CN101009352A - 氮化物半导体发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供氮化物半导体发光元件。InAlGaN层(19)设置在量子阱发光层(13)与n型氮化镓类半导体层(15)之间。量子阱发光层(13)的氧浓度低于InAlGaN层(19)的氧浓度。量子阱发光层(13)设置在p型AlGaN半导体层(17)与InAlGaN层(19)之间。InAlGaN层(19)的铟组分大于InAlGaN势阱层(13a)的铟组分。InAlGaN层(19)的铟组分大于InAlGaN势垒层(13b)的铟组分。InAlGaN势阱层(13a)的铝组分小于InAlGaN层(19)的铝组分。InAlGaN势垒层(13b)的铝组分小于InAlGaN层(19)的铝组分。
Description
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光元件。
背景技术
在专利文献1(日本特开2000-164925号公报)中，记载了具有双杂合结构的发光部的氮化物半导体发光元件。氮化物半导体发光元件包括由多相结构的n型InGaN构成的发光层，该多层结构由以氧原子浓度为Qa(原子/cm3)、铟(In)组成比不同的主体层和从属层组成。发光层夹在由使氧原子浓度为在Qa以下的Qc(原子/cm3)的III族氮化物半导体构成的n型包层与由使氧原子浓度为Qc以上、Qa以下的Qp(原子/cm3)的III族氮化物半导体构成的p型包层之间。
发明内容
在专利文献1中，氧浓度Qa的InGaN发光层夹在使氧原子浓度为在Qa以下的氧原子浓度Qc的n型包层与使氧原子浓度为Qc以上、氧原子浓度Qa以下的氧原子浓度Qp的p型包层之间。而且，专利文献1对于含有InAlGaN半导体层的发光层没有任何启示。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供具有高的载体注入效率、设有含InAlGaN半导体层的发光层的氮化物半导体发光元件。
根据本发明的一个方面，氮化物半导体发光元件设有：(a)包含InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层(1＞X1＞0，1＞Y1＞0)和InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层(1＞X2＞0，1＞Y2＞0)的量子阱发光层；(b)n型氮化镓类半导体层；(c)设置在上述量子阱发光层与上述n型氮化镓类半导体层之间的InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层(1＞X3＞0，1＞Y3＞0)； 以及(d)具有比上述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的材料的禁制带宽大的禁制带宽的p型AlGaN半导体层，其中，上述量子阱发光层设置在上述p型AlGaN半导体层与上述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层之间，上述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铟组分X3大于上述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铟组分X1，上述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铟组分X3大于上述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铟组分X2，上述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铝组分Y1小于上述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铝组分Y3，上述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铝组分Y2小于上述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铝组分Y3，上述量子阱发光层的氧浓度低于上述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的氧浓度。
如该氮化物半导体发光元件，由于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铟组分X3不仅大于InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铟组分X1，而且大于InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铟组分X2，所以InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层具有优良的缓冲效果。因此，发光层的结晶性良好。
而且，由于InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铟组分X1小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铟组分X3，InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铟组分X2小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铟组分X3，因此在使InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铝组分Y1小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铝组分Y3的同时，使InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铝组分Y2小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铝组分Y3，可以得到具有所期望的禁制带宽的InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层和InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层。
