CN102792533B - 氮化物系半导体发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明的氮化物系半导体发光元件具有基板、和在所述基板上夹着活性区域而层叠的n型半导体层及p型半导体层，所述活性区域包含用于构成多重量子阱构造的阻挡层；以及最终阻挡层，该最终阻挡层的膜厚比所述阻挡层的膜厚厚，且设置在与所述p型半导体层最近的一侧，在构成所述多重量子阱构造的阻挡层中，与所述最终阻挡层邻接的2个阻挡层的平均膜厚比其他的阻挡层的平均膜厚薄。
Description
技术领域
本发明主要涉及利用了氮化物系半导体(例如，一般式InXAlYGa1-X-YN，0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的半导体发光元件以及利用了该半导体发光元件的发光装置以及其制造方法。
背景技术
作为夹着发光层而层叠有p型半导体层以及n型半导体层的半导体发光元件的发光二极管(LED)或半导体激光器(LD)、以及利用这些器件的照明等的发光装置已得到实用化。尤其是利用了氮化物系材料(以下，存在有总称之为“GaN”的情形。)的半导体发光元件，由于其能够获得蓝或绿等的发光，因此，人们正在积极进行研究开发。
作为制造这些半导体发光元件的方法，已知有在异种基板上使GaN生长的方法。该方法中，在对异种基板进行热清洗后，再在其上表面生长低温缓冲层，其后在高温下使GaN层生长。在此，生长GaN层的目的在于，使基板表面平坦化以及消除来自异种基板的贯通坑等。其后，使n接触层生长，作为掺杂了成为与n型欧姆电极之间的欧姆接合面的n型杂质的层。其后，层叠成为活性层的基底层的超晶格层，与活性层相连接。
在这样的制造方法中，为了在异种基板上生长GaN，存在于GaN层的无数的错位将从n接触层、活性层延续至p型半导体层。尤其是在活性层含有In的情况下，存在有结晶缺陷，这依存于自基底起的错位量。即，错位越多，结晶缺陷也变多，其结果，导致成为较大地左右非发光再结合概率。
另一方面，为了获得高亮度且高效率的发光元件，增大阱层的厚度、活性层的层叠数(例如专利文献1～5)。例如专利文献1中，在用于构成活性层的半导体量子阱构造的阻挡层以及阱层内，使阱层的膜厚发生变化而能够发出不同波长的光，并且，较n侧半导体层侧，在p侧半导体层侧较多设定阻挡层以及阱层的对(pair)数。另外，专利文献2中，作为降低与活性层接近的p型半导体层的p型杂质的掺杂量或设为无掺杂，将与p型半导体层最近的阻挡层设为薄膜，由此来改善空穴注入效率。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2009-99893号公报
专利文献2：JP特开2006-108585号公报
专利文献3：JP特开2008-109066号公报
专利文献4：JP特开2003-218396号公报
专利文献5：JP特开2002-223042号公报
但是，一旦发生的错位或缺陷不易减少，尤其是通过使活性层中的阱层进行厚膜化或增加层叠数，则有进一步增加错位、缺陷的倾向。其结果，成为错位或结晶缺陷多的发光层，进而不能获得高的发光效率。在该情况下，即便使活性层中的阱层进行厚膜化或增加层叠数，成为仅增加串联电阻成分的结果，正向电压Vf变高，进而存在妨碍高效率化这样的问题。
发明内容
本发明为了消除现有技术的这样的问题点而开发的。本发明的主要目的在于提供一种能够抑制因错位或结晶缺陷而引起的发光效率的降低且通过减少串联电阻成分以谋求更进一步高效率化的发光元件。
