氮化物半導體發(fā)光元件的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及氮化物半導體發(fā)光元件。
【背景技術】
[0002]含氮的II1-V族化合物半導體材料(以下稱作“氮化物半導體材料”)包含與具有紅外區(qū)域?紫外區(qū)域的波長的光的能量相當?shù)膸?。因而，氮化物半導體材料對于發(fā)出具有紅外區(qū)域至紫外區(qū)域的波長的光的發(fā)光元件的材料、接受具有該區(qū)域的波長的光的受光元件的材料等是有用的。
[0003]此外，關于氮化物半導體材料，原子間的鍵合力強，絕緣擊穿電壓高，飽和電子速度大。因而，氮化物半導體材料作為耐高溫且高輸出的高頻晶體管等電子器件的材料也是有用的。進而，氮化物半導體材料作為幾乎不會損害環(huán)境且易于處理的材料也備受矚目。
[0004]在利用了具有上述特性的氮化物半導體材料的氮化物半導體發(fā)光元件中，一般而言在發(fā)光層采用量子阱構造。若向發(fā)光層中采用了量子阱構造的氮化物半導體發(fā)光元件施加電壓，則在發(fā)光層的量子阱層中電子和空穴被再次結合，從而產(chǎn)生光。作為具有量子阱構造的發(fā)光層，雖然可以為單一量子講(Single Quantum Well ；SQff)構造，但大多情況設為量子講層和勢皇層被交替地層疊的多量子講(Multiple Quantum Well ；MQff)構造。
[0005]一般而言，作為發(fā)光層的量子阱層采用的是InGaN，作為勢皇層采用的是GaN。由此，例如能夠制作發(fā)光峰值波長約為450nm的藍色LED (Light Emitting Device，發(fā)光二級管)，也能夠與黃色熒光體組合來制作白色LED。在作為勢皇層采用的是AlGaN的情況下，由于勢皇層和量子阱層的帶隙能量差增大，因此也認為發(fā)光效率增大，但較之于GaN，AlGaN也具有難以獲得優(yōu)質的結晶的問題。
[0006]此外，一般而言，作為η型氮化物半導體層采用的是GaN或InGaN。
[0007]例如，在日本特開2004-343147號公報(專利文獻I)中公開了如下構造的LED元件，即，在活性層之下具有η側多層膜層，該η側多層膜層具有含In的氮化物半導體層。根據(jù)專利文獻I所記載的LED元件，認為活性層之下的η側多層膜層起到某些作用，使得發(fā)光元件的輸出得以提升，作為其理由，被推測為使得活性層的結晶性得以提升的緣故。
[0008]此外，在日本特開2002-299685號公報(專利文獻2)中公開了如下的III族氮化物LED，即，在以2 X 117CnT3?2 X 10 19cm_3的范圍摻雜了 Si的平滑層上按照隔離層以及活性區(qū)域的順序依次層疊，平滑層被摻雜成比隔離層高很多的高濃度。在專利文獻2的III族氮化物LED中，平滑層具有使低溫的III族氮化物半導體層的平坦的二維生長得以恢復的功能，認為能夠提高III族氮化物LED的效率和可靠性雙方。
[0009]此外，在日本特開2005-203520號公報(專利文獻3)中公開了如下的發(fā)光二極管，即，在由GaN基板構成的支承基板上具有由摻雜Si的GaN半導體構成的緩沖層、由摻雜Si的Alai8Gaa82N半導體構成的第三AlGaN半導體層9、和具備由InAlGaN半導體構成的阱層35a?35c以及勢皇層37a?37d的發(fā)光區(qū)域，發(fā)出峰值波長為359納米的光。
[0010]此外，在日本特開平9-153645號公報(專利文獻4)中公開了如下的發(fā)光二極管，S卩，在AlN緩沖層上層疊了:膜厚約為2.0μπκ電子濃度為2X1018/cm3、且由摻雜硅的GaN構成的高載流子濃度η+層；膜厚約為1.0 ym、電子濃度為2Χ 1018/cm3、且由摻雜硅的Ala3Gaa7N構成的η層；整個膜厚約為0.1lym的發(fā)光層；膜厚約為1.0 ym、空穴濃度為5X 1017/cm3、且以濃度IX 102°/cm3摻雜鎂的Al 0.3GaQ.7N構成的p層;和膜厚約為0.2 ym、空穴濃度為7X 1017/cm3、且由鎂濃度為2X 102°/cm3的摻雜了鎂的GaN構成的接觸層，其中發(fā)光峰值波長為380nm。
[0011]進而，在日本特開平10-173231號公報(專利文獻5)中公開了具有如下構造的發(fā)光元件，即，在載流子濃度為IX 11Vcm3的摻雜Si的n+GaN層上，按照載流子濃度為I X 11Vcm3的摻雜Si的nGaN層以及η型In ^5Gaa85N層的順序依次使它們生長。在專利文獻5所記載的發(fā)光元件中，認為在整個活性層中電流均勻地流動，可獲得均勻的發(fā)光。
[0012]在先技術文獻
[0013]專利文獻
[0014]專利文獻1:日本特開2004-343147號公報
[0015]專利文獻2:日本特開2002-299685號公報
[0016]專利文獻3:日本特開2005-203520號公報
[0017]專利文獻4:日本特開平9-153645號公報
[0018]專利文獻5:日本特開平10-173231號公報

【發(fā)明內容】

[0019]發(fā)明要解決的課題
[0020]在作為多量子阱發(fā)光層中的勢皇層而采用了帶隙比GaN大的AlGaN或InGaAlN的情況下，當η側的層為InGaN或GaN時，易于引起空穴從發(fā)光層向η側的層的溢出，其結果，尤其在提高了工作電流密度的情況下，氮化物半導體發(fā)光元件的發(fā)光量相對于接通電流之比即電流-發(fā)光效率(W/A)、以及發(fā)光量相對于接通電力之比即電力-發(fā)光效率(W/W)下降將成為問題。
[0021]本發(fā)明的目的在于，提供一種即便在工作電流密度高的情況下也能夠提高發(fā)光效率的氮化物半導體發(fā)光元件。
[0022]用于解決課題的手段
[0023]本發(fā)明為一種氮化物半導體發(fā)光元件，依次具備第一 η型氮化物半導體層、第二 η型氮化物半導體層、η型電子注入層、發(fā)光層和P型氮化物半導體層，第二 η型氮化物半導體層的平均η型摻雜物濃度為第一 η型氮化物半導體層的平均η型摻雜物濃度的0.53倍以下，η型電子注入層的平均η型摻雜物濃度為第二 η型氮化物半導體層的平均η型摻雜物濃度的1.5倍以上。這是基于本發(fā)明者經(jīng)過潛心研宄的結果所發(fā)現(xiàn)的內容，即，在采用了上述構成的情況下，即便在工作電流密度高的情況下也能夠提高氮化物半導體發(fā)光元件的發(fā)光效率。
[0024]發(fā)明效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，可以提供即便在工作電流密度高的情況下也能夠提高發(fā)光效率的氮化物半導體發(fā)光元件。
【附圖說明】
[0026]圖1是實施方式的氮化物半導體發(fā)光元件的示意性剖視圖。
[0027]圖2是從上面觀察實施方式的氮化物半導體發(fā)光元件時的示意性俯視圖。
[0028]圖3是表示實施方式的氮化物半導體發(fā)光元件的第一 η型氮化物半導體層、第二η型氮化物半導體層、η型電子注入層、發(fā)光層以及P型氮化物半導體層的帶隙能量以及η型摻雜物濃度的一例的圖。
[0029]圖4是實施例1的氮化物半導體發(fā)光元件的示意性剖視圖。
[0030]圖5是實施例2的氮化物半導體發(fā)光元件的示意性剖視圖。
[0031]圖6是實施例3的氮化物半導體發(fā)光元件的示意性剖視圖。
[0032]圖7是實施例4的氮化物半導體發(fā)光元件的示意性剖視圖。
[0033]圖8是實施例5的氮化物半導體發(fā)光元件的示意性剖視圖。
【具體實施方式】
[0034]以下，對本發(fā)明的實施方式進行說明。另外，在本發(fā)明的附圖中，假設同一參照符號表征同一部分或者相應部分。
[0035]在本說明書中，“勢皇層”是指被量子阱層夾持的層。此外，未被量子阱層夾持的勢皇層被記載為“最初的勢皇層”或者“最后的勢皇層”，與被量子阱層夾持的層相比，表述改變。
