专利名称：半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及使用了3-5族化合物半导体的半导体发光元件。
背景技术：
使用了化合物半导体的现有的代表性的半导体发光元件具有蓝宝石或碳化硅或硅等衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层、p型半导体层和接触层。另外的现有的代表性的半导体发光元件例如如在美国专利第5008718号(以下，称为专利文献1)中所示的那样具有n型半导体层、有源层、p型半导体层和称为窗(window)的电流分散(spread)层。
有源层中所发生的光从接触层或电流分散层的表面取出。因此，光非透射性的焊区电极或阳极电极仅被设置成接触层或电流分散层的表面的一部分。从而，有源层中所发生的光从接触层或电流分散层中的未设置焊区电极或阳极电极的部分取出。再有，在接触层或电流分散层的表面上往往配置光透射性电极，在该光透射性电极上往往配置焊区电极。
可是，由于焊区电极或阳极电极是光非透射性的，所以从有源层中的与焊区电极或阳极电极相向的部分发射的光并不被取出到外部。从而，流过有源层中的与焊区电极或阳极电极相向的部分的电流是对发光效率没有贡献的无效电流。因此，要求流过有源层中的与焊区电极或阳极电极相向的部分的电流减少、流过有源层中的不与焊区电极或阳极电极相向的部分的电流增大、并且要求改善该电流分布的均匀性。为了响应这种要求，在上述专利文献2中，在接触层的表面的外围侧配置细条电极并且在有源层与接触层之间配置电流分散层。但是，由于上述专利文献2中的细条电极不具有光透射性，由此光取出面积减少30～40％，招致光的取出效率降低。另外，由于现有的电流扩散层不具有大的光透射率，所以在该电流扩散层中光吸收发生，招致光的取出效率降低。
另外，如果设置光透射性电极，则电流分布的均匀性得到改善，但由于光透射性电极的光透射率为70～90％左右，在光透射性电极中，光取出效率降低了10～30％。
另外，按照上述专利文献1，如果设置较厚的电流分散层，则由于电流分散层中的光吸收，招致光的取出效率降低。
美国专利第5008718号[专利文献2]特开2003-197965号公报发明内容从而，鉴于半导体发光元件的发光效率不良，乃形成了本发明欲解决的课题。
本发明的目的是提供一种发光效率良好的半导体发光元件。
用于解决上述课题的本发明是一种半导体发光元件，其特征在于，具备有第1导电类型的第1化合物半导体层；配置于上述第1化合物半导体层上的由化合物半导体构成的有源层；配置于上述有源层上、具有光透射性、并且具有与上述第1导电类型相反的第2导电类型的第2化合物半导体层；配置于上述第2化合物半导体层上、具有第2导电类型、具有光透射性、并且使由第1化合物半导体构成的第1层和由与上述第1化合物半导体不同的第2化合物半导体构成的第2层交互重复多次而配置的层叠体组成的电流分散层；在允许将上述有源层所发射的光从上述电流分散层的表面侧取出的状态下与上述电流分散层电连接的第1电极；以及与上述第1化合物半导体层电连接的第2电极。
希望上述第1层的上述第1化合物半导体是基于上述第1层与上述第2层之间的异质结，在上述第1层上可生成2维载流子层(TwoDimensional Carrier Layer)即2维电子气(Two DimensionalElectron Gas)或2维空穴气(Two Dimensional Hole Gas)的材料。上述2维载流子层具有作为上述第1层的横向即与上述第1层的主面平行的方向的电流通路的功能。从而，也可将2维载流子层称为沟道。如果2维载流子层生成，则上述电流分散层的横向的电阻降低，有源层中的电流的均匀性得到提高。
希望向上述电流分散层的上述第1层和上述第2层中的至少一方添加决定第2导电类型用的杂质。
