氮化物半导体发光元件的制作方法

1.本发明涉及氮化物半导体发光元件。


背景技术：

2.专利文献1公开了一种氮化物半导体发光元件，其具备：第1电子阻挡层，其配置在活性层上；以及第2电子阻挡层，其配置在第1电子阻挡层上。第2电子阻挡层以al组成比小于第1电子阻挡层的al组成比的方式构成。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：特开2021-027194号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.在专利文献1所记载的氮化物半导体发光元件中，从提高发光输出的观点出发尚有改善的余地。
8.本发明是鉴于前述的情况而完成的，其目的在于，提供一种能够提高发光输出的氮化物半导体发光元件。
9.用于解决问题的方案
10.为了达到上述的目的，本发明提供一种氮化物半导体发光元件，其具备：活性层，其具备至少1个阱层；p型半导体层，其位于上述活性层的一侧；以及电子阻挡层叠体，其位于上述活性层与上述p型半导体层之间，上述电子阻挡层叠体具有：第1电子阻挡层；以及第2电子阻挡层，其位于比上述第1电子阻挡层靠上述p型半导体层侧的位置，并且al组成比小于上述第1电子阻挡层的al组成比，在将上述活性层中的上述阱层的总数设为n，将上述第1电子阻挡层的膜厚设为膜厚d[nm]，将上述第2电子阻挡层的al组成比设为al组成比x[％]时，上述第1电子阻挡层的上述膜厚d满足0.1n+0.9≤d≤0.2n+2.0的关系，并且上述第2电子阻挡层的上述al组成比x满足10n+40≤x≤10n+60的关系。
[0011]
发明效果
[0012]
根据本发明，能提供一种能够提高发光输出的氮化物半导体发光元件。
附图说明
[0013]
图1是概略性地示出第1实施方式中的氮化物半导体发光元件的构成的示意图。
[0014]
图2是概略性地示出第2实施方式中的氮化物半导体发光元件的构成的示意图。
[0015]
图3是示出实验例1中的各试样的第1电子阻挡层的膜厚d与发光输出的关系的坐标图。
[0016]
附图标记说明
[0017]1…
氮化物半导体发光元件
[0018]6…
活性层
[0019]
62
…
阱层
[0020]
621
…
最下阱层(最远阱层)
[0021]7…
电子阻挡层叠体
[0022]
71
…
第1电子阻挡层
[0023]
72
…
第2电子阻挡层
[0024]8…
p型半导体层。
具体实施方式
[0025]
[第1实施方式]
[0026]
参照图1来说明本发明的第1实施方式。此外，以下说明的实施方式是作为实施本发明方面的优选的具体例子来示出的，虽然也有具体地例示了在技术上优选的各种技术事项的部分，但本发明的技术范围不限于该具体的方案。
[0027]
(氮化物半导体发光元件1)
[0028]
图1是概略性地示出本方式中的氮化物半导体发光元件1的构成的示意图。此外，在图1中，氮化物半导体发光元件1(以下，也简称为“发光元件1”。)的各层的层叠方向的尺寸比并非一定与实际的尺寸比一致。
[0029]
本方式的发光元件1是具备单量子阱结构的阱层62的发光元件1。发光元件1例如是构成发光二极管(led：light emitting diode)或半导体激光器(ld：laser diode)的发光元件。在本方式中，发光元件1是构成发出紫外区域的波长的光的发光二极管(light emitting diode：led)的发光元件。特别是，本方式的发光元件1是构成发出中心波长为200nm以上、365nm以下的深紫外光的深紫外led的发光元件。本方式的发光元件1例如能够用于杀菌(例如空气净化、水净化等)、医疗(例如光线治疗、测量/分析等)、uv固化等领域。
[0030]
发光元件1在基板2上依次具备缓冲层3、n型包覆层4、组成倾斜层5、活性层6、电子阻挡层叠体7以及p型半导体层8。基板2上的各层能够使用有机金属化学气相生长法(metal organic chemical vapor deposition：mocvd)、分子束外延法(molecular beam epitaxy：mbe)、卤化物气相外延法(hydride vapor phase epitaxy：hvpe)等周知的外延生长法来形成。另外，发光元件1具备：n侧电极11，其设置在n型包覆层4上；以及p侧电极12，其设置在p型半导体层8上。
