专利名称：氮化物半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及ー种氮化物半导体发光元件及其制造方法。
背景技术：
在现有的氮化物半导体发光元件的用途中，即使氮化物半导体发光元件的发光输出、静电耐压及发光波长等形成稍微不稳定，也不会给使用上帯来障碍。但是，在使用氮化物半导体发光元件作为近年来急速地日益普及的液晶电视的背光用光源或LED照明的情况下，如果导致在ー个氮化物半导体发光元件产生静电破坏，则将整个制品看做故障品， 并且导致判断制品为不良品。因此，用于液晶电视的背光用光源的氮化物半导体发光元件需要全部通过静电加压试验那样的破坏检查，必须使静电耐压高。例如，在(日本)特开2005-260215号公报(以下称为“专利文献I”)中公开了用于提高静电耐压的氮化物半导体发光元件。图9是表示专利文献I所公开的氮化物半导体发光元件的结构的示意剖面图。如图9所示，专利文献I的氮化物半导体发光元件在η侧接触层4与有源层11之间，从η侧接触层4侧依次至少具有第一 η侧层5、第二 η侧层6、第三η侧层7及第四η侧层8。在专利文献I的氮化物半导体发光元件中，向第二 η侧层6及第四η侧层8导入η型杂质，使得第二 η侧层6及第四η侧层8分别比第一 η侧层5及第三η侧层7的η型杂质浓度高。通过专利文献I的制造方法，利用四英寸的基板制作大约五万个氮化物半导体发光元件，并对所有的氮化物半导体发光元件进行静电加压试验。图10表示该试验結果。图10是表示对专利文献I的氮化物半导体发光元件进行静电加压试验时，产生破坏时的施加电压与破坏的氮化物半导体发光元件个数的关系的图表。图10的横轴是产生破坏时的施加电压，图10的纵轴是产生破坏的氮化物半导体发光元件的个数。从图10的图表可知，使用专利文献I的制造方法，制作出19000个左右的氮化物半导体发光元件，该19000个左右的氮化物半导体发光元件即使施加一 4000V以上的电压也不会被破坏。但是，另一方面，制作出31000个左右的氮化物半导体发光元件，该31000个左右的氮化物半导体发光元件在一 200V以下的低电压下破坏。如果如上所述地利用专利文献I的制造方法制作氮化物半导体发光元件，制作在静电耐压方面非常优秀的氮化物半导体发光元件，但是导致一半左右的氮化物半导体发光元件的静电耐压低。静电耐压的特性如上所述差异的理由是因为，在整个晶片表面，不能使氮化物层均匀地晶体生长，在晶片面内的一部分产生结晶缺陷。即，在将由专利文献I的制造方法制造的晶片分解成片时，不含结晶缺陷的氮化物半导体发光元件的静电耐压高，但是含有结晶缺陷的氮化物半导体发光元件的静电耐压低。其结果是，即使是由同一晶片制作的氮化物半导体发光元件，也会制作出静电耐压高的氮化物半导体发光元件和静电耐压低的氮化物半导体发光元件。以上，列举了利用四英寸的基板制造氮化物半导体发光元件的情况，但是在利用例如六英寸的基板那样的大口径的基板制造氮化物半导体发光元件的情况下，由ー张基板制造大约13万个氮化物半导体发光元件。但是存在以下问题因为其中大约一半的氮化物半导体发光元件的静电耐压低，所以氮化物半导体发光元件的制造成品率低。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做出的，目的在于提供ー种氮化物半导体发光元件及其制造方法，其能够成品率高地制造静电耐压高的氮化物半导体发光元件。对如何产生上述静电破坏进行说明。首先，相对于施加在氮化物半导体发光元件的通常的电场方向，向反方向施加高电场时，因为有源层是未掺杂层或η型的低掺杂层,所以耗尽层向η型氮化物半导体层侧延伸。如果在该耗尽层存在容易流动电流的缺陷等吋，电流集中在缺陷处，并且产生热量，从而产生静电破坏。本发明者在解析静电破坏的氮化物半导体发光元件时，知道在破坏位置的下部的η型氮化物半导体层中存在直径数nm左右的管孔。在包含管孔的平面切开氮化物半导体发 光元件，并且通过扫描透视(STEM)观察该截面，确认管孔与破坏位置的关系。