希望上述第2化合物半导体层具有比上述有源层大的带隙，并且具有比上述第1层和上述第2层大的厚度。如果上述第2化合物半导体层具有大的厚度，则上述第2化合物半导体层具有作为包层的良好的功能，可良好地抑制载流子的溢流。由此，提高了载流子对有源层的封闭效率，从而提高了发光效率。
希望上述电流分散层的上述第1层具有比上述有源层大的带隙，并且由不含Al(铝)或按第1比例含Al的氮化物半导体构成、上述第2层具有比上述有源层大的带隙，并且由按比上述第1比例大的第2比例含Al的氮化物半导体构成。采用Al(铝)的含有率互不相同的2个氮化物半导体之间的异质结可良好地得到2维载流子层。
希望上述电流分散层的上述第1层比上述第2化合物半导体层薄。上述第1层的理想厚度为15nm～5000nm。
希望上述第1导电类型是p型，上述第2导电类型是n型。在上述电流分散层是n型的情况下，基于在上述电流分散层中所包含的异质结，生成2维电子气。由于电子具有比空穴高的迁移率(mobility)，所以可提高半导体发光元件的响应特性。
希望上述第1电极与上述电流分散层的露出表面的一部分直接连接。由此，可容易地形成上述第1电极。
希望半导体发光元件还配备支撑上述第1化合物半导体层用的导电性支撑衬底。由此，提高了半导体发光元件的机械强度。另外，将上述第2电极连接到上述导电性支撑衬底上成为可能。
可用包含下述工序的第1方法制造上述半导体发光元件准备支撑衬底的工序；在上述支撑衬底上用气相生长法依次形成具有第1导电类型的第1化合物半导体层、有源层和具有第2导电类型的第2化合物半导体层的工序；用气相生长法在上述第2化合物半导体层上交互重复多次而形成由第1化合物半导体构成的第1层和由与上述第1化合物半导体不同的第2化合物半导体构成的第2层，得到电流分散层的工序；形成与上述电流分散层电连接的第1电极的工序；以及形成与上述第1化合物半导体电连接的第2电极的工序。
另外，可用包含下述工序的第2方法制造上述半导体发光元件准备使半导体生长用的生长用衬底的工序；用气相生长法在上述生长用衬底上交互重复多次而形成由第1化合物半导体构成的第1层和由与上述第1化合物半导体不同的第2化合物半导体构成的第2层，得到电流分散层的工序；在上述电流分散层上用气相生长法依次形成具有第1导电类型的第1化合物半导体层、有源层和具有第2导电类型的第2化合物半导体层的工序；准备支撑衬底的工序；在上述第2化合物半导体层的一个主面与上述支撑衬底的一个主面内的至少一方形成由金属或合金构成的导电体层的工序；经上述导电体层将上述支撑衬底的一个主面与上述第2化合物半导体层的一个主面贴附在一起的工序；在上述贴附工序的前或后除去上述生长用衬底的工序；形成与上述电流分散层电连接的第1电极的工序；以及形成与上述第2化合物半导体层电连接的第2电极的工序。本第2方法中的电流分散层的第1层具有与上述第1方法中的电流扩散层的第2层同样的功能。本第2方法中的电流分散层的第2层具有与上述第1方法中的电流分散层的第1层同样的功能。本第2方法中的上述第1化合物半导体层具有与上述第1方法中的上述第2化合物半导体层同样的功能。本第2方法中的上述第2化合物半导体层具有与上述第1方法中的上述第1化合物半导体层同样的功能。按照本第2方法，可使电流分散层具有作为第1及第2化合物半导体层和有源层的气相生长的缓冲层的功能。
按照本发明，可得到如下效果。
(1)电流分散层由第1和第2层的交互层叠体构成，具有多重异质结结构。在异质结的附近，生成2维载流子层，即2维电子气或2维空穴气。因此，电流分散层的第1层的横向的电阻，即对电流分散层的一个主面平行的方向的电阻减小，在电流分散层中产生电流的横向分散效应，有源层中的电流分布的均匀性得到提高，从而可提高发光效率。
(2)在具有多重异质结结构的电流分散层中得到与以往相同的电流分散功能的情况下，可使电流分散层的厚度比现有的电流分散层的厚度减薄。如果减薄电流分散层，则此处的光吸收变小，光取出效率得到提高，并且此处的功率损耗减少。
图1是表示本发明实施例1的发光二极管的中央纵剖面图。
图2是图1的发光二极管的平面图。
图3是相对地表示图2的发光二极管的A-A线上的光输出的图。
图4是表示本发明实施例2的发光二极管的剖面图。
图5是表示本发明实施例3的发光二极管的剖面图。
图6是表示本发明实施例4的发光二极管的第1制造工序的状态的剖面图。
图7是表示实施例4的发光二极管的第2制造工序的状态的剖面图。
图8是表示本发明实施例5的发光二极管的剖面图。
具体实施例方式
接着，参照图1～图8，说明本发明的实施形态。
(实施例1)作为图1中所示的本发明实施例1的半导体发光元件的双异质结结构的发光二极管由具有导电性的p型硅构成的支撑衬底1、由具有p型(第1导电类型)的氮化物半导体构成的缓冲层2、作为第1化合物半导体层的p型氮化物半导体层3、由氮化物半导体构成的有源层4、作为第2化合物半导体层的n型氮化物半导体层5、本发明的多重异质结结构的n型电流分散层6、具有作为阴极电极功能的第1电极7、以及具有作为阳极电极功能的第2电极8构成。上述p型氮化物半导体层3被称为p型包层，上述n型氮化物半导体层5被称为n型包层。
在p型硅支撑衬底1上，具有作为p型杂质即受主杂质的功能的例如B(硼)等的3族元素例如被掺以5×1018cm-3～5×1019cm-3左右浓度的杂质。从而，硅支撑衬底1是具有0.0001Ω·cm～0.01Ω·cm左右的低电阻率的导电性支撑衬底，具有作为第1和第2电极7、8之间的电流通路的功能。另外，该硅支撑衬底1具有可对其上的各层2～6进行机械上支撑的厚度，例如350～500μm。
配置于p型硅支撑衬底1上的缓冲层2由含p型杂质(受主杂质)的3-5族化合物半导体构成，理想情况是，用化学式为AlaInbGa1-a-bN，其中，a、b为满足0≤a≤1、0≤b≤1的数值而表示的氮化物半导体构成。即，理想情况是，缓冲层2由从AlInGaN(氮化镓铟铝)、GaN(氮化镓)、AlGaN(氮化镓铝)、InGaN(氮化镓铟)中选择的材料构成。本实施例1的缓冲层2由厚度为30nm的p型氮化镓铟铝(AlInGaN)构成。
缓冲层2具有主要由在其上形成硅支撑衬底1的晶体的面方位的氮化物半导体构成的使各层3～6得到良好的支撑用的缓冲功能。为了良好地发挥该缓冲功能，希望缓冲层2具有10nm以上的厚度。但是，为了防止缓冲层断裂，希望缓冲层2的厚度为500nm以下。
可不用图1的单层结构的缓冲层，而代之以形成将第1层和第2层重复多次、使之外延生长的多层结构缓冲区。希望该多层结构缓冲区的第1层可用如下的化学式表示的材料构成化学式AlxMyGa1-x-yN式中，上述M是从In(铟)和B(硼)中选择的至少1种元素，上述x和y为满足0＜x≤10≤y＜1x+y≤1的数值。
即，上述化学式的多层结构缓冲区的第1层的理想材料是例如是AlN(氮化铝)、或AlGaN(氮化镓铝)、或AlInGaN(氮化镓铟铝)、或AlBGaN(氮化镓硼铝)、或AlInBGaN(氮化镓硼铟铝)、或AlInN(氮化铟铝)、或AlBN(氮化硼铝)、或O(氮化硼铟铝)。
另外，希望多层结构缓冲区的第2层由用化学式为AlaMbGa1-a-bN式中，上述M是从In(铟)和B(硼)中选择的至少1种元素，上述a、b为满足0≤a≤1、0≤b＜1a+b≤1a＜x的数值表示的材料构成。
另外，在缓冲层2上的p型氮化物半导体层3较厚的情况下，也可省去缓冲层2。
P型氮化物半导体层3是3-5族化合物半导体，理想情况是，通过将p型杂质掺入化学式为AlxInyGa1-x-yN，其中，x和y为满足0≤x＜1、0≤y＜1的数值所示的材料中而形成。即，理想情况是，p型氮化物半导体层3通过将p型杂质掺入从AlInGaN(氮化镓铟铝)、GaN(氮化镓)、AlGaN(氮化镓铝)中选择的材料而形成。本实施例的p型氮化物半导体层3由相当于上述化学式中的x＝0、y＝0的p型GaN构成。该p型氮化物半导体层3具有比有源层4大的带隙，并且具有约200nm的厚度。
有源层4由3-5族化合物半导体构成，理想情况是，用化学式为AlxInyGa1-x-yN，其中，x和y为满足0≤x＜1、0≤y＜1的数值所示的氮化物半导体形成。在本实施例中，有源层4用氮化镓铟(InGaN)形成。再有，在图1中，有源层4虽然概略地用1个层表示，但实际上却具有熟知的多量子阱结构(multiple quantum well structure)。不言而喻，也可用1个层构成有源层4。另外，在本实施例中，虽然不向有源层4掺入决定导电类型的杂质，但可掺p型或n型杂质。有源层4形成得比p型氮化物半导体层3和n型氮化物半导体层5薄。
作为配置于有源层4上的第2化合物半导体层的n型氮化物半导体层5是3-5族化合物半导体，理想情况是，通过将n型杂质掺入化学式为AlxInyGa1-x-yN，其中，x和y为满足0≤x＜1、0≤y＜1的数值所示的材料中而形成。在本实施例中，n型氮化物半导体层5用n型GaN形成。该n型氮化物半导体层5具有比有源层4大的带隙，并且具有500nm的厚度。希望n型氮化物半导体层5的理想厚度是200～10000nm，并且比后述的电流分散层6的第1和第2层9、10厚。如果n型氮化物半导体层5具有大的厚度，则n型氮化物半导体层5具有作为包层的良好的功能，可良好地抑制载流子的溢流。由此，提高了载流子对有源层4的封闭效率，从而提高了发光效率。
具有作为发光二极管的主半导体区的功能的p型氮化物半导体层3、有源层4和n型氮化物半导体层5由于经缓冲层2在硅衬底1上进行外延生长，所以其结晶性比较良好。
配置于n型氮化物半导体层5上的本发明的n型电流分散层6也可被称为电流分散兼接触层、或接触层、或窗层，第1和第2层9、10由被重复多次配置的交互层叠体构成。从而，电流分散层6具有多重异质结层结构，包含多个异质结。在图1中，为了简化图示，第1和第2层9、10的对虽然仅被重复4次配置，但实际上却被重复40次配置。第1和第2层9、10的对的数目最好从20～60中选择。
电流分散层6的第1层9由3-5族化合物半导体构成，理想情况是，由不含Al或按第1比例含Al的n型(第2导电类型)的第1氮化物半导体构成。第2层10由具有与第1层9不同组成的3-5族化合物半导体构成，理想情况是，由按比上述第1比例大的第2比例含Al的n型的第2氮化物半导体构成。
电流分散层6的第1层9的理想材料用忽略杂质后的如下化学式表示。
AlaMbGa1-a-bN式中，上述M是从In(铟)和B(硼)中选择的至少1种元素，上述a、b为满足0≤a＜1、0≤b＜1a+b≤1的数值换言之，电流分散层6的第1层9的理想材料可从GaN(氮化镓)、InN(氮化铟)、InGaN(氮化镓铟)、BN(氮化硼)、BGaN(氮化镓硼)、BInGaN(氮化镓铟硼)、AlInN(氮化铟铝)、AlGaN(氮化镓铝)、AlInGaN(氮化镓铟铝)、AlBN(氮化硼铝)、AlBGaN(氮化镓硼铝)和AlBInGaN(氮化镓铟硼铝)等中选择。
本实施例的第1层9由上述化学式中的a和b均为零的n型GaN(氮化镓)构成，在能带图中，具有比有源层4大的带隙并且具有25nm的厚度。第1层9的厚度最好从15～500nm中选择。如果第1层9的厚度小于15nm，则无法充分地得到在第1层9中生成2维电子气的效应。另外，如果第1层9厚于500nm，则此处的光吸收增大，从而光取出效率降低。
配置于电流分散层6的第1层9上的第2层10的理想材料用忽略杂质后的如下化学式表示。
化学式AlxMyGa1-x-yN式中，上述M是从In(铟)和B(硼)中选择的至少1种元素，上述x、y为满足0＜x≤1、0≤y＜1x+y≤1a＜x的数值。
换言之，电流分散层6的第2层10的理想材料可从AlN(氮化铝)、AlInN(氮化铟铝)、AlGaN(氮化镓铝)、AlInGaN(氮化镓铟铝)、AlBN(氮化硼铝)、AlBGaN(氮化镓硼铝)和AlBInGaN(氮化镓铟硼铝)等中选择。但是，该第2层10为了对第1层9形成异质结，要用与第1层9不同的材料形成。另外，第2层10由可用在第1层9上形成作为2维载流子层的2维电子气层的材料构成。本实施例的第2层10由相当于上述化学式中的x＝1、y＝0的AlN(氮化铝)构成，具有比有源层4大的带隙并且具有比第1层9薄、同时可得到量子力学的隧道效应的5nm的厚度。理想情况是，第2层10的厚度从0.5～5nm的值中选择。如果第2层10的厚度小于0.5nm，则无法良好地形成2维电子气层。另外，如果第2层10的厚度大于5nm，则无法得到隧道效应，第2层10的厚度方向的电阻增大。
在本实施例中，向第1和第2层9、10中掺入n型杂质。但是，可仅向第1和第2层9、10的某一方中掺入n型杂质，或者也不向第1和第2层9、10的任一层中掺入n型杂质。
由可发生2维电子气的第1和第2层9、10的多个交互层叠体构成的电流分散层6具有有源层4中所发生的光的透射性方面优越的特性。另外，电流分散层6的厚度方向的电阻和与电流分散层6的上表面平行的方向即横向的电阻极小。电流分散层6的横向的电阻的减小效应可用与第1和第2层9、10的异质结界面邻接的第1层9的一个主面附近生成的2维电子气层(未图示)得到。
具有作为阴极电极功能的第1电极7仅被配置在其n型杂质浓度比作为n包层的n型氮化物半导体层5高的电流分散层6的第2层10的表面的大致为中央的一部分上、与电流分散层6直接进行欧姆接触。该第1电极7具有作为连接未图示的导线等的外部连接构件用的焊区电极的功能。第1电极7虽然仅与电流分散层6的表面的中央一部分连接，但在电流分散层6的电流分散作用下，电流也可流过有源层4的外围侧部分。即，在不与有源层4中的第1电极7相向的区域，也可流过电流。
与上述专利文献2中所示的阳极电极同样地，也可在电流分散层6的表面的外围侧部分附加地配置细条电极，并将它与第1电极7电连接。此时，可使细条电极的表面对电流分散层6的表面的面积的比例比上述专利文献2中的小。另外，也可将第1电极7上附加的光透射性电极设置在电流分散层6的表面上。另外，可设置为在第1电极7与电流分散层6之间进一步提高欧姆性用的由n型氮化物半导体构成的接触层。
具有作为阳极电极功能的第2电极8与p型硅支撑衬底1的下表面进行欧姆接触。再有，也可将第2电极8与p型氮化物半导体层3或p型缓冲层2直接连接。
当按照第1方法制造本实施例1的发光二极管时，准备硅支撑衬底1，在该硅支撑衬底1上采用熟知的OMVPE(Organometallic VaporPhase Epitaxy有机气相外延)法即有机金属气相生长法依次形成p型缓冲层2、p型氮化物半导体层3、有源层4和n型氮化物半导体层5。接着，通过在OMVPE反应室中按规定的比例导入三甲基镓气(以下，称为TMG)、氨气和硅烷气(SiH4)，形成由GaN构成的第1层9。继第1层9的形成之后，通过在OMVPE反应室中导入三甲基铝气(以下，称为TMA)、氨气和硅烷气，形成由AlN构成的第2层10。通过切换供给OMVPE反应室的气体的种类，将第1和第2层9、10重复多次，得到所希望的电流分散层6。
最后，形成第1电极7和第2电极8，完成发光二级管。
本实施例具有以下的效果。
(1)n型电流分散层6是第1和第2层9、10的多个交互层叠体，包含多个异质结。在多个异质结的每一个中与界面邻接地生成2维电子气层作为2维载流子层。因此，电流分散层6的横向的电阻减小，流过不与有源层4的第1电极7相向的外围侧区域的电流增大。其结果是，如图3所示，在第1电极7的外侧的第1与第2位置P1、P2之间和第3与第4位置P3、P4之间，可得到大致均匀的光输出。由此，可省去在上述专利文献2中所述的细条电极，或减少细条电极的表面积，可消除或减小由细条电极造成的对光取出的妨害，从而光取出效率得到提高。另外，与现有的具有光透射性电极的发光二极管相比，本实施例的发光二极管可使光取出效率增高现有的光透射性电极中的光吸收部分。
(2)即使具有2维电子气效应的电流分散层6比现有的单一层的结构的电流分散层薄，也可得到与现有的单一层结构的电流分散层同等的电流分散效果即在横向扩展电流的效果。从而，可使电流分散层6中的光吸收和电压降比现有的电流分散层减小。
(3)电流分散层6由于比n型氮化物半导体层5的杂质浓度大，可具有作为接触层的功能，可使第1电极7与之直接进行欧姆接触。该电流分散层6由于包含很多的载流子，所以可减少对第1电极7的电流分散层6的接触电阻。
(4)由于继形成p型缓冲层2、p型氮化物半导体层3、有源层4和n型氮化物半导体层5之后用气相生长法形成电流分散层6，所以制造工序变得不那么复杂，可抑制发光二极管的制造成本的上升。
(实施例2)接着，说明图4所示的实施例2。但是，在图4和后述的图5～图8中，对与图1和图2实质上相同的部分标以同一符号而省略其说明。
图4的发光二极管相当于省去图1的n型氮化物半导体层5而此外则与图1相同地构成的发光二极管。即，在该图4中，设置与电流分散层6’的第1层9具有同一结构的n型氮化物半导体层9’。该n型氮化物半导体层9’由于与第2层10相接，故具有作为得到2维电子气效应用的层的功能，同时还由于与有源层4相接，故与图1的n型氮化物半导体层5同样地也具有作为n包层的功能。图4的电流分散层6’是省去图1的电流分散层6的最下面的第1层9而此外则与图1相同地构成的电流分散层。从而，图4的电流分散层6’的最下层是第2层10。
图4的实施例2的发光二极管由于也具有有2维电子气效应的电流分散层6’，故具有与实施例1相同的效果。
(实施例3)图5所示的实施例3的发光二极管是对图1的实施例1的发光二极管添加电流阻挡层11、进而设置变形了的第1电极7’、此外则与图1相同地构成的发光二极管。
电流阻挡层11由绝缘体或与电流分散层6相反的导电类型的半导体构成，被配置在相当于图1的第1电极7的位置上。图5的第1电极7’由配置在电流阻挡层11上的电极焊区部分7a和与之电连接的细条部分7b构成。细条部分7b在电流分散层6的表面上被配置成环状或网格状，与电流分散层6进行欧姆接触。
本实施例的发光二极管由于具有电流分散层6，所以电流虽然也良好地流过有源层4的外围侧区域，但如果在电流阻挡层11的外侧配置细条部分7b，则电流更容易流过有源层4的外围侧区域。在本实施例中，由于无需仅依靠细条部分7b使电流流过外围侧部分，所以即使细条部分7b对电流分散层6的表面积的比例减小，也可使所希望的电流流过外围侧区域。从而，与上述专利文献1的结构相比，光取出效率得到提高。再有，可配置为改善在图5的细条部分7b与电流分散层6之间的欧姆性用的由n型氮化物半导体构成的接触层。再有，也可在p型半导体区2、3侧形成相当于电流阻挡层11的部分。此时，与在电极7的正下方形成电流阻挡层11的情况相比，难以受到电流分散层6中的电流分散的影响，预期可有力地发挥阻挡效果。另外，电流阻挡层11也可用与邻接的半导体层相反导电类型的半导体层形成。
(实施例4)在用第2方法制造本发明的发光二极管时，采取图6和图7所示的实施例4的工序制造。
首先，准备图6所示的例如由硅构成的生长用衬底20。其次，在该生长用衬底20上用熟知的0MVPE法依次形成电流分散层6、作为第1导电类型的第1化合物半导体层的n型氮化物半导体层5、有源层4、作为第2导电类型的化合物半导体层的p型氮化物半导体层3和缓冲层2。图6的电流分散层6由第1和第2层10、9的多个交互层叠体构成。
图6的各层的排列顺序与图1的各层的排列顺序相反。从而，作为图6的第1化合物半导体层的n型氮化物半导体层5具有与作为图1的第2化合物半导体层的n型氮化物半导体层5相同的功能，作为图6的第2化合物半导体层的p型氮化物半导体层3具有与作为图1的第1化合物半导体层的p型氮化物半导体层3相同的功能，图6的电流分散层6的第1层10具有与图1的电流分散层6的第2层10相同的功能，图6的电流分散层6的第2层9具有与图1的电流分散层6的第1层9相同的功能。
由图6的第1和第2层10、9构成的多层结构的电流分散层6具有作为其上的层5、4、3、2的外延生长用的缓冲区的功能，可使其上的层5、4、3、2的结晶性和平坦性得到提高。
接着，在p型缓冲层2的一个主面上用溅射法等形成Au等的金属层。该p型缓冲层2的一个主面的金属层是在后述的贴合工序中成为必需的可贴合的导电体层。
接着，准备图7所示的p型硅支撑衬底1，在该硅支撑衬底1的一个主面上形成Au等的金属层。该硅支撑衬底1的一个主面的金属层是在后述的贴合工序中成为必需的可贴合的导电体层。
接着，用热压等方法使p型缓冲层2的金属层与硅支撑衬底1的金属层贴合在一起。由此，如图7所示，得到经金属层21使p型缓冲层2与p型硅衬底1贴合在一起的结构。
在本实施例4中，在p型缓冲层2和p型硅支撑衬底1双方设置金属层，但也可代之以仅在p型缓冲层2和p型硅支撑衬底1中的某一方设置金属层，经该金属层使p型缓冲层2与p型硅支撑衬底1贴合在一起。另外，也可使p型缓冲层2的金属层和硅支撑衬底1的金属层形成为合金层等另外的导电体层。
接着，除去图7的B-B线上的生长用衬底20。在本实施例4中，在使p型缓冲层2与p型硅支撑衬底1贴合在一起后除去生长用衬底20，但也可代之以在使p型缓冲层2与p型硅支撑衬底1贴合在一起前除去生长用衬底20。
然后，在电流分散层6的表面上形成相当于图1的第1电极7的部分，对硅支撑衬底1连接相当于第2电极8的部分，得到与图1实质上相同的发光二极管。
用本实施例4的方法所形成的发光二极管具有与图1的实施例1相同的效果。另外，按照本实施例4，由于多层结构的电流分散层6具有作为外延生长的缓冲层的功能，所以可改善p型和n型氮化物半导体层3、5和有源层4的结晶性和平坦性。
再有，不言而喻，也可不用图7的p型硅支撑衬底1，而代之以使用n型硅支撑衬底或金属度。
(实施例5)图8所示的实施例5的发光二极管是将第2电极8的连接位置变为p型缓冲层2而此外则与图1相同地形成的发光二极管。在图8中，支撑衬底1和p型缓冲层2比起此等以上的层3～6更突出于外围侧，第2电极8在p型缓冲层2上形成。
图8的实施例5的发光二极管由于也具有多层结构的电流分散层6，所以具有与图1的实施例1相同的效果。另外，由于第2电极8在缓冲层2的外围侧被配置成环状，所以可增加有源层4的外围侧区域的电流，并且可提高发光效率。再有，在图8的实施例5中，由于电流可以不流过支撑衬底1，所以可将支撑衬底1置换成蓝宝石等绝缘性衬底。
本发明并不限定于上述的实施例，例如可进行下述变形。
(1)可将p型氮化物半导体层3和n型氮化物半导体层5中的某一方或双方形成为其材料互不相同的氮化物半导体层的多层结构。
(2)可将p型缓冲层2形成为其材料互不相同的氮化物半导体层的多层结构。
(3)可对电流分散层6附加用于提高2维电子气的效果的第3层。
(4)可用氮以外的5族元素例如P(磷)与3族元素的化合物半导体形成p型缓冲层2、p型氮化物半导体层3、有源层4、n型氮化物半导体层5和电流分散层6。
(5)在实施例1～5中，可使各层的导电类型变为相反的导电类型。在电流分散层6为p型的情况下，基于异质结，生成2维空穴气。
工业上的可利用性本发明可用于光输出大的发光二极管等的半导体发光元件。
权利要求
1.一种半导体发光元件，其特征在于，具备有第1导电类型的第1化合物半导体层；配置于上述第1化合物半导体层上的由化合物半导体构成的有源层；配置于上述有源层上、具有光透射性、并且具有与上述第1导电类型相反的第2导电类型的第2化合物半导体层；配置于上述第2化合物半导体层上、具有光透射性、并且使由第1化合物半导体构成的第1层和由与上述第1化合物半导体不同的第2化合物半导体构成的第2层交互重复多次而配置的层叠体组成的电流分散层；在允许将上述有源层所发射的光从上述电流分散层的表面侧取出的状态下与上述电流分散层电连接的第1电极；以及与上述第1化合物半导体层电连接的第2电极。
2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于上述第1层的上述第1化合物半导体是基于上述第1层与上述第2层之间的异质结，在上述第1层上可生成2维载流子层的材料。
3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于向上述电流分散层的上述第1层和上述第2层的至少一方添加决定第2导电类型用的杂质。
4.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于上述第2化合物半导体层具有比上述有源层大的带隙，并且具有比上述第1层和上述第2层大的厚度。
5.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于上述第1层具有比上述有源层大的带隙，并且由不含Al或按第1比例含Al的第2导电类型氮化物半导体构成、上述第2层具有比上述有源层大的带隙，并且按比上述第1比例大的第2比例含Al的第2导电类型氮化物半导体构成。
6.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于上述第1层比上述第2化合物半导体层薄。
7.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于上述第1导电类型是p型，上述第2导电类型是n型。
8.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于上述第1电极与上述电流分散层的露出表面的一部分直接连接。
9.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于还配备支撑上述第1化合物半导体层用的导电性支撑衬底，将上述第2电极连接到上述导电性支撑衬底上。
10.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，由下述工序构成准备支撑衬底的工序；在上述支撑衬底上用气相生长法依次形成具有第1导电类型的第1化合物半导体层、有源层和具有第2导电类型的第2化合物半导体层的工序；用气相生长法在上述第2化合物半导体层上交互重复多次而形成由第1化合物半导体构成的第1层和由与上述第1化合物半导体不同的第2化合物半导体构成的第2层，得到电流分散层的工序；形成与上述电流分散层电连接的第1电极的工序；以及形成与上述第1化合物半导体电连接的第2电极的工序。
11.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，由下述工序构成准备使半导体生长用的生长用衬底的工序；用气相生长法在上述生长用衬底上交互重复多次而形成由第1化合物半导体构成的第1层和由与上述第1化合物半导体不同的第2化合物半导体构成的第2层，得到电流分散层的工序；在上述电流分散层上用气相生长法依次形成具有第1导电类型的第1化合物半导体层、有源层和具有第2导电类型的第2化合物半导体层的工序；准备支撑衬底的工序；在上述第2化合物半导体层的一个主面与上述支撑衬底的一个主面内的至少一方形成由金属或合金构成的导电体层的工序；经上述导电体层将上述支撑衬底的一个主面与上述第2化合物半导体层的一个主面贴附在一起的工序；在上述贴附工序的前或后除去上述生长用衬底的工序；形成与上述电流分散层电连接的第1电极的工序；以及形成与上述第2化合物半导体层电连接的第2电极的工序。
全文摘要
要提高发光二极管的光取出效率是困难的。发光二极管具有在硅支撑衬底(1)上经缓冲层(2)而配置的p型氮化物半导体层(3)、有源层(4)、n型氮化物半导体层(5)和电流分散层(6)。电流分散层(6)由用于得到2维电子气效应的包含异质结的多个第1和第2层(9)、(10)的层叠体构成。由于具有2维电子气效应的电流分散层(6)的横向的电阻小，所以发生了电流的扩展，光取出效率得到提高。电流分散层(6)还具有作为对第1电极(7)进行欧姆接触的区域的功能。
文档编号H01L33/00GK1622350SQ200410095870
公开日2005年6月1日 申请日期2004年11月26日 优先权日2003年11月26日
发明者青柳秀和, 大塚康二, 佐藤雅裕 申请人:三垦电气株式会社