[0031]
以下，将基板2、缓冲层3、n型包覆层4、组成倾斜层5、活性层6、电子阻挡层叠体7以及p型半导体层8的层叠方向(图1的上下方向)称为上下方向。另外，将相对于基板2层叠有发光元件1的各层的一侧(即图1的上侧)称为上侧，将其相反侧(即图1的下侧)称为下侧。上下的表现是为了方便，并非用以限定例如使用发光元件1时的、发光元件1相对于竖直方向的姿势。在本方式中，构成发光元件1的各层在上下方向上具有厚度。
[0032]
作为构成发光元件1的半导体，例如能够使用由alagabin
1-a-b
n(0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1)表示的二元系～四元系的iii族氮化物半导体。此外，在深紫外led中，经常使用不含铟的氮化铝镓(algan)系的半导体。在此，“algan”是三元混晶，其iii族元素的组成(即铝(al)和镓(ga)的合计组成)与氮(n)的组成之比为1：1，铝的组成比与镓的组成比设为任意。另外，这些iii族元素的一部分可以置换为硼(b)、铊(tl)等。另外，也可以由磷(p)、砷
(as)、锑(sb)、铋(bi)等来置换氮的一部分。以下，对发光元件1的各构成要素进行说明。
[0033]
(基板2)
[0034]
基板2包括使活性层6发出的光(在本方式中为深紫外光)透射过的材料。基板2例如是蓝宝石(al2o3)基板。另外，作为基板2，也可以使用例如氮化铝(aln)基板或氮化铝镓基板等。
[0035]
(缓冲层3)
[0036]
缓冲层3形成在基板2上。在本方式中，缓冲层3由氮化铝形成。此外，在基板2为氮化铝基板或氮化铝镓基板的情况下，缓冲层3可以不必一定设置。
[0037]
(n型包覆层4)
[0038]
n型包覆层4形成在缓冲层3上。n型包覆层4例如包括掺杂有n型杂质的alqga
1-q
n(0≤q≤1)。组成alqga
1-q
n中的下标q表示al组成比(也称为aln摩尔分数。)。n型包覆层4的al组成比q例如是20％以上，优选设为25％以上、70％以下。在如本方式这样阱层62以成为单量子阱结构的方式形成的情况下，n型包覆层4的al组成比优选设为40％以上、60％以下。
[0039]
n型包覆层4具有1μm以上、4μm以下的膜厚。在活性层6为单量子阱结构(sqw：single quantum well)的情况下，n型包覆层4的膜厚优选为3μm左右。在活性层6为单量子阱结构的情况下，优选设为发生了晶格弛豫的n型包覆层4，而在n型包覆层4的膜厚为一定值以上的情况下，n型包覆层4容易发生晶格弛豫。另外，在活性层6为多量子阱结构(mqw：multi quantum well)的情况下，n型包覆层4的膜厚优选为2μm左右。在活性层6为多量子阱结构的情况下，优选设为进行了共格(coherent)生长的n型包覆层4，而在n型包覆层4的膜厚为一定值以下的情况下，容易促进共格生长。n型包覆层4可以是单层结构，也可以是多层结构。另外，在本方式中，作为掺杂到n型包覆层4的n型杂质，使用的是硅(si)。这在n型包覆层4以外的、含有n型杂质的半导体层中也是同样的。此外，作为n型杂质，也可以使用锗(ge)、硒(se)或碲(te)等。
[0040]
(组成倾斜层5)
[0041]
组成倾斜层5形成在n型包覆层4上。组成倾斜层5包括alrga
1-r
n(0《r≤1)。组成倾斜层5的上下方向的各位置的al组成比是越上侧的位置则越大。此外，组成倾斜层5也可以在上下方向的极小一部分区域(例如组成倾斜层5的上下方向的整体的5％以下的区域)中包含随着去往上侧而al组成比不变大的区域。
[0042]
优选组成倾斜层5的下端部的al组成比与n型包覆层4的al组成比大致相同(例如差为5％以内)，组成倾斜层5的上端部的al组成比与第1势垒层611的al组成比大致相同(例如差为5％以内)。通过设置组成倾斜层5，能够防止在与组成倾斜层5上下相邻的第1势垒层611和n型包覆层4之间al组成比发生骤变。由此，能够抑制由晶格失配引起的位错的发生。其结果是，活性层6中的电子与空穴的非发光性再结合率变低，从活性层6发出的光增加。组成倾斜层5的膜厚例如能够设为5nm以上、20nm以下。在本方式中，组成倾斜层5含有作为n型杂质的硅，但不限于此。
[0043]
(活性层6)
[0044]
活性层6形成在组成倾斜层5上。在本方式中，活性层6以成为单量子阱结构的方式形成。活性层6从n型包覆层4侧按顺序具备第1势垒层611、第2势垒层612以及阱层62。此外，以下，在不特别区分第1势垒层611和第2势垒层612的情况下，简称为“势垒层61”。
[0045]
第1势垒层611包括al
s1
ga
1-s1
n(0《s1≤1)。在本方式中，第1势垒层611的al组成比s1为100％。即，在本方式中，第1势垒层611包括aln。第1势垒层611具有抑制向阱层62的规定能量以下的电子注入的作用。第1势垒层611例如具有1.0nm、以上5.0nm以下的膜厚。
[0046]
第2势垒层612包括al
s2
ga
1-s2
n(0《s2≤1)。第2势垒层612的al组成比s2能够设为阱层62的后述的al组成比t与第1势垒层611的al组成比s1之间的al组成比。第2势垒层612的al组成比s2例如能够设为55％以上、75％以下。第2势垒层612例如具有5nm以上、20nm以下的膜厚。
[0047]
阱层62包括al
t
ga
1-t
n(0≤t《1)。阱层62的al组成比t小于各势垒层61的al组成比s1、s2之中的每一al组成比。在本方式中，阱层62的al组成比t为10％以上、30％以下。阱层62优选具有例如1nm以上、10nm以下的膜厚，特别优选具有2nm以上、4nm以下的膜厚。
[0048]
在本方式中，第1势垒层611、第2势垒层612以及阱层62各自含有作为n型杂质的硅。活性层6中的上下方向的各位置的硅浓度在第1势垒层611或第2势垒层612中成为最大值。该最大值比组成倾斜层5中的上下方向的各位置的硅浓度大。此外，例如也能将第1势垒层611、第2势垒层612以及阱层62之中的至少1个层设为无掺杂的层。
[0049]
活性层6在单量子阱结构内使电子和空穴再结合而产生规定的波长的光。在本方式中，活性层6为了输出波长为365nm以下的深紫外光而构成为带隙在3.4ev以上。特别是，在本方式中，活性层6构成为能够产生中心波长为200nm以上、365nm以下的深紫外光。进一步地，在如本方式这样活性层6为单量子阱结构的情况下，从提高发光输出的观点出发，活性层6发出的紫外光的中心波长优选为295nm以上、365nm以下。
[0050]
(电子阻挡层叠体7)
[0051]
电子阻挡层叠体7具有通过对电子从活性层6向p型半导体层8侧泄漏的溢出现象的发生进行抑制(以下，也称为电子阻挡效果)来提高向活性层6的电子注入效率的作用。电子阻挡层叠体具有从下侧按顺序将第1电子阻挡层71和第2电子阻挡层72层叠而成的层叠结构。以下，在不特别区分第1电子阻挡层71与第2电子阻挡层72的情况下，简称为“电子阻挡层”。电子阻挡层是形成在活性层6上的层之中的al组成比成为50％以上的层。
[0052]
第1电子阻挡层71设置在活性层6(在本方式中为阱层62)上。第1电子阻挡层71例如包括aluga
1-u
n(0《u≤1)。第1电子阻挡层71的al组成比u优选设为例如80％以上、100％以下，进一步优选设为90％以上、100％以下。al组成比越大，抑制电子通过的电子阻挡效果就越高。因此，通过将al组成比大的第1电子阻挡层71形成在与活性层6相邻的位置，在离活性层6近的位置上能得到高的电子阻挡效果，容易确保阱层62中的电子的存在概率。
[0053]
第1电子阻挡层71的膜厚为1.0nm以上、2.2nm以下。优选第1电子阻挡层71的膜厚小于阱层62的膜厚。al组成比越大的半导体层，其电阻值就越大，因此，若使al组成比u极大的第1电子阻挡层71的膜厚过大，则会招致发光元件1整体的电阻值的过度上升。所以，优选第1电子阻挡层71的膜厚小至某种程度。另一方面，若使第1电子阻挡层71的膜厚变小，则由于隧穿效应，电子从下侧向上侧穿过第1电子阻挡层71的概率可能会增大。因此，在本方式的发光元件1中，在第1电子阻挡层71上形成有第2电子阻挡层72，由此，抑制了电子穿透电子阻挡层叠体7。
[0054]
第2电子阻挡层72例如包括al
x
ga
1-x
n(0《x《1)。第2电子阻挡层72的al组成比x小于第1电子阻挡层71的al组成比u。在本方式中，第2电子阻挡层72的al组成比x为50％以上、
70％以下。详细情况后述，通过将第2电子阻挡层72的al组成比x设为50％以上、70％以下，并且如前所述将第1电子阻挡层71的膜厚设为1.0nm以上、2.2nm以下，能实现发光元件1的发光输出的提高。第2电子阻挡层72的膜厚能够设为例如5nm以上、100nm以下，优选设为10nm以上、30nm以下。第2电子阻挡层72的膜厚大于阱层62的膜厚和第1电子阻挡层71的膜厚之中的每一膜厚。
[0055]
各电子阻挡层能够设为无掺杂的层、含有n型杂质的层、含有p型杂质的层、或者含有n型杂质和p型杂质这两种杂质的层。作为p型杂质，能够使用镁(mg)，但除了镁以外，也可以使用锌(zn)、铍(be)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或碳(c)等。在各电子阻挡层含有杂质的情况下，各电子阻挡层所含有的杂质可以包含于各电子阻挡层的整体，也可以包含于各电子阻挡层的一部分。
[0056]
(p型半导体层8)
[0057]
p型半导体层8形成在第2电子阻挡层72上。p型半导体层8是al组成比小于50％的半导体层。在本方式中，p型半导体层8包括p型接触层81。p型接触层81是连接有p侧电极12的层，包括以高浓度掺杂有p型杂质的aluga
1-u
n(0≤u≤1)。在本方式中，作为p型杂质，使用的是镁。此外，作为p型杂质，也可以使用锌、铍、钙、锶、钡或碳等。p型接触层81为了实现与p侧电极12的欧姆接触而以al组成比低的方式构成，从这一观点出发，优选由p型的氮化镓(gan)来形成。
[0058]
(n侧电极11)
[0059]
n侧电极11形成于n型包覆层4的在上侧露出的面上。n侧电极11例如能够设为在n型包覆层4之上按顺序层叠钛(ti)、铝、钛、金(au)而成的多层膜。
[0060]
(p侧电极12)
[0061]
p侧电极12形成在p型接触层81上。p侧电极12例如能够设为在p型接触层81之上按顺序层叠镍(ni)、金而成的多层膜。
[0062]
在本方式中，发光元件1以倒装芯片的方式安装到未图示的封装基板。即，发光元件1是使上下方向上的设置有n侧电极11和p侧电极12的一侧朝向封装基板侧，将n侧电极11和p侧电极12分别经由金凸块等安装到封装基板。以倒装芯片的方式安装的发光元件1从基板2侧(即下侧)取出光。此外，不限于此，发光元件1也可以通过引线接合(wire bonding)等安装到封装基板。另外，在本方式中，发光元件1设为了n侧电极11和p侧电极12均设置在发光元件1中的上侧的所谓横型的发光元件，但不限于此，也可以是纵型的发光元件。纵型的发光元件是由n侧电极与p侧电极夹着活性层的发光元件。此外，在将发光元件设为纵型的情况下，优选基板和缓冲层通过激光剥离等除去。
[0063]
(关于第1电子阻挡层71的膜厚和第2电子阻挡层72的al组成比)
[0064]
各电子阻挡层的膜厚和al组成比分别越大，则各电子阻挡层的电子阻挡效果越大，越能够提升阱层62中的电子的存在概率。然而，能够注入到1个阱层62的电子的数量是有极限的。所以，如果仅仅是使电子阻挡层的膜厚和al组成比分别变大，则并不能得到高的发光输出。如由后述的实验例1所印证的那样，第1电子阻挡层71的膜厚和第2电子阻挡层72的al组成比的合适的值会根据活性层6中的阱层62的总数而不同。
[0065]
在此，将活性层6中的阱层62的总数设为n，将第1电子阻挡层71的膜厚设为膜厚d[nm]，如前所述将第2电子阻挡层72的al组成比设为x[％]。此时，通过使第1电子阻挡层71
的膜厚d满足0.1n+0.9≤d≤0.2n+2.0的关系，并且第2电子阻挡层72的al组成比x满足10n+40≤x≤10n+60的关系，能在发光元件1中得到高的发光输出。也就是说，活性层6中的阱层62的总数n越多，合适的第1电子阻挡层71的膜厚d和第2电子阻挡层72的al组成比x就越大。在本方式中，活性层6中的阱层62的总数n为1，因此，第1电子阻挡层71的膜厚d满足1.0≤d≤2.2的关系，并且第2电子阻挡层72的al组成比x满足50≤x≤70的关系。这些数值范围将在后述的实验例中得到印证。
[0066]
另外，从提高发光元件1的发光输出的观点出发，活性层6中的阱层62的总数n优选为5以下，更优选为4以下。特别是，如后述的第2实施方式那样，阱层62的总数n进一步优选为3。
[0067]
另外，从提高发光元件1的发光输出的观点出发，优选根据阱层62的总数n来调整n型包覆层4的al组成比。具体来说，n型包覆层4的al组成比优选设为(5n+75)/2[％]以上、(5n+115)/2[％]以下。即，在例如n＝1的情况下，n型包覆层4的al组成比优选为40％以上、60％以下，在例如n＝3的情况下，n型包覆层4的al组成比优选为45％以上、65％以下。在阱层62的总数n大的多量子阱结构的情况下，优选使n型包覆层4的膜厚变小来使n型包覆层4进行共格生长。另一方面，在阱层62的总数n小的情况下，优选使n型包覆层4的膜厚变大来使n型包覆层4发生晶格弛豫。
[0068]
(第1实施方式的作用和效果)
[0069]
在本方式中，第1电子阻挡层71的膜厚d满足0.1n+0.9≤d≤0.2n+2.0的关系，并且第2电子阻挡层72的al组成比x满足10n+40≤x≤10n+60的关系。在本方式中，阱层62的总数n为1，第1电子阻挡层71的膜厚d满足1.0≤d≤2.2的关系，并且第2电子阻挡层72的al组成比x满足50≤x≤70的关系。由此，在发光元件1中，能得到高的发光输出。此外，关于数值，将在后述的实验例中得到印证。
[0070]
如上所述，根据本方式，能够提供一种能够提高发光输出的氮化物半导体发光元件。
[0071]
[第2实施方式]
[0072]
本方式是具备多量子阱结构的活性层6的发光元件1的方式。图2是概略性地示出本方式中的发光元件1的构成的示意图。
[0073]
活性层6具有3个势垒层61和3个阱层62，是将势垒层61与阱层62交替层叠而成的。在活性层6中，势垒层61位于下端，阱层62位于上端。
[0074]
各势垒层61包括alvga
1-v
n(0《v≤1)。各势垒层61的al组成比优选为75％以上、95％以下。另外，各势垒层61具有2nm以上、12nm以下的膜厚。
[0075]
在3个阱层62之中，作为形成在离p型半导体层8最远的位置的阱层62的最下阱层621(也称为最远阱层。)与作为最下阱层621以外的2个阱层62的上侧阱层622在构成上是不同的。即，最下阱层621的膜厚与2个上侧阱层622各自的膜厚相比大1nm以上，并且最下阱层621的al组成比与2个上侧阱层622各自的al组成比相比大2％以上。在本方式中，上侧阱层622具有2nm以上、4nm以下的膜厚并且具有25％以上、45％以下的al组成比，最下阱层621具有4nm以上、6nm以下的膜厚并且具有35％以上、55％以下的al组成比。最下阱层621的膜厚与各上侧阱层622的膜厚之差能够设为2nm以上、4nm以下。最下阱层621的膜厚能够设为上侧阱层622的膜厚的2倍以上、3倍以下。另外，最下阱层621的al组成比与各上侧阱层622的
al组成比之差能够设为10％以上、30％以下。最下阱层621的al组成比能够设为上侧阱层622的al组成比的1.4倍以上、2.2倍以下。
[0076]
通过使最下阱层621的al组成比大于其它阱层62(即上侧阱层622)的al组成比，最下阱层621的结晶性提高。这是因为，最下阱层621与n型包覆层4的al组成比之差变小。由于最下阱层621的结晶性提高，得以抑制位错从最下阱层621向上侧的传播。
[0077]
而且，由于最下阱层621的结晶性提高，形成在最下阱层621上的活性层6的各层的结晶性也提高。由此，活性层6中的载流子的迁移率提高，输出光的发光强度提高。最下阱层621的膜厚越大，这一效果就越显著，但从抑制发光元件1整体的电阻值增加的观点出发，最下阱层621的膜厚设计为规定值以下。此外，多个阱层62例如也可以是以越下侧的阱层62则al组成比越大的方式构成。
[0078]
另外，例如也可以在最下阱层621掺杂有作为n型杂质的硅。由此，会诱发活性层6中的v形坑的形成，该v形坑会发挥阻止来自n型包覆层4侧的位错的发展的作用。此外，上侧阱层622也可以含有硅等n型杂质。
[0079]
在如本方式这样活性层6为多量子阱结构的情况下，从提高发光输出的观点出发，活性层6发出的紫外光的中心波长优选为250nm以上、295nm以下。
[0080]
另外，与第1实施方式同样，第1电子阻挡层71的膜厚d满足0.1n+0.9≤d≤0.2n+2.0的关系，并且第2电子阻挡层72的al组成比x满足10n+40≤x≤10n+60的关系。也就是说，在本方式中，阱层62的总数n为3，因此，第1电子阻挡层71的膜厚d为1.2nm以上、2.6nm以下，第2电子阻挡层72的al组成比x为70％以上、90％以下。由此，能够提高发光元件1的发光输出。关于这些数值，将在后述的实验例中得到印证。
[0081]
另外，通过使最下阱层621的膜厚大于上侧阱层622的膜厚，最下阱层621会平坦化，形成在最下阱层621上的活性层6的各层的平坦性也会提高。由此，能够抑制在活性层6的各层中产生al组成比的偏差，能够提高输出光的单色性。而且，形成在活性层6上的各电子阻挡层的平坦性也会提高。由此，能够使各电子阻挡层的膜厚均匀化。因此，能够防止电子阻挡效果由于与上下方向正交的面方向的位置而变动。其结果是，进一步容易得到由将第1电子阻挡层71的膜厚d和第2电子阻挡层72的al组成比x如前述的那样进行调整而带来的提高发光输出的效果。
[0082]
另外，在阱层62的总数n为3的情况下，n型包覆层4的al组成比优选为45％以上、65％以下。
[0083]
其它与第1实施方式是同样的。
[0084]
此外，第2实施方式以后所使用的附图标记之中的与已述的方式所使用的附图标记相同的附图标记只要没有特别指明，则表示与已述的方式中的构成要素同样的构成要素等。
[0085]
(第2实施方式的作用和效果)
[0086]
在本方式中也是，第1电子阻挡层71的膜厚d满足0.1n+0.9≤d≤0.2n+2.0的关系，并且第2电子阻挡层72的al组成比x满足10n+40≤x≤10n+60的关系。在本方式中，阱层62的总数n为3，第1电子阻挡层71的膜厚d满足1.2≤d≤2.6的关系，并且第2电子阻挡层72的al组成比x满足70≤x≤90的关系。由此，在发光元件1中，能得到高的发光输出。此外，关于数值，将在后述的实验例中得到印证。
[0087]
另外，最下阱层621的膜厚与各上侧阱层622的膜厚相比大1nm以上，并且最下阱层621的al组成比与各上侧阱层622的al组成比相比大2％以上。由此，构成活性层6的各层的结晶性和平坦性提高，能够实现发光元件1的发光输出和单色性的提高。
[0088]
(实验例1)
[0089]
本实验例是在试样1～试样4、以及试样5～试样12中测定了发光输出的例子，其中，试样1～试样4是在单量子阱结构(sqw：single quantum well)的发光元件中对第1电子阻挡层的膜厚d进行种种变更而成的试样，试样5～试样12是在多量子阱结构(mqw：multi quantum well)的发光元件中对第1电子阻挡层的膜厚d进行种种变更而成的试样。试样1～试样4是基本结构与第1实施方式相同的发光元件，试样5～试样12是基本结构与第2实施方式相同的发光元件。将作为单量子阱结构的发光元件的试样1～试样4各自的详细结构在表1中示出，将作为多量子阱结构的发光元件的试样5～试样12各自的详细结构在表2中示出。表2中的“3qw”是指阱层为3个的情况下的多量子阱结构。
[0090]
【表1】
[0091][0092]
【表2】
[0093]
[0094]
表1和表2所记载的各层的膜厚是通过透射型电子显微镜测定出的膜厚。另外，表1和表2所记载的各层的al组成比是从通过二次离子质谱法(sims：secondary ion mass spectrometry)测定出的al的2次离子强度推定的值。在表1中，第1电子阻挡层的膜厚1.0-2.3[nm]是指在试样1～试样4中对第1电子阻挡层的膜厚在1.0nm以上、2.3nm以下的范围内进行了种种变更。在表2中，第1电子阻挡层的膜厚0.7-3.0[nm]是指在试样5～试样12中对第1电子阻挡层的膜厚在0.7nm以上、3.0nm以下的范围内进行了种种变更。另外，表1中的组成倾斜层一栏表示出组成倾斜层的上下方向的各位置的al组成比从下端到上端为止从50％变动至100％，表2中的组成倾斜层一栏表示出组成倾斜层的上下方向的各位置的al组成比从下端到上端为止从55％变动至85％。
[0095]
在单量子阱结构的试样1～试样4中，第2电子阻挡层的al组成比x为50％以上、70％以下的值。在多量子阱结构(n＝3)的试样5～试样12中，第2电子阻挡层的al组成比x为70％以上、90％以下的值。也就是说，第2电子阻挡层的al组成比x满足10n+40≤x≤10n+60的关系。
[0096]
在本实验例中，测定了试样1～试样12各自的发光输出。各试样的发光输出是对晶片上的状态的各试样流过20ma的电流时的发光输出。发光输出是通过设置在试样1～试样12各自的下侧的光检测器测定的。在表3中，示出试样1～试样12中的阱层的总数n、第1电子阻挡层的膜厚d、第2电子阻挡层的al组成比x、发光波长和发光输出。发光输出的测定值的单位设为任意单位[a.u.]。
[0097]
【表3】
[0098][0099]
另外，将各试样的第1电子阻挡层的膜厚d与发光输出的关系在图3中表示出。在图3中，以圆形记号标绘出阱层的总数n为1的试样1～试样4的结果，以菱形记号标绘出阱层的总数n为3的试样5～试样12的结果。另外，在图3中，表示出圆形标绘的近似曲线与菱形标绘的近似曲线。
[0100]
从表3和图3可知，在阱层的总数n为1的情况下，以第2电子阻挡层的al组成比x满足50％以上、70％以下为前提，在第1电子阻挡层的膜厚d满足1.0nm以上、2.2nm以下的试样1～试样3中得到了高的发光输出。另一方面可知，在阱层的总数n为1的情况下，在第1电子阻挡层的膜厚d从1.0nm以上、2.2nm以下的数值范围偏离开的试样4中，发光输出变小了。即，在阱层的总数n为1的情况下，优选第2电子阻挡层的al组成比x满足50％以上、70％以下，并且第1电子阻挡层的膜厚d满足1.0≤d≤2.2。另外，在阱层的总数n为1的情况下，第1
电子阻挡层的膜厚d优选满足1.1≤d≤2.1，更优选满足1.2≤d≤2.0，进一步优选满足1.3≤d≤1.8。另外，在阱层的总数n为1的情况下，第2电子阻挡层的al组成比x优选为55％以上、65％以下，更优选为60％以上、65％以下。
[0101]
另外，从表3和图3可知，在阱层的总数n为3的情况下，以第2电子阻挡层的al组成比x满足70％以上、90％以下为前提，在第1电子阻挡层的膜厚d满足1.2nm以上、2.6nm以下的试样6～试样11中得到了高的发光输出。另一方面可知，在阱层的总数n为3的情况下，在第1电子阻挡层的膜厚d从1.2nm以上、2.6nm以下的数值范围偏离开的试样5和试样12中，发光输出变小了。即，在阱层的总数n为3的情况下，优选第2电子阻挡层的al组成比x满足70％以上、90％以下，并且第1电子阻挡层的膜厚d满足1.2≤d≤2.6。另外，在阱层的总数n为3的情况下，第1电子阻挡层的膜厚d优选满足1.3≤d≤2.5，更优选满足1.5≤d≤2.4，进一步优选满足1.7≤d≤2.1。另外，在阱层的总数n为3的情况下，第2电子阻挡层的al组成比x优选为70％以上、80％以下，更优选为70％以上、75％以下。
[0102]
(实验例2)
[0103]
本实验例是示出以下情况的实验例：通过如第2实施方式那样使最下阱层(最远阱层)的膜厚与各上侧阱层的膜厚相比大1nm以上，并且使最下阱层的al组成比与各上侧阱层的al组成比相比大2％以上，发光输出会提高。
[0104]
在本实验例中，准备了具有与使最下阱层的膜厚与各上侧阱层的膜厚相比大1nm以上并且使最下阱层的al组成比与各上侧阱层的al组成比相比大2％以上的第2实施方式同样的构成的实施例的发光元件。而且，准备了在所有的阱层中将膜厚设为相同并且将al组成比设为相同的比较例的发光元件。实施例的发光元件在基本结构上与前述的实验例1中的试样5～试样12是同样的，第1电子阻挡层的膜厚d为1.9
±
0.2nm。比较例的发光元件除了在所有的阱层中均将膜厚设为3
±
1nm、al组成比设为35
±
10％，并且将实施例的发光元件中存在的组成倾斜层省略之处以外，与实施例是同样的。将实施例的各层的膜厚和al组成比在表4中示出，将比较例的各层的膜厚和al组成比在表5中示出。
[0105]
【表4】
[0106]
[0107]
【表5】
[0108][0109]
然后，在各试样中，与实验例1同样地测定了发光输出。其结果是，实施例的发光元件的发光输出的测定结果为1.29[a.u.]，比较例的发光元件的发光输出的测定结果为0.56[a.u.]。也就是说，可知通过使最下阱层的膜厚与各上侧阱层的膜厚相比大1nm以上，并且使最下阱层的al组成比与各上侧阱层的al组成比相比大2％以上，发光输出会提高。
[0110]
(实施方式的总结)
[0111]
接下来，对于从以上说明的实施方式掌握的技术思想，援用实施方式中的附图标记等来进行记载。不过，以下的记载中的各附图标记等并不是将权利要求书中的构成要素限定于实施方式中具体示出的构件等。
[0112]
[1]本发明的第1实施方案是一种氮化物半导体发光元件(1)，具备：活性层(6)，其具备至少1个阱层(62)；p型半导体层(8)，其位于上述活性层(6)的一侧；以及电子阻挡层叠体(7)，其位于上述活性层(6)与上述p型半导体层(8)之间，上述电子阻挡层叠体(7)具有：第1电子阻挡层(71)；以及第2电子阻挡层(72)，其位于比上述第1电子阻挡层(71)靠上述p型半导体层(8)侧的位置，并且al组成比小于上述第1电子阻挡层(71)的al组成比，在将上述活性层(6)中的上述阱层(62)的总数设为n，将上述第1电子阻挡层(71)的膜厚设为膜厚d[nm]，将上述第2电子阻挡层(72)的al组成比设为al组成比x[％]时，上述第1电子阻挡层(71)的上述膜厚d满足0.1n+0.9≤d≤0.2n+2.0的关系，并且上述第2电子阻挡层(72)的上述al组成比x满足10n+40≤x≤10n+60的关系。
[0113]
由此，在氮化物半导体发光元件中，能得到高的发光输出。
[0114]
[2]本发明的第2实施方案是，在第1实施方案中，上述活性层(6)具有多个上述阱层(62)，在将上述多个阱层(62)之中的形成于离上述p型半导体层(8)最远的位置的阱层(62)设为最远阱层(621)时，上述最远阱层(621)的膜厚与上述多个阱层(62)之中的上述最远阱层(621)以外的阱层(62)各自的膜厚相比大1nm以上，并且上述最远阱层(621)的al组成比与上述多个阱层(62)之中的上述最远阱层(621)以外的阱层(62)各自的al组成比相比大2％以上。
[0115]
由此，构成活性层的各层的结晶性和平坦性提高，能够实现氮化物半导体发光元
件的发光输出和单色性的提高。
[0116]
[3]本发明的第3实施方案是，在第1或第2实施方案中，上述阱层(62)的上述总数n为3，上述第1电子阻挡层(71)的上述膜厚d为1.7nm以上、2.1nm以下。
[0117]
由此，在氮化物半导体发光元件中，能得到更高的发光输出。
[0118]
[4]本发明的第4实施方案是，在第3实施方案中，上述第2电子阻挡层(72)的上述al组成比x为65％以上、75％以下。
[0119]
由此，在氮化物半导体发光元件中，能得到更高的发光输出。
[0120]
[5]本发明的第5实施方案是，在第1或第2实施方案中，上述阱层(62)的上述总数n为1，上述第1电子阻挡层(71)的上述膜厚d为1.3nm以上、1.8nm以下。
[0121]
由此，在氮化物半导体发光元件中，能得到更高的发光输出。
[0122]
[6]本发明的第6实施方案是，在第5实施方案中，上述第2电子阻挡层(72)的上述al组成比x为55％以上、65％以下。
[0123]
由此，在氮化物半导体发光元件中，能得到更高的发光输出。
[0124]
[7]本发明的第7实施方案是，在第1至第6实施方案中的任意1个实施方案中，上述第1电子阻挡层(71)的al组成比为80％以上，上述第2电子阻挡层(72)的膜厚为10nm以上、30nm以下。
[0125]
由此，在氮化物半导体发光元件中，能得到更高的发光输出。
[0126]
(附记)
[0127]
以上，说明了本发明的实施方式，但上述的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。另外，应当注意，实施方式中所说明的特征的所有组合对用于解决发明的问题的方案来说并非都是必须的。另外，本发明能在不脱离其宗旨的范围内适当变形来实施。