氮化物半导体发光元件制造技术

氮化物半导体发光元件具备发光元件结构部，该发光元件结构部具有至少包含n型层、活性层及p型层的多个氮化物半导体层。活性层具有量子阱结构，该量子阱结构包含至少1个由GaN系半导体构成的阱层，阱层中，n型层侧的第1面与p型层侧的第2面之间的最短距离在相对于所述氮化物半导体层的层叠方向垂直的平面内变动，从发光元件结构部射出的光的峰值发光波长短于354nm。

Nitride semiconductor light emitting devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物半导体发光元件
本专利技术涉及具有由GaN系半导体构成的发光层的氮化物半导体发光元件。
技术介绍
以往，通过载流子(电子及空穴)的再结合而产生发光的发光层由InGaN系半导体构成的氮化物半导体发光元件广泛普及。然而，发光层由GaN系半导体构成的氮化物半导体发光元件、或者发光层由AlGaN系半导体构成的氮化物半导体发光元件存在发光效率低的问题，而成为普及的障碍。需要说明的是，半导体发光元件的发光效率以所注入的电子转换成光子的比例的量子效率的形式体现，将着眼于在发光元件的内部所产生的光子的比例称为内部量子效率，将着眼于放出至发光元件的外部的光子的比例称为外部量子效率。具体地说明上述问题。图8是表示氮化物半导体发光元件的峰值发光波长与外部量子效率的关系的曲线图。需要说明的是，图8是非专利文献1中所记载的曲线图，汇总了各个企业、研究机构在学术论文等中所报告的数据。另外，图8的曲线图的横轴为峰值发光波长，纵轴为外部量子效率。另外，在图8中，为了方便附图的说明，对于非专利文献1中记载的曲线图，添加示出了表示点整体的倾向的曲线，其并非是严格的近似曲线。如图8所示，峰值发光波长为300nm以上且350nm以下的氮化物半导体发光元件与周围的峰值发光波长相比，外部量子效率局部地变低。另外，峰值发光波长为285nm以下的氮化物半导体发光元件，随着峰值发光波长变短而外部量子效率急剧地变低。一般而言，峰值发光波长为300nm以上且350nm以下的氮化物半导体发光元件是发光层由AlGaN系半导体或由GaN系半导体构成的氮化物半导体发光元件，峰值发光波长为285nm以下的氮化物半导体发光元件是发光层由AlGaN系半导体构成的氮化物半导体发光元件。关于发光层由AlGaN系半导体构成的氮化物半导体发光元件，根据本申请专利技术人等的潜心研究得知，可通过利用Ga的偏析来提高发光强度而提高外部量子效率(参照专利文献1)。该Ga的偏析是指，在III-V族半导体的AlGaN中，Al与Ga一起进入结晶结构中的III族位点而被配置时，在相对于半导体层的成长方向垂直的平面内，局部地形成Ga的比例大(Al的比例少)的区域。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第6194138号公报非专利文献非专利文献1：MichaelKneissl，″ABriefReviewofIII-NitrideUVEmitterTechnologiesandTheirApplications″，III-NitrideUltravioletEmitters，Chapter1，2016
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，发光层由GaN系半导体构成的氮化物半导体发光元件与发光层由AlGaN系半导体构成的氮化物半导体发光元件不同，由于在III族位点只配置Ga，因此不会发生偏析，无法利用与专利文献1同样的原理来提高外部量子效率，因此成为问题。因此，本专利技术提供一种外部量子效率升高了的氮化物半导体发光元件，其具有由GaN系半导体构成的发光层。用于解决课题的手段提供一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，具备发光元件结构部，该发光元件结构部具有至少包含n型层、活性层及p型层的多个氮化物半导体层，在所述n型层与所述p型层之间所配置的所述活性层具有量子阱结构，该量子阱结构包含至少1个由GaN系半导体构成的阱层，所述阱层中，所述n型层侧的第1面与所述p型层侧的第2面之间的最短距离在相对于所述氮化物半导体层的层叠方向垂直的平面内变动，从所述发光元件结构部射出的光的峰值发光波长短于354nm。根据该氮化物半导体发光元件，在阱层中，在相对于氮化物半导体层的层叠方向垂直的平面内会产生能够高效率地发光的部分，可利用该部分使其发光。需要说明的是，所谓的354nm是指，由GaN系半导体构成量子阱结构的阱层，在相对于氮化物半导体层的层叠方向垂直的平面内，不使阱层的厚度(上述最短距离)变动的情况下的峰值发光波长。