Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法技术

一种Ⅲ族氮化物半导体发光元件，是pn结型异质结构的Ⅲ族氮化物半导体发光元件，其特征在于，具备：n型氮化铝镓铟层；发光层，其包含与n型氮化铝镓铟层接触地配置并且含有晶格常数比n型氮化铝镓铟层大的晶体的氮化镓铟层；和设置在发光层上的p型氮化铝镓铟层，包含原子半径比n型氮化铝镓铟层内的铟小的元素的施主杂质的原子浓度，与n型氮化铝镓铟层的内部相比在n型氮化铝镓铟层和发光层的界面较低，并且，发光层内的施主杂质的原子浓度，与发光层和n型氮化铝镓铟层的界面相比在发光层和p型氮化铝镓铟层的界面较高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】III族氮化物半导体发光元件及其制造方法
本专利技术涉及具备包含氮化镓铟的发光层的III族氮化物半导体发光元件等，特别是涉及射出紫外带域(波段)和近紫外带域的短波长光的III族氮化物半导体发光二极管(英文简称:LED)等。
技术介绍
以往，氮化铝(A1N)、氮化镓(GaN)或氮化镓铟(组成式GaxIrvxN:0 ^ X < I)等的含有铝(元素符号:A1)、镓(元素符号:Ga)或铟(元素符号:1η)等的III族元素作为构成元素的III族氮化物半导体，被利用于构成发光二极管(LED)和激光二极管(英文简称:LD)等的III族氮化物半导体发光元件(例如参照专利文献I)。例如，在LED中，氮化镓铟层作为用于射出深绿色或蓝色等的可见光的发光层被利用(参照专利文献I)。另外，示出了例如添加(掺杂)了锌(元素符号:Zn)的铟组成大的Gaa 4Ιηα 6N层，作为红色发光用的材料是有用的(参照专利文献I)。另外，铟组成小的氮化镓铟层，作为用于射出紫外光的发光层被利用(参照专利文献2)。以往的可见LED或紫外LED从层叠结构来看，一般是例如在包含氮化镓的η型覆盖层上配置包含η型的氮化镓铟层的发光层，再于其上层叠例如包含氮化铝镓(组成式Al 5GaEN:0 ^ δ ^ UO ^ ε ^ K δ + ε = I)层的ρ型覆盖层的ρη结型的双异质(doublehetero:英文简称DH)结构(参照非专利文献I)。具有那样的结构的LED的发光层所使用的氮化镓铟层中，为了调整驱动LED的电流的流通阻力，有时有意地添加杂质，实施所谓掺杂(doping)。作为III族氮化物半导体的η型杂质，例示了硅(元素符号:Si)、锗(元素符号:Ge)、碲(元素符号:Te)、硒(元素符号:Se)(参照专利文献3的段落(0008))。锗也被用作制造包含原子浓度不同的III族氮化物半导体的层状物时的掺杂物(dopant)(参照专利文献4)。在锗以外，专利文献5中记载了硫(元素符号:S)作为η型杂质(参照专利文献5的段落(0022))。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特公昭55-3834号公报专利文献2:日本特开2003-249664号公报专利文献3:日本专利第2576819号公报专利文献4:日本专利第3874779号公报专利文献5:日本专利第3500762号公报非专利文献非专利文献1:高桥清监制、长谷川文夫、吉川明彦编著、「宽带隙半导体光.电子器件」(2006年3月31日、森北出版发行、第I版第1次印刷)、133~139页。
技术实现思路
在此，对构成上述的双异质(DH)结构的III族氮化物半导体材料的晶格常数进行比较。六方晶(hexagonal)纤维锌矿型(wurtzite)的氮化镓的a轴为0.318纳米(长度的单位:nm)(参照赤崎勇编著、「II1- V族化合物半导体」(1994年5月20日培风馆发行初版、148页))。另一方面，六方晶氮化铟的a轴，比氮化镓的a轴大0.035nm、为0.353nm。氮化镓铟(组成式GaxIrvxN:0 ^ X < I)的a轴，成为氮化镓和氮化铟的中间值，与氮化铝(a轴=0.31 Inm)的a轴之差，最小也超过0.007nm，最大达到0.042nm。这样，如果III族氮化物半导体材料的晶格常数存在较大的差异，则在使它们层叠构成Pn结型DH结构的情况下会产生如下问题。例如，如果在η型氮化镓层上层叠具有晶格常数更大的晶体的氮化镓铟层，则在从两层的接合面朝向氮化镓铟层的内部的规定厚度的区域，铟的引入没有被促进。因此，产生形成铟组成比预先设定的数值小的氮化镓铟层的问题。铟组成越小，氮化镓铟的禁带宽度就变得越大，因此，发出的光的波长变短(参照上述的专利文献I)。上述的现象，推测其原因之一在于被称为「在氮化镓铟层的生长的初始阶段，继承基底层的晶格常数生长。」的假晶(pseuudomorphism)的现象(参照桥口隆吉、近角聪信编集、「薄膜?表面现象」(昭和47年12月15日、朝仓书店发行、4版、第11页~第14页)。这样的铟的引入和混入被阻碍的现象，在使由于铟组成小，发出发光波长短的紫外光或近紫外光的氮化镓铟层，在例如氮化镓基底层上生长时显著地确认到。伴随氮化镓铟层的生长进行，层厚增加，假晶的影响减弱，层内的铟组成逐渐增加。但是，这意味着在与包含η型氮化镓的覆盖层的接合面附近，在发光层的深部的禁带宽度大的区域上，形成禁带宽度更小的区域。发生下述事项:从与包含η型氮化镓的覆盖层的接合面附近的发光层的深部发生的紫外光或近紫外光等的短波长光，被形成于更上方并且铟组成高、禁带宽度小的发光层吸收。也就是说，意味着成为不适于将发光向外部高效地取出的发光层的叠层构成。