图I是通过STEM观察在包含管孔的面上切开氮化物半导体发光元件时的切开面时的观察图像。在图I表示管孔。在调查该管孔与静电加压试验的不良发生率的关系时，可知如图2所示，管孔密度越高在静电加压试验中越容易产生不良情况。图2是表示管孔密度与不良产生率的关系的图。从图2所示的结果中发现，管孔密度越低，越不会向管孔施加高电场，耗尽层不会扩展至管孔存在的位置，从而完成本发明。S卩，本发明的氮化物半导体发光元件具有生长用基板、形成于该生长用基板上的η型氮化物半导体层、形成于该η型氮化物半导体层上的发光层、形成于该发光层上的P型氮化物半导体层，本发明的氮化物半导体发光元件的管孔的密度形成为5000个/cm2，该管孔从η型氮化物半导体层的位于发光层侧的表面朝向基板大致垂直地延伸，并且直径为2nm 200nmo优选的是，在η型氮化物半导体层与发光层之间还含有η型超晶格层。该η型超晶格层包含ー层以上的η型杂质浓度为2Χ IO17CnT3以上的层。优选的是，上述η型氮化物半导体层由第一 η型GaN层及第二 η型GaN层构成。优选的是，该第二 η型GaN层包括η型杂质浓度低的低掺杂层、η型杂质浓度高的高掺杂层，低掺杂层的η型杂质浓度低于第一 η型GaN层的η型杂质浓度。优选的是，高掺杂层的η型杂质浓度高于第一 η型GaN层的η型杂质浓度。优选的是，所述生长用基板是在表面形成有氮化物半导体层的基板，或者是氮化物半导体基板。本发明涉及ー种氮化物半导体发光元件的制造方法，其包括在生长用基板上形成第一 η型GaN层的步骤；在该第一 η型GaN层上形成第二 η型GaN层的步骤；在该第二 η型GaN层上形成发光层的步骤；在该发光层上形成P型氮化物半导体层的步骤，形成第二 η型GaN层的步骤中的V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V/III)低于形成第一 η型GaN层的步骤中的V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V /III)。优选的是，形成上述第二 η型GaN层的步骤中的V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V / III)为300以下。优选的是,形成上述第一 η型GaN层的步骤中的V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V /III)为300以上。优选的是，在形成上述第二 η型GaN层的步骤后，包括在第二 η型GaN层上形成η型超晶格层的步骤。优选的是，在形成第一 η型GaN层的步骤前，包括使生长用基板升温的步骤。优选的是，在使该生长用基板升温的步骤中，V族原料的流量与形成第一 η型GaN层的步骤中的V族原料的流量相同。优选的是，在形成第一η型GaN层的步骤及形成第二η型GaN层的步骤中，在IOcm/秒以上、300cm/秒以下的流速下导入气体。优选的是，在形成第二 η型GaN层的步骤中，在9000C以上的生长温度下，形成第二 η型GaN层。
根据本发明，能够成品率高地制造静电耐压高的氮化物半导体发光元件。
图I是通过STEM观察在包含管孔的面上切开氮化物半导体发光元件时的切开面时的观察图像。图2是表不管孔密度与不良广生率的关系的图表。图3是表示本发明的氮化物半导体发光元件的结构的一个例子的剖面图。图4是按エ序顺序表示本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法的流程图。图5是对现有的氮化物半导体发光元件的管孔密度的分布与本发明的氮化物半导体发光元件的管孔密度的分布进行比较的图表。图6是通过STEM观察在包含管孔的面上切开氮化物半导体发光元件时的切开面时的观察图像。图7是通过SEM观察大凹槽的上表面时的观察图像。图8是通过显微镜观察第二 η型GaN层的表面时的观察图像。图9是表示专利文献I所公开的氮化物半导体发光元件的结构的示意剖面图。图10是表示对专利文献I的氮化物半导体发光元件进行静电加压试验时产生破坏时的施加电压与破坏的氮化物半导体发光元件个数的关系的图表。根据与參照附图而理解的本发明相关的以下详细的说明，可以明确知道该发明的上述及其他目的、特征、形态及优点。
