發光 元件，其逆方向耐壓特性之劣化少。 另外，藉由在氮源之存在下形成厚度不勻之井戶層，可 防止從井戶層產生之光的短波長化。 【實施方式】 周知，構成氮化鎵系化合物半導體發光元件之η型層、 ® 發光層及Ρ型層之氮化鎵系化合物半導體，係由一般式 AlxInyGai-x.yN(0Sx< 1、〇$y< 1、〇Sx + y< 1)所表示之各 種組成的半導體，而作爲本發明之構成η型層、發光層及 Ρ型層之氮化鎵系化合物半導體’可無任何限制地使用由 一般式 AlxInyGai-x-yN(0S x< 1、〇$ y< 1、OS x + y< 1)所表 示之各種組成的半導體。 至於基板，除可使用藍寶石、SiC外’可無任何限制地使 用GaP、GaAs、Si、Zn〇、GaN等以往公知之基板。 -10- 1304275 除GaN基板外，原理上爲了在與氮化鎵系化合物未作晶 格整合之該些基板上’使氮化鎵系化合物半導體積層，可 使用日本專利第3026087號公報、特開平4-297023號公報 所揭示之低溫緩衝法、特開2003 -243 302號公報等所揭示之 被稱爲SP(Seeding Process)法的晶格不整合結晶磊晶生長 技術。尤其是以可製作GaN系結晶之程度的高溫來製作A1N 結晶膜的S P法，係在提高生產性等之觀點上優良的晶格不 整合結晶磊晶生長技術。 在使用低溫緩衝法或S P法等之晶格不整合結晶磊晶生 長技術的情況，積層於其上面作爲襯底之氮化鎵系化合物 半導體，係以無摻雜或5x1 017cm·3程度之低摻雜的GaN爲 較佳。襯底層之膜厚，以1〜20 // m爲較佳，更以5〜1 5 // m 爲較佳。在其上依序積層有η型層、發光層及p型層。 本發明中，形成發光層之多層量子構造的井戶層，係必 定將厚度均勻之井戶層及厚度不勻之井戶層混合。本發明 中，「厚度均勻」係指膜厚在任一處均落在平均膜厚之±10% 以內。其中以落在±7 %以內爲較佳。「厚度不勻」係指具有 膜厚未落在平均膜厚之±10%以內的部分。「平均膜厚」係 指將該膜之最大膜厚與最小膜厚平均計算的膜厚。在厚度 不勻之井戶層中，稱比平均膜厚更厚之部分爲「厚膜部」， 而稱薄的部分爲「薄膜部」。 各井戶層之厚度是否均勻或不勻，可藉由氮化鎵系化合 物半導體的剖面ΤΕΜ照片來作判定及測定。例如，當由 200,000倍至2,000,000倍的ΤΕΜ照片來觀察剖面時，可測 -11- 1304275 ' 定各井戶層之膜厚變化。第3至第10圖爲藉由第 • 所製作之晶片的倍率1，000,000倍的剖面TEM照 、 慮倍率來計算出該膜厚。在各圖之邊上所附表內 各井戶層之在該圖中的最大膜厚及最小膜厚。從 8個圖所求得之各井戶層之最大膜厚及最小膜厚 各井戶層是厚度均勻之井戶層還是厚度不勻之井 平均計算最大膜厚與最小膜厚所求得之平均膜厚 分爲厚膜部，而更薄的部分爲薄膜部。圖中，A爲 ® B爲薄膜部。各井戶層之最大膜厚及最小膜厚， 察剖面TEM照面之複數處、例如、觀察距相鄰處隔 之間隔的至少8處所求得。 在形成發光層之多重量子井構造中的所有井戶 度不勻的情況，與在所有井戶層爲厚度均勻的情 雖然驅動電壓下降，但發光輸出亦下降或相同。 在未將所有井戶層之厚度作成不勻，而將井戶層 作成均勻厚度時，雖然未能充分地瞭解其理由， 動電壓下降，且發光輸出增大。尤其是，在最爲 層或η型層之井戶層厚度爲均勻的情況，其發光 大效果很大。在最爲接近ρ型層之井戶層及最爲 層之井戶層兩者之厚度爲均勻的情況，其發光輸 效果成爲最大，但驅動電壓之降低效果亦減少。 度均勻之井戶層’雖可包括最爲接近ρ型層之井 爲接近η型層之井戶層兩者，但以包括其中一方 厚度均勻之井戶層’尤其以包括最爲接近ρ型層 1實施例 片。可考 ，記載有 綜合該些 ，可判定 戶層。比 更厚之部 薄膜部， 可利用觀 開 2 0 ju m 層，爲厚 況比較， 但是，當 之一部分 但有使驅 接近P型 輸出之增 接近η型 出之增大 因此，厚 戶層及最 爲較佳。 之井戶層 1304275 '者爲較佳。 - 當厚度均勻之井戶層數增大時，驅動電壓之降低效果將 > 減少。因此，以厚度均勻之井戶層數爲1以上且爲井戶層 整體之數量的60 %以下爲較佳。尤以井戶層整體之數量的 4 0 %以下爲較佳。 以厚度均勻之井戶層厚度爲1.8〜5nm爲較佳。當爲該範 圍以外之厚度時，將招致發光輸出的降低。更以2.0〜3.5nm 的範圍爲較佳。 > 以厚度不勻之井戶層的厚膜部的厚度爲1.8〜5nm爲較 佳。當厚膜部爲該範圍以外之厚度時，將招致發光輸出的 降低。更以2.3〜3.5 nm的範圍爲較佳。另外，以厚膜部之 寬度爲10〜5000nm爲較佳。更以20〜lOOOnm爲較佳。 以厚膜部之比率相對井戶層整體爲30〜90%爲較佳，其 可實現驅動電壓之降低及輸出增大的雙方。更以60〜90% 爲較佳。該厚膜部及薄膜部之比率，亦可根據從剖面TEM 照片所求得之寬度的測定値來算出。 以薄0吴部之寬度爲1〜200nm爲較佳。更以5〜150nm爲 較佳。 以該厚膜部之最大膜厚及薄膜部之最小膜厚的差爲1〜 3nm程度爲較佳。以薄膜部之膜厚爲i.o〜27nm爲較佳。 薄膜部雖可包括膜厚爲零的範圍、即完全無井戶層之範 圍’但因其會成爲發光輸出降低的原因，所以，以其範圍 爲小範圍者較佳。以相對井戶層整體爲30%以下爲較佳， 更以20%以下爲較佳，而以1〇 %以下爲特佳。該比率可根 -13- 1304275 據剖面TEM照片之寬度的測定値來算出。 井戶層係以含In之氮化鎵系化合物半導體爲較佳。含In 之氮化鎵系化合物半導體，係容易成爲具有厚膜部及薄膜 部之構造的結晶系，另外，可以強發光強度進行藍光之波 長區域的發光。 障壁層除GaN、AlGaN外，亦可由In比率比構成井戶層 之InGaN更小的InGaN來形成。其中，以GaN較爲適合。 障壁層亦可爲積層多層之構造。在井戶層爲含In之氮化 鎵系化合物半導體的情況，以在障壁層之至少與基板側之 井戶層相接的表面設置未含In的薄層爲較佳。以藉由設置 該薄層來抑制井戶層中的In的分解昇華，使得發光波長之 穩定控制成爲可能爲較佳。