CN102760807A - 氮化物半导体发光二极管元件 - Google Patents
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Abstract
本发明的氮化物半导体发光二极管元件包括：n型氮化物半导体层；p型氮化物半导体层；以及在n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间设置的有源层，有源层具有量子阱层；以及与p型氮化物半导体层相连的阻挡层的多重量子阱结构，阻挡层由AlGaN层和GaN层的二层结构构成，阻挡层的AlGaN层与量子阱层的p型氮化物半导体层一侧相连。
Description
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光二极管元件。
背景技术
以往，在氮化物半导体发光二极管元件等氮化物半导体发光元件的有源层(active layer)中，为了确保氮化物半导体发光元件的高发光效率，采用将量子阱层和阻挡层(barrier layer)交替层叠的多重量子阱层结构。
例如，在专利文献1(特开2007-201146号公报)中，记载了在由多重量子阱结构构成的有源层的阻挡层中采用了AlGaN层的氮化物半导体发光元件。
在专利文献1中，通过采用由AlGaN构成的阻挡层，能够缓和有源层中的量子阱层的应力，而且由于能够通过减薄由AlGaN构成的阻挡层的厚度而向有源层高效率地提供电子和空穴，所以使氮化物半导体发光元件的发光效率提高。
发明内容
作为氮化物半导体发光元件的共同的课题，可举出在将大电流密度的电流注入到有源层的情况下，氮化物半导体发光二极管元件的发光效率降低的光效下降现象(droop phenomenon)。
作为产生光效下降现象的理由，可举出由于电子和空穴的扩散距离的差异所引起的电子向p型氮化物半导体层的溢流(overflow)。另外，还可举出由于载流子在多重量子阱结构的有源层的厚度方向上没有均匀地分配而局部存在于有源层的p型氮化物半导体层一侧，使得该部分的载流子密度局部地升高，所以光效下降现象增强。
但是，近些年来，由于在LED照明等用途中，以大电流密度驱动的氮化物半导体发光二极管元件的需要不断提高，所以对即使在以大电流密度驱动的情况下，也能够抑制由光效下降现象引起的发光效率降低的氮化物半导体发光二极管元件的期望强烈。
鉴于上述事实，本发明的目的在于提供在向有源层注入了大电流密度的电流的情况下，能够抑制发光效率的降低的氮化物半导体发光二极管元件。
根据本发明的第1方案，提供氮化物半导体发光二极管元件，包括：n型氮化物半导体层；p型氮化物半导体层；和设置在n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间的有源层，有源层具有包含量子阱层和与p型氮化物半导体层的阻挡层相连的多重量子阱结构，阻挡层由AlGaN层和GaN层的二层结构构成，阻挡层的AlGaN层与量子阱层的p型氮化物半导体层一侧相连，AlGaN层中的Al原子的含量为10原子％以上。
这里，在本发明第1方案的氮化物半导体发光二极管元件中，AlGaN层的厚度优选为1nm以上4nm以下。
根据本发明的第2方案，能够提供氮化物半导体发光二极管元件，包括：n型氮化物半导体层；p型氮化物半导体层；和设置在n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间的有源层，有源层具有包含量子阱层、包含与量子阱层的n型氮化物半导体层一侧相连的InGaN层的第1阻挡层、以及包含与量子阱层的p型氮化物半导体层一侧相连的AlGaN的第2阻挡层的多重量子阱结构。
这里，在本发明第2方案的氮化物半导体发光二极管元件中，第1阻挡层的InGaN层的厚度优选为1nm以上4nm以下。
另外，在本发明第2方案的氮化物半导体发光二极管元件中，优选量子阱层包含In，第1阻挡层的InGaN层中的In原子的含量少于量子阱层中的In原子的含量。
另外，在本发明第2方案的氮化物半导体发光二极管元件中，优选第1阻挡层的InGaN层中的In原子的含量为量子阱层中的In原子的含量的0.3倍以上0.7倍以下。
另外，在本发明第2方案的氮化物半导体发光二极管元件中，优选第2阻挡层AlGaN层的厚度为1nm以上4nm以下。
根据本发明的第3方案，能够提供氮化物半导体发光二极管元件，包括：n型氮化物半导体层；p型氮化物半导体层；和设置在n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间的有源层，有源层具有包含量子阱层、以及与p型氮化物半导体层相连的阻挡层的多重量子阱结构，阻挡层由AlGaN层和GaN的二层结构构成，阻挡层的AlGaN层与量子阱层的p型氮化物半导体层一侧相连，AlGaN层包含Mg和In中的至少一种。
这里，在本发明第3方案的氮化物半导体发光二极管元件中，优选AlGaN层的Mg浓度为1×1018/cm3以上1×1020/cm3以下。
另外，在本发明第3方案的氮化物半导体发光二极管元件中，优选AlGaN层的In原子的含量为0.01原子％以上5原子％以下。
另外，在本发明第3方案的氮化物半导体发光二极管元件中，优选AlGaN层的厚度为1nm以上4nm以下。
另外，根据本发明的第4方案，能够提供氮化物半导体发光二极管元件，包括：n型氮化物半导体层；p型氮化物半导体层；和设置在n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间的有源层，有源层具有包含量子阱层、由GaN层的单层构成的第1阻挡层、以及由AlGaN层和GaN层的二层结构构成的第2阻挡层的多重量子阱结构，量子阱层包含：在量子阱层中配置在最靠近n型氮化物半导体层的位置的第1量子阱层；和在量子阱层中配置在最靠近p型氮化物半导体层的位置的第2量子阱层，在第1量子阱层的p型氮化物半导体层一侧以及第2量子阱层的p型氮化物半导体层一侧分别设置第1阻挡层，与第2阻挡层相连地形成第1量子阱层和第2量子阱层以外的量子阱层。
另外，在本发明第1方案-第4方案的氮化物半导体发光二极管元件中，多重量子阱结构的周期数优选为6以上20以下。
而且，在本发明第1方案-第4方案的氮化物半导体发光二极管元件中，优选n型氮化物半导体层、p型氮化物半导体层、和有源层分别以c面为主面。
根据本发明，能够提供氮化物半导体发光二极管元件，能够抑制在将大电流密度的电流注入到有源层中的情况下发光效率的降低。
本发明的上述以及其它目的、特征、局面以及优点，从与附图相关联地理解的有关本发明的下面的详细说明中而更清楚。
附图说明
图1是实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件的示意性剖面图。
图2～图5是图示实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件的一例制造方法的一部分制造工序的示意性剖面图。
图6是实施方式2的氮化物半导体发光二极管元件的示意性剖面图。
图7是实施方式3的氮化物半导体发光二极管元件的示意性剖面图。
图8是实施方式4的氮化物半导体发光二极管元件的示意性剖面图。
图9～图15是图示实施例1的氮化物半导体发光二极管元件的一例制造方法的一部分制造工序的示意性剖面图。
图16是实施例1的氮化物半导体发光二极管元件的示意性剖面图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行说明。再有，在本发明的附图中，相同的参考标号表示相同的部分或相当的部分。
<实施方式1>
图1中图示作为本发明的氮化物半导体发光二极管元件的一个例子的实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件的适宜性剖面图。其中，实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件包括：基板1；n型氮化物半导体层2，设置在基板1上；有源层3，设置在n型氮化物半导体层2上；p型氮化物半导体层4，设置在有源层3上；透明导电层5，设置在p型氮化物半导体层4上；n侧电极6，设置在透明导电层5上；n侧电极层7，设置在n型氮化物半导体层2上。
这里，有源层3设置在n型氮化物半导体层2和p型氮化物半导体层4之间，具有从n型氮化物半导体层2一侧交替地层叠(stack)量子阱层11和阻挡层12的结构。有源层3具有包含多个量子阱层11的多重量子阱结构。
另外，阻挡层12由AlGaN层12a、在AlGaN层12a上设置的GaN层12b的二层结构形成，有源层3的最上层的阻挡层12的GaN层12b与p型氮化物半导体层4相连。另一方面，成为有源层3的最下层的量子阱层11与n型氮化物半导体层2相连，在最下层的量子阱层11的p型氮化物半导体层4一侧的表面上相连阻挡层12的AlGaN层12a。即，在有源层3中，具有从n型氮化物半导体层2一侧到p型氮化物半导体层4一侧，将量子阱层11、AlGaN层12a、和GaN层12b以该顺序反复层叠的结构。
下面，参照图2-图5的示意性剖面图，说明实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件的一例制造方法。首先，如图2所示，在基板1上层叠n型氮化物半导体层2。这里，n型氮化物半导体层2例如可以通过MOCVD(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition：金属有机化学气相沉积)法等形成在基板1上。
作为基板1，例如可以采用蓝宝石(Al2O3)基板、GaN自支承基板、SiC基板、尖晶石(MgAl2O4)基板或ZnO基板等。
作为n型氮化物半导体层2，例如可以采用在以Alx1Gay1Inz1N(0≤x1≤1、0≤y1≤1、0≤z1≤1、x1+y1+z1≠0)式表示的氮化物半导体中掺杂了Si等n型掺杂物的氮化物半导体晶体等。n型氮化物半导体层2不限定于单层，例如也可以是低温缓冲层、未掺杂层以及超晶格层等的组成和/或n型掺杂物的掺杂浓度不同的多个层。再有，在n型氮化物半导体层2其一部分中包含未掺杂层的情况下，n型氮化物半导体层2整体上显示n型导电性即可。
接下来，如图3所示，在n型氮化物半导体层2上层叠有源层3。这里，有源层3可以例如通过MOCVD法等，在n型氮化物半导体层2上以量子阱层11、AlGaN层12a和GaN层12b的顺序反复层叠它们而形成。
作为量子阱层11，例如可以采用以Alx2Gay2Inz2N(0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤z2≤1，x2+y2+z2≠0)式表示的氮化物半导体晶体等，尤其优选采用以Gay2Inz2N(0＜y2＜1，0＜z2＜1，y2+z2＜1)式表示的氮化物半导体晶体。
作为AlGaN层12a，采用以Alx3Gay3N(0.1≤x3＜1，0＜y3＜1，x3+y3≠0)式表示的氮化物半导体晶体。即，AlGaN层12a的Al原子的含量为10原子％以上。
再有，AlGaN层12a和GaN层12b的带隙分别比量子阱层11的带隙大，AlGaN层12a的带隙比GaN层12b的带隙大。
接下来，如图4所示，在有源层3上层叠p型氮化物半导体层4，在p型氮化物半导体层4上层叠透明导电层5。这里，p型氮化物半导体层4例如可以通过MOCVD法等在有源层3上形成。另外，透明导电层5例如可以通过溅射法等形成在p型氮化物半导体层4上。
作为p型氮化物半导体层4，例如可用采用在以Alx5Gay5Inz5N(0≤x5≤1，0≤y5≤1，0≤z5≤1，x5+y5+z5≠0)式表示的氮化物半导体中掺杂了Mg等p型掺杂物(dopant)的氮化物半导体晶体等。
作为透明导电层5，例如可以采用ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)等透明导电膜。
接下来，如图5所示，通过对n型氮化物半导体层2、有源层3、p型氮化物半导体层4和透明导电层5的各自的一部分进行光刻，使n型氮化物半导体层2的表面露出。
接下来，如图1所示，在透明导电层5的表面上形成p侧电极6的同时，在n型氮化物半导体层2的露出表面上形成n侧电极7。这里，作为p侧电极6，例如可以采用在透明导电层5的表面上以Ti层、Al层和Au的顺序层叠它们等方式。另外，作为n侧电极7，例如可以采用在n型氮化物半导体层2的露出表面上以Ti层、Al层和Au层的顺序层叠它们等方式。
通过上述步骤，制造图1中示出的实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件。
在实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件中，与有源层3的量子阱层11的p型氮化物半导体层4一侧的表面相连的阻挡层12的AlGaN层12a的Al原子的含量为10原子％以上。由此使量子阱层11和AlGaN层12a之间的导带间能量差大，能够抑制注入到有源层3中的电子向p型氮化物半导体层4的溢流。另一方面，注入到有源层3中的空穴可以从量子阱层11的价电子带到AlGaN层12a的价电子带，通过作为这里间的能带的GaN层12b的价电子带移动到n型氮化物半导体层2一侧，所以比电子容易移动到有源层3中，能够将有源层3中相对于电子的空穴的扩散距离增长。因此，在实施方式1中，与没有形成AlGaN层12a的情况相比，能够缩小有源层3中电子与空穴之间的扩散距离的差异，所以不仅能够抑制电子向p型氮化物半导体层4的溢流，还能够在具有多重量子阱结构的有源层3的厚度方向上均匀地分配载流子，从而抑制载流子局部存在于有源层3的p型氮化物半导体层4一侧。