为了达成上述的目的，根据本发明的半导体发光元件，能够构成为：具有基板、以及在所述基板上夹着活性区域而层叠的n型半导体层及p型半导体层，所述活性区域包含：阻挡层，其用于构成多重量子阱构造；以及最终阻挡层，其具有比所述阻挡层的膜厚厚的膜厚，且设置在与所述p型半导体层最近的一侧，在构成所述多重量子阱构造的阻挡层中，与所述最终阻挡层邻接的2层的阻挡层的平均膜厚能够比其他的阻挡层的平均膜厚薄。由此，能够使p型半导体层侧的电阻降低且降低正向电压，从而能够获得高效率的氮化物系半导体发光元件。
另外，根据本发明的氮化物系半导体发光元件，能够构成为：具有基板、以及在所述基板上夹着活性区域而层叠的n型半导体层及p型半导体层，所述氮化物系半导体发光元件的特征在于，所述活性区域包含用于构成多重量子阱构造的阻挡层，所述阻挡层至少由第一阻挡层、以及第二阻挡层构成，所述第二阻挡层被设置于比所述第一阻挡层更靠近所述p型半导体层侧，且具有比所述第一阻挡层的膜厚薄的膜厚，所述第一阻挡层的总数能够比所述第二阻挡层的总数多。由此，能够改善结晶性，获得提高了发光效率的氮化物系半导体发光元件。
并且，能够构成为：所述活性区域还具有设置在与所述p型半导体层最近的一侧的最终阻挡层，所述最终阻挡层的膜厚比所述第一阻挡层以及所述第二阻挡层各自的膜厚厚。由此，能够以阻挡层高效地填埋所发生的结晶缺陷，作为半导体元件可获得高的可靠性。
且另外，能够构成为：所述活性区域所含的阻挡层的膜厚之中，除所述最终阻挡层外，位于所述p型半导体层侧的阻挡层的膜厚被形成为比位于所述n型半导体层侧的阻挡层的膜厚薄。由此，通过使阻挡层的膜厚变化来减小电阻成分，能够谋求高效率化。
且另外，能够构成为：将所述第一阻挡层和组成不同于所述第一阻挡层的阱层作为一个周期，反复地层叠多个周期，所述第一阻挡层的膜厚为所述阱层的膜厚的2倍以上。由此，能够改善发光再结合效率高的n型半导体层侧的结晶性，而且能够提高发光效率。
且另外，能够构成为：将所述阻挡层和组成不同于所述阻挡层的阱层作为一个周期，反复地层叠多个周期，所述阱层由InGaN构成，所述阻挡层由GaN、或者In的混晶比与所述阱层低的InGaN、AlGaN构成。由此，能够以阻挡层来填埋阱层中的结晶缺陷，能够获得高效率的发光元件。
且另外，还能够在构成所述活性区域的一个周期的阱层与阻挡层之间，分别设置有组成不同于所述阱层及阻挡层的帽子层。
且另外，所述帽子层能够由AlGaN层构成。由此，能够以AlGaN帽子层有效地阻止InGaN阱层的In漏失的事态发生，能够维持高的发光效率。
而且另外，能够在所述活性区域内的阻挡层中的具有最薄的膜厚的阻挡层上层叠所述p型半导体层。
附图说明
图1是表示利用了本发明的实施方式1所涉及的氮化物系半导体发光元件的发光装置的元件构造的示意性剖面图。
图2是表示图1的氮化物系半导体发光元件的半导体构造的示意性剖面图。
图3是表示阻挡层的示例的示意性剖面图。
图4是表示电子以及空穴在以阱层以及阻挡层所构成的多重量子阱构造的活性区域进行移动的状态的示意图。
图5是表示将变形例所涉及的活性区域分割为3个组的构成的示意性剖面图。
图6是表示比较试验1的结果的图。
图7是表示比较试验2的结果的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施例进行说明。其中，以下所示的实施例是：为了将本发明的技术思想进行具体化而对氮化物系半导体发光元件进行例示的示例，本发明的氮化物系半导体发光元件并不限于以下的情形。在此，也决不能将权利要求书所示的部件限定于实施例的部件。尤其是对于实施例中所述的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等，只要没有特定的记载，则不能将本发明的范围仅限定于此，其仅仅是一个说明例而已。
另外，关于各附图所示的部件的大小、位置关系等，为了使说明明确而也可能存在夸张表示。而且以下的说明中，相同的名称、符号表示相同或同质的部件，适宜地省略其详细说明。并且，关于构成本发明的各要素，也能够采用以相同的部件来构成多个要素，以一个部件兼用作多个要素的方式，相反，也能够以多个部件来实现分担一个部件的功能。另外，一部分的实施例、实施方式中所说明的内容也可以利用于其他的实施例、实施方式等中。并且，本说明书中，“层上”等中的所称的“上”是包含下述的含义来使用，即，并不仅限于与上表面接触地形成的情况，包含隔开地而形成于上方的情况，还包含在层与层之间存在中介层的情况。
(实施方式1)
图1示意性示出了本发明的实施方式1所涉及的氮化物系半导体发光元件，具体而言，示意性示出了发光装置的元件构造。图1的发光元件100是具有基板4、在该基板4上所层叠的半导体构造10的氮化物系半导体发光元件。半导体构造10包含夹着活性区域13而层叠的n型半导体层11以及p型半导体层12。即发光元件100构成为：在基板4上按照n型半导体层11、活性区域13、p型半导体层12的顺序进行层叠。而且，发光元件100具备：在除去p型半导体层12的一部分后露出的n型半导体层11形成的n型电极21、以及在p型半导体层13的主表面的p型电极22。在经由该n型电极21以及p型电极22而分别对n型半导体层11以及p型半导体层12提供电力时，从活性区域13发出光，将位于半导体构造10的上方的p型半导体层12侧作为主发光面侧，即主要从图1的上方取出光。
活性区域13具有用于构成多重量子阱构造的阻挡层2。图1的活性区域13是在将包含阱层1与组成不同于该阱层1的阻挡层2的多个层作为一个周期时，反复层叠多个周期而得到的多重量子阱构造。阻挡层2至少由多个第一阻挡层1312、以及较该第一阻挡层1312而设置在p型半导体层12侧且具有比第一阻挡层1312的膜厚薄的膜厚的多个第二阻挡层1322构成，第一阻挡层1312的总数比第二阻挡层1322的总数多。
另外，活性区域13分别与第一阻挡层1312以及第二阻挡层1322对应，构成有第一活性区域131以及第二活性区域132。具体而言，包含(1)多重量子阱构造的第一活性区域131，其将包含第一阱层1311与组成不同于该第一阱层的第一阻挡层1312的多个层作为一个周期而层叠了多个周期而得到；(2)多重量子阱构造的第二活性区域132，其较第一活性区域131而设置在p型半导体层12侧，且将包含具有与第一阱层1311大致相同的组成以及膜厚的第二阱层1321、以及具有与该第一阻挡层1312大致相同的组成且其膜厚比第一阻挡层1312薄的第二阻挡层1322的多个层作为一个周期而层叠多个周期而得到。另外，第一活性区域的一周期反复数比第二活性区域的一周期反复数多。
(半导体构造10)
图2的剖面图示出了半导体构造10的细节。如该图所示，半导体构造10通过在n型半导体层11上层叠活性区域13、p型半导体层12而构成。而且，活性区域13从n型半导体层11侧朝向p型半导体层12侧按照第一活性区域131、第二活性区域132、最终阻挡层15的顺序进行层叠。即，最终阻挡层15介于多重量子阱构造与p型半导体层12之间，位于与p型半导体层12最近的一侧。该最终阻挡层15的膜厚比其他的阻挡层，即第一阻挡层1312以及第二阻挡层1322各自的膜厚要厚。
(第一活性区域131以及第二活性区域132)
第一活性区域131是将包含阱层1311与阻挡层1312的组(对)作为一个周期，第二活性区域132是将包含阱层1321与阻挡层1322的组(对)作为一个周期，反复多个周期而进行层叠得到的多重量子阱构造。图2的第一活性区域131将由第一阱层1311与第一阻挡层1312构成的对p1-1、p1-2、p1-3、p1-4的4组进行层叠，而且在该第一活性区域131上配置第二活性区域132。第二活性区域132也同样地，通过由第二阱层1321与第二阻挡层1322形成的对p2-1、p2-2来构成，在图2的示例中，以二个周期反复而形成。构成第一活性区域131的各对p1-1、p1-2、p1-3、p1-4的厚度分别大致相等，而且构成各对的第一阱层1311彼此的厚度以及第一阻挡层1312彼此的厚度也分别大致相同。同样地，构成第二活性区域132的各对p2-1、p2-2的厚度相同，第二阱层1321彼此也大致相同，第二阻挡层1322彼此的厚度也大致相同。另外，在图2的示例中，将与n型半导体层11接近的一侧设为第1阱层1311，在该阱层1311上层叠第1阻挡层1312而构成对，但也不限于将与n型半导体层11侧接近的层设为阱层，也可以设为阻挡层。
(阱层以及阻挡层)
阱层是在组成中含铟的半导体层，优选为InGaN层。另外，阻挡层是组成不同于阱层的半导体层，例如可例举出GaN层、或者与阱层相比，In的混晶比低的InGaN层、AlGaN层等，优选设为在组成中不含铟的层。更优选的是GaN层。
将第二活性区域132的各第二阱层1321的膜厚设为与第一活性区域131的各第一阱层1311的膜厚相同。将活性区域所含的各阱层的膜厚设为大致相等而得到的发光元件能够将输出光的波长、色纯度维持为一定，同时，使阻挡层的膜厚发生变化则可谋求高效率化。另一方面，面向p型半导体层12侧的第二活性区域132的第二阻挡层1322的膜厚比面向n型半导体层11侧的第一活性区域131的第一阻挡层1312薄。即，在活性区域13所含的阻挡层的膜厚当中，除最终阻挡层15外，位于p型半导体层12侧的阻挡层的膜厚形成为比位于n型半导体层11侧的阻挡层的膜厚薄。而且，在构成多重量子阱构造的阻挡层2当中，与最终阻挡层15邻接的2层的阻挡层1322的平均膜厚比其他的阻挡层1312的平均膜厚薄。因此，构成第一活性区域131的各对p1-1、…，较构成第二活性区域132的各对p2-1、…而言，按照在膜厚上多出第一阻挡层1312比第二阻挡层1322的膜厚较厚的量而较厚地构成膜厚。换而言之，在构成多重量子阱构造的阻挡层当中，面对最终阻挡层15的阻挡层、以及在与面对该阻挡层和最终阻挡层15的一侧相反的相反侧进行对置的阻挡层的2层的平均膜厚比多重量子阱构造所含的其他的阻挡层的平均膜厚薄。
阻挡层除发挥量子阱效果以外，还有对阱层所发生的结晶缺陷进行填补的作用。例如，如图4所示，InGaN层的阱层中，In的混晶比越高，结晶缺陷、错位越增多。尤其是在绿色系那样的发光波长成为长波长的情况下，需将InGaN阱层的In的混晶比设定得较高。In的混晶比变高时，结晶性变差，缺陷增多，这种情况在越反复进行层生长时，即越朝向p型半导体层侧(图3中上，图4中右)时，越严重。在n型半导体层11上层叠p型半导体层12的图4的构造中，越从左向右，缺陷、错位越增加。为了改善此，在InGaN阱层之上，较厚地层叠GaN阻挡层，以埋填结晶缺陷的同时，p型半导体层12的杂质向活性区域侧进行扩散，阻止混入到阱层中的事态发生，以此改善了活性区域的结晶性。但是，阻挡层变厚时存在电阻成分增大，存在导通时的正向电压变高这样的问题。为了解决该问题，本发明者进行锐意研究，其结果成功地实现了维持n型半导体层11侧的阻挡层的厚度的同时，通过减薄p型半导体层12侧的阻挡层而降低了正向电压。
关于阻挡层的膜厚，优选按照第一阻挡层1312的膜厚成为第二阻挡层1322的1.1倍～2.0倍的厚度地设定，更优选的是按照成为1.2～1.5倍程度的厚度地设定。通过这样地进行设定，能够使作为活性层的功能得到充分发挥，而且，能够抑制串联电阻成分成为过大，能够避免发生降低活性区域的发光效率。另外，第一阻挡层1312的膜厚优选为阱层1311、1321的膜厚的2倍以上。通过使阻挡层较厚，能够高效率地获得长波长的发光光谱。这是因为，厚的阻挡层能够对通过较高地设定铟混晶比而产生的缺陷部位进行填补，进而获得良好的阱层。尤其是通过在对发光再结合效率有贡献的n型半导体层11侧，使阻挡层1312较厚，能够获得更显著的发光效率的提高效果。
(活性区域13的对层叠数)
另外，优选第二活性区域132的对层叠数(层叠的周期的数量)比第一活性区域131的对层叠数少。具体而言，使第一活性区域131的对层叠数为第二活性区域132的2倍以上，更优选为3倍以上的对层叠数。通过这样地构成，能够使作为活性区域的功能得到充分发挥，且不会在所需以上使串联电阻成分增加，且能够发挥作为活性区域的基底层的作用，能够避免使发光效率降低的事态发生。
(帽子层)
另外，如图3所示，在阱层与阻挡层之间，优选设置组成与这些阱层及阻挡层均不同的帽子层1313。帽子层1313是用于阻止组成中的铟从阱层中漏失的层。作为帽子层，例如对于InGaN阱层，以AlGaN层来构成。通过将这样的帽子层1313在阱层的上表面进行层叠闭塞，能够阻止铟的分解，改善发光效率。
(最终阻挡层)
最终阻挡层15层叠在与p型半导体层12最近的位置，其膜厚比第一阻挡层1312以及第二阻挡层1322的膜厚均要厚。尤其是通过将最终阻挡层15的膜厚设为第二阻挡层1322以上的膜厚，能够高效地对第二活性区域132所发生的结晶缺陷进行填埋，作为半导体元件，能够获得高的可靠性。另外，在即使对于除最终阻挡层15外的阻挡层能够对活性区域13内的结晶缺陷充分填补，尤其是已高效地确保了n型半导体层11所贡献的发光再结合效率的情况下，将最终阻挡层15的厚度设为与最接近的其他的阻挡层(图2的示例中，第二活性区域132的对p2-2的第二阻挡层1322)的厚度相同的程度即可。或者也可省略最终阻挡层15，在构成活性区域内的多重量子阱构造的阻挡层当中，位于最上部的阻挡层，即具有最薄的膜厚的阻挡层上层叠p型半导体层。
以上的示例中，说明了将半导体层的活性区域13分割为第一活性区域131与第二活性区域132的2组的示例，但本发明并不限于该构成，不用说也可以分割为3个以上的活性区域。作为变形例，图5示出了将活性区域13按照从n型半导体层11侧朝着p型半导体层12侧顺序地分割为第一活性区域131、第二活性区域132、第三活性区域133的3组的示例。即使在该构成中，将第一活性区域131、第二活性区域132、第三活性区域133中的阱层的厚度维持为一定，并按照第一活性区域131＞第二活性区域132＞第三活性区域133的方式设定阻挡层的厚度。由此，与上述同样地能够降低电阻成分而谋求正向电压的降低。另外，通过较多地设定阱层与阻挡层的对数，能够降低正向电压Vf，改善发光效率(流明每瓦特：lumen per watt)。此时，将对数设为第一活性区域131＞第二活性区域132＞第三活性区域133，能够进行针对所有发光区域的均一载流子注入，进而能够改善发光效率。
具体而言，图5的活性区域13中，在图2所示的第一活性区域131以及第二活性区域132的基础上，在上方层叠第三活性区域133，该第三活性区域133具有一组由第三阱层1331与第三阻挡层1332构成的对p3-1。并且，在上述的变形例中，分别将第一活性区域131、第二活性区域132、第三活性区域133中的阻挡层的厚度设为一定，按照阶段性使膜厚进行了变化，但也可以按照从n型半导体层11侧朝向p型半导体层12侧，逐渐地减薄阻挡层的厚度的方式使膜厚连续地变化。
(基板)
作为使半导体层生长的基板，其是在上表面能够使氮化物系半导体生长的基板，能够利用组成与氮化物系半导体不同的基板。作为构成这样的异种基板的材料，例如有以C面、R面、以及A面的任意一个面为主表面的蓝宝石、尖晶石(MgAl12O4)那样的绝缘性基板、SiC(包含6H、4H、3C)、ZnS、ZnO、GaAs、Si以及与氮化物系半导体进行格子匹配的氧化物基板等。作为优选的异种基板，可例举出蓝宝石、尖晶石。
另外，异种基板可进行偏角(offangle)。在该情况下，通过利用呈阶段状地进行偏角的基板，由氮化镓构成的基底层的生长将能够结晶性好地生长，故为优选。并且，在利用异种基板的情况下，也可以在异种基板上使成为元件构造形成前的基底层的氮化物系半导体进行生长后，通过研磨异种基板等的方法除去异种基板，作为氮化物半导体的单质基板，形成元件构造，另外，也可以在元件构造形成后除去异种基板。
