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来把从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ＧａＮ类层（７）、ｐ型ＧａＮ类接触层（８），在ｐ型ＧａＮ类接触层（８）上形成ｐ电极（９），在进行台面蚀刻而露出ｎ型ＧａＮ接触层（４）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（８）之间形成的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（６）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筒单的方法，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。其它主要特点在于，在形成4参杂Mg的p型AlxGaN (0.02《x《0.15) 的情况下，把空穴载流子的浓度设定在2x 10卩cm-s以上的范围。本专利技术的氮化物半导体发光元件在上述特点的基础上，其主要特点在 于，在使活性层的阱层In组成比率成为10 0/。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最外层即与 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950。C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合计膜 厚形成在20nm以下，因此，能够提高空穴向活性层的注入效率，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，能够更加好地得到空穴的 注入效率，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最 外层即与p电极接触形成的p型接触层成膜完成的期间，成长温度是950°C 以上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，特别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 图3是表示活性层附近的与图2不同层结构的图； 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； 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是表示以温度760°C成长的GaN表面的图； 图9是表示以温度1025 °C成长的GaN表面的图10是表示AlGaN的AI组成比率与氮化物半导体发光元件亮度关系的图11是表示AlGaN成长温度与氮化物半导体发光元件的发光光语关系的图12是求内部量子效率时的概念图13是表示把PL强度积分的值与温度一起变化状态的图14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4参杂的GaN层 4 n型GaN接触层 5InGaN/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GaN类层 8 p型GaN类接触层 9 p电极 lOn电才及11 p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GaN类层7、 p型GaN类接触层8， 一部 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10。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GaN或包含GaN的化合物构成。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。緩沖层2使用GaN、 A1N、 AlxIGaN ( 0 <xl < 0.1 )等，形成50 300A， 优选100 200A的膜厚。在缓冲层2上层合的不摻杂的GaN层3的膜厚是 1 3 u m,在不掺杂的GaN层3上形成的n型GaN接触层4是Si掺杂浓度 1 5 x 1018cm-3、膜厚1~5 ju m的结构。InGaN / GaN超晶格层5緩和晶格常 数差大InGaN与GaN的应力，使活性层6的InGaN成长容易，例如使用把 Si掺杂浓度1 5 x 10'W3的膜厚10A的Inx2GaN ( 0.03 <x《0.1 )和膜厚 20AGaN交替层合10周期左右的结构。活性层6是具有量子阱结构(Quantum Wel)的活性层，成为把阱层 (阱层)由比阱层带隙大的势垒层(壁垒层)夹层状夹住的结构。该量子阱 结构也可以不是一个，而是多重化，这时就成为MQW(Multi Quantum Well)即多重量子阱结构。活性层6由三元混合晶系的InGaN构成。由于不 掺杂的GaN类层7与活性层6相接形成，所本文档来自技高网...

【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的合计膜厚是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的合计膜厚是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 间半导体层是包含不掺杂的GaN类层的结构。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GaN类层与最靠近所述活性层p侧位置配置的阱层相接形成。4、 如权利要求2所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述中 间半导体层由所述活性层的势昼层和不掺杂的GaN类层构成。5、 如权利要求1 权利要求5任一项所述的氮化物半导体发光元件，其 特征在于，作为所述p型氮化物半导体层的一部分而形成与p电极接触的p 型接触层，所述p型接触...

【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]