具体实施例方式以下，对本发明的氮化物半导体发光元件进行说明。<氮化物半导体发光元件>图3是表示本发明的氮化物半导体发光元件的结构的一个例子的剖面图。图3所示的氮化物半导体发光元件具有生长用基板30、形成于该生长用基板30上的η型氮化物半导体层32、形成于该η型氮化物半导体层32上的发光层40、形成于该发光层40上的ρ型氮化物半导体层42，该氮化物半导体发光元件的管孔的密度形成为5000个/cm2以下(如6及图7所示)，该管孔从η型氮化物半导体层32的位于发光层40侧的表面(图3中的η型氮化物半导体层32的上表面)朝向生长用基板30大致垂直地延伸，并且直径为2nnT200nm。由于如上所述管孔的密度低，所以很难产生静电破坏，因此能够制造静电耐压高的氮化物半导体发光元件。如果满足上述管孔密度的氮化物半导体发光元件是例如9. 5 X IO-4Cm2的面积的元件，每个元件的管孔个数为五个以下。可以知道，当每个元件的管孔个数为五个以下时，能够提高静电耐压。另ー方面，如果管孔个数超过五个，存在明显降低静电耐压的倾向。上述管孔密度更优选为3000个/cm2以下。在该情况下，即使増大元件的尺寸使其面积为例如I. 6 X 10_3cm2，也能够使每个元件的管孔个数为五个以下，如果元件面积为9. 5X10_4cm2，每个元件的管孔个数为三个以下，从而能够更难引起静电破坏。上述管孔的密度更优选处于1000个/cm2以下。在该情况下，即使是尺寸更大的元件，例如面积为5. OX 10_3cm2的元件，也能够使每个元件的管孔的个数为五个以下。考虑到虽然管孔的个数越少越优选，但是基本不可能实现没有管孔(管孔的个数为O)。<生长用基板>在本发明中，生长用基板30优选为，在表面形成有氮化物半导体层的基板或氮化物半导体基板。上述生长用基板30与不是现有的蓝宝石基板、尖晶石基板及SiC基板等氮化物半导体基板的基板相比，存在当氮化物半导体层的晶体生长时堵塞管孔的倾向。因此， 能够减少存在于生长用基板30的管孔的个数。在此，作为在表面形成有氮化物半导体层的基板，能够列举以下基板例如，将蓝宝石基板的表面加工成凹凸形状，在加工成该凹凸形状的蓝宝石基板的表面上通过溅射法形成由AlN构成的缓冲层，并且通过有机金属化学气相沉积法(M0CVD法)或氢化物气相外延法(HVPE)法等在该缓冲层上形成GaN层。因为上述生长用基板30的表面存在多个管孔，所以減少生长用基板30的管孔的个数很重要。通过在管孔个数少的生长用基板30上形成η型氮化物半导体层32等，能够进ー步減少形成于η型氮化物半导体层32的管孔的个数，因此，抑制由静电耐压产生的不良及由逆漏电产生的不良，从而能够提高氮化物半导体发光元件的制造成品率。作为上述生长用基板30，优选使用以下基板例如，在蓝宝石基板的表面及背面中的形成有氮化物半导体层的ー侧的面实施凹凸加工的基板。而且，作为生长用基板30，优选使用以下基板在实施凹凸加工的蓝宝石基板的表面形成有由AlN构成的缓冲层，在该缓冲层上形成有无掺杂的GaN层及η型GaN层。 <η型氮化物半导体层>在本发明中，η型氮化物半导体层32优选由第一 η型GaN层34及第ニ η型GaN层36构成。在此，上述第一 η型GaN层34的掺杂浓度优选为I X IO18 2 X IO19CnT3，更优选为3X IO18 9X IO1W30另外，第一 η型GaN层34的厚度优选为例如O. 3 3 μ m。第二 η型GaN层36包括η型杂质浓度低的低掺杂层36Α、η型杂质浓度高的高掺杂层36Β，低掺杂层36Α的η型杂质浓度优选低于第一 η型GaN层34的η型杂质浓度。如上所述，由于第二 η型GaN层36包括高掺杂层36Β及低掺杂层36Α，所以存在利用掺杂浓度从高浓度向低浓度切换的界面堵塞管孔的倾向，从而能够降低管孔的个数，提高静电耐压。上述第二 η型GaN层36的掺杂浓度优选为3 X IO17 5 X 1018cnT3，更优选为
