專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法、以及晶片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里說(shuō)明的實(shí)施例一般而言涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件、晶片、用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法以及用于制造晶片的方法。
背景技術(shù)：
氮化物半導(dǎo)體被用于諸如半導(dǎo)體發(fā)光器件和HEMT(高電子遷移率晶體管)器件的各種半導(dǎo)體器件。然而，由與GaN晶體的晶格失配導(dǎo)致的高密度穿通位錯(cuò)(threading dislocation)限制了這樣的氮化物半導(dǎo)體器件的特性。例如，一種基于氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體發(fā)光器件為近紫外光LED (發(fā)光二極管)器件(例如，發(fā)射波長(zhǎng)為例如400nm或更短)。希望將近紫外光LED作為用于白光LED等等的磷光體(phosphor)激勵(lì)光源。然而，近紫外光LED卻具有效率低的問(wèn)題。已經(jīng)提出了各種提議來(lái)提高基于氮化物半導(dǎo)體的近紫外光LED的效率。例如，日本專(zhuān)利2713094提出了一種用于控制包括在半導(dǎo)體發(fā)光器件中的各種層的條件的配置。然而，在提高近紫外光LED的效率方面仍然存在改善的空間。

發(fā)明內(nèi)容
總體而言，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件包括第一層、第二層以及發(fā)光部。所述第一層包含η型GaN和η型AKkiN中的至少一種。所述第二層包含ρ型AKkiN。 所述發(fā)光部具有單量子阱結(jié)構(gòu)。所述單量子阱結(jié)構(gòu)包括第一勢(shì)壘層、第二勢(shì)壘層以及阱層。 所述第一勢(shì)壘層被設(shè)置在所述第一層與所述第二層之間并包含AlxlGai_xl_yJnylN(0 < xl, 0 ( yl, xl+yl < 1)。所述第二勢(shì)壘層被設(shè)置在所述第一勢(shì)壘層與所述第二層之間并包含 Alx2Ga1^y2Iny2N(0 < x2，0彡y2, x2+y2 < 1)。所述阱層被設(shè)置在所述第一勢(shì)壘層與所述第二勢(shì)壘層之間，包含 Alx(1(;ai_x(1_yJnytlN(0 ^ χΟ,Ο < y0, x0+y0 < l,yl < y0,y2 < yO)，并被配置為發(fā)射近紫外光。根據(jù)另一實(shí)施例，一種晶片包括第一層、第二層以及發(fā)光部。所述第一層包含η型 GaN和η型AKiaN中的至少一種。所述第二層包含ρ型AKiaN。所述發(fā)光部具有單量子阱結(jié)構(gòu)。所述單量子阱結(jié)構(gòu)包括第一勢(shì)壘層、第二勢(shì)壘層以及阱層。所述第一勢(shì)壘層被設(shè)置在所述第一層與所述第二層之間并包含Alxl(iai_xl_yJnylN(0 < xl,0 ^ yl, xl+yl < 1)。所述第二勢(shì)壘層被設(shè)置在所述第一勢(shì)壘層與所述第二層之間并包含Alx2Gai_x2_y2Iny2N(0 < x2, 0^y2, x2+y2< 1)。所述阱層被設(shè)置在所述第一勢(shì)壘層與所述第二勢(shì)壘層之間，包含 Alx0Ga1^y0Iny0N(0 ^ χΟ,Ο < y0, x0+y0 < 1, yl < y0, y2 < y0)，并被配置為發(fā)射近紫外光。
根據(jù)又一實(shí)施例，公開(kāi)了一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。所述方法可以在襯底上形成單晶緩沖層，所述襯底的主表面為藍(lán)寶石層的c面。所述單晶緩沖層包含 Alx3Ga1^x3N(0. 8 ^ x3彡1)。所述方法可以在所述單晶緩沖層上形成GaN層并在所述GaN 層上形成η型半導(dǎo)體層。所述η型半導(dǎo)體層包括第一層。所述第一層包含η型GaN和η型 AlGaN中的至少一種。所述方法可以在所述η型半導(dǎo)體層上形成第一勢(shì)壘層。所述第一勢(shì)壘層包含Alxl(iai_xl_yJnylN(0 < xl，0彡yl,xl+yl < 1)。所述方法可以在所述第一勢(shì)壘層上形成阱層。所述阱層包含 Alx(1(;ai_x(1_y(Jny(1N(0 ^ χΟ,Ο < y0, x0+y0 < l,yl < yO, y2 < yO) 并被配置為發(fā)射近紫外光。所述方法可以在所述阱層上形成第二勢(shì)壘層。所述第二勢(shì)壘層包含Alx2(iai_x2_y2hy2N(0 < x2,0彡y2, x2+y2 < 1)。所述方法可以在所述第二勢(shì)壘層上形成P型半導(dǎo)體層。所述P型半導(dǎo)體層包括第二層。所述第二層包含P型AKiaN。此外，所述方法可以在形成所述P型半導(dǎo)體層之后去除所述襯底。根據(jù)再一實(shí)施例，公開(kāi)了一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底上形成AlN層，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述AlN層上形成GaN層，并通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述GaN層上形成η型半導(dǎo)體層。所述η型半導(dǎo)體層包括第一層。所述第一層包含η型GaN和η型AKiaN中的至少一種。所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述η型半導(dǎo)體層上形成第一勢(shì)壘層。所述第一勢(shì)壘層包含Alxl(iai_xl_ylInylN(0 < xl,O^yl, xl+yl < 1)。所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述第一勢(shì)壘層上形成阱層。所述阱層包含AlxCI(iai_x(l_y JnytlN (0 ( x0, 0 < y0,x0+y0 < l，yl < y0，y2 < yO)并被配置為發(fā)射近紫外光。所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述阱層上形成第二勢(shì)壘層。所述第二勢(shì)壘層包含Alx2(iai_x2_y2hy2N(0 <x2,0^ y2,x2+y2 < 1)。此外，所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述第二勢(shì)壘層上形成P型半導(dǎo)體層。所述P型半導(dǎo)體層包括第二層。所述第二層包含P型AKiaN。根據(jù)又一實(shí)施例，公開(kāi)了一種制造晶片的方法。所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底上形成AlN層，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述AlN層上形成GaN層，并通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述GaN層上形成η型半導(dǎo)體層。所述η 型半導(dǎo)體層包括第一層。所述第一層包含η型GaN和η型AKiaN中的至少一種。所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述η型半導(dǎo)體層上形成第一勢(shì)壘層。所述第一勢(shì)壘層包含Alxl(iai_xl_y JnylN (0 < xl,O^yl, xl+yl < 1)。所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述第一勢(shì)壘層上形成阱層。所述阱層包含Alx(1Gai_xC1_y(Jny(1N(0 ( χΟ,Ο < y0,x0+y0 < l,yl < yO, y2 < y0)并被配置為發(fā)射近紫外光。所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述阱層上形成第二勢(shì)壘層。所述第二勢(shì)壘層包含Alx2(;ai_x2_y2hy2N(0 < x2，0彡fZ, x2+y2< 1)。此外，所述方法可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述第二勢(shì)壘層上形成ρ 型半導(dǎo)體層。所述P型半導(dǎo)體層包括第二層。所述第二層包含P型AKiaN。


圖1為示例了根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖；圖2為示例了根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖；圖3為示例了根據(jù)第二實(shí)施例的另一半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖；圖4為示例了根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖5為示例了根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖；圖6為示例了根據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖；圖7為示例了根據(jù)第六實(shí)施例的晶片的配置的示意性截面圖；圖8為示例了根據(jù)第六實(shí)施例的另一晶片的配置的示意性截面圖；圖9為示例了根據(jù)第七實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的流程圖；以及圖10為示例了根據(jù)第八實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖是示意性或概念性的。例如，每一部分的厚度與寬度之間的關(guān)系以及各部分間的尺寸比率不必與現(xiàn)實(shí)情況相同。此外，依賴(lài)于各附圖，相同的部分可以以不同的尺寸或比率示出。在本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)和附圖中，與參考先前的附圖而在之前描述的要素相似的要素用相似的參考標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)記，并且在適當(dāng)時(shí)略去了對(duì)其的詳細(xì)說(shuō)明。圖1為示例了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖。如圖1所示，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10包括包含η型GaN和η型AlGaN 中的至少一種的第一層131、包含ρ型AlGaN的第二層151、以及在第一層131與第二層151 之間設(shè)置的發(fā)光部140。第一層131、發(fā)光部140以及第二層151沿Z軸方向?qū)盈B。第一層131包含例如 Si。第二層151包含例如Mg。發(fā)光部140具有由第一勢(shì)壘層141、第二勢(shì)壘層142以及阱層143構(gòu)成的單量子阱 (SQff)結(jié)構(gòu)。第一勢(shì)壘層141被設(shè)置在第一層131與第二層151之間。第二勢(shì)壘層142被設(shè)置在第一勢(shì)壘層141與第二層151之間。阱層143被設(shè)置在第一勢(shì)壘層141與第二勢(shì)壘層142之間。第一勢(shì)壘層141、阱層143以及第二勢(shì)壘層142沿Z軸方向?qū)盈B。第一勢(shì)壘層141 包含 AUfeihhJnylN(0 < xl,0 ^ yl, xl+yl < 1)。第二勢(shì)壘層142 包含 Alx2Gai_x2_y2Iny2N(0 < x2，0 彡 y2, x2+y2 < 1)。這里，x2 可以等于或不同于xl。此外，y2可以等于或不同于yl。特別地，x2 < xl是更優(yōu)選的。阱層143 包含 AlJiihhJrv^O ^ χΟ,Ο < y0, x0+y0 < 1, yl < y0, y2 < yO)。 也就是，阱層 143 包含 ^vycJrviN(0 < y0 ^ l,yl < y0, y2 < y0)。阱層143具有不小于4. 5納米(nm)且不大于9nm的厚度(沿Z軸方向的長(zhǎng)度)。阱層143發(fā)射近紫外光。阱層143的發(fā)射光的峰值波長(zhǎng)為例如不小于380nm且不大于400nm。也就是，發(fā)光部140的發(fā)射光的峰值波長(zhǎng)為例如不小于380nm且不大于400nm。 也就是，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10發(fā)射近紫外光。通過(guò)上述配置，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10可以高效率地發(fā)射近紫外光。在該實(shí)例中，第一層131示例性地為包含Si的η型限制層。第二層151示例性地為由包含Mg的ρ型AlGaN構(gòu)成的ρ型限制層。例如，在如圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件10中，由AlN構(gòu)成的第一緩沖層121被設(shè)置在具有由例如藍(lán)寶石c面構(gòu)成的表面的襯底110上，并在第一緩沖層121上設(shè)置由未摻雜的GaN構(gòu)成的第二緩沖層122(晶格弛豫層)。具體地，第一緩沖層121包括形成在襯底 110上的高碳濃度第一 AlN緩沖層121a和形成在第一 AlN緩沖層121a上的高純度第二 AlN 緩沖層121b。在第一 AlN緩沖層121a中的碳濃度大于在第二 AlN緩沖層121b中的碳濃度。在第二緩沖層122上，層疊由Si摻雜的η型GaN構(gòu)成的η型接觸層130、Si摻雜的η型限制層(第一層131)、發(fā)光部140、由Mg摻雜的ρ型AWaN構(gòu)成的ρ型限制層(第二層151)、以及由Mg摻雜的ρ型GaN構(gòu)成的ρ型接觸層150。此外，在ρ型接觸層150上，設(shè)置由例如Ni構(gòu)成的ρ側(cè)電極160。在η型接觸層 130上，設(shè)置由例如Al/Au的層疊膜構(gòu)成的η側(cè)電極170。第一勢(shì)壘層141可以包含例如Si摻雜的η型AlfeJnN。第二勢(shì)壘層142可以包含 AlGaInN0第二勢(shì)壘層142可以用Si摻雜或不用Si摻雜，或者可以部分地用Si摻雜。在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10中，阱層143的帶隙小于第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142的帶隙。抑制了包括在半導(dǎo)體發(fā)光器件10中的其他半導(dǎo)體層對(duì)從阱層143 發(fā)射的光的吸收，因此可以高效率地將光提取到外部。由此，可以實(shí)現(xiàn)用于高效率地發(fā)射近紫外線光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。在下面，將描述上述層的示例性配置。然而，該實(shí)施例卻并不受此限制?？梢赃M(jìn)行各種修改。第一緩沖層121的厚度可以為例如約2微米(μπι)。第一 AlN緩沖層121a的厚度例如不小于3nm且不大于20nm。第二 AlN緩沖層121b的厚度為例如約2 μ m。第二緩沖層122 (晶格弛豫層)的厚度可以為例如2 μ m。η型接觸層130的Si濃度可以為例如不小于5 X IO18CnT3且不大于2 X 1019cnT3。η 型接觸層130的厚度可以為例如約6 μ m。η型限制層(第一層131)包含例如Si摻雜的η型GaN。η型限制層中的Si濃度可以為例如約2 X IO18CnT3。η型限制層的厚度可以為例如0. 5 μ m。ρ型限制層(第二層151)包含例如Mg摻雜的ρ型Ala25G^1.75Ν。ρ型限制層的厚度可以為例如約對(duì) 。在ρ型限制層中，在第二勢(shì)壘層142側(cè)上的Mg濃度可以為例如約 3 X IO1W,并且在與第二勢(shì)壘層142相對(duì)的側(cè)上(在ρ側(cè)電極160側(cè)上)的Mg濃度可以為例如IXlO1W30在ρ型接觸層150中，在ρ型限制層側(cè)上的Mg濃度可以為例如約IX 1019cnT3，并且在與η型限制層相對(duì)的側(cè)上(在該實(shí)例中，在P側(cè)電極160側(cè)上)的Mg濃度可以為例如不低于5 X IO19CnT3且不高于9 X IO19CnT3。阱層143可以包含例如feJnN。阱層143的厚度不小于4. 5nm且不大于9nm。阱層143可以包含例如GiWn0.07N。阱層143的厚度可以為例如約6nm。從發(fā)光部140(阱層14 發(fā)射的光為近紫外光。第一勢(shì)壘層141可以包含例如Si摻雜的η型ΑΙ^&^Ιη。.。^。在第一勢(shì)壘層 141中的Si濃度可以為例如不低于IX IO19cnT3且不高于2 X 1019CnT3。第一勢(shì)壘層141的厚度可以為例如約13. 5nm。第二勢(shì)壘層142可以包含例如AlaQ65Giia93Μα(1(15Ν。第二勢(shì)壘層142的厚度可以為例如約torn。根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10提供了高效率地發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件?；谙旅婷枋龅膶?shí)驗(yàn)結(jié)果和考慮，發(fā)明人構(gòu)建了能夠高效率地發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置。許多基于氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體發(fā)光器件采用多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。MQW結(jié)構(gòu)具有在其中交替地層疊多個(gè)勢(shì)壘層和多個(gè)阱層的配置。例如，在基于氮化物半導(dǎo)體的發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體發(fā)光器件中同樣采用MQW結(jié)構(gòu)。 在發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在阱層中的h組成比(composition ratio)被設(shè)定為不低于0. 15且不高于0. 25。如果具有這樣的高h(yuǎn)組成比的阱層被形成為厚的，則晶體質(zhì)量易于劣化。因此，在發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，阱層的厚度通常被設(shè)定為不小于2nm且不大于3nm。