氮化物半导体发光元件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及氮化物半导体发光元件。
【背景技术】
[0002]含氮的II1-V族化合物半导体材料(以下称作“氮化物半导体材料”)包含与具有红外区域?紫外区域的波长的光的能量相当的带隙。因而，氮化物半导体材料对于发出具有红外区域至紫外区域的波长的光的发光元件的材料、接受具有该区域的波长的光的受光元件的材料等是有用的。
[0003]此外，关于氮化物半导体材料，原子间的键合力强，绝缘击穿电压高，饱和电子速度大。因而，氮化物半导体材料作为耐高温且高输出的高频晶体管等电子器件的材料也是有用的。进而，氮化物半导体材料作为几乎不会损害环境且易于处理的材料也备受瞩目。
[0004]在利用了具有上述特性的氮化物半导体材料的氮化物半导体发光元件中，一般而言在发光层采用量子阱构造。若向发光层中采用了量子阱构造的氮化物半导体发光元件施加电压，则在发光层的量子阱层中电子和空穴被再次结合，从而产生光。作为具有量子阱构造的发光层，虽然可以为单一量子讲(Single Quantum Well ；SQff)构造，但大多情况设为量子讲层和势皇层被交替地层叠的多量子讲(Multiple Quantum Well ；MQff)构造。
[0005]一般而言，作为发光层的量子阱层采用的是InGaN，作为势皇层采用的是GaN。由此，例如能够制作发光峰值波长约为450nm的蓝色LED (Light Emitting Device，发光二级管)，也能够与黄色荧光体组合来制作白色LED。在作为势皇层采用的是AlGaN的情况下，由于势皇层和量子阱层的带隙能量差增大，因此也认为发光效率增大，但较之于GaN，AlGaN也具有难以获得优质的结晶的问题。
[0006]此外，一般而言，作为η型氮化物半导体层采用的是GaN或InGaN。
[0007]例如，在日本特开2004-343147号公报(专利文献I)中公开了如下构造的LED元件，即，在活性层之下具有η侧多层膜层，该η侧多层膜层具有含In的氮化物半导体层。根据专利文献I所记载的LED元件，认为活性层之下的η侧多层膜层起到某些作用，使得发光元件的输出得以提升，作为其理由，被推测为使得活性层的结晶性得以提升的缘故。
[0008]此外，在日本特开2002-299685号公报(专利文献2)中公开了如下的III族氮化物LED，即，在以2 X 117CnT3?2 X 10 19cm_3的范围掺杂了 Si的平滑层上按照隔离层以及活性区域的顺序依次层叠，平滑层被掺杂成比隔离层高很多的高浓度。在专利文献2的III族氮化物LED中，平滑层具有使低温的III族氮化物半导体层的平坦的二维生长得以恢复的功能，认为能够提高III族氮化物LED的效率和可靠性双方。
[0009]此外，在日本特开2005-203520号公报(专利文献3)中公开了如下的发光二极管，即，在由GaN基板构成的支承基板上具有由掺杂Si的GaN半导体构成的缓冲层、由掺杂Si的Alai8Gaa82N半导体构成的第三AlGaN半导体层9、和具备由InAlGaN半导体构成的阱层35a?35c以及势皇层37a?37d的发光区域，发出峰值波长为359纳米的光。
[0010]此外，在日本特开平9-153645号公报(专利文献4)中公开了如下的发光二极管，S卩，在AlN缓冲层上层叠了:膜厚约为2.0μπκ电子浓度为2X1018/cm3、且由掺杂硅的GaN构成的高载流子浓度η+层；膜厚约为1.0 ym、电子浓度为2Χ 1018/cm3、且由掺杂硅的Ala3Gaa7N构成的η层；整个膜厚约为0.1lym的发光层；膜厚约为1.0 ym、空穴浓度为5X 1017/cm3、且以浓度IX 102°/cm3掺杂镁的Al 0.3GaQ.7N构成的p层;和膜厚约为0.2 ym、空穴浓度为7X 1017/cm3、且由镁浓度为2X 102°/cm3的掺杂了镁的GaN构成的接触层，其中发光峰值波长为380nm。
[0011]进而，在日本特开平10-173231号公报(专利文献5)中公开了具有如下构造的发光元件，即，在载流子浓度为IX 11Vcm3的掺杂Si的n+GaN层上，按照载流子浓度为I X 11Vcm3的掺杂Si的nGaN层以及η型In ^5Gaa85N层的顺序依次使它们生长。在专利文献5所记载的发光元件中，认为在整个活性层中电流均匀地流动，可获得均匀的发光。
[0012]在先技术文献
[0013]专利文献
[0014]专利文献1:日本特开2004-343147号公报
[0015]专利文献2:日本特开2002-299685号公报
[0016]专利文献3:日本特开2005-203520号公报
[0017]专利文献4:日本特开平9-153645号公报
[0018]专利文献5:日本特开平10-173231号公报
【发明内容】
[0019]发明要解决的课题
[0020]在作为多量子阱发光层中的势皇层而采用了带隙比GaN大的AlGaN或InGaAlN的情况下，当η侧的层为InGaN或GaN时，易于引起空穴从发光层向η侧的层的溢出，其结果，尤其在提高了工作电流密度的情况下，氮化物半导体发光元件的发光量相对于接通电流之比即电流-发光效率(W/A)、以及发光量相对于接通电力之比即电力-发光效率(W/W)下降将成为问题。
[0021]本发明的目的在于，提供一种即便在工作电流密度高的情况下也能够提高发光效率的氮化物半导体发光元件。
[0022]用于解决课题的手段
[0023]本发明为一种氮化物半导体发光元件，依次具备第一 η型氮化物半导体层、第二 η型氮化物半导体层、η型电子注入层、发光层和P型氮化物半导体层，第二 η型氮化物半导体层的平均η型掺杂物浓度为第一 η型氮化物半导体层的平均η型掺杂物浓度的0.53倍以下，η型电子注入层的平均η型掺杂物浓度为第二 η型氮化物半导体层的平均η型掺杂物浓度的1.5倍以上。这是基于本发明者经过潜心研宄的结果所发现的内容，即，在采用了上述构成的情况下，即便在工作电流密度高的情况下也能够提高氮化物半导体发光元件的发光效率。
[0024]发明效果
[0025]根据本发明，可以提供即便在工作电流密度高的情况下也能够提高发光效率的氮化物半导体发光元件。
【附图说明】
[0026]图1是实施方式的氮化物半导体发光元件的示意性剖视图。
[0027]图2是从上面观察实施方式的氮化物半导体发光元件时的示意性俯视图。
[0028]图3是表示实施方式的氮化物半导体发光元件的第一 η型氮化物半导体层、第二η型氮化物半导体层、η型电子注入层、发光层以及P型氮化物半导体层的带隙能量以及η型掺杂物浓度的一例的图。
[0029]图4是实施例1的氮化物半导体发光元件的示意性剖视图。
[0030]图5是实施例2的氮化物半导体发光元件的示意性剖视图。
[0031]图6是实施例3的氮化物半导体发光元件的示意性剖视图。
[0032]图7是实施例4的氮化物半导体发光元件的示意性剖视图。
[0033]图8是实施例5的氮化物半导体发光元件的示意性剖视图。
【具体实施方式】
[0034]以下，对本发明的实施方式进行说明。另外，在本发明的附图中，假设同一参照符号表征同一部分或者相应部分。
[0035]在本说明书中，“势皇层”是指被量子阱层夹持的层。此外，未被量子阱层夹持的势皇层被记载为“最初的势皇层”或者“最后的势皇层”，与被量子阱层夹持的层相比，表述改变。
[0036]此外，在本说明书中，利用了“掺杂物浓度”这一术语、和伴随着η型掺杂物或者P型掺杂物的掺杂而产生的电子以及空穴的浓度即“载流子浓度”这一术语，其关系将在后面描述。
[0037]此外，在本说明书中，所谓“载流子气体”，是指除了 III族原料气体、V族原料气体以及掺杂物原料气体以外的气体。构成载流子气体的原子不被取入到氮化物半导体层等中。
[0038]此外，在本说明书中，所谓“未掺杂”，是指有意识地不进行掺杂，即便是未掺杂层，由于来自邻接的层的掺杂物的扩散，有时也将包含掺杂物。
[0039]此外，在本说明书中，“η型氮化物半导体层”其中可以包含在实用上不妨碍电子流动这种程度的厚度的低载流子浓度的η型层或未掺杂层。所谓“在实用上不妨碍”，指的是氮化物半导体发光元件的工作电压为实用上的水准。
[0040]此外，在本说明书中，“P侧氮化物半导体层”也可以包含在实用上不妨碍空穴流动这种程度的厚度的低载流子浓度的P型层或未掺杂层。所谓“在实用上不妨碍”，指的是氮化物半导体发光元件的工作电压为实用上的水准。
[0041]此外，在本说明书中，“AlGaN”这一表述是作为原子而含有Al、Ga以及N的意思，组成并不特别限定。关于InGaN、AlGaInN、以及AlON也相同。
[0042]此外，在本说明书中，“氮化物半导体”在理想的情况下氮(N)和其他元素(Al，Ga，In)的原子数比成为1: 1，但也有包含掺杂物的情况，此外实际上形成的物质不一定为理想的情况，因此有时原子数比将偏离1:1。此外，在本说明书中，即便是记载为AlxGa1J的情况，也并非是指仅氮(N)和其他元素(Al，Ga)的原子数比完全为1:1的情形。原子数比从1:1的偏离在本申请说明书的记载上假设将其忽略。
[0043]此外，在本说明书中，氮化物半导体中的带隙Eg(eV)与In或Al的混晶比x之间的关系假设利用的是 Joachim Piprek，“Semiconductor Optoelectric Devices”，AcademicPress，2003，p.191所记载的以下的式(I)以及(II)。
[0044]Eg (InxGa1^xN) = 1.89x+3.42 (l_x) -3.8x (l_x)...(I)
[0045]Eg(AlxGa1^xN) = 6.28x+3.42(1-χ)_1.3χ(1-χ)...(II)
[0046][氮化物半导体发光元件的构成]
[0047]在图1中示出本发明的氮化物半导体发光元件的一例即实施方式的氮化物半导体发光元件的示意性剖视图，在图2中示出从上面观察实施方式的氮化物半导体发光元件时的示意性俯视图。
[0048]实施方式的氮化物半导体发光元件具备:基板101、和依次设置在基板101上的缓冲层102、氮化物半导体基底层106、第一 η型氮化物半导体层108、第二 η型氮化物半导体层110、η型电子注入层112、发光层114、ρ型氮化物半导体层116以及ρ型氮化物半导体层 118。
[0049]在ρ型氮化物半导体层118上设置有透明电极层122，在透明电极层122上设置有P电极124。此外，在第一 η型氮化物半导体层108上设置有η电极126。进而，由透明绝缘保护膜128来覆盖氮化物半导体发光元件的表面，使得η电极126的表面的一部分以及P电极124的表面的一部分露出。
[0050][基板]
[0051]作为基板101，例如能够利用蓝宝石、GaN、SiC、Si或ZnO等的基板。基板101的厚度并不特别限定，但优选氮化物半导体层生长时的基板101的厚度为900 μπι以上且1200 μm，优选氮化物半导体发光元件使用时的基板101的厚度为50 μ m以上且300 μπι以下。
[0052]此外，在基板101的上表面，也可以形成具有凸部1la以及凹部1lb的凹凸形状，上表面的至少一部分也可以为平坦。