另外，由于InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铝组分Y1和InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铝组分Y2均小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铝组分Y3，故可以使量子阱发光层的氧浓度低于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的氧浓度。
因为量子阱发光层的InAlGaN半导体中作为n型掺杂剂起作用的氧浓度减小，所以电子向p型AlGaN层的漏泄减少，发光效率提高。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，上述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的氧浓度优选在1×1018cm-3以上。为了使氧浓度小于1×1018cm-3，有必要增加生长温度从而使铟组分减小。但是，若为使氧浓度小于1×1018cm-3而减小铟组分，则InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的缓冲能力降低。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，上述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的氧浓度优选在1×1020cm-3以下。若使氧浓度增大到超过1×1020cm-3，则InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层本身的结晶品质下降，该结晶品质的下降会影响发光层的结晶品质。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，上述量子阱发光层的氧浓度优选小于1×1018cm-3。若量子阱发光层具有1×1018cm-3以上的氧浓度，则在影响量子阱发光层的结晶品质的同时，电子向p型AlGaN半导体层的漏泄增加。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，上述量子阱发光层的氧浓度优选在1×1016cm-3以上。为了使氧浓度小于1×1016cm-3，有必要提高生长温度，此时铟组分降低，发光效率下降。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，还可以设有III族氮化物支撑基体。上述n型氮化镓类半导体层可以设置在上述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层与上述III族氮化物基板之间。通过使用III族氮化物支撑基体，可以提供良好的结晶品质的氮化镓类半导体的生长。
在本发明的氮化物半导体发光元件中，上述III族氮化物支撑基体优选为氮化镓支撑基体。可以提供低位错密度的支撑基体。
由参考附图而进行的本发明的优选实施方式的如下详细记述，可以更容易地了解本发明的上述目的及其他目的、特征和优点。
附图说明
图1是模式地表示第1实施方式的氮化物发光元件的结构的图。
图2(A)及图2(B)是表示用于结构1及结构2的制造工序的图。
图3(A)及图3(B)是表示用于结构1的制造工序的图。
图4(A)及图4(B)是表示用于结构2的制造工序的图。
图5是模式地表示具有结构1的发光二极管的图。
图6是模式地表示具有结构2的发光二极管的图。
图7(A)是表示在温度为300K时测定的结构1的发光光谱的图，图7(B)是表示在温度为210K时测定的结构1的发光光谱的图。
图8(A)是表示在温度为300K时测定的结构2的发光光谱的图，图8(B)是表示在温度为210K时测定的结构2的发光光谱的图。
图9是表示用于结构1的能带图的图。
具体实施方式
参考作为例示的所示出的附图，考虑如下详细的记述，由此可以更容易地理解本发明的见解。接着，参考附图说明本发明的氮化物半导体发光元件的实施方式。在可能的情况下，相同的部分使用相同的标号。
(第1实施方式)
图1是表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的结构的图。氮化物半导体发光元件11设有量子阱发光层13、n型氮化镓类半导体层15和p型AlGaN半导体层17。量子阱发光层13包含InX1AlY1Ga1-X1-Y1N(1＞X1＞0，1＞Y1＞0)势阱层13a和InX2AlY2Ga1-X2-Y2N(1＞X2＞0，1＞Y2＞0)势垒层13b。而且，氮化物半导体发光元件11包含InX3AlY3Ga1-X3-Y3N(1＞X3＞0，1＞Y3＞0)层19。InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19设置在量子阱发光层13与n型氮化镓类半导体层15之间。p型AlGaN半导体层17具有比InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层13b的材料的禁制带宽EB大的禁制带宽ECP。量子阱发光层13设置在p型AlGaN半导体层17与InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19之间。InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铟组分X3大于InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层13a的铟组分X1。InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铟组分X3大于InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层13b的铟组分X2。InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层13a的铝组分Y1小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铝组分Y3。InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层13b的铝组分Y2小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铝组分Y3。量子阱发光层13的氧浓度低于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的氧浓度。
如该氮化物半导体发光元件11，由于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铟组分X3不仅大于InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层13a的铟组分X1，而且大于InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层13b的铟组分X2，所以InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19具有优良的缓冲效果。因此，量子阱发光层13的结晶性及发光特性提高。
