半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種沿c軸方向使活性層生長而形成的峰值發(fā)光波長為530nm以上的半導(dǎo)體發(fā)光元件，與以往相比提高其發(fā)光效率。半導(dǎo)體發(fā)光元件的峰值發(fā)光波長為530nm以上，其具有n型半導(dǎo)體層、形成于n型半導(dǎo)體層的上層的由具有不同帶隙的多個氮化物半導(dǎo)體的層疊體構(gòu)成的超晶格層、形成于超晶格層的上層的活性層和形成于活性層的上層的p型半導(dǎo)體層?；钚詫邮菍⒂蒊nX1Ga1?X1N(0≤X1≤0.01)構(gòu)成的第一層、由InX2Ga1?X2N(0.2<X2<1)構(gòu)成的第二層及由AlY1Ga1?Y1N(0<Y1<1)構(gòu)成的第三層層疊、且至少周期性地形成有第一層及第二層而成的。
【專利說明】
半導(dǎo)體發(fā)光元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件，特別是涉及峰值發(fā)光波長顯示530nm以上的半導(dǎo)體發(fā)光元件。此外，本發(fā)明涉及這樣的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，正在進(jìn)行使用了具有可見光區(qū)域的發(fā)光波長的LED的放映機或醫(yī)療用檢查裝置的開發(fā)。作為具有可見光區(qū)域的發(fā)光波長的LED，以往主要使用GaP系的化合物半導(dǎo)體。但是GaP系的化合物半導(dǎo)體是能帶結(jié)構(gòu)為間接躍迀型半導(dǎo)體，由于躍迀概率低，所以發(fā)光效率的提高困難。正在進(jìn)行使用了直接躍迀型半導(dǎo)體即氮化物半導(dǎo)體系的材料的可見光區(qū)域的LED的開發(fā)。
[0003]關(guān)于可見光區(qū)域的發(fā)光，已知特別是530nm以上的波長區(qū)域難以高效率化，發(fā)光效率顯著降低。圖15是表示峰值發(fā)光波長與內(nèi)部量子效率的關(guān)系的圖表，橫軸與峰值發(fā)光波長對應(yīng)，縱軸與內(nèi)部量子效率(IQE)對應(yīng)。根據(jù)圖15，能夠確認(rèn)若峰值發(fā)光波長超過520nm則內(nèi)部量子效率急劇降低。像這樣內(nèi)部量子效率降低的波長區(qū)域被稱為“綠光能隙區(qū)域”，不論是GaP系或氮化物半導(dǎo)體系，在所述波長區(qū)域中效率降低都成為問題。因此，要求在該綠光能隙區(qū)域中提尚內(nèi)部量子效率而提尚發(fā)光效率。
[0004]特別是在530nm以上的波長區(qū)域中發(fā)光效率降低的理由之一可列舉出:起因于壓電電場的活性層內(nèi)的電子與空穴的再結(jié)合概率的降低。關(guān)于這一點，列舉出氮化物半導(dǎo)體為例進(jìn)行說明。
[0005]GaN或AlGaN等氮化物半導(dǎo)體具有纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)(六方晶結(jié)構(gòu))。纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的面以四指數(shù)標(biāo)記(六方晶指數(shù))、使用al、a2、a3及c所示的基本矢量來表示晶體面、取向。基本矢量c沿
[0001]方向延長，該方向被稱為“c軸”。與c軸垂直的面被稱為“c面”或“(0001)面，，。
[0006]以往，當(dāng)使用氮化物半導(dǎo)體來制作半導(dǎo)體發(fā)光元件時，作為使氮化物半導(dǎo)體晶體生長的基板，使用主表面具有c面基板的基板。實際上在該基板上在低溫下使GaN層生長，進(jìn)一步在其上層使氮化物半導(dǎo)體層生長。另外，作為構(gòu)成有助于發(fā)光的層的活性層，一般使用GaN與InN的混晶即InGaN。
[0007]其中，GaN與InN的晶格常數(shù)存在差異。具體而言，關(guān)于a軸方向，GaN的晶格常數(shù)為0.3189nm，而InN的晶格常數(shù)為0.354nm。因此，若在與GaN層相比更上層使包含與GaN相比晶格常數(shù)大的InN的InGaN層生長，則InGaN層在與生長面垂直的方向上受到壓縮變形。此時，帶有正電的Ga及In與帶有負(fù)電的N的極化的平衡瓦解，產(chǎn)生沿著c軸方向的電場(壓電電場)。若在活性層中產(chǎn)生壓電電場，則該活性層的能帶彎曲而電子與空穴的波動函數(shù)的重疊程度變小，活性層內(nèi)的電子與空穴的再結(jié)合概率降低(所謂的“量子限制斯塔克效應(yīng)” )ο由此，內(nèi)部量子效率降低。
[0008]為了使發(fā)光波長達(dá)到530nm以上，需要為了實現(xiàn)與該波長相應(yīng)的帶隙能量而提高活性層中包含的In組成。但是，若提高In組成則壓縮變形變大，所以壓電電場變大。其結(jié)果是，內(nèi)部量子效率進(jìn)一步降低。
[0009]接到這樣的課題，研究了通過使用表面具有非極性面、例如與[10-10]方向垂直的被稱為m面的(10-10)面的基板使活性層生長、從而使活性層中不產(chǎn)生壓電電場的發(fā)光元件(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本特開2013-230972號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0014]然而，例如在365nm這樣的其他的波長區(qū)域中，沿c軸方向使活性層生長時顯示更高的發(fā)光效率，若能夠緩和壓電電場的問題則在530nm以上的波長區(qū)域中也可以期待同樣的效果。本發(fā)明從這樣的觀點出發(fā)，目的是在沿c軸方向使活性層生長而形成的峰值發(fā)光波長為530nm以上的半導(dǎo)體發(fā)光元件中比以往進(jìn)一步提高其發(fā)光效率。
[0015]用于解決技術(shù)問題的方法
[0016]本發(fā)明的特征在于，其是峰值發(fā)光波長為530nm以上的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其具有:
[0017]η型半導(dǎo)體層、
[0018]形成于上述η型半導(dǎo)體層的上層的由具有不同帶隙的多個氮化物半導(dǎo)體的層疊體構(gòu)成的超晶格層、
[0019]形成于上述超晶格層的上層的活性層、和
[0020]形成于上述活性層的上層的P型半導(dǎo)體層，
[0021 ] 上述活性層是將由Inx1Ga1-Χ1Ν(0彡Xl彡0.01)構(gòu)成的第一層、由Inx2Ga1-χ2Ν(0.2<Χ2〈I)構(gòu)成的第二層及由Α1η6&1-Υ1Ν(0〈Υ1〈1)構(gòu)成的第三層層疊、且至少周期性地形成有上述第一層及上述第二層而成的。
[0022]另外，以下在沒有需要特別指定組成的情況下，適當(dāng)通過“AlGaN”、“InGaN”等來標(biāo)記。
[0023]構(gòu)成第三層的AlGaN為GaN與AlN的混晶，由于晶體尺寸的不同等，因而帶有正電的Ga及Al與帶有負(fù)電的N的極化的平衡瓦解，產(chǎn)生沿著c軸方向的電場(自發(fā)極化)。因AlGaN的自發(fā)極化而產(chǎn)生的電場沿與I nGaN相反的方向施加，結(jié)果是來自AI GaN的電場沿消除來自InGaN的壓電電場的方向產(chǎn)生。即，通過活性層具有由AlGaN構(gòu)成的第三層，對活性層產(chǎn)生的壓電電場得到緩和，與以往相比能夠減小活性層的能帶的彎曲。其結(jié)果是，活性層中的電子與空穴的再結(jié)合概率的降低與以往相比得到緩和，內(nèi)部量子效率提高。
[0024]此外，在η型半導(dǎo)體層與活性層之間，設(shè)置有由具有不同帶隙的多個氮化物半導(dǎo)體的層疊體構(gòu)成的超晶格層。由此，能夠使晶體發(fā)生變形，可以得到緩和對包含由In組成高的InGaN構(gòu)成的第二層的活性層的晶格變形的效果。
[0025]關(guān)于為了實現(xiàn)530nm以上的峰值發(fā)光波長而需要提高活性層中包含的InGaN的In組成這一點如上所述?？墒?，為了在InGaN中提高In組成，需要設(shè)定為比使GaN生長的溫度更低的溫度，越提高In組成上述需要越變得顯著。原因是，由于InGaN的蒸汽壓低，所以若以高的溫度使其生長，則變得在晶體中難以攝取In。例如，與形成發(fā)射峰值發(fā)光波長為450nm左右的藍(lán)色光的活性層的情況相比，為了實現(xiàn)發(fā)射峰值發(fā)光波長為530nm以上的光的活性層，必須將生長溫度降低50°C左右。
[0026]可是，在以往的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，通常在活性層與P型半導(dǎo)體層之間設(shè)置電子阻擋層(也稱為EB層)。其是為了防止因從η型半導(dǎo)體層向活性層注入的電子越過活性層進(jìn)入P型半導(dǎo)體層內(nèi)(也稱為“溢流”)而導(dǎo)致再結(jié)合概率降低而設(shè)置的。為了提高向活性層的載流子注入效率而有時對活性層的勢皇層進(jìn)行Si摻雜，但此時溢流現(xiàn)象顯著地出現(xiàn)。