然而，如果阱層的厚度是薄的，則在阱層中限制載流子效果會(huì)降低。出于該原因，發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體發(fā)光器件采用在其中層疊有多個(gè)阱層的MQW結(jié)構(gòu)。另一方面，基于這樣的藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了近紫外光半導(dǎo)體發(fā)光器件。也就是，對(duì)基于MQW的近紫外光半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行了大量研究。發(fā)明人進(jìn)行了各種研究以提高具有MQW結(jié)構(gòu)的近紫外光半導(dǎo)體發(fā)光器件的效率。 發(fā)明人在這些研究中所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，減薄了 MQW結(jié)構(gòu)中的勢(shì)壘層和阱層的對(duì)的一部分的厚度。也就是，減薄MQW結(jié)構(gòu)中的阱層的一部分的厚度以提供不顯著發(fā)光的部分，并研究了該情況下的發(fā)光效率。具體地，在η型半導(dǎo)體層上形成晶體應(yīng)變弛豫層。在晶體應(yīng)變弛豫層中，交替地層疊具有2. 5nm厚度的GaN層和具有Inm厚度的(ialnN層。在晶體應(yīng)變弛豫層上形成具有 MQW結(jié)構(gòu)的發(fā)光部140。進(jìn)一步在發(fā)光部140上形成ρ型半導(dǎo)體層。由此形成半導(dǎo)體發(fā)光器件。評(píng)估了該半導(dǎo)體發(fā)光器件的光發(fā)射特性。這里，發(fā)光部140的MQW結(jié)構(gòu)中的阱層的數(shù)目為例如八個(gè)。然后，減小在MQW結(jié)構(gòu)中的勢(shì)壘層(例如，5nm厚)和阱層(例如，3.5nm 厚)的對(duì)的一部分的厚度。更具體而言，將與勢(shì)壘層對(duì)應(yīng)的部分的厚度設(shè)定為2. 5nm，并將與阱層對(duì)應(yīng)的部分的厚度設(shè)定為lnm。然后，在改變具有減小的厚度的勢(shì)壘層和阱層的對(duì)的數(shù)目的同時(shí)，測(cè)量發(fā)光效率。該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，在減小勢(shì)壘層和阱層的對(duì)的一部分的厚度的情況下的發(fā)光效率有時(shí)與在沒(méi)有減小厚度的情況下的發(fā)光效率是可比較的。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，已經(jīng)預(yù)計(jì)如果減少M(fèi)QW結(jié)構(gòu)中的勢(shì)壘層和阱層的對(duì)的數(shù)目則發(fā)光效率會(huì)降低。然而，在實(shí)驗(yàn)的實(shí)際結(jié)果中，在勢(shì)壘層和阱層的對(duì)的數(shù)目小的情況下，發(fā)光效率也是高的。通過(guò)分析該結(jié)果的原因，發(fā)現(xiàn)發(fā)生了以下現(xiàn)象。如果勢(shì)壘層和阱層的對(duì)的數(shù)目大，可以提高限制載流子的效果，因此發(fā)光效率會(huì)提高。此外，還發(fā)現(xiàn)，如果勢(shì)壘層和阱層的對(duì)的數(shù)目大，則勢(shì)壘層和阱層的一部分會(huì)作為用于提高晶體質(zhì)量的緩沖層并提高效率。另一方面，還發(fā)現(xiàn)，如果勢(shì)壘層和阱層的對(duì)的數(shù)目大，則多個(gè)阱層會(huì)具有不均勻的特性并導(dǎo)致發(fā)光效率降低。例如，在設(shè)置了多個(gè)阱層的情況下，P型半導(dǎo)體層附近的阱層與 η型半導(dǎo)體層附近的阱層的載流子注入效率是不同的。由此，發(fā)光效率在多個(gè)阱層之間變化。
此外，結(jié)果表明在一個(gè)阱層中發(fā)射的光會(huì)被另一個(gè)阱層吸收并導(dǎo)致效率降低。由此，發(fā)明人注意到，即使減少M(fèi)QW結(jié)構(gòu)中的勢(shì)壘層和阱層的對(duì)的數(shù)目，也可以實(shí)現(xiàn)高發(fā)光效率。通過(guò)分析該結(jié)果的原因，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了以下現(xiàn)象。也就是，多個(gè)阱層具有不均勻的特性，并且一個(gè)阱層中所發(fā)射的光在另一個(gè)阱層中被吸收。此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該現(xiàn)象顯著限制了 MQW結(jié)構(gòu)的效率提高。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)MQW結(jié)構(gòu)中的多個(gè)阱層的特性的均勻性，還進(jìn)行了各種測(cè)試。 然而，在實(shí)踐中，與現(xiàn)有情況相比，難以顯著提高多個(gè)阱層的特性的均勻性。通過(guò)調(diào)查妨礙MQW結(jié)構(gòu)的效率提高的原因，發(fā)明人推斷，在一些情況下，不包括多個(gè)阱層的結(jié)構(gòu)最終是更有利的。發(fā)明人實(shí)際制造了包括單個(gè)阱層的近紫外光半導(dǎo)體發(fā)光器件并評(píng)估了其特性。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了比MQW結(jié)構(gòu)高的發(fā)光效率。因此，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果和上述對(duì)其的分析，對(duì)于多個(gè)阱層中的不均勻性和光吸收的現(xiàn)象獲得了新發(fā)現(xiàn)?；谶@些發(fā)現(xiàn)構(gòu)建了該實(shí)施例的配置。更具體而言，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10包括包含η型GaN和η型AWaN 中的至少一種的第一層131、包含ρ型AKiaN的第二層151、以及被設(shè)置在第一層131與第二層151之間并具有單阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光部140。因此，不存在由于多個(gè)阱層的不均勻性和從一個(gè)阱層發(fā)射的光被另一阱層吸收而導(dǎo)致的效率降低。由此，獲得了以高效率發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。在該實(shí)施例中，設(shè)置單個(gè)阱層143。因此，不存在在多個(gè)阱層情況下引起的載流子注入效率的不均勻性。在該實(shí)施例中，阱層143的帶隙小于其他層(例如，第一勢(shì)壘層141、第二勢(shì)壘層 142、包含GaN的層以及包含AlGaN的層)的帶隙。也就是，在該實(shí)施例中，存在具有小帶隙的單個(gè)層(阱層14 ，而其他層的帶隙較大。因此，抑制了其他層對(duì)從阱層143發(fā)射的光的吸收。由此，發(fā)射光被有效地提取到外部。另一方面，在包括多個(gè)阱層143的多量子阱結(jié)構(gòu)的情況下，例如，即使多個(gè)阱層 143具有小于其他層的帶隙，但所述多個(gè)阱層143具有基本上相同的帶隙。因此，在一個(gè)阱層143中發(fā)射的光會(huì)在另一阱層143中被吸收。這降低了效率。這里，如上所述，在發(fā)射藍(lán)光(發(fā)射的峰值波長(zhǎng)為例如不小于450nm且不大于 480nm)的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，阱層中的h組成比是高的。因此，如果形成了具有4. 5nm或更大的厚度的阱層，則GaN層與阱層之間的晶格失配會(huì)導(dǎo)致發(fā)生過(guò)量的應(yīng)變。這降低了晶體質(zhì)量，并降低了光發(fā)射強(qiáng)度。另一方面，如果阱層的厚度小于4. 5nm，則阱層中的載流子限制變?nèi)?。由此，在SQW結(jié)構(gòu)中不能形成具有高發(fā)光效率的阱層。結(jié)果，采用MQW結(jié)構(gòu)。比較而言，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10中，為了發(fā)射近紫外光，阱層143 的厚度被設(shè)定為不小于4.5nm且不大于9nm。這比藍(lán)光發(fā)射的情況更厚。因此，即使在SQW 結(jié)構(gòu)中，阱層143中的限制載流子的效果也足夠高。此外，因?yàn)橼鍖邮菃蝹€(gè)的，因此不存在多個(gè)阱層中的載流子的不均勻性。該單個(gè)阱層143可以基于具有最優(yōu)特性的規(guī)格。結(jié)果， 可以使阱層143中的發(fā)光效率最大化。此外，阱層不再遭受發(fā)生在多個(gè)阱層中的吸收現(xiàn)象。 因此，同樣可以提高光提取效率。由此，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10可以實(shí)現(xiàn)高效率地發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
在該實(shí)施例中，阱層143包含例如GEta93Inaci7I阱層143的厚度不小于4. 5nm且不大于9nm。根據(jù)發(fā)明人的調(diào)查，如果阱層143的厚度小于4. 5nm，光發(fā)射強(qiáng)度顯著地低。如果阱層143的厚度大于9nm，光發(fā)射譜被加寬并且光發(fā)生強(qiáng)度顯著減小。通過(guò)將阱層143的厚度設(shè)定為不小于4. 5nm且不大于9nm，可獲得了高發(fā)射效率和良好的光譜特性。在阱層143的厚度小于4. 5nm的情況下，認(rèn)為載流子從阱層143到勢(shì)壘層(例如， 第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142中的至少一個(gè))的擴(kuò)展增加，并導(dǎo)致效率降低。如果阱層143的厚度超過(guò)9nm，GaN層(例如，第二緩沖層122、η型接觸層130、Si摻雜的η型限制層等等)與阱層143之間的晶格失配增大。由此，可以推斷，過(guò)量的應(yīng)變被施加到晶體并降低了晶體質(zhì)量。特別地，在阱層143的厚度不小于5nm且不大于7nm的情況下，光發(fā)射強(qiáng)度幾乎恒定，并且光譜中的變化小。當(dāng)阱層143的厚度為5nm或更大時(shí)，光發(fā)射強(qiáng)度幾乎恒定。因此， 可以推斷載流子一般存在于阱層143中。當(dāng)阱層143的厚度為7nm或更小時(shí)，譜加寬幾乎不發(fā)生。因此，可以推斷，即使晶體的形狀、組成等等包括波動(dòng)，在整個(gè)區(qū)域(例如，阱層143 的整個(gè)區(qū)域)中也幾乎不發(fā)生由應(yīng)變導(dǎo)致的結(jié)晶性降低。在該實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)上述配置，這是因?yàn)橼鍖?43包含fe^nN以使從發(fā)光部 140(阱層143)發(fā)射的光為近紫外光，即，發(fā)射光為具有例如不小于380nm且不大于400nm 的峰值波長(zhǎng)的近紫外光。在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片中，形成厚GaN層。因此，具有比GaN的吸收邊波長(zhǎng)更高的能量的光被強(qiáng)吸收。對(duì)于380nm或更長(zhǎng)的發(fā)射波長(zhǎng)，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片中設(shè)置具有小帶隙的單個(gè)量子阱層。這使得可以享有實(shí)現(xiàn)具有發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片的效果。此外，對(duì)于400nm或更短波長(zhǎng)的光，不需要增大阱層143的feJnN中的In組成比， 并且可以增厚阱層143。因此，即使在單個(gè)阱層中，也可以有效地注入電流。由此，在器件中不存在光吸收，從而實(shí)現(xiàn)了高效率。此外，在電流的實(shí)際值下，向發(fā)光層(阱層143)中的電流注入效率的降低是小的。因此，可以實(shí)現(xiàn)具有高效率和高光輸出功率的半導(dǎo)體發(fā)光器件?；趯?duì)根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10的結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步調(diào)查，除了上述解決了多個(gè)阱層中的載流子不均勻性和再吸收的問(wèn)題的效果之外，還發(fā)現(xiàn)了因晶體質(zhì)量而提高了發(fā)光效率的附加效果。也就是，在該實(shí)施例中，因?yàn)橼鍖邮菃蝹€(gè)的，可以使其他層最優(yōu)化以使阱層的晶體質(zhì)量最大化。根據(jù)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，獲得了以下發(fā)現(xiàn)。在藍(lán)寶石襯底上設(shè)置基于氮化物半導(dǎo)體 (例如，GaN)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的情況下，由于藍(lán)寶石襯底與GaN之間的晶格失配，在GaN 晶體(例如，GaN緩沖層)中會(huì)產(chǎn)生晶體缺陷。通過(guò)在GaN層上層疊高應(yīng)變層來(lái)降低這樣的缺陷的影響。此外，如果在高應(yīng)變層上形成包括由GaInN構(gòu)成的多個(gè)阱層的MQW結(jié)構(gòu)，則因?yàn)橼鍖拥木Ц癯?shù)與GaN層的晶格常數(shù)不同，發(fā)生應(yīng)變。因此，通過(guò)多個(gè)阱層減小了晶體缺陷的影響。也就是，通過(guò)層疊多個(gè)阱層，隨著層疊的阱層的數(shù)目增多，并可以生長(zhǎng)受到晶體缺陷的較小影響的高質(zhì)量晶體。然而，如果晶格失配層的總數(shù)目是大的，則應(yīng)變的量過(guò)大地增加，從而晶體質(zhì)量再次降低。根據(jù)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，還獲得了以下發(fā)現(xiàn)。在使用(^a(Al)InN作為發(fā)光層的晶片(半導(dǎo)體發(fā)光器件)中，對(duì)晶體質(zhì)量的敏感性隨發(fā)射波長(zhǎng)顯著變化。具體地，在大于400nm波長(zhǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)，即使晶體質(zhì)量降低，發(fā)光效率的變化也是小的。然而，在400nm或更短的短波長(zhǎng)側(cè)，發(fā)光效率隨發(fā)射波長(zhǎng)減小而急劇降低。更具體而言，在400nm或更短的短波長(zhǎng)處，每一個(gè)譜的短波長(zhǎng)側(cè)降低，仿佛其不能超過(guò)某一種包絡(luò)線。因此，隨著發(fā)射波長(zhǎng)變短，發(fā)光效率降低。然而，在高質(zhì)量晶體中，即使發(fā)射波長(zhǎng)為400nm或更短的短波長(zhǎng)，發(fā)光效率的降低也是有限的。在該情況下，如果波長(zhǎng)(峰值波長(zhǎng))為短波長(zhǎng)，則整個(gè)譜移動(dòng)到短波長(zhǎng)側(cè)而沒(méi)有顯著的變化。因此，特別地，通過(guò)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量晶體的生長(zhǎng)，可以特別地在400nm或更短的波長(zhǎng)的近紫外光波長(zhǎng)范圍中實(shí)現(xiàn)高效率的光發(fā)射?；谶@些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)明人推斷，僅僅單個(gè)阱層可以被形成為具有良好的晶體質(zhì)量。此外，發(fā)明人推斷，通過(guò)使包括在半導(dǎo)體發(fā)光器件中的每一個(gè)層最優(yōu)化以使單個(gè)阱層的晶體質(zhì)量最大化，則可以使發(fā)光效率最大化。此外，發(fā)明人推斷，該方法即使在發(fā)射具有 400nm或更短的波長(zhǎng)的近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件中也能實(shí)現(xiàn)高效率的光發(fā)射。也就是，在該實(shí)施例中，可以使全體條件最優(yōu)化以使單個(gè)阱層143的晶體質(zhì)量最大化。然后，最優(yōu)化包括在半導(dǎo)體發(fā)光器件中的每一個(gè)半導(dǎo)體層的條件，以便載流子可以在最優(yōu)的條件下注入到單個(gè)阱層143中。由此，通過(guò)使用具有均勻的且最優(yōu)的特性的單個(gè)阱層，可以比使用多個(gè)阱層的情況下更有效地進(jìn)行光發(fā)射和光提取。也就是，因?yàn)榘l(fā)光部140包括單個(gè)阱層143，可以將半導(dǎo)體發(fā)光器件設(shè)計(jì)并制造為使得單個(gè)阱層143的特性最優(yōu)化。由此，可以使發(fā)光部140的特性最優(yōu)化。如上所述，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10可以提供高效率地發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。下面將說(shuō)明根據(jù)該實(shí)施例的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件10的示例性方法。首先，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積，在具有由藍(lán)寶石c面構(gòu)成的表面的襯底110上形成具有約2μπι厚度的用于構(gòu)成第一緩沖層121的AlN膜。具體地，形成具有不小于3nm 且不大于20nm的厚度的高碳濃度第一 AlN緩沖層121a (具有例如不低于3 X 1018cm_3且不高于5X IO2tlCnT3的碳濃度)。此外，在第一 AlN緩沖層121a上形成具有2 μ m厚度的高純度第二 AlN緩沖層121b (具有不低于1 X IO16CnT3且不高于3 X 1018cm_3的碳濃度)。隨后， 在第二 AlN緩沖層121b上形成具有2 μ m厚度的未摻雜的GaN膜作為第二緩沖層122 (晶格弛豫層)。隨后，形成6 μ m厚度的具有不低于1 X IO19CnT3且不高于2 X 1019cm_3的Si濃度的Si摻雜的η型GaN膜作為η型接觸層130。此外，形成0. 5 μ m厚度的具有2 X 1018cm_3 的Si濃度的Si摻雜的η型GaN層作為η型限制層(第一層131)。