本实施例中，作为生长基板利用了蓝宝石基板，也可以利用其他的异种基板，例如氮化物系半导体以外的基板。进而，取代异种基板，也可以利用GaN基板。
(缓冲层)
在利用异种基板的情况下，介于作为低温生长层的缓冲层以及由氮化物系半导体(例如GaN)构成的基底层，使半导体层的元件构造形成。通过这样地使缓冲层与基底层介入，能够良好地使氮化物系半导体进行生长。另外，也可以仅使用缓冲层或基底层中的一层，还可以以多层来构成。另外，也可以仅通过缓冲层来兼具基底层的功能。
(制造方法)
对本实施方式所涉及的氮化物系半导体发光元件的制造方法进行说明，首先，将3英寸φ、且以C面为主表面的蓝宝石构成的异种基板设置在MOVPE反应容器内，将温度设为500℃，利用三甲基镓(TMG)、TMA(三甲基铝)、氨水(NH3)，生长膜厚的由Al0.05Ga0.95N形成的缓冲层。其后，提高温度，生长膜厚的无掺杂的GaN作为基底层。在该基底层上，依次层叠构成元件构造10的n型半导体层11、活性区域13、p型半导体层12。
首先，在所获得的基底层上，利用TMG、氨水、作为杂质气体的硅烷气体，在1150℃，生长膜厚的由Si掺杂后的GaN形成的n型接触层。
接下来，将温度设为900℃，在原料气体中利用TMI、TMG以及氨水、作为杂质气体的硅烷气体，生长膜厚的由Si掺杂后的In0.05Ga0.95N形成的第一层，接着，停止TMI，生长膜厚的由GaN形成的第二层。接下来，分别反复该操作30次，层叠第一层与第二层，生长由总膜厚的多层膜(超晶格构造)形成的中介层。此时，作为InGaN的In混晶比，只要处于0.05以上且0.3以下的范围，则作为缓冲层能够充分发挥作用。
这样，半导体发光元件能够在n型半导体层与活性区域之间具有包含铟的中介层。通过在结晶性良好的n型半导体层与活性区域之间设置具有缓冲层作用的含铟的中介层(SLB层)，能够缓解对活性层的应力，能够避免不要应力的施加。另外，这样，作为中介层，在温度为1000℃即使设为含铟的无掺杂单层，也能够作为缓冲层而充分发挥作用。而且，在中介层中也可以掺杂n型杂质。由此，能够提高载流子的注入效率或增加载流子量，其结果，能够取得提高发光效率并且能够降低Vf的效果。在该情况下，由于进一步Si掺杂则能够降低电阻率，所以能够设为低电阻的缓冲层。
进而，在具备后述的活性区域的一个周期是由含铟的阱层、组成不同于该阱层的阻挡层、以及组成与这两层均不同的帽子层共计3层以上为一个周期的活性区域构造的情况下，也可以省略中介层。
接下来，将温度设为900℃，在原料气体中利用TMG，形成膜厚的Si掺杂的GaN层，在其上形成膜厚的无掺杂的GaN层。
通过以上，形成n型半导体层11，接着作为活性区域13，例如构成具备在组成中含铟的阱层与组成中不含铟的阻挡层的半导体层。具体而言，将由无掺杂的In0.57Ga0.43N形成的阱层、以及由GaN形成的阻挡层作为1个周期，按照成为阻挡层/阱层/阻挡层/阱层/阻挡层…的方式依次反复层叠多个周期。此时，按照与n型半导体层侧的阻挡层(第一活性区域的第一阻挡层)的膜厚相比，p型半导体层侧的阻挡层(第二活性区域的第二阻挡层)的膜厚变薄的方式进行形成。另外，在阱层与阻挡层之间，也可以导入其组成与这两者均为不同的阻挡层。这样地构成多重量子阱构造(MQW)。并且，在与p型半导体层最近的一侧能够形成由GaN形成的最终阻挡层15。