而且，由于InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层13a的铟组分X1小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铟组分X3，InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层13b的铟组分X2小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铟组分X3，因此在使InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层13a的铝组分Y1小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铝组分Y3的同时，使InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层13b的铝组分Y2小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铝组分Y3，可以得到分别具有所期望的禁制带宽EW、EB的InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层和InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层。
另外，由于InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层13a的铝组分Y1和InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层13b的铝组分Y2均小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的铝组分Y3，故可以使量子阱发光层13的氧浓度N13低于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的氧浓度N19。因为量子阱发光层13的InAlGaN半导体中作为n型掺杂剂起作用的氧浓度减小，所以电子向p型AlGaN层的漏泄减少，发光效率提高。
在氮化物半导体发光元件11中，量子阱发光层13构成为可以产生紫外线波长区域的光。发光峰波长优选在260nm以上、360nm以下的范围。量子阱发光层13由于具有量子阱结构，故构成为可以通过调整势阱层的禁制带宽和/或组成、势垒层的禁制带宽和/或组成，在紫外线波长区域产生所期望的波长的光。
氮化物半导体发光元件11还可以设有III族氮化物支撑基体21。n型氮化镓类半导体层15可以设置在InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19与III族氮化物基体21之间。通过使用III族氮化物支撑基体21，可以提供良好的结晶品质的氮化镓类半导体的生长。III族氮化物支撑基体21优选为n型氮化镓支撑基体。可以为氮化物半导体发光元件11提供低穿透位错密度的支撑基体。
氮化物半导体发光元件11还可以包括设置在III族氮化物支撑基体21上的缓冲层23。缓冲层23由n型氮化镓类半导体构成。n型氮化镓类半导体例如可以是n型GaN或n型AlGaN。
氮化物半导体发光元件11可以包含设置在p型AlGaN半导体层17上的p型氮化镓类半导体层25。P型氮化镓类半导体层25具有比p型AlGaN半导体层17的禁制带宽小的禁制带宽，例如p型AlGaN或p型GaN。
氮化物半导体发光元件11包含设置在p型氮化镓类半导体层25上的第1电极27和设置在III族氮化物支撑基体21的下面的第2电极29。第1电极27作为阳极起作用，第2电极29作为阴极起作用。若在阳极与阴极之间施加电压，则载体注入量子阱发光层13，通过载体的再结合而产生光L。
在氮化物半导体发光元件11中，InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的氧浓度N19优选在1×1018cm-3以上。为了使氧浓度小于1×1018cm-3，有必要增加生长温度。这将引起铟组分的下降，并导致InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的缓冲能力变差。
在氮化物半导体发光元件11中，InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19的氧浓度N19优选在1×1020cm-3以下。若使氧浓度增大到超过1×1020cm-3，则InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层19本身的结晶品质下降，该结晶品质的下降会影响量子阱发光层的结晶品质。
在氮化物半导体发光元件11中，量子阱发光层13的氧浓度优选小于1×1018cm-3。若量子阱发光层13具有1×1018cm-3以上的氧浓度，则在影响量子阱发光层13的结晶品质的同时，使电子向p型AlGaN半导体层的漏泄增加。
在氮化物半导体发光元件11中，量子阱发光层13的氧浓度优选在1×1016cm-3以上。若使氧浓度小于1×1016cm-3，则铟组分降低，发光效率下降。
另外，在氮化物半导体发光元件11中，势阱层13a的氧浓度优选小于1×1018cm-3。若势阱层13a具有1×1018cm-3以上的氧浓度，则在影响势阱层13a的结晶品质的同时，使电子向p型AlGaN半导体层的漏泄增加。
在氮化物半导体发光元件11中，势阱层13a的氧浓度优选在1×1016cm-3以上。为了使氧浓度小于1×1016cm-3，有必要提高生长温度，此时，铟组分降低，发光效率下降。
而且，在氮化物半导体发光元件11中，势垒层13b的氧浓度优选小于1×1018cm-3。若势垒层13b具有1×1018cm-3以上的氧浓度，则在影响势垒层13b的结晶品质的同时，使电子向p型AlGaN半导体层的漏泄增加。
在氮化物半导体发光元件11中，势垒层13b的氧浓度优选在1×1016cm-3以上。为了使氧浓度小于1×1016cm-3，有必要提高生长温度，此时，铟组分降低，发光效率下降。
(第2实施方式)
参考图2(A)、图2(B)、图3(A)及图3(B)说明氮化物半导体发光元件的制作方法。准备氮化镓晶片31。氮化镓晶片31具有导电性，由n型GaN构成。将氮化镓晶片31配置在有机金属气相生长炉内。首先，使用有机金属气相生长炉进行氮化镓晶片31的热清洗。为了热清洗，将有机金属气相生长炉的温度设定在1050摄氏度。为有机金属气相生长炉提供含有氨气和氢气(NH3+H2)的气体，进行例如10分钟的氮化镓晶片31的热处理。
此后，如图2(A)所示，用有机金属气相生长炉使n型GaN膜33在氮化镓晶片31上生长。该生长例如可以在1150摄氏度进行，n型GaN膜33的厚度例如为2微米。接着，用有机金属气相生长炉使n型AlGaN膜35在n型氮化镓膜33上生成。该生长例如可以在1080摄氏度进行。n型AlGaN膜35的组成例如为Al0.18Ga0.82N，其厚度例如为30纳米。
如图2(B)所示，用有机金属气相生长炉使n型InAlGaN缓冲膜37(与第1实施方式的记述同样记作InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层(1＞X3＞0，1＞Y3＞0))在n型AlGaN膜35上生长。该生长例如可以在780摄氏度进行。n型InAlGaN缓冲膜37的组成例如为n型In0.05Al0.24Ga0.71N膜37，其厚度例如为35纳米。通过这些工序，可以得到外延基板B。
接着，参考图3(A)和图3(B)说明量子阱发光区域的形成。首先，如图3(A)所示，使用于结构1的量子阱发光区域39在外延基板B上生长。量子阱发光区域39包含势阱层39a和势垒层39b。势阱层39a由InU1AlV1Ga1-U1-V1N势阱层(1＞U1＞0，1＞V1＞0)构成。势垒层39b由InU2AlV2Ga1-U2-V2N势垒层(1＞U2＞0，1＞V2＞0)构成。量子阱发光区域39的形成温度为与InAlGaN缓冲膜37的生长温度实质上相同的温度。在本实施例中，量子阱发光区域39的生长例如可以在780摄氏度进行。在一个实施例中，势阱层39a的组成为In0.06Al0.19Ga0.75N势阱层，且势垒层39b的组成为In0.05Al0.24Ga0.71N势垒层。In0.06Al0.19Ga0.75N势阱层的厚度为2.5纳米，In0.05Al0.24Ga0.71N势垒层的厚度为15纳米。
如图3(B)所示，用有机金属气相生长炉形成用于电子块的p型AlGaN膜41。该生长例如可以在1030摄氏度进行。p型AlGaN膜41的组成例如为Al0.27Ga0.73N，p型AlGaN膜41的厚度例如为25纳米。接着，用有机金属气相生长炉形成用于形成良好的欧姆接触的p型AlGaN膜43。该生长例如可以在1030摄氏度进行。p型AlGaN膜43的组成例如为Al0.18Ga0.82N，p型AlGaN膜43的厚度例如为60纳米。通过这些工序可以得到外延基板B1。
参考图4(A)和图4(B)说明用于结构2的量子阱发光区域45的形成。使量子阱发光区域45在外延基板B上生长。量子阱发光区域45包含势阱层45a和势垒层45b。势阱层45a由InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层(1＞X1＞0，1＞Y1＞0)构成。势垒层45b由InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层(1＞X2＞0，1＞Y2＞0)构成。量子阱发光区域45的形成温度为比InAlGaN缓冲膜37的生长温度高的温度。在本实施例中，量子阱发光区域45的生长例如可以在830摄氏度进行。此时，InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铟组分X3大于InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铟组分X1，InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铟组分X3大于InX2AlY2Ga1-Y2-Y2N势垒层的铟组分X2。InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铝组分Y1小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铝组分Y3，InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铝组分Y2小于InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铝组分Y3。在一个实施例中，势阱层45a的组成为In0.02Al0.09Ga0.81N势阱层。势垒层45b的组成为In0.02Al0.22Ga0.76N势垒层。In0.02Al0.09Ga0.81N势阱层的厚度为2.7纳米，In0.02Al0.22Ga0.76N势垒层的厚度为15纳米。
如图4(B)所示，用有机金属气相生长炉形成用于阻挡电子的p型AlGaN膜47。该生长例如可以在1030摄氏度进行。p型AlGaN膜47的组成例如为Al0.27Ga0.73N，p型AlGaN膜47的厚度例如为25纳米。接着，用有机金属气相生长炉形成用于形成良好的欧姆接触的p型AlGaN膜49。该生长例如可以在1030摄氏度进行。p型AlGaN膜49的组成例如为Al0.18Ga0.82N，p型AlGaN膜49的厚度例如为60纳米。通过这些工序可以得到外延基板B2。
用SIMS法分析外延基板B1、B2，估计量子阱发光层39、45的氧浓度。外延基板B1的量子阱发光层39及缓冲膜的氧浓度都约为1×1018cm-3。外延基板B2的量子阱发光层45及缓冲膜的氧浓度分别约为5×1017cm-3、1×1018cm-3。结果显示，若提高AlInGaN的生长温度，则氧浓度减小。由于氧浓度的降低，结晶品质变得良好。
在外延基板B1的p型区域形成Ni/Au等阳极51a，同时在外延基板B1的GaN基板的下面形成Ti/Al等阴极51b，从而形成图5所示的LED结构S1。另外，在外延基板B2的p型区域形成Ni/Au等阳极53a，同时在外延基板B2的GaN基板的下面形成Ti/Al等阴极53b，从而形成图6所示的LED结构S2。
对上述的LED结构S1、S2施加电压，测定光输出功率。图7(A)和图7(B)表示LED结构S1的发光光谱。图8(A)和图8(B)表示LED结构S2的发光光谱。图7(A)和图8(A)的发光光谱在温度300K下测定，图7(B)和图8(B)的发光光谱在温度210K下测定。LED结构S1、S2的任何发光光谱均在温度为300K时具有单一的尖峰。但是，LED结构S1的发光光谱在温度210K时在波长比峰波长长的波长区域具有表示产生发光的凸起。
出现在LED结构S1的发光光谱上的凸起认为是p型AlGaN区域的发光。p型AlGaN的发光效率在室温附近并不大。但是，在低温时，由于在p型AlGaN的发光效率提高的同时，p型AlGaN的电特性变差，所以发光光谱上表现出电子从量子阱发光区域漏泄出来的影响。另一方面，在LED结构S2的发光光谱上没有出现凸起。也就是说，如图9所示，量子阱活性层的氧浓度越高，电子向p型AlGaN区域的漏泄E2越多，载体注入效率变差。这是因为氧原子在氮化镓类半导体中作为施主杂质而起作用的缘故。当量子阱活性层中电子E1与空穴H1再结合时，产生具有350nm的波长组分的光(紫外线)。当p型AlGaN区域中电子E2与空穴H2再结合时，产生具有390nm的波长组分的光。该发光与由镁(Mg)引起的较深的受主能级有关，表示在390nm附近具有峰的较宽的发光光谱。
