本发明专利技术是一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件，其在阱层上下形成的层与阱层的接合部附近具有下列区域，该区域为：使在该阱层上下形成的层的晶格常数，以接近该阱层的晶格常数的方式，发生变化而形成。本发明专利技术是具有单或多量子阱结构的发光层的Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件制造方法，该结构具有至少包含铟（Ｉｎ）的阱层，其中，在利用气相生长法来形成阱层时，从Ｉｎ源的最低供给量来开始供给，然后使Ｉｎ源的供给量增加到目标供给量为止，此后保持一定供给量，接下来，从目标供给量减少到最低供给量，对Ｉｎ源之外的Ⅲ族原料源而言，在从Ｉｎ源供给开始至供给结束为止的这一期间，以一定的供给量来供给。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有量子阱结构的III族氮化物系化合物半导体发光元件。此外，本专利技术涉及III族氮化物系化合物半导体元件或发光元件的制造方法。本专利技术尤其涉及含有铟的III族氮化物系化合物半导体层的生长方法。
技术介绍
以往，在III族氮化物系化合物半导体发光元件中，采用按规定周期来交互层叠了带隙能量各异的层的多量子阱(MQW)结构。比如有蓝色发光二极管(LED)及绿色LED，其采用了使由膜厚为2.5nm的In0.2Ga0.8N所构成的阱层、及由膜厚为5nm的In0.05Ga0.95N或GaN所构成的势垒层交互层叠的多量子阱(MQW)结构。除此之外，还存在一种蓝色发光二极管(LED)及绿色LED，其具有一层膜厚为3nm左右的阱层的单量子阱(SQW)结构。最近，有人提出一种发光波长为380nm左右的近紫外区LED以及405nm的蓝紫色激光二极管(LD)，在该结构中，用由AlGaN构成的势垒层来夹持由InGaN构成的阱层。一般而言，在包含前述结构的异质结中，由于发生因异质结面上的晶格不共格而引起的缺陷，而在发光元件中便会发生发光强度及输出的下降、以及伴随劣化的寿命降低的问题。即使在III族氮化物系化合物半导体中，如图1所示，也会由于构成元素的组成及组成比，而存在晶格常数差，也有同样的问题。尤其是，在最近问世的具有380nm左右近紫外区发光波长的LED、以及具有405nm发光波长的蓝紫色LD中，由于在势垒层内采用AlGaN，因而位移的发生会变得显著。另一方面，用于解决有关III族氮化物系化合物半导体发光元件的前述晶格不共格的问题的方法，在下列专利文献1～3的公开文献中有披露。含有铟的III族氮化物系化合物半导体层，作为在带隙较大的III族氮化物系化合物半导体元件中其带隙最小的层，比如作为发光元件的发光层是重要的。该含有铟的III族氮化物系化合物半导体层中，比如在由含有铝的III族氮化物系化合物半导体层来夹持两侧的场合等，铟与铝会如下所述来互相扩散。据悉其原因基于下列理由由于外延生长中生长层内的热扩散、以及制造装置的反应系统的所谓存储效果，因而作为污染物来混入等。公开了这些内容的申请比如如下所示。专利文献1JP特开昭和64-17484号公报专利文献2JP特开平11-26812号公报专利文献3JP特开2001-230447号公报专利文献4JP特开平10-107319专利文献5JP特开2000-340839专利文献6JP特开2004-253819根据专利文献1，只以缓和晶格不共格为前提，其实施例1及实施例2中，均是一种用单一四元系AlInGaN层的电流注入层(包覆层)来夹持三元系InGaN的发光层的结构。然而，不能实现一种具有良好的结晶性的四元系AlInGaN，而且即使在缓和晶格不共格这一方面有所改善，也不能成为发光强度及输出强度这一作为发光元件最为重要的特性优良的元件。根据专利文献2，其结构为以使发光层即阱层的In组成在与势垒层的界面处大致相等，使In的组成在厚度方向的大致中央部达到最大的方式，使In的组成连续变化。然而，阱层中In的组成变化，会在阱层内形成多个能级，其结果是，会发生多个发光能级即多个发光波长，因而不是优选的。此外一般而言，由于阱层极薄，因而难以在阱层内改变In的组成。此外，根据专利文献3，其结构为为缓和基板与n接触层之间的晶格不共格，而在势垒层即氮化铝(AlN)与n接触层即氮化镓(GaN)层之间，插入AlGaN层，并阶段性地改变该Al的组成。然而，对于能否将该结构适用于发光层、以及怎样适用，却没有公开，也没有提示。
技术实现思路