[0027]其理由如下所述。比活性層先生長的η型半導(dǎo)體層由于活化能量低，所以可實現(xiàn)η型雜質(zhì)(Si等)的高活化率。與此相對，如上述那樣，在包含InGaN的活性層的形成后生長的P型半導(dǎo)體層由于需要除了活化能量高以外還需要在低溫下生長，所以P型雜質(zhì)(Mg等)的活化率變低。其結(jié)果是，與P型雜質(zhì)濃度相比η型雜質(zhì)濃度變高，沒有與空穴再結(jié)合而進(jìn)行溢流的電子增加。
[0028]從防止這種現(xiàn)象的觀點出發(fā)，在以往的構(gòu)成中，在活性層與P型半導(dǎo)體層之間設(shè)置電子阻擋層是極為有用的。
[0029]具體而言，作為電子阻擋層，通過使用與活性層、P形半導(dǎo)體層等其他的層相比能量帶隙大的材料，構(gòu)成對從活性層向P形半導(dǎo)體層流入的電子的勢皇。由此，防止從η型半導(dǎo)體層注入的電子向P型半導(dǎo)體層的溢流，并將電子封入活性層內(nèi)，從而目標(biāo)在于防止再結(jié)合概率的降低。
[0030]如上述那樣，由于為了實現(xiàn)530nm以上的峰值發(fā)光波長而必須降低用于提高In組成的活性層的生長溫度，所以電子阻擋層的生長溫度也受到該影響而必須降低。原因在于，如果較高地設(shè)定電子阻擋層的生長溫度，則形成活性層的InGaN不耐高溫，有可能晶體被破壞。
[0031]以往的電子阻擋層由p-AlGaN構(gòu)成。然而，若在低溫下使AlGaN生長、則通過III族與V族的寄生反應(yīng)而Al沒有被GaN充分地攝取，不僅不會形成高Al組成的AlGaN，而且由于異常生長產(chǎn)生坑而膜質(zhì)降低。其結(jié)果是，元件電阻會上升。另外，為了使電子阻擋層P型化而有時摻雜Mg，但若使摻雜有Mg的電子阻擋層在低溫下生長，則Mg的活化率也降低，所以元件電阻依然會上升。此外，所產(chǎn)生的坑會形成非發(fā)光中心，供給同一電流時的光輸出功率會降低。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成，作為活性層具有由AlGaN構(gòu)成的第三層。GaN的帶隙能量約為
3.4eV，InN的帶隙能量約為0.7eV，AlN的帶隙能量約為6.2eV。因此，在活性層中，由GaN或In比率低的InGaN構(gòu)成的第一層構(gòu)成勢皇層，由與第一層相比In比率高的InGaN構(gòu)成的第二層構(gòu)成發(fā)光層，與此相對，由AlGaN構(gòu)成的第三層與第一層相比能量帶隙高，作為用于實現(xiàn)阻礙電子的移動的功能的層發(fā)揮功能。
[0033]S卩，第三層不僅如上述那樣具有使InGaN的壓電電場緩和的功能，而且還具有抑制電子從η型半導(dǎo)體層越過活性層而向P型半導(dǎo)體層內(nèi)溢流的功能。其結(jié)果是，即使不像以往那樣另外具備電子阻擋層，也可以緩和伴隨電子的溢流而產(chǎn)生的電子與空穴的再結(jié)合概率的降低。因此，即使提高第二層的In組成，在之后的生長過程中InGaN的晶體也不會被破壞，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高的峰值發(fā)光波長為530nm以上的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0034]在上述構(gòu)成中，上述第二層可以由膜厚為2.4nm以上且2.8nm以下的IrmGai—X2N(0.28 彡 X2 彡 0.33)構(gòu)成。
[0035]通常，就半導(dǎo)體發(fā)光元件而言，已知越是降低注入的電流密度，外部量子效率越發(fā)提高，發(fā)光波長越向長波長側(cè)位移。但是，由于市場要求元件的小型化，所以實現(xiàn)即使注入高的電流密度、峰值發(fā)光波長也顯示530nm以上的半導(dǎo)體發(fā)光元件的需要性高。
[0036]作為第二層在上述數(shù)值范圍的條件下構(gòu)成時，結(jié)果是即使是使注入的電流密度高達(dá)50A/cm2的情況下，也可以實現(xiàn)峰值發(fā)光波長為530nm以上、特別是峰值發(fā)光波長為540nm以上且570nm以下的高輸出功率的發(fā)光元件。另外，即使是將注入的電流密度設(shè)定為25A/cm2的情況下，也仍然同樣能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出功率的發(fā)光元件。
[0037]此外，在上述的構(gòu)成中，當(dāng)設(shè)上述第一層的膜厚為Tl、設(shè)上述第二層的膜厚為T2、設(shè)上述第三層的膜厚為T3時，可以以滿足5T2<T1<10T2、且T3〈T2的關(guān)系的方式構(gòu)成上述活性層。
[0038]如上述那樣，由In比率高的InGaN構(gòu)成的第二層必須在低的生長溫度下生長。由于活性層是第一層、第二層及第三層層疊、且至少第一層及第二層周期性地層疊而成的構(gòu)成，所以必然地第一層、第三層也需要在低至第二層的生長溫度程度的溫度下生長。
[0039]其中，若使由GaN或In比率低的InGaN構(gòu)成的第一層在與第二層同樣低的生長溫度下生長，則晶體的品質(zhì)降低而光輸出功率降低。但是，若積累一定程度的膜厚，則晶體能夠進(jìn)行二維生長而形成良好的臺階，晶體品質(zhì)得到改善。然而，若使第一層過于成為厚膜，則通過起因于低溫生長的表面形態(tài)的惡化而導(dǎo)致光輸出功率的降低。因而，通過將第一層的膜厚Tl設(shè)定為5Τ2<Τ1<10Τ2，能夠?qū)崿F(xiàn)高的光輸出功率。
[0040]進(jìn)而，還具有防止電子的溢流的功能的第三層由于如上述那樣與第一層、第二層相比能量帶隙高，所以若不使電子在該第三層內(nèi)穿隧則無法向P型半導(dǎo)體層側(cè)移動。因此，第三層的膜厚需要以一定程度較薄地形成。通過與構(gòu)成發(fā)光層的第二層的膜厚相比更薄地構(gòu)成第三層，能夠在第三層內(nèi)使電子可靠地穿隧。
[0041]其中，如上述那樣，由于第二層的膜厚以2.4nm以上且2.Snm以下構(gòu)成，所以若依據(jù)此，貝lJ第一層的膜厚可以設(shè)定為12nm以上且28nm以下。
[0042]此外，上述活性層也可以在靠近上述P型半導(dǎo)體層的位置，周期性地形成有上述第一層、上述第二層及上述第三層，在靠近上述η型半導(dǎo)體層的位置周期性地形成有上述第一層及上述第二層。
[0043]由AlGaN而得到的第三層的帶隙能量大，第一層與第三層相比帶隙能量小。并且，由于如上述那樣AlGaN具有由自發(fā)極化產(chǎn)生的電場，所以在能帶中產(chǎn)生變形。其結(jié)果是，在第三層與第一層的接合面附近，在活性層的價電子帶的能帶圖中形成槽，空穴在該槽中二維地蓄積(也稱為“二維空穴氣體”)。認(rèn)為該空穴由于在二維方向上具有高的迀移率，所以有可能產(chǎn)生從P型半導(dǎo)體層側(cè)向活性層注入的空穴越過活性層的溢流現(xiàn)象。
[0044]若產(chǎn)生空穴的溢流現(xiàn)象，則該空穴在形成于活性層與η型半導(dǎo)體層之間的GaN/InGaN的超晶格層的InGaN區(qū)域中蓄積。其結(jié)果是，從η型半導(dǎo)體層注入的電子在超晶格層內(nèi)與空穴再結(jié)合，產(chǎn)生所期望以外的波長的光。其結(jié)果是，產(chǎn)生顯示與在活性層內(nèi)產(chǎn)生的光的峰值波長不同的峰值波長的光，因此不優(yōu)選。特別是當(dāng)所期望波長為530nm以上時，由于得不到例如比藍(lán)色光高的光輸出功率，所以即使不同的峰值波長的光(不期望的光)以低輸出功率產(chǎn)生，不期望的光相對于所期望波長的光的輸出功率比也顯示一定程度高的值。
[0045]根據(jù)上述構(gòu)成，由于在P型半導(dǎo)體層側(cè)設(shè)置有第三層，所以如上述那樣實現(xiàn)來自InGaN的壓電電場的緩和與電子的溢流抑制，由于在η型半導(dǎo)體層側(cè)沒有設(shè)置第三層，所以沒有形成迀移率高的二維空穴氣體，空穴的溢流得到抑制。
[0046]此外，除了上述構(gòu)成以外，還可以成為在上述超晶格層與上述活性層之間具有由氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成的空穴勢皇層的構(gòu)成。根據(jù)該構(gòu)成，由于溢流過活性層的空穴向超晶格層內(nèi)流入得到抑制，所以如上述那樣GaN/InGaN的超晶格層內(nèi)的不期望的光的產(chǎn)生得到抑制。
[0047]空穴勢皇層具體而言可以由Si濃度為5X 11Vcm3以上且5X 11Vcm3以下的氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成。由此，由于超晶格層與活性層之間的能量帶隙充分地擴大，所以阻礙了溢流過活性層的空穴向超晶格層側(cè)的移動。越是提高Si濃度，越能夠?qū)⒊Ц駥优c活性層之間的能帶平坦化。這是由于，若形成高濃度的雜質(zhì)能級，則價電子帶被自由載流子掩蔽而能帶被平坦化。其結(jié)果是，能量帶隙擴大，阻礙空穴向超晶格層側(cè)的移動的效果提高。但是，若Si濃度超過5X1019/cm3，則氮化物半導(dǎo)體層的表面變得粗糙，所以設(shè)定為5 X 11Vcm3以上且5 X 11Vcm3以下的Si濃度是優(yōu)選的。另外，為了以良好的表面狀態(tài)實現(xiàn)作為空穴勢皇層的顯示I X 11Vcm3以上的極高的Si濃度的氮化物半導(dǎo)體層，使用AlGaN是優(yōu)選的。
[0048]上述第三層可以由AlnGai—nNW.2彡Yl彡0.5)構(gòu)成。若使第三層的Al組成低于20%，則無法在活性層內(nèi)充分地得到緩和第二層的來自InGaN的壓電電場的效果。另一方面，若使第三層的Al組成高于50%，則因來自AlGaN的自發(fā)極化而產(chǎn)生的電場變得過強，仍然不優(yōu)選。
[0049]上述η型半導(dǎo)體層可以由Si濃度為3X 119Cm3以上的AlGaN構(gòu)成。
[0050]作為η型半導(dǎo)體層使用GaN的情況下，若使作為η型摻雜劑注入的Si的濃度成為IX11Vcm3以上，則已知有由于原子結(jié)合的狀態(tài)產(chǎn)生惡化等原因而會產(chǎn)生膜粗糙這樣的現(xiàn)象。由于起因于該膜粗糙的晶體狀態(tài)的惡化，即使以極高濃度摻雜Si，不但比電阻沒有充分降低，而且表面變得粗糙，發(fā)生白濁化。
[0051]與此相對，能夠確認(rèn):當(dāng)使η型半導(dǎo)體層為AlGaN時，即使將Si濃度設(shè)定為3X119Cm3以上、更詳細(xì)而言設(shè)定為7 X 11Vcm3以上，也不會產(chǎn)生膜粗糙的問題。其結(jié)果是，由于能夠使η型半導(dǎo)體層的電阻值降低，所以通過低的動作電壓也能夠使發(fā)光所需的電流量流入發(fā)光層中，能夠提高發(fā)光效率。
[0052]另外，在上述構(gòu)成中，也可以是:
[0053]上述超晶格層由第四層與第五層的層疊體構(gòu)成，
[0054]上述第五層為InGaN層，
[0055]上述第四層為GaN層、或為與上述第五層相比In組成低的InGaN層。
[0056]發(fā)明效果
[0057]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)盡管沿c軸方向使活性層生長、發(fā)光效率也比以往高的峰值發(fā)光波長為530nm以上的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【附圖說明】
[0058]圖1是示意性表示半導(dǎo)體發(fā)光元件的第一實施方式的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0059]圖2是示意性表示比較例的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0060]圖3A是將Si濃度設(shè)定為1.5X11Vcm3時的GaN的層表面的SEM照片。[0061 ]圖3B是將Si濃度設(shè)定為7 X 11Vcm3時的AlGaN的層表面的AFM照片。
[0062]圖4是將室溫下的AlGaN的Si濃度與比電阻的關(guān)系繪制而成的圖表。
[0063]圖5是在實施例和比較例中將半導(dǎo)體發(fā)光元件的1-V特性進(jìn)行比較的圖表。
[0064]圖6是將在形成活性層后形成了電子阻擋層的情況與沒有形成電子阻擋層的情況的表面狀態(tài)進(jìn)行比較的照片。
[0065]圖7是在實施例和比較例中將半導(dǎo)體發(fā)光元件的1-L特性進(jìn)行比較的圖表。
[0066]圖8A是與比較例對應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的能帶圖。
[0067]圖SB是與實施例對應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的能帶圖。
[0068]圖9是表示第一層的膜厚與光輸出功率的關(guān)系的圖表。
[0069 ]圖1OA是表示電流密度為25A/cm2時的第二層的膜厚與光輸出功率的關(guān)系的圖表。
[0070]圖1OB是表示電流密度為50A/cm2時的第二層的膜厚與光輸出功率的關(guān)系的圖表。
[0071]圖11是將包含未摻雜的第一層的半導(dǎo)體發(fā)光元件與包含摻雜Si的第一層的半導(dǎo)體發(fā)光元件的光輸出功率進(jìn)行比較的圖表。
[0072]圖12是示意性表示半導(dǎo)體發(fā)光元件的第二實施方式的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0073]圖13是半導(dǎo)體發(fā)光元件的第二實施方式的構(gòu)成中的能帶圖。
[0074]圖14是半導(dǎo)體發(fā)光元件的第三實施方式的構(gòu)成中的能帶圖。
[0075]圖15是表示峰值發(fā)光波長與內(nèi)部量子效率的關(guān)系的圖表。
【具體實施方式】
[0076]對于本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法，參照附圖進(jìn)行說明。
[0077]在以下的各附圖中，附圖的尺寸比與實際的尺寸比未必一定一致。在以下的說明中，關(guān)于雜質(zhì)濃度、膜厚、組成及涉及多層結(jié)構(gòu)體的周期數(shù)的數(shù)值說到底只是一個例子，并不限定于這些數(shù)值。此外，所謂“AlGaN”的表述與所謂Α1Α&1ιΝ(0〈πι〈1)的表述含義相同，是將Al與Ga的組成比的表述簡單地省略而記載，主旨并非限定于Al與Ga的組成比為1:1的情況。關(guān)于所謂“InGaN”的表述也同樣。
[0078]此外，在本說明書中，關(guān)于與主表面正交的方向，將一方向規(guī)定為“上方”、將另一方向規(guī)定為“下方”進(jìn)行說明，但這是說明的方便上的定義，主旨并非排除使上下翻轉(zhuǎn)而成的構(gòu)成。即，在關(guān)于元件的說明中，所謂“在某層A的上層上形成別的層B”的記載是也包含通過使該元件的上下翻轉(zhuǎn)而層B位于層A的上層的構(gòu)成的主旨。
[0079]〈第一實施方式〉
[0080]對本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的第一實施方式進(jìn)行說明。
[0081][結(jié)構(gòu)]
[0082]圖1是示意性表示本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的第一實施方式的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖1中(a)為示意性表示半導(dǎo)體發(fā)光元件I的構(gòu)成的截面圖。半導(dǎo)體發(fā)光元件I具有η型半導(dǎo)體層
15、形成于η型半導(dǎo)體層15的上表面的GaN/InGaN的超晶格層20、形成于超晶格層20的上表面的活性層30及形成于活性層30的上層的P型半導(dǎo)體層43(關(guān)于未摻雜的GaN層41在后面敘述)。圖1(b)為示意性表示超晶格層20的構(gòu)成的截面圖，圖1(c)為示意性表示活性層30的構(gòu)成的截面圖。
[0083]半導(dǎo)體發(fā)光元件I具有基板11，在基板11的上表面上形成有未摻雜的GaN層13，在未摻雜的GaN層13的上表面上形成有上述η型半導(dǎo)體層15?；?1由藍(lán)寶石基板或GaN基板構(gòu)成。
[0084]未摻雜的GaN層13是在基板11的c面上通過外延生長而形成的層，例如以3000nm的膜厚構(gòu)成。
[0085]η型半導(dǎo)體層15形成于未摻雜的GaN層13的上表面。本實施方式中，η型半導(dǎo)體層15由膜厚為2000nm、作為η型摻雜劑的Si濃度為3X1019/cm3、Al組成為5%的AlGaN構(gòu)成。
[0086]超晶格層20由GaN/InGaN構(gòu)成，形成于η型半導(dǎo)體層15的上表面。本實施方式中，通過GaN層21和InGaN層23均以2.5nm的膜厚層疊10個周期，從而形成超晶格層20。InGaN層23的In組成為7%，對GaN層21及InGaN層23這兩者實施Si濃度為I X 11Vcm3的摻雜，進(jìn)行η型化。
[0087]本實施方式中，活性層30是通過由Inx1Ga1-Χ1Ν(0彡Xl彡0.01)構(gòu)成的第一層31、由Inx2Ga1-χ2Ν(0.2〈Χ2〈1)構(gòu)成的第二層32及由AlnGa1-Υ1Ν(0〈Υ1〈1)構(gòu)成的第三層33層疊5個周期而形成的。作為具體的一個例子，以膜厚為20nm的未摻雜GaN形成第一層31，以膜厚為2.6nm且In組成為28%的未摻雜InGaN形成第二層32，以膜厚為1.5nm且Al組成為45%的未摻雜AlGaN形成第三層33。
[0088]由于GaN的帶隙能量約為3.4eV，InN的帶隙能量約為0.7eV，所以由GaN或In比率為I %以下的InGaN構(gòu)成的第一層31構(gòu)成勢皇層，由與第一層31相比In比率高的InGaN構(gòu)成的第二層32構(gòu)成發(fā)光層。此外，由于AlN的帶隙能量約為6.2eV，所以由AlGaN構(gòu)成的第三層33與第一層31相比能量帶隙高，如后述的那樣發(fā)揮阻礙電子的移動的功能。
[0089]本實施方式中，在活性層30的上表面上形成有未摻雜的GaN層41。其構(gòu)成最終勢皇層。另外，也可以使該未摻雜的GaN層41包含于活性層30中。未摻雜的GaN層41與活性層30中的第一層31同樣例如以膜厚20nm形成。
[°09°] 在未摻雜的GaN層41的上表面上形成有P型半導(dǎo)體層43。本實施方式中^型半導(dǎo)體層43由膜厚為lOOnm、作為P型摻雜劑的Mg濃度為3 X 11Vcm3的p-GaN構(gòu)成。另外，根據(jù)需要可以在該P-GaN的上層設(shè)置高濃度P型的接觸層。
[0091][驗證]
[0092]對于由顯示上述構(gòu)成的半導(dǎo)體發(fā)光元件I帶來的效果進(jìn)行驗證。另外，以下將以上述的數(shù)值條件形成的半導(dǎo)體發(fā)光元件I作為“實施例”進(jìn)行說明。
[0093]圖2是示意性表示用于與實施例對比的比較例的結(jié)構(gòu)的截面圖。另外，關(guān)于與圖1相同的構(gòu)成要素，標(biāo)注同一符號。圖2中(a)為示意性表示比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60的構(gòu)成的截面圖。比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60具有基板11，在基板11的上層介由未摻雜的GaN層13形成有η型半導(dǎo)體層55。與實施例的η型半導(dǎo)體層15不同，η型半導(dǎo)體層55由n_GaN構(gòu)成。
[0094]比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60在η型半導(dǎo)體層55的上表面具有InGaN/GaN的超晶格層20，在超晶格層20的上表面具有活性層50。該活性層50是GaN層51和InGaN層52周期性地層疊而成的構(gòu)成，這里與實施例同樣地設(shè)為5個周期。圖2(b)為示意性表示活性層50的構(gòu)成的截面圖。另外，GaN層51的膜厚與實施例的第一層31同樣地為20nm，InGaN層52的膜厚與實施例的第二層32同樣地為2.5nm。即，比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60與實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件I不同，不具備與由AlGaN構(gòu)成的第三層33對應(yīng)的層。
[0095]比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60在活性層50的上表面具備由ρ-AlGaN構(gòu)成的電子阻擋層57，在該電子阻擋層57的上表面具備由p-GaN構(gòu)成的p型半導(dǎo)體層43。
[0096](1-V特性評價)
[0097]如比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60所具備的那樣，作為η型半導(dǎo)體層55以往使用GaN。為了將GaN進(jìn)行η型化而以高濃度摻雜Si時，若使Si濃度成為I X 11Vcm3以上，則已知有由于原子結(jié)合的狀態(tài)發(fā)生惡化等原因而產(chǎn)生膜粗糙這樣的現(xiàn)象。圖3Α是以SEM(ScanningElectron Microscope:掃描型電子顯微鏡)拍攝將Si濃度設(shè)定為1.5 X 119/cm3時的GaN的層表面而得到的照片，確認(rèn)在表面產(chǎn)生了粗糙。另外，將雜質(zhì)濃度設(shè)定為1.3X1019/cm3、2.0X 11Vcm3也同樣確認(rèn)到了表面的粗糙。
[0098]與此相對，作為η型半導(dǎo)體層15，如上述那樣使用AlGaN。在AlGaN的情況下，即使使摻雜的Si濃度大于I X 11Vcm3也沒有產(chǎn)生膜粗糙。圖3B是以AFM(Atomic ForceMicroscopy:原子力顯微鏡)拍攝將Si濃度設(shè)定為7 X 11Vcm3時的AlGaN的層表面的照片。根據(jù)圖3B，在AlGaN的情況下，即使將Si濃度設(shè)定為7 X 11Vcm3也確認(rèn)到臺階狀的表面(原子臺階)，獲知在層表面沒有產(chǎn)生粗糙。另外，即使將Si濃度設(shè)定為2X 12Vcm3，也得到與圖3B同樣的照片。此外，作為構(gòu)成材料使Al與Ga的組成發(fā)生變化，即使如上述那樣以高濃度摻雜Si，也同樣地確認(rèn)在層表面沒有產(chǎn)生粗糙。
[0099]圖4是將在室溫下使AlGaN的Si濃度變化時的AlGaN的Si濃度與比電阻的關(guān)系繪制而成的圖表。比電阻使用一般利用的霍爾測定裝置進(jìn)行測定。
[0100]根據(jù)圖4，獲知越是提高AlGaN中摻雜的Si濃度，比電阻越發(fā)降低。在產(chǎn)生膜粗糙的情況下，由于起因于該粗糙而電阻值上升，所以以產(chǎn)生了膜粗糙的Si摻雜濃度值為界限，假設(shè)比電阻增大。即，根據(jù)該結(jié)果，教示了即使將Si濃度提高至2X 12Vcm3，也不會在AlGaN中產(chǎn)生膜粗糙。
[0101 ]另外，對于GaN，當(dāng)將Si摻雜濃度設(shè)定為不產(chǎn)生膜粗糙的上限值即I X 1019/cm3的大致附近的9 X 11Vcm3時，其比電阻為5 X 10—3 Ω.cm。即，當(dāng)使用GaN時，無法使比電阻與該值相比大大地降低。
[0102]根據(jù)該圖4，實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件I由于具備由AlGaN構(gòu)成的η型半導(dǎo)體層15，所以可以將Si濃度設(shè)定為3Χ 119Cm3以上，能夠大大地低于以往的GaN的比電阻的下限值。其結(jié)果是，能夠降低元件電阻，能夠降低所需的電壓。
[0103]圖5是將實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件I與比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60的電流電壓特性(1-V特性)進(jìn)行比較的圖表。根據(jù)圖5，實施例與比較例相比以低的電壓實現(xiàn)了同一電流值。由此獲知，根據(jù)由AlGaN構(gòu)成η型半導(dǎo)體層15的半導(dǎo)體發(fā)光元件I，即使在低的電壓條件下也可以確保充分的電流量，能夠?qū)崿F(xiàn)高的發(fā)光效率。
[0104](1-L特性評價)
[0105]比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60具備電子阻擋層57。其如“用于解決技術(shù)問題的方法”的項中所述的那樣，是為了防止從η型半導(dǎo)體層55向活性層50注入的電子越過活性層50進(jìn)入P型半導(dǎo)體層43內(nèi)而設(shè)置的，目標(biāo)在于抑制活性層50中的再結(jié)合概率的降低。電子阻擋層57為了構(gòu)成相對于從活性層50流向P形半導(dǎo)體層43的電子的勢皇，由與活性層50或P型半導(dǎo)體層43相比能量帶隙高的AlGaN構(gòu)成。
[0106]這里，如上述那樣活性層50具有InGaN層52，為了使由活性層50生成的光的峰值波長達(dá)到530nm以上，需要將InGaN層52的In組成提高至例如30 %左右。但是，為此需要使InGaN層52的生長溫度成為比一般的GaN的生長溫度低的溫度，這在形成InGaN層52后也同樣。即，在形成電子阻擋層57時，需要在InGaN層52的晶體不被破壞的范圍內(nèi)的低溫下使AlGaN生長。但是，與此相伴，起因于III族與V族的寄生反應(yīng)而Al沒有被GaN充分地攝取，產(chǎn)生坑而膜質(zhì)降低。
[0107]圖6是將在以將InGaN層52的In組成設(shè)定為30%的狀態(tài)形成InGaN層52與GaN層51的層疊體即活性層50后形成了電子阻擋層57的情況與沒有形成電子阻擋層57的情況的表面狀態(tài)進(jìn)行比較的照片。圖6(a)是形成了活性層50的狀態(tài)下的表面狀態(tài)的照片。此外，圖6(b)是在形成活性層50后、在不破壞InGaN層52的晶體狀態(tài)的范圍內(nèi)的溫度條件下(例如880°C左右)、形成了由AlGaN構(gòu)成的電子阻擋層57的表面狀態(tài)的照片。均為通過AFM(AtomicForce Microscopy:原子力顯微鏡)拍攝的照片。
[0108]可見圖6(b)的照片與圖6(a)的照片相比在表面黑點的數(shù)目極多。該黑點與坑對應(yīng)。即，由該照片獲知，在形成作為電子阻擋層57的AlGaN時形成極多數(shù)的坑。這教示了如上述那樣通過使AlGaN在低溫下生長而產(chǎn)生了寄生反應(yīng)。
[0109]圖7是將實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件I與比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60的電流光輸出功率特性(1-L特性)進(jìn)行比較的圖表。根據(jù)圖7，獲知在供給同一電流的狀態(tài)下，實施例與比較例相比能夠?qū)崿F(xiàn)更高的光輸出功率。
[0110]如上述那樣，認(rèn)為比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60在電子阻擋層57中形成了許多的坑(缺陷)。因此，推測該坑成為非發(fā)光中心，發(fā)光效率降低。
[0111]與此相對，實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件I與比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60相比實現(xiàn)了高的光輸出功率。這教示了:通過實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件I所具備的活性層30具備由AlGaN構(gòu)成的第三層33，即使沒有設(shè)置電子阻擋層57，也抑制了電子的溢流。關(guān)于其理由，參照圖8A及圖SB的能帶圖進(jìn)行說明。