接下来，形成p型半导体层12。p型半导体层12可包含与阻挡层相同组成的层。尤其通过将p型半导体层设为AlGaN组成，与GaN阻挡层相比，能够增大InGaN阱层之间的能带隙差。该结果，能够抑制载流子过流，能够效率好地禁闭载流子，能够提高发光再结合效率。具体而言，首先，将温度设为1050℃，在原料气体中利用TMA、TMG以及氨水、作为杂质气体的Cp2Mg(二茂镁)，生长膜厚的由以1×1019/cm3掺杂了Mg的Al0.3Ga0.7N形成的p型电子禁闭层。通过设有该电子禁闭层，能够发挥对成为载流子的电子的禁闭功能，有助于高输出化。不过在此，也可以省略电子禁闭层。
并且，活性区域的构造是以含铟的阱层、组成不同于该阱层的阻挡层以及与这两者组成的不同的帽子层共计3层以上作为一个周期的构造的情况下，即使设有Mg掺杂的GaN层，也能够有助于高输出。
接下来，在同样的温度，在原料气体中利用TMG以及氨水，生长膜厚的无掺杂的GaN层。
并且，在同样的温度，在无掺杂GaN层的上，生长膜厚的由以1×1020/cm3掺杂了Mg的GaN形成的p型低掺杂接触层。作为这样的p型低掺杂接触层，能够以InXAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)来构成。优选设为掺杂了Mg的GaN，如此能够获得低电阻的层。
最后，在同样的温度，在p型低掺杂接触层上，生长膜厚的由以1×1020/cm3掺杂了Mg的GaN形成的p型接触层。p型接触层能够以InXAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)来构成。优选将p型接触层设为掺杂了Mg的GaN，则能够获得与p电极之间的最优选的欧姆接触。接触层是用于形成电极的层，所以，期望设为1×1017/cm3以上的高载流子浓度。在比1×1017/cm3低时，存在难以获得与电极之间的优良欧姆接触的倾向。另外，在将接触层的组成设为GaN时，易于获得与电极材料之间的优良欧姆接触。这样，在结束反应之后，在反应容器内，将晶片置于氮氛围中，在700℃进行退火，能够进一步使p型半导体层实现低电阻化。
另外，半导体发光元件100能够发出具有与阱层对应的发光光谱的峰值的光。通过上述的制造方法，若是实施例的氮化物半导体发光元件100，则能使输出光的波长为530nm以上。由此，绿色系或赭石色系等的长波长系的氮化物系半导体发光元件中，即使有成为阱层中的混晶比高且结晶性差的倾向，能够较好地改善发光效率。
(比较试验1)
利用如上所述地制造的氮化物系半导体发光元件，进行了对本申请发明的构成所带来的有用性进行确认的试验。具体而言，将具有图2的半导体层构造的氮化物系半导体发光元件安装在φ5类型的炮弹型灯中，对其发光强度(φe)与发光效率(W/φe)进行了测定。具体的半导体层构造是：将活性区域的对层叠数设为12对，使第一、第二阻挡层1322的膜厚进行变化而且使第一、第二阻挡层1322的对层叠数的比率变化。在此，阱层的膜厚约为包含帽子层的第一阻挡层1312的膜厚约为包含帽子层的第二阻挡层1322的膜厚约为另外在此，使其不含荧光体，作为测定条件，将电流值设为20mA，另外将样本数在各条件下设为5个，将测定环境设为常温的积分球。将该试验结果在图6中图示。如该图所示，确认了：将p型半导体层12侧的第二阻挡层1322设为比n型半导体层11侧的第一阻挡层1312较薄时，发光强度以及发光效率较高。并且，即使总对层叠数相同，将p型半导体层12侧的第二阻挡层1322的对层叠数设为比n型半导体层11侧的第一阻挡层1312的对层叠数较小时，发光强度以及发光效率较高。尤其是关于层叠对数的比率(第一阻挡层1312：第二阻挡层1322)，较7∶5而言在为9∶3时，发光强度及发光效率均示出了优良的结果，确认了：层叠对数的差设为越大时效果越好。
(比较试验2)
并且，为了确认第二阻挡层1322的对层叠数与正向电压Vf的降低程度，进行了使对层叠数进行变化的试验。在图7示出了该试验结果。如该图所示，第二阻挡层1322的层叠对数从0起增加，观察到正向电压降低的倾向，尤其是层叠对数为3以上，观察到显著的正向电压的降低。