該薄層係以與井戶層之生長溫 度相同程度的基板溫度所設爲較佳。 當於障壁層摻雜一摻雜物時，將使其驅動電壓降低而較 佳。作爲該摻雜物元素，可舉出C、Si、Ge、Sn、Pb、〇、 S、Se、Te、Po、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra 等。其中以 Si、 Ge爲較佳，更以Si爲特佳。 摻雜物之濃度，以5xl016cm_3〜lxl018cm·3爲較佳。若未 滿5x10 16cnT3，則將使得驅動電壓之降低效果減少。若超過 lxl018cirT3時，則有逆方向電壓特性變差的傾向。更以 lxl017cm_3 〜5xl〇17cm_3 爲較佳。 障壁層之膜厚，係以7 n m以上爲較佳，更以1 4 n m以上 爲較佳。當障壁層之膜厚薄時，則無法完全塡滿井戶層之 厚膜部及薄膜部的厚度差，阻礙了井戶層之厚膜部及薄膜 -14 - 8' 1304275 部的形成，從而引起發光效率的降低及老化特性的降低。 • 另外，當障壁層之膜厚過厚時，則引起驅動電壓的上昇及 . 發光輸出的降低。因此，障壁層之膜厚，係以50nm以下爲 較佳。 多重兩子井構造之積層次數，以3至10次爲較佳，更以 3至6次的程度爲較佳。在各井戶層及障壁層中，亦可使 組成及構造變化。 η型層通常爲1〜10//m、較佳爲2〜5//m的厚度，且由 ® 形成負極用之η接觸層及帶隙比發光層更大且相接於發光 層的η覆被層所構成。η接觸層及η覆被層亦可兼用。η接 觸層係以高濃度來摻雜Si或Ge爲較佳。摻雜該些摻雜物 所形成之 η型層，以將載子濃度調整爲5xlOI8cm·3〜 2xl019cnT3的程度爲較佳。 η覆被層雖可由AlGaN、GaN、InGaN等來形成，但在爲 InGaN的情況，當然以作成比發光層之InGaN的帶隙更大 的組成爲較佳。η覆被層之載子濃度，可與n接觸層相同， ® 亦可比其大或比其小。爲了使形成於其上之發光層的結晶 性更爲良好，以適宜調節生長速度、生長溫度、生長壓力、 摻雜量等的生長條件，而作成平坦性高的表面爲較佳。 另外，η覆被層亦可利用交錯多次地積層組成及晶格常 數不同之層來形成。此時，除藉由積層之層來改變組成外， 亦可使摻雜物之量、膜厚等變化。 Ρ型層通常爲0.01〜l//m的厚度，且由相接於發光層的 P覆被層及形成正極用之P接觸層所構成。p覆被層及p接 1304275 觸層亦可兼用。P覆被層係使用GaN、AlGaN等所形成，並 '摻雜Mg作爲p摻雜物。爲了防止電子之過多流動，以具有 ，比發光層之材料更大的帶隙的材料來形成爲較佳。另外， 以可有效地將載子注入發光層的方式，形成高載子濃度的 層爲較佳。 有關P覆被層，亦可利用交錯多次地積層組成及晶格常 數不同之層來形成。此時，除藉由積層之層來改變組成外， 亦可使摻雜物之量、膜厚等變化。 t P接觸層可使用GaN、AlGaN、In GaN等所形成，並摻雜

Mg作爲雜質。摻雜有Mg之氮化鎵系化合物半導體，通常 在從反應爐取出的原狀態下爲高電阻，但利用施以退火處 理、電子線照射處理、微波照射處理等活性化處理，而顯 示P傳導性。 另外’亦可使用摻雜有P型雜質之磷化硼來作爲P接觸 層。摻雜有P型雜質之磷化硼，即使完全不進行如上述之 P型化用的處理，仍顯示P導電性。 構成該些η型層、發光層及p型層之氮化鎵系化合物半 導體的生長方法，並無特別的限定，可以周知條件來使用 ΜΒΕ、MOCVD、HVPE等的周知方法。其中以MOCVD法爲 較佳。 可於原料中使用氨、聯氨、疊氮化物等。另外，可使用 三甲鉀（TMGa)、三乙鉀（TEGa)、三甲銦（TMIn)、三甲鋁 (ΤΜΑ1)等作爲III族有機金屬。另外，可使用矽烷、乙矽烷、 鍺院、有機鍺原料、雙環戊二烯鎂（Cp2Mg)、其他有機金屬 -16- •1304275 類、氫化物等作爲摻雜源。可將氮氣及氫氣用於運載氣體。 厚度不勻之井戶層，係以在使井戶層生長至指定厚度 後，藉由使其一部分分解或昇華所形成爲較佳。含In之氮 化鎵系化合物半導體，容易分解或昇華，故而較佳。 含In之井戶層的生長，係以在將基板溫度爲650〜900°C 之範圍進行爲較佳。在其以下之溫度下，無法獲得結晶性 良好之井戶層，在其以上之溫度下，取入井戶層之In量減 少，而有無法製作使意圖的波長發光之元件的情況。 在一面供給含In之III族金屬源及氮源，一面將由含In 之氮化鎵系化合物半導體所構成的井戶層生長爲指定厚度 後，在停止III族金屬源之供給的狀態下，藉由使基板溫度 維持原有溫度或昇溫，可使其一部分分解或昇華。運載氣 體係以氮氣爲較佳。分解或昇華係以將基板溫度從上述生 長溫度昇溫至700〜1 000°C之範圍或一面昇溫一面進行爲 較佳。 障壁層之生長係以比井戶層的生長更高之基板溫度來進 行爲較佳。該溫度區域適宜爲700〜1 000 °C，且當設使井戶 層生長之溫度爲T1、使障壁層生長之溫度爲T2時，則 T1 S T2。在井戶層之生長後，從T1至T2的昇溫過程，利 用包含一面繼續含氮之運載氣體及氮源的供給，一面停止 III族原料之供給的步驟，可於井戶層有效地形成厚膜部及 薄膜部，而可作成厚度不勻之井戶層。此時，無需改變運 載氣體等。將運載氣體切換爲氫氧，可使發光波長成爲短 波長化。波長之變化程度較難控制，所以使得製品之生產 1304275 ~ 性降低。 ‘ 從T1至T2的昇溫速度，以1〜200°c /分爲較佳。更以5 . 〜15(TC /分爲較佳。另外，從T1至T2的昇溫所需時間， 以30秒至10分鐘爲較佳。更以1分種至5分鐘爲較佳。 障壁層之生長，可在生長溫度不同之複數個步驟來構 成。即，在井戶層上以T2之溫度且將障壁層積層爲指定膜 厚後，亦可將生長溫度作爲T3進一步來積層障壁層。當 T3爲比T2更低之溫度時，可提供抑制老化特性的劣化等 ® 的效果，而更佳。T3亦可爲與T1相同之溫度。 另外，如上述，在含In之井戶層的情況，雖以在障壁層 之基板側表面設置未含In的薄層爲較佳，但該情況下，在 以溫度T 1使含In之氮化鎵系化合物半導體所構成的井戶 層生長後，亦可以相同之基板溫度僅停止In源的供給，並 以溫度T1首先使由氮化鎵系化合物半導體所構成的障壁 層生長。 有關負極，周知有各種組成及構造的負極，可無任何限 ^ 制地使用該些周知的負極。與η接觸層相接之負極用的接 觸材料，除Al、Ti、Ni、Au等外，可使用Cr、W、V等。 當然亦可將負極整體作爲多層構造並賦予搭接性等。 有關正極，周知有各種組成及構造的正極，可無任何限 制地使用該些周知的正極。 透光性的正極材料，可包含p t、p d、A u、C r、N i、C u、 C 〇等。另外，已知利用作成使其一部分氧化的構造，可提 高透光性。反射型之正極材料，除上述材料外，可使用Rh、 -18- .1304275