[0112]圖8A是在活性層50中不具備由AlGaN構(gòu)成的第三層33的元件(與比較例對應(yīng))的能帶圖，圖8B是具備包含由AlGaN構(gòu)成的第三層33的活性層20的元件(與實施例對應(yīng))的能帶圖。所有的能帶圖均表示施加偏壓為OV的狀態(tài)。另外，圖8A中，為了說明的方便，示出了不具備電子阻擋層57的構(gòu)成的能帶圖。
[0113]根據(jù)圖8A的能帶圖，若對元件施加電壓，則電子從η型半導(dǎo)體層55側(cè)朝向P型半導(dǎo)體層43側(cè)流入。此時，即使電子蓄積在通過InGaN層52而構(gòu)成的井區(qū)域內(nèi)，也會被具有高的迀移率的后續(xù)的電子擠壓而以高的概率逐個地通過InGaN層52的井區(qū)域。由此，由于井區(qū)域而導(dǎo)致電子與空穴再結(jié)合的概率降低，發(fā)光效率降低。由于產(chǎn)生這種現(xiàn)象，所以雖然比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60具備電子阻擋層57，但即使具備電子阻擋層57，光輸出功率也降低，這是如上所述的那樣。
[0114]與此相對，根據(jù)圖8Β的能帶圖，由于活性層30具備由AlGaN構(gòu)成的第三層33，所以在活性層30的區(qū)域形成起因于第三層33的能量勢皇。若對元件施加電壓，從η型半導(dǎo)體層15側(cè)朝向P型半導(dǎo)體層43側(cè)流入的電子被攝入通過InGaN而構(gòu)成的第二層32的井區(qū)域內(nèi)，則即使具有高的迀移率的后續(xù)的電子流入，也會被由AlGaN構(gòu)成的第三層33的勢皇阻礙。其結(jié)果是，能夠使向由上層的GaN構(gòu)成的第一層31側(cè)流出的概率降低。即，即使在活性層30與P型半導(dǎo)體層43之間不具有電子阻擋層57，第三層33也會發(fā)揮與電子阻擋層同樣的勢皇功能，所以實現(xiàn)了高的再結(jié)合概率。另外，如上述那樣，由于以Inm左右這樣極薄的膜厚構(gòu)成第三層33的膜厚，所以沒有再結(jié)合的電子能夠在第三層33中穿隧，能夠向與p型半導(dǎo)體層43側(cè)相鄰的接著的第二層32移動。
[0115]進(jìn)而，根據(jù)圖8A，能帶傾斜，InGaN層52中的傳導(dǎo)帶62與價電子帶63的重疊降低。這表示:由于InGaN層52的In組成高，所以起因于壓電電場而在能帶中產(chǎn)生彎曲。其結(jié)果是，電子與空穴的波動函數(shù)的重疊程度變小，即使電子蓄積在InGaN層52的井區(qū)域中，與空穴的再結(jié)合概率也會降低。這也成為光輸出功率降低的原因。
[0116]例如，若將圖8B的第一層31的區(qū)域與圖8A的GaN層51的區(qū)域進(jìn)行對比則容易獲知，但根據(jù)圖SB，與圖8A相比能帶的彎曲得到抑制。這是由于，構(gòu)成第三層33的AlGaN產(chǎn)生了消除來自構(gòu)成第二層32的InGaN的壓電電場的方向的因自發(fā)極化而產(chǎn)生的電場。其結(jié)果是，根據(jù)實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件I，由于充分確保了第二層32中的傳導(dǎo)帶2與價電子帶3的重疊區(qū)域，所以與比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件60相比能夠進(jìn)一步提高電子與空穴的再結(jié)合概率。
[0117]S卩，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件I，通過活性層30具備由AlGaN構(gòu)成的第三層33，能夠兼顧減弱來自InGaN的壓電電場的功能和抑制電子的溢流的功能。由此，在活性層30與P型半導(dǎo)體層43之間不具備電子阻擋層的情況下電子與空穴的再結(jié)合概率提高，可以實現(xiàn)高的發(fā)光效率。
[0118](關(guān)于第一層31的膜厚的考察)
[0119]圖9是使第一層31的膜厚Tl變化而制作多個半導(dǎo)體發(fā)光元件1、并將各半導(dǎo)體發(fā)光元件I的光輸出功率與膜厚Tl的關(guān)系繪制而成的圖表。其中，橫軸以第一層31的膜厚Tl的相對于第二層32的膜厚T2的相對值(S卩T1/T2)來規(guī)定。另外，以下，將第一層31的膜厚Tl僅記為“膜厚Tl”，將第二層32的膜厚T2僅記為“膜厚T2”。
[0120]根據(jù)圖9獲知:在上述相對值為5以上且10以下的范圍內(nèi)，光輸出功率最高，在上述相對值超過10的情況及上述相對值低于5的情況下，光輸出功率降低。
[0121 ] 如上述那樣，由InGaN構(gòu)成的第二層32為了實現(xiàn)高的In組成，需要在比一般的GaN的生長溫度低的溫度下生長，為了不破壞該晶體狀態(tài)，第一層31也需要在低溫下生長。因此，在形成第一層31時必須在比一般的GaN的生長溫度低的溫度下使GaN生長，其結(jié)果是GaN晶體的品質(zhì)會降低。
[0122]但是，若以一定程度以上的膜厚形成第一層31，則該晶體能夠進(jìn)行二維生長并形成良好的臺階，晶體品質(zhì)得到改善。根據(jù)圖9，認(rèn)為通過將T1/T2設(shè)定為5以上，第一層31的晶體品質(zhì)得到改善，實現(xiàn)了高的光輸出功率。另一方面，若使第一層31的厚膜過于厚，則通過起因于低溫生長的表面形態(tài)的惡化而導(dǎo)致光輸出功率的降低。根據(jù)圖9教示了，在將T1/T2設(shè)定為15時光輸出功率降低，在該狀態(tài)下表面形態(tài)發(fā)生惡化。根據(jù)圖9推測:在將T1/T2設(shè)定為5以上且10以下時，由于光輸出功率沒有大大降低，所以至少在T1/T2為10以下的范圍內(nèi)表面形態(tài)沒有發(fā)生惡化。
[0123]通過上述的考察，獲知優(yōu)選將第一層31的膜厚Tl設(shè)定為相對于第二層32的膜厚T2為5倍以上且1倍以下的值。
[0124](關(guān)于第二層32的膜厚的考察)
[0125]圖1OA及圖1OB是使第二層32的膜厚T2變化而制作多個半導(dǎo)體發(fā)光元件1、并將各半導(dǎo)體發(fā)光元件I的光輸出功率與膜厚T2的關(guān)系繪制而成的圖表。圖1OA與將相對于半導(dǎo)體發(fā)光元件I供給的電流密度設(shè)定為25A/cm2的情況對應(yīng)，圖1OB與將相對于半導(dǎo)體發(fā)光元件I供給的電流密度設(shè)定為50A/cm2的情況對應(yīng)。另外，在繪制的各點的附近一并記載的數(shù)值表示第二層32的In組成的值。
[0126]如上述那樣，為了使半導(dǎo)體發(fā)光元件I的峰值發(fā)光波長達(dá)到530nm以上的長波長，要求提高構(gòu)成第二層32的InGaN的In組成。可是，如圖SB的能帶圖中所示的那樣，第二層32的膜厚會左右能帶圖的井區(qū)域的寬度。InGaN由于壓電電場強，所以如圖SB中所示的那樣，在實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件I中通過第二層32而形成的井區(qū)域的能帶也傾斜。因此，根據(jù)井區(qū)域的寬度，第二層32中的帶隙能量發(fā)生變化，這會對半導(dǎo)體發(fā)光元件I的峰值發(fā)光波長造成影響。即，半導(dǎo)體發(fā)光元件I的峰值發(fā)光波長受到InGaN的In組成和膜厚的影響。
[0127]圖1OA及圖1OB是在以使第二層32的膜厚與In組成變化而使峰值發(fā)光波長達(dá)到540nm以上且570nm以下的范圍內(nèi)的方式制作的半導(dǎo)體發(fā)光元件I中、將各半導(dǎo)體發(fā)光元件I的光輸出功率與第二層32的膜厚相應(yīng)地進(jìn)行比較的圖。例如，當(dāng)?shù)诙?2的膜厚為2nm時將In組成設(shè)定為38%，當(dāng)?shù)诙?2的膜厚為2.4nm時將In組成設(shè)定為33%，當(dāng)?shù)诙?2的膜厚為3nm時將In組成設(shè)定為26%，這表示:若僅使第二層32的膜厚發(fā)生變化，則實現(xiàn)不了 540nm以上且570nm以下的峰值發(fā)光波長，所以優(yōu)選選擇與膜厚相應(yīng)的In組成。
[0128]根據(jù)圖1OA及圖10B，與將第二層32的膜厚設(shè)定為2nm的情況相比，在將其膜厚設(shè)定為2.4nm的情況下半導(dǎo)體發(fā)光元件I的光輸出功率大大上升。并且，若使第二層32的膜厚逐漸地厚達(dá)2.5nm、2.6nm，則半導(dǎo)體發(fā)光元件I的光輸出功率緩慢地上升，進(jìn)而若使第二層32的膜厚逐漸地厚達(dá)2.7nm、2.8nm，則半導(dǎo)體發(fā)光元件I的光輸出功率緩慢地降低。并且，在將第二層32的膜厚設(shè)定為3nm的情況下，與將第二層32的膜厚設(shè)定為2.8nm的情況相比半導(dǎo)體發(fā)光元件I的光輸出功率大大降低。
[0129]因而，教示了:在將第二層32的膜厚設(shè)定為2.4nm以上且2.Snm以下來制作半導(dǎo)體發(fā)光元件I的情況下實現(xiàn)了高的光輸出功率。另外，在將第二層32的膜厚設(shè)定為2.4nm以上且2.Snm以下的情況下，為了使半導(dǎo)體發(fā)光元件I的峰值發(fā)光波長達(dá)到540nm以上且570nm以下，只要將第二層32的In組成設(shè)定為28%以上且33%以下即可。
[0130]通常，已知就半導(dǎo)體發(fā)光元件而言，越是降低注入的電流密度，外部量子效率越發(fā)提高，發(fā)光波長越向長波長側(cè)位移。但是，由于將第二層32的膜厚及In組成設(shè)定為上述的范圍內(nèi)來制作半導(dǎo)體發(fā)光元件I，因而即使是使注入的電流密度高達(dá)50A/cm2的情況下，也可以實現(xiàn)高的光輸出功率。
[0131](關(guān)于向活性層的摻雜的考察)
[0132]如“用于解決技術(shù)問題的方法”的項中所述的那樣，在以往的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，為了提高向活性層的載流子注入效率，有時對活性層的勢皇層進(jìn)行Si摻雜。這里所謂的活性層的勢皇層在半導(dǎo)體發(fā)光元件I中與第一層31對應(yīng)。但是，獲知:在半導(dǎo)體發(fā)光元件I的情況下，與摻雜Si而形成第一層31的情況相比，以未摻雜形成第一層31時光輸出功率提高。
[0133]圖11是將(a)包含未摻雜的第一層31的半導(dǎo)體發(fā)光元件與(b)包含Si摻雜的第一層31的半導(dǎo)體發(fā)光元件I的光輸出功率進(jìn)行比較的圖表。根據(jù)圖11，與(b)相比(a)在同一電流供給下的光輸出功率高，就半導(dǎo)體發(fā)光元件I的結(jié)構(gòu)而言，認(rèn)為作為活性層30的勢皇層發(fā)揮功能的第一層31以未摻雜構(gòu)成從提高光輸出功率的觀點出發(fā)是優(yōu)選的。其理由并不清楚，但作為一種推測，認(rèn)為在對勢皇層整體進(jìn)行Si摻雜的情況下反而電子產(chǎn)生溢流。
[0134]另外，超晶格層20能夠以具有不同帶隙的多個氮化物半導(dǎo)體的層疊體來實現(xiàn)。在上述的實施方式中，半導(dǎo)體發(fā)光元件I所具備的超晶格層20由GaN/InGaN構(gòu)成，但其是具有不同帶隙的多個氮化物半導(dǎo)體的層疊體的一個例子。另外，在超晶格層20由第四層21與第五層23的層疊體構(gòu)成的情況下(參照圖1(b))，也可以使第五層23為InGaN層，使第四層21為GaN層、或與第五層23相比In組成低的InGaN層。
[0135][制造方法]
[0136]以下，對半導(dǎo)體發(fā)光元件I的制造方法進(jìn)行說明。另外，以下的制造條件或膜厚等尺寸說到底只是一個例子，并不限定于這些數(shù)值。
[0137](步驟SI)
[0138]在基板11的上層使未摻雜的GaN層13生長。具體的方法的一個例子如下所述。
[0139]準(zhǔn)備c面藍(lán)寶石基板作為基板11，對其進(jìn)行清理。該清理更具體而言例如通過在MOCVD(MetaI Organic Chemical Vapor Deposit1n:有機金屬化學(xué)氣相沉積)裝置的處理爐內(nèi)配置基板ll(c面藍(lán)寶石基板)，一邊向處理爐內(nèi)流入流量為1slm的氫氣，一邊將爐內(nèi)溫度升溫至例如1150°C來進(jìn)行。
[0140]之后，通過在基板11的表面上形成由GaN構(gòu)成的低溫緩沖層，進(jìn)而在其上層上形成由GaN構(gòu)成的基底層，從而形成未摻雜的GaN層13。更具體的未摻雜的GaN層13的形成方法如下所述。
[0141]首先，將MO CVD裝置的爐內(nèi)壓力設(shè)定為10kPa，將爐內(nèi)溫度設(shè)定為480°C。然后，一邊向處理爐內(nèi)流入作為載氣的流量分別為5slm的氮氣及氫氣，一邊將作為原料氣體的流量為50μπιο1/分鐘的三甲基鎵(TMG)及流量為250000μπιο1/分鐘的氨向處理爐內(nèi)供給68秒鐘。由此，在基板11的表面上形成厚度為20nm的由GaN構(gòu)成的低溫緩沖層。
[0142]接著，將MOCVD裝置的爐內(nèi)溫度升溫至1150°C。然后，一邊向處理爐內(nèi)流入作為載氣的流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊將作為原料氣體的流量為lOOymol/分鐘的TMG及流量為250000μπιΟ1/分鐘的氨向處理爐內(nèi)供給60分鐘。由此，在低溫緩沖層的表面上形成厚度為3μπι的由GaN構(gòu)成的基底層。通過這些低溫緩沖層及基底層而形成未摻雜的GaN層13 ο
[0143]另外，作為基板11，也可以使用GaN基板。這種情況下也與藍(lán)寶石基板時同樣地在MOCVD裝置內(nèi)實施表面的清理后，將MOCVD裝置的爐內(nèi)溫度設(shè)定為1050°C，一邊向處理爐內(nèi)流入作為載氣的流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊將作為原料氣體的流量為ΙΟΟμπιοΙ/分鐘的TMG及流量為250000μπιο1/分鐘的氨向處理爐內(nèi)供給60分鐘。由此，在GaN基板的表面上形成厚度為3μπι的未摻雜的GaN層13。
[0144](步驟S2)
[0145]接著，在未摻雜的GaN層13的上表面上形成η型半導(dǎo)體層15。具體的方法的一個例子如下所述。
[0146]在繼續(xù)將爐內(nèi)溫度設(shè)定為115O°C的狀態(tài)下，將MOCVD裝置的爐內(nèi)壓力設(shè)定為30kPa。然后，一邊向處理爐內(nèi)流入作為載氣的流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊將作為原料氣體的流量為94μπι01/分鐘的TMG、流量為6μπι01/分鐘的三甲基鋁(TMA)、流量為250000μπιΟ1/分鐘的氨及用于摻雜η型雜質(zhì)的流量為0.025μπιΟ1/分鐘的四乙基硅烷向處理爐內(nèi)供給60分鐘。由此，在未摻雜的GaN層13的上表面上形成例如由Al組成為5%的AlGaN構(gòu)成、Si濃度為3 X 11Vcm3、厚度為2μπι的η型半導(dǎo)體層15。
[0147]另外，在上述實施方式中，對使η型半導(dǎo)體層15中包含的η型雜質(zhì)為Si的情況進(jìn)行了說明，但作為其他的η型雜質(zhì)，也可以使用Ge、S、Se、Sn及Te等。
[0148](步驟S3)
[0149]接著，在η型半導(dǎo)體層15的上表面上形成由GaN/InGaN構(gòu)成的超晶格層20。具體的方法的一個例子如下所述。
[0150]將MOCVD裝置的爐內(nèi)壓力設(shè)定為lOOkPa，將爐內(nèi)溫度設(shè)定為820°C。然后，進(jìn)行以下步驟:一邊向處理爐內(nèi)流入作為載氣的流量為15slm的氮氣及流量為Islm的氫氣，一邊將作為原料氣體的流量為15.2μπι01/分鐘的TMG、流量為27.2μπι01/分鐘的三甲基銦(TMI)及流量為375000μπιο1/分鐘的氨向處理爐內(nèi)供給54秒鐘。之后，進(jìn)行將流量為15.2μπιο1/分鐘的TMG及流量為375000μπιΟ1/分鐘的氨向處理爐內(nèi)供給54秒鐘的步驟。以下，通過將這兩個步驟反復(fù)進(jìn)行，從而在η型半導(dǎo)體層15的上表面上形成厚度為2.5nm的In組成為7 %的InGaN層23及厚度為2.5nm的GaN層21層疊10個周期而成的超晶格層20。
[0151]另外，如上述那樣，超晶格層20也可以作為低In組成的InGaN與高In組成的InGaN的層疊體而構(gòu)成。這種情況下，作為本步驟S3，進(jìn)行以下步驟:一邊流入流量為15slm的氮氣及流量為Islm的氫氣，一邊將作為原料氣體的流量為15.2μπι01/分鐘的TMG、流量為27.2μmol/分鐘的TMI及流量為375000μπιΟ1/分鐘的氨向處理爐內(nèi)供給54秒鐘的步驟;和將流量為15.2μπιο1/分鐘的TMG、流量為Ιμπιο?/分鐘的TMI及流量為375000μπιο1/分鐘的氨向處理爐內(nèi)供給54秒鐘的步驟。以下，通過將這兩個步驟反復(fù)進(jìn)行，從而在η型半導(dǎo)體層15的上表面上形成厚度為2.5nm的In組成為7 %的InGaN層23及厚度為2.5nm的In組成為I %以下的InGaN層21層疊10個周期而成的超晶格層20。
[0152](步驟S4)
[0153]接著，在超晶格層20的上表面上形成由111；(16&1—；(川(0^^1彡0.01)構(gòu)成的第一層31、由 Inx2Ga1-χ2Ν(0.2〈Χ2〈1)構(gòu)成的第二層32及由Ah1Ga1-Y1N(0〈Y1〈1)構(gòu)成的第三層33。
[0154]步驟S4通過將形成第二層32的步驟S4a、形成第三層33的步驟S4b及形成第一層31的步驟S4c實施多次而構(gòu)成。另外，在整個該步驟S4的期間，將MOCVD裝置的爐內(nèi)壓力設(shè)定為lOOkPa，將爐內(nèi)溫度設(shè)定為700°C?830 °C，流量為15slm的氮氣、流量為Islm的氫氣及流量為375000μπιο1/分鐘的氨向處理爐內(nèi)連續(xù)供給。
[0155](步驟S4a)
[0156]在將爐內(nèi)溫度設(shè)定為700°C而以上述的流量連續(xù)供給氫氣、氮氣及氨的狀態(tài)下，將流量為27.2μπιο1/分鐘的TMI及流量為15.2μπιο1/分鐘的TMG供給54秒鐘。由此，形成由In組成為28%的未摻雜InGaN構(gòu)成的膜厚為2.6nm的第二層32。
[0157](步驟S4b)
[0158]接著，在將爐內(nèi)溫度設(shè)定為700°C而以上述的流量連續(xù)供給氫氣、氮氣及氨的狀態(tài)下，將流量為15.2μπιο1/分鐘的TMG和流量為17.3μπιο1/分鐘的TMA連續(xù)地供給30秒鐘。由此，形成由Al組成為45%的未摻雜AlGaN構(gòu)成的膜厚為1.5nm的第三層33。
