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氮化物半导体发光元件，在支撑基体上设置第１导电型氮化物半导体层，此外在支撑基体上设置第２导电型氮化物半导体层。发光区域，设在第１导电型氮化物半导体层和第２导电型氮化物半导体层之间。发光区域，含有Ｉｎ↓［Ｘ１］Ａｌ↓［Ｙ１］Ｇａ↓［１－Ｘ１－Ｙ１］Ｎ势阱层（１＞Ｘ１＞０、１＞Ｙ１＞０）及Ｉｎ↓［Ｘ２］Ａｌ↓［Ｙ２］Ｇａ↓［１－Ｘ２－Ｙ２］Ｎ势垒层（１＞Ｘ２＞０、１＞Ｙ２＞０）。Ｉｎ↓［Ｘ３］Ａｌ↓［Ｙ３］Ｇａ↓［１－Ｘ３－Ｙ３］Ｎ缓冲层（１＞Ｘ３＞０、１＞Ｙ３＞０），设在发光区域和第１导电型氮化物半导体层之间。Ｉｎ↓［Ｘ１］Ａｌ↓［Ｙ１］Ｇａ↓［１－Ｘ１－Ｙ１］Ｎ势阱层的铟组成Ｘ１，小于Ｉｎ↓［Ｘ３］Ａｌ↓［Ｙ３］Ｇａ↓［１－Ｘ３－Ｙ３］Ｎ缓冲层的铟组成Ｘ３。Ｉｎ↓［Ｘ２］Ａｌ↓［Ｙ２］Ｇａ↓［１－Ｘ２－Ｙ２］Ｎ势垒层的铟组成Ｘ２小于Ｉｎ↓［Ｘ３］Ａｌ↓［Ｙ３］Ｇａ↓［１－Ｘ３－Ｙ３］Ｎ缓冲层的铟组成Ｘ３。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
在文献1(特开平2001-237455号公报)中，记载了紫外发光元件。紫外发光元件，具有交替配置第1InAlGaN层和第2InAlGaN的量子势阱结构，此外，采用在紫外区的短波长区发光的InAlGaN。第1InAlGaN层的组成比不同于第2InAlGaN层的组成比。在具有含有InAlGaN势阱层和InAlGaN势垒层的量子势阱结构的发光元件中，根据本专利技术者们所知，当在量子势阱结构和n型AlGaN半导体层之间，设置与量子势阱结构的势垒层相同组成的InAlGaN缓冲层的情况下，可提高该发光元件的发光强度。认为该InAlGaN缓冲层，能缓和AlGaN层施加给量子势阱结构的变形。此外，认为，根据基于用于发可视区域的波长成分的光的发光区域的InGaN系半导体的类推，在发紫外线区域的波长成分的光的发光元件中，从提高发光效率的角度考虑，优选用于发光区域的InAlGaN半导体的铟组成含量大。根据本专利技术者们的实验，在某铟组成的范围内，随着铟组成增高，InAlGaN缓冲层的变形缓和能力也提高。根据本专利技术者们的实验，在将具有铟组成小于现在的发光区域的铟组成的InAlGaN半导体，用于发光区域的发光元件中，显示出进一步提高发光元件的发光效率，此外，显示出得到发所要求波长的光的发光区域所需的InAlGaN半导体的铝组成能够减小。由于铝在低温下有小的迁移，因此如果将铝组成小的InAlGaN半导体用于发光区域，可提高发光区域的InAlGaN半导体的结晶性，从而提高发光元件的发光效率。
技术实现思路
本专利技术是鉴于以上的事实而提出的，其目的在于提供一种能够提高发光效率的氮化物半导体发光元件，此外提供一种制造该氮化物半导体发光元件的方法。本专利技术之一，是发生含有紫外线区域的波长成分的光的氮化物半导体发光元件。该氮化物半导体发光元件，具有(a)设在支撑基体上的第1导电型氮化物半导体层、(b)设在支撑基体上的第2导电型氮化物半导体层、(c)发光区域，设在所述第1导电型氮化物半导体层和所述第2导电型氮化物半导体层的之间，含有InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层(1＞X1＞0、1＞Y1＞0)及InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)、(d)InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)，设在所述发光区域和所述第1导电型氮化物半导体层的之间；所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铟组成X1，小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的铟组成X3；所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铟组成X2，小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的铟组成X3。根据该氮化物半导体发光元件，由于缓冲层的铟组成X3，小于势阱层的铟组成X1及势垒层的铟组成X2，所以缓和缓冲层造成的变形的能力强。此外，由于势阱层的铟组成X1及势垒层的铟组成X2，小于缓冲层的铟组成X3，所以发光区域的晶体质量好。在本专利技术的氮化物半导体发光元件中，也可以形成，所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层禁带宽度，与所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的禁带宽度大致相等。在该氮化物半导体发光元件中，由于缓冲层及势垒层由四元化合物半导体构成，因此通过与铟组成独立地变更铝组成，能够控制四元AlInGaN半导体的带隙。因而，势垒层的禁带宽度能够与缓冲层的禁带宽度大致相等。在缓冲层的组成与势垒层的组成不同的氮化物半导体发光元件中，载流子的封闭，和缓冲层的组成与势垒层的组成相同的氮化物半导体发光元件相比无实质变化。