若峰值发光波长短于354nm(若位移至短波长侧)，则可以说，在相对于氮化物半导体层的层叠方向垂直的平面内，因使阱层的厚度变动所致的量子限域效应的变动有效地发挥作用。例如，在上述特征的氮化物半导体发光元件中，从所述发光元件结构部射出的光的发光光谱可具有将339nm以上且小于343nm的第1峰、343nm以上且小于349nm的第2峰、和349nm以上且353nm以下的第3峰中的至少2个一体化而成的合成峰。尤其是，在上述特征的氮化物半导体发光元件中，所述合成峰的半峰宽可为10nm以下。另外，在上述特征的氮化物半导体发光元件中，所述发光光谱可具有将所述第1峰及所述第2峰一体化而成的所述合成峰，峰值发光波长可为343nm以上且小于349nm。根据这些氮化物半导体发光元件，可提高峰值发光波长的发光强度。另外，在上述特征的氮化物半导体发光元件中，所述发光光谱、即从所述发光元件结构部射出的光的发光光谱可具有339nm以上且小于343nm的第1峰、343nm以上且小于349nm的第2峰、和349nm以上且353nm以下的第3峰中的至少2个。另外，在上述特征的氮化物半导体发光元件中，可还具备包含蓝宝石基板的基底部，所述蓝宝石基板具有相对于(0001)面倾斜规定角度的主面，在该主面的上方形成有所述发光元件结构部，至少从所述蓝宝石基板的所述主面到所述活性层的表面为止的各层可以为外延成长层，该外延成长层具有形成有多阶段状的平台的表面。根据该氮化物半导体发光元件，使用具有偏离角的蓝宝石基板，仅以在从蓝宝石基板的主面到活性层的表面为止的各层的表面上以多阶段状的平台表露出的方式进行外延成长，可容易地使阱层的水平面内的厚度变动。此外，由于能以与载流子扩散长相同程度或比其更短的数nm～数十nm的周期，使阱层的厚度在相对于氮化物半导体层的层叠方向垂直的平面内变动，因此能够可靠地将载流子送入至阱层内能够高效率地发光的部分。专利技术效果根据上述特征的氮化物半导体发光元件，在阱层中，在相对于氮化物半导体层的层叠方向垂直的平面内，可产生能够高效率地发光的部分，可利用该部分使其发光，因此可提高外部量子效率。附图说明图1是示意性地示出本专利技术的实施方式的氮化物半导体发光元件的结构的一例的主要部分剖面图。图2是示意性地示出从图1的上侧来观察图1中所示的氮化物半导体发光元件时的结构的一例的俯视图。图3是示意性地示出放大到原子水平的倾斜基板(offsubstrate)的表面的状态的斜视图。图4是示意性地示出活性层的结构的一例的主要部分剖面图。图5是示出具有图4中所示的活性层的氮化物半导体发光元件的发光光谱的光谱图。图6是放大图5的发光强度大的波长附近的光谱图。图7是选择性地示出图6中的主要发光光谱的光谱图。图8是表示氮化物半导体发光元件的峰值发光波长与外部量子效率的关系的曲线图。具体实施方式以下，说明本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，具备发光元件结构部，该发光元件结构部具有至少包含n型层、活性层及p型层的多个氮化物半导体层，/n在所述n型层与所述p型层之间所配置的所述活性层具有量子阱结构，该量子阱结构包含至少1个由GaN系半导体构成的阱层，/n所述阱层中，所述n型层侧的第1面与所述p型层侧的第2面之间的最短距离在相对于所述氮化物半导体层的层叠方向垂直的平面内变动，/n从所述发光元件结构部射出的光的峰值发光波长短于354nm。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，具备发光元件结构部，该发光元件结构部具有至少包含n型层、活性层及p型层的多个氮化物半导体层，
在所述n型层与所述p型层之间所配置的所述活性层具有量子阱结构，该量子阱结构包含至少1个由GaN系半导体构成的阱层，
所述阱层中，所述n型层侧的第1面与所述p型层侧的第2面之间的最短距离在相对于所述氮化物半导体层的层叠方向垂直的平面内变动，
从所述发光元件结构部射出的光的峰值发光波长短于354nm。


2.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，从所述发光元件结构部射出的光的发光光谱具有将339nm以上且小于343nm的第1峰、343nm以上且小于349nm的第2峰、和349nm以上且353nm以下的第3峰中的至少2个一体化而成的合成峰。


3.如权利要求2所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述合成峰的半峰宽为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：平野光，长泽阳祐，
申请(专利权)人：创光科学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP