专利名称：发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光器件。
背景技术：
近年来，业内正在开发一种发出多个波长(颜色)的光的发光器件。日本专利文 献1的氮化物半导体发光器件在GaN衬底上形成有GaN半导体层，GaN半导体层具有发出 波长分别不同的光的第1及第2量子阱层。观测到来自第1活性层的光的颜色与来自第2 活性层的光的颜色的混合色。日本专利文献2的发光装置中，在支持衬底上搭载蓝色发光 二极管芯片及黄色发光二极管，通过自两个发光二极管发光而获得白色光。日本专利文献 3的发光器件具有吸收紫外线而发出波长更长的光的III族氮化物半导体衬底；和设置于 该III族氮化物半导体衬底上且发出含紫外线的光的活性层。日本专利文献4的白色发光 器件具备发出蓝色光的InGaN-LED和利用蓝色光发出黄色光的ZnSSe萤光板。日本专利 文献5中公开了一种利用复合衬底中所包含的萤光体而发出波长与入射光不同的光的波 长转换构件。此外，关于复合衬底的技术由日本专利文献6、7公开，关于自InGaN阱层发出 的光的偏光记载于非专利文献1中。专利文献专利文献1 日本特开2008-159606号公报专利文献2 日本特开2008-218645号公报专利文献3 日本特开2008-235804号公报专利文献4 日本特开2004-253592号公报专利文献5 日本特开2007-150331号公报专利文献6 日本特表2005-537679号公报专利文献7 日本特开2008-010766号公报非专利文献非专利文献 1 Dmitry S. Sizov, Rajaram Bhat, Jerome Napierala, Chad Gallinat, Kechang Song, and Chung-en Zah,「500-nm Optical GainAnisotropy of Semipolar(11-22)InGaN Quantum WellsJ, Applied PhysicsExpress 2(2009)07100
发明内容
如上所述，虽然在开发关于发出多个波长(颜色)的光的发光器件，但因偏光性、 发光效率不充分或构造复杂等，仍期望开发一种结构比较简易但偏光性或发光效率得到提 高的发光器件。因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种可使多个波长 的光稳定地发光的发光器件。本发明的一侧面的发光器件，具备衬底和设置于上述衬底上且具有含铟的发光层 的六方晶系氮化镓系半导体层；上述衬底具有基体和设置于上述基体上且厚度小于上述基 体的氮化镓层；上述六方晶系氮化镓系半导体层设置于上述氮化镓层的主面上；上述氮化镓层的C轴方向与上述氮化镓层的主面的法线方向所成的角度处于50度以上、且130度以 下的范围内；上述发光层发出偏光度的绝对值处于0.2以上的范围内的光；上述基体包含 通过自上述发光层发出的光而发光的萤光材料。根据本发明的一侧面，可发出由自发光层发出的光和通过使自发光层发出的光入 射至基体而发出的光所合成的光。由于氮化镓层的c轴方向与氮化镓层的主面的法线方向 所成的角度处于50度以上、且130度以下的范围内，所以发光层的铟含量较多，因此，可实 现高亮度的发光。由于氮化镓层的c轴方向与氮化镓层的主面的法线方向所成的角度处于 50度以上、且130度以下的范围内，所以压电电场较小，因此，因驱动电流的电流值变化而 产生的发光层的发光波长的变化幅度较小。由于偏光度处于绝对值为0. 2以上的范围内， 所以偏光度较高。该发光器件中，上述基体具有包含上述萤光材料的萤光体层和设置于上述萤光体 层的主面上的支持层；上述氮化镓层设置于上述支持层的主面上。因此，可选择与氮化镓层 的粘合良好的材料的支持层。该发光器件中，还具备反射层，该反射层设置于上述萤光体层的背面，用于反射自 上述萤光体层出射的光。因此，可提高入射至萤光体层内的光的利用效率。该发光器件中，上述氮化镓层的厚度处于1OOnm以上、且1200nm以下的范围内，因 而可同时实现衬底的高品质化与低成本化。该发光器件中，由于上述发光层发出峰值波长处于430nm以上、且490nm以下的范 围内的光，所以发出蓝色光。该发光器件中，由于上述萤光材料含有发出峰值波长处于540nm以上、且600nm以 下的范围内的光的成分，所以发出黄色光。因此，通过合成来自发光层的蓝色光与利用基体 的萤光材料而产生的黄色光，可获得白色光。该发光器件中，上述萤光材料含有多晶ZnSxSei_x(0 ≤ χ ≤ 1),该多晶ZnSxSei_x包 含Al、In、Ga、Cl、Br及I中至少一种元素以上的杂质。ZnSxSei_x可吸收蓝色光而发出黄色 光。发明效果如以上说明，根据本发明的一侧面能够提供一种可使多个波长的光稳定地发光的 发光器件。
图1是显示实施方式的发光器件的构成的图；图2是显示实施方式的其他发光器件的构成的图；图3的(A) (C)是用于说明实施方式的其他发光器件的制造方法的图；图4是显示实施方式的偏光度的驱动电流值依存性的图。附图标记说明1、1a发光器件1lp型氮化物半导体层13p 电极15垫电极
17η 电极19、19a 基体21、21a、23、41GaN 层23a 第 1 区域23b 第 2 区域25缓冲层27势垒层29 阱层3复合衬底31电子阻挡层33接触层35a反射层37a萤光体层39a支持层3a复合衬底5氮化镓系半导体层7n型氮化物半导体层9发光层
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，在
中，在 可能的情况下，对相同的要素标注相同的附图标记并省略重复说明。在图1中显示实施方 式的发光器件1的构成。发光器件1具备复合衬底3、氮化镓系半导体层5、P电极13、垫 电极15及η电极17。复合衬底3具有基体19及GaN层21。基体19包含通过自后述发光 层9发出的光而发光的萤光材料。该萤光材料含有如下成分当受到峰值波长处于430nm 以上、且490nm以下的范围内的光(蓝色光)时，该成分会发出峰值波长处于540nm以上、 且600nm以下的范围内的光(黄色光)。在基体19上设置有GaN层21，基体19与GaN层21相接触。GaN层21的厚度(以 下，所谓厚度是指GaN层21的主面Sl的法线m的方向上的宽度)小于基体19的厚度。氮化镓系半导体层5具有η型氮化物半导体层7、发光层9及ρ型氮化物半导体层 11。η型氮化物半导体层7、发光层9及ρ型氮化物半导体层11均包括六方晶系氮化镓系 半导体。氮化镓系半导体层5设置于GaN层21的主面Sl上，并与GaN层21相接。氮化镓 系半导体层5是由GaN层21的主面Sl通过外延生长而形成的。 η型氮化物半导体层7包含GaN层23及缓冲层25，GaN层23包括第1区域23a及 第2区域23b。第1区域23a及第2区域23b设置于GaN层21的主面Sl上，且并列地配 置于该主面Sl上。第1区域23a及第2区域23b均与GaN层21相接。缓冲层25设置于 第1区域23a上，并与第1区域23a相接。而且，第1区域23a、缓冲层25、发光层9及ρ型 氮化物半导体层11按照此顺序层压于GaN层21的主面Sl上。η电极17设置于第2区域 23b上，并欧姆接触于第2区域23b。第1区域23a的厚度大于第2区域23b的厚度。
发光层9具有多个势垒层27与多个阱层29，且具有势垒层27及阱层29交替层 压而成的多量子阱构造。发光层9设置于缓冲层25上，并与缓冲层25相接。势垒层27和 阱层29沿着与法线m正交的方向交替层压。发光层9发出峰值波长处于430nm以上、且 490nm以下的范围内的光(蓝色光)。ρ型氮化物半导体层11具有电子阻挡层31及接触层33。电子阻挡层31设置于 发光层9上，并与发光层9相接。接触层33设置于电子阻挡层31上，并与电子阻挡层31 相接。ρ电极13设置于接触层33上，并欧姆接触于接触层33。垫电极15设置于接触层 33上及ρ电极13上，并经由ρ电极13的开口而接触于接触层33，从而密接性良好。下面，更详细地说明发光器件1的构成。基体19含有多晶ZnSe，该多晶ZnSe包 含Al、In、Ga、Cl、Br及I中至少一种元素以上的杂质，但只要是含有包含Al、In、Ga、Cl、Br 及I中至少一种元素以上的杂质的多晶ZnSxSei_x(0彡χ彡1)即可。GaN层21包括η型掺 杂的GaN。虽然GaN层21具有200nm左右的厚度，但只要为IOOnm以上、且1200nm以下的 范围内的厚度即可。GaN层21的位错密度处于IXlO7CnT2以下。虽然GaN层21的法线m 的方向与GaN层21的c轴方向所成的角度θ是GaN层21的主面Sl成为GaN结晶的m面 的值，但只要处于50度以上、且130度以下的范围内即可。GaN层23包括η型掺杂的GaN，第1区域23a具有2μπι左右的厚度。缓冲层25 包括η型掺杂的InGaN，且具有IOOnm左右的厚度。缓冲层25的In组成比是0.02，Ga组 成比是0. 98。势垒层27包括GaN，且具有15nm左右的厚度。阱层29包含InGaN，且具有3nm左 右的厚度。阱层29的In组成比是0. 17，Ga组成比是0.83。通过使角度θ处于50度以 上、且130度以下的范围内，使阱层29的In组成比比较大，因此，发光层9可发出高亮度 的蓝色光。而且，由于角度θ处于50度以上、且130度以下的范围内，所以发光层9内的 压电电场比较小，因此，因驱动电流的电流值变化而产生的发光层9的发光波长的变化幅 度比较小。此外，通过使角度θ处于50度以上、且130度以下的范围内，使发光层9发出偏光 度的绝对值处于0.2以上的范围内的蓝色光。另外，本实施方式中，若设与将六方晶系III 族氮化物半导体的c轴投影于主面上的方向垂直的方向上的偏光成分为II，设将六方晶系 III族氮化物半导体的c轴投影于主面上的方向上的偏光成分为12，则偏光度由(11-12)/ (11+12)定义。偏光成分Il大于偏光成分12。电子阻挡层31包括ρ型掺杂的AlGaN，并具有20nm左右的厚度。电子阻挡层31 的Al组成比是0. 18,Ga组成比是0. 82。接触层33包括ρ型掺杂的GaN，并具有50nm左右 的厚度。P电极13包括Ni/Au，垫电极15包括Ti/Au，n电极17包括Ti/Al。接下来，对发光器件1的制造方法(实施例)进行说明。首先，将GaN层21的背 面(主面Sl的相反侧的面)的平均表面粗糙度Ra设为Inm以下。之后，在该GaN层21的 背面一边对基体19进行加热一边进行压接，由此将基体19与GaN层21粘合，获得复合衬 底3。通过将GaN层21的背面的平均表面粗糙度Ra设为Inm以下，可足够牢固地将基体 19与GaN层21粘合。接着，在GaN层21的主面Sl上形成氮化镓系半导体层5。首先，使η型掺杂的GaN层(对应于GaN层23)在摄氏840度下、在GaN层21的主面Sl上外延生长至厚度为2 μ m 左右。接着，使η型掺杂的InGaN层(对应于缓冲层25，In组成比是0. 02，Ga组成比是 0. 98)在摄氏840度下、在上述厚度为2 μ m左右的GaN层的表面上外延生长至厚度为IOOnm 左右，之后，使具有包括GaN的多个势垒层(对应于势垒层27)和包括InGaN (In组成比是 0. 17，Ga组成比是0.83)的多个阱层(对应于阱层29)的多量子阱构造的发光层(对应于 发光层9)在上述厚度为IOOnm左右的InGaN层的表面上进行外延生长。使多个势垒层分 别在摄氏840度下生长至厚度为15nm左右，而且，使多个阱层分别在摄氏780度下生长至 厚度为3nm左右。接着，使ρ型掺杂的AlGaN层(对应于电子阻挡层31，Al组成是0. 18，Ga组成是 0.82。)在摄氏840度下、在上述发光层的表面上生长至厚度为20nm左右，之后，使ρ型掺 杂的GaN层(对应于接触层33)在摄氏840度下、在上述AlGaN层的表面上生长至厚度为 50nm左右。接着，将上述厚度为50nm左右的ρ型GaN层、厚度为20nm左右的ρ型AlGaN 层、发光层、厚度为IOOnm左右的η型InGaN层及厚度为2 μ m左右的η型GaN层进行干蚀 刻，形成接触层33、电子阻挡层31、发光层9、缓冲层25及GaN层23 (第1区域23a及第2 区域23b)。由此，在GaN层21的主面Sl上通过外延生长而形成氮化镓系半导体层5。接着，在接触层33的表面上利用真空蒸镀而形成ρ电极13之后，在接触层33的 表面及P电极13的表面上利用真空蒸镀形成垫电极15，在第2区域23b的表面利用真空蒸 镀形成η电极17。对利用以上制造方法所制造的发光器件1进行通电，其结果是，发光层9发出峰值 波长为470nm的光(蓝色光)，基体19受到来自发光层9的蓝色光被激发而发出黄色光，由 此，观测到该蓝色光与黄色光所合成的白色光。自发光层9发出的蓝色光的偏光度为0. 84。以上说明的发光器件1，可发出自发光层9发出的蓝色光和通过使自发光层9发 出的蓝色光入射至基体19而发光的黄色光所合成的白色光。由于角度θ处于50度以上、 且130度以下的范围内，所以发光层9的铟含量比较多，因此，可实现高亮度的发光。由于 角度θ处于50度以上、且130度以下的范围内，所以压电电场比较小，因此，因驱动电流的 电流值变化而产生的发光层9的发光波长的变化幅度比较小。由于偏光度处于绝对值为 0. 2以上的范围内，所以偏光度比较高。在图2中显示变形例的发光器件Ia的构成。发光器件Ia代替发光器件1的复合 衬底3而具备复合衬底3a和反射层35a。除复合衬底3a及反射层35a以外，发光器件Ia 具有与发光器件1相同的构成。复合衬底3a具有基体19a及GaN层21a。基体19a包括萤 光体层37a及支持层39a。反射层35a、萤光体层37a、支持层39a及GaN层21a被按照此顺 序进行层压。反射层35a设置于萤光体层37a的背面S2上，并与萤光体层37a相接。支持 层39a设置于萤光体层37a的主面S3上，并与萤光体层37a相接。GaN层21a设置于支持 层39a的主面S4上，并与支持层39a相接。反射层35a用于反射自萤光体层37a出射的光，其包括反射率高的金属(例如 Ag)。在萤光体层37a具有可基本吸收自发光层9发光并入射至萤光体层37a内的全部蓝 色光的厚度的情况下，无需对萤光体层37a与反射层35a的界面的平坦性设定限制，但在萤 光体层37a具有与该厚度相比足够小的厚度的情况下，为降低在萤光体层37a与反射层35a 的界面上可能产生的蓝色光的漫反射(即，为抑制蓝色光的偏光度的降低)，可提高萤光体
7层37a与反射层35a的界面的平坦性，将反射层35a作为反射镜。萤光体层37a与基体19相同地，包括包含Al、In、Ga、Cl、Br及I中至少一种元素 以上的杂质的多晶ZnSe，但只要含有包含Al、In、Ga、Cl、Br及I中至少一种元素以上的杂 质的多晶ZnSxSei_x(0彡χ彡1)即可。支持层39a可充分透射自发光层9发出的蓝色光，其 包括可良好地进行与GaN层的粘合的例如单晶蓝宝石。GaN层21a包括η型掺杂的GaN。GaN层21a具有200nm左右的厚度，但只要具有 IOOnm以上、且1200nm以下的范围内的厚度即可。GaN层21a的位错密度处于1 X IO7CnT2以 下。GaN层21a的主面Sla的法线Nla的方向与GaN层21a的GaN结晶的c轴方向所成的 角度θ a是105度，是主面Sla成为GaN结晶的(20_2_1)面的值，但只要处于50度以上、 且130度以下的范围内即可。接下来，对发光器件Ia的制造方法(其他实施例)进行说明。首先，如图3(A)所 示，通过在萤光体层37a的主面S3 —边对支持层39a进行加热一边进行压接而将萤光体层 37a与支持层39a粘合，之后，通过在支持层39a的主面S4 —边对GaN层41进行加热一边 进行压接而将支持层39a与GaN层41粘合。在这里，预先将GaN层41的一个面的平均表 面粗糙度Ra设为lnm，并将该面与支持层39a的主面S4对合而一边对支持层39a及GaN层 41进行加热一边进行压接。如此通过将平均表面粗糙度Ra设为Inm以下，可充分牢固地粘 合支持层39a与GaN层41。接着，如图3(B)所示，沿切断面L使用线锯切断GaN层41，如图3(c)所示，由GaN 层41形成GaN层21a。切断面L是与主面S3 (或主面S4)平行的面。由此，形成具有萤光 体层37a、支持层39a及GaN层21a的复合衬底3a。接着，利用与发光器件1相同的方法，在GaN层21a的主面Sla上通过外延生长而 形成氮化镓系半导体层5，进而，利用真空蒸镀形成ρ电极13、垫电极15及η电极17。然 后，利用真空蒸镀在萤光体层37a的背面S2上形成反射层35a。对利用于以上制造方法所制造的发光器件Ia进行通电，其结果是，发光层9发出 峰值波长为470nm的光(蓝色光)，萤光体层37a受到来自发光层9的蓝色光被激发而发出 黄色光，观测到该蓝色光与黄色光所合成的白色光。在图4中显示自发光器件Ia发出的蓝 色光的偏光度的驱动电流值依存性的实测结果。自发光器件Ia发出的蓝色光的偏光度的 绝对值处于0.63 (2mA的电流值)以上、且0. 65 (500mA的电流值)以下的范围内，比较小。 因此，可知发光器件Ia能够在大范围的驱动电流下进行利用。以上所说明的发光器件la，可发出自发光层9发出的蓝色光和通过使自发光层 9发出的蓝色光入射至萤光体层37a而发光的黄色光所合成的白色光。由于角度θ a处于 50度以上、且130度以下的范围内，所以发光层9的铟含量比较多，因此，可实现高亮度的发 光。由于角度θ a处于50度以上、且130度以下的范围内，所以压电电场比较小，因此，因 驱动电流的电流值变化而产生的发光层9的发光波长的变化幅度比较小。由于偏光度处于 绝对值为0. 2以上的范围内，所以偏光度比较高。工业实用性本发明是可使多个波长的光稳定地发光的发光器件。该发光器件可发出由自发光 层发出的光和通过使自发光层发出的光入射至基体而发出的光所合成的光。
权利要求
1.一种发光器件，包括衬底和设置于上述衬底上且具有含铟的发光层的六方晶系氮化 镓系半导体层，其特征在于，上述衬底具有基体和设置于上述基体上且厚度小于上述基体的氮化镓层； 上述六方晶系氮化镓系半导体层设置于上述氮化镓层的主面上； 上述氮化镓层的C轴方向与上述氮化镓层的主面的法线方向所成的角度处于50度以 上、且130度以下的范围内；上述发光层发出偏光度绝对值处于0.2以上的范围内的光； 上述基体包含通过自上述发光层发出的光而发光的萤光材料。
2.如权利要求1所述的发光器件，其中，上述基体具有包含上述萤光材料的萤光体层和设置于上述萤光体层的主面上的支持层；上述氮化镓层设置于上述支持层的主面上。
3.如权利要求2所述的发光器件，其中，还包括反射层，该反射层设置于上述萤光体层的背面，用于反射自上述萤光体层出射 的光。
4.如权利要求1至3中任一项所述的发光器件，其中，上述氮化镓层的厚度处于IOOnm以上、且1200nm以下的范围内。
5.如权利要求1至4中任一项所述的发光器件，其中，上述发光层发出峰值波长处于430nm以上、且490nm以下的范围内的光。
6.如权利要求5所述的发光器件，其中，上述萤光材料含有发出峰值波长处于MOnm以上、且600nm以下的范围内的光的成分。
7.如权利要求6所述的发光器件，其中，上述萤光材料含有多晶ZnSxSe1^x(0彡χ彡1)，该多晶ZnSxSe1^x(0彡χ彡1)包含Al、 Irufeu Cl、Br及I中至少一种元素以上的杂质。
全文摘要
本发明提供一种可使多个波长的光稳定地发光的结构较简易的发光器件。发光器件(1)具备复合衬底(3)以及设置于复合衬底(3)上且具有发光层(9)的氮化镓系半导体层(5)。复合衬底(3)具有基体(19)与氮化镓层；氮化镓系半导体层(5)设置于氮化镓层的主面上；氮化镓层的c轴方向与氮化镓层的主面(S1)的法线(N1)的方向所成的角度(θ)处于50度以上、且130度以下的范围内；发光层(9)发出偏光度的绝对值处于0.2以上的范围内的光；基体(19)包含通过自发光层(9)发出的光而发光的萤光材料。根据这种结构，可发出由自发光层(9)发出的蓝色光和通过使自发光层(9)发出的蓝色光入射至基体(19)而发出的黄色光所合成的白色光。
文档编号H01L33/32GK102150287SQ201080002548
公开日2011年8月10日 申请日期2010年9月24日 优先权日2009年9月30日
发明者京野孝史 申请人:住友电气工业株式会社