進(jìn)一步在第一層131 上，形成13. 5nm厚度的具有不低于0. 5X IO19CnT3且不高于2X IO1W3的Si濃度的Si摻雜的η型Alatl65Giia93Inacici5N膜作為第一勢(shì)壘層141。此外，形成6nm厚度的GaInN膜作為阱層143。此夕卜，形成6nm厚度的Α1α(16#α93Ιη_5Ν膜作為第二勢(shì)壘層142。進(jìn)一步在第二勢(shì)壘層142上，形成具有Mnm厚度的Mg摻雜的ρ型Ala25Giia75N膜(Mg濃度在第二勢(shì)壘層142側(cè)上為1. 8 X ΙΟ19—，在與第二勢(shì)壘層142相對(duì)的側(cè)上為1 X IO19cnT3)作為ρ型限制層(第二層151)。此外，形成Mg摻雜的ρ型GaN膜(Mg濃度在第二層151側(cè)上的濃度為 IX IO19CnT3，在與第二層151相對(duì)的側(cè)上為不低于5 X IO19CnT3且不高于9 X 1019cm_3)作為ρ 型接觸層150。由此，依次層疊上述層。然后，通過(guò)例如以下示例的方法為包括這些半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊層體(stackedbody)設(shè)置電極。如圖1所示，在半導(dǎo)體層疊層體的部分區(qū)域中，通過(guò)使用掩模的干法蝕刻去除ρ型半導(dǎo)體層和發(fā)光部140直到將η型接觸層暴露到表面。然后，通過(guò)使用熱CVD (化學(xué)氣相沉積)裝置，在包括η型半導(dǎo)體層的暴露的表面的半導(dǎo)體層疊層體上整個(gè)地形成400nm厚度的SiO2膜(未示出)。然后，形成ρ側(cè)電極160。更具體而言，首先在半導(dǎo)體層疊層體上形成用于抗蝕劑剝離(lift-off)的構(gòu)圖的抗蝕劑。通過(guò)氟化銨處理去除在ρ型接觸層150上的SiO2膜。 在通過(guò)去除SiA膜而暴露的該區(qū)域上，通過(guò)例如真空蒸發(fā)裝置形成200nm膜厚度的Ag反射導(dǎo)電膜作為P側(cè)電極160，然后在350°C下在氮?dú)夥罩袩Y(jié)1分鐘。然后，形成η側(cè)電極170。更具體而言，首先在半導(dǎo)體層疊層體上形成用于抗蝕劑剝離的構(gòu)圖的抗蝕劑。通過(guò)氟化銨處理去除在暴露的η型接觸層130上的SiO2膜。在通過(guò)去除SW2膜而暴露的該區(qū)域上，例如，形成具有500nm膜厚度的由Ti膜/Pt膜/Au膜構(gòu)成的層疊膜作為η側(cè)電極170。替代地，η側(cè)電極170可以包含高反射銀合金(例如，包含約1 %的Pd)。在該情況下，為了改善歐姆接觸，將η型接觸層130形成為兩層結(jié)構(gòu)。生長(zhǎng)約0. 3 μ m厚度的具有不低于1. 5X IO19Cm-3且不高于3X IO19CnT3的Si濃度的高濃度層作為電極形成部分。這可以抑制由Si離析(segregation)導(dǎo)致的可靠性降低。接下來(lái)，研磨襯底110的后表面(在與第一緩沖層121相對(duì)的側(cè)上的表面)。通過(guò)例如解理或藍(lán)寶石刀刃切割(blade cutting)來(lái)切割襯底110和半導(dǎo)體層疊層體。由此， 制成單獨(dú)化的LED元件，即，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10，其寬度為400 μ m且其厚度為 100 μ m。根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10包括這樣的半導(dǎo)體層，其包括η型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層以及被設(shè)置在η型半導(dǎo)體層與ρ型半導(dǎo)體層之間的發(fā)光部140。雖然對(duì)這些半導(dǎo)體層的材料沒(méi)有特別的限制，但可以使用基于氮化鎵的化合物半導(dǎo)體，例如， AlalGa1-a1-MlneiN(a 1彡0，β 1彡0，a 1+β 1彡1)。也就是，該實(shí)施例中的半導(dǎo)體層可以包含氮化物半導(dǎo)體。雖然對(duì)形成這些半導(dǎo)體層的方法沒(méi)有特別的限制，但可以使用諸如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積和分子束外延的技術(shù)。雖然沒(méi)有具體的限制，但可以使用諸如藍(lán)寶石、SiC、GaN、GaAs和Si的襯底作為襯底110。襯底110可以最終被去除。通過(guò)利用低缺陷晶體，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10實(shí)現(xiàn)了在近紫外光范圍內(nèi)的高效率光發(fā)射。通過(guò)提高發(fā)光部140自身的效率并抑制電子從發(fā)光部140的溢流 (overflow)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率光發(fā)射。為此，半導(dǎo)體發(fā)光器件10基于具有高Al組成比和大膜厚度的P型限制層(第二層151)的便利的使用的配置。下面，將說(shuō)明該配置。首先，將說(shuō)明在第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142中的Si濃度分布與施加到阱層 143的壓電場(chǎng)之間的關(guān)系。壓電場(chǎng)被施加到阱層143。因此，在阱層143與第二勢(shì)壘層142之間的界面處，正電荷從阱層143滲入(penetrate into)第二勢(shì)壘層142。另一方面，在阱層143與第一勢(shì)壘層141之間的界面處，負(fù)電荷從阱層143滲入第一勢(shì)壘層141。阱層143的ρ型限制層(第二層151)側(cè)包含許多電子。因此，從第二勢(shì)壘層142 向阱層143的電子供給可以是低的。由此，在與該界面接觸的勢(shì)壘層(第二勢(shì)壘層142)中， Si濃度可以是低的。也就是，可以不用Si故意地?fù)诫s第二勢(shì)壘層142。另一方面，阱層143的η型限制層(第一層131)側(cè)不包含許多電子。因此，希望有效地將電子從第一勢(shì)壘層141側(cè)供給到阱層143。由此，在與該界面接觸的第一勢(shì)壘層 141中，Si濃度優(yōu)選地被設(shè)定到高水平。也就是，用Si高摻雜第一勢(shì)壘層141。具體地，在第一勢(shì)壘層141中的Si濃度優(yōu)選不低于0. 5 X IO1W3且不高于2Χ 1019cm_3。此外將Si濃度設(shè)定為不低于1. OX IO19CnT3且不高于1. 2 X IO19CnT3使得能夠供給高濃度電子而不會(huì)劣化晶體。在不低于1. 2 X IO19CnT3且不高于1. 5 X IO19CnT3的Si濃度范圍中，會(huì)發(fā)生發(fā)射譜的加寬，推測(cè)這與晶體劣化有關(guān)。然而，可以增加電子供給，因此光發(fā)射強(qiáng)度是高的。具有低Si濃度的第二勢(shì)壘層142位于阱層143的ρ型限制層(第二層151)側(cè)。 具有高Si濃度的第一勢(shì)壘層141位于阱層143的η型限制層(第一層131)側(cè)。換言之， 在發(fā)光部140中，從ρ型限制層(第二層151)側(cè)到η型限制層(第一層131)側(cè)，Si濃度提尚。如上所述，通過(guò)使Si濃度在第一勢(shì)壘層141中與在第二勢(shì)壘層142中之間變化， 可以提高發(fā)光效率。此外，可以減小發(fā)射頻的半寬。下面，將說(shuō)明Si濃度與發(fā)射譜的之間的關(guān)系。在第一勢(shì)壘層141與阱層143接觸的界面處，大量電子從高摻雜的Si流到阱層 143中，并且大量的帶電荷的Si保留在第一勢(shì)壘層141側(cè)。在該界面處的電子濃度和Si濃度分布用于抵消壓電場(chǎng)。結(jié)果，壓電場(chǎng)被減弱。如果壓電場(chǎng)被減弱，由壓電場(chǎng)彎曲的發(fā)光部 140的能帶被展平。因此，改善了發(fā)光效率。此外，窄化了發(fā)射譜的半寬。這里，在發(fā)光部140包括多個(gè)阱層的情況下，在多個(gè)阱層之間插入摻雜有η型雜質(zhì)的勢(shì)壘層。這傾向于引起在多個(gè)阱層中不同地發(fā)生壓電效應(yīng)的問(wèn)題。然而，在該實(shí)施例中， 因?yàn)榘l(fā)光部140包括單個(gè)阱層143，因此不會(huì)發(fā)生該問(wèn)題。由此，第二勢(shì)壘層142具有低濃度的η型雜質(zhì)或未用η型雜質(zhì)故意摻雜。另一方面，第一勢(shì)壘層用η型雜質(zhì)高摻雜。也就是，在設(shè)置多個(gè)阱層的情況下，為在多個(gè)阱層中實(shí)現(xiàn)均勻載流子濃度分布施加了限制。然而，在該實(shí)施例中，消除了該限制，因此雜質(zhì)濃度的設(shè)計(jì)具有更高的適應(yīng)性和寬容性(allowance)。也就是，第二勢(shì)壘層142僅僅需要被η型摻雜劑低濃度地?fù)诫s或不用 η型摻雜劑故意摻雜。第一勢(shì)壘層141僅僅需要被η型摻雜劑高濃度地?fù)诫s。通過(guò)這樣的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，可以獲得良好的載流子分布。如上所述，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10中，通過(guò)控制在發(fā)光部140中的雜質(zhì)濃度并由此控制發(fā)光部140中的壓電場(chǎng)而提高了發(fā)光效率。因此，該實(shí)施例可以提供高效率地發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。接下來(lái)，將說(shuō)明通過(guò)控制Si濃度而改善可靠性并降低驅(qū)動(dòng)電壓的效果。在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10中，使得第二勢(shì)壘層142中的Si濃度低于在第一勢(shì)壘層141中的Si濃度。由此，可以改善可靠性，并可以降低半導(dǎo)體發(fā)光器件10的驅(qū)動(dòng)電壓。
通過(guò)降低第二勢(shì)壘層142中的Si濃度，從阱層143向ρ型限制層(第二層151) 的電子溢流被降低。因此，改善了半導(dǎo)體發(fā)光器件的可靠性。此外，通過(guò)降低第二勢(shì)壘層142中的Si濃度，降低了第二勢(shì)壘層142的能量勢(shì)壘高度。這使得空穴難以進(jìn)入第二勢(shì)壘層142且對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光器件10中的電壓降低是有效的。因此，可以降低ρ型限制層(第二層151)中的Al組成比，由此改善器件的可靠性。例如，如果第二勢(shì)壘層142中的Si濃度為約lX1019cm_3，則ρ型限制層(第二層151) 中的Al組成比需要為25%或更高。然而，如果第二勢(shì)壘層142沒(méi)有用Si摻雜，則ρ型限制層(第二層151)中的Al組成比可以減小至20%。如上所述，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10中，通過(guò)降低第二勢(shì)壘層142中的Si濃度來(lái)提高發(fā)光效率。因此，該實(shí)施例可以提供具有高效率、高可靠性和低驅(qū)動(dòng)電壓的發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。這里，第二勢(shì)壘層142中的Si濃度可以是均勻的，或例如，Si濃度可以沿厚度方向變化。例如，第二勢(shì)壘層142可以包括具有高Si濃度的第一部分和具有低Si濃度的第二部分。在該情況下，Si濃度分布可以階梯狀變化或連續(xù)變化，只要第二勢(shì)壘層142中的 Si濃度低于第一勢(shì)壘層141的Si濃度。下面將詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10的每一層。高碳濃度第一 AlN緩沖層121a用于減輕與襯底110的晶體類(lèi)型差異，并特別地降低螺位錯(cuò)。此外，高純度第二 AlN緩沖層121b用于以原子級(jí)平坦化表面。這減少了將在其上生長(zhǎng)的未摻雜的GaN緩沖層(第二緩沖層122)中的晶體缺陷。為此，高純度第二 AlN緩沖層121b的膜厚度優(yōu)選大于1 μ m。此外，為了防止由應(yīng)變導(dǎo)致的翹曲，高純度第二 AlN緩沖層121b的厚度優(yōu)選為4μπι或更小。這里，如上所述，第一緩沖層121可以包含Α1Ν。然而，該實(shí)施例不局限于此。例如，第一緩沖層121可以包含Ala2(iai_a2N(0.8彡a2 ^ 1)。在該情況下，可以通過(guò)調(diào)整Al 組成比來(lái)補(bǔ)償晶片翹曲。通過(guò)在第一緩沖層121上的三維島生長(zhǎng)來(lái)形成第二緩沖層122(晶格弛豫層)，第二緩沖層122由此用于缺陷減少和應(yīng)變弛豫。為了平坦化生長(zhǎng)表面，第二緩沖層122(晶格弛豫層)的平均厚度優(yōu)選為0.6μπι或更大。從生產(chǎn)率和減小翹曲的角度，第二緩沖層 122 (晶格弛豫層)的厚度優(yōu)選不小于0. 8 μ m且不大于2 μ m。通過(guò)采用這些緩沖層，與通過(guò)低溫生長(zhǎng)形成的常規(guī)緩沖層相比可以將位錯(cuò)密度降低到1/10或更小。這使得能夠以由于異常生長(zhǎng)而難以采用的高生長(zhǎng)溫度以及V族原材料與III族原材料的高比率而進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。由此，抑制了點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生。這使得能夠高濃度摻雜具有高Al組成比的AWaN層和勢(shì)壘層(第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142)。如上所述，第一勢(shì)壘層141包含例如Si摻雜的四元混合晶體AlfetInN(Al組成比不低于6%且不高于10%，In組成比不低于0. 3%且不高于1. 0% )。第二勢(shì)壘層142包含例如四元混合晶體AlfetInN (Al組成比不低于6 %且不高于10 %，In組成比不低于0. 3 %且不高于1.0% )，并可選地?fù)诫s有Si。阱層143包含例如Inatl5Giia95Nan組成比可以在不低于4%且不高于10%的范圍內(nèi)適宜地變化)。發(fā)光部140的發(fā)射波長(zhǎng)不小于380nm且不大于400nm。
GaN的吸收邊為約365nm。因此，發(fā)射波長(zhǎng)被設(shè)定為380nm或更長(zhǎng)，在該波長(zhǎng)下GaN 的吸收不高。為了抑制GaN層中的吸收并提高發(fā)光效率，發(fā)射波長(zhǎng)優(yōu)選不小于380nm且不大于400nm。在發(fā)射波長(zhǎng)為400nm或更短的情況下，構(gòu)成阱層143的(ialnN層的h組成比可以被減小，并且阱層143的厚度可以被設(shè)定為4. 5nm或更大。更具體而言，發(fā)射波長(zhǎng)不小于390nm且不大于400nm。在該情況下，阱層143的厚度可以被設(shè)定為5. 5nm或更大。這提高了發(fā)光效率并抑制了與光輸出功率的提高有關(guān)的效率降低和與操作溫度的升高有關(guān)的效率降低。為了形成有效地弓丨起具有不小于380nm且不大于400nm的發(fā)射波長(zhǎng)的紫外光發(fā)生的深電勢(shì)，第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142中的Al組成比被設(shè)定為6%或更高。第二勢(shì)壘層142的厚度被設(shè)定為3nm或更大。這是因?yàn)椋∮?nm的第二勢(shì)壘層 142的厚度會(huì)導(dǎo)致阱層143的發(fā)射波長(zhǎng)在ρ型AKiaN層的影響下變化的問(wèn)題。考慮到雜質(zhì)擴(kuò)散的影響，為了控制阱層143的特性，第二勢(shì)壘層142的厚度被設(shè)定為4. 5nm或更大。特別地，如果第二勢(shì)壘層142的厚度大于阱層143的厚度，則對(duì)AlGaN層與阱層143之間的應(yīng)變影響的弛豫效果是高的。這里，過(guò)厚的第二勢(shì)壘層142會(huì)導(dǎo)致器件電阻的增大。此外，如果第二勢(shì)壘層142過(guò)厚，從阱層143溢流的載流子會(huì)積累并導(dǎo)致吸收。為了減小該影響，第二勢(shì)壘層142優(yōu)選比第一勢(shì)壘層141薄?？梢猿晒Σ僮髌涞诙?shì)壘層142的厚度為9nm或更小的半導(dǎo)體發(fā)光器件，而電壓增加在由發(fā)射波長(zhǎng)所預(yù)想的操作電壓的10%以?xún)?nèi)。第一勢(shì)壘層141的厚度可以被設(shè)定為在例如不小于4. 5nm且不大于30nm的范圍內(nèi)的值。如果第一勢(shì)壘層141的厚度為4. 5nm或更大，則顯現(xiàn)出材料的固有特性，由此實(shí)現(xiàn)抑制空穴溢流的效果。在第一勢(shì)壘層141的厚度為30nm或更小的情況下，可以相對(duì)容易地生長(zhǎng)高質(zhì)量的晶體。此外，第一勢(shì)壘層141的厚度優(yōu)選大于阱層143的厚度。通過(guò)使第一勢(shì)壘層141 的厚度大于阱層143的厚度，可以有效地控制向阱層143的載流子供給。特別地，第一勢(shì)壘層141的厚度優(yōu)選不小于阱層143的厚度的兩倍。通過(guò)將第一勢(shì)壘層141的厚度設(shè)定為不小于阱層143的厚度的兩倍，載流子可以被供給到第一勢(shì)壘層141的兩側(cè)，因此提高了將載流子供給到阱層143的精確度。這里，如上所述，通過(guò)用Si高摻雜第一勢(shì)壘層141，可以減小施加到阱層143的壓電場(chǎng)的影響，以及可以高效率地獲得光發(fā)射。如果第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142中的Al組成比超過(guò)10%，晶體質(zhì)量會(huì)劣化。用少量的化摻雜第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142具有改善晶體質(zhì)量的效果。當(dāng)?shù)谝粍?shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142中的h組成比為0. 3%或更高時(shí)，觀察到該效果。然而，如果h組成比超過(guò)1. 0%，晶體質(zhì)量劣化，并且發(fā)光效率降低。然而，如果厚度是小的，則h 組成比可以增加到2%。例如，在該實(shí)施例中，在第一勢(shì)壘層141的膜厚度為15nm或更大的情況下，最高h(yuǎn) 組成比被限制為約1%。然而，如果第一勢(shì)壘層141被減薄到7nm，則即使對(duì)于2%的h組成比，晶體也不會(huì)劣化，并獲得強(qiáng)光發(fā)射。接下來(lái)，將說(shuō)明第一勢(shì)壘層141的生長(zhǎng)技術(shù)。具有高晶體質(zhì)量的四元混合晶體AKialnN層難以生長(zhǎng)。此外，如果用Si進(jìn)行高摻雜，則晶體易于劣化。通過(guò)調(diào)查L(zhǎng)ED器件結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)條件的優(yōu)化，發(fā)明人成功增加了由Alfe^nN構(gòu)成的勢(shì)壘層141中的h組成比而沒(méi)有劣化晶體質(zhì)量。例如，如上所述，在該實(shí)施例中，如果第一勢(shì)壘層141的膜厚度超過(guò)15nm，則最高 In組成比被限制為約1%。然而，如果第一勢(shì)壘層141被減薄到7nm，則即使對(duì)于2%的h 組成比，晶體也不會(huì)劣化，并獲得強(qiáng)光發(fā)射。通過(guò)增加h組成比，可以使與由GaInN構(gòu)成的阱層143的界面更陡峭。因此，提高了阱層143的結(jié)晶性。從而，可以用Si高濃度地?fù)诫s由AKialnN構(gòu)成的第一勢(shì)壘層141。此外，通過(guò)減小Si高摻雜的第一勢(shì)壘層141的膜厚度，可以用Si以更高的濃度摻雜第一勢(shì)壘層141。在第一勢(shì)壘層141與第二勢(shì)壘層142之間進(jìn)行比較，第一勢(shì)壘層141的Al組成比可以是高的。在該情況下，第一勢(shì)壘層141具有較大的帶隙。這增強(qiáng)了限制空穴的效果。由此，當(dāng)增大注入電流時(shí)，電流泄漏減小，并可以提高光輸出功率。對(duì)于電子，第二層151 (ρ型 AlGaN層)用作勢(shì)壘。因此，使得第二勢(shì)壘層142的Al組成比充分地低于第二層151的Al 組成比。例如，第一勢(shì)壘層141的Al組成比可以被設(shè)定為8%或更高，而第二勢(shì)壘層142的 Al組成比可以被設(shè)定為 %。在該情況下，在高溫下生長(zhǎng)第一勢(shì)壘層141之后，可以在低于該高溫的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)阱層143和第二勢(shì)壘層142。由此，因?yàn)樵诟邷叵律L(zhǎng)具有高Al 組成比的第一勢(shì)壘層141，第一勢(shì)壘層141可以被生長(zhǎng)為高質(zhì)量晶體。另一方面，在低溫下生長(zhǎng)具有低Al組成比的阱層143和第二勢(shì)壘層142，以便生長(zhǎng)具有良好特性的具有例如高 h組成比的阱層143。這里，在將第二勢(shì)壘層142生長(zhǎng)到足以保護(hù)阱層143的表面的厚度之后，可以在較高的溫度下生長(zhǎng)第二勢(shì)壘層142。例如，第一勢(shì)壘層141可以具有兩層結(jié)構(gòu)，其為具有高Al組成比的AKiaN層和具有低Al組成比的AWaInN層的組合。在這樣的結(jié)構(gòu)中，可以通過(guò)AlGaN層抑制空穴溢流。 此外，通過(guò)AKialnN層，可以改善晶體表面的特性，并且可以在具有改善的特性的該晶體表面上形成阱層143。在該情況下，可以在高溫下生長(zhǎng)AKiaN層和部分的AKialnN層，并可以在與阱層143相同的溫度下生長(zhǎng)剩余的AKialnN層。通過(guò)這樣的方法，可以在高溫下生長(zhǎng)高質(zhì)量AKiaN晶體，另一方面可以在適于阱層143的溫度下生長(zhǎng)阱層143。這樣的溫度改變需要長(zhǎng)的時(shí)長(zhǎng)，由此降低了工藝效率。在發(fā)光部具有多量子阱結(jié)構(gòu)的情況下，對(duì)每一個(gè)勢(shì)壘層和阱層進(jìn)行這樣的工藝需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，由此降低了工藝效率。然而，在該實(shí)施例中，發(fā)光部140具有單量子阱結(jié)構(gòu)，因此僅僅需要一次這樣的工藝。由此，可以將這樣的工藝實(shí)施作為實(shí)用的工藝序列。第二實(shí)施例圖2為示例了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖。如圖2所示，除了第一層131、第二層151和發(fā)光部140之外，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件20還包括被設(shè)置在第一層131與發(fā)光部140之間的第一疊層結(jié)構(gòu)體210。第一疊層結(jié)構(gòu)體210包括包含AKialnN的多個(gè)第三層203和與所述多個(gè)第三層 203交替地層疊并包含fe^nN的多個(gè)第四層204。所述多個(gè)第三層203和所述多個(gè)第四層204沿Z軸方向?qū)盈B。
所述多個(gè)第三層203中的每一個(gè)具有小于第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142的厚度。所述多個(gè)第四層204中的每一個(gè)具有小于阱層143的厚度。第三層203為例如低應(yīng)變層。第四層204為例如具有比第三層203高的應(yīng)變的高
應(yīng)變層?？梢詫⒌谌龑?03形成為具有與例如第一勢(shì)壘層141相同的組成。也就是，在第一勢(shì)壘層141包含Alaci7Gaa9Jnacitl5N的情況下，第三層203可以包含Alaci7Gaa92Jnacici5Ntj第三層203的厚度為例如2nm。此外，用例如約5 X IO18CnT3的Si摻雜第三層203。可以將第四層204形成為具有與例如阱層143相同的組成。也就是，在阱層143 包含Giia93Inaci7N的情況下，第四層204可以包含Giia93Inaci7Ntj第四層204的厚度可以為例如 Inm0例如，第三層203的數(shù)目為30，第四層204的數(shù)目為30。也就是，層疊30對(duì)的第三層203和第四層204。除上述之外的其他配置可以與半導(dǎo)體發(fā)光器件10的配置相似，因此略去了對(duì)其的說(shuō)明。例如，如果將第三層203形成為具有與第一勢(shì)壘層141相同的組成，則可以在與第一勢(shì)壘層141相同的條件下生長(zhǎng)第三層203。這有利于工藝。此外，在生長(zhǎng)第一勢(shì)壘層141 之前，在生長(zhǎng)第三層203的過(guò)程中，可以花費(fèi)足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備與第一勢(shì)壘層141相同的生長(zhǎng)條件。這用于增強(qiáng)第一勢(shì)壘層141的可控性。例如，如果將第四層204形成為具有與阱層143相同的組成，則可以在與阱層143 相同的條件下生長(zhǎng)第四層204。這有利于工藝。此外，在生長(zhǎng)阱層143之前，在生長(zhǎng)第四層 204的過(guò)程中，可以花費(fèi)足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備與阱層143相同的生長(zhǎng)條件。這用于增強(qiáng)阱層 143的可控性。另一方面，例如，如果第四層204包含具有低于阱層143的h組成比和大于阱層 143的帶隙的fe^nN，則可以減少第四層204對(duì)從阱層143的發(fā)射光的吸收。此外，在該情況下，因?yàn)闇p少的吸收，可以使第四層204更厚，且可以增加第三層203和第四層204的對(duì)的數(shù)目。這里，第三層203和第四層204的對(duì)的數(shù)目不限于30?？梢赃m宜地設(shè)定該數(shù)目。此外，取代均等化第三層203的數(shù)目與第四層204的數(shù)目，可以通過(guò)增加額外一個(gè)第三層203 來(lái)使第三層203的數(shù)目大于第四層204的數(shù)目。由此，可以將所述多個(gè)第三層203和所述多個(gè)第四層204層疊為開(kāi)始于第三層203并結(jié)束于第三層203?？商娲?，可以通過(guò)增加額外一個(gè)第四層204來(lái)使第四層204的數(shù)目大于第三層203的數(shù)目。由此，可以將所述多個(gè)第三層203和所述多個(gè)第四層204層疊為開(kāi)始于第四層204并結(jié)束于第四層204。在設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光器件20中的第一疊層結(jié)構(gòu)體210中，在第一疊層結(jié)構(gòu)體210 內(nèi)部的晶體是應(yīng)變的。由此，改善了晶體質(zhì)量。這提高了在第一疊層結(jié)構(gòu)體210上設(shè)置的半導(dǎo)體層(例如，發(fā)光部140中的半導(dǎo)體層，特別地，阱層143)的晶體質(zhì)量。由此，半導(dǎo)體發(fā)光器件20可以獲得更高的發(fā)光效率。也就是，例如，第一疊層結(jié)構(gòu)體210的配置被最優(yōu)化為使得阱層143的晶體質(zhì)量最好。在該實(shí)施例中，發(fā)光部140中的阱層143與GaN層晶格失配。因此，在第一疊層結(jié)構(gòu)體210上層疊的阱層143中積累了應(yīng)變。這里，層疊在第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的第三層203和第四層204的重復(fù)數(shù)目可以被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)以改善在第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的晶體質(zhì)量。這還可以抑制由第一疊層結(jié)構(gòu)體210和阱層143中的總應(yīng)變超過(guò)極限而導(dǎo)致的阱層 143的晶體特性劣化。所述多個(gè)第四層的204的總厚度與阱層143的厚度之和為例如不小于25nm且不大于45nm。這使得能夠生長(zhǎng)以高發(fā)光效率和小發(fā)射譜擴(kuò)展為特征的良好晶體。特別地，在所述多個(gè)第四層的204的總厚度與阱層143的厚度之和不小于30nm且不大于35nm的情況下，獲得了特別好的晶體。推斷其原因在于以下方面。當(dāng)所述多個(gè)第四層的204的總厚度與阱層143的厚度之和被設(shè)定為不小于25nm且不大于45nm時(shí)，總應(yīng)變量(包括晶體的組成波動(dòng))對(duì)應(yīng)于在不引起晶體劣化的范圍中的上限附近。在使用包括多個(gè)第三層203和多個(gè)第四層204的第一疊層結(jié)構(gòu)體210的情況下， 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以下事實(shí)。從晶體下部(例如，從第一疊層結(jié)構(gòu)體210觀察的在襯底110側(cè)上的第二緩沖層122)延伸到第一疊層結(jié)構(gòu)體210的晶體位錯(cuò)的方向在第一疊層結(jié)構(gòu)體210 中變化。使位錯(cuò)的方向接近于與第一疊層結(jié)構(gòu)體210的c面表面垂直的方向。也就是，使晶體位錯(cuò)的方向接近于與晶面垂直的方向(即，層疊方向或Z軸方向)。從層疊方向觀察， 這對(duì)應(yīng)于發(fā)光部140中的晶體位錯(cuò)的長(zhǎng)度的減小。也就是，從層疊方向觀察，這對(duì)應(yīng)于在發(fā)光部140中的缺陷區(qū)域的面積的減小。由此，認(rèn)為通過(guò)采用第一疊層結(jié)構(gòu)體210，可以增強(qiáng)形成在第一疊層結(jié)構(gòu)體210上的晶體的質(zhì)量。推斷這是在基于第一疊層結(jié)構(gòu)體210的半導(dǎo)體發(fā)光器件20中晶體質(zhì)量和發(fā)光效率得以提高的原因。在該實(shí)施例中，在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110上，在高溫下在第一緩沖層121(A1N 層)和第二緩沖層122 (未摻雜的GaN層)上形成η型接觸層130 (η型GaN層)。由此，獲得具有低位錯(cuò)密度的高質(zhì)量GaN晶體。因此，η型限制層(第一層131)具有良好的晶體質(zhì)量。此外，在第一層131上形成的發(fā)光部140具有高晶體質(zhì)量。更具體而言，在該實(shí)施例的發(fā)光部140的晶體中，大多數(shù)位錯(cuò)是獨(dú)立的。多個(gè)位錯(cuò)之間存在極少的接觸和糾纏(entanglement)。這用于直接地顯現(xiàn)出通過(guò)使位錯(cuò)方向與垂直于晶面的方向?qū)?zhǔn)而實(shí)現(xiàn)的改善晶體特性的效果。因此，通過(guò)應(yīng)用第一疊層結(jié)構(gòu)體210并接合上述緩沖層的組合，更顯著地顯現(xiàn)出通過(guò)第一疊層結(jié)構(gòu)體210實(shí)現(xiàn)的改善晶體質(zhì)量的效果。這里，在該實(shí)施例中，第四層204的厚度的下限被確定為不小于這樣的值的厚度， 在該厚度值下，第四層204呈現(xiàn)其作為連續(xù)層的材料特性。第四層204的厚度的上限通過(guò)用于在第四層204的吸收邊的能量與阱層143的吸收邊的能量之間的提供差異的條件確定。特別地，第四層204的厚度被設(shè)定為例如四個(gè)原子層或更大，且不大于這樣的厚度，在該厚度處，第四層204的吸收邊的能量充分大于阱層143的吸收邊的能量。更具體而言，將與第四層204的吸收邊的能量對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)設(shè)定在其中阱層143的發(fā)射譜的強(qiáng)度為峰值的一半或更小的波長(zhǎng)的短波長(zhǎng)側(cè)。在另一方面，在第三層203中，使Al組成比與第一勢(shì)壘層141的Al組成比(Al組成比為約10%或更低)相當(dāng)(comparable)。這可以減小在第三層203與GaN層之間的勢(shì)壘對(duì)電子的阻力，并可以生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體。
在該實(shí)施例中，第一勢(shì)壘層141可以具有兩層結(jié)構(gòu)，其為具有高Al組成比的AlGaN 層和具有低Al組成比的AKialnN層的組合。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)AKiaN層抑制空穴溢流。此外，通過(guò)AKialnN層，可以改善晶體表面的特性，并可以在具有改善的特性的該晶體表面上形成阱層143。例如，在升高至1000°C的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)作為第一勢(shì)壘層141 的一部分的MGaN層(Al組成比不低于20%且不高于)和MGaInN層(Al組成比為 8% )。然后，可以在較低的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)構(gòu)成剩余的第一勢(shì)壘層141的AWaN層和阱層 143。這使得半導(dǎo)體發(fā)光器件具有低的空穴溢流，并實(shí)現(xiàn)阱層143的高發(fā)光效率和從低電流到高電流的高光輸出功率。接下來(lái)，將說(shuō)明根據(jù)該實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件和晶片的方法的特征。為了實(shí)現(xiàn)高效率的半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選通過(guò)大致連續(xù)生長(zhǎng) (generallycontinuous growth)來(lái)形成用于發(fā)光的阱層143以及在其兩側(cè)的第一勢(shì)壘層 141和第二勢(shì)壘層142。這是為了減少由于中斷生長(zhǎng)而產(chǎn)生的界面缺陷。這里，至少在第一勢(shì)壘層141與阱層143之間以及在阱層143與第二勢(shì)壘層142之間存在異質(zhì)結(jié)界面。在該界面處，生長(zhǎng)被中斷以調(diào)節(jié)用于供給原材料的條件。除了該中斷時(shí)間之外的連續(xù)生長(zhǎng)被稱(chēng)為大致連續(xù)生長(zhǎng)。—般而言，在其中GaInN層作為發(fā)光層的薄多量子阱中，GaInN層具有高h(yuǎn)組成比。由此，低溫下的晶體生長(zhǎng)適于feilnN層。另一方面，鑒于Al與氮之間的強(qiáng)耦合，對(duì)于包含Al的勢(shì)壘層，希望高生長(zhǎng)溫度。因此，如果在相同溫度下連續(xù)地生長(zhǎng)包含具有高h(yuǎn)組成比的fe^nN的阱層和包含Al的勢(shì)壘層，便不能選擇同時(shí)適用于阱層和勢(shì)壘層的生長(zhǎng)條件。 這引起不能生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體的問(wèn)題。在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片中，發(fā)光部140基于單個(gè)的厚阱層143。 從而，由量子效應(yīng)導(dǎo)致的光發(fā)射能量偏移小。因此，阱層143可以包括具有低h組成比和大帶隙的feilnN層。這使得可以在高溫下生長(zhǎng)。另一方面，用h摻雜勢(shì)壘層(第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142)有助于原子在晶體生長(zhǎng)期間在晶體表面處運(yùn)動(dòng)。由此，可以在低溫下生長(zhǎng)包含Al的Alfe^nN。因?yàn)閊！的低攝入效率(intake efficiency)，為了輕微的h摻雜，將大量的h原材料供給到晶體表面。這有助于原子在晶體表面移動(dòng)，并使得能夠在低溫下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。也就是，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片中，可以在高溫下生長(zhǎng)阱層143，并可以在低溫下生長(zhǎng)勢(shì)壘層(第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層14 。這使得可以能夠在大致恒定的溫度下大致連續(xù)地生長(zhǎng)(沒(méi)有故意地改變溫度)。由此，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片中，可以減小在鄰近阱層143的界面處的晶體缺陷。也就是，通過(guò)大致連續(xù)地生長(zhǎng)用于發(fā)光的阱層143以及在其兩側(cè)的第一勢(shì)壘層 141和第二勢(shì)壘層142的方法，制成根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片。這使得可以形成特別地在低電流區(qū)域中具有高發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片。接下來(lái)，說(shuō)明根據(jù)該實(shí)施例的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片的方法的可替代的特征。根據(jù)該實(shí)施例的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片的方法的可替代的特征在于，可以在與發(fā)光部140(阱層143、第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142)大致相同的溫度下生長(zhǎng)疊層結(jié)構(gòu) (特別地，第一疊層結(jié)構(gòu)體210)。通過(guò)設(shè)置第一疊層結(jié)構(gòu)體210，晶體中的位錯(cuò)方向改變，并且預(yù)期可以在第一疊層結(jié)構(gòu)體210上形成具有高發(fā)光效率的阱層143。然而，如果生長(zhǎng)溫度在第一疊層結(jié)構(gòu)體210 與發(fā)光部140之間變化，則缺陷的傳播方向變化。這導(dǎo)致對(duì)不能改善發(fā)光部140的特性的顧慮，雖然設(shè)置了第一疊層結(jié)構(gòu)體210。因此，優(yōu)選在大致相等的溫度下生長(zhǎng)第一疊層結(jié)構(gòu)體210、第一勢(shì)壘層141、阱層143以及第二勢(shì)壘層142。如上所述，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，可以在大致相同的溫度下生長(zhǎng)阱層143和勢(shì)壘層(第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142)。另一方面，第一疊層結(jié)構(gòu)體210 的例如第三層203和第四層204的材料可以被選擇為這樣的材料對(duì)，該材料對(duì)分別與勢(shì)壘層和阱層143的材料對(duì)相似(例如，可能相同)并允許在與勢(shì)壘層和阱層143相同的生長(zhǎng)溫度下進(jìn)行有利的晶體生長(zhǎng)。由此，可以容易地在大致相等的溫度下生長(zhǎng)具有良好特性的第一疊層結(jié)構(gòu)體210、第一勢(shì)壘層141、阱層143和第二勢(shì)壘層142的晶體。在包括大數(shù)目的疊層并具有復(fù)雜配置的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片中，如果最優(yōu)生長(zhǎng)條件在層與層之間變化，則條件的選擇會(huì)消耗時(shí)間。由此，難以制造對(duì)于基本上所有層都具有良好特性的器件。然而，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片中，可以在大致相等的溫度下生長(zhǎng)疊層結(jié)構(gòu)體、勢(shì)壘層以及發(fā)光層。這使得能夠在適宜的生長(zhǎng)條件下容易地生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體。也就是，可以通過(guò)在大致相等的溫度下生長(zhǎng)疊層結(jié)構(gòu)體、勢(shì)壘層以及發(fā)光層的方法來(lái)制造根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片。這使得能夠在適宜的生長(zhǎng)條件下容易地生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體。因此，可以制造出具有高發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光器件和晶片。圖3為示例了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖。如圖3所示，在根據(jù)該實(shí)施例的另一半導(dǎo)體發(fā)光器件21中，第一勢(shì)壘層141具有三層結(jié)構(gòu)。其余結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體發(fā)光器件20相似，因此略去了對(duì)其的說(shuō)明。更具體而言，第一勢(shì)壘層141包括被設(shè)置在第一層131與阱層143之間(在該實(shí)例中，在第一疊層結(jié)構(gòu)體210與阱層143之間)的第一子層141a、被設(shè)置在第一子層141a 與阱層143之間的第二子層141b、以及被設(shè)置在第一子層141a與第一層131之間(在該實(shí)例中，在第一子層141a與第一疊層結(jié)構(gòu)體210之間)的第三子層141c。第一子層141a示例性地為具有高Al組成比的AlGaN層。第二子層141b示例性地為具有低Al組成比的AWaInN層。第二子層141b具有低于第一子層141a的Al組成比。 第三子層141c示例性地為具有低Al組成比的AKialnN層。第三子層141c具有低于第一子層141a的Al組成比。在第一子層141a中的Al組成比為例如15%。第一子層141a的厚度為例如5nm。在第二子層141b中的Al組成比為例如7%。第二子層141b的厚度為例如5nm。使得在第三子層141c中的Al組成比為與例如第一疊層結(jié)構(gòu)體210的第三層203 的Al組成比相等。第三子層141c的厚度為例如2nm。可替代地，在第一子層141a中的Al組成比被設(shè)定為例如不低于10%且不高于沈％。第一子層141a的厚度被設(shè)定為不小于5nm且不大于50nm?？梢杂貌坏陀? X IO17cnT3 且不高于1 X IO19CnT3的Si作為η型雜質(zhì)來(lái)?yè)诫s第一子層141a。在第二子層141b中的Al組成比被設(shè)定為例如不低于6%且不高于10%。在第二子層141b中的h組成比被設(shè)定為例如不低于0. 3%且不高于1(%。第二子層141b的厚度被設(shè)定為例如不小于3nm且不大于15nm。這里，根據(jù)需要設(shè)置第二子層141b。在一些情況下可以略去第二子層141b。通過(guò)設(shè)置如此配置的第一子層141a，可以獲得抑制空穴溢流的效果。這具有在半導(dǎo)體發(fā)光器件中在高電流操作期間改善光輸出功率的效果。此外，可以抑制在升高的操作溫度下光輸出功率的降低。通過(guò)設(shè)置第二子層141b，可以改善晶體表面的特性，并且可以在具有改善的特性的該晶面上形成阱層143。這特別地抑制了非輻射中心的形成并具有在半導(dǎo)體發(fā)光器件的操作期間提高低電流區(qū)域的發(fā)光效率的顯著效果。這里，如果用η型雜質(zhì)摻雜第二子層 141b，則可以屏蔽非輻射中心，由此可以改善低電流區(qū)域中的發(fā)光效率?？商娲兀跊](méi)有設(shè)置第二子層141b的情況下，可以使阱層143接近具有大帶隙的AKiaN層(第一子層141a)。由此，可以提高阱層143中的載流子濃度。因此，可以提高效率。此外，特別地，即使輸出功率大時(shí)，也可以限制發(fā)光效率的降低。這使得半導(dǎo)體發(fā)光器件即使在高溫下高電流操作下也可以以高發(fā)光效率操作。第三子層141c用作保護(hù)層，用于覆蓋第四層204的表面以生長(zhǎng)高質(zhì)量第一子層 141a。根據(jù)需要而設(shè)置第三子層141c。在一些情況下，可以略去第三子層141c。例如，在與第三層203相同的溫度(850°C )下生長(zhǎng)第三子層141c。隨后，將生長(zhǎng)溫度升高到1040°C以生長(zhǎng)第一子層141a。然后，降低生長(zhǎng)溫度以生長(zhǎng)第二子層141b和阱層143。這使得半導(dǎo)體發(fā)光器件具有低空穴溢流、阱層143中的高發(fā)光效率、以及從低電流到高電流的高光輸出功率。第三實(shí)施例圖4為示例了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖。如圖4所示，除了第一層131、第二層151以及發(fā)光部140之外，根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件30還包括被設(shè)置在第一層131與發(fā)光部140之間的第二疊層結(jié)構(gòu)體220。第二疊層結(jié)構(gòu)體220包括包含GaN的多個(gè)第五層205以及與所述多個(gè)第五層205 交替地層疊并包含fe^nN的多個(gè)第六層206。所述多個(gè)第五層205和所述多個(gè)第六層206沿Z軸方向?qū)盈B。所述多個(gè)第五層205中的每一個(gè)具有小于第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142的厚度。所述多個(gè)第六層206中的每一個(gè)具有小于阱層143的厚度。第五層205包含例如以約5 X IO18CnT3的Si摻雜的GaN。第五層205的厚度為例如 2nm。第六層206包含例如具有7%的h組成比的GalnN。也就是，第六層206具有與阱層143相同的組成。第六層206的厚度被設(shè)定為例如lnm。這里，層疊30對(duì)第五層205和第六層206。除了上述之外的配置可以與半導(dǎo)體發(fā)光器件10相似，因此略去了對(duì)其的說(shuō)明。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)提供如上所述配置的第二疊層結(jié)構(gòu)220，提高了晶體表面的平坦度。這大概是由于用于第五層205的GaN是二元化合物并且在GaN生長(zhǎng)期間具有改善橫向均勻性的顯著效果。
由此，通過(guò)使用能夠改善平坦度的第二疊層結(jié)構(gòu)220，提高了發(fā)光部140(特別地， 阱層143)的平坦度。因此，可以改善晶體特性，由此可以提高發(fā)光效率。此外，通過(guò)提高平坦度，還可以改善除了阱層143之外的其他半導(dǎo)體層的平坦度。該效果還用于提高發(fā)光效率。此外，因?yàn)榘雽?dǎo)體發(fā)光器件30也是基于SQW結(jié)構(gòu)，因此半導(dǎo)體發(fā)光器件30可以享有參考第一實(shí)施例描述的效果。因此，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件30同樣獲得了高效率地發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。第四實(shí)施例圖5為示例了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖。如圖5所示，除了第一層131、第二層151以及發(fā)光部140之外，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件40還包括被設(shè)置在第一層131與發(fā)光部140之間的第一疊層體 210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220。第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220可以分別為參考第二和第三實(shí)施例所說(shuō)明的疊層體。這使得可以享有通過(guò)第一疊層體210實(shí)現(xiàn)的提高晶體質(zhì)量的效果和通過(guò)第二疊層結(jié)構(gòu)體220實(shí)現(xiàn)的提高平坦度的效果。還可以設(shè)置多個(gè)第一疊層體210和多個(gè)第二疊層結(jié)構(gòu)體220。在該情況下，第二疊層結(jié)構(gòu)體220可以被插入在多個(gè)第一疊層結(jié)構(gòu)體210之間。第二疊層結(jié)構(gòu)體220可以被設(shè)置在第一疊層體210與發(fā)光部140之間，或者被設(shè)置在第一疊層體210與第一層131之間。在下面的說(shuō)明中，假設(shè)第二疊層結(jié)構(gòu)體220被設(shè)置在第一疊層體210與第一層131之間。也就是，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件40中，在第一層131 (η型限制層)與第一疊層結(jié)構(gòu)體210之間設(shè)置第二疊層結(jié)構(gòu)體220。同樣地，在半導(dǎo)體發(fā)光器件40中，第一勢(shì)壘層141包含Ala07Ga0.925In0.005No第三層 203包含Alaci7GEia92JnaQQ5N。第三層203的厚度為2nm。此外，用Si以例如約5X IO18CnT3 摻雜第三層203。另一方面，阱層143包含Ga0.93In0.07No第四層204包含Ga0.93In0.07No第四層204 的厚度為lnm。第三層203的數(shù)目為30，第四層204的數(shù)目為30。這里，可以在第三層203 的兩側(cè)設(shè)置第四層204，以便例如第三層203的數(shù)目為30而第四層204的數(shù)目為31。另一方面，第二疊層結(jié)構(gòu)體220的第五層205包含用Si以例如1. 2 X IO18CnT3摻雜的GaN。第五層205的厚度被設(shè)定為2. 5nm。第六層206包含G￡ia93ha(17N。第六層206的厚度被設(shè)定為lnm。第五層205的數(shù)目為30，第六層206的數(shù)目為30。這里，可以在第五層205的兩側(cè)上設(shè)置第六層205，以便第五層203的數(shù)目為30而第六層206的數(shù)目為31。在與第六層206 —致的低溫下生長(zhǎng)第二疊層結(jié)構(gòu)體220的情況下，在降低的溫度下生長(zhǎng)的初始層為第六層206。因此，通過(guò)增加第六層206的數(shù)目，可以以較平坦的層來(lái)開(kāi)始生長(zhǎng)。這使得能夠生長(zhǎng)具有特別高質(zhì)量的晶體。在上述實(shí)例中，在第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的第三層203和第四層204的對(duì)的數(shù)目與在第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的第五層205和第六層206的對(duì)的數(shù)目相等。然而，這些對(duì)的數(shù)目可以相同或不同，并被適宜地配置。實(shí)際制造如此配置的半導(dǎo)體發(fā)光器件40，并評(píng)估其特性。然后，確認(rèn)了具有高效率的近紫外光發(fā)射。由此發(fā)現(xiàn)，通過(guò)組合使用具有提高平坦度的顯著效果的第二疊層結(jié)構(gòu)體220和具有提高結(jié)晶性的顯著效果的第一疊層結(jié)構(gòu)體210，進(jìn)一步提高了發(fā)光效率。

更具體而言，具有提高平坦度的顯著效果的第二疊層結(jié)構(gòu)體220引入了應(yīng)變。因此，在保持晶體表面的平坦度的同時(shí)，可以使晶體中的位錯(cuò)的方向接近于與晶體表面垂直的方向(與層疊方向平行的方向)。此外，通過(guò)引入第一疊層結(jié)構(gòu)體210，使位錯(cuò)更接近于與晶體表面垂直的方向。認(rèn)為原因在于以下方面。在第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的第三層 203 (AlGaN層)與第四層204(GaInN層)之間的晶格失配大于在第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的第五層205(GaN層)與第六層206(GaInN層)之間的晶格失配。因此，第一疊層結(jié)構(gòu)體210 具有比第二疊層結(jié)構(gòu)體220更大的使位錯(cuò)彎曲的力。也就是，第二疊層結(jié)構(gòu)體220具有小的在各層之間的晶格失配和小的使位錯(cuò)彎曲的力，但具有高表面平坦度。另一方面，第一疊層結(jié)構(gòu)體210具有大的在各層之間的晶格失配和大的使位錯(cuò)彎曲的力。在該實(shí)施例中，通過(guò)組合第二疊層結(jié)構(gòu)體220和第一疊層結(jié)構(gòu)體210，可以使位錯(cuò)的方向更有效地接近于與晶體表面垂直的方向而不降低晶體表面的平坦度。這使得能夠生長(zhǎng)具有更高質(zhì)量的晶體。通過(guò)使用具有該實(shí)施例的疊層結(jié)構(gòu)體的晶片制造半導(dǎo)體發(fā)光器件，可以獲得具有更高效率的特性。在該實(shí)施例中，可以使第三層203比第五層205薄。例如，第三層203的厚度可以為2nm，第四層204的厚度可以為lnm，第五層205的厚度可以為2. 5nm，第六層206的厚度可以為lnm?？梢允沟谌龑?03比第五層205薄的原因如下。為了減少來(lái)自發(fā)光層的光的吸收，優(yōu)選使第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220的吸收波長(zhǎng)盡可能地短。因?yàn)榈谌龑?03包含Al，第三層203具有大于第五層205 (GaN層)的帶隙。因此，為了均衡第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的能級(jí)，使第三層203比第五層205薄。由此，可以使第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的平均In組成比更高。因此，可以以小的生長(zhǎng)厚度更有效地改善晶體特性。在該實(shí)施例中，可以使第四層204比第五層205厚。此外，可以使第四層204的In 組成比高于第五層205的In組成比。其原因如下。為了減小對(duì)來(lái)自發(fā)光層的光的吸收，優(yōu)選使第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220的吸收波長(zhǎng)盡可能地短。因?yàn)榈谌龑?03 包含Al，第三層203具有大于第五層205 (GaN層)的帶隙。因此，為了均衡在第四層204和第六層206中形成的能級(jí)，采用下列配置中的至少一種配置增大第四層204的厚度；以及增大第四層204中的In組成比。由此，可以使第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的平均In組成比大于第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的平均In組成比。因此，可以更有效地改善晶體特性。在該實(shí)施例中，對(duì)于第二疊層結(jié)構(gòu)體220，在層疊12對(duì)的第五層205和第六層206 的情況下，在晶體表面上觀察到了顯著的不規(guī)則性。然而，在層疊16對(duì)的情況下，改善了表面的平坦度。此外，在層疊18、20和27對(duì)的情況下，獲得了具有高光輸出功率的半導(dǎo)體發(fā)光器件。由此， 第五層205和第六層206的對(duì)的數(shù)目?jī)?yōu)選不小于16且不大于27。然而，在層疊27對(duì)的情況下，還觀察到了晶體中的缺陷的增加。因此，更優(yōu)選地，第五層205和第六層206的對(duì)的數(shù)目不小于16且不大于20。