[0159](步驟S4c)
[0160]接著，在將爐內(nèi)溫度設(shè)定為700°C而以上述的流量連續(xù)供給氫氣、氮氣及氨的狀態(tài)下，將流量為15.2μπι01/分鐘的TMG連續(xù)地供給60秒鐘，形成膜厚為3nm的GaN層。接著，使?fàn)t內(nèi)溫度升溫至830°C。以該升溫過程及保持在該溫度的狀態(tài)，以同樣的氣體流量將TMG連續(xù)地供給340秒鐘，形成膜厚為17nm的GaN層。由此，形成作為第一層31的膜厚為20nm的GaN層。
[0161]另外，在由低In組成的InGaN構(gòu)成第一層31的情況下，也可以代替上述方法而通過以下的方法來形成。即，在以與步驟S4b相同的流量連續(xù)供給氫氣、氮氣及氨的狀態(tài)下，將流量為Iymol/分鐘及流量為15.2μπιο1/分鐘的TMG供給400秒鐘。由此，形成由In組成為I %以下的未摻雜InGaN構(gòu)成的膜厚為20nm的第一層31。
[0162]通過將上述步驟S4a?S4c重復(fù)實施5次，從而形成第一層31、第二層32及第三層33分別層疊5個周期而成的活性層30。
[0163]另外，在使InGaN生長的工序中，從盡量抑制液滴、進(jìn)行迀移的觀點出發(fā)，將生長速率設(shè)定為3nm/分鐘左右是優(yōu)選的。
[0164](步驟S5)
[0165]在活性層30的上表面例如以膜厚20nm形成未摻雜的GaN層41。另外，關(guān)于該未摻雜的GaN層41，在由GaN構(gòu)成活性層30的第一層31的情況下，在步驟S4中形成活性層30時，通過最后實施步驟S4c來結(jié)束步驟S4，可以使通過該步驟S4c形成的GaN層成為未摻雜的GaN層41。此外，在由低In組成的InGaN構(gòu)成第一層31的情況下，通過最后在停止TMI的供給的狀態(tài)下實施步驟S4c來結(jié)束步驟S4，可以使通過該步驟S4c形成的GaN層成為未摻雜的GaN層41。
[0166](步驟S6)
[0167]在未摻雜的GaN層41的上表面上形成P型半導(dǎo)體層43。具體的方法如下所述。
[0168]將MOCVD裝置的爐內(nèi)壓力維持在lOOkPa，一邊向處理爐內(nèi)流入作為載氣的流量為15slm的氮氣及流量為25slm的氫氣，一邊將爐內(nèi)溫度升溫至930°C。之后，作為原料氣體，將流量為10(^11101/分鐘的11^、流量為25000(^11101/分鐘的氨及用于摻雜?型雜質(zhì)的流量為0.1ymol/分鐘的雙(環(huán)戊二烯)鎂(Cp2Mg)向處理爐內(nèi)供給360秒鐘。由此，在未摻雜的GaN層41的上表面上形成厚度為120nm的由GaN構(gòu)成的P型半導(dǎo)體層43。該P型半導(dǎo)體層43的P型雜質(zhì)(Mg)濃度為3 X 11Vcm3左右。
[0169]進(jìn)而，也可以接著通過將Cp2Mg的流量變更為0.3μπιο1/分鐘而將原料氣體供給20秒鐘，形成厚度為5nm的由高濃度P型GaN層構(gòu)成的接觸層。這種情況下，在P型半導(dǎo)體層43中也包含該接觸層。另外，該接觸層的P型雜質(zhì)(Mg)濃度為I X 12Vcm3左右。
[0170]另外，在上述實施方式中，對使P型半導(dǎo)體層43中包含的P型雜質(zhì)為Mg的情況進(jìn)行了說明，但除了Mg以外，還可以使用Be、Zn及C等。
[0171](后面的工序)
[0172]之后的工藝如下所述。
[0173]在所謂的“臥式結(jié)構(gòu)”的半導(dǎo)體發(fā)光元件I的情況下，通過ICP蝕刻使η型半導(dǎo)體層15的一部分上表面露出，在露出的η型半導(dǎo)體層15的上層上形成η側(cè)電極，在P型半導(dǎo)體層43的上層上形成P側(cè)電極。然后，將各元件彼此通過例如激光切片裝置而分離，對于電極進(jìn)行引線接合。其中，所謂“臥式結(jié)構(gòu)”是指形成于η型半導(dǎo)體層15的上層的η側(cè)電極與形成于P型半導(dǎo)體層43的上層的P側(cè)電極相對于基板沿相同方向形成的結(jié)構(gòu)。
[0174]另一方面，在所謂的“立式結(jié)構(gòu)”的半導(dǎo)體發(fā)光元件I的情況下，在P型半導(dǎo)體層43的上層上形成成為P側(cè)電極的金屬電極(反射電極)、軟釬料擴散層及軟釬料層。然后，介由軟釬料層，貼合由導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成的支撐基板(例如CuW基板)后，使上下翻轉(zhuǎn)而將基板11通過激光照射等方法進(jìn)行剝離。之后，在η型半導(dǎo)體層15的上層上形成η側(cè)電極。以下，與臥式結(jié)構(gòu)同樣地進(jìn)行元件分離及引線接合。其中，所謂“立式結(jié)構(gòu)”是指η側(cè)電極與P側(cè)電極將基板夾持并沿相反方向形成的結(jié)構(gòu)。
[0175]〈第二實施方式〉
[0176]對本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的第二實施方式進(jìn)行說明。另外，關(guān)于與第一實施方式相同的部分，記載其主旨而省略說明。
[0177]圖12是示意性表示半導(dǎo)體發(fā)光元件的第二實施方式的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖12中所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件Ia與圖1中所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件I相比，僅在超晶格層20與活性層30之間進(jìn)一步具備空穴勢皇層17這點不同，其它相同。
[0178]空穴勢皇層17由摻雜有Si的氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成。關(guān)于該空穴勢皇層17的功能，將圖13中所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件Ia的能帶圖與圖SB中所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件I的能帶圖對比而進(jìn)行說明。
[0179]根據(jù)圖SB中所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件I的能帶圖，在超晶格層20與活性層30之間能帶具有傾斜度。與此相對，根據(jù)圖13中所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件Ia的能帶圖，獲知通過空穴勢皇層17的存在而在超晶格層20與活性層30之間能量帶隙擴大，超晶格層20與活性層30之間的能帶圖被平坦化。
[0180]如“用于解決技術(shù)問題的方法”中所述的那樣，在第三層33與第一層31的接合面附近，在活性層的價電子帶的能帶圖中形成槽，空穴二維地蓄積在該槽中(二維空穴氣體)。認(rèn)為:由于該空穴在二維方向上具有高的迀移率，所以有可能產(chǎn)生從P型半導(dǎo)體層43側(cè)向活性層30注入的空穴不與電子再結(jié)合而越過活性層30的溢流現(xiàn)象。
[0181]若產(chǎn)生空穴的溢流現(xiàn)象，則該空穴蓄積在通過形成于活性層與η型半導(dǎo)體層之間的GaN/InGaN的超晶格層20的InGaN而形成的井區(qū)域中。其結(jié)果是，從η型半導(dǎo)體層15注入的電子在超晶格層20內(nèi)與空穴再結(jié)合，產(chǎn)生所期望以外的波長的光。其結(jié)果是，產(chǎn)生顯示與在活性層內(nèi)產(chǎn)生的光的峰值波長不同的峰值波長的光，因而不優(yōu)選。
[0182]根據(jù)圖13中所示的能帶圖，通過空穴勢皇層17將能帶圖推上去，可以抑制溢流過活性層30的空穴向超晶格層20內(nèi)流入。由此，可以抑制GaN/InGaN的超晶格層20內(nèi)的不期望的光的產(chǎn)生。
[0183]另外，相對于作為空穴勢皇層17而構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層以越高濃度摻雜Si，越能夠?qū)⒛軒D平坦化。但是，若Si濃度超過5 X 1019/cm3，則出現(xiàn)氮化物半導(dǎo)體層的表面粗糙，所以設(shè)定為5 X 11Vcm3以上且5 X 1019/cm3以下的Si濃度是優(yōu)選的。在低于5 X 11Vcm3的Si濃度的情況下，對空穴的溢流的抑制效果低。
[0184]此外，如參照圖3A及圖3B所述的那樣，為了以良好的表面狀態(tài)實現(xiàn)顯示IX 119/cm3以上的極高的Si濃度的氮化物半導(dǎo)體層，作為空穴勢皇層17使用AlGaN是優(yōu)選的。若為低于I X 11Vcm3的Si濃度的范圍內(nèi)，則也可以使用GaN。
[0185]在制造本實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件Ia時，只要在步驟S3與步驟S4之間進(jìn)一步追加用于形成空穴勢皇層17的下述步驟S3A即可。
[0186](步驟S3A)
[0187]與第一實施方式同樣地實施步驟SI?S3后，在將爐內(nèi)溫度繼續(xù)設(shè)定為820°C的狀態(tài)下，進(jìn)行將流量為15.2μπιο1/分鐘的TMG、流量為Iymol/分鐘的TMA、流量為0.002μπιο1/分鐘的四乙基硅烷及流量為375000μπιΟ1/分鐘的氨向處理爐內(nèi)供給400秒鐘的步驟。由此，在超晶格層20的上表面上形成Si濃度為3X1019/cm3、厚度為20nm、Al組成為6%的作為空穴勢皇層17的AlGaN層。
[0188]步驟S4以下的制造工序由于與第一實施方式同樣，所以省略說明。
[0189]〈第三實施方式〉
[0190]對本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的第三實施方式進(jìn)行說明。另外，第三實施方式僅活性層30的構(gòu)成不同，其它與第一實施方式或第二實施方式相同。
[0191]在上述的實施方式中，遍及活性層30的整個周期設(shè)置了由AlGaN構(gòu)成的第三層33。但是，第三層33也可以不在全部的周期中具備。特別是成為僅在活性層30中的靠近P型半導(dǎo)體層43的位置具備第三層33、在靠近η型半導(dǎo)體層15的位置不具備第三層33的構(gòu)成也是優(yōu)選的。這種情況下，對于活性層30來說，在靠近P型半導(dǎo)體層43的位置處第一層31、第二層32及第三層33周期性地形成，在靠近η型半導(dǎo)體層15的位置處第一層31及第二層32周期性地形成。
[0192]圖14是成為在第二實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件Ia的構(gòu)成中、僅在靠近P型半導(dǎo)體層43的位置具備第三層33、在靠近η型半導(dǎo)體層15的位置不具備第三層33的構(gòu)成時的能帶圖。與圖13中示出了能帶圖的半導(dǎo)體發(fā)光元件I同樣地，活性層30成為5個周期的結(jié)構(gòu)。但是，關(guān)于靠近η型半導(dǎo)體層15的位置的2個周期，使活性層30成為第一層31及第二層32的周期結(jié)構(gòu)。另外，關(guān)于靠近P型半導(dǎo)體層43的3個周期，與圖13中所示的周期結(jié)構(gòu)同樣地使活性層30成為第一層31、第二層32及第三層33的周期結(jié)構(gòu)。
[0193]如上述那樣，由AlGaN構(gòu)成的第三層33由于與由GaN(或In組成低的InGaN)構(gòu)成的第一層31相比能量帶隙大，所以構(gòu)成電子向P型半導(dǎo)體層43側(cè)移動時的能量勢皇。但是，在圖SB的構(gòu)成中，在η型半導(dǎo)體層15的附近也形成了利用第三層33而成的能量勢皇。其結(jié)果是，從η型半導(dǎo)體層15供給的電子通過在靠近η型半導(dǎo)體層15的位置形成的該能量勢皇而被阻礙移動，有可能電子被攝入通過第二層32而構(gòu)成的井區(qū)域內(nèi)的概率降低。
[0194]與此相對，若為圖14的構(gòu)成，則由于在活性層30中的形成于η型半導(dǎo)體層15側(cè)的區(qū)域中不存在第三層33，所以不存在阻礙電子的移動的高的能量勢皇。因此，若對半導(dǎo)體發(fā)光元件I施加電壓，則電子以高概率向活性層30內(nèi)流入至形成有第三層33的部位為止。并且，通過第三層33的能量勢皇而一部分電子的移動被阻礙，能夠?qū)㈦娮右愿吒怕蕯z入到通過第二層32而構(gòu)成的井區(qū)域中。其結(jié)果是，在井區(qū)域中能夠使電子與空穴以高概率再結(jié)合。即，通過成為顯示圖14的能帶圖的元件構(gòu)成，與顯示圖13的能帶圖的元件構(gòu)成相比能夠使發(fā)光效率提尚。
[0195]在制作具有該構(gòu)成的半導(dǎo)體發(fā)光元件Ia的情況下，只要在步驟S4的初期將步驟S4a及步驟S4c重復(fù)實施，之后，將步驟S4a、步驟S4b及步驟S4c重復(fù)實施即可。另外，關(guān)于其以外的工序，與上述的方法相同。
[0196]另外，上述中對采用了第二實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件Ia的情況進(jìn)行了說明，但是也可以成為在第一實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件I中、僅在靠近P型半導(dǎo)體層43的位置具備第三層33、在靠近η型半導(dǎo)體層15的位置不具備第三層33的構(gòu)成。
[0197]符號說明
[0198]1、Ia:半導(dǎo)體發(fā)光元件
[0199]2:傳導(dǎo)帶
[0200]3:價電子帶
[0201]11:基板
[0202]13:未摻雜的GaN層
[0203]15:n型半導(dǎo)體層
[0204]17:空穴勢皇層
[0205]20:超晶格層
[0206]21:構(gòu)成超晶格層的GaN層
[0207]23:構(gòu)成超晶格層的InGaN層
[0208]30:活性層
[0209]31:構(gòu)成活性層的第一層
[0210]32:構(gòu)成活性層的第二層
[0211]33:構(gòu)成活性層的第三層
[0212]41:未摻雜的GaN層
[0213]43:p型半導(dǎo)體層
[0214]50:比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件所具備的活性層
[0215]51:構(gòu)成比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件所具備的活性層的GaN層
[0216]52:構(gòu)成比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件所具備的活性層的InGaN層
[0217]55:比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件所具備的η型半導(dǎo)體層
[0218]57:比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件所具備的電子阻擋層
[0219]60:比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件
[0220]62:傳導(dǎo)帶
[0221]63:價電子帶
[0222]71:來自未摻雜GaN層的缺陷
[0223]72:來自活性層的缺陷
【主權(quán)項】
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，其是峰值發(fā)光波長為530nm以上的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其具有: η型半導(dǎo)體層、 形成于所述η型半導(dǎo)體層的上層的由具有不同帶隙的多個氮化物半導(dǎo)體的層疊體構(gòu)成的超晶格層、 形成于所述超晶格層的上層的活性層、和 形成于所述活性層的上層的P型半導(dǎo)體層， 所述活性層是將由InXiGa1-XiN構(gòu)成的第一層、由InX2Ga1-X2N構(gòu)成的第二層及由AlYiGa1-nN構(gòu)成的第三層層疊、且至少周期性地形成有所述第一層及所述第二層而成的，其中，OSXl 彡0.01，0.2〈Χ2〈1，0〈Υ1〈1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述第二層由膜厚為2.4nm以上且2.8nm以下的IrmGa1-X2N構(gòu)成，其中，0.28彡X2彡0.33。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，當(dāng)設(shè)所述第一層的膜厚為Tl、設(shè)所述第二層的膜厚為T2、設(shè)所述第三層的膜厚為T3時，滿足5T2<T1<10T2且T3〈T2的關(guān)系O4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述活性層在靠近所述P型半導(dǎo)體層的位置周期性地形成有所述第一層、所述第二層及所述第三層，在靠近所述η型半導(dǎo)體層的位置周期性地形成有所述第一層及所述第二層。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述超晶格層與所述活性層之間具有由氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成的空穴勢皇層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述空穴勢皇層由Si濃度為5X 11Vcm3以上且5 X 11Vcm3以下的氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述第三層由Ah1Ga1-Y1N 構(gòu)成，其中，0.2 彡 Yl 彡 0.5。8.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述η型半導(dǎo)體層由Si濃度為3 X 119Cm3以上的AlGaN構(gòu)成。9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述超晶格層由第四層與第五層的層疊體構(gòu)成， 所述第五層為InGaN層， 所述第四層為GaN層、或與所述第五層相比In組成低的InGaN層。
【文檔編號】H01L33/32GK105917478SQ201580005053
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年2月2日
【發(fā)明人】三好晃平
【申請人】優(yōu)志旺電機株式會社