CN108028300A - 氮化物半导体发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的氮化物半导体发光元件具备n侧层、p侧层和活性层，所述活性层设置于所述n侧层与所述p侧层之间，且具有阱层及势垒层，所述阱层包含Al、Ga和N，所述势垒层包含Al、Ga和N且Al的含量大于所述阱层；在活性层与p侧层之间具有电子阻挡结构层，电子阻挡结构层具有：第1电子阻挡层，其带隙大于势垒层；第2电子阻挡层，其设置于p侧层与第1电子阻挡层之间，具有大于势垒层且小于第1电子阻挡层的带隙；以及中间层，其设置于第1电子阻挡层与第2电子阻挡层之间，且带隙小于第2电子阻挡层。

Description

氮化物半导体发光元件
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光元件，尤其涉及发出深紫外光的氮化物半导体发光元件。
背景技术
以GaN为代表的氮化物半导体是直接跃迁型的半导体，进而，通过在包含A1或In的三元混晶或四元混晶中适当设定组成而使带隙变化，可发出红外至深紫外的光。特别是，将包含Al的带隙大的氮化物半导体用于活性层的氮化物半导体发光元件可以通过适当设定铝组成而构成，以使得发出波长220～350nm的深紫外光，因而期待作为深紫外光源(例如，LED及LD)而实用化。
例如在专利文献1中，公开了通过在包含含有Al的带隙大的氮化物半导体的活性层上形成电子阻挡层，而改善发光效率的氮化物半导体发光元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2011/104969
发明内容
发明所要解决的问题
然而，将以往的包含Al的带隙大的氮化物半导体用于活性层的氮化物半导体发光元件，与蓝色LED等相比有寿命短的倾向。
因此，本发明的实施方式的目的在于，提供一种将包含Al的带隙大的氮化物半导体用于活性层而构成的寿命长的氮化物半导体发光元件。
用于解决问题的手段
本发明的一实施方式的氮化物半导体发光元件的特征在于，其具备：
n侧层；
p侧层；以及
活性层，其设置于上述n侧层与上述p侧层之间，且具有阱层及势垒层，所述阱层包含Al、Ga和N，所述势垒层包含Al、Ga和N且Al的含量大于上述阱层；且
在上述活性层与上述p侧层之间具有电子阻挡结构层；
上述电子阻挡结构层具有：
第1电子阻挡层，其带隙大于上述势垒层；
第2电子阻挡层，其设置于上述p侧层与上述第1电子阻挡层之间，具有大于上述势垒层且小于上述第1电子阻挡层的带隙；以及
中间层，其设置于上述第1电子阻挡层与上述第2电子阻挡层之间，且带隙小于上述第2电子阻挡层。
发明效果
按照上述这样构成的本发明的一实施方式的氮化物半导体发光元件，在上述第1电子阻挡层与上述第2电子阻挡层之间具有上述中间层，因此可提供将包含Al的带隙大的氮化物半导体用于活性层而构成的寿命长的氮化物半导体发光元件。
附图说明
图1是示意性表示本发明的实施方式的氮化物半导体发光元件的构成的剖视图。
图2是示意性地表示实施方式的氮化物半导体发光元件的方式1的电子阻挡结构层20的能带结构的能带图。
图3是示意性地表示实施方式的氮化物半导体发光元件的方式2的电子阻挡结构层20的能带结构的能带图。
图4是示意性地表示参考例的氮化物半导体发光元件中的电子阻挡结构的能带结构的能带图。
图5是示意性地表示以往例的氮化物半导体发光元件中的电子阻挡结构的能带结构的能带图。
图6是表示本发明的实施例1与比较例的寿命试验的结果的曲线图。
图7是表示针对本发明的实施例2的氮化物半导体发光元件，评价经过一定时间后的发光输出的维持率的结果的坐标图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式的氮化物半导体发光元件。需要说明的是，本发明并非限定于以下实施方式。