5X IO17^l X IO1W30另外，在第二 η型GaN层36是通过层叠多层而形成的情况下，利用各层的掺杂浓度的平均值算出第二 η型GaN层36的掺杂浓度。上述第二 η型GaN层36优选为，通过交替重复高掺杂层36Β与低掺杂层36Α而形成。如上所述，由于在第二 η型GaN层36设置有多个掺杂浓度从高浓度向低浓度切换的界面，所以能够利用该界面堵塞管孔，因此，能够减少管孔的个数。如果第二 η型GaN层不含高掺杂层而仅含低掺杂层，当电流沿发光二极管的正向流动时，电子没有充分地注入有源层(发光层)，而引起电子从孔溢出，从而降低发光强度。高掺杂层36Β的η型杂质浓度优选高于第一 η型GaN层34的η型杂质浓度。如上所述，由于在靠近有源层(发光层40) —侧形成有与第一 η型GaN层34相比浓度高的高掺杂层36Β，所以很难引起电子从孔溢出，从而能够在比实际使用环境的室温高的温度下得到强的发光強度，因此，能够提高光的输出。上述高掺杂层36Β的η型杂质浓度优选为I X IO18^XIOiW,更优选为
6X IO18^XIOiW30另外，低掺杂层36Α的η型杂质浓度优选为I X IO16 I X 1018cnT3，更优选为I X IO16 5 X IO17CnT3。另外，高掺杂层36B的厚度优选为3 300nm。低掺杂层36A的厚 度优选为5(T500nm。<n型超晶格层>在本发明中，η型超晶格层38优选包含在η型氮化物半导体层32与发光层40之间。η型超晶格层38优选包含ー层以上的η型杂质浓度为2Χ 1017cm-3以上的层。由于η型超晶格层38包含ー层以上的上述杂质浓度的层，所以即使施加由逆向静电产生的高电场，有源层(发光层40)的耗尽层也不会扩展至第二 η型GaN层36。因此，很难向存在于第ニ η型GaN层36中的管孔施加高电场，从而很难产生静电破坏。上述η型杂质浓度为2 X 1017cm_3以上的层更优选为，η型杂质浓度为6 X IO17Cm-3以上的层，更优选为9Χ IO17CnT3以上的层。另外，上述η型超晶格层38优选为，通过交替周期地层叠掺杂Si的GaN层与无掺杂的InGaN层而形成的层。由此，通过交替层叠η型杂质浓度不同的层，能够利用η型超晶格层38阻止发光层40的耗尽层的生长。另外，作为发光层40、ρ型氮化物半导体层42及电极(未图示)能够使用现有公知的技木。< 管孔 >如下所述算出上述管孔的密度。首先，在利用酸等药液除去氮化物半导体发光元件的电极后，通过干蚀刻除去P型氮化物半导体层42、有源层(发光层40)及η型超晶格层38，露出第二 η型GaN层36。接着，利用硫酸与磷酸的混合液对露出的第二 η型GaN层36的表面进行蚀刻处理，从而形成大凹槽及小凹槽。大凹槽因管孔而形成，小凹槽因螺旋位错或混合位错而形成。虽然不能利用光学显微镜观察管孔，但是利用光学显微镜容易观察大凹槽。因为大凹槽的个数与管孔的个数相同，所以通过数出大凹槽的个数，就能够得到管孔的个数，从而算出管孔的密度。用于上述蚀刻的混合液优选为，使硫酸与磷酸的混合比(体积比)为3 I。但是，硫酸与磷酸的混合比不限定于上述混合比，只要在能够区别大凹槽与小凹槽的程度下形成大凹槽及小凹槽，就不做特别的限定。另外，蚀刻液的温度优选为250°C以上。由此，因为能够通过短时间的蚀刻制作大凹槽及小凹槽，所以能够适用于生产现场。<氮化物半导体发光元件的制造方法>图4是按エ序顺序表示本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法的流程图。图3所示的本发明的氮化物半导体发光元件优选通过图4所示的方法制造。图4所示的氮化物半导体发光元件的制造方法包括在生长用基板30上形成第一 η型GaN层34的步骤S102 ；在该第一 η型GaN层34上形成第二 η型GaN层36的步骤S103 ;在该第二 η型GaN层36上形成发光层40的步骤S 105 ;在该发光层40上形成ρ型氮化物半导体层42的步骤S106。步骤S103中的V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V /III)低于步骤S102中的V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V /III)，步骤S103是形成第二 η型GaN层36的步骤，步骤S102是形成第一 η型GaN层34的步骤。通过如上所述地控制形成第一及第ニ η型GaN层34、36时的摩尔流量比(V /III)，能够在分别成膜时堵塞管孔，因此，能够提高通过静电加压试验而判断良好的氮化物半导体发光元件的比例。即，能够提高静电耐压高的氮化物半导体发光元件的制造成品率。<使生长用基板升温的步骤S101>首先，使生长用基板30升温至形成后述的第一 η型GaN层34时的温度(例如1030°C左右)。这时，在生长用基板30的温度超过700°C之前，优选供给V族原料气体，该V族原料气体的流量与生长第一 η型GaN层34时的流量相同。通过如上所述地在使生长用基板30升温时使V族原料气体流动，能够很难在第一 η性GaN层34产生缺陷。
如果上述使生长用基板升温时的V族原料气体的流量与第一 η型GaN层生长时的V族原料气体的流量不同，存在当改变该流量时V族原料气体的流量不稳定这样的缺点，而且由于流量变化，使生长用基板的表面温度变化，因此不优选上述情況。〈形成第一η型GaN层的步骤S102>接着，在生长用基板30上形成第一 η型GaN层34。在此，在形成第一 η型GaN层34时，V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V /III)优选为300以上。由此，能够抑制在升温时产生形成于第一 η型GaN层34的缺陷。上述V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V /III)优选为300以上、2000以下，更优选为400以上、1000以下。如果上述V / III的摩尔流量比不满300，则导致从第一 η型GaN层生长开始时的界面形成V形的凹槽，因此不优选上述情況。另外，如果V /III的摩尔流量比大于1000，则可能使处于气相状态中的V族原料与III族原料的反应变大，从而使结晶品质变差，因此不优选上述情況。形成第一 η型GaN层时的生长速度优选为例如，2 μ m/h,生长温度优选为1030°C 左右。在形成第一 η型GaN层34的步骤S102中，优选在IOcm/秒以上、300cm/秒以下的流速下导入气体。由于在上述流速下导入气体，所以能够改善在晶片外周容易产生管孔的倾向，从而能够在整个晶片減少管孔的数量。如果气体流速不满IOcm/秒，在晶片的外周部分容易产生管孔，如果气体流速超过300cm/秒，气体量过多而因气体降低晶片的表面温度，与降低生长温度时相同地降低结晶品质，从而降低发光效率。此处的“气体”是指，除了包括III族原料气体及V族原料气体以外,还包括载体气体的气体。图5是对现有的氮化物半导体发光元件的管孔密度的分布与本发明的氮化物半导体发光元件的管孔密度的分布进行比较的图表。如图5所示，可知，本发明的氮化物半导体发光元件无论距晶片中央距离远近，管孔密度都大致均匀，与此相対，对现有的氮化物半导体发光元件而言，越离开晶片中央，管孔密度越高。因此，显而易见，在本发明的氮化物半导体发光元件中，在整个晶片管孔密度低。〈形成第二η型GaN层的步骤S103>
