第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术课题在于提供具有高寿命的第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法。第III族氮化物半导体发光元件(1)的特征在于，其依次具备n型半导体层(32)、至少包含Al的发光层(40)、以及依次层叠有电子阻挡层(51)和p型包层(152)和p型接触层(53)的p型半导体层(150)，电子阻挡层(51)为AlxGa1‑xN(0.55≤x≤1.0)、p型接触层(53)为AlyGa1‑yN(0≤y≤0.1)、p型包层(152)为AlzGa1‑zN、Al组成z在p型包层(152)的整个厚度范围从电子阻挡层(51)侧向p型接触层(53)侧递减，p型包层(152)的Al组成z的厚度方向的减少率为0.01/nm以上且0.025/nm以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法，尤其是涉及具有高寿命的第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等与N的化合物的第III族氮化物半导体用作紫外光发光元件的材料。其中，包含高Al组成的AlGaN的第III族氮化物半导体用于紫外发光元件、发光波长300nm以下的深紫外光发光元件(DUV-LED)。作为发光元件要求的特性，例如可列举出高外部量子效率特性、低阻抗特性。专利文献1记载了通过在量子阱结构的发光层与p型包层之间形成被称为电子阻挡层的成为电子的能垒的层，提高发光效率。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以专利文献1的方法制作的发光元件虽具有高发光功率，但在其寿命上还有改善的余地。因此，本专利技术的目的在于提供具有高寿命的第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针对解决上述课题的方法进行深入研究。其结果发现，使p型包层的Al组成在p型包层的整个厚度范围从电子阻挡层侧向p型接触层侧递
减，且将p型包层的Al组成的厚度方向的减少率设为0.01/nm以上且0.025/nm以下是极其有效的，从而完成本专利技术。即，本专利技术的主旨要素如下所示。(1)一种第III族氮化物半导体发光元件，其特征在于，其依次具备n型半导体层、至少包含Al的发光层、以及依次层叠有电子阻挡层、p型包层和p型接触层的p型半导体层，前述电子阻挡层为AlxGa1-xN(0.55≤x≤1.0)、前述p型接触层为AlyGa1-yN(0≤y≤0.1)、前述p型包层为AlzGa1-zN且Al组成z在前述p型包层的整个厚度范围从前述电子阻挡层侧向前述p型接触层侧递减、前述p型包层的Al组成z的厚度方向的减少率为0.01/nm以上且0.025/nm以下。(2)根据前述(1)所述的第III族氮化物半导体发光元件，其中，从前述p型包层与前述电子阻挡层的界面到前述p型包层与前述p型接触层的界面的、前述p型包层的Al组成z的变化量为(x-y)/2以上。(3)根据前述(1)或(2)所述的第III族氮化物半导体发光元件，其中，前述p型包层的Al组成z的是递减从前述电子阻挡层的Al组成x以下开始的。(4)根据前述(1)～(3)中任一项所述的第III族氮化物半导体发光元件，其中，前述p型包层的Al组成z的递减是在前述p型接触层的Al组成y以上结束的。(5)根据前述(1)～(4)中任一项所述的第III族氮化物半导体发光元件，其中，从前述发光层射出的光是中心波长为300nm以下的深紫外光。(6)一种第III族氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，其为依次具备n型半导体层、至少包含Al的发光层和p型半导体层的第III族氮化物半导体发光元件的制造方法，形成前述p型半导体层的工序具有：在前述发光层之上形成由AlxGa1-xN(0.55≤x≤1.0)构成的电子阻挡层的电子阻挡层形成工序、在前述电子阻挡层上形成由AlzGa1-zN构成的p型包层的p型包层形成工序、和在前述p型包层上形成由AlyGa1-yN(0≤y≤0.1)构成的
p型接触层的p型接触层形成工序，使前述p型包层的Al组成z在前述p型包层的整个厚度范围从前述电子阻挡层侧向前述p型接触层侧递减，前述p型包层的Al组成z的厚度方向的减少率设为0.01/nm以上且0.025/nm以下。专利技术的效果根据本专利技术，使p型包层的Al组成在p型包层的整个厚度范围从电子阻挡层侧向p型接触层侧递减，且使p型包层的Al组成z的厚度方向的减少率为0.01/nm以上且0.025/nm以下，因此能够得到具有高寿命的第III族氮化物半导体发光元件。附图说明图1为以往例的第III族氮化物半导体发光元件的截面示意图。图2为按照本专利技术的适宜的实施方式的第III族半导体发光元件的截面示意图。图3为按照本专利技术的适宜的实施方式的第III族半导体发光元件的制造方法的流程图。