Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有比以往优异的元件寿命的Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法。本发明专利技术的Ⅲ族氮化物半导体发光元件(100)的特征在于，依次具有：n型Ⅲ族氮化物半导体层(30)；将势垒层(40a)及比势垒层(40a)带隙小的阱层(40b)依次交替层叠各N层(其中，N为整数)而成的Ⅲ族氮化物半导体层叠体(40)；AlN引导层(60)；和，p型Ⅲ族氮化物半导体层(70)，AlN引导层(60)的厚度为0.5nm以上且为2.0nm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法
本专利技术涉及Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法，特别是涉及同时具有优异的元件寿命及优异的发光输出的Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法。
技术介绍
以往，包含Al、Ga、In等Ⅲ族元素与N的化合物的Ⅲ族氮化物半导体通常用作蓝光发光元件～深紫外光发光元件的材料。其中，包含高Al组成的AlGaN的Ⅲ族氮化物半导体用于发光波长340nm以下的紫外发光元件、发光波长300nm以下的深紫外光发光元件(DUV-LED)。通常情况下，使用有Ⅲ族氮化物半导体的深紫外光发光元件的光取出效率非常低，可以说难以实现高输出，为了实现小型且高输出的深紫外发光元件，进行了各种尝试以实现高外部量子效率特性、低阻抗特性等。例如，本专利技术的申请人等之前在专利文献1中提出了以下的发光元件。即，在形成于AlN系Ⅲ族氮化物单晶上的发光元件中，发光元件具有：高浓度n型Ⅲ族氮化物层、由n型或i型的Ⅲ族氮化物势垒层与n型或i型的Ⅲ族氮化物阱层构成的多重量子阱结构、i型Ⅲ族氮化物最终阻隔层、p型Ⅲ族氮化物层、在前述i型Ⅲ族氮化物最终阻隔层与前述p型Ⅲ族氮化物层之间形成的、相对前述i型Ⅲ族氮化物最终阻隔层成为电子的能垒的由p型或i型的AlzGa1-zN层(0.95<z≤1)构成的电子阻挡层。在专利文献1记载的技术中，通过量子阱结构的量子阱厚的最佳化可实现内部量子效率的提高，另外，通过电子阻挡层的导入及最佳化、以及最终阻隔层的最佳化，可实现电子注入效率的最佳化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-205767号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题根据专利文献1记载的技术，能够提高使用有Ⅲ族氮化物半导体的紫外发光元件的发光效率。然而，除了改善发光效率以外，还寻求改善Ⅲ族氮化物半导体发光元件的元件寿命特性，在寿命方面尚有改善的余地。因此，本专利技术的目的在于，提供一种同时具有优异的元件寿命及优异的发光输出的Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法。用于解决问题的方案本专利技术人等对于解决上述课题的方法进行了深入研究，认为来自发光层的载流子泄漏是低寿命的原因，着眼于将势垒层及阱层层叠而成的层叠体与p型半导体层之间的层构成及其厚度。于是发现，通过在上述层叠体与p型半导体层之间以适当的厚度设置AlN引导层，能够明显改善Ⅲ族氮化物半导体发光元件的寿命，并且能够得到优异的发光输出，从而完成了本专利技术。即，本专利技术的主旨构成如以下所述。(1)一种Ⅲ族氮化物半导体发光元件，其特征在于，依次具有：n型Ⅲ族氮化物半导体层；将势垒层及比该势垒层带隙小的阱层依次交替层叠各N层(其中，N为整数)而成的Ⅲ族氮化物半导体层叠体；AlN引导层；和，p型Ⅲ族氮化物半导体层，前述AlN引导层的厚度为0.5nm以上且为2.0nm以下。(2)如前述(1)所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，前述AlN引导层为i型。(3)如前述(1)或(2)所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，前述Ⅲ族氮化物半导体层叠体中的前述第n层阱层与前述AlN引导层接触，或者，在前述Ⅲ族氮化物半导体层叠体中的前述第n层阱层与前述AlN引导层之间，具有带隙超过前述阱层且低于前述AlN引导层的最终阻隔层，该最终阻隔层的厚度为1.5nm以下。(4)如前述(3)所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，前述最终阻隔层的厚度为0.1nm以上且为1.0nm以下。(5)如前述(1)～(4)中的任一项所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，前述AlN引导层的厚度超过0.5nm且低于2.0nm。(6)如前述(1)～(5)中的任一项所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，前述p型Ⅲ族氮化物半导体层依次具有第1p型Ⅲ族氮化物半导体层及第2p型Ⅲ族氮化物半导体层，前述第1p型Ⅲ族氮化物半导体层的带隙小于前述AlN引导层且大于前述势垒层，前述第2p型Ⅲ族氮化物半导体层的带隙小于前述第1p型Ⅲ族氮化物半导体层。(7)如前述(6)所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，前述第1p型Ⅲ族氮化物半导体层与前述第2p型Ⅲ族氮化物半导体层接触，且前述第2p型Ⅲ族氮化物半导体层仅由p型接触层构成。