CN111066161A - 氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法 - Google Patents
氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111066161A CN111066161A CN201880059037.8A CN201880059037A CN111066161A CN 111066161 A CN111066161 A CN 111066161A CN 201880059037 A CN201880059037 A CN 201880059037A CN 111066161 A CN111066161 A CN 111066161A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- composition ratio
- emitting element
- nitride semiconductor
- semiconductor light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 55
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 235
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical group [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- UAJUXJSXCLUTNU-UHFFFAOYSA-N pranlukast Chemical compound C=1C=C(OCCCCC=2C=CC=CC=2)C=CC=1C(=O)NC(C=1)=CC=C(C(C=2)=O)C=1OC=2C=1N=NNN=1 UAJUXJSXCLUTNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004583 pranlukast Drugs 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
氮化物半导体发光元件(1)包含：n型包覆层(30)，其由具有第一Al组分比的n型AlGaN形成；势垒层(52)，其位于多量子阱层的上述n型包覆层侧，由具有比第一Al组分比大的第二Al组分比的AlGaN形成；以及倾斜层(40)，其位于上述n型包覆层和上述势垒层之间，具有上述第一Al组分比与上述第二Al组分比之间的第三Al组分比，在上述氮化物半导体发光元件(1)中，上述倾斜层的上述第三Al组分比从第一Al组分比朝向第二Al组分比按规定的增加率增加。
Description
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法。
背景技术
近年来，输出蓝色光的发光二极管、激光二极管等氮化物半导体发光元件已实用化，提高了发光输出的氮化物半导体发光元件的开发得到推进(参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特许第5521068号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1所记载的氮化物半导体发光元件是在n型包覆层与p型包覆层之间具有活性层的III族氮化物半导体发光元件，其中，上述活性层具有包含势垒层和阱层的多量子阱结构，该势垒层为包含与上述n型包覆层接触的第一势垒层、与上述p型包覆层接触的第二势垒层以及位于上述第一势垒层和上述第二势垒层之间的1层以上的中间势垒层的3层以上的包括AlXGa1-XN(0≤X＜1)的势垒层，该阱层为夹在该势垒层之间的包括III族氮化物半导体的2层以上的阱层，上述势垒层的Al组分比X以上述中间势垒层中的取最小的Al组分比Xmin的中间势垒层为基准朝向上述第一势垒层和上述第二势垒层渐增，上述第一势垒层的Al组分比X1、上述第二势垒层的Al组分比X2以及上述Xmin满足以下的关系式。
X2+0.01≤X1
Xmin+0.03≤X2。
然而，在专利文献1所记载的氮化物半导体发光元件中，n型包覆层与第一势垒层的界面处的Al的组分比是急剧变化的。所以，在界面处会产生带结构以V字型变深的状态(以下，也称为“凹口(notch)”。)，电子容易被该凹口捕获而致使电子的流动受阻。另外，在这样的界面处，会由于压电效应而产生电场，由此，电子的流动容易受到阻碍。由于这样的因素，在专利文献1所记载的氮化物半导体发光元件中，有可能发生发光输出的下降。
故此，本发明的目的在于，提供一种氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法，其能够抑制在n型包覆层与多量子阱层的