根据上面的理由，在实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件中，即使在用大电流密度驱动的情况下，也能够抑制光效下降现象引起的发光效率的降低，所以能够抑制在大电流密度的电流注入到了有源层3中的情况下的氮化物半导体发光二极管元件的发光效率的降低。
在图1中示出的实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件中，优选AlGaN层12a的厚度t1为1nm以上4nm以下。在AlGaN层12a的厚度t1为1nm以上4nm以下的情况下，空穴变得容易穿过AlGaN层12a，从而使空穴变得容易扩散到有源层3的内部，所以能够提高载流子向有源层3分配的均匀性，具有能够进一步抑制光效下降现象引起的发光效率降低的倾向。
另外，优选有源层3的多重量子阱结构的周期数为6以上20以下。在有源层3的多重量子阱结构的周期数为6以上的情况下，在有源层3的厚度方向上能够均匀分配载流子的倾向变大。另外，在有源层3的多重量子阱结构的周期数为20以下的情况下，具有有源层3的厚度与载流子的扩散长度相比也不会变得过厚的倾向。因此，在有源层3的多重量子阱结构的周期数优选为6以上20以下的情况下，能够进一步抑制光效下降现象引起的发光效率的降低。
再有，在分别使n型氮化物半导体层2、有源层3、和p型氮化物半导体层4的c面成为主面(生长面)的情况下，在氮化物半导体发光二极管元件中产生的压电电场妨碍空穴的输送。但是，在实施方式1的氮化物半导体发光二极管元件中，即使在产生这样的压电电场情况下，在能够实现高的发光效率这方面也是有用的。
<实施方式2>
图6中图示了作为本发明的氮化物半导体发光二极管元件的一例的实施方式2的氮化物半导体发光二极管元件的示意性剖面图。这里，实施方式2的氮化物半导体发光二极管元件的特征在于，有源层3的结构与实施方式1不同。
即，在实施方式2的氮化物半导体发光二极管元件的有源层3中，从n型氮化物半导体层2一侧，以量子阱层11、AlGaN层12c、GaN层12d和InGaN层12e的顺序反复层叠，形成以GaN层12d结束层叠的多重量子阱结构。
另外，InGaN层12e与位于有源层3的最下层的量子阱层11以外的量子阱层11的n型氮化物半导体层2一侧的表面相连，AlGaN层12c与p型氮化物半导体层4的表面相连。
在实施方式2的氮化物半导体发光二极管元件中，配置氮化物半导体层(以InGaN层12e、GaN层12d和AlGaN层12c的顺序设置)，使得在作为有源层3的最下层的阻挡层12中，从量子阱层11一侧到n型氮化物半导体层2一侧，带隙逐渐变大。
从而，空穴从量子阱层11向阻挡层12扩散时，可以从量子阱层11的价电子带到AlGaN层12c的价电子带，通过作为逐渐变大的两级的中间能带的InGaN层12e和GaN层12d的价电子带，移动到n型氮化物半导体层2一侧，所以能够比电子容易移动到有源层3中，能够将有源层3中空穴相对于电子的扩散距离增长。
因此，即使在实施方式2的氮化物半导体发光二极管元件中，不仅能够抑制电子向p型氮化物半导体层4的溢流，还能够在具有多重量子阱结构的有源层3的厚度方向上均匀地分配载流子，从而抑制载流子局部存在于有源层3的p型氮化物半导体层4一侧，所以能够抑制光效下降现象引起的发光效率的降低。
另外，与量子阱层11相连的AlGaN层12c的厚度t2优选为1nm以上4nm以下。在该情况下，由于能够使与量子阱层11相连的AlGaN层12c的厚度变得充分地薄，所以能够防止在与量子阱层11相连的阻挡层12上形成的量子阱层11的结晶性的恶化。
另外，在量子阱层11由包含In的氮化物半导体晶体构成的情况下，优选阻挡层12的InGaN层12e中的In原子的含量比量子阱层11中的In原子的含量少，优选阻挡层12的InGaN层12e中的In原子的含量为量子阱层11中的In原子的含量的0.3倍以上7倍以下。在该情况下，通过设置了InGaN层12e和GaN层12d的两级的中间能带，具有能够进一步提高光效下降现象引起的发光效率的降低的抑制效果的倾向。
另外，优选与量子阱层11相连的InGaN层12e的厚度t3为1nm以上4nm以下。在该情况下，由于能够使与量子阱层11相连的InGaN层12e的厚度充分地薄，所以能够防止在与量子阱层11相连的阻挡层12上形成的量子阱层11的结晶性的恶化。
作为AlGaN层12c，例如可用采用以Alx6Gay6Inz6N(0≤x6≤1，0≤y6≤1，0≤z6≤1，x6+y6+z6≠0)式表示的氮化物半导体晶体等。
作为InGaN层12e，例如可以采用用Gay8Inz8N(0＜y8＜1，0＜z8＜1，y8+z8＜1)式表示的氮化物半导体晶体等。
由于本实施方式的上述以外的说明与实施方式1相同，所以省略对其的说明。
<实施方式3>
图7中示出了作为本发明的氮化物半导体发光二极管元件的一个例子的实施方式3的氮化物半导体发光二极管元件的示意性剖面图。这里，实施方式3的氮化物半导体发光二极管元件的特征在于，采用由含Mg和In中的至少一种的AlGaN层12f、GaN层12b的二层结构构成的阻挡层42作为具有多重量子阱结构的有源层3的阻挡层。
即，实施方式3的氮化物半导体发光二极管元件的有源层3具有从n型氮化物半导体层2一侧，以量子阱层11、AlGaN层12f和GaN层12b的顺序反复层叠的多重量子阱结构。这里，作为有源层3的最下层的量子阱层11与n型氮化物半导体层2相连，有源层3的最上层的阻挡层42的GaN层12b与p型氮化物半导体层4相连。另外，阻挡层42的AlGaN层12f与该阻挡层42上的量子阱层11的p型氮化物半导体层4一侧的表面相连。
在采用包含In的氮化物半导体层结晶作为量子阱层11的情况下，为了抑制In从量子阱层11的蒸发，有必要使AlGaN层12f在低温(例如700℃-800℃)下生长。在这样的低温下使氮化物半导体晶体生长的情况下，难以得到平坦的生长表面，但是对于含Mg和In中的至少一种的AlGaN层12f，即使在这样的低温(例如700℃-800℃)下生长的情况下也有得到平坦的生长表面的倾向。这是因为在AlGaN层的生长中包含Mg和In中的至少一种从而促进了AlGaN层的二维生长。
即使在实施方式3的氮化物半导体发光二极管元件的有源层3中，也与实施方式1相同，由于采用由AlGaN层12f和GaN层12b的二层结构构成的阻挡层42，所以能够将有源层3中空穴对于电子的扩散距离增长。
因此，即使在实施方式3的氮化物半导体发光二极管元件中，不仅能够抑制电子向p型氮化物半导体层4的溢流，还能够在具有多重量子阱结构的有源层3的厚度方向上均匀地分配载流子，从而抑制载流子局部存在于有源层3的p型氮化物半导体层4一侧，所以能够抑制光效下降现象引起的发光效率的降低。
这里，在AlGaN层12f含Mg的情况下，优选AlGaN层12f的Mg浓度在1×1018/cm3以上1×1020/cm3以下。AlGaN层12f的Mg浓度在1×1018/cm3以上的情况下，由于Mg起到表面活性剂的作用，所以即使在低温下生长AlGaN层12f的情况下，也使得到具有平坦表面的AlGaN层12f的倾向变大。另外，在AlGaN层12f的Mg浓度在1×1020/cm3以上的情况下，由于使AlGaN层12f的结晶性恶化，所以优选在其以下。
另外，在AlGaN层12f含In的情况下，优选AlGaN层12f的In原子的含量在0.01原子％以上5原子％以下。在AlGaN层12f的In原子的含量在0.01原子％以上的情况下，由于In具有表面活性剂的功能，所以即使在低温下生长AlGaN层12f的情况下，也使得到具有平坦表面的AlGaN层12f的倾向变大。另外，在AlGaN层12f的In原子含量在5原子％以下的情况下，由于没有使AlGaN层12f的带隙过小，所以具有能够进一步抑制光效下降现象引起的发光效率的降低的倾向。
再有，在本说明书中，所谓AlGaN层的In原子的含量为0.01原子％以上5原子％以下，是指以AlGaN层的Al、Ga、和In的总原子数为100时的In原子数的比率为0.01以上5以下。
另外，优选与量子阱层11的p型氮化物半导体层4一侧的表面相连的AlGaN层12f的厚度t4为1nm以上4nm以下。在该情况下，由于能够提高载流子向有源层3分配的均匀性，所以具有能够进一步抑制光效下降现象引起的发光效率的降低的倾向。
作为AlGaN层12f，例如可以采用以Gax9Inz9N(0＜x9＜1，0＜y9＜1，x9+y9＜1)式表示的氮化物半导体晶体等。
本实施方式的除上述以外的说明与实施方式1相同，所以省略对其的说明。
<实施方式4>
图8是作为本发明的氮化物半导体发光二极管元件的实施方式4的一例氮化物半导体发光二极管元件的示意性剖面图。这里，实施方式4的氮化物半导体发光二极管元件的特征在于，有源层3的结构与实施方式1-3不同。