接着，在第一 η型GaN层34上形成第二 η型GaN层36。在此，在形成第二 η型GaN层36吋，V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V / III)优选为300以下。由此，晶片表面的III族原子在与V族原子结合前，容易移动并堵塞管孔，从而能够降低管孔的个数。此处的V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V/III)优选为50以上、300以下，更优选为70以上、300以下。如果上述V/III的摩尔流量比超过300，则III族原子很难移动，从而很难堵塞管孔，因此不优选上述情況。即使是形成第二 η型GaN层36的步骤S103,也与形成第一 η型GaN层34的步骤S102相同地，优选在IOcm/秒以上、300cm/秒以下的流速下导入气体。由于在上述流速下导入气体，所以能够改善在晶片的外周容易产生管孔的倾向，从而能够在晶片的整个表面減少管孔的个数。如果气体的流速不满IOcm/秒，则在晶片的外周部分容易产生管孔。如果气体的流速超过300cm/秒，气体量过多而因气体降低晶片的表面温度，与降低生长温度时相同地降低结晶品质，从而降低发光效率。此处的“气体”是指，除了包括III族原料气体及V族原料气体以外，还包括载体气体的气体。另外，在形成第二 η型GaN层36的步骤S103中，优选在900°C以上的生长温度下 形成第二 η型GaN层36。由于在上述生长温度下形成第二 η型GaN层36，所以促进III族原料的移动，从而容易塞住管孔。在此，第二η型GaN层36优选为，层叠多个η型杂质浓度不同的层而形成的层。为了形成上述多个层，优选适当地改变η型杂质的导入量。〈形成η型超晶格层的步骤S104>在形成上述第二 η型GaN层36的步骤S103后，优选包含形成η型超晶格层38的步骤S104。由此，由于在第二 η型GaN层36上形成η型超晶格层38，所以即使在向氮化物半导体发光元件的逆向施加高电场吋，耗尽层也仅延伸至η型超晶格层38，从而能够防止此后的耗尽层的延伸，因此，能够很难引起静电破坏。<形成发光层及ρ型氮化物半导体层的步骤S105、S106>能够通过现有公知的制造方法制造发光层40及ρ型氮化物半导体层42。另外，电极优选为，由氧化铟锡(ITO)构成的透明电极或由Au构成的焊盘电极(ボンディンゲパッ
ド電極)等，并且优选通过一般的方法制作。通过进行以上各步骤，能够制造本发明的氮化物半导体发光元件。以下，列举实施例对本发明进行更详细的说明，但是本发明不限定于这些实施例。<实施例1>在本实施例中，使用生长用基板，该生长用基板在表面具有凹凸的四英寸的蓝宝石基板上，形成有通过溅射形成的厚度为30nm的由AlN构成的缓冲层，在缓冲层上形成有通过有机金属化学气相沉积法(M0CVD法)形成的厚度为4 μ m的未掺杂GaN层、厚度为2 μ m的η型GaN层。(使生长用基板升温的步骤)首先，将生长用基板设置在有机金属化学气相沉积(MOCVD)装置，在装置内升温。这时，当生长用基板的温度变为600°C时，一边供给NH3—边使生长用基板升温至1030°C，该NH3的流量与后述的形成第一 η型GaN层时的流量相同。(形成第一η型GaN层的步骤)
以使作为V族材料的NH3、作为III族材料的三甲基镓(TMG)的摩尔比(V / III)为580的方式在17cm/秒的流速下导入气体，在成膜用基板上，在2 μ m/h的生长速度下形成厚度为Iym的第一 η型GaN层。由此,制作掺杂浓度为6X IO18CnT3的第一 η型GaN层。(形成第二η型GaN层的步骤)接着，减少NH3的流量，以使V族材料与III族材料的摩尔比(V / III)为290的方式在17cm/秒的流速下导入气体，在1030°C的温度下直接生长由掺杂浓度不同的五层GaN层构成的第二 η型GaN层。该第二 η型GaN层从基板侧依次按以下顺序生长有掺杂浓度为
IX IO18CnT3的厚度为20nm的GaN层、掺杂浓度为2 X IO17CnT3的厚度为IOOnm的GaN层、掺杂浓度为IXlO18Cnr3的厚度为50nm的GaN层、掺杂浓度为2X IO17CnT3的厚度为150nm的GaN层、掺杂浓度为9X IO18CnT3的厚度为15nm的GaN层。(形成η型超晶格层的步骤) 接着，使温度下降至760°C，开始η型超晶格层的生长。该η型超晶格层通过以下方式成膜将掺杂Si的GaN层与无掺杂的InGaN层以2. 5nm的厚度分别交替形成各10层而成膜，该掺杂Si的浓度为8X1017cm_3。如上所述地成膜的η型超晶格层的Si的平均掺杂浓度为大约4X1017cm_3。(形成发光层及ρ型氮化物半导体层的步骤)接着，使温度下降至740V，在η型超晶格层上生长发光层后，通过一般的方法生长P型氮化物半导体层。电极是通过一般的方法形成由氧化铟锡构成的透明电极、由Au构成的焊盘电极等。分割如上所述地制作的四英寸的晶片，使每片的面积约为1.5X10_3cm_3的，从而制作大约50000个氮化物半导体发光元件。测定形成于如上所述地制作的氮化物半导体发光元件的第二 η型GaN层的管孔的个数为300个/cm2。这意味着，每个氮化物半导体发光元件存在O. 45个管孔，即，大约是两个氮化物半导体发光元件存在ー个管孔。如下所述，測定上述管孔的个数。首先，在利用酸等药液除去电极后，通过干蚀刻除去P型氮化物半导体层、有源层(发光层)及η型超晶格层，露出第二 η型GaN层。接着，相对于露出的第二 η型GaN层的表面，将混合液作为蚀刻液使用，将该蚀刻液加热至250°C并进行60分钟蚀刻处理，该混合液是将硫酸与磷酸以3 I (体积比)的比例混合的混合液。通过上述蚀刻处理，在第二 η型GaN层的表面形成直径为5 μ m以上的大凹槽及直径为2 3μπι左右的小凹槽。利用扫描型电子显微镜(SEM)观察该大凹槽的上表面，并且利用扫描型电子显微镜(SEM)观察在包含大凹槽的面切开氮化物半导体发光元件时的切开面。图6是通过扫描透视观察在包含管孔的面切开氮化物半导体发光元件时的切开面的观察画面，图7是利用SEM观察大凹槽的上表面的观察图像。从图6的大凹槽的截面图像及图7的大凹槽的上表面图像可知，大凹槽以管孔为中心而形成。而且，图8是利用显微镜观察第二 η型GaN层的表面时的观察图像。如图8所示，利用显微镜数出大凹槽的数量，从而算出管孔的密度。相对于如上所述地制造的50000个氮化物半导体发光元件，实施静电加压试验，该静电加压试验通过人体模式施加三次一 1500V电压。其结果是，被静电破坏的不良芯片仅为3%即150个左右。现有的氮化物半导体发光元件的制造方法由静电加压试验制造半数以上不良的芯片，因此，显而易见，本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法与现有的制造方法相比，显著地提高制造成品率。如上所述，对本发明的实施方式及实施例进行了说明，但是将上述各实施方式及实施例的结构适当地组合也包含在本发明的范围内。本次公开的实施方式及实施例在所有的方面仅举例说明，并不对本发明起限定作用。本发明的范围不限定于上述说明的范围，而是通过权利要求的范围表示本发明的范围，
这意味着，不脱离权利要求范围内的所有变更都包含在本发明的范围内。
权利要求
1.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，具有 生长用基板、 形成于所述生长用基板上的n型氮化物半导体层、 形成于所述n型氮化物半导体层上的发光层、 形成于所述发光层上的P型氮化物半导体层， 所述氮化物半导体发光元件的管孔的密度形成为5000个/cm2以下，该管孔从所述n型氮化物半导体层的位于所述发光层侧的表面朝向所述基板大致垂直地延伸，直径为2nm 200nmo
2.如权利要求I所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，在所述n型氮化物半导体层与所述发光层之间还含有n型超晶格层， 所述n型超晶格层包含一层以上的n型杂质浓度为2 X IO17CnT3以上的层。
3.如权利要求I所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述n型氮化物半导体层由第一 n型GaN层及第二 n型GaN层构成， 所述第二 n型GaN层包括n型杂质浓度低的低掺杂层、n型杂质浓度高的高掺杂层， 所述低掺杂层的n型杂质浓度低于所述第一 n型GaN层的n型杂质浓度。
4.如权利要求3所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述高掺杂层的n型杂质浓度高于所述第一 n型GaN层的n型杂质浓度。
5.如权利要求I所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于， 所述生长用基板是在表面形成有氮化物半导体层的基板，或者是氮化物半导体基板。
6.一种氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括 在生长用基板上形成第一 n型GaN层的步骤； 在所述第一 n型GaN层上形成第二 n型GaN层的步骤； 在所述第二 n型GaN层上形成发光层的步骤； 在所述发光层上形成P型氮化物半导体层的步骤； 形成所述第二n型GaN层的步骤中的V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V / III)低于形成所述第一 n型GaN层的步骤中的V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V /III)。
7.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在形成所述第二 n型GaN层的步骤中，V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V /III)为 300 以下。
8.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在形成所述第一 n型GaN层的步骤中，V族原料的导入量相对于III族原料的导入量的摩尔流量比(V /III)为 300 以上。
9.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在形成所述第二 n型GaN层的步骤后，包括在所述第二 n型GaN层上形成n型超晶格层的步骤。
10.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在形成所述第一 n型GaN层的步骤前，包括使所述生长用基板升温的步骤， 在使所述生长用基板升温的步骤中，V族原料的流量与形成所述第一 n型GaN层的步骤中的V族原料的流量相同。
11.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在形成所述第一 n型GaN层的步骤及形成所述第二 n型GaN层的步骤中，在IOcm/秒以上、300cm/秒以下的流速下导入气体。
12.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在形成所述第二 n型GaN层的步骤中，在900°C以上的生长温度下，形成所述第二 n型GaN层。
全文摘要
本发明提供一种氮化物半导体发光元件及其制造方法，该氮化物半导体发光元件具有生长用基板、形成于该生长用基板上的n型氮化物半导体层、形成于该n型氮化物半导体层上的发光层、形成于该发光层上的p型氮化物半导体层，该氮化物半导体发光元件的管孔的密度形成为5000个/cm2以下，该管孔从n型氮化物半导体层的位于发光侧的表面朝向基板大致垂直地延伸，直径为2nm~200nm。
文档编号H01L33/04GK102810610SQ201210174859
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者笔田麻佑子 申请人:夏普株式会社