如上所述，通过采用本发明的构成，确认到能够降低正向电压且能够改善了发光效率，确认了本发明的有用性。
产业上的可利用性
本发明的氮化物系半导体发光元件以及利用了氮化物系半导体发光元件的发光装置以及其制造方法适于用在照明用光源、发光元件、将发光元件作为光源的呈点阵状配置的LED显示器、背光光源、信号机、照明式开关、图像扫描仪等的各种传感器以及各种指示器等。
符号的说明
1…阱层
2…阻挡层
4…基板
10…半导体构造
11…n型半导体层
12…p型半导体层
13…活性区域
131…第一活性区域
132…第二活性区域
133…第三活性区域
1311…第一阱层
1312…第一阻挡层
1313…帽子层
1321…第二阱层
1322…第二阻挡层
1312a…高温生长阻挡层
1312b…低温生长阻挡层
1331…第三阱层
1332…第三阻挡层
15…最终阻挡层
21…n型电极
22…p型电极
100…发光元件(氮化物系半导体发光元件)
p1-1，p1-2，p1-3，p1-4…第一活性区域内的对
p2-1，p2-2…第二活性区域内的对
p3-1…第三活性区域内的对
Claims (8)
1.一种氮化物系半导体发光元件，其具有基板、以及在所述基板上夹着活性区域而层叠的n型半导体层及p型半导体层，
所述氮化物系半导体发光元件的特征在于，
所述氮化物系半导体发光元件使输出光的峰值波长为530nm以上，
所述活性区域包含用于构成多重量子阱构造的阻挡层，
所述阻挡层至少由各层的厚度大致相同的多个第一阻挡层、以及各层的厚度大致相同的多个第二阻挡层构成，所述第二阻挡层被设置于比所述第一阻挡层更靠近所述p型半导体层侧，且具有比所述第一阻挡层的膜厚薄的膜厚，
所述第一阻挡层的总数比所述第二阻挡层的总数多。
2.根据权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于，
所述活性区域还具有设置在与所述p型半导体层最近的一侧的最终阻挡层，
所述最终阻挡层的膜厚比所述第一阻挡层以及所述第二阻挡层各自的膜厚厚。
3.根据权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于，
所述活性区域所含的阻挡层的膜厚之中，除所述最终阻挡层外，位于所述p型半导体层侧的阻挡层的膜厚被形成为比位于所述n型半导体层侧的阻挡层的膜厚薄。
4.根据权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于，
将所述第一阻挡层和组成不同于所述第一阻挡层的阱层作为一个周期，反复地层叠多个周期，
所述第一阻挡层的膜厚为所述阱层的膜厚的2倍以上。
5.根据权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于，
将所述阻挡层和组成不同于所述阻挡层的阱层作为一个周期，反复地层叠多个周期，
所述阱层由InGaN构成，
所述阻挡层由GaN、或者In的混晶比低于所述阱层的InGaN、AlGaN构成。
6.根据权利要求5所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于，
还在构成所述活性区域的一个周期的阱层与阻挡层之间，分别设置有组成不同于所述阱层及阻挡层的帽子层。
7.根据权利要求6所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于，
所述帽子层由AlGaN层构成。
8.根据权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于，
在所述活性区域内的阻挡层中的具有最薄的膜厚的阻挡层上层叠所述p型半导体层。
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