实施方式
本实施方式的氮化物半导体发光元件如图1所示，在基板10上包含n侧层13、p侧层15、及设置于n侧层13与p侧层15之间的活性层14，且以发出例如220～350nm的深紫外光的方式构成。在本实施方式的氮化物半导体发光元件中，活性层14例如具有量子阱结构，其包含含有Al、Ga和N的阱层142、及含有Al、Ga和N的势垒层141、143。在活性层14中，阱层142中例如设定铝组成，以使得成为与期望的深紫外光的波长对应的带隙，势垒层141、143中例如设定铝组成x，以使得带隙大于阱层142。
例如，在发出峰值波长为280nm的深紫外光的氮化物半导体发光元件中，例如，由包含铝组成x为0.45的Al0.45Ga0.55N的氮化物半导体构成阱层142，由包含铝组成y为0.56的Al0.56Ga0.44N的氮化物半导体构成势垒层141、143。
需要说明的是，在本说明书中，有时将包含Al、Ga和N的3元混晶的氮化物半导体单纯表述为AlGaN。
另外，本实施方式的氮化物半导体发光元件具有电子阻挡结构层20，其设置于p侧层15与活性层14之间，阻止由n侧层13注入至活性层14的电子未在阱层142再结合而流出至p侧层的情况。
在此，尤其在本实施方式的氮化物半导体发光元件中，电子阻挡结构层20中
(i)在活性层14侧包含具有比势垒层141、143大的带隙的第1电子阻挡层21；
(ii)在p侧层15侧包含具有比势垒层141、143大且比第1电子阻挡层21层小的带隙的第2电子阻挡层23；
(iii)在第1电子阻挡层21与第2电子阻挡层23之间，包含具有比第1电子阻挡层21及第2电子阻挡层23小的带隙的中间层(负担减轻层)22。
按照上述这样构成的电子阻挡结构层20由于具有第1电子阻挡层21和第2电子阻挡层23，因此可提高电子阻挡效果，即抑制电子的溢出而提高向活性层14的电子注入效率，使发光效率提高。另一方面，认为该电子阻挡效果所产生的强电场会引起第2电子阻挡层23劣化。然而，在本实施方式中，由于电子阻挡结构层20中具有中间层22，因此可抑制第2电子阻挡层23的劣化。更具体而言，认为越过第2电子阻挡层23的空穴被第1电子阻挡层21阻挡，而留在靠近电子丰富的活性层14侧的中间层22，因而使得施加于第2电子阻挡层23的电场有所缓和。因此，本实施方式的具备电子阻挡结构层20的氮化物半导体发光元件可提高发光效率且延长寿命。
电子阻挡结构层20只要能获得电子阻挡效果，则在第1电子阻挡层21与活性层14之间也可包含其他层，在第2电子阻挡层23与p侧层15之间也可包含其他层。然而，在本实施方式的氮化物半导体发光元件中，优选第1电子阻挡层21与活性层14相接，由此获得第1电子阻挡层21带来的高的电子阻挡效果。需要说明的是，只要第1电子阻挡层21与活性层14相接，则第1电子阻挡层21也可与阱层相接，也可与势垒层相接。另外，优选第2电子阻挡层23与p侧层15相接，由此可抑制空穴向活性层14的注入效率降低，而可抑制光输出降低。再者，在中间层22与第1电子阻挡层21之间及中间层22与第2电子阻挡层23之间，只要能抑制第2电子阻挡层23的劣化，则也可包含其他层。然而，在本实施方式中，中间层22优选与第1电子阻挡层21或第2电子阻挡层23相接，更优选中间层22与第1电子阻挡层21及第2电子阻挡层23二者相接。若中间层22与第1电子阻挡层21及第2电子阻挡层23的任一个相接、优选与二者相接，则可增大施加于第2电子阻挡层23的电场的缓和效果，可有效地抑制第2电子阻挡层23的劣化。
实施方式的电子阻挡结构层20由于包含第1电子阻挡层21、中间层22及第2电子阻挡层23而构成，因此即使将第1电子阻挡层21设为薄于第2电子阻挡层23，也可获得良好的电子阻挡效果。若使第1电子阻挡层21薄于第2电子阻挡层23，则凭借隧道效应，电子能够通过第1电子阻挡层21而到达活性层。由此，可防止中间层的发光且将空穴留在中间层，因此可缓和电场集中于第2电子阻挡层23，可抑制第2电子阻挡层23的劣化。另外，通过薄薄地设置带隙大的第1电子阻挡层21，可抑制顺向电压增大并提高电子阻挡效果。