即，实施方式4的氮化物半导体发光二极管元件的有源层3从n型氮化物半导体层2一侧，以量子阱层11、第1阻挡层52a、量子阱层11、和第2阻挡层52b的顺序反复层叠，形成由第1阻挡层52a结束层叠的多重量子阱结构。这里，第1阻挡层52a由GaN层的单层构成，第2阻挡层52b由AlGaN层12a、AlGaN层12a上设置的GaN层12b的二层结构构成。另外，作为有源层3的最下层的量子阱层11与n型氮化物半导体层2相连，作为有源层3的最上层的第1阻挡层52a与p型氮化物半导体层4相连。
另外，在实施方式4的氮化物半导体发光二极管元件中，在构成有源层3的量子阱层11中，在配置于距n型氮化物半导体层2最近的位置的量子阱层11的p型氮化物半导体层4一侧，设置第1阻挡层52a。另外，在实施方式4的氮化物半导体发光二极管元件中，在构成有源层3的量子阱层中，在配置于距p型氮化物半导体层4最近的位置的量子阱层11的p型氮化物半导体层4一侧，设置第1阻挡层52a。并且，配置于距n型氮化物半导体层2最近的位置的量子阱层11和配置于距p型氮化物半导体层4最近的位置的量子阱层11以外的量子阱层11，与第2阻挡层52b相连地形成。
因此，在实施方式4的氮化物半导体发光二极管元件中，由AlGaN层12a和AlGaN层12b的二层结构构成的第2阻挡层52b，没有设置在有源层3的厚度方向上的n型氮化物半导体层2一侧的端部和p型氮化物半导体层4一侧的端部上，而设置在有源层3的内部。因此，在有源层3的内部发现了使上述有源层3中电子和空穴的扩散距离的差异变小的效果，能够在有源层3的厚度方向的中央部聚集电子和空穴。
由此，即使在实施方式4的氮化物半导体发光二极管元件中，不仅能够抑制电子向p型氮化物半导体层4的溢流，由于在具有多重量子阱结构的有源层3的厚度方向上均匀地分配载流子而抑制载流子局部存在于有源层3的p型氮化物半导体层4一侧上，所以还能够抑制光效下降现象引起的发光效率的降低。
再有，可以采用与构成第2阻挡层52b的一部分的GaN层12b相同的层，作为构成第1阻挡层52a的GaN层。
本实施方式的除上述以外的说明与实施方式1相同，所以省略对其的说明。
实施例1
下面，参照图9～图16的示意性剖面图，说明实施例1的氮化物半导体发光二极管元件的一例制造方法。首先，如图9所示，准备蓝宝石基板21，将蓝宝石基板21设置在MOCVD装置内。然后，通过将设置在MOCVD装置内的蓝宝石基板21在氢气氛下加热到1000℃，进行蓝宝石基板21的表面的热清洗。
接下来，如图10所示，使蓝宝石基板21的温度降低到500℃，通过向MOCVD装置内供给TMG(三甲基镓)气体和NH3(氨)气体，在蓝宝石基板21的表面上使低温缓冲层22生长到20nm的厚度。
接下来，如图10所示，使蓝宝石基板21的温度上升到1000℃，通过向MOCVD装置内供给TMG气体和NH3气体，在低温GaN缓冲层22的表面上使未掺杂的GaN层23生长到2μm的厚度。
接下来，如图11所示，将蓝宝石基板21的温度一直维持在1000℃，通过向MOCVD装置内供给TMG气体、NH3气体和SiH4(硅烷)气体，在未掺杂GaN层23的表面上使高度掺杂n型GaN层24生长到3μm的厚度。这里，向MOCVD装置内供给SiH4气体，使得高度掺杂n型GaN层24中的Si浓度为7×1018/cm3。
接下来，使蓝宝石基板21的温度降低到700℃，如图12所示，通过向MOCVD装置内供给TMG气体、NH3气体和TMI(三甲基铟)气体，在高度掺杂n型GaN层24上使由In0.2Ga0.8N构成的量子阱层61生长到2.5nm的厚度。然后，通过向MOCVD装置内供给TMG气体、NH3气体和TMA(三甲基铝)气体，在量子阱层61上使Al0.1Ga0.9N层生长到2nm的厚度。其后，通过向MOCVD装置内供给TMG气体和NH3气体，在Al0.1Ga0.9N层上使GaN层生长到6nm的厚度。由此，在量子阱层61上形成由AlGaN层和GaN层的层叠体构成的阻挡层62。
这样，通过在高度掺杂n型GaN层24上交替地六个周期地重复生长量子阱层61和阻挡层62，形成有源层25。
接下来，使蓝宝石基板21的温度上升到950℃，通过向MOCVD装置内供给TMA气体、TMG气体、NH3气体和CP2Mg(双环戊二烯镁)气体，在阻挡层62上使Al0.2Ga0.8N层生长到20nm的厚度，其后，通过供给TMG气体、NH3气体和CP2Mg气体，在p型Al0.2Ga0.8N层上使p型GaN层生长到100nm的厚度。由此，如图13所示，在有源层25上生长由p型Al0.2Ga0.8N层和p型GaN的层叠体构成的p型氮化物半导体层26。
接下来，使蓝宝石基板21的温度降低到室温之后，从MOCVD装置中取出直至形成了p型氮化物半导体层26的蓝宝石基板21，将其设置在溅射装置内。
接下来，如图14所示，在p型氮化物半导体层26的表面上，通过溅射法，将由ITO构成的透明导电层27形成至200nm的厚度。
接下来，在透明导电层27的表面的一部分上通过光刻技术形成了掩模之后，通过进行RIE(Reactive Ion Etching：反应离子刻蚀)，如图15所示，除去透明导电层27、p型氮化物半导体层26、有源层25和高度掺杂n型GaN层24的各自的一部分，使高度掺杂n型GaN层24的表面露出。
其后，如图16所示，在透明导电层27和高度掺杂n型GaN层24的露出表面上，通过以Ti层、Al层、和Au层的顺序分别进行层叠，在透明导电层27上形成p侧焊盘电极(pad electrode)28，在高度掺杂n型GaN层24的露出表面上形成n侧焊盘电极29。通过上面的步骤，完成实施例1的氮化物半导体发光二极管元件。
另外，作为比较，除了不形成厚度2nm的Al0.1Ga0.9N层而仅以6nm的GaN层作为阻挡层以外，与实施例1的氮化物半导体发光二极管元件同样，制作比较例1的氮化物半导体发光二极管元件。
如上所述制作的实施例1的氮化物半导体发光二极管元件中，与比较例1的氮化物半导体发光二极管元件相比，如上所述，能够将空穴的扩散长度对于电子的扩散长度相对地增长。
因此，在实施例1的氮化物半导体发光二极管元件中，由于能够使峰值电流位置移动到大电流侧，所以能够抑制向有源层注入了大电流密度的电流的情况下的发光效率的降低。
实施例2
除了使实施例1的氮化物半导体发光二极管元件的最上层的阻挡层62为厚度2nm的Al0.1Ga0.9N层和厚度4nm的GaN层的二层结构，将最上层的阻挡层62以外的阻挡层62改变为从高度掺杂n型GaN层24一侧，厚度2nm的Al0.1Ga0.9N层、厚度4nm的GaN层、和厚度2nm的In0.1Ga0.9N层的三层结构以外，与实施例1相同，制作实施例2的氮化物半导体发光二极管元件。
另外，作为比较，除了不形成厚度2nm的Al0.1Ga0.9N层和厚度2nm的In0.1Ga0.9N层而仅以厚度6nm的GaN层作为阻挡层以外，与实施例2的氮化物半导体发光二极管元件相同，制作比较例2的氮化物半导体发光二极管元件。
如上所述制作的实施例2的氮化物半导体发光二极管元件中，与比较例2的氮化物半导体发光二极管元件相比，如上所述，能够使空穴的扩散长度对于电子的扩散长度相对地增长。
因此，在实施例2的氮化物半导体发光二极管元件中，由于能够使峰值电流位置移动到大电流侧，所以能够抑制向有源层注入了大电流密度的电流的情况下的发光效率的降低。
实施例3
除了在实施例1的氮化物发光二极管元件的阻挡层62的厚度2nm的Al0.1Ga0.9N层中用CP2Mg气体掺杂Mg到5×1018/cm3的浓度以外，与实施例1相同，制作实施例3的氮化物半导体发光二极管元件。
另外，作为比较，除了不形成厚度2nm的Al0.1Ga0.9N层而仅以厚度6nm的GaN层作为阻挡层以外，与实施例3的氮化物半导体发光二极管元件相同，制作比较例3的氮化物半导体发光二极管元件。
如上所述制作的实施例3的氮化物半导体发光二极管元件中，与比较例3的氮化物半导体发光二极管元件相比，如上所述，能够使空穴的扩散长度对于电子的扩散长度相对地增长。
因此，在实施例3的氮化物半导体发光二极管元件中，由于能够使峰值电流位置移动到大电流侧，所以能够抑制向有源层注入了大电流密度的电流的情况下的发光效率的降低。
实施例4
除了在实施例1的氮化物半导体发光二极管元件的阻挡层62的厚度2nm的Al0.1Ga0.9N层中添加In而使Al0.1Ga0.9N层的In原子的含量为0.5原子％以外，与实施例1相同，制作实施例4的氮化物半导体发光二极管元件。
另外，作为比较，除了不形成厚度2nm的Al0.1Ga0.9N层而仅以厚度6nm的GaN层作为阻挡层以外，与实施例4的氮化物半导体发光二极管元件相同，制作比较例4的氮化物半导体发光二极管元件。
如上所述制作的实施例4的氮化物半导体发光二极管元件中，与比较例4的氮化物半导体发光二极管元件相比，如上所述，能够使空穴的扩散长度对于电子的扩散长度相对地增长。
因此，在实施例4的氮化物半导体发光二极管元件中，由于能够使峰值电流位置移动到大电流侧，所以能够抑制向有源层注入了大电流密度的电流的情况下的发光效率的降低。
本发明的氮化物半导体发光二极管元件，可以用于在照明等中使用的大电流驱动的发光二极管元件。
本次公开的实施方式和实施例，在所有方面是例示而不应该被认为是限制性的。本发明的范围不由上述的说明而由权利要求的范围来表示，意味着包含与权利要求请求的范围均等的意思以及范围的全部变化。
Claims (14)
1.一种氮化物半导体发光二极管元件，包括：
n型氮化物半导体层；
p型氮化物半导体层；和
设置在所述n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间的有源层，
所述有源层具有包含量子阱层和与所述p型氮化物半导体层相连的阻挡层的多重量子阱结构，
所述阻挡层由AlGaN层和GaN层的二层结构构成，
所述阻挡层的所述AlGaN层与所述量子阱层的所述p型氮化物半导体层一侧相连，
所述AlGaN层中的Al原子的含量为10原子％以上。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述AlGaN层的厚度为1nm以上4nm以下。
3.一种氮化物半导体发光二极管元件，包括：
n型氮化物半导体层；
p型氮化物半导体层；和
设置在所述n型氮化物半导体层和所述p型氮化物半导体层之间的有源层，
所述有源层具有包含量子阱层、包含与量子阱层的n型氮化物半导体层一侧相连的InGaN层的第1阻挡层、以及包含与量子阱层的p型氮化物半导体层一侧相连的AlGaN的第2阻挡层的多重量子阱结构。
4.如权利要求3所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述第1阻挡层的所述InGaN层的厚度为1nm以上4nm以下。
5.如权利要求3所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述量子阱层包含In，
所述第1阻挡层的所述InGaN层中的In原子的含量少于所述量子阱层中的In原子的含量。
6.如权利要求5所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述第1阻挡层的所述InGaN层中的所述In原子的含量为所述量子阱层中的所述In原子的含量的0.3倍以上0.7倍以下。
7.如权利要求3所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述第2阻挡层的所述AlGaN层的厚度为1nm以上4nm以下。
8.一种氮化物半导体发光二极管元件，包括：
n型氮化物半导体层；
p型氮化物半导体层；和
设置在所述n型氮化物半导体层和所述p型氮化物半导体层之间的有源层，
所述有源层具有包含量子阱层、以及与p型氮化物半导体层相连的阻挡层的多重量子阱结构，
所述阻挡层由AlGaN层和GaN的二层结构构成，
所述阻挡层的所述AlGaN层与所述量子阱层的所述p型氮化物半导体层一侧相连，
所述AlGaN层包含Mg和In中的至少一种。
9.如权利要求8所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述AlGaN层的Mg浓度为1×1018/cm3以上1×1020/cm3以下。
10.如权利要求8所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述AlGaN层的In原子的含量为0.01原子％以上5原子％以下。
11.如权利要求8所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述AlGaN层的厚度为1nm以上4nm以下。
12.一种氮化物半导体发光二极管元件，包括：
n型氮化物半导体层；
p型氮化物半导体层；和
设置在所述n型氮化物半导体层和所述p型氮化物半导体层之间的有源层，
所述有源层具有包含量子阱层、由GaN层的单层构成的第1阻挡层、以及由AlGaN层和GaN层的二层结构构成的第2阻挡层的多重量子阱结构，
所述量子阱层包含：在所述量子阱层中配置在最靠近所述n型氮化物半导体层的位置的第1量子阱层；和在所述量子阱层中配置在最靠近所述p型氮化物半导体层的位置的第2量子阱层，
在所述第1量子阱层的所述p型氮化物半导体层一侧以及所述第2量子阱层的所述p型氮化物半导体层一侧分别设置所述第1阻挡层，与所述第2阻挡层相连地形成所述第1量子阱层和所述第2量子阱层以外的所述量子阱层。
13.如权利要求1所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述多重量子阱结构的周期数为6以上20以下。
14.如权利要求1所述的氮化物半导体发光二极管元件，
所述n型氮化物半导体层、所述p型氮化物半导体层、和所述有源层分别以c面为主面。
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