在本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选，所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层和所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层之间的禁带宽度差，在1.92×10-20焦耳以下。在该氮化物半导体发光元件中，只要缓冲层的组成和势垒层的组成的差，与1.92×10-20焦耳程度的能级对应，缓冲层形成的缓冲能力和缓冲层形成的载流子的封闭，就能够同时满足。在本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铟组成X1大于0小于0.03；所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的铟组成X3小于0.10。根据该氮化物半导体发光元件，如果势垒层的铟组成X1满足0＜X1＜0.03，则能够减少在来自发光区域的光中实现所要求波长所需的铝组成。此外，如果势垒层的铟组成X3满足X1＜X3＜0.10，能够提高缓冲层的变形缓和能力，同时提高发光区域的晶体质量。在本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铝组成Y1大于0.05，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铝组成Y1小于0.15，所述发光区域，具有发340纳米以上360纳米以下的波长区域内的波长的光的量子势阱结构。在该氮化物半导体发光元件中，该铝组成的范围，与势阱层的铟组成X1的条件(0＜X1＜0.03)匹配，能够形成在340纳米以上360纳米以下的波长区域内具有峰波长的发光光谱的量子势阱结构。在本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的厚度，在10纳米以上，由此InX3AlY3Ga1-X3-Y3N半导体层发挥缓冲能力。此外，优选，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的厚度，在100纳米以下，由此InX3AlY3Ga1-X3-Y3N半导体层的晶体质量良好。在本专利技术的氮化物半导体发光元件中，也可以形成，所述第2导电型氮化物半导体层具有p导电型，所述第2导电型氮化物半导体层的带隙能，大于与所述发光区域发出的光的波长对应的能级。在该氮化物半导体发光元件中，由于如上所述p型氮化物半导体层的带隙能大，因此能够减小该p型半导体层的光吸收。本专利技术的氮化物半导体发光元件，还具有，(e)1个或多个第1AlGaN半导体层、(f)1个或多个第2AlGaN半导体层。所述第1AlGaN半导体层及所述第2AlGaN半导体层的导电型，为以下的任何一种所述第1AlGaN半导体层的导电型表示p导电型；所述第2AlGaN半导体层的导电型表示p导电型。所述第1AlGaN半导体层及所述第2AlGaN半导体层表示p导电型。优选，所述第2AlGaN半导体层的组成与所述第1AlGaN半导体层的组成不同，所述第1AlGaN半导体层和所述第2AlGaN半导体层，以形成超点阵结构的方式配置，所述第2导电型氮化物半导体层，位于所述超点阵结构和所述发光区域之间，所述第2导电型氮化物半导体层具有p导电型。根据该氮化物半导体发光元件，由于第1AlGaN半导体层和第2AlGaN半导体层构成超点阵结构，所以能够提高该超点阵结构的空穴浓度。本专利技术的氮化物半导体发光元件，也可以形成，(g)还具备另一第2导电型氮化物半导体层，设有电极，具有出射来自所述发光区域的光的出射面，设在所述第2导电型氮化物半导体层上；所述支撑基体，是具有第1面的蓝宝石支撑基体；所述第1导电型氮化物半导体层、所述发光区域、所述第2导电型氮化物半导体层及所述另一第2导电型氮化物半导体层，依次搭载在所述蓝宝石支撑基体的所述第1面上；所述第1导电型氮化物半导体层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，是发生含有紫外线区域的波长成分的光的氮化物半导体发光元件，其特征在于，具有：　　　　设在支撑基体上的第１导电型氮化物半导体层、　　　　设在支撑基体上的第２导电型氮化物半导体层、　　　　发光区域，设在所述第１导电型氮化物半导体层和所述第２导电型氮化物半导体层之间，含有Ｉｎ↓［Ｘ１］Ａｌ↓［Ｙ１］Ｇａ↓［１－Ｘ１－Ｙ１］Ｎ势阱层（１＞Ｘ１＞０、１＞Ｙ１＞０）及Ｉｎ↓［Ｘ２］Ａｌ↓［Ｙ２］Ｇａ↓［１－Ｘ２－Ｙ２］Ｎ势垒层（１＞Ｘ２＞０、１＞Ｙ２＞０）、　　　　Ｉｎ↓［Ｘ３］Ａｌ↓［Ｙ３］Ｇａ↓［１－Ｘ３－Ｙ３］Ｎ缓冲层（１＞Ｘ３＞０、１＞Ｙ３＞０），设在所述发光区域和所述第１导电型氮化物半导体层之间；　　　　所述Ｉｎ↓［Ｘ１］Ａｌ↓［Ｙ１］Ｇａ↓［１－Ｘ１－Ｙ１］Ｎ势阱层的铟组成Ｘ１，小于所述Ｉｎ↓［Ｘ３］Ａｌ↓［Ｙ３］Ｇａ↓［１－Ｘ３－Ｙ３］Ｎ缓冲层的铟组成Ｘ３；　　　　所述Ｉｎ↓［Ｘ２］Ａｌ↓［Ｙ２］Ｇａ↓［１－Ｘ２－Ｙ２］Ｎ势垒层的铟组成Ｘ２，小于所述Ｉｎ↓［Ｘ３］Ａｌ↓［Ｙ３］Ｇａ↓［１－Ｘ３－Ｙ３］Ｎ缓冲层的铟组成Ｘ３。

【技术特征摘要】
JP 2004-8-3 2004-2271791.一种氮化物半导体发光元件，是发生含有紫外线区域的波长成分的光的氮化物半导体发光元件，其特征在于，具有设在支撑基体上的第1导电型氮化物半导体层、设在支撑基体上的第2导电型氮化物半导体层、发光区域，设在所述第1导电型氮化物半导体层和所述第2导电型氮化物半导体层之间，含有InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层(1＞X1＞0、1＞Y1＞0)及InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层(1＞X2＞0、1＞Y2＞0)、InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层(1＞X3＞0、1＞Y3＞0)，设在所述发光区域和所述第1导电型氮化物半导体层之间；所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铟组成X1，小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的铟组成X3；所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铟组成X2，小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的铟组成X3。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，所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层和所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层之间的禁带宽度差，在1.92×10-20焦耳以下。3.如权利要求1或2所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铟组成X1大于0小于0.03；所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的铟组成X3小于0.10。4.如权利要求3所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铝组成Y1大于0.05；所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铝组成Y1小于0.15；所述发光区域，具有发生340纳米以上360纳米以下的波长区域内的波长的光的量子势阱结构。5.如权利要求1～4中任何一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的厚度，在10纳米以上；所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N缓冲层的厚度，在100纳米以下。6.如权利要求1～5中任何一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述第2导电型氮化物半导体层具有p导电型；所述发光区域，能够发生含有小于与氮化镓的带隙对应的波长的第1波长成分的光；所述第2导电型氮化物半导体层的带隙能，大于与所述第1波长成分对应的能级。7.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，还具有1个或多个第1AlGaN半导体层、以及1个或多个第2AlGaN半导体层；所述第1AlGaN半导体层及所述第2AlGaN半导体层的至少任一方的半导体层，显示p导电型；所述第2AlGaN半导体层的组成，与所述第1AlGaN半导体层的组成不同；所述第1AlGaN半导体层和所述第2AlGaN半导体层，以形成超点阵结构的方式配置；所述第2导电型氮化物半导体层，位于所述超点阵结构和所述发光区域之间；所述第2导电型氮化物半导体层，具有p导电型。8.如权利要求1～7中任何一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，还具有另一第2导电型氮化物半导体层，其设有电极，具有出射来自所述发光区域的光的出射面，设在所述第2导电型氮化物半导体层上；所述支撑基体，是具有第1面的蓝宝石支撑基体；所述第1导电型氮化物半导体层、所述发光区域、所述第2导电型氮化物半导体层及另一第2导电型氮化物半导体层，依次搭载在所述蓝宝石支撑基体的所述第1面上；所述第1导电型氮化物半导体层的带隙能，大于与所述发光区域发生的所述光的波长成分对应的能级。9.如权利要求1～7中任何一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述支撑基体，是蓝宝石支撑基体；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：京野孝史，平山秀树，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，独立行政法人理化学研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]