半导体发光组件的制作方法

本发明涉及一种使用化合物半导体材料的半导体发光组件。

背景技术：

algainp系材料在iii-v族化合物半导体混晶(氮化物除外)中具有最大的直接跃迁型带隙，而被使用作为500～600nm带的发光组件材料。特别是与已知使用gap或gaasp等的间接跃迁型材料之物相比，具有由与gaas基板晶格匹配的algainp所组成的发光部的发光组件，可进行高亮度的发光。

然而，即使是此种具有由algainp所组成的发光部的发光组件，亦并无法保证其在短波长区域(黄色发光)的发光效率必然足够。

作为在短波长区域中发光效率低下的原因，被认为是以下原因等所导致，(1)由于活性层与披覆层之间的能量带隙差小的关系，而使载子的局限(confinement)不足，(2)为了使活性层的a1组成提高，而使活性层中的非发光中心增加，(3)能量带隙构造从直接跃迁型向间接跃迁型接近。

为了解决这些问题点，专利文献1中揭示有通过将活性层定为80～200层的量子阱构造，并使障壁层中的al组成大于0.5(即，使用化学式为(alxgal-x)1-yinyp，其中0.5＜x≦1)的化合物半导体来抑制载子的溢流(overflow)而得到高发光效率的方法。

另外，专利文献2中揭示通过于活性层导入有晶格畸变的量子阱构造(即，由具有拉伸应变或压缩应变的阱层及具有与阱层相反的应变的应变缓和障壁层所组成的量子阱构造)，来减低活性层中的al组成进而得到高发光效率的方法。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2008-192790号公报

[专利文献2]日本特开平8-088404号公报

技术实现要素：

如上所述，为了抑制短波长区域中发光效率的降低，已提出专利文献1或专利文献2中所揭示的方法。

然而，在专利文献1所揭示的方法中，虽然能够抑制载子的溢流，但为了提高活性层中的a1组成，会有导致发光效率降低的问题。

另外，专利文献2所揭示的方法中，即使使用应变缓和层也会因为应变而致使结晶中的晶格缺陷增加，因而会有无法必然能得到高发光效率的问题。

有鉴于上述的问题点，本发明的目的为提供一种半导体发光组件，即使使用量子阱构造的活性层，也能于短波长区域(黄色发光)得到高发光效率。

为了达成上述目的，本发明提供一种半导体发光组件，具有由阱层与障壁层所构成的量子阱活性层，其中该半导体发光组件的特征在于：该半导体发光组件的发光波长为585nm以上及605nm以下；该阱层由化学式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦0.06、0＜y＜1)的化合物半导体所构成；以及该障壁层由化学式(almgal-m)nin1-np(0≦m≦1、0＜n＜1)的化合物半导体所构成。

如此，通过构成量子阱活性层的algainp系化合物所构成的阱层的al成分为0.06以下的构成，能缩小量子阱活性层的平均al成分，如此一来能减少量子阱活性层中的非发光中心，因而能于短波长区域(黄色发光)得到高发光效率。

此时，该量子阱活性层的总膜厚为200nm以上及300nm以下为佳。

通过量子阱活性层的总膜厚为200nm以上，能抑制因载子的溢流所导致的发光效率的降低。另外，通过量子阱活性层的总膜厚为300nm以下，能防止因制造时间或材料费的增加所导致的制造成本升高。

如以上所述，通过本发明的半导体发光组件，即使使用量子阱构造的活性层，也能于短波长区域(黄色发光)得到高发光效率。

附图说明

图1是显示本发明的半导体发光组件的实施态样的一例的概略剖面图。

图2是显示在制造本发明的半导体发光组件中所使用的制造流程的步骤剖面图。

图3是显示量子阱活性层的总膜厚与发光效率之间的关系的图表。

图4是显示实施例以及比较例中发光波长与发光效率之间的关系的图表。

具体实施方式

以下，一边参考图示一边详细的说明本发明的实施态样的一例，但本发明并不限定于此。

如上所述，为了抑制在半导体发光组件的短波长区域中发光效率的降低，虽提出有多个使用量子阱构造的活性层的方法，但不管在哪一个方法中，对于在短波长区域(黄色发光)中得到高发光效率这一点仍有改善的空间。

因此，本发明人反复地深入研究了即使使用量子阱构造的活性层也能于短波长区域(黄色发光)得到高发光效率的半导体发光组件。

其结果，发现了通过构成量子阱活性层的algainp系化合物所构成的阱层的al成分为0.06以下的构成，能缩小量子阱活性层的平均al成分，如此一来能减少量子阱活性层中的非发光中心，因而能于短波长区域(黄色发光)得到高发光效率，从而完成本发明。

首先，一边参考图1一边说明本发明的半导体发光组件的实施态样的一例。

显示于图1的本发明的半导体发光组件10具有具备量子阱活性层14的发光部19。量子阱活性层14是由阱层16、障壁层15所交互积层而成之物。阱层16由化学式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦0.06、0＜y＜1)的i-algainp所构成，障壁层15由化学式(almgal-m)nin1-np(0≦m≦1、0＜n＜1)的i-algainp所构成。半导体发光组件10的发光波长为585nm以上及605nm以下，例如通过变更量子阱活性层14的阱层16的膜厚，而能达到上述的范围内的所希望的波长。

发光部19为例如由第一导电型电流扩散层12、第一导电型披覆层13、量子阱活性层14、第二导电型披覆层17、第二导电型电流扩散层18所组成的半导体层。第一导电型电流扩散层12、第一导电型披覆层13、第二导电型披覆层17、第二导电型电流扩散层18分别例如为：化学式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦1、0＜y＜1)的p-algainp层、化学式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦1、0＜y＜1)的p-algainp层、化学式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦1、0＜y＜1)的n-algainp层、n-gap层。

在发光部19上设置有例如：p型侧的第一奥姆细线电极11以及焊垫电极(未图示)。

半导体发光组件10更具有例如：导电性支撑基板24、设置于导电性支撑基板24上的接合金属层23、设置于接合金属层23上的反射金属层22、设置于反射金属层22上的透明氧化膜层21、设置于透明氧化膜层21内的n型侧的第二奥姆细线电极20，于导电性支撑基板24的下表面设置有导电性奥姆电极25，于透明氧化膜层21上则设置有上述的发光部19。另外，第一奥姆细线电极11与第二奥姆细线电极20配置于例如从上面来看相互不重叠的位置。

量子阱活性层14的总膜厚在200nm以上及300nm以下为佳。这是因为如图3所示，发光波长在585nm之时的半导体发光组件10的发光效率，于量子阱活性层14的总膜厚在200nm以上及300nm以下的范围内会成为峰值。此处，图3的发光效率以量子阱活性层14的总膜厚在250nm时的发光效率定为“1”时的比率来表示。

再者，为了要达到图3所显示的特性，其量子阱活性层14的总膜厚如较200nm为薄时，则会因载子的溢流而导致发光效率降低，而量子阱活性层14的总膜厚如较300nm为厚时，虽能抑制载子的溢流，但阱层16会因为本身吸收变大因而无法见到发光效率的提升。

通过量子阱活性层14的总膜厚在200nm以上，能抑制因载子的溢流所导致的发光效率降低，而通过量子阱活性层14的总膜厚在300nm以下，则能防止因制造时间或材料费的增加所导致的制造成本升高。

举例来说，在对阱层16的膜厚进行设定而使半导体发光组件10的发光波长达到所期望的值的同时，可对量子阱活性层14进行对数(将阱层n(n为正的整数)层、障壁层n+1层之时的对数设为n)的调整来使总膜厚达到上述范围内的期望值。

能将量子阱活性层14的总膜厚设为例如约250nm。

上述使用图1完成说明之本发明的半导体发光组件，由于由构成量子阱活性层14的algainp系的化合物半导体所构成的阱层16的al成分在0.06以下，因此能缩小量子阱活性层14的平均al成分，如此一来，能减少量子阱活性层14中的非发光中心，因而能于短波长区域(黄色发光)得到高发光效率。

接下来，一边参考图2一边说明制造本发明的半导体发光组件的制造方法的一例。以下，以制造发光波长585nm的半导体发光组件的状况为例进行说明。

首先，如图2(a)所示，于gaas基板26上形成多个algainp系材料的半导体积层结构。具体来说，于n-gaas基板26上，以movpe法(有机金属气相磊晶成长法)依序堆栈例如：p-ga0.5in0.5p的蚀刻停止层27与p-gaas的接触层28、p-(al0.4ga0.6)0.5in0.5p的p型电流扩散层12、p-al0.5in0.5p的p型披覆层13、由未掺杂之(al0.06ga0.94)0.5in0.5p的阱层16(膜厚2.7nm)与未掺杂之(al0.6ga0.4)0.5in0.5p的障壁层15(膜厚7.7nm)所组成的量子阱活性层14、n-al0.5in0.5p的n型披覆层17、n-gap的n型电流扩散层18。在movpe法中所使用的原料，能使用三甲基镓(tmga)、三乙基镓(tega)、三甲基铝(tmal)、三甲基铟(tmin)等有机金属化合物，以及砷化氢(ash3)、磷化氢(ph3)等氢化物气体。并且，n型掺杂物的原料能使用单硅烷(sih4)，p型掺杂物的原料能使用双环戊二烯基镁(bis(cyclopentadienyl)magensium，cp2mg)。另外，作为n型掺杂物的原料，能使用砷化氢(h2se)、双硅烷(si2h6)、二乙基碲(dete)或二甲基碲(dmte)。再者，作为p型掺杂物的原料，能使用二甲基锌(dmzn)或二乙基锌(dezn)。

接下来，如图2(b)所示，于经形成的半导体积层构造体的n型电流扩散层18的表面形成透明氧化膜层21、以及n型侧的第二奥姆细线电极20。具体来说，使用等离子体化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)装置，形成sio2膜来作为透明氧化膜层21之后，使用光微影法及蚀刻法来设置开口部。更详细地，通过使用氢氟酸系的蚀刻剂作为蚀刻液来去除未形成光阻图案的区域的透明氧化膜层21以设置开口部。接下来使用真空蒸镀法，在开口部形成构成n型侧的第二奥姆细线电极20材料的金硅(ausi)合金。

接下来，如图2(c)所示，在透明氧化膜层21以及第二奥姆细线电极20之上，使用真空蒸镀法或溅镀法依序形成作为反射层之al层、作为阻障层之钛(ti)层以及作为接合层之金(au)层。由此，形成反射金属层22。再者，反射金属层22是因应于量子阱活性层14所发出的光的波长，而选择对于该光的波长反射率高的材料。

经由以上作法而制作出积层体29。

接下来，如图2(d)所示，准备支撑基板30，该支撑基板30为在导电性支撑基板(例如si基板)24上通过使用真空蒸镀法形成有作为接触电极之ti、作为阻障层之ni以及作为接合层之au来作为导电性奥姆之接合金属层23，并通过将此支撑基板30与积层体29贴合，以制作出支撑基板30与积层体29于机械上、电性上连接的接合构造体31。晶圆的贴合是使贴合装置内成为预定压力之后，对已迭层的积层体29与支撑基板30透过治具来施加压力的同时，加热至预定温度。具体的贴合条件为，在压力7000n/m²以及温度350℃之下30分钟的时间。

接下来，如图2(e)所示，使用砷化镓(gaas)蚀刻用之蚀刻剂，自接合构造体31选择性地将n-gaas基板26完全除去，使由p-ga0.5in0.5p所组成的蚀刻停止层27露出。作为gaas蚀刻用之蚀刻剂，得列举如氨水与双氧水之混合液。接下来自已除去n-gaas基板26之接合构造体31，使用预定的蚀刻剂以蚀刻而除去蚀刻停止层27(使接触层28露出)。于蚀刻停止层27是由algainp系材料的化合物半导体所形成的状况，能使用含盐酸之蚀刻剂来作为预定的蚀刻剂。

接下来，如图2(f)所示，使用光微影法及真空蒸镀法，在预定位置形成p型侧的奥姆电极。p型侧的奥姆电极是以圆形电极(未图示)与第一奥姆细线电极11来形成，通过例如依序蒸镀ti、金铍合金(aube)、au来形成。在此状况下，例如第一奥姆细线电极11形成于与第二奥姆细线电极20不重合的位置。接下来将p型侧的奥姆电极作为屏蔽，蚀刻除去由p-gaas构成的接触层28。另外，也能将接触层28作为屏蔽而对p型电流扩散层12进行粗糙化处理。另外，除去接触层28之后，使用预定的蚀刻剂来粗糙化处理p型电流扩散层12。

接下来，如图2(g)所示，在导电性支撑基板24背面的大约整个面上，通过真空蒸镀法来形成导电性奥姆电极25。背面的导电性奥姆电极25例如能通过于支撑基板24底面依序蒸镀ti与au来形成。其后，于各奥姆电极上施以合金(alloy)化处理，该合金化处理为形成电性接合。作为合金处理的一例，能在作为惰性气氛的氮气氛下，施以400℃、5分钟的热处理。通过如此来制作出接合构造体32。

之后，使用具有切割刀的切割装置，将接合构造体32单片化为各组件。由此，制作出多个如图1所示的半导体发光组件10。

【实施例】

以下，显示实施例以及比较例更具体地说明本发明，但本发明并未被限定于此。

(实施例)

使用在图2所说明的制造方法来制作图1的半导体发光组件10。

在此，半导体发光组件10的各层，如以下所示。

p型电流扩散层12…p-(al0.4ga0.6)0.5in0.5p

p型披覆层13…p-al0.5in0.5p

障壁层15…i-(al0.6ga0.4)0.5in0.5p

阱层16…i-(al0.06ga0.94)0.5in0.5p

n型披覆层17…n-al0.5in0.5p

n型电流扩散层18…n-gap

gaas基板26…n-gaas

蚀刻停止层27…p-ga0.5in0.5p

接触层28…p-gaas

但，如表1所示，阱层16的al成分固定于0.06，变化阱层16的膜厚，并且，通过调整阱层16与障壁层15的对数，使量子阱活性层14的总膜厚成为约250nm，而使半导体发光组件10的发光波长于585～605nm的范围内变化。

对依照上述作法所制造出的半导体发光组件测定发光效率。

于表1显示各发光波长中量子阱活性层构造与发光效率。再者，表1中所表示的是发光波长在615nm之时的参考发光效率。在此的发光效率是以发光效率(％)＝输出(mw)/输入电力(mw)来计算，以发光波长615nm的发光效率定为“1”时的比率来表示。

另外，于图4显示发光波长与发光效率之间的关系。

【表1】

(比较例)

以与实施例相同的方式来制作半导体发光组件。但阱层16的al成分以及膜厚依照表2进行变更，而使发光波长于585～605nm的范围内变化。

对上述所制造出的半导体发光组件以与实施例相同的方式测定发光效率。

于表2表示各发光波长中量子阱活性层构造与发光效率。再者，表2中所表示的是发光波长在615nm之时的参考发光效率。

另外，于图4显示发光波长与发光效率之间的关系。

【表2】

由图4得知，在发光波长于585nm以上及605nm以下的范围中，与比较例相比，在实施例中的发光效率较高。

此外，本发明并未被限定于上述实施例，上述实施例为例示，凡具有与本发明的申请专利范围所记载的技术思想实质上相同的构成，能得到同样的作用效果的，皆被包含在本发明的技术范围内。