氮化物半导体发光元件制造技术

本发明专利技术提供了可以在不损害发光元件原有功能的前提下，流过２０Ａ／ｃｍ↑［２］密度的电流所必需的电压不到３Ｖ，可以在比以往更低的电压下工作的氮化物半导体发光元件。多重量子阱（１５）中所含有的Ｉｎ↓［ｂ］Ｇａ↓［１－ｂ］Ｎ阻挡层的Ｉｎ组成比ｂ为０．０４≤ｂ≤０．１，并且，包括该Ｉｎ↓［ｂ］Ｇａ↓［１－ｂ］Ｎ阻挡层，发光元件中含有的Ｉｎ组成比为０．０４～０．１范围的ＩｎＧａＮ层的厚度的合计为６０ｎｍ以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及不损害发光元件本来的功能、可以在比以往更低的电压下工作的氮化物半导体发光元件。
技术介绍
当前，作为绿色-蓝色-近紫外区域的发光元件(LED)用材料，氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)等氮化物半导体受到广泛关注。图6中示出以往的氮化物半导体发光元件的结构例。该发光元件的结构是，在蓝宝石衬底1上，依次形成低温生长GaN缓冲层2、未掺杂的GaN层3、n-GaN层4、InaGa1-aN(量子阱层)/GaN(阻挡层)对的多重量子阱5、p-Al0.1Ga0.9N层6、p-GaN层7，然后，通过使用反应性离子腐蚀(RIE)装置进行蚀刻，从p-GaN层7的表面腐蚀到n-GaN层4的一部分，之后，在未被RIE腐蚀的p-GaN层7的表面上蒸镀透明导电膜8(Ni 2nm/Au4nm)，在部分重叠透明导电膜8的区域上形成p电极9，在由RIE腐蚀的n-GaN层4的表面上形成n电极10。由InaGa1-aN阱层/GaN阻挡层形成的成对的多重量子阱5，例如在峰波长为460nm的蓝色发光元件的场合，以In的组成比a为0.15、生长温度为780℃来形成。另外，在峰波长为525nm的绿色发光元件的场合，以In的组成比a为0.25、生长温度为730℃来形成。对于这样的以蓝色或者绿色发光的氮化物半导体发光元件，以往必须施加3V以上的电压才能流过20A/cm2密度的电流。这一电压值与发光的能量(蓝色时，若想使发光波长为460nm，需要2.7eV，绿色时，若想使发光波长为525nm，需要2.36eV)相比是非常大的，该能量差在半导体内部变成热量，引起氮化物半导体发光元件工作时的温度上升、输出下降、元件寿命降低、密封树脂劣化。据认为，其原因是，在以往的氮化物半导体发光元件中，作为多重量子阱的阻挡层使用如图6所示的GaN层或者含有微量In的InGaN(In组成3％以下)，因此阻挡层的禁带增大到3V以上，这样大的禁带成为妨碍活性层中载流子移动的障碍。如上可知，为了降低氮化物半导体发光元件的驱动电压，有效的方法是，减小阻挡层的禁带，例如采用In组成为4％以上的InGaN层作为阻挡层(参照专利文献1、2)。专利文献1特许第3135041号公报(实施例2、图1)专利文献2特开2002-76521号公报(图1)
技术实现思路
但是，专利文献1中公开的发光元件中，多重量子阱内的阻挡层的In组成为20％，因此，作为基底层的n型GaN层和活性层之间的晶格的不匹配增大，在活性层中导入新的晶格缺陷，有可能丧失发光元件的功能。此外，专利文献2中公开的发光元件中，由于生长了200nm厚度的由In0.05Ga0.95N构成的阻挡层同样组成的光引导层，当然会导入由于晶格不匹配而产生的晶体缺陷，有可能损害作为发光元件的功能。因此，本专利技术的目的是，解决上述问题，提供一种氮化物半导体发光元件，该氮化物半导体发光元件不会损害发光元件原来的功能，流过20A/cm2密度的电流所需要的电压不到3V，可以在比以往更低的电压下工作。为了解决上述问题，实现使用与以往相比In组成比更大的InGaN阻挡层、驱动电压小而且不损害作为发光元件的功能的发光元件，本专利技术人反复进行了深入的研究，仔细研究了包含多重量子阱的元件整体的层结构以使得不产生晶格缺陷，结果发现(1)通过将多重量子阱活性层中含有的InGaN阻挡层的In组成设定在特定的范围，与以往相比可以降低发光元件的驱动电压；(2)通过将InGaN阻挡层的厚度设定在特定的范围，并将InGaN阻挡层和元件中所含有的具有特定范围的In组成的InGaN层的厚度的合计控制在特定的厚度以下，可以防止导入新的晶格缺陷。本专利技术是基于上述发现而完成的，本专利技术的氮化物半导体发光元件的特征是，在衬底上至少层叠n型层、由多对InGaN阱层/InGaN阻挡层构成的多重量子阱活性层、以及p型层，上述的多重量子阱层活性层所含有的InGaN阻挡层的组成由InxGa1-xN(0.04≤x≤0.1)表示，并且，包括上述InGaN阻挡层，发光元件中合有的In组成比为0.04～0.1范围的InGaN层的厚度的合计为60nm以下。上述活性层的发光峰波长可以是蓝色和绿色发光区域的430～560nm的范围。优选的是，上述InGaN阻挡层的厚度为5～20nm的范围。在上述多重量子阱活性层和上述n型层之间，还可以插入In组成比为0.04～0.1范围的InGaN层。还可以在上述衬底上以晶格缓和(lattice-relaxed)的形态形成GaN层或AlyGa1-yN层(0＜y＜0.5)，在其上面形成上述多重量子阱活性层。上述衬底可以采用由蓝宝石、Ga2O3、SiC、Si、GaN、AlN中的任一种构成的单晶衬底。构成上述氮化物半导体发光元件的叠层结构的晶体的生长，优选在气相生长装置内进行，例如优选在有机金属气相生长(MOVPE)装置或氢化物气相生长(HVPE)装置内进行。根据本专利技术，可以在不损害发光元件的功能的情况下，使流过20A/cm2密度的电流所需要的电压不到3V，可以实现在比以往更低的电压下驱动的氮化物半导体发光元件。附图说明图1是表示第1实施方式中的氮化物半导体发光元件的结构的截面图。图2是表示第2实施方式中的氮化物半导体发光元件的结构的截面图。图3是表示其他实施方式中的氮化物半导体发光元件的结构的截面图。图4是表示InGaN阻挡层的In组成与20A/cm2通电时的驱动电压的关系的曲线图。图5是表示InGaN阻挡层的In组成与光输出的关系的曲线图。图6是表示以往例的氮化物半导体发光元件的结构的截面图。符号说明1蓝宝石衬底2低温生长GaN缓冲层3未掺杂GaN层 4n-GaN层5InaGa1-aN/InbGa1-bN多重量子阱6p-Al0.1Ga0.9N层7p-GaN层8透明导电膜9p电极10n电极15InaGa1-aN/GaN对多重量子阱17未掺杂InbGa1-bN层21GaN衬底具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。第1实施方式图1中示出了第1实施方式的氮化物半导体发光元件的断面结构。该氮化物半导体发光元件的结构是，在蓝宝石衬底1上，依次形成低温生长GaN缓冲层2、未掺杂GaN层3、n-GaN层4、InaGa1-aN(阱层)/InbGa1-bN(阻挡层)多重量子阱15、p-Al0.1Ga0.9N层6、p-GaN层7，然后，使用反应性离子腐蚀(RIE)装置进行腐蚀，从p-GaN层7的表面腐蚀到n-GaN层4的一部分，随后，在未被RIE腐蚀的p-GaN层7的表面上蒸镀透明导电膜8(Ni 2nm/Au 4nm)，在与透明导电膜8部分重叠的区域上形成p电极9，在由RIE腐蚀的n-GaN层4的表面上形成n电极10。即，该氮化物半导体发光元件的特征在于，将图6所示的以往的氮化物半导体发光元件的InaGa1-aN(阱层)/GaN(阻挡层)对的多重量子阱5替换成InaGa1-aN(阱层)/InbGa1-bN(阻挡层)多重量子阱15。由后述的实施例的结果可以清楚地看出，在该InaGa1-aN(阱层)/InbGa1-bN(阻挡层)多重量子阱15中，将InbGa1-bN阻挡层的In组成比b设定在0.04～0.1的范围内，可以使得流过20A/cm2密度的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，在衬底上至少叠层ｎ型层、由多对ＩｎＧａＮ阱层／ＩｎＧａＮ阻挡层构成的多重量子阱活性层、以及ｐ型层，所述的多重量子阱活性层所含有的ＩｎＧａＮ阻挡层的组成由Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ（０．０４≤ｘ≤０．１）表示，并且，包括上述ＩｎＧａＮ阻挡层，发光元件中含有的Ｉｎ组成比为０．０４～０．１范围的ＩｎＧａＮ层的厚度的合计为６０ｎｍ以下。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：藤仓序章，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]