为此，本专利技术鉴于前述课题，其目的在于，实现一种III族氮化物系化合物半导体发光元件，其对具有量子阱结构的III族氮化物系化合物半导体发光元件而言，可抑制在阱层界面附近的不适配位移的发生，防止发生因不适配位移而引起的刃状位移，且提高结晶性，同时进一步提高元件特性(发光强度、输出强度及寿命)。以往，对于在各层的界面使组成急剧变化的技术进行了较多研究，但使该组成变化的急剧化可靠地达到实用程度的方法尚未问世。然而，本申请的专利技术人着眼于根据半导体元件，与组成变化的急剧化本身相比，在各层界面处的未预定的组成、以及晶片或元件层的针对横向位置的组成的不稳定性更成为问题。比如在发光元件的发光层中，重要的是在所注目的发光层的比如中央附近，电子与空穴再结合来发光。关于该发光层与夹持它的两个层的界面附近，如果不发生前述中央附近的针对电子与空穴的再耦合的障碍，则组成变化不必一定必须具有急剧性。利用图5来进行说明。图5A是表示在发光层与夹持它的两个层的界面附近产生组成不稳定区的场合下的、假想能带结构的曲线图。如图5A所示，在发光层90的n层98界面附近形成的组成不稳定区901，具有传导带比发光层90的中央部900更低的部分，而易于滞留电子。此外，在发光层90的p层99界面附近形成的组成不稳定区902，具有价电子带比发光层90的中央部900更高的部分，而易于滞留空穴。在该假想状态下，从n层98(图中左侧)注入的电子，便滞留于在发光层90的n层98界面附近形成的组成不稳定区901，而从p层99(图中右侧)注入的空穴，则滞留于在发光层90的p层99界面附近形成的组成不稳定区902。这样，对具有这种能带结构的发光层90而言，如果只在发光层90的中央部900产生有助于发光的电子与空穴的再结合，则可预想发光效率降低。反之，如图5B所示，如果取代组成不稳定区901及组成不稳定区902，来设置不具有传导带比发光层90的中央部900更低的部分的组成不稳定区901’、以及不具有价电子带比发光层90的中央部900更高的部分的组成不稳定区902’，则预想可提高发光效率。本专利技术通过试验来证明了前述预想的有效性。根据旨在解决前述课题的技术方案1所述的方法，一种具有量子阱结构的III族氮化物系化合物半导体发光元件，其特征在于在阱层上下形成的层与阱层的接合部附近具有一种区域，即该区域使在该阱层上下形成的层的晶格常数以接近该阱层的晶格常数的方式，发生变化而形成。通过采用这种结构，可抑制在阱层界面附近的不适配位移的发生，同时可抑制在阱层中的多个能级的发生，因而可提高结晶性，且可进一步提高元件特性。根据旨在解决前述课题的技术方案2所述的方法，其特征在于该区域形成于在阱层的上下形成的层内。可以不形成新的层，而从形成于阱层上下的层向阱层连续变化。根据旨在解决前述课题的技术方案3所述的方法，其特征在于在阱层的上下形成的层是包覆层。在单量子阱结构中，由于在阱层的上下形成的层还用作包覆层，因而可因该区域的存在，而抑制在阱层界面附近的不适配位移的发生，同时可抑制在阱层中的多个能级的发生，因而可提高结晶性，且可进一步提高元件特性。根据旨在解决前述课题的技术方案4所述的方法，其特征在于在阱层的上下形成的层是阻挡层(势垒层)。在适用了多量子阱(MQW)结构的场合下，也可以因该区域的存在，而抑制在阱层界面附近的不适配位移的发生，同时可抑制在阱层中的多个能级的发生，因而可提高结晶性，且可进一步提高元件特性。根据旨在解决前述课题的技术方案5所述的方法，其特征在于在阱层的上下形成的层是AlxGa1-xN(0＜x＜1)，阱层是InyGa1-yN(0≤y＜1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件，是具有量子阱结构的Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件，其特征在于： 在阱层上下形成的层与阱层的接合部附近具有下述区域，即该区域使在该阱层上下形成的层的晶格常数以接近该阱层的晶格常数的方式，发生变化而形成。
【技术特征摘要】
JP 2005-1-28 2005-021445;JP 2005-2-22 2005-0462831.一种III族氮化物系化合物半导体发光元件，是具有量子阱结构的III族氮化物系化合物半导体发光元件，其特征在于在阱层上下形成的层与阱层的接合部附近具有下述区域，即该区域使在该阱层上下形成的层的晶格常数以接近该阱层的晶格常数的方式，发生变化而形成。2.根据权利要求1所述的III族氮化物系化合物半导体发光元件，其特征在于前述区域形成于在前述阱层的上下形成的层内。3.根据权利要求1或权利要求2所述的III族氮化物系化合物半导体发光元件，其特征在于在前述阱层的上下形成的层是包覆层。4.根据权利要求1或权利要求2所述的III族氮化物系化合物半导体发光元件，其特征在于在前述阱层的上下形成的层是阻挡层。5.根据权利要求1至权利要求4任意一项所述的III族氮化物系化合物半导体发光元件，其特征在于在前述阱层的上下形成的层是AlxGa1-xN(0＜x＜1)，前述阱层是InyGa1-yN(0≤y＜1)，前述区域是Alx’Ga1-x’N(0≤x’＜1)，前述区域中的x’从x’＝x向x’＝0的方向变化来形成。6.根据权利要求1至权利要求4任意一项所述的III族氮化物系化合物半导体发光元件，其特征在于在前述阱层的上下形成的层，由...
【专利技术属性】
技术研发人员：泷哲也，生川满久，青木真登，奥野浩司，丰田优介，西岛和树，山田修平，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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