在該實(shí)施例中，在第一勢(shì)壘層141中的Si濃度優(yōu)選盡可能地高。這是為了通過(guò) Si摻雜將足夠的正電荷源引入到第一勢(shì)壘層141中，以抑制由于壓電場(chǎng)效應(yīng)而施加到阱層 143的電場(chǎng)的影響。然而，高Si濃度導(dǎo)致晶體質(zhì)量的劣化。因此，通過(guò)僅僅在薄的第一勢(shì)壘層141中增加Si濃度，可以抑制壓電場(chǎng)的影響，同時(shí)抑制晶體的特性劣化。為了抑制晶體的特性劣化，在第一疊層結(jié)構(gòu)體210中，Si濃度優(yōu)選低于第一勢(shì)壘層141中的Si濃度。另一方面，在第一疊層結(jié)構(gòu)體210 (AlGaInN層和GaInN層)中的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶不連續(xù)性(discontinuity)與第二疊層結(jié)構(gòu)體220 (GaN層和GaInN層)中的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶不連續(xù)性之間進(jìn)行比較，在第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的異質(zhì)結(jié)的能帶不連續(xù)性更大。因此， 為了減小半導(dǎo)體發(fā)光器件的電阻，優(yōu)選以比第二疊層結(jié)構(gòu)體220高的濃度的Si摻雜第一疊層結(jié)構(gòu)體210。然而，如果在第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的Si濃度太高，晶體質(zhì)量會(huì)劣化。因此，還以與GaN層和GaInN層的異質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的足夠濃度的Si摻雜第二疊層結(jié)構(gòu)體220。另一方面，第二勢(shì)壘層142中的高Si濃度會(huì)造成載流子溢流和內(nèi)部吸收。因此， 優(yōu)選在第二勢(shì)壘層142中的Si濃度是低的。因此，使第一勢(shì)壘層141中的Si濃度高于第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的Si濃度。使第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的Si濃度低于第一疊層結(jié)構(gòu)體210中的Si濃度。使第二勢(shì)壘層142 中的Si濃度低于第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的Si濃度。通過(guò)采用這樣的Si濃度分布，提高了晶體特性，并抑制了壓電場(chǎng)的效應(yīng)的影響。 因此，可以提高發(fā)光效率。此外，電阻是低的，并且載流子溢流的影響不顯著。因此，可以提高發(fā)光效率。由此，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件40獲得了高效率地發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。第五實(shí)施例圖6為示例了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件50包括在導(dǎo)電襯底460 上的第一層131、發(fā)光部140、以及第二層151。導(dǎo)電襯底460由例如Ge構(gòu)成。具體地，在導(dǎo)電襯底460與第二層151之間設(shè)置ρ型接觸層150。在導(dǎo)電襯底460 與P型接觸層150之間設(shè)置P側(cè)電極160。P側(cè)電極160具有對(duì)從發(fā)光部140發(fā)射的光的反射性。在該實(shí)例中，在導(dǎo)電襯底460與ρ側(cè)電極160之間設(shè)置粘附金屬層455。在導(dǎo)電襯底460與粘附金屬層455之間設(shè)置接合金屬層465。另一方面，在第一層131的與發(fā)光部140相對(duì)的側(cè)上設(shè)置η型接觸層130。在η型接觸層130的與第一層131相對(duì)的側(cè)上形成低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135。低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135中的雜質(zhì)濃度低于η型接觸層130中的雜質(zhì)濃度。低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135為例如未摻雜的GaN層。低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135可以為上述的第二緩沖層122 (晶格弛豫層)。
低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135可以具有兩層結(jié)構(gòu)。更具體而言，可以在第二緩沖層122 與η型接觸層130之間設(shè)置η型低雜質(zhì)濃度層(未示出)，以便第二緩沖層122和該η型低雜質(zhì)濃度層構(gòu)成低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135。在這樣的配置中，上述η型低雜質(zhì)濃度層具有低η型雜質(zhì)濃度。因此，可以容易地在第二緩沖層122上生長(zhǎng)高晶體質(zhì)量的η型低雜質(zhì)濃度層，然后在其上生長(zhǎng)η型接觸層130。這里，η型接觸層130具有高雜質(zhì)濃度，并且其晶體生長(zhǎng)是困難的。然而，在該配置中，可以在高質(zhì)量基底(foundation)晶體上生長(zhǎng)η型接觸層130。由此，可以生長(zhǎng)高質(zhì)量η型接觸層130。在低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135中設(shè)置開(kāi)口 138。開(kāi)口 138暴露部分的η型接觸層 130。開(kāi)口 138從低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135的與η型接觸層130相對(duì)的側(cè)上的主表面135a 而與η型接觸層130連通。也就是，開(kāi)口 138的底部與η型接觸層130連通。將η側(cè)電極170設(shè)置為覆蓋在開(kāi)口 138中暴露的η型接觸層130和部分的低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135。在低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135的未被η側(cè)電極170覆蓋的部分的主表面135a上設(shè)置具有波紋(corrugation) 137p的粗糙表面部分137。雖然在圖6中被省略，但可以設(shè)置上述第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220 中的至少一者。在下面的說(shuō)明中，假設(shè)設(shè)置了第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220。通過(guò)例如以下方法制造半導(dǎo)體發(fā)光器件50。例如，在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110上，形成第一緩沖層121、第二緩沖層122(構(gòu)成了低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135)、η型接觸層130、第一層131 (η型限制層)、第一疊層結(jié)構(gòu)體 210、第二疊層結(jié)構(gòu)體220、發(fā)光部140、第二層151 (ρ型限制層)以及ρ型接觸層150的晶體層，以形成晶體疊層體180。然后，進(jìn)行以下工藝在晶體疊層體180上形成ρ側(cè)電極160 ；將晶體疊層體180 接合到導(dǎo)電襯底460 ；去除襯底110和第一緩沖層121 ；以及在暴露的晶體層(η型接觸層 130)上形成η側(cè)電極170并在低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135上形成粗糙表面部分137 (即，波紋 137ρ)。首先，將說(shuō)明在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110上的晶體層的實(shí)例。例如，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積，在具有由藍(lán)寶石c面構(gòu)成的表面的襯底110上形成具有例如以2μπι厚度的包含AlN的第一緩沖層121。然后，在第一緩沖層121上形成具有例如2 μ m厚度的未摻雜的GaN層作為第二緩沖層122。這里，第一緩沖層121可以包含上述的A1N。然而，該實(shí)施例并不局限于此。例如， 第一緩沖層121可以包含Ala2Gai_a2N(0.8彡a 2彡1)。在該情況下，可以通過(guò)調(diào)整Al組成比來(lái)補(bǔ)償晶片翹曲。然后，形成具有例如6μπι厚度的Si摻雜的η型GaN層(Si濃度為例如不低于 IX IO18CnT3且不高于IX 102°cm_3)作為η型接觸層130。然后，在η型接觸層130上形成具有例如0. 5 μ m厚度的Si摻雜的η型GaN層作為第一層131。隨后，形成上述第二疊層結(jié)構(gòu)體220和第一疊層結(jié)構(gòu)體210。然后，形成Si摻雜的η型Ala07Gaa 925In0.005Ν層(Si濃度為例如不低于LOXIOiW且不高于1. SXlO1W3) 作為第一勢(shì)壘層141。然后，在第一勢(shì)壘層141上形成GaInN層(波長(zhǎng)不小于380nm且不大于400nm)作為阱層143。然后，在阱層143上形成Alatl7Gaa 925In。.。。5N層(Si濃度為例如l.OX IO18CnT3或更低，具體地，可以略去Si摻雜)作為第二勢(shì)壘層142。此夕卜，形成具有0.02 μ m厚度的Mg摻雜的ρ型Ala22Gaa78N層(Mg濃度為例如 LOXIOiW)作為第二層151。然后，形成具有0. 28 μ m厚度的Mg摻雜的P型GaN層作為 P型接觸層150。
通過(guò)將ρ型接觸層150的Mg濃度設(shè)定為相對(duì)高的lX102°cm_3或更高且低于 IXlO21cnT3，可以改善與P側(cè)電極160的歐姆接觸。然而，在半導(dǎo)體發(fā)光二極管的情況下， 與半導(dǎo)體激光二極管相比，接觸層與發(fā)光層之間的距離是短的。存在對(duì)由于Mg擴(kuò)散而導(dǎo)致的特性劣化的擔(dān)憂(yōu)。這里，P側(cè)電極160與ρ型接觸層150之間的接觸表面積是大的。這導(dǎo)致在操作期間的低電流密度。利用該事實(shí)，可以將P型接觸層150中的Mg濃度降低到約 l.OX IO19CnT3或更高且低于l.OX 102°cm_3而不會(huì)顯著地?fù)p害電特性。由此，可以防止Mg擴(kuò)散，并可以改善光發(fā)射特性。接下來(lái)，將說(shuō)明下列工藝在晶體疊層體180上形成ρ側(cè)電極160，將晶體疊層體 180接合到導(dǎo)電襯底460，以及去除襯底110和第一緩沖層121。首先，為了形成ρ側(cè)電極160，使用真空蒸發(fā)裝置連續(xù)地形成例如具有200nm厚度的Ag和具有2nm厚度的Pt。在剝離之后，在400°C下在氧氣氛中進(jìn)行燒結(jié)處理Imin (分鐘)。然后，在ρ側(cè)電極160上形成具有IOOOnm厚度的例如Ni膜和Au膜的層疊膜作為粘附金屬層455。然后，使形成在由例如Ge構(gòu)成的導(dǎo)電襯底460上的接合金屬層465 (例如，具有 3 μ m膜厚度的AuSn焊料)與形成在晶體疊層體180上的粘附金屬層455相對(duì)。通過(guò)加熱到等于或高于AuSn的共熔點(diǎn)的溫度(例如300°C )，將導(dǎo)電襯底460接合到晶體疊層體180。然后，從由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110側(cè)，例如，施加YVO4固態(tài)激光器的第三諧波 (355nm)或第四諧波(266nm)激光。該激光具有小于與第二緩沖層122 (GaN層，例如上述未摻雜的GaN緩沖層)中的GaN的禁帶寬度對(duì)應(yīng)的禁帶波長(zhǎng)的波長(zhǎng)。也就是，激光具有高于 GaN的禁帶寬度的能量。該激光在第二緩沖層122 (未摻雜GaN緩沖層)的第一緩沖層121 (單晶AlN緩沖層)側(cè)的區(qū)域中被有效地吸收。由此，第二緩沖層122 (GaN緩沖層)中的第一緩沖層121 (單晶AlN緩沖層)側(cè)的GaN被所產(chǎn)生的熱分解。這里，第一緩沖層121可以包含上述的A1N。然而，該實(shí)施例不局限于此。例如，第一緩沖層可以包含Ala2Gai_a2N(0.8彡a 2彡1)。在該情況下，可以通過(guò)調(diào)整Al組成比來(lái)補(bǔ)償翹曲。在這樣的激光剝離方法中，GaN的溫度迅速升高。由此，發(fā)生快速的熱膨脹和熱收縮。在第一緩沖層121由AlN構(gòu)成的情況下，因?yàn)槠涓邿釋?dǎo)率，熱迅速傳播。這可以減輕局部熱膨脹和收縮的影響。另一方面，在第一緩沖層121由AlGaN構(gòu)成的情況下，Ga的僅僅少量添加急劇降低了熱導(dǎo)率。這可以抑制激光導(dǎo)致的溫度改變的影響的傳播，并適宜于局部地和迅速地改變溫度。由此，可以降低激光的輸出功率。這可以抑制激光導(dǎo)致的損傷在晶片內(nèi)的傳播。然后，通過(guò)鹽酸處理等等去除分解的GaN。由此，剝離由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110并使襯底110與晶體疊層體180分離。
接下來(lái)，將對(duì)在暴露的晶體層(η型接觸層130)上形成η側(cè)電極170和在低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體135上形成波紋137ρ進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)去除從由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110剝離的第二緩沖層(未摻雜的GaN層)的一部分而形成開(kāi)口 138。該開(kāi)口 138暴露了 η型接觸層130 (η型GaN層，S卩，上述Si摻雜的 η型GaN層)的一部分。這里，為了防止η側(cè)電極70的臺(tái)階斷開(kāi)(step disconnection), 優(yōu)選將開(kāi)口 138的側(cè)表面處理為錐形形狀。例如，可以通過(guò)使用抗蝕劑掩模的采用氯氣的干法蝕刻來(lái)形成50°錐形的凹陷作為開(kāi)口 138。通過(guò)剝離方法等等形成具有500nm厚度的 Ti/Pt/Au層疊膜以覆蓋在開(kāi)口 138中暴露的η型接觸層130 (Si摻雜的η型GaN層)和部分第二緩沖層122(未摻雜的GaN層)。將該層疊膜構(gòu)圖為η側(cè)電極170。隨后，通過(guò)例如使用KOH溶液的堿性蝕刻處理第二緩沖層122 (未摻雜的GaN層) 的在η側(cè)電極170外側(cè)的表面，以形成波紋137ρ。在下列條件下進(jìn)行使用KOH溶液的處理， 例如將lmol/L的KOH溶液加熱到80°C，并進(jìn)行20min的蝕刻。由此，形成波紋137p。接下來(lái)，通過(guò)解理、藍(lán)寶石刀刃切割等等，將導(dǎo)電襯底460切割為單獨(dú)的器件。由此，制成根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件50。在上面中，使波紋137p的尺寸大于例如從發(fā)光部140發(fā)射的發(fā)射光的波長(zhǎng)。具體地，使波紋137p的尺寸大于例如從發(fā)光部140發(fā)射的發(fā)射光的低雜質(zhì)濃度半導(dǎo)體層135中的波長(zhǎng)。因此，光路徑在具有波紋137p的粗糙表面部分137中變化，從而提高光提取效率。 由此，獲得具有較高效率的半導(dǎo)體發(fā)光器件。因此，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件50中，通過(guò)在其主表面為藍(lán)寶石層的c面的襯底110上的包含Alx3Gai_x3N (0.8彡x3彡1)的單晶緩沖層生長(zhǎng)GaN層。在 GaN層上設(shè)置第一層131。即，半導(dǎo)體發(fā)光器件50還包括襯底110，其主表面為藍(lán)寶石層的c面；單晶緩沖層，其被設(shè)置在襯底110與第一層131之間，該單晶緩沖層包含 Alx3Ga1^x3N(0. 8 ^ x3 ^ 1)；以及GaN層，其被設(shè)置在單晶緩沖層與第一層131之間。該單晶緩沖層包括例如第一緩沖層121。也就是，該單晶緩沖層包括例如高碳濃度第一 AlN緩沖層121a和在第一 AlN緩沖層121a上形成的高純度第二 AlN緩沖層121b。此外，經(jīng)由單晶緩沖層生長(zhǎng)的上述GaN層包括例如第二緩沖層122、η型接觸層 130、Si摻雜的η型限制層等等。由此，通過(guò)經(jīng)由上述單晶緩沖層而在襯底110上生長(zhǎng)GaN層，可以獲得具有高晶體質(zhì)量的GaN層。 導(dǎo)電襯底460可以由至少是導(dǎo)電的材料構(gòu)成。雖然對(duì)其沒(méi)有特別的限制，但 可以使用Si、Ge等等的半導(dǎo)體襯底和CiuCuW等等的金屬板。此外，導(dǎo)電襯底460不需要整體導(dǎo)電。導(dǎo)電襯底460僅僅需要至少在其一部分中是導(dǎo)電的。例如，可以使用其中金屬布線被設(shè)置在樹(shù)脂中的板等等。 ρ側(cè)電極160至少包含銀或其合金。除了銀之外的金屬的單層膜對(duì)可見(jiàn)光帶的反射效率在420nm或更短的紫外光帶區(qū)域中傾向于隨著波長(zhǎng)變短而降低。然而，銀還對(duì)于不小于370nm且不大于410nm的紫外光帶區(qū)域中的光具有高反射效率特性。因此，在用于紫外光發(fā)射的半導(dǎo)體發(fā)光器件的P側(cè)電極160由銀合金構(gòu)成的情況下，優(yōu)選ρ側(cè)電極160的在與半導(dǎo)體層形的界面?zhèn)鹊牟糠志哂休^高的銀組成比。P側(cè)電極160的厚度優(yōu)選為IOOnm 或更大以確保光反射效率。
為了防止焊料擴(kuò)散到ρ側(cè)電極160中或與ρ側(cè)電極160反應(yīng)，可以在ρ側(cè)電極160 上設(shè)置擴(kuò)散防止層。擴(kuò)散防止層具有不與銀反應(yīng)或不會(huì)主動(dòng)擴(kuò)散到銀中的特性。該擴(kuò)散防止層與P側(cè)電極160電接觸。該擴(kuò)散防止層可以由高熔點(diǎn)金屬的單層膜或?qū)盈B膜構(gòu)成，所述高熔點(diǎn)金屬例如為釩(V)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、鉬(Mo) M (Ru)、 銠(Rh)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、銥(Ir)以及鉬(Pt)。 更優(yōu)選地，構(gòu)成擴(kuò)散防止層的金屬具有高功函數(shù)以便一些擴(kuò)散也不會(huì)造成問(wèn)題， 并且該金屬很可能與P型接觸層150 (ρ型GaN層)形成歐姆接觸。該金屬包括鐵(Fe)、鈷 (Co)、鎳(Ni)、銠(Rh)、鎢(W)、錸(Re)、銥(Ir)以及鉬(Pt)中的至少一種。在單層膜的情況下，擴(kuò)散防止層的厚度優(yōu)選在不小于5nm且不大于200nm的范圍內(nèi)，以便可以保持膜狀態(tài)。在層疊膜的情況下，對(duì)擴(kuò)散防止層的厚度沒(méi)有特別的限制，但其可以被設(shè)定為在例如不小于IOnm且不大于IOOOOnm的范圍內(nèi)的值。在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件50中，在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110上形成GaN 層。在GaN層上形成第一層131。在第一層131上形成發(fā)光部140。在發(fā)光部140上形成第二層151。然后，去除襯底110。即，第一層131被設(shè)置在發(fā)光部140與形成在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110上的GaN層之間。并且襯底110被去除。在由此配置的半導(dǎo)體發(fā)光器件50 中，可以實(shí)現(xiàn)特別高的發(fā)光效率。更具體而言，在具有從其去除了襯底110的薄膜結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件50中，其中將光提取到外部的光路徑的平均長(zhǎng)度是長(zhǎng)的。因此，減少在器件(半導(dǎo)體層)內(nèi)部的吸收對(duì)于提高光提取效率是非常有效的。由此，在通過(guò)去除襯底110而獲得的配置中，可以特別顯著地實(shí)現(xiàn)該實(shí)施例的通過(guò)將單量子阱結(jié)構(gòu)用于發(fā)光部140而抑制在器件內(nèi)部(在半導(dǎo)體層內(nèi)部)的光吸收的效果。當(dāng)將晶體疊層體180接合到導(dǎo)電襯底460時(shí)以及當(dāng)通過(guò)激光分解GaN層以剝離由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110時(shí)，晶體疊層體180的晶體層容易產(chǎn)生晶體缺陷并被損害。這大概可以歸因于在導(dǎo)電襯底460、藍(lán)寶石以及GaN層之間的熱膨脹系數(shù)差異、局部加熱、由GaN分解而產(chǎn)生的產(chǎn)物等等。如果晶體缺陷和損傷發(fā)生在晶體層中，則包含在ρ 側(cè)電極160中的Ag擴(kuò)散通過(guò)晶體缺陷和損傷。這會(huì)導(dǎo)致加速地增加晶體內(nèi)部的泄漏和晶體缺陷。根據(jù)該實(shí)施例，阱層143為單層。因此，可以通過(guò)疊層結(jié)構(gòu)從襯底110側(cè)施加的應(yīng)變而顯著地改善晶體(阱層143)的特性。此外，因?yàn)槭菃螌樱鍖?43并不具有會(huì)發(fā)生在 MQW結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題(在多個(gè)阱層中，在生長(zhǎng)襯底側(cè)上晶體質(zhì)量改善是不足的，并且在與生長(zhǎng)襯底相反的側(cè)上應(yīng)變過(guò)量地增加，導(dǎo)致晶體特性劣化的問(wèn)題)。由此，可以最大化阱層143 的晶體質(zhì)量。在與該實(shí)施例中一樣地使晶體受到由于襯底110的去除而產(chǎn)生的載荷的情況下， 可以特別有效地實(shí)現(xiàn)該效果。也就是，在去除了用于晶體生長(zhǎng)的襯底110之后，晶體同樣可
以獲得高質(zhì)量。與在該實(shí)施例中一樣，在通過(guò)去除襯底110以利用由高反射率金屬構(gòu)成的電極(P 側(cè)電極160)處的反射來(lái)提取光而獲得的結(jié)構(gòu)中，在襯底110與生長(zhǎng)晶體之間的界面處以及在襯底110內(nèi)部均不存在光損耗。因此，該實(shí)施例具有通過(guò)減小晶體中的光損耗來(lái)改善發(fā)光效率的顯著效果。
也就是，在該實(shí)施例中，采用SQW結(jié)構(gòu)。由此，從具有高發(fā)光效率的阱層143發(fā)射的光不會(huì)被具有低效率的其他阱層吸收。因?yàn)椴淮嬖谠撐諉?wèn)題，因此可以以極高的效率將光提取到外部。特別地，在該實(shí)施例中，通過(guò)引入第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220，顯著提高了晶體質(zhì)量。因此，該實(shí)施例有效地抑制了在去除襯底Iio時(shí)會(huì)發(fā)生的阱層143的特性劣化。
在具有通過(guò)去除襯底110而獲得的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，很可能發(fā)生發(fā)光效率的降低。發(fā)明人分析了在該配置中易于發(fā)生發(fā)光效率降低的原因。結(jié)果，發(fā)明人推斷出， 在去除襯底110的工藝中從襯底110側(cè)施加的高應(yīng)變導(dǎo)致了晶體中位錯(cuò)的增加，這顯著地引起發(fā)光效率的降低。更具體而言，在去除襯底110時(shí)，如果通過(guò)加熱來(lái)去除襯底110，則認(rèn)為具有與熱膨脹有關(guān)的橫向分量的位錯(cuò)被引入到晶體中。此外，當(dāng)剝離襯底110時(shí)，產(chǎn)生了被剝離的部分和未剝離的部分。因此，剝離利用傾斜施加的力而進(jìn)行。由此，可以推斷，伴隨著襯底110 的去除而發(fā)生的位錯(cuò)同樣具有傾斜分量。在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件50中，在襯底110與發(fā)光部140之間引入了第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220。認(rèn)為它們影響伴隨著襯底110的去除而發(fā)生的位錯(cuò)的方向的改變(向橫向和傾斜方向的改變)。也就是，可以假定，在該實(shí)施例中，因?yàn)槭刮诲e(cuò)的方向接近于與晶體表面垂直的方向，因此獲得了抑制位錯(cuò)方向改變的效果。這抑制了在去除襯底110時(shí)會(huì)發(fā)生的發(fā)光效率的降低，并能夠?qū)崿F(xiàn)高效率地發(fā)射光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。在該實(shí)施例中，同時(shí)使用了第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220。因此，上述效果特別顯著。然而，即使在其中一種的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)提高發(fā)光效率的效果。特別地，如果使用第一疊層結(jié)構(gòu)體210，第三層203與第四層204之間的晶格失配是大的，因此改變位錯(cuò)方向的效果是顯著的。此外，即使在晶體在面中不均勻的情況下，改變位錯(cuò)方向的效果也是顯著的，并且對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光器件的效率提高的貢獻(xiàn)是顯著的。如上所述，可以將根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的配置應(yīng)用到基于通過(guò)去除襯底110而獲得的配置的半導(dǎo)體發(fā)光器件。于是，因?yàn)楦呔w質(zhì)量，抑制了伴隨著襯底110的去除而引起的晶體特性劣化。因此，可以實(shí)現(xiàn)具有特別高的效率的光發(fā)射。也就是，通過(guò)組合使用通過(guò)去除襯底110而獲得的配置、SQW結(jié)構(gòu)的發(fā)光部140以及第一疊層結(jié)構(gòu)體210，可以特別有效地提高發(fā)光效率。此外，通過(guò)與第二疊層結(jié)構(gòu)體220的進(jìn)一步組合，則可以更有效地提高發(fā)光效率。第六實(shí)施例圖7為示例了根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的晶片的配置的示意性截面圖。如圖7所示，根據(jù)該實(shí)施例的晶片560包括包含η型GaN和η型AlGaN中的至少一種的第一層131、包含ρ型AlGaN的第二層151以及發(fā)光部140。發(fā)光部140具有由第一勢(shì)壘層141、第二勢(shì)壘層142以及阱層143構(gòu)成的單量子阱結(jié)構(gòu)。第一勢(shì)壘層141被設(shè)置在第一層 131 與第二層 151 之間并包含 AlxlGai_xl_ylInylN(0 < xl,0 ^ yl, xl+yl < 1)。第二勢(shì)壘層142被設(shè)置在第一勢(shì)壘層141與第二層151之間并包含Alx2Gai_x2_y2Iny2N(0 < x2, 0彡y2，x2+y2 < 1)。阱層143被設(shè)置在第一勢(shì)壘層141與第二勢(shì)壘層142之間并包含Alx0Ga1^y0Iny0N(O 彡 x0，0 < yO, xO+yO < 1, yl < yO, y2 < yO)。阱層143具有不小于4. 5nm且不大于9nm的厚度。阱層143發(fā)射近紫外光。阱層 143的峰值波長(zhǎng)為例如不小于380nm且不大于400nm。如此配置的晶片560可以實(shí)現(xiàn)與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的上述半導(dǎo)體發(fā)光器件相似的效果。晶片560可以提供高效率地發(fā)射近紫外光的晶片。
如圖7所示，晶片560還可以包括參考根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的上述半導(dǎo)體發(fā)光器件而說(shuō)明的各種層。在晶片560中，特別地，阱層143的厚度優(yōu)選地被設(shè)定為不小于5nm且不大于7nm。圖8為示例出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的另一晶片的配置的示意性截面圖。如圖8所示，根據(jù)該實(shí)施例的晶片570還包括被設(shè)置在第一層131與發(fā)光部140 之間的第一疊層結(jié)構(gòu)體210。第一疊層結(jié)構(gòu)體210包括包含AlGaInN的多個(gè)第三層203和與所述多個(gè)第三層203交替地層疊并包含GaInN的多個(gè)第四層204。所述多個(gè)第三層203 中的每一個(gè)具有小于第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142的厚度。所述多個(gè)第四層204中的每一個(gè)具有小于阱層143的厚度。此外，晶片570還包括被設(shè)置在第一層131與發(fā)光部140之間的第二疊層結(jié)構(gòu)體 220。第二疊層結(jié)構(gòu)體220包括包含GaN的多個(gè)第五層205和與所述多個(gè)第五層205交替地層疊并包含GaInN的多個(gè)第六層206。所述多個(gè)第五層205中的每一個(gè)具有小于第一勢(shì)壘層141和第二勢(shì)壘層142的厚度。所述多個(gè)第六層206中的每一個(gè)具有小于阱層143的厚度。如以上參考根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件所述，可以設(shè)置第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的至少一者。此外，可以將第二疊層結(jié)構(gòu)體220設(shè)置在第一層131與第一疊層結(jié)構(gòu)體210之間。所述多個(gè)第四層204的總厚度與阱層143的厚度之和可以為不小于25nm且不大于 45nm。晶片570中的提高發(fā)光效率的效果如參考根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件所述。第七實(shí)施例根據(jù)該實(shí)施例的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法為，例如，制造參考第五實(shí)施例所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件50的方法。圖9為示例了根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的流程圖。如圖9所示，在根據(jù)該實(shí)施例的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，在其主表面為藍(lán)寶石層的c面的襯底110上形成包含Alx3Gai_x3N (0. 8^x3^1)的單晶緩沖層(步驟SlO 1)。 例如，依次形成高碳濃度第一 AlN緩沖層121a和在第一 AlN緩沖層121a上形成的高純度第二 AlN緩沖層121b。然后，在單晶緩沖層上形成GaN層(步驟S102)。例如，形成第二緩沖層122、n型接觸層130等等。然后，在GaN層上，形成包括第一層131的η型半導(dǎo)體層，該第一層131包含η型 GaN和η型AlGaN中的至少一種(步驟S103)。然后，在η 型半導(dǎo)體層上，形成包含 AlxlGai_xl_ylInylN(0 < xl，0 彡 yl，xl+yl < 1)的第一勢(shì)壘層141 (步驟S104)。然后，在第一勢(shì) 壘層141 上，形成包含 Alx(1Gai_x(1_y(1InyQN(0 彡 x0，0 < y0,x0+y0 < 1， yl <y0,y2< yO)的阱層143 (步驟S105)。阱層143的厚度被設(shè)定不小于4. 5nm且不大于 9nm。阱層143發(fā)射近紫外光。阱層143的峰值波長(zhǎng)為例如不小于380nm且不大于400nm。然后，在阱層143 上形成包含 Alx2Gai_x2_y2Iny2N(0 < x2，0 彡 y2, x2+y2 < 1)的第二勢(shì)壘層142(步驟S106)。然后，在第二勢(shì)壘層142上，形成包括第二層151的ρ型半導(dǎo)體層，第二層151包含 ρ 型 AlGaN (步驟 S107)。然后，在形成ρ型半導(dǎo)體之后，去除襯底110 (步驟S108)。在根據(jù)該實(shí)施例的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，去除襯底110的工藝與SQW結(jié)構(gòu)的發(fā)光部140組合。由此，可以特別有效地提高發(fā)光效率。此外，通過(guò)與第一疊層結(jié)構(gòu)體 210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的至少一者的進(jìn)一步組合，可以更有效地提高發(fā)光效率。第八實(shí)施例圖10為示例了根據(jù)第八實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的流程圖。如圖10所示，在根據(jù)該實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積，在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底110上形成AlN層(第一緩沖層121)(步驟S201)。 例如，依次形成高碳濃度第一 AlN緩沖層121a和在第一 AlN緩沖層121a上形成的高純度第二 AlN緩沖層121b。然后，在該AlN層上，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積形成GaN層(步驟S202)。例如， 形成第二緩沖層122、η型接觸層130等等。然后，在該GaN層上，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積形成包括第一層131的η型半導(dǎo)體層，第一層131包含η型GaN和η型AlGaN中的至少一種(步驟S203)。然后，在η型半導(dǎo)體層上，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積形成包含AlxlGai_xl_ylInylN(0
<xl，0 彡 yl, xl+yl < 1)的第一勢(shì)壘層 141 (步驟 S204)。然后，在第一勢(shì)壘層141上，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積形成包含 Alx0Ga1^y0Iny0N(0 ^ χΟ,Ο < yO, xO+yO < 1, yl < y0, y2 < y0)的阱層 143 (步驟 S205)。 阱層143的厚度被設(shè)定不小于4. 5nm且不大于9nm。阱層143發(fā)射近紫外光。阱層143的峰值波長(zhǎng)為例如不小于380nm且不大于400nm。然后，在阱層143上，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積形成包含Alx2Gai_x2_y2Iny2N(0
<x2,0 ^ y2, x2+y2 < 1)的第二勢(shì)壘層 142 (步驟 S206)。然后，在第二勢(shì)壘層142上，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積形成包括第二層151的ρ 型半導(dǎo)體層，第二層151包含ρ型AlGaN(步驟S207)。具體地，直接在上述η型半導(dǎo)體層上形成第一勢(shì)壘層141。直接在第一勢(shì)壘層141 上形成阱層143。直接在阱層143上形成第二勢(shì)壘層142。直接在第二勢(shì)壘層142上形成ρ 型半導(dǎo)體層。這里，如上所述，包括第一層131的η型半導(dǎo)體層可以包括形成在第一層131 上的第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的至少一者。這樣的制造方法可以形成具有高晶體質(zhì)量的半導(dǎo)體層。通過(guò)由該方法形成具有 SQW結(jié)構(gòu)的發(fā)光部140，可以以高的生產(chǎn)率制造以特別高的效率發(fā)射近紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
這里，可以進(jìn)一步實(shí)施形成第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的至少一者的工藝。這可以更有效地提高發(fā)光效率。用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的上述方法還可以應(yīng)用于晶片的制造方法。也就是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造晶片的方法可以包括上述步驟S201到S207。 由此，可以以高的生產(chǎn)率制造以特別高的效率發(fā)射近紫外光的晶片。同樣，在制造晶片的該方法中，可以進(jìn)一步實(shí)施形成第一疊層結(jié)構(gòu)體210和第二疊層結(jié)構(gòu)體220中的至少一者的工藝。這可以更有效地提高發(fā)光效率。這里所稱(chēng)的“氮化物半導(dǎo)體”包括具有由化學(xué)式BxInyAlzGai_x_y_zN(0彡χ彡1， O^y^ Ι,Ο^ζ^ l,x+y+z ( 1)表示的任何組合物的半導(dǎo)體，其中組成比x、y和ζ在各自的范圍內(nèi)變化。此外，在上述化學(xué)式中，“氮化物半導(dǎo)體”還包括進(jìn)一步包含除了 N(氮) 之外的任何V族元素的那些半導(dǎo)體、進(jìn)一步包含為控制諸如導(dǎo)電類(lèi)型的各種材料特性而添加的各種元素的那些半導(dǎo)體、以及進(jìn)一步包含各種非故意添加的元素的那些半導(dǎo)體。上文中，參考具體實(shí)例描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明并不受這些具體實(shí)例的限制。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光器件的各要素(例如半導(dǎo)體層、發(fā)光部、阱層、勢(shì)壘層、疊層結(jié)構(gòu)體、電極、襯底、以及緩沖層)的配置、尺寸、材料品質(zhì)、 設(shè)置等等做出各種修改，這樣的修改被以包括本發(fā)明的主旨的程度而被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，可以在技術(shù)可行的范圍內(nèi)組合具體實(shí)例的任何兩個(gè)或多個(gè)要素；并以包括本發(fā)明的主旨的程度而被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，基于上述作為本發(fā)明的示例性實(shí)施例而說(shuō)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件、晶片、制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法以及制造晶片的方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)修改而可實(shí)施的所有半導(dǎo)體發(fā)光器件、晶片、制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法以及制造晶片的方法同樣以包括本發(fā)明的主旨的程度而被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，在本發(fā)明的精神內(nèi)的各種修改和替代對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此應(yīng)將所有這樣的修改和替代視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。雖然說(shuō)明了特定的實(shí)施例，但是這些實(shí)施例僅僅以實(shí)例的方式給出，并且不旨 在限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，這里描述的新穎實(shí)施例可以被具體化為各種其他的形式；此夕卜，可以進(jìn)行這里描述的實(shí)施例的形式上的各種省略、替換和改變而不背離本發(fā)明的精神。 所附權(quán)利要求及其等價(jià)物旨在覆蓋落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的這樣的形式或修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括第一層，其包含η型GaN和η型MGaN中的至少一種； 第二層，其包含P型AlGaN ；以及發(fā)光部，其具有單量子阱結(jié)構(gòu)， 所述單量子阱結(jié)構(gòu)包括第一勢(shì)壘層，其被設(shè)置在所述第一層與所述第二層之間并包含AlxlGai_xl_yJnylN(0<xl，0 彡 yl, xl+yl < 1)；第二勢(shì)壘層，其被設(shè)置在所述第一勢(shì)壘層與所述第二層之間并包含Alx2(iai_x2_y2hy2N(0<x2，0 彡 y2, x2+y2 < 1)；以及阱層，其被設(shè)置在所述第一勢(shì)壘層與所述第二勢(shì)壘層之間，包含 Alx0Ga1^y0Iny0N(0 ^ χΟ,Ο < y0, xO+yO < 1, yl < y0, y2 < y0)，并被配置為發(fā)射近紫外光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述阱層具有不小于4.5納米且不大于9納米的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述阱層具有不小于5納米且不大于7納米的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，還包括第一疊層結(jié)構(gòu)體，其被設(shè)置在所述第一層與所述發(fā)光部之間， 所述第一疊層結(jié)構(gòu)體包括包含Alfe^nN的多個(gè)第三層，所述多個(gè)第三層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述第一勢(shì)壘層的厚度且小于所述第二勢(shì)壘層的厚度；以及與所述多個(gè)第三層交替地層疊并包含fe^nN的多個(gè)第四層，所述多個(gè)第四層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述阱層的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其中所述多個(gè)第四層的總厚度與所述阱層的厚度之和不小于25納米且不大于45納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，還包括第二疊層結(jié)構(gòu)體，其被設(shè)置在所述第一層與所述發(fā)光部之間， 所述第二疊層結(jié)構(gòu)體包括包含GaN的多個(gè)第五層，所述多個(gè)第五層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述第一勢(shì)壘層的厚度且小于所述第二勢(shì)壘層的厚度；以及與所述多個(gè)第五層交替地層疊并包含fe^nN的多個(gè)第六層，所述多個(gè)第六層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述阱層的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，還包括第二疊層結(jié)構(gòu)體，其被設(shè)置在所述第一層與所述第一疊層結(jié)構(gòu)體之間， 所述第二疊層結(jié)構(gòu)體包括包含GaN的多個(gè)第五層，所述多個(gè)第五層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述第一勢(shì)壘層的厚度且小于所述第二勢(shì)壘層的厚度；以及與所述多個(gè)第五層交替地層疊并包含fe^nN的多個(gè)第六層，所述多個(gè)第六層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述阱層的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中，所述第一勢(shì)壘層具有的Si濃度高于所述第一疊層結(jié)構(gòu)體中的Si濃度；所述第二疊層結(jié)構(gòu)體具有的Si濃度低于所述第一疊層結(jié)構(gòu)體中的Si濃度；并且所述第二層具有的Si濃度低于所述第二疊層結(jié)構(gòu)體中的Si濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，還包括襯底，所述襯底的主表面為藍(lán)寶石層的c面；單晶緩沖層，其被設(shè)置在所述襯底與所述第一層之間，所述單晶緩沖層包含 Alx3Ga1^x3N (0. 8 彡 x3 彡 1)；以及GaN層，其被設(shè)置在所述單晶緩沖層與所述第一層之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述第一層被設(shè)置在所述發(fā)光部與形成在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底上的GaN層之間；并且所述襯底被去除。
11.一種晶片，包括第一層，其包含η型GaN和η型MGaN中的至少一種； 第二層，其包含P型AlGaN ；以及發(fā)光部，其具有單量子阱結(jié)構(gòu)， 所述單量子阱結(jié)構(gòu)包括第一勢(shì)壘層，其被設(shè)置在所述第一層與所述第二層之間并包含AlxlGai_xl_yJnylN(0<xl，0 彡 yl, xl+yl < 1)；第二勢(shì)壘層，其被設(shè)置在所述第一勢(shì)壘層與所述第二層之間并包含Alx2(iai_x2_y2hy2N(0<x2，0 彡 y2, x2+y2 < 1)；以及阱層，其被設(shè)置在所述第一勢(shì)壘層與所述第二勢(shì)壘層之間，包含 Alx0Ga1^y0Iny0N(0 ^ χΟ,Ο < y0, xO+yO < 1, yl < y0, y2 < y0)，并被配置為發(fā)射近紫外光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的晶片，其中所述阱層具有不小于4.5納米且不大于9納米的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的晶片，其中所述阱層具有不小于5納米且不大于7納米的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的晶片，還包括第一疊層結(jié)構(gòu)體，其被設(shè)置在所述第一層與所述發(fā)光部之間， 所述第一疊層結(jié)構(gòu)體包括包含Alfe^nN的多個(gè)第三層，所述多個(gè)第三層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述第一勢(shì)壘層的厚度且小于所述第二勢(shì)壘層的厚度；以及與所述多個(gè)第三層交替地層疊并包含fe^nN的多個(gè)第四層，所述多個(gè)第四層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述阱層的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的晶片，其中所述多個(gè)第四層的總厚度與所述阱層的厚度之和不小于25納米且不大于45納米。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的晶片，還包括第二疊層結(jié)構(gòu)體，其被設(shè)置在所述第一層與所述發(fā)光部之間， 所述第二疊層結(jié)構(gòu)體包括包含GaN的多個(gè)第五層，所述多個(gè)第五層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述第一勢(shì)壘層的厚度且小于所述第二勢(shì)壘層的厚度；以及與所述多個(gè)第五層交替地層疊并包含fe^nN的多個(gè)第六層，所述多個(gè)第六層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述阱層的厚度。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的晶片，還包括第二疊層結(jié)構(gòu)體，其被設(shè)置在所述第一層與所述第一疊層結(jié)構(gòu)體之間， 所述第二疊層結(jié)構(gòu)體包括包含GaN的多個(gè)第五層，所述多個(gè)第五層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述第一勢(shì)壘層的厚度且小于所述第二勢(shì)壘層的厚度；以及與所述多個(gè)第五層交替地層疊并包含fe^nN的多個(gè)第六層，所述多個(gè)第六層中的每一個(gè)具有的厚度小于所述阱層的厚度。
18.—種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括以下步驟在襯底上形成單晶緩沖層，所述襯底的主表面為藍(lán)寶石層的c面，所述單晶緩沖層包含 Alx3Gah3N(C). 8 彡 x3 彡 1)；在所述單晶緩沖層上形成GaN層；在所述GaN層上形成η型半導(dǎo)體層，所述η型半導(dǎo)體層包括第一層，所述第一層包含η 型GaN和η型AWaN中的至少一種；在所述η型半導(dǎo)體層上形成第一勢(shì)壘層，所述第一勢(shì)壘層包含AlxlGai_xl_yJnylN(0<xl，0 彡 yl, xl+yl < 1)；在所述第一勢(shì)壘層上形成阱層，所述阱層包含AUGiinyrv^O ( χΟ,Ο < y0, x0+y0<1，yl < y0, y2 < y0)并被配置為發(fā)射近紫外光；在所述阱層上形成第二勢(shì)壘層，所述第二勢(shì)壘層包含Alx2(iai_x2_y2hy2N(0 < x2，0彡y2， x2+y2 < 1)；在所述第二勢(shì)壘層上形成P型半導(dǎo)體層，所述P型半導(dǎo)體層包括第二層，所述第二層包含ρ型AlGaN;以及在形成所述P型半導(dǎo)體層之后，去除所述襯底。
19.一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括以下步驟通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底上形成AlN層； 通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述AlN層上形成GaN層；通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述GaN層上形成η型半導(dǎo)體層，所述η型半導(dǎo)體層包括第一層，所述第一層包含η型GaN和η型AWaN中的至少一種；通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述η型半導(dǎo)體層上形成第一勢(shì)壘層，所述第一勢(shì)壘層包含 AUfeihhJr^MO < xl,0 ^ yl, xl+yl < 1)；通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述第一勢(shì)壘層上形成阱層，所述阱層包含 Alx0Ga1^y0Iny0N(0 ^χΟ,Ο < y0,x0+y0 < l，yl < y0，y2 < yO)并被配置為發(fā)射近紫外光； 通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述阱層上形成第二勢(shì)壘層，所述第二勢(shì)壘層包含 Alx2Ga1^y2Iny2N(0 < x2，0 彡 y2, x2+y2 < 1)；以及通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述第二勢(shì)壘層上形成P型半導(dǎo)體層，所述P型半導(dǎo)體層包括第二層，所述第二層包含P型AWaN。
20.一種用于制造晶片的方法，包括以下步驟通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底上形成AlN層；通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述AlN層上形成GaN層；通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述GaN層上形成η型半導(dǎo)體層，所述η型半導(dǎo)體層包括第一層，所述第一層包含η型GaN和η型AWaN中的至少一種；通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述η型半導(dǎo)體層上形成第一勢(shì)壘層，所述第一勢(shì)壘層包含 AUGahmlr^MO < xl,0 ≤ yl, xl+yl < 1)；通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述第一勢(shì)壘層上形成阱層，所述阱層包含 Alx0Ga1^y0Iny0N(0 ≤χΟ,Ο < y0,x0+y0 < l，yl < y0，y2 < yO)并被配置為發(fā)射近紫外光； 通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述阱層上形成第二勢(shì)壘層，所述第二勢(shì)壘層包含 Alx2Ga1^y2Iny2N(0 < x2，0 ≤ y2, x2+y2 < 1)；以及通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在所述第二勢(shì)壘層上形成P型半導(dǎo)體層，所述P型半導(dǎo)體層包括第二層，所述第二層包含P型AWaN。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件、晶片、用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法和用于制造晶片的方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件包括第一層、第二層以及發(fā)光部。第一層包含n型GaN和n型AlGaN中的至少一種。第二層包含p型AlGaN。發(fā)光部具有單量子阱結(jié)構(gòu)。單量子阱結(jié)構(gòu)包括第一勢(shì)壘層、第二勢(shì)壘層以及阱層。第一勢(shì)壘層被設(shè)置在第一層與第二層之間并包含Alx1Ga1-x1-y1Iny1N(0＜x1，0≤y1，x1+y1＜1)。第二勢(shì)壘層被設(shè)置在第一勢(shì)壘層與第二層之間并包含Alx2Ga1-x2-y2Iny2N(0＜x2，0≤y2，x2+y2＜1)。阱層被設(shè)置在第一勢(shì)壘層與第二勢(shì)壘層之間，包含Alx0Ga1-x0-y0Iny0N(0≤x0，0＜y0，x0+y0＜1，y1＜y0，y2＜y0)并被配置為發(fā)射近紫外光。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102194934SQ201010275570
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者勝野弘, 大埸康夫, 山田真嗣, 櫛部光弘, 金子桂 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