若第1电子阻挡层21过厚，则阱层的带隙中产生的应变变大，因此电场容易集中，换言之，由于带隙变小，因此发光再结合几乎都在该带隙小的部分发生，结果导致电场集中，发光元件的寿命变短。根据这一点可知，第1电子阻挡层21优选薄的。但若第1电子阻挡层21过薄，则电子阻挡效果下降，第2电子阻挡层23的劣化抑制效果变小。再者，通过将中间层22的厚度设为薄于第2电子阻挡层23的厚度，可防止第2电子阻挡层23的电场的集中，且更有效地防止中间层22带来的发光。需要说明的是，第1电子阻挡层21与中间层22合计的厚度更优选为薄于第2电子阻挡层23的厚度。
第1电子阻挡层21例如可由包含铝组成z1比势垒层141、143的铝组成y大的Alz1Ga1-z1N的氮化物半导体而构成。为了提高电子阻挡效果，第1电子阻挡层21的铝组成z1越大越优选，更优选由铝组成z1为1的AlN构成。
第2电子阻挡层23例如可由包含铝组成z2大于势垒层141、143的铝组成y且小于第1电子阻挡层21的铝组成z1的Alz2Ga1-z2N的氮化物半导体而构成。若由包含Al0.45Ga0.55N的氮化物半导体构成阱层142，由包含Al0.56Ga0.44N的氮化物半导体构成势垒层141、143，且由AlN构成第1电子阻挡层21的情形时，例如，第2电子阻挡层23由包含铝组成z2为0.78的Al0.78Ga0.22N的氮化物半导体而构成。
中间层22例如可由包含铝组成r小于第2电子阻挡层23的铝组成z2、优选小于势垒层141、143的铝组成y的AlrGa1-rN的氮化物半导体而构成，且优选由包含与阱层142的铝组成x相等或更大的铝组成r的AlrGa1-rN的氮化物半导体而构成。
在本实施方式的氮化物半导体发光元件中，电子阻挡结构层20例如只要满足上述(i)～(iii)所示的条件，则可采取以下各种方式。以下，参照图2及图3，说明电子阻挡结构层20的构成例。
图2及图3中分别示出了方式1～3的电子阻挡结构层20的能带结构。需要说明的是，在图2及图3中，包括后述的n侧的第2组成倾斜层132、活性层14、p侧包覆层151、p侧组成倾斜包覆层152、p侧低浓度掺杂层153来表示。
电子阻挡结构层20的方式1
图2中示出方式1的电子阻挡结构层20的能带结构。
在该方式1的电子阻挡结构层20中，将中间层22的带隙与阱层142的带隙设定为相同。例如，在由包含AlxGa1-xN的氮化物半导体构成阱层142的情形时，由包含铝组成r与阱层142的铝组成x相等的AlrGa1-rN的氮化物半导体构成中间层22。
根据以上方式1的电子阻挡结构层20，可通过中间层22减轻第2电子阻挡层23的负担，结果可抑制由第2电子阻挡层23的劣化引起的寿命降低。
电子阻挡结构层20的方式2
图3中示出方式2的电子阻挡结构层20的能带结构。
在该方式2的电子阻挡结构层20中，将中间层22的带隙设为大于阱层142的带隙且小于势垒层141、143的带隙。例如，若由包含AlxGa1-xN的氮化物半导体构成阱层142，且由包含AlyGa1-yN的氮化物半导体构成势垒层141、143的情形时，由包含铝组成r大于阱层142的铝组成x且小于势垒层141、143的铝组成y的AlrGa1-rN的氮化物半导体构成中间层22。
根据以上方式2的电子阻挡结构层20，可进一步抑制朝向阱层142的载流子注入效率降低，并且可与方式1同样地减轻第2电子阻挡层23的负担。
以上的方式1及2的电子阻挡结构层20均将中间层22的带隙设为小于势垒层141、143的带隙。然而，本实施方式并非限定于此，中间层22的带隙只要小于第1电子阻挡层21及第2电子阻挡层23即可，也可与势垒层141、143的带隙相同或更大。
电子阻挡结构层20的p型杂质
电子阻挡结构层20是设置于活性层14与p侧层15之间的层，因而根据需要包含p型杂质。然而，在本实施方式中，优选第1电子阻挡层21、中间层22及第2电子阻挡层23中的至少1层为无掺杂层。若构成电子阻挡结构层20的至少1层为无掺杂层，则可减少扩散至阱层142的p型杂质，因此可抑制寿命降低。
再者，在本实施方式中，更优选第1电子阻挡层21为无掺杂层，若第1电子阻挡层21为无掺杂层，则可进一步减少扩散至阱层142的p型杂质，因而可更有效地抑制寿命降低。
在此，无掺杂层是指使该层成长时不掺杂p型或n型杂质而形成的层(例如在以有机金属气相成长法使该层成长的情形时，停止杂质的原料气体而进行成长的层)，是指杂质浓度为1×10-16以下的实质上不含杂质的层。
按照上述这样构成的电子阻挡结构层20与图5所示的未设置中间层22、由第1电子阻挡层21和第2电子阻挡层23的2层而构成的电子阻挡结构相比，可减轻施加于电子阻挡结构层20的负担，且抑制电子阻挡结构层20的劣化。
因此，与具有由第1电子阻挡层21和第2电子阻挡层23的2层而构成的电子阻挡结构的氮化物半导体发光元件相比，具备电子阻挡结构层20的本实施方式的氮化物半导体发光元件可延长寿命。
另外，与图4的参考例所示的以具有相同带隙的方式构成第1电子阻挡层21和第2电子阻挡层23的参考例的氮化物半导体发光元件相比，按照上述这样构成的电子阻挡结构层20可提高发光强度。
即，具备实施方式的电子阻挡结构层20的氮化物半导体发光元件可提高发光强度且延长寿命。
需要说明的是，本实施方式中，在氮化物半导体发光元件中，中间层22具有与阱层142相同或大于阱层142的带隙。因此，若将发光波长设定在250nm以上，则可在中间层22与第1电子阻挡层21及第2电子阻挡层23之间以带隙的差变大的方式设定，其结果是，凭借中间层22，负担减轻效果更显著地显现。另外，若发光波长为310nm以下，则因第1电子阻挡层21及第2电子阻挡层23的电子阻挡效果所产生的电场变得更强，因此凭借中间层22，负担减轻效果更有效地发挥。因此，本实施方式中，在氮化物半导体发光元件中，在将发光波长设定为250nm～310nm的范围的情形时，可更有效地抑制电子阻挡结构层20的劣化。
在本实施方式的氮化物半导体发光元件中，第1电子阻挡层21与阱层142相接而设置。若按照这样与阱层142相接地设置第1电子阻挡层21，则可有效地抑制电子的溢出。
然而，在本实施方式的氮化物半导体发光元件中，也可设置势垒层作为活性层14的p层侧的最外层，且以与最外层的势垒层相接的方式设置第1电子阻挡层21。若按照这样与最外层的势垒层相接地设置第1电子阻挡层21，则可有效地抑制p型杂质向阱层142扩散。
再者，在本实施方式的氮化物半导体发光元件中，在活性层14与第1电子阻挡层21之间也可根据需要而设置其他层。
以下，对于本实施方式中电子阻挡结构20以外的层的构成进行详细说明。
[基板10]
作为基板10，例如可使用蓝宝石基板。蓝宝石基板对于深紫外光为透明，适于作为发出深紫外光的氮化物半导体发光元件用的基板。再者，将c面、更优选自c面沿a轴方向或m轴方向在0.2°以上且2°以下的范围内倾斜的面作为上表面的蓝宝石基板适于氮化物半导体的成长。
[缓冲层11]
缓冲层11例如包含成长于基板10的上表面的AlN(氮化铝)，缓和成长于其上的氮化物半导体层与蓝宝石的晶格失配。
氮化铝的带隙极大，且对于深紫外光为透明，适于从蓝宝石基板侧取出深紫外光的情形。在缓冲层11的成长初期，可能会导入因与蓝宝石基板的晶格失配及热膨胀系数差而引起的大量缺陷。因此，缓冲层11优选形成一定以上的厚度，例如形成为2μm以上的厚度。另一方面，缓冲层11的厚度的上限并未特别限制，但为了不使生产性下降而设在例如4μm以下。缓冲层11(氮化铝)优选为单结晶，单结晶的氮化铝可提高c轴取向性，因此活性层14的结晶取向提高，其结果可使发光效率提高。
[超晶格层12]
超晶格层12通过将晶格常数小的第1层与晶格常数大于第1层的第2层交替多周期层叠，而缓和对形成于上层的层施加的应力。由此，防止第1组成倾斜层131中产生裂纹。超晶格层12例如由交替层叠的氮化铝(AlN)层与氮化铝镓(AlGaN)层构成。
连接于缓冲层11的超晶格层12的最下层可以为氮化铝(AlN)层，也可以为氮化铝镓层(AlGaN)。与第1组成倾斜层131相接的超晶格层12的最上层也可以为氮化铝(AlN)层，也可以为氮化铝镓层(AlGaN)。另外，氮化铝层和/或氮化铝镓层中，也可根据目的掺杂例如n型杂质等添加元素。在从蓝宝石基板10侧取出深紫外光的情形时，氮化铝镓层的组成以具有比从活性层发出的深紫外光的光子能量更大的带隙的方式进行调整。
[n侧层13]
n侧层13包含第1组成倾斜层131和第2组成倾斜层132。
第1组成倾斜层131
第1组成倾斜层131是组成从超晶格层侧朝向第2组成倾斜层侧(将该方向设为上方向)连续变化的层，例如，与超晶格层的上表面相接而形成。通过该第1组成倾斜层131，可提高与第1组成倾斜层131相接而形成的第2组成倾斜层132的结晶性。
第1组成倾斜层131例如包含未掺杂的氮化铝镓，且氮化铝镓(AlmAl1Ga1-mAl1N)中的铝占比mAl1沿上方向依序或逐渐减少。需要说明的是，铝占比mAl1定义为氮化铝镓中的铝相对于镓及铝之和的比。需要说明的是，在从蓝宝石基板10侧取出深紫外光的情形时，调整mAl1的最小值，以使得第1组成倾斜层整体相对于从活性层发出的深紫外光为透明。
第2组成倾斜层132
第2组成倾斜层132是组成从第1组成倾斜层131侧向活性层14侧连续变化的层，与第1组成倾斜层131的上表面相接而形成。该第2组成倾斜层132例如包含掺杂n型杂质的氮化铝镓，且氮化铝镓(AlmAl2Ga1-mAl2N)中的铝占比mAl2沿上方向依序或逐渐减少。根据这样的第2组成倾斜层132，可将设置有n电极的部分设为低铝组成。即，通过设为低铝组成，可使n型杂质进一步活性化，可降低n电极与第2组成倾斜层132的接触电阻。在此，n型杂质例如为硅。
需要说明的是，在从蓝宝石基板10侧取出深紫外光的情形时，调整mAl2的最小值，以使得第2组成倾斜层整体相对于从活性层发出的深紫外光为透明。
第1及第2组成倾斜层的关系
第1组成倾斜层131及第2组成倾斜层132的组成及其组成变化的方法可各自独立设定。然而，若第1组成倾斜层131上表面中的铝占比mAl1(以下设为mAl1u)为第2组成倾斜层132下表面中的铝占比mAl2(以下，设为mAl2b)以上，则可对第2组成倾斜层132整体施加压缩应力，因此可抑制裂纹的产生而优选。若设为mAl1u＞mAl2，且使mAl1u与mAl2b之差较小，则可防止由晶格失配导致的在界面产生缺陷，因此更优选。若以比值表示更优选的范围，则mAl1u/mAl2b为1.00以上且1.02以下。另外，由第1组成倾斜层131及第2组成倾斜层132构成n侧层13，与第1组成倾斜层131的上表面相接而形成n电极31。
[活性层14]
活性层14例如具有包含发出深紫外光的III族氮化物半导体的阱层142及势垒层141、143，且形成于第2组成倾斜层132的上表面。阱层142及势垒层141、143例如可由以通式InaAlbGa1-a-bN(0≤a≤0.1、0.4≤b≤1.0、a+b≤1.0)表示的III族氮化物构成。在本实施方式中，制成发出峰值波长为280nm的深紫外光的氮化物半导体发光元件的情形时，例如可将阱层142设为包含AlxGa1-xN的3元氮化物半导体，可由包含铝组成x为0.45的Al0.45Ga0.55N的氮化物半导体构成。该情形时，势垒层141、143可设为包含AlyGa1-yN的3元氮化物半导体，由包含铝组成y为0.56的Al0.56Ga0.44N的氮化物半导体构成。在图1中，例示有包含2个阱层142与2个势垒层141、143的活性层14，具体而言，该活性层14与第2组成倾斜层132相接且包含势垒层141，且朝向电子阻挡结构20依次包含阱层142、势垒层143及阱层142。另外，在活性层14中，各层的膜厚例如设定为，势垒层141的膜厚：50nm，势垒层143的膜厚：2.5nm，阱层142的膜厚：4.4nm。需要说明的是，在图1中，以在最下层形成势垒层141且该势垒层141与第2组成倾斜层132相接的方式、并且以在最上层形成阱层142且该阱层142与第1电子阻挡层21相接的方式设置有活性层14。根据按照这样构成的活性层14，可抑制电子的溢出，并且促进空穴向活性层14扩散。
然而，在本实施方式中，在活性层14中，阱层与势垒层可根据目的而采取各种配置，例如，也可在最上层形成势垒层，另外也可在最下层形成阱层。
另外，在本实施方式中，活性层14并非限定于包含2层以上的阱层的多重量子阱结构，也可以为单一量子阱结构，另外也可不为量子阱结构。
[p侧层15]
p侧层15包含p侧包覆层151、p侧组成倾斜包覆层152、p侧低浓度掺杂层153、及p侧接触层154，以随着与电子阻挡结构层20远离而带隙阶段性或逐渐变小的方式构成。这样一来，若越接近电子阻挡结构层20带隙变得越大，则p侧低浓度掺杂层153的空穴容易越过p侧组成倾斜包覆层152，可有效率地向活性层供给空穴。
p侧包覆层151
p侧包覆层151以与第2电子阻挡层23相比带隙变小的方式构成，例如，包含铝占比小于第2电子阻挡层23的AlGaN层。例如，在由包含铝组成z2为0.78的Al0.78Ga0.22N的氮化物半导体构成第2电子阻挡层23的情形时，p侧包覆层151例如可由包含Al0.63Ga0.37N的氮化物半导体构成。
p侧组成倾斜包覆层152
p侧组成倾斜包覆层152以随着与p侧包覆层151远离而带隙逐渐变小的方式构成。例如，在由包含Al0.63Ga0.37N的氮化物半导体构成p侧包覆层151、由GaN构成p侧低浓度掺杂层153的情形时，由AlmAl3Ga1-mAl3N构成p侧组成倾斜包覆层152，且以铝占比mAl3自Al0.6Ga0.4N至GaN依序减少的方式构成。由此，p侧低浓度掺杂层153的空穴更容易越过p侧组成倾斜包覆层152，可更有效地向活性层供给空穴。
p侧低浓度掺杂层153
p侧低浓度掺杂层153例如包含GaN，发挥在横向扩散电流的作用。
p侧接触层154
p侧接触层154例如包含GaN，以比p侧低浓度掺杂层153高的浓度包含p型杂质。p型杂质优选为镁。
以下，使用实施例更具体地说明。
实施例
实施例1
在直径7.62cm(3英寸)的以c面作为上表面的蓝宝石基板10的上表面，形成厚度3.5μm的包含氮化铝的缓冲层11。
其次，将形成有缓冲层11的基板10设置于反应容器，使用氨、三甲基铝(TMA)作为原料气体，使厚度约0.1μm的包含单结晶的氮化铝的缓冲层成长。
接着，使用氨、TMA及三甲基镓(TMG)，形成厚度约27.0nm的包含Al0.7Ga0.3N的层(层a)。其次，停止导入TMG，使用氨及TMA，形成厚度约10.2nm的包含AlN的层(层b)。将层a及层b交替各重复30次来形成，从而形成超晶格层12。
接着，使用氨、TMA及TMG，将未掺杂且mAl1自Al0.7Ga0.3N至Al0.56Ga0.44N朝上方向依序减少的第1组成倾斜层131形成为500nm的厚度。
接着，使用氨、TMA、TMG及单硅烷，将掺杂硅且mAl2自Al0.56Ga0.44N至Al0.45Ga0.55N朝上方向依序减少的第2组成倾斜层132形成为2500nm的厚度。
在第2组成倾斜层132的形成后，暂时停止全部气体，将反应容器内调整成970℃、26.7kPa(200Torr)。调整后，使用氨、TMA、三乙基镓(TEG)及单硅烷，形成厚度约50.0nm的包含掺杂硅的Al0.56Ga0.44N的势垒层141。
其次，停止导入单硅烷，使用氨、TMA及TEG，形成厚度约4.4nm的包含Al0.45Ga0.55N的阱层142。接着，使用氨、TMA、TEG及单硅烷，形成厚度约2.5nm的包含掺杂硅的Al0.56Ga0.44N的势垒层143。其次，停止导入单硅烷，使用氨、TMA及TEG，形成厚度约4.4nm的包含Al0.45Ga0.55N的阱层142。
如上所述，形成活性层14。
活性层形成后，暂时停止全部的气体，将反应容器内调整成870℃、13.3kPa。调整后，使用氨及TMA，形成厚度约1.0nm的包含掺杂p型杂质(Mg)的氮化铝的第1电子阻挡层21。
其次，使用氨、TMA、及TMG(或TEG)，形成厚度约1.0nm的包含Al0.45Ga0.55N的中间层22。
接着，使用氨、TMA、及TMG(或TEG)，形成厚度约4.0nm的包含掺杂p型杂质的Al0.78Ga0.22N的第2电子阻挡层23。
接着，使用氨、TMA、TMG(或TEG)、及双(环戊二烯)镁(Cp2Mg；二茂镁)，形成厚度约78.0nm的包含掺杂镁的Al0.63Ga0.37N的p侧包覆层151。
接着，使用氨、TMA、TMG(或TEG)、及Cp2Mg，将掺杂镁且mAl3自Al0.6Ga0.4N至GaN朝上方向依序减少的p侧组成倾斜层152形成为23nm的厚度。
接着，使用氨、TMG及Cp2Mg，形成厚度约300.0nm的包含掺杂镁的氮化镓的p侧低浓度掺杂层153。
继而，使用氨、TMG及Cp2Mg，形成厚度约15nm的包含掺杂镁的氮化镓的p侧接触层154。
[n侧层露出]
为了仅对规定区域进行蚀刻，在该规定区域以外形成掩膜。形成掩膜后，将半导体层叠体置入干蚀刻装置，自p侧层侧施行约0.8μm蚀刻，使n侧层在规定区域露出。蚀刻后从干蚀刻装置取出半导体层叠体，去除掩膜。
[n电极形成]
为了仅对露出的n侧层的电极形成区域进行溅射而形成掩膜。继而，将半导体层叠体置入溅射装置，例如溅射钛和铝的合金。其后除去掩膜，从而在露出的n侧层的上表面形成n电极。在该时刻，成为一片晶片上形成有多个半导体层叠体、各个半导体层叠体共有同一n侧层的状态。
[p电极形成]
为了仅对p侧接触层154的上表面进行溅射而形成掩膜。继而，将半导体层叠体置入溅射装置，例如溅射ITO。其后除去掩膜，从而在p侧接触层154的上表面形成p电极。
[单片化]
经过以上工序后，将晶片按各个元件进行分割。
以上述方式，能够以发出波长280nm的深紫外光的方式制作实施例1的氮化物半导体发光元件。
[寿命试验]
对于以与上述实施例1相同条件形成有半导体层叠体的单片化前的晶片、及除未形成中间层22而在第1电子阻挡层21上形成第2电子阻挡层22以外与实施例1相同条件的作为比较例的晶片，进行分别在常温下施加150mA而持续使用，以1分钟间隔测定光输出(20mA)的寿命试验。其结果如图6所示。需要说明的是，图6表示将初期的光输出设为100％时的经时变化。
实施例1的氮化物半导体发光元件经过800分钟后仍维持有85％，与此相对，比较例的氮化物半导体发光元件则低于60％，可知实施例1的氮化物半导体发光元件的寿命被改善。
实施例2
作为实施例2，除变更第1电子阻挡层21的厚度以外，与实施例1的氮化物半导体发光元件同样制作6个氮化物半导体发光元件(样品No.1～6)，且评价经过一定时间后的发光输出的维持率。
维持率通过加速试验来评价。具体而言，对于各发光元件，在加速试验前和以150mA通电700分钟的加速试验后，分别测定20mA的光输出，算出试验前后的光输出的维持率。
其结果显示于图7。
在此，各氮化物半导体发光元件中的第1电子阻挡层21的厚度如以下的表1所示。
表1
样品No. 第1电子阻挡层21的厚度(nm)
1 0.5
2 0.9
3 1.3
4 1.3
5 1.3
6 2.3