LED结构S2的发光峰强度约为LED结构S1的发光峰强度的2倍。
对此，如下考虑：
(1)若提高量子阱发光层的生长温度，则势阱层与势垒层的界面的陡性变得良好。
(2)若提高量子阱发光层的生长温度，则氧气的摄入减少，其结果量子阱发光层的结晶性提高。
(3)若氧浓度减小，则载体的注入效率提高。
因此，由于量子阱活性层中电子E的大部分与空穴H再结合，故具有350nm的波长组分的光(紫外线)的发光强度增强。p型AlGaN区域的再结合非常少。
在优选的实施方式中图示说明了本发明的原理，本领域工作人员可以识别本发明不脱离该原理地改变配置和细节的情况。本发明并不限定于本实施方式中公开的特定的构成。因此，本发明包括针对所公开的技术方案以及技术思想的所有修改和变更。
Claims (7)
1.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，设有：n型氮化镓类半导体层；包含InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层(1＞X1＞0，1＞Y1＞0)和InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层(1＞X2＞0，1＞Y2＞0)的量子阱发光层；设置在所述量子阱发光层与所述n型氮化镓类半导体层之间的InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层(1＞X3＞0，1＞Y3＞0)；以及具有比所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的材料的禁制带宽大的禁制带宽的p型AlGaN半导体层，其中，
所述量子阱发光层设置在所述p型AlGaN半导体层与所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层之间，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铟组分X3大于所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铟组分X1，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铟组分X3大于所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铟组分X2，所述InX1AlY1Ga1-X1-Y1N势阱层的铝组分Y1小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铝组分Y3，所述InX2AlY2Ga1-X2-Y2N势垒层的铝组分Y2小于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的铝组分Y3，所述量子阱发光层的氧浓度低于所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的氧浓度。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的氧浓度在1×1018cm-3以上。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层的氧浓度在1×1020cm-3以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述量子阱发光层的氧浓度小于1×1018cm-3。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述量子阱发光层的氧浓度在1×1016cm-3以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，还设有III族氮化物支撑基体，所述n型氮化镓类半导体层设置在所述InX3AlY3Ga1-X3-Y3N层与所述III族氮化物基板之间。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述III族氮化物支撑基体为氮化镓支撑基体。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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| KR101007087B1 (ko) | 2009-10-26 | 2011-01-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
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Family Cites Families (9)
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| JP5028640B2 (ja) * | 2004-03-26 | 2012-09-19 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102280547A (zh) * | 2011-08-31 | 2011-12-14 | 厦门大学 | 一种有源区为p型的氮化镓系半导体发光管 |
| CN102368519A (zh) * | 2011-10-27 | 2012-03-07 | 华灿光电股份有限公司 | 一种提高半导体二极管多量子阱发光效率的方法 |
| CN102368519B (zh) * | 2011-10-27 | 2016-04-20 | 华灿光电股份有限公司 | 一种提高半导体二极管多量子阱发光效率的方法 |
| CN102623596A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-01 | 华灿光电股份有限公司 | 一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管 |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091223 Termination date: 20130126 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |