氮化物半导体发光元件制造技术

一种氮化物半导体发光元件，根据与现有技术完全不同的着眼点而通过简单的方法把从ｐ型氮化物半导体层向活性层的载流子注入效率提高。在兰宝石基板（１）上层合缓冲层（２）、不掺杂的ＧａＮ层（３）、ｎ型ＧａＮ接触层（４）、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超晶格层（５）、活性层（６）、不掺杂的ＩｎＧａＮ层（７）、ｐ型ＧａＮ类接触层（８），在ｐ型ＧａＮ类接触层上形成ｐ电极（９），在进行台面蚀刻而露出ｎ型ＧａＮ接触层的面上形成电极ｎ电极（１０）。在最靠近具有量子阱结构的活性层ｐ侧的阱层与ｐ型ＧａＮ类接触层之间形成的中间半导体层包含不掺杂的ＩｎＧａＮ，通过把中间半导体层的合计膜厚设定在２０ｎｍ以下，能够提高载流子向活性层的注入效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具备活性层的氮化物半导体发光元件，该活性层具有量子阱结构且由阱层包含有In的氮化物构成。
技术介绍
近年来，以向高密度光盘记录等应用等为目的而在努力开发短波长半导 体激光器。短波半导体激光器使用包含GaN、 AlGaN、 InGaN、 InGaAlN、 GaPN等氮的六方晶化合物半导体(以下单叫做氮化物半导体)。且使用氮化 物半导体的LED也在开发。在上述氮化物半导体发光元件中MIS结构的发光元件被使用，但由于 是层合高阻抗i型的GaN类半导体，所以一般地有发光输出非常低的问题。 为了解决该问题而向i型GaN类半导体层照射电子或进行退火。即使在形成p型GaN类半导体层的氮化物半导体发光元件的情况下， 也在努力进行提高发光输出，例如如专利文献1所示，为了得到p电极与p 型GaN接触层的欧姆接触而把p型GaN接触层的膜厚变薄以降低顺向电压 Vf，有这样提高发光效率的提案。且专利文献1中还有提案为了得到p型AlGaN包层的p型特性，作 为p型掺杂剂而使用Mg，且规定p型AlGaN包层的膜厚和Al组成，通过 这样改善晶体性来提高发光效率。专利文献1:日本特许第2778405号公报但即使如上述现有技术那样改善p电极与p型GaN接触层的欧姆接触、 p型GaN接触层的膜厚、p型掺杂剂、p型AlGaN包层的晶体性这各项目来 提高发光效率，其改善效果也是有限的，在要进一步提高发光效率时则没有 有效的方法。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述课题而专利技术的，目的在于提供一种氮化物半导体发光元件，根据与现有技术完全不同的着眼点而通过简单的方法，来4巴从p 型氮化物半导体层向活性层的载流子注入效率变好而提高发光效率。本专利技术的氮化物半导体发光元件具备由p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层把活性层夹住的结构，该活性层具有由阱层包含In的氮化物构成的量子阱结构，其要旨在于，在与所述活性层p侧最近位置配置的阱层与所述p型氮化物半导体层之间形成的中间半导体层包含有不掺杂的InGaN 层，所述中间半导体层的合计膜厚是20nm以下。作为提高从p型半导体层向活性层的空穴注入效率的方法，我们发现有与上述现有技术完全不同的方法。即，当把在活性层p侧最近位置配置的阱 层与p型氮化物半导体层之间形成的中间半导体层的一部分由不掺杂的 InGaN层构成，且中间半导体层的合计膜厚是20nm以下时，则从p型氮化 物半导体层向活性层的空穴注入效率快速变化。其它要旨在于，在所述中间半导体层由活性层的势垒层和不掺杂的 InGaN层构成时，使所述不掺杂的InGaN层是In组成向p型氮化物半导体 层减少的In组成倾斜层。其它要旨还在于，作为p型氮化物半导体层的一部分而形成掺杂Mg的 p型AlxGaN ( 0.02《x《0.15 )的情况下，4巴空穴载流子的浓度设定在2x 10'7cm-3以上的范围。本专利技术的氮化物半导体发光元件在上述要旨的基础上，其要旨在于，在 使活性层的阱层In组成比率成为10 。/。以上而把发光波长变长时，在从活性 层成长方向的最终阱层成膜完成到p型氮化物半导体层的一部分即与p电极 接触形成的p型接触层成膜完成的期间，成长温度超过95(TC的成膜时间的 合计是30分钟以内。特别是InGaN由于热不稳定，所以若超越上述条件则 有分解的危险，最坏的情况是In分离而晶片黑化。本专利技术的氮化物半导体发光元件把在具有量子阱结构的活性层p侧最 近的阱层与p型氮化物半导体层之间形成的中间半导体层的一部分由不掺杂 的InGaN层构成，且把该中间半导体层的合计膜厚形成在20nm以下，因此， 能够非常提高空穴向活性层的注入效率，提高发光效率。在所述中间半导体层由活性层的势垒层和不掺杂的InGaN层构成时， 通过把所述不掺杂的InGaN设定成是In组成向p型氮化物半导体层减少的 In组成倾斜层，则使空穴容易向活性层注入，提高发光效率。在中间半导体层之上层合p型AlxGaN ( 0.02 < x《0.15 )，把p型杂质的 空穴载流子浓度设定在2x I017cm-3以上，因此，能够充分得到向活性层的 空穴注入量，能够提高发光效率。在从活性层成长方向的最终阱层成膜完成到p型氮化物半导体层的一 部分即与p电极接触形成的p型接触层成膜完成期间，成长温度超过950°C 的成膜时间的合计是30分钟以内，所以特别是对于发光波长长的氮化物半 导体发光元件即活性层的阱层In组成比率是10 %以上结构的元件，能够防 止活性层的恶化，能够维持高的发光强度。附图说明图1是表示本专利技术第一氮化物半导体发光元件剖面结构的图2是表示活性层附近层结构的图3是表示活性层附近的与图2不同层结构的图4是表示本专利技术第二氮化物半导体发光元件剖面结构的图5是表示在活性层的最终阱层与p型氮化物半导体层之间形成的中间半导体层的合计膜厚与氮化物半导体发光元件的亮度的关系的图； 图6是表示不掺杂的InGaN层的膜厚是350A时发光光语的图； 图7是表示不掺杂的InGaN层的膜厚是120A时发光光谱的图； 图8是表示不掺杂的InGaN层的In组成与氮化物半导体发光元件的亮度的关系的图9是表示活性层附近带隙能状态的图10是表示每个成长温度的In流量相对比与InGaN层的In组成比率 关系的图11是表示InGaN层的成长温度与In组成比率关系的图； 图12是用于计算EL积分相对强度的概念图13是表示随在活性层的最后阱层与p型氮化物半导体层之间形成的 中间半导体层种类的不同而EL积分相对强度变化状态的图14是表示随在活性层的最后阱层与p型氮化物半导体层之间形成的 中间半导体层的不同而EL积分相对强度变化状态的图15是表示AlGaN的Al组成比率与氮化物半导体发光元件亮度关系的5图16是表示AlGaN成长温度与发光光谱关系的图17是表示把PL强度积分的值与温度一起变化状态的图18是表示p型氮化物半导体层的成长温度与内部量子效率关系的子效率关系的图。 符号说明1兰宝石基板2緩冲层 3不掺杂的GaN层4n型GaN接触层 5 InGaN / GaN超晶格层 6活性层 6a势垒层 6b势垒层 6c阱层 7不掺杂的InGaN层 8 p型GaN类接触层 9 p电极 10n电才及 11p型AlGaN包层具体实施例方式图1表示本专利技术第一氮化物半导体发光元件一例的剖面图。在兰宝石基 板1上层合緩沖层2、不掺杂的GaN层3、 n型GaN接触层4、 InGaN/GaN 超晶格层5、活性层6、不掺杂的InGaN层7、 p型GaN类接触层8, —部 分区域从p型GaN类接触层8开始被台面蚀刻，在露出n型GaN接触层4 的面上形成电极IO。在p型GaN类接触层8上形成电极9。在此，p型GaN 类层由掺杂p型杂质的GaN或包含GaN的化合物构成，不掺杂的InGaN层 由有意识地不掺杂杂质的InGaN层构成。如上所述，作为n型氮化物半导体层而形成n型GaN接触层4、 InGaN / GaN超晶格层5,作为p型氮化物半导体层而形成p型GaN类接触层8， 本专利技术的氮化物半导体发光元件具有由这些n型氮化物半导体层和p型氮化 物半导体层把活性层夹住的双异质结构。緩冲层2使用GaN、 A1N、 AlxlGaN ( 0 < xl《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，具备由ｐ型氮化物半导体层和ｎ型氮化物半导体层把活性层夹住的结构，该活性层具有由阱层包含Ｉｎ的氮化物构成的量子阱结构，所述氮化物半导体发光元件特征在于，　在所述活性层ｐ侧最近位置配置的阱层与所述ｐ型氮化物半导体层之间形成的中间半导体层包含不掺杂的ＩｎＧａＮ层，所述中间半导体层的膜厚是２０ｎｍ以下。

【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，具备由p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层把活性层夹住的结构，该活性层具有由阱层包含In的氮化物构成的量子阱结构，所述氮化物半导体发光元件特征在于，在所述活性层p侧最近位置配置的阱层与所述p型氮化物半导体层之间形成的中间半导体层包含不掺杂的InGaN层，所述中间半导体层的膜厚是20nm以下。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，所述中 间半导体层仅由不掺杂的InGaN层构成。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，所述不 掺杂的InGaN层的In组成比率是2.5 %以下。4、 如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述中 间半导体层由所述活性层的势垒层和不掺杂的InGaN层构成。5、 如权利要求4所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述不 掺杂的InGaN层是In组成向所述p型氮化物半导体层减少的In组成倾斜层。6、 如权利要求5所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述In 组成倾斜层的In倾斜是在达到形成所述p型氮化物半导体层的成长温度之 前的温度上升过程中所形成。...

【专利技术属性】
技术研发人员：中原健，伊藤范和，堤一阳，
申请(专利权)人：罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]