氮化物半导体发光元件制造技术

本发明专利技术提供具有优异的发光效率的氮化物半导体深紫外发光元件。一种氮化物半导体发光元件，该氮化物半导体发光元件具有200～300nm的发光波长，其具有：由单一层或带隙不同的多个层形成的n型层、由单一层或带隙不同的多个层形成的p型层、以及在n型层与p型层之间配设的活性层；p型层具有p型第一层，该p型第一层具有与在n型层内具有最小带隙的n型第一层的带隙相比更大的带隙；并且，在活性层与p型第一层之间设置有电子阻挡层，该电子阻挡层具有比形成活性层以及p型层的层的带隙都大的带隙。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用氮化物半导体的发光波长在200～300nm区域的新型的深紫外发光元件。
技术介绍
现状是作为发光波长300nm以下的深紫外光源，使用氘、汞等的气体光源。这些气体光源存在短寿命、以及为大型等不便。此外，汞为受到条约限制的物质。因此，期待实现能够消除这些不便、处理容易的、使用半导体的深紫外发光元件。然而，使用半导体的发光元件存在与氘气体灯或者汞气体灯等的气体光源相比光输出弱、此外发光效率也低的问题。作为半导体发光元件的光输出不充分的原因，可以列举出在氮化物半导体发光元件中，与空穴相比，电子的有效质量小、并且载流子浓度高，因此引起电子穿过活性层(区域)、向p型层溢出，从而导致发光效率的降低。这种电子向p型层溢出在高注入电流条件下导致发光效率的进一步降低，同时发热量增加。其结果，光输出达到极限，难以得到与注入的载流子的量相应的光输出。氮化物半导体发光元件中的电子向p型层溢出的问题不是仅在发光波长300nm以下的深紫外发光元件中产生的问题(例如，参照非专利文献1)。例如，专利文献1中记载了如下的技术，在发光波长超过300nm的半导体发光元件中，在活性层与p型层之间形成具有与活性层的带隙相比更大的带隙的电子阻挡层，从而防止电子由活性层区域向p型层流出，提高发光效率。此外，非专利文献2中记载了，在深紫外发光元件中，尝试如上所述的电子阻挡层的应用(参照非专利文献2)。现有技术文献非专利文献非专利文献1：J.Appl.Phys.108，033112(2010)非专利文献2：Electorn.Lett.44，493(2008)专利文献专利文献1：日本特开2007-88269号公报专利文献2：日本特开2010-205767号公报专利文献3：日本特开平11-298090号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，根据本专利技术人的研究，明确在发光波长300nm以下的氮化物半导体发光元件中，仅简单地设置电子阻挡层不能充分地改善发光效率。本专利技术人对于该理由推定如下。即，要求发光波长为300nm以下的深紫外发光元件中的p型层的带隙大于近紫外以及可见光的发光元件中的p型层的带隙。认为结果是深紫外发光元件的p型层中的空穴的活化率进一步降低、并且有效质量也变大，因此电子的溢出更容易产生。因此本专利技术的课题在于针对发光波长为200～300nm的氮化物半导体发光元件解决如上所述的问题点，提供发光效率高的氮化物半导体深紫外发光元件。用于解决问题的方案本专利技术人为了解决上述课题进行深入研究。尤其是，详细地研究各层的带隙的关系，结果发现至少设置一层具有与形成活性层以及p型层的层的带隙相比更大的带隙的电子阻挡层、和具有与n型层内为最小带隙的层(在以下，有时称为“n型第一层”)的带隙相比更大的带隙的p型第一层，从而可以高效地改善氮化物半导体深紫外发光元件的发光效率，从而完成本专利技术。本专利技术的第一方式：[1]一种氮化物半导体发光元件，所述氮化物半导体发光元件具有200～300nm的发光波长，其特征在于，其具有：由单一层或带隙不同的多个层形成的n型层、由单一层或带隙不同的多个层形成的p型层、以及配设在n型层与p型层之间的活性层，p型层具有p型第一层，该p型第一层具有与在n型层内具有最小带隙的n型第一层的带隙相比更大的带隙，并且具有比形成活性层以及p型层的层的带隙都大的带隙的电子阻挡层设置于活性层与p型第一层之间。[2]在本专利技术的第一方式中，p型层能够由带隙不同的多个层形成。[3]在本专利技术的第一方式中，优选的是，活性层具有阱层以及势垒层；p型层具有p型包层以及p型接触层；该氮化物半导体发光元件包含以如下顺序层叠n型层、活性层、电子阻挡层、p型包层、以及p型接触层的层叠结构；势垒层用组成式AlaGa1-aN(0.34≤a≤0.89)表示；p型包层用组成式AlbGa1-bN(0.44<b<1.00)表示；并且，p型包层的Al组成与势垒层的Al组成之差(b-a)超过0.10且为0.45以下。需要说明的是，上述p型包层优选为p型第一层。[4]在上述形态[3]的本专利技术的第一方式中，优选的是，阱层用组成式AleGa1-eN(0.33≤e≤0.87)表示；势垒层的Al组成与阱层的Al组成之差(a-e)为0.02以上。[5]在上述形态[3]～[4]的本专利技术的第一方式中，优选的是，阱层的厚度为4～20nm。[6]在上述形态[3]～[5]的本专利技术的第一方式中，优选的是，电子阻挡层为p型或i型；电子阻挡层的组成用组成式AlcGa1-cN(0.45≤c≤1.00)表示；p型包层的组成用组成式AlbGa1-bN(0.44<b<1.00)表示；电子阻挡层的Al组成(c)大于前述p型包层的Al组成(b)；电子阻挡层的Al组成与前述势垒层的Al组成之差(c-a)为0.11～0.98；p型包层的Al组成与前述势垒层的Al组成之差(b-a)超过0.10且为0.45以下。[7]在上述形态[3]～[6]的本专利技术的第一方式中，优选的是，具有多个势垒层；该多个势垒层包含与n型层相接的第一势垒层、和与电子阻挡层相接的第二势垒层。[8]本专利技术的第二方式为具有上述本专利技术的第一方式中所述的氮化物半导体发光元件的层叠结构的氮化物半导体晶圆。专利技术的效果根据本专利技术，能够抑制发光波长300nm以下的氮化物半导体深紫外发光元件中的电子的溢出，因此可以提高氮化物半导体深紫外发光元件的发光效率。附图说明图1为说明本专利技术的氮化物半导体发光元件的一个实施方式的示意性截面图。图2为说明图1的氮化物半导体发光元件的能带图的一个例子的图。图3为说明本专利技术的氮化物半导体发光元件的其他实施方式中的能带图的一个例子的示意性截面图。图4为说明本专利技术的氮化物半导体发光元件的其他实施方式中的能带图的一个例子的示意性截面图。图5为说明本专利技术的氮化物半导体发光元件的其他实施方式中的能带图的一个例子的示意性截面图。图6为说明本专利技术的氮化物半导体发光元件的其他实施方式的示意性截面图。图7为说明图6的氮化物半导体发光元件的能带图的一个例子的图。图8为说明本专利技术的氮化物半导体发光元件的其他实施方式的示意性截面图。图9为说明图8的氮化物半导体发光元件的能带图的例子的图。图10为说明本专利技术的氮化物半导体发光元件的其他实施方式的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光元件，所述氮化物半导体发光元件具有200～300nm的发光波长，其特征在于，其具有：由单一层或带隙不同的多个层形成的n型层、由单一层或带隙不同的多个层形成的p型层、以及配设在所述n型层与所述p型层之间的活性层，所述p型层具有p型第一层，该p型第一层具有与在所述n型层内具有最小带隙的n型第一层的带隙相比更大的带隙，并且在所述活性层与所述p型第一层之间设置有电子阻挡层，该电子阻挡层具有比形成所述活性层以及所述p型层的层的带隙都大的带隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.05 JP 2013-020723;2013.05.17 JP 2013-105181.一种氮化物半导体发光元件，所述氮化物半导体发光元件具有
200～300nm的发光波长，其特征在于，其具有：
由单一层或带隙不同的多个层形成的n型层、
由单一层或带隙不同的多个层形成的p型层、以及
配设在所述n型层与所述p型层之间的活性层，
所述p型层具有p型第一层，该p型第一层具有与在所述n型层内具有最小
带隙的n型第一层的带隙相比更大的带隙，并且
在所述活性层与所述p型第一层之间设置有电子阻挡层，该电子阻挡层
具有比形成所述活性层以及所述p型层的层的带隙都大的带隙。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述p
型层由带隙不同的多个层形成。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述
活性层具有阱层以及势垒层，
所述p型层具有p型包层以及p型接触层，
所述氮化物半导体发光元件包含以如下顺序层叠所述n型层、所述活性
层、所述电子阻挡层、所述p型包层、以及所述p型接触层的层叠结构，
所述势垒层用组成式AlaGa1-aN(0.34≤a≤0.89)表示，
所述p型包层用组成式AlbGa1-bN(0.44<b<1.00)表示，...

【专利技术属性】
技术研发人员：小幡俊之，
申请(专利权)人：株式会社德山，
类型：发明
国别省市：日本;JP