Ag 、 A1 等。 • 該些正極可由濺鍍、真空蒸鍍等的方法所形成。尤其是 、 當使用濺鍍法時，利用適宜控制濺鍍的條件，在形成電極 膜後，即使不施以退火處理仍可獲得歐姆接觸，故而較佳。 發光元件之構造可爲具備反射型之正極的倒裝片型的元 件，亦可爲具備透光型之正極、晶格型、梳型之正極的面 朝上型的元件。 在具有厚膜部及薄膜部之厚度不勻的井戶層中，在從厚 B 膜部變爲薄膜部的境界區域，材料不同之井戶層及障壁層 的界面相對基板面形成傾斜，所以朝垂直於基板面之方向 的光的取出量增大，尤其是藉由作成具備反射電極之倒裝 片型的元件構造，可進一步增大發光強度。 藉由使用本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物，可使 驅動電壓自由下降某一程度。但是，若電壓下降太多時， 隨之亦會看到發光輸出的降低。未引起發光輸出降低之驅 動電壓，係以在作成元件時流動20mA之電流時的電壓爲 B 2 · 5 V以上爲較佳、更以2 · 9 V以上爲較佳。但是，在組入裝 置時，電壓過高之情況將會造成不利，所以同時需要爲3 .5 V 以下。 使用本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物的效果，在 屬二極體特性之一的電流及電壓的相關中，可舉出電流相 對電壓作急遽上昇的牽引電壓被降低的情況。但是，有關 牽引電壓亦是，若下降過多時，會看到發光輸出的降低。 未引起發光輸出降低之牽引電壓，以在作成元件時流動 S) -19- 1304275 2 0mA之電流時的電壓爲2.3V以上爲較佳、更以2.5V以上 爲較佳。但是，在組入裝置時，電壓過高之情況將會造成 不利，所以同時需要爲3.4V以下。 可將本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物，用於發光 二極體、雷射二極體等之製作。 從本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物來製作半導體 發光元件’例如，可藉由業界周知的手段設置透明罩來製 作燈。另外’使本發明之氮化鎵系化合物半導體發光元件 及具有螢光體之罩體組合，亦可製作白光的燈。 進而可獲得高發光強度之氮化鎵系化合物半導體發光元 件。根據該方法可製造高亮度之LED燈。更且，組入根據 該方法所製成之晶片之行動電話、顯示器、面板類等的電 子機器、組入該電子機器之汽車、電腦、遊戲機等之機械 裝置，可達成低電力的驅動、實現高的特性。尤其是，在 行動電話、遊戲機、汽車零件等之電池驅動的機器類中， 可發揮省電力之效果。 (實施例） 其次，根據實施例詳細說明本發明，但本發明並不受該 些實施例所限制。 (第1實施例） 第1圖爲由本實施例所製作之半導體元件用之氮化鎵系 化合物半導體積層物的模式圖（但是，省略發光層之井戶層 及障壁層）。如第1圖所示，在具有C面之藍寶石基板上， 藉由晶格不整合結晶之磊晶生長方法來積層由A1N構成的 -20- 1304275 ~ s P層，並於其上從基板側依序積層厚度爲8 // m的無摻雜 • GaN襯底層、具有約lxl019cnT3之電子濃度且厚度爲2/zm . 的高摻雜Ge的η型GaN接觸層、具有約ixi〇i8cm·3之電子 濃度且厚度爲20nm的摻雜Si的η型111。.〇2〇3。.98覆被層、 由6層之厚度爲15nm的3xl017cm·3之摻雜Si的GaN障壁 層及5層之厚度爲3nm的無摻雜的In 〇.〇 8Ga。.9 2N之薄層所構 成的井戶層所構成的多重量子井構造的發光層、厚度爲 16nm 之摻雑 Mg 的 ρ 型 Al0.05Ga0.95N 覆被層、具 8xl017cm·3 B 之電洞濃度的厚度爲0.2 // m的摻雜Mg的p型Al〇.〇2Ga〇.98N 接觸層的構造。 上述氮化鎵系化合物半導體積層物的製作，係使用 MOCVD法、並依以下的步驟所進行。 首先，將藍寶石基板導入可處理由感應加熱式加熱器來 加熱碳製承受器的形式之多片基板的不鏽鋼製反應爐中。 承受器係具有本身旋轉的機構、及使基板自轉的機構.。藍 寶石基板係在已經交換爲氮氣的球形盒中，載置於加熱用 1 的碳製承受器上。在導入試樣後，使氮氣流通而將反應爐 內純化。 在使氮氣流通而達8分鐘後，令感應加熱式加熱器作 動，並經過10分鐘而使基板溫度昇溫爲600 °C後，同時令 爐內之壓力成爲15kPa(150mbar)。在將基板溫度保持爲 6 00 °C的狀態下，一面使氫氣及氮氣流通，一面放置2分鐘’ 進行基板表面之加熱清潔。 在完成加熱清潔後，將氮氣之運載氣體的閥加以關閉’ -21 - 1304275 ' 僅對反應爐內供給氫氣。 • 在運載氣體之切換後，使基板之溫度昇溫爲1150 °C。在 • 確認溫度已穩定在1 150°C後，切換TMA1之配管的閥，將 含有TMA1之蒸氣的氣體供給反應爐內，使其與附著於反 應爐內壁之附著物的分解而產生之N原子反應，開始使A1N 附著於藍寶石基板上的處理。 在經過7分30秒的處理後，切換TMA1之配管的閥，停 止將含有TMA1之蒸氣的氣體供給反應爐內。在此狀態下 B 待機4分鐘，等待至殘留於爐內之TMA1蒸氣被完全排出。 接著，切換氨氣之配管的閥，開始對爐內供給氨氣。 經過4分鐘後，一面繼續氨氣之流通，一面使基板溫度 降溫至1 040°C，同時令爐內之壓力爲40kPa(400mbar)。在 基板溫度之降溫中，調節TMGa之配管的流量調整器的流 量。 在確認到基板溫度成爲1040 °c後，等待溫度之穩定，隨 後切換TMGa之閥，開始將TMGa供給爐內，開始無摻雜 B GaN的生長，約花費4小時進行上述GaN層的生長。 如此般，形成具有約8 // m之膜厚的無摻雜GaN襯底層。 更且，在該無摻雜GaN襯底層上’使高摻雜Ge之η型 GaN接觸層生長。在無摻雜GaN襯底層之生長後，停止將 TMGa供給爐內，其後以一分鐘使基板溫度昇溫爲1 0 80°C， 並保持3分鐘以使溫度穩定。在該期間調節TMGe之流通 量。而所流通之量係經事先檢討’而調整成爲摻雜Ge之 GaN接觸層的電子濃度約爲2x1 (T9cirT3。氨氣係以其原來的