[0036]此外，在本說明書中，利用了“摻雜物濃度”這一術語、和伴隨著η型摻雜物或者P型摻雜物的摻雜而產(chǎn)生的電子以及空穴的濃度即“載流子濃度”這一術語，其關系將在后面描述。
[0037]此外，在本說明書中，所謂“載流子氣體”，是指除了 III族原料氣體、V族原料氣體以及摻雜物原料氣體以外的氣體。構成載流子氣體的原子不被取入到氮化物半導體層等中。
[0038]此外，在本說明書中，所謂“未摻雜”，是指有意識地不進行摻雜，即便是未摻雜層，由于來自鄰接的層的摻雜物的擴散，有時也將包含摻雜物。
[0039]此外，在本說明書中，“η型氮化物半導體層”其中可以包含在實用上不妨礙電子流動這種程度的厚度的低載流子濃度的η型層或未摻雜層。所謂“在實用上不妨礙”，指的是氮化物半導體發(fā)光元件的工作電壓為實用上的水準。
[0040]此外，在本說明書中，“P側氮化物半導體層”也可以包含在實用上不妨礙空穴流動這種程度的厚度的低載流子濃度的P型層或未摻雜層。所謂“在實用上不妨礙”，指的是氮化物半導體發(fā)光元件的工作電壓為實用上的水準。
[0041]此外，在本說明書中，“AlGaN”這一表述是作為原子而含有Al、Ga以及N的意思，組成并不特別限定。關于InGaN、AlGaInN、以及AlON也相同。
[0042]此外，在本說明書中，“氮化物半導體”在理想的情況下氮(N)和其他元素(Al，Ga，In)的原子數(shù)比成為1: 1，但也有包含摻雜物的情況，此外實際上形成的物質不一定為理想的情況，因此有時原子數(shù)比將偏離1:1。此外，在本說明書中，即便是記載為AlxGa1J的情況，也并非是指僅氮(N)和其他元素(Al，Ga)的原子數(shù)比完全為1:1的情形。原子數(shù)比從1:1的偏離在本申請說明書的記載上假設將其忽略。
[0043]此外，在本說明書中，氮化物半導體中的帶隙Eg(eV)與In或Al的混晶比x之間的關系假設利用的是 Joachim Piprek，“Semiconductor Optoelectric Devices”，AcademicPress，2003，p.191所記載的以下的式(I)以及(II)。
[0044]Eg (InxGa1^xN) = 1.89x+3.42 (l_x) -3.8x (l_x)...(I)
[0045]Eg(AlxGa1^xN) = 6.28x+3.42(1-χ)_1.3χ(1-χ)...(II)
[0046][氮化物半導體發(fā)光元件的構成]
[0047]在圖1中示出本發(fā)明的氮化物半導體發(fā)光元件的一例即實施方式的氮化物半導體發(fā)光元件的示意性剖視圖，在圖2中示出從上面觀察實施方式的氮化物半導體發(fā)光元件時的示意性俯視圖。
[0048]實施方式的氮化物半導體發(fā)光元件具備:基板101、和依次設置在基板101上的緩沖層102、氮化物半導體基底層106、第一 η型氮化物半導體層108、第二 η型氮化物半導體層110、η型電子注入層112、發(fā)光層114、ρ型氮化物半導體層116以及ρ型氮化物半導體層 118。
[0049]在ρ型氮化物半導體層118上設置有透明電極層122，在透明電極層122上設置有P電極124。此外，在第一 η型氮化物半導體層108上設置有η電極126。進而，由透明絕緣保護膜128來覆蓋氮化物半導體發(fā)光元件的表面，使得η電極126的表面的一部分以及P電極124的表面的一部分露出。
[0050][基板]
[0051]作為基板101，例如能夠利用藍寶石、GaN、SiC、Si或ZnO等的基板?；?01的厚度并不特別限定，但優(yōu)選氮化物半導體層生長時的基板101的厚度為900 μπι以上且1200 μm，優(yōu)選氮化物半導體發(fā)光元件使用時的基板101的厚度為50 μ m以上且300 μπι以下。
[0052]此外，在基板101的上表面，也可以形成具有凸部1la以及凹部1lb的凹凸形狀，上表面的至少一部分也可以為平坦。