附图标记说明1，100 第III族氮化物半导体元件11 蓝宝石基板11A 基板的主面21 AlN层22 未掺杂层32 n型半导体层40 发光层41 阱层42 势垒层50，150 p型半导体层51 电子阻挡层52，152 p型包层53 p型接触层60 n型电极70 p型电极具体实施方式以下，参照附图针对本专利技术的实施方式进行说明。需要说明的是，同一的构成要素中作为原则附以同一的参照编号，省略说明。另外，各图中，为方便说明，将蓝宝石基板和各层的横纵比率比实际的比率夸张后示出。需要说明的是，各层的Al组成的值可以使用例如能量分散型X射线分析(Energy Dispersive X-ray Spectrometry，EDS)测定。具有充分的厚度时，可以使用SEM(扫描电子显微镜，Scanning Electron Microscope)-EDS，如阱层、超晶格层叠体那样地各层的厚度较薄时，可以使用TEM(透射式电子显微镜，Transmission Electron Microscope，TEM)-EDS测定。(第III族氮化物半导体发光元件)按照本专利技术的一个实施方式的第III族半导体发光元件依次具备n型半导体层、至少包含Al的具有阱层和势垒层的量子阱结构的发光层、以及依次层叠有电子阻挡层、p型包层和p型接触层的p型半导体层，电子阻挡层的Al组成x为0.55≤x≤1.0、p型接触层的Al组成y为0≤y≤0.1。此处，重要的是：p型包层的Al组成z在p型包层的整个厚度范围从电子阻挡层侧向p型接触层侧递减、且p型包层的Al组成z的厚度方向的减少率为0.01/nm以上且0.025/nm以下。图1为以往例的第III族氮化物半导体发光元件的截面示意图。该图中示
出的第III族氮化物半导体发光元件100是在蓝宝石基板11上依次层叠AlN层21、未掺杂层22、n型半导体层32以及发光层40。并且，在发光层40上形成依次层叠有电子阻挡层51、p型包层52以及p型接触层53的p型半导体层50。另外，将发光层40和p型半导体层50的一部分利用蚀刻等去除，分别在露出的n型半导体层32上形成n型电极60、在p型接触层53上形成p型电极70。本专利技术人为了比以往的半导体发光元件提高元件的寿命，着眼于图1所示的以往例的发光元件100中的p型半导体层50。对于该p型半导体层50，如上所述，从依次层叠电子阻挡层51、p型包层52以及p型接触层53来构成。本专利技术人使p型包层52的Al组成从电子阻挡层51侧向p型接触层53侧递减，试使p型包层52的Al组成倾斜。其结果，判明了既实现与以往发光元件同等程度的高发光功率，又大大地提高了元件的寿命。但是，本专利技术人进一步调查结果，判明了根据p型包层52内的Al组成的变化的方式、Al组成的倾斜的斜率(即，Al组成的厚度方向的减少率)，比以往降低了元件的寿命。因此，针对实现具有高寿命的第III族氮化物半导体发光元件的条件进行深入研究，结果发现使p型包层52的Al组成z在p型包层52的整个厚度范围从电子阻挡层51侧向p型接触层53侧递减，且将p型包层52的Al组成z的厚度方向的减少率设为0.01/n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种第III族氮化物半导体发光元件，其特征在于，其依次具备n型半导体层、至少包含Al的发光层、以及依次层叠有电子阻挡层、p型包层和p型接触层的p型半导体层，所述电子阻挡层为AlxGa1‑xN，其中0.55≤x≤1.0，所述p型接触层为AlyGa1‑yN，其中0≤y≤0.1，所述p型包层为AlzGa1‑zN，且Al组成z在所述p型包层的整个厚度范围从所述电子阻挡层侧向所述p型接触层侧递减，所述p型包层的Al组成z的厚度方向的减少率为0.01/nm以上且0.025/nm以下。

【技术特征摘要】
2015.03.11 JP 2015-0485081.一种第III族氮化物半导体发光元件，其特征在于，其依次具备n型半导体层、至少包含Al的发光层、以及依次层叠有电子阻挡层、p型包层和p型接触层的p型半导体层，所述电子阻挡层为AlxGa1-xN，其中0.55≤x≤1.0，所述p型接触层为AlyGa1-yN，其中0≤y≤0.1，所述p型包层为AlzGa1-zN，且Al组成z在所述p型包层的整个厚度范围从所述电子阻挡层侧向所述p型接触层侧递减，所述p型包层的Al组成z的厚度方向的减少率为0.01/nm以上且0.025/nm以下。2.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光元件，其中，从所述p型包层与所述电子阻挡层的界面到所述p型包层与所述p型接触层的界面的、所述p型包层的Al组成z的变化量为(x-y)/2以上。3.根据权利要求1或2所述的第III族氮化物半导体发光元件，其中，所述p型包层的Al组成z的递减是从所述电子阻挡层的Al组成x以下开始的。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田武彦，渡边康弘，
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