本专利技术的目的是解决下述问题:在III族氮化物半导体材料之中，在包含晶格的晶格常数相对小的氮化镓等的覆盖层等的基底层上，设置包含晶格的晶格常数比氮化镓大的氮化镓铟的发光层时，起因于构成各层的各个III族氮化物半导体材料的晶格常数的大小不同，铟向发光层中的引入没有被促进，难以得到具有预先设定的数值的铟组成的发光层。本专利技术是为了解决与上述的现有技术相伴的问题而创立的，公开下述技术，该技术用于提供一种III族氮化物半导体发光元件，上述III族氮化物半导体发光元件例如在氮化镓层上，含有在与氮化镓层的接合面的附近促进铟的引入的氮化镓铟层作为发光层，特别是提供一种包含将紫外光等的短波长发光高效地向外部取出的构成的发光层。于是，根据本专利技术，提供一种III族氮化物半导体发光元件，是pn结型异质结构的III族氮化物半导体发光元件，其特征在于，具备:n型氮化铝镓铟层；发光层，其包含与上述η型氮化铝镓铟层接触地配置并且含有晶格常数比该η型氮化铝镓铟层大的晶体的氮化镓铟层；和设置在上述发光层上的P型氮化铝镓铟层，包含原子半径比上述η型氮化铝镓铟层内的铟小的元素的施主杂质的原子浓度，与该η型氮化铝镓铟层的内部相比在该η型氮化铝镓铟层和上述发光层的界面较低，并且，上述发光层内的上述施主杂质的原子浓度，与该发光层和上述η型氮化铝镓铟层的界面相比在该发光层和ρ型氮化铝镓铟层的界面较高。在上述III族氮化物半导体发光元件中，优选:上述发光层由上述氮化镓铟构成，上述氮化镓铟从上述n型氮化铝镓铟层朝向上述p型氮化铝镓铟层，使上述施主杂质的原子 浓度增加。优选：上述发光层的铟组成，与上述n型氮化铝镓铟层和该发光层的界面相比，在 上述P型氮化铝镓铟层和该发光层的界面较低。优选：上述发光层的内部的与上述n型氮化铝镓铟层的接合区域是没有添加上述 施主杂质的未掺杂的区域。优选：上述n型氮化铝镓铟层设置于缓冲层上，上述缓冲层是在与氮化铝镓铟不 晶格匹配的基板上成膜了的缓冲层，上述缓冲层具有铝（A1)薄膜层与设置在该薄膜层上并 且铝组成带有梯度的氮化铝镓层的叠层结构。优选：上述发光层由氮化镓铟层构成，上述氮化镓铟层射出具有10nm以上的宽度 的连续的波长的光。优选：上述发光层由上述氮化镓铟层构成，上述氮化镓铟层以波长360?420nm的 范围射出连续的波长的光。接着，根据本专利技术，提供一种III族氮化物半导体发光元件的制造方法，是pn结型 异质结构的III族氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物半导体发光元件，是pn结型异质结构的Ⅲ族氮化物半导体发光元件，其特征在于，具备：n型氮化铝镓铟层；发光层，其包含与所述n型氮化铝镓铟层接触地配置并且含有晶格常数比该n型氮化铝镓铟层大的晶体的氮化镓铟层；和设置在所述发光层上的p型氮化铝镓铟层，包含原子半径比所述n型氮化铝镓铟层内的铟小的元素的施主杂质的原子浓度，与该n型氮化铝镓铟层的内部相比在该n型氮化铝镓铟层和所述发光层的界面较低，并且，所述发光层内的所述施主杂质的原子浓度，与该发光层和所述n型氮化铝镓铟层的界面相比在该发光层和p型氮化铝镓铟层的界面较高。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.19 JP 112295/20111.一种III族氮化物半导体发光元件，是pn结型异质结构的III族氮化物半导体发光元件，其特征在于，具备: η型氮化铝镓铟层； 发光层，其包含与所述η型氮化铝镓铟层接触地配置并且含有晶格常数比该η型氮化铝镓铟层大的晶体的氮化镓铟层；和 设置在所述发光层上的P型氮化铝镓铟层， 包含原子半径比所述η型氮化铝镓铟层内的铟小的元素的施主杂质的原子浓度，与该η型氮化铝镓铟层的内部相比在该η型氮化铝镓铟层和所述发光层的界面较低，并且， 所述发光层内的所述施主杂质的原子浓度，与该发光层和所述η型氮化铝镓铟层的界面相比在该发光层和P型氮化铝镓铟层的界面较高。2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述发光层由所述氮化镓铟构成，所述氮化镓铟中，从所述η型氮化铝镓铟层朝向所述P型氮化铝镓铟层，使所述施主杂质的原子浓度增加。3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述发光层的铟组成，与所述η型氮化铝镓铟层和该发光层的界面相比，在所述P型氮化铝镓铟层和该发光层的界面较低。4.根据权利要求1~3的任一项所述的III族氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述发光层的内部的与所述η型氮化铝镓铟层的接合区域是没有添加所述施主杂质的未掺杂的区域。5.根据权利要求4所述的II`I族氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述η型氮化铝镓铟层设置于缓冲层上，所述缓冲层是在与氮化铝镓铟不晶格匹配的基板上成膜了的缓冲层， 所述缓冲层具有铝(Al)薄膜层与设置在该薄膜层上并且铝组成带有梯度的氮化铝镓层的叠层结构。6.根据权利要求1~5的任一项所述的III族氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述发光层由氮化镓铟层构成，所述氮化镓铟层射...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇田川隆，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：
国别省市：