(8)一种Ⅲ族氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括如下工序：第1工序，形成n型Ⅲ族氮化物半导体层；第2工序，在前述n型Ⅲ族氮化物半导体层上，形成将势垒层及比该势垒层带隙小的阱层依次交替层叠各N层(其中，N为整数)而成的Ⅲ族氮化物半导体层叠体；第3工序，在前述Ⅲ族氮化物半导体层叠体上，形成厚度为0.5nm以上且为2.0nm以下的AlN引导层；和，第4工序，在前述AlN引导层上，形成p型Ⅲ族氮化物半导体层，在前述第3工序中，使用包含三甲基铝气体及氨气的原料气体来使前述AlN引导层外延生长。(9)一种Ⅲ族氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括如下工序：第1工序，形成n型Ⅲ族氮化物半导体层；第2工序，在前述n型Ⅲ族氮化物半导体层上，形成将势垒层及比该势垒层带隙小的阱层依次交替层叠各N层(其中，N为整数)而成的Ⅲ族氮化物半导体层叠体；第3工序，在前述Ⅲ族氮化物半导体层叠体上，形成厚度为0.5nm以上且为2.0nm以下的AlN引导层；和，第4工序，在前述AlN引导层上，形成p型Ⅲ族氮化物半导体层，在前述第3工序中，使用包含三甲基铝气体、三甲基镓气体及氨气的原料气体来使AlGaN改性层外延生长，接着停止前述三甲基铝气体及前述三甲基镓气体的供给来中断前述外延生长，将前述AlGaN改性层暴露在以氢气为主要成分的载气气氛中，由此去除前述AlGaN改性层的至少一部分并改性为前述AlN引导层，使前述AlGaN改性层的剩余部分成为最终阻隔层。(10)如前述(9)所述的Ⅲ族氮化物半导体发光元件的制造方法，其中，在前述第3工序中，使前述AlGaN改性层全部改性为前述AlN引导层。(11)如前述(8)～(10)中的任一项所述的Ⅲ族氮化物半导体发光元件的制造方法，其中，前述AlN引导层为i型。专利技术的效果根据本专利技术，由于以适当的厚度设置了AlN引导层，因此，能够提供一种具有比以往优异的元件寿命的Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法。附图说明图1是说明本专利技术的一个实施方式的Ⅲ族氮化物半导体发光元件的剖面示意图。图2是说明本专利技术的另一个实施方式的Ⅲ族氮化物半导体发光元件中的层叠体、最终阻隔层、AlN引导层及p型半导体层的剖面示意图。图3是表示本专利技术的Ⅲ族半导体发光元件的带结构的一部分的图，(A)表示一个实施方式，(B)表示另一个实施方式。图4是用于说明本专利技术的Ⅲ族半导体发光元件的制造方法的第1实施方式的流程图。图5是用于说明本专利技术的Ⅲ族半导体发光元件的制造方法的第2实施方式的流程图。图6是实验例1中的Ⅲ族半导体发光元件的TEM剖面照片。图7A是表示实验例2中、相对于试样1～3、12、14的AlN引导层的厚度及试样4～10的AlGaN改性层的设计厚度的EL输出的图表。图7B是表示实验例2中、相对于试样1～10、12、14的AlN引导层的厚度的EL输出的图表。具体实施方式(Ⅲ族氮化物半导体发光元件)下面，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。需要说明的是，对相同的构成要素作为原则附以相同的参照编号，省略说明。另外，各图中，为了方便说明，将基板和各层的纵横比率由实际的比率夸大后示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物半导体发光元件，其特征在于，依次具有：n型Ⅲ族氮化物半导体层；将势垒层及比该势垒层带隙小的阱层依次交替层叠各N层而成的Ⅲ族氮化物半导体层叠体，其中，N为整数；AlN引导层；和，p型Ⅲ族氮化物半导体层，所述AlN引导层的厚度为0.5nm以上且为2.0nm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.30 JP 2015-1510521.一种Ⅲ族氮化物半导体发光元件，其特征在于，依次具有：n型Ⅲ族氮化物半导体层；将势垒层及比该势垒层带隙小的阱层依次交替层叠各N层而成的Ⅲ族氮化物半导体层叠体，其中，N为整数；AlN引导层；和，p型Ⅲ族氮化物半导体层，所述AlN引导层的厚度为0.5nm以上且为2.0nm以下。2.根据权利要求1所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，所述AlN引导层为i型。3.根据权利要求1或2所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，所述Ⅲ族氮化物半导体层叠体中的所述第n层阱层与所述AlN引导层接触，或者，在所述Ⅲ族氮化物半导体层叠体中的所述第n层阱层与所述AlN引导层之间，具有带隙超过所述阱层且低于所述AlN引导层的最终阻隔层，该最终阻隔层的厚度为1.5nm以下。4.根据权利要求3所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，所述最终阻隔层的厚度为0.1nm以上且为1.0nm以下。5.根据权利要求1～4中的任一项所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，所述AlN引导层的厚度超过0.5nm且低于2.0nm。6.根据权利要求1～5中的任一项所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，所述p型Ⅲ族氮化物半导体层依次具有第1p型Ⅲ族氮化物半导体层及第2p型Ⅲ族氮化物半导体层，所述第1p型Ⅲ族氮化物半导体层的带隙小于所述AlN引导层且大于所述势垒层，所述第2p型Ⅲ族氮化物半导体层的带隙小于所述第1p型Ⅲ族氮化物半导体层。7.根据权利要求6所述的Ⅲ族氮化物发光元件，其中，所述第1p型Ⅲ族氮化物半导体层与所述第2p型Ⅲ族氮化物半导体层接触，且所述第2p型Ⅲ族氮化物半导体层仅由p型接触层构成。8.一种Ⅲ族氮化物半导体发光元...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边康弘，藤田武彦，
申请(专利权)人：同和电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP