氮化物半导体紫外线发光元件制造技术

氮化物半导体紫外线发光元件具备将包含纤锌矿构造的AlGaN系半导体的n型层、活性层及p型层层叠于上下方向的发光元件构造部，峰值发光波长在300nm～327nm的范围内，n型层以n型AlGaN系半导体构成，包含GaN系半导体所构成的1层以上的阱层，p型层以p型AlGaN系半导体构成，n型层与活性层内的各半导体层是具有形成了平行于(0001)面的多阶状的平台的表面的外延生长层，n型层具有包含AlGaN组成比成为整数比的Al1Ga1N2的n型AlGaN区域的多个第1Ga富化区域，该第1Ga富化区域是在n型层内平均地分散存在的AlN摩尔分数局部为低的层状区域，n型层内的所述层状区域以外的n型主体区域的AlN摩尔分数在54％～66％的范围内。尔分数在54％～66％的范围内。尔分数在54％～66％的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物半导体紫外线发光元件
[0001]技术区域
[0002]本专利技术涉及构成为具备将包含纤锌矿(wurtzite)构造的AlGaN系半导体的n型层、活性层及p型层层叠于上下方向的发光元件构造部的峰值发光波长在300nm～327nm的范围内的氮化物半导体紫外线发光元件。

技术介绍

[0003]一般而言，氮化物半导体发光元件大多在蓝宝石等基板上通过外延生长而形成了包含多个氮化物半导体层的发光元件构造。氮化物半导体层以通式Al1‑
x
‑
y
Ga
x
In
y
N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)来表示。
[0004]发光二极管的发光元件构造在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层的2个包覆层之间具有夹持有氮化物半导体层所构成的活性层的双异质构造。在活性层为AlGaN系半导体时，通过调整AlN摩尔分数(亦称为Al组成比)，从而能在将GaN与AlN能取的带隙能量(约3.4eV与约6.2eV)分别设为下限及上限的范围内调整带隙能量，获得发光波长从约200nm至约365nm的紫外线发光元件。具体而言，藉由自p型氮化物半导体层朝向n型氮化物半导体层，流动正向电流，从而在活性层产生与载流子(电子及空穴)的再键合所生成的上述带隙能量对应的发光。从外部供给该正向电流，由此在p型氮化物半导体层上设置p电极，在n型氮化物半导体层上设置n电极。
[0005]在活性层为AlGaN系半导体时，夹有活性层的n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层通过AlN摩尔分数较活性层高的AlGaN系半导体来构成。但是，高AlN摩尔分数的p型氮化物半导体层难以与p电极形成良好的欧姆接触，因此在p型氮化物半导体层的最上层，一般会形成可与包含低AlN摩尔分数的p型AlGaN系半导体(具体而言p
‑
GaN)的p电极良好欧姆接触的p型接触层。该p型接触层的AlN摩尔分数较构成活性层的AlGaN系半导体小，因此从活性层朝向p型氮化物半导体层侧射出的紫外线在该p型接触层被吸收，无法有效取出至元件外部。为此，活性层为AlGaN系半导体的一般的紫外线发光二极管采用图13示意性地示出的元件构造，将自活性层朝向n型氮化物半导体层侧射出的紫外线有效取出至元件外部(例如参照下述的专利文献1及2等)。
[0006]如图13所示，一般的紫外线发光二极管构成为，在蓝宝石基板等基板100上堆积AlGaN系半导体层101(例如，AlN层)而形成的模板102上，顺序堆积n型AlGaN系半导体层103、活性层104、p型AlGaN系半导体层105、及p型接触层106，将活性层104与p型AlGaN系半导体层105与p型接触层106的一部分进行蚀刻除去，直至露出n型AlGaN系半导体层103，分别将n电极107形成于n型AlGaN系半导体层103的露出面、将p电极108形成于p型接触层106的表面。
[0007]另外，为提高基于活性层内的载流子再键合的发光效率(内部量子效率)，实施将活性层设为多量子阱构造、在活性层上设置电子阻挡层等。
[0008]另一方面，有报告称：在由n型AlGaN系半导体层构成的包覆层内产生Ga偏析造成的组成调制，在相对于包覆层表面向斜方向延伸的局部形成AlN摩尔分数低的层状区域(例
如，参照下述的专利文献3、非专利文献1、2等)。局部AlN摩尔分数低的AlGaN系半导体层的带隙能量也会局部变小，因此在专利文献3中，有报告称该包覆层内的载流子则易于局部分布于层状区域，可相对于活性层提供低电阻的电流路径，可达成紫外线发光二极管的发光效率的提升。
[0009][在先技术文献][0010][专利文献][0011][专利文献1]国际公开第2014/178288号公报
[0012][专利文献2]国际公开第2016/157518号公报
[0013][专利文献3]国际公开第2019/159265号公报
[0014][非专利文献][0015][非专利文献1]Y.Nagasawa，et al.，
″
Comparison of AlxGal
‑
xN multiple quantum wells designed for 265and 285nm deep
‑
ultraviolet LEDs grown on AlN templates having macrosteps
″
，Applied Physics Express 12，064009(2019)
[0016][非专利文献2]K.Kojima，et al.，
″
Carrier localization structure combined with current micropaths in AlGaN quantum wells grown on an AlN template with macrosteps
″
，Applied Physics letter 114，011102(2019

技术实现思路

[0017]‑
专利技术所要解决的技术问题
‑
[0018]以AlGaN系半导体构成的紫外线发光元件是在蓝宝石基板等基板上，例如通过有机金属化合物气相沉积(MOVPE)法等公知的外延生长法加以制作。但是，在生产紫外线发光元件时，紫外线发光元件的特性(发光波长、墙插效率、正向偏置等的特性)受到晶体生长装置的漂移的影响而变动，因此不一定容易以稳定的产率加以生产。
[0019]晶体生长装置的漂移因托盘或处理室壁等的附着物的原因，晶体生长部位的实效温度等改变而产生。为此，为了抑制漂移，以往是研究生长履历，虽然有经验者通过微妙改变设定温度或原料气体的组成或固定一定期间的生长历程，清扫等的维护亦在一定期间同样加以实施等的努力，但仍难以完全排除漂移。
[0020]本专利技术是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于提供晶体生长装置的漂移等引起的特性变动得以抑制且能稳定生产的氮化物半导体紫外线发光元件。
[0021]‑
用于解决技术问题的手段
‑
[0022]本专利技术为了达成上述目的，提供具备将包含纤锌矿构造的AlGaN系半导体的n型层、活性层、及p型层层叠于上下方向的发光元件构造部而成且峰值发光波长在300nm～327nm的范围内的氮化物半导体紫外线发光元件，其特征在于，
[0023]所述n型层以n型AlGaN系半导体构成，
[0024]配置于所述n型层与所述p型层之间的所述活性层具有包含GaN系半导体所构成的1层以上的阱层的量子阱构造，
[0025]所述p型层以p型AlGaN系半导体构成，
[0026]所述n型层与所述活性层内的各半导体层是具有形成了平行于(0001)面的多阶状的平台的表面的外延生长层，
[0027]所述n型层具有多个第1Ga富化区域，该第1Ga富化区域是在所述n型层内平均地分散存在的A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化物半导体紫外线发光元件，具备将包含纤锌矿构造的AlGaN系半导体的n型层、活性层及p型层层叠于上下方向的发光元件构造部而成且峰值发光波长在300nm～327nm的范围内，所述氮化物半导体紫外线发光元件的特征在于，所述n型层以n型AlGaN系半导体构成，配置于所述n型层与所述p型层之间的所述活性层具有包含GaN系半导体所构成的1层以上的阱层的量子阱构造，所述p型层以p型AlGaN系半导体构成，所述n型层与所述活性层内的各半导体层为具有形成了平行于(0001)面的多阶状的平台的表面的外延生长层，所述n型层具有多个第1Ga富化区域，该第1Ga富化区域是在所述n型层内平均地分散存在的AlN摩尔分数局部性低的层状区域且包含AlGaN组成比成为整数比的Al1Ga1N2的n型AlGaN区域，与所述n型层之上表面正交的第1平面上的所述第1Ga富化区域的各延伸方向相对于所述n型层的所述上表面与所述第1平面的交线倾斜，所述n型层内的所述层状区域以外的n型主体区域的AlN摩尔分数在54％～66％的范围内。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体紫外线发光元件，其特征在于，设定为：所述阱层的所述多阶状的平台的邻接的平台间的边界区域的厚度在c轴方向上在2个晶胞～4个晶胞的范围内，相对于所述阱层在所述上下方向邻接的2个所述AlGaN系半导体层的AlN摩尔分数在50％～100％的范围内，所述峰值发光波长在300nm～327nm的范围内。3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体紫外线发光元件，其特征在于，所述活性层具有包含2层以上的所述阱层的多量子阱构造，在2层的所述阱层间存在AlGaN系半导体所构成的势垒层。4.根据权利要求3所述的氮化物半导体紫外线发光元件，其特征在于，所述势垒层以AlN摩尔分数在50％～90％的范围内的AlGaN系半导体构成，位于2层的所述阱层间的所述势垒层之中至少最靠所述p型层侧的所述势垒层的所述多阶状的平台的邻接的平台间的边界区域部分，成为同样在所述势垒层内AlN摩尔分数局部性低的第2Ga富化区域。5.根据权利要求4所述的氮化物半导体紫外线发光元件，其特征在于，在所述势垒层的所述第2Ga富化区域内，存在AlGaN组成比成为整数比的Al1Ga1N2、Al2Ga1N3、Al3Ga1N4、或Al5Ga1N6的AlGaN区域。6.根据权利要求1至5中任一项所述的氮化物半导体紫外线发光元件，其特征在于，还具备包含蓝宝石基板的基底部，所述蓝宝石基板具有相对于(0001)面仅倾斜给定角度的主面，在该主面之上方形成所述发光元件构造部，至少从所述蓝宝石基板的所述主面至所述活性层的表面的各半导体层为具有形成了平行于(0001)面的多阶状的平台的表面的外延生长层。
7.一种氮化物半导体紫外线发光元件的制造方法，该氮化物半导体紫外线发光元件具备将包含纤锌矿构造的AlGaN系半导体的n型层、活性层及p型层层叠于上下方向的发光元件构造部而成且峰值发光波长在300nm～327nm的范围内，所述氮化物半导体紫外线发光元件的制造方法的特征在于，具有：在包含具有相对于(0001)面仅...

【专利技术属性】
技术研发人员：平野光，长泽阳祐，
申请(专利权)人：创光科学株式会社，
类型：发明
国别省市：