根据以上图7所示的结果，确认包含AlN的第1电子阻挡层21的厚度为0.9～2.0nm范围的厚度时可获得高电子阻挡效果，在0.9～1.3nm范围的厚度时可获得更高的电子阻挡效果。
若第1电子阻挡层21(AlN层)薄至0.5nm左右，则观察到被认为是电子阻挡效果降低所引起的维持率降低。若第1电子阻挡层21(AlN层)增厚至2.3nm左右，则观察到维持率降低。这被认为是因为阱层的带隙中产生的应变变大而导致电场容易集中，即带隙变小，因此发光再结合几乎在该带隙小的部分发生，其结果是电场集中而元件寿命降低。
符号说明
10…基板
11…缓冲层
12…超晶格层
13…n侧层
14…活性层
15…p侧层
20…电子阻挡结构层
21…第1电子阻挡层
22…中间层
23…第2电子阻挡层
131…第1组成倾斜层
132…第2组成倾斜层
141、143…势垒层
142…阱层
151…p侧包覆层
152…p侧组成倾斜包覆层
153…p侧低浓度掺杂层
154…p侧接触层

Claims (12)

1.一种氮化物半导体发光元件，其具备n侧层、p侧层和活性层，所述活性层设置于所述n侧层与所述p侧层之间，且具有阱层及势垒层，所述阱层包含Al、Ga和N，所述势垒层包含Al、Ga和N且Al的含量大于所述阱层，其特征在于，
在所述活性层与所述p侧层之间具有电子阻挡结构层，
所述电子阻挡结构层具有：
第1电子阻挡层，其带隙大于所述势垒层；
第2电子阻挡层，其设置于所述p侧层与所述第1电子阻挡层之间，具有大于所述势垒层且小于所述第1电子阻挡层的带隙；以及
中间层，其设置于所述第1电子阻挡层与所述第2电子阻挡层之间，且带隙小于所述第2电子阻挡层。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述中间层的带隙小于所述势垒层的带隙。
3.如权利要求1或2所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述第1电子阻挡层与所述阱层相接。
4.如权利要求1～3中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述第1电子阻挡层的厚度薄于所述第2电子阻挡层的厚度。
5.如权利要求1～4中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述中间层的厚度薄于所述第2电子阻挡层的厚度。
6.如权利要求1～5中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述中间层具有与所述阱层相同或大于所述阱层的带隙。
7.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件，其在250nm～310nm的范围内具有发光峰值波长。
8.如权利要求7所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述第1电子阻挡层包含AlN。
9.如权利要求7或8所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述中间层包含AlGaN。
10.如权利要求7～9中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述第2电子阻挡层包含AlGaN。
11.如权利要求8～10中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述第1电子阻挡层的厚度为0.9nm～2.0nm。
12.如权利要求1～11中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述第1电子阻挡层是实质上不含p型杂质的非掺杂层。
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