SJ -22- •1304275 ' 流量被繼續供給爐內。 • 在經3分鐘之溫度穩定後，依序交錯地使厚度爲1 〇nm之 * 摻Ge的η型GaN、及厚度爲i〇nm之無摻雜GaN的薄膜生 長100個周期，生長爲約2 /z m之η型GaN接觸層。摻Ge 的η型GaN層係利用將TMGa及三甲鍺（TMGe)供給爐內所 製作’而無摻雜GaN層係利用供給TMGa所製作而成。藉 此’形成平均載子濃度約爲1 X 1 〇 19 c ηΓ3的η型G a N接觸層。 在使最後之無摻雜GaN層生長後，切換TMGa的閥，停 B 止將TMGa供給爐內。氨氣係在原來狀態下一面流通，一 面切換閥而將運載氣體從氫氣切換爲氮氣。其後，將基板 溫度從1 080°C降溫至720。(：。 在等待爐內之溫度變更的期間，設定了 SiH4的供給量。 而所流通之量係經事先檢討，而調整成爲摻雜S i之η型 InGaN覆被層的電子濃度爲lxl〇18cnr3。氨氣係以其原來的 流量被繼續供給爐內。 其後，等待爐內之狀態成爲穩定，同時將TMIii、TEGa B 及SiH4之閥加以切換，開始將該些原料供給爐內。僅依指 定時間持續供給’形成具有20nm膜厚之摻雜si之 In〇.〇2Ga〇.98N覆被層。其後，將TMIn、TEGa及SiH4之閥加 以切換，以停止該些原料之供給。在停止原料之供給後， 改變S i Η 4之供給量的設定。而所流通之量係經事先檢討， 而調整成爲摻雜 Si之 GaN障壁層的電子濃度爲 3 X 1 0 M c ηΓ3。摻雜S i之G a N障壁層之形成係依如下來進行。 在基板溫度爲720°C的狀態下，開始將TEGa及SiHN供給 -23- 1304275 爐內，並依指定時間形成由摻雜S i之G a N所構成的薄層之 • 障壁層A，然後停止TEGa及SiH4之供給。其後，在中斷 .生長之狀態下將基板溫度昇溫爲920 °C。在溫度穩定後，爐 內之壓力、氨氣及運載氣體之流量、種類，係在該狀態下， 將TEGa及SiH4之閥加以切換，再度開始使TEGa及SiH4 對爐內之供給，並在該狀態下，在基板溫度920°C，進行規 定時間之障壁層 B的生長。接著，使基板溫度下降爲 720°C，並在該狀態下，繼續TEGa及SiH4之供給，在進行 > 障壁層C之生長後，再度將閥加以切換，使TEGa及SiH4 之供給停止，完成GaN障壁層的生長。藉此，在由A、B 及C構成之3層構造的障壁層形成總膜厚爲1 5 nm的摻雜 Si之GaN障壁層。 在GaN障壁層之生長完成後，經過30秒而停止TEGa及 SiH4之供給後，基板溫度、爐內之壓力、氨氣及運載氣體 之流量、種類，係在該狀態下，將TEGa及SiH4之閥加以 切換，將TEGa及SiHU供給爐內，以形成井戶層。在預先 B 決定之時間內進行TEGa及TMIn之供給後，再度將閥加以 切換，僅僅停止TMIn之供給，完成In〇.〇8Ga〇.92N井戶層的 生長。在該時點，形成成爲3nm之膜厚的In〇.〇8Ga〇.92N井戶 層。接著，再度開始SiH4之供給，進入第2層之障壁層的 形成。

反複進行此種步驟，形成5層之摻雜Si之GaN障壁層及 5層之In〇.〇8Ga〇.92N井戶層。在該些井戶層及障壁層之製作 步驟中，在720 °C形成障壁層A後，在爲了形成障壁層B -24 - 1304275 而昇溫爲9 2 0 °C之步驟中，藉由停止ΠI族原料的供給，將 半導體之生長加以中斷。 . 在形成第5層之In。·。8G a。· 92N井戶層後，接著，進入第6 層之障壁層的形成。在第6層之障壁層的形成中，再度開 始SiH4之供給，在形成由摻雜Si之GaN構成的薄辭之障 壁層A後，繼續對爐內供給TEGa及SiH4，使基板溫度昇 溫爲920°C，並在該狀態下，在基板溫度920°C，進行規定 時間之障壁層B的生長。接著，使基板溫度下降爲7 20。(：， > 並在該狀態下，繼續TEGa及SiH4之供給，在進行障壁層C 之生長後，再度將閥加以切換，使TEGa及SiH4之供給停 止，完成GaN障壁層的生長。藉此，在由A、B及C構成 之3層構造的障壁層形成總膜厚爲15nm的摻雜Si之GaN 障壁層。 藉由以上步驟，形成含有厚度不勻之井戶層（第1至4層） 及厚度均勻之井戶層（第5層）的多重量子井構造之發光層。 在完成該摻雜Si之GaN障壁層的發光層上，形成摻雜 _ Mg 之 p 型 Al〇.Q5Ga〇.95N 覆被層。 在使TEGa及SiH4之供給停止，而完成摻雜Si之GaN障 壁層的生長後，使基板溫度昇溫爲1 000 °C，將運載氣體之 種類切換爲氫氧，使爐內之壓力變更爲15kPa(150mba〇。 等待爐內之壓力穩定後，將TMGa、TMA1及CP2Mg之閥加 以切換，開始將該些原料供入爐內。其後，在經過約爲3 分鐘的生長後，使TEGa、TMA1及CP2Mg之供給停止，以 停止摻雜Mg之p型Al〇.〇5Ga〇.95N覆被層的生長。藉此，形 -25 - 1304275 成具有1 6nm之膜厚的摻雜Mg之p型Alo.^GamN覆被層。 •在該摻雜Mg之p型Ah.osGamN覆被層上’形成摻雜 • Mg 之 p 型 Al〇.〇2Ga〇.98N 接觸層。 在停止TMGa、TMA1及CPaMg之供給，而完成摻雜Mg 之Al〇.〇5Ga〇.95N覆被層的生長後，將爐內之壓力變更爲 20kPa(200mba〇。等待爐內之壓力穩定後，將TMGa、TMA1 及CP2Mg之閥加以切換，開始將該些原料供入爐內。而使 CP2Mg流通之量係經事先檢討，而調整成爲摻雜Mg之p型 t Al〇.〇2Ga〇.98N接觸層的電洞濃度爲8xl017cnT3。其後，在經 過約12分鐘的生長後，使TMGa、TMA1及CP2Mg之供給停 止，以停止摻雜Mg之p型Al〇.〇2Ga〇.98N接觸層的生長。藉 此，形成具有約0.2// m之膜厚的摻雜Mg之P型Al〇.〇2GaD.98N 接觸層。 在完成該摻雜Mg之p型Al〇.〇2Ga〇.98N接觸層之生長後， 停止對感應加熱式加熱器之通電，花費20分鐘將該基板溫 > 度降溫爲室溫。在該降溫中，僅由氮氣構成反應爐內之環 境氣體，其後，確認到基板溫度降溫至室溫後，將製作完 成之氮化鎵系化合物半導體積層物取出至大氣中。 藉由如上之步驟，製成半導體發光元件用之氮化鎵系化 合物半導體積層物。在此，摻雜Mg之p型Alo.wGaowN接 觸層，即使未進行使p型載子活性化用的退火處理仍顯示 爲P型。 其次，使用上述氮化鎵系化合物半導體積層物，來製成 屬半導體發光元件之一種的發光二極體。 -26- 1304275

' 在所製成之氮化鎵系化合物半導體積層物的p型AlGaN * 接觸層之表面上，藉由業界周知之方法，製成具有從接觸 . 層側依序積層有Pt、Rh及Au的構造之反射性的正極。 其後，更於該氮化鎵系化合物半導體積層物上進行乾式 蝕刻，以使高摻雜Ge之η型GaN接觸層的負極形成部分 露出，於該露出部分從接觸層側依序積層Ti及A1而製成 負極。藉由該些作業，製成具有第2圖所示之形狀的電極。 有關如此般形成有正極及負極之氮化鎵系化合物半導體 > 積層物，將藍寶石基板之背面加以硏削、硏磨，而作成鏡 面狀的面。其後，將該氮化鎵系化合物半導體積層物，切 斷爲3 5 0 μ m角之正方形的各個晶片，並以電極向下的方式 配置於副固定板上。並將該副固定板載置於導線架上，以 金線連接於導線架而作成發光二極體。 當沿順方向使電流流動於如上述般製成之發光二極體的 正極及負極間時，電流爲20mA之順方向電壓（驅動電壓） 則爲3.2V。另外，發光波長爲460nm，發光輸出爲10.8mW。 I 此種發光二極體之特性，可針對從製成之氮化鎵系化合物 半導體積層物的大致全面所製成的發光二極體，無偏差地 獲得。 另外，在以電流30mA進行100小時之通電的前後，測定 電流爲100#Α之逆方向電壓，經比較後，該逆方向電壓之 變化率爲〇 %。 另外，第3至第1 0圖爲針對所獲得之晶片之一’以剖面 TEM且以1〇〇〇,〇〇〇倍所觀察之照片的一例。觀察係針對某 1304275 " 一剖面，且在以20 // m間隔所配置的8個部位來進行。井 • 戶層之號碼係從氮化物半導體積層構造之表面側（半導體 • 側）所數起爲1至5。亦即，井戶層1係位於p型層側，井 戶層5係位於η型層側。圖中，A爲厚膜部，B爲薄膜部。 另外，在第3至第10圖記載有其部位中之各井戶層的最大 膜厚及最小膜厚。 表1顯示將第3至第1 〇圖所示之8個部位加以綜合，以 求得各井戶層之最大膜厚、最小膜厚、平均膜厚、及最大 ® 膜厚與最小膜厚之與平均膜厚的差的比率之結果。 [表1] 井層 最大膜厚(nm) 最小膜厚(nm) 平均膜厚(nm) 差之比率 1 3.1 2.8 2.95 ±5.1% 2 3.2 1.8 2.50 ±28.0% 3 3.1 1.9 2.50 ±24.0% 4 3.1 1.6 2.35 ±31.9% 5 3.2 1.7 2.45 ±30.6% 從表1可知井戶層1之膜厚範圍爲平均膜厚±5.1%、且在 10 %以內，所以爲本發明之厚度均勻的井戶層。另外，井戶 φ 層2至5之膜厚範圍分別爲平均膜厚±28.0%、±24.0%、 ±31.9%及±30.6%、且全部超過1〇%，所以爲本發明之厚度 不勻的井戶層。在井戶層2至5中，比各自之平均膜厚更 厚之部分爲厚膜部，而薄膜部分爲薄膜部。 第3至第10圖中，障壁層約爲15nm之膜厚。障壁層完 全塡埋了井戶層之薄膜部及厚膜部的膜厚的差。 第11至第18圖爲將倍率變更爲200,000倍來觀察第3 至第1 0圖之部位附近的TEM照片。在所有圖中，可知井 戶層1係均勻的厚度。 -28- .1304275 在該些TEM照片中，測定井戶層2至5的厚膜部之寬度 • 及薄膜部的寬度，並評價其分布。又’各井戶層之厚膜部 • 及薄膜部的判定，係根據從第3至第1 〇圖所求得之上述各 井戶層的平均厚度來進行。表2顯示其結果。例如，在第 1 1圖之TEM照片的井戶層2中，從TEM照片之視野左側’ 厚膜部爲寬度250nm，接著薄膜部爲60nm的寬度範圍，接 著，厚膜部爲寬度1 0 5 n m，接著’薄膜部爲3 5 n m的範圍’ 厚膜部爲75nm，但是在表中記入厚膜部（250nm)-薄膜部 ® (60nm)-厚膜部（1 〇5nm)-薄膜部（35nm)-厚膜部（75nm)。

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[表2] TEM照片 井層 厚膜部及薄膜部之分布 _ 誤差 薄膜部 厚膜部 2 厚膜部(250nm)-薄膜部(60nm)·厚膜部(105nm)-薄膜部(35nm)-厚膜部(75nm) 35nm 〜60nm 75nm 〜250nm 增1 1回 3 厚膜部(260nm)-薄膜部(45nm)_厚膜部(220nm) 45nm 220nm 〜260nm 弟11圖 4 厚膜部(160nm)-薄膜部(100nm)-厚膜部(220nm) 100nm 160nm 〜220nm 5 厚膜部(260nmV薄膜部(70nm)·厚膜部(12〇nm) 70nm 120nm 〜260nm 2 厚膜部(41〇nm)-薄膜部(35nm)-厚膜部(50nm)_薄膜部(3〇nm) 30nm 〜35nm 50nm〜410nm 第12圖 3 厚膜部(470nm)-薄膜部G〇nm) 30nm 470nm 4 學膜部(185nm)-薄膜部(4〇nm)-厚膜部(235nm)-薄膜部(80nm) 40nm 〜80nm 185nm 〜235nm 5 厚膜部(145nm)-薄膜部dm)-厚膜部(245nm)·薄膜部(40nm) 40nm 〜50nm 145nm 〜245nm 2 厚膜部(270nm)-薄膜部(65nm)-厚膜部(20nm)-薄膜部(55nm) 55nm 〜65nm 20nm 〜270nm ^φ：Λ ΟΓ^Ι 3 厚膜部(320nm)-薄膜部(8〇nm)-厚膜部(70nm)屬膜部(50nm) 50nm 〜80nm 70nm 〜320nm 弟13圖 4 厚膜部(270nm)-薄膜部(9〇nm>厚膜部(120nm>薄膜部(30nm) 30nm 〜90nm 120nm 〜270nm 5 厚膜部(310mn>薄膜部(4〇nm)-厚膜部(200nm) 40nm 200nm〜310nm 2 厚膜部(190nm>薄膜部(60nm)-厚膜部(120nm>薄膜部(60nm>厚膜部(75nm) 60nm 75nm 〜190nm αφ； 1 a rsi 3 厚膜部(320nm>薄膜部(40nm>厚膜部(60nm)-薄膜部(60nm) 40nm 〜60nm 60nm 〜320nm 弟14圖 4 薄膜部(60nm)-厚膜部(65nm)-薄膜部(90nm)-厚膜部(140nm)-薄膜部(55nm) 55nm 〜90nm 65nm 〜140nm 5 厚膜部(330nm>薄膜部(45nm)-厚膜部(65nm)-薄膜部(60nm) 45nm 〜60nm 65nm 〜300nm 2 厚膜部(450nm>薄膜部(50nm)-厚膜部(40nm)-薄膜部(35nm) 35nm 〜50nm 40nm 〜450nm 1 c|SI 3 厚膜部(580nm) - 580nm 弟1!)圖 4 厚膜部(520nm)-薄膜部(70nm) 70nm 520nm 5 厚膜部(540nm)-薄膜部(55nm) 55nm 540nm 2 薄膜部(40nm)-厚膜部(250nm>薄膜部(lOOnm)-厚膜部(130nm)-薄膜部(60nm) 40nm 〜lOOnm 130nm 〜250nm /φ： 1 固 3 厚膜部(500nm>薄膜部(75nm) 75nm 500nm 弟16圖 4 厚膜部(580nm) - 580nm 5 厚膜部(600nm) - 600nm 2 薄膜部(65nm)-厚膜部(45nm)-薄膜部(30mn)-厚膜部(320nm)-薄膜部(lOOnm) 30nm 〜l〇0nm 45nm 〜320nm 1 otsi 3 厚膜部(330nm)-薄膜部(50nm)-厚膜部(180nm) 50nm 180nm 〜330nm 苐17圖 4 厚膜部(60nm>薄膜部(100nm>厚膜部(300nm)-薄膜部(50nm) 50nm 〜lOOnm 60nm 〜300nm 5 薄膜部(40nm)-厚膜部(330nm)-薄膜部(60nm) 40nm 〜60nm 330nm 2 薄膜部(80nm)-厚膜部(95nm)-薄膜部(95nm)-厚膜部(140nm)-薄膜部(70nm) 70nm 〜95nm 95nm 〜140nm 3 厚膜部(130nm)·薄膜部(60nm)-厚膜部(250nm)-薄膜部(100nm) 60nm 〜lOOnm 130nm 〜250nm 第18圖 4 薄膜部(70nm)-厚膜部(275nm)-薄膜部(90nm)·厚膜部(100nm>薄膜部(40nm) 40nm 〜90nm lOOnm 〜275nm 5 薄膜部(100nm)-厚膜部(85nm)-薄膜部(35nm>厚膜部(105nm)-薄膜部(6〇nm) 35nm 〜lOOnm 85nm 〜105nm 從該表可知，當求取各井戶層之薄膜部及厚膜部的寬度的 分布狀態時，薄膜部爲井戶層2爲30〜l〇〇nm，井戶層3爲 30〜lOOnm，井戶層4爲30〜lOOnm，井戶層5爲35〜lOOnm。 另外，厚膜部爲井戶層2爲20〜450nm，井戶層3爲60〜 580n m，井戶層4爲60〜580nm，井戶層5爲65〜600nm。 -30- 1304275 (第1比較例） 本比較例中，除將所有井戶層作成厚度均勻的井戶層 外’其他與第1實施例相同製成氮化鎵系化合物半導體積 層物。即，除在第1至第5層之障壁層中，亦與第6層相 同’在形成障壁層A後，繼續將TEGa及SiH4供給爐內的 狀態，且將基板溫度昇溫爲9 2 0 °C外，其他與第1實施例相 同製成氮化鎵系化合物半導體積層物。 使用該氮化鎵系化合物半導體積層物，與第1實施例相 同製成發光二極體並加以評價。其結果，電流20mA之順 方向電壓爲3.9V。另外，發光波長爲460nm，發光輸出顯 示 9 m W 〇 另外，經比較1 0 μ A之逆方向電壓的初期値及以電流 30mA進行100小時之通電後的10// A之逆方向電壓値，逆 方向電壓之變化率爲- 0.5 %。 (第2比較例） 本比較例中，除將所有井戶層作成厚度不均勻的井戶層 外，其他與第1實施例相同製成氮化鎵系化合物半導體積 層物。即，除在第6層之障壁層中，亦與第1至第5層相 同，在形成障壁層A後’停止將，TEGa及SiH4供給爐內， 且將基板溫度昇溫爲920°C外，其他與第1實施例相同製成 氮化鎵系化合物半導體積層物。 使用該氮化鎵系化合物半導體積層物’與第1實施例相 同製成發光二極體並加以評價。其結果，電流20mA之順 方向電壓爲3.15V。另外，發光波長爲460nm ’發光輸出顯

SJ -31 - 1304275 示 9mW 〇 另外，經比較1 〇 # A之逆方向電壓的初期値及以電流 30mA進行100小時之通電後的10//A之逆方向電壓値，逆 方向電壓之變化率爲-7 %。 (第2實施例）· 本實施例中，除僅將最靠近η型層之井戶層作成厚度均 勻的并戶層外，其他與第1實施例相同製成氮化鎵系化合 物半導體積層物。即，除在第2層之障壁層中，與第1實 施例之第6層相同，在形成障壁層Α後，繼續將TEGa及 SiH4供給爐內的狀態，且將基板溫度昇溫爲920 °C，及在第 6層之障壁層中，與第1實施例之第1至第5層相同，在形 成障壁層A後，停止將TEGa及SiH4供給爐內，且將基板 溫度昇溫爲920 °C外，其他與第1實施例相同製成氮化鎵系 化合物半導體積層物。 使用該氮化鎵系化合物半導體積層物，與第1實施例相 同製成發光二極體並加以評價。其結果，電流20mA之順 方向電壓爲 3.3V，發光波長爲 460nm，發光輸出顯示 10.8mW。 (第3實施例） 本實施例中，除僅將從p型層數起爲第3層之井戶層作 成厚度均勻的井戶層外，其他與第1實施例相同製成氮化 鎵系化合物半導體積層物。即，除在第4層之障壁層中， 與第1實施例之第6層相同，在形成障壁層A後，繼續將 TEGa及SiH4供給爐內的狀態，且將基板溫度昇溫爲 8、 -32- 1304275 9 20 °C，及在第6層之障壁層中，與第1實施例之第1至第 5層相同，在形成障壁層A後，停止將TEGa及SiH4供給 爐內，且將基板溫度昇溫爲920°C外，其他與第1實施例相 同製成氮化鎵系化合物半導體積層物。 使用該氮化鎵系化合物半導體積層物，與第1實施例相 同製成發光二極體並加以評價。其結果，電流20mA之順 方向電壓爲3.2V，發光波長爲46 Onm，發光輸出顯示9.7 mW。 (第4實施例） > 本實施例中，除僅將最靠近P型層之井戶層及最靠近η 型層之井戶層之雙方作成厚度均勻的井戶層外，其他與第 1實施例相同製成氮化鎵系化合物半導體積層物。即，’除 在第2層之障壁層中，亦與第6層相同，在形成障壁層A 後，繼續將TEGa及SiH4供給爐內的狀態，且將基板溫度 昇溫爲920°C外，其他與第1實施例相同製成氮化鎵系化合 物半導體積層物。 使用該氮化鎵系化合物半導體積層物，與第1實施例相 I 同製成發光二極體並加以評價。其結果，電流20mA之順 方向電壓爲 3.45V，發光波長爲 460nm，發光輸出顯示 1 1.4mW。 (第5實施例） 本實施例中，除僅將從P型層數起爲第1及第2層之2 個井戶層作成厚度均勻的井戶層外，其他與第1實施例相 同製成氮化鎵系化合物半導體積層物。即，除在第5層之 障壁層中，亦與第6層相同，在形成障壁層A後，繼續將 -33 - 1304275 TEGa及SiH4供給爐內的狀態，且將基板溫度昇溫爲920t 外’其他與第丨實施例相同製成氮化鎵系化合物半導體積 層物。 使用該氮化鎵系化合物半導體積層物，與第1實施例相 同製成發光二極體並加以評價。其結果，電流20mA之順 方向電壓爲 3.2V，發光波長爲 460nm，發光輸出顯示 10.2mW。 (第6實施例） 本實施例中，除僅將從p型層數起爲第1至第3層之3 個井戶層作成厚度均勻的井戶層外，其他與第1實施例相 同製成氮化鎵系化合物半導體積層物。即，除在第4及第 5層之障壁層中，亦與第6層相同，在形成障壁層A後， 繼續將TEGa及SiH4供給爐內的狀態，且將基板溫度昇溫 爲9 20 °C外，其他與第1實施例相同製成氮化鎵系化合物半 導體積層物。 使用該氮化鎵系化合物半導體積層物，與第1實施例相 同製成發光二極體並加以評價。其結果，電流20mA之順 方向電壓爲3.35V，發光波長爲460nm，發光輸出顯示 1 0 · 2m W。 (第7實施例） 本實施例中，雖在由第1實施例製成氮化鎵系化合物半 導體積層物上，與第1實施例相同地設置正極及負極，但 正極之構造係爲由p-AlGaN接觸層表面依序積層Au及Ni〇 之透明電極及於其上依序積層Ti、Au、Αι及Au的襯墊電 S) -34 - .1304275 極所構成的構造。 與第1實施例相同，經評價該發光二極體之性能的結 果，電流20mA之順方向電壓爲3.2V，發光波長爲460nm， 發光輸出顯示5.5mW。此種發光二極體之特性，針對從製 成之氮化鎵系化合物半導體積層物的大致全面所製成的發 光二極體，可無誤差的獲得。 (第3比較例） 本比較例中，使用由第1比較例所製成之氮化鎵系化合 物半導體積層物，與第7實施例相同製成具有電極構造的 發光二極體。 與第1實施例相同經評價其性能的結果，電流20mA之 順方向電壓爲3.9V，發光波長爲460nm，發光輸出顯示 5mW。 (第4比較例） 本比較例中，使用由第2比較例所製成之氮化鎵系化合 物半導體積層物，與第7實施例相同製成具有電極構造的 發光二極體。 與第1實施例相同經評價其性能的結果’電流20mA之 順方向電壓爲3.15V，發光波長爲460nm’發光輸出顯示 5mW。 (產業上之可利用性） 使用本發明之氮化鎵系化合物半導體積層物所獲得的發 光元件，具有低驅動電壓及高發光輸出’所以其產業上之 利用價値非常大。 -35- 1304275 【圖式簡單說明】 * 第1圖爲顯示由實施例及比較例所製作之氮化鎵系化合 . 物半導體積層物的剖面之模式圖。 第2圖爲顯示由實施例及比較例所製作之發光二極體的 電極構造之模式圖。 第3圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面TEM照片之一例。 第4圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 ® 體積層物的剖面TEM照片之另一例。 第5圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面TEM照片之又一例。 第6圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面TEM照片之又一例。 第7圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面TEM照片之又一例。 第8圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 I 體積層物的剖面TEM照片之又一例。 第9圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面TEM照片之又一例。 第1 0圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面TEM照片之又一例。 第1 1圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面TEM照片之又一例。 第1 2圖顯示由第1貧施例所製作之氮化鎵系化合物半導 -36 - 1304275 ~ 體積層物的剖面TEM照片之又一例。 • 第1 3圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 • 體積層物的剖面ΤΕΜ照片之又一例。 第1 4圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面ΤΕΜ照片之又一例。 第1 5圖灝示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面ΤΕΜ照片之又一例。 第1 6圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 t 體積層物的剖面ΤΕΜ照片之又一例。 第1 7圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面ΤΕΜ照片之又一例。 第1 8圖顯示由第1實施例所製作之氮化鎵系化合物半導 體積層物的剖面ΤΕΜ照片之又一例。

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Claims (1)

1304275 • 十、申請專利範圍： ' 1. 一種氮化鎵系化合物半導體積層物，係在基板上具有η • 型層、發光層及Ρ型層，該發光層係交錯由井戶層及障 壁層所積層之多重量子構造，且該發光層係配置爲由η 型層及Ρ型層所挾持，其特徵爲： 構成該多重量子構造之井戶層，係由厚度不勻之井戶 層及厚度均勻之井戶層所構成。 2.如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 Β 物，其中最接近ρ型層之井戶層厚度均勻。 3 .如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中最接近η型層之井戶層厚度均勻。 4.如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中厚度均勻之井戶層的膜厚爲1.8〜5nm。 5 .如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中厚度不勻之井戶層之薄膜部的膜厚爲2.7nm以 下。

6. 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中多重量子井構造係將井戶層及障壁層作3至10 次積層之構造。 7. 如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中障壁層係從In比率比形成GaN、AlGaN及井戶 層之InGaN爲小的InGaN構成之群中選出之氮化鎵系化 合物半導體。 8. 如申請專利範圍第7項之氮化鎵系化合物半導體積層 -38- 1304275 \ 物，其中障壁層係GaN。 、 9.如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 , 物，其中障壁層係摻雜物。 i 〇 .如申請專利範圍第9項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中摻雜物係從C、Si、Ge、Sn ' Pb、〇、S、Se、Te、 Po、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra之群中選出之至少一種類。 1 1.如申請專利範圍第 9項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中摻雜物之濃度係lxl〇17cm·3至lxl018cm·3。 > 1 2 ·如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中障壁層之膜厚爲7〜50nm。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中障壁層之膜厚爲14nm以上。 1 4 ·如申請專利範圍第1項之氮化鎵系化合物半導體積層 物，其中井戶層含有In。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之氮化鎵系化合物半導體積層 物’其中在障壁層之至少基板側表面存在有未含有In的 ’薄層。 1 6 · —種氮化鎵系化合物半導體發光元件，其特徵爲：於申 請專利範圍第1至1 5項中任一項之氮化鎵系化合物半導 體積層物之η型層設置負極，於p型層設置正極。 1 7 · —種燈’其使用申請專利範圍第1 6項之氮化鎵系化合物 半導體發光元件。 1 8 · —種申請專利範圍第1至！ 5項中任一項之氮化鎵系化合 物半導體積層物之製造方法，其特徵爲：在形成井戶層 -39 - 1304275 後’藉由使該一部分之井戶層分解或昇華，以形成厚度 不勻之井戶層。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之氮化鎵系化合物半導體積層物 之製造方法，其中形成井戶層時之基板溫度T1及使該一 部分之井戶層分解或昇華時之基板溫度T2，爲T1 S T2。 2 0 ·如申請專利範圍第1 8項之氮化鎵系化合物半導體積層物 之製造方法，其中該一部分之井戶層之分解或昇華，係 在含有氮源且未含有III族金屬源之氣體環境下進行。 2 1 ·如申請專利範圍第1 8項之氮化鎵系化合物半導體積層物 之製造方法，其中該一部分之井戶層之分解或昇華，係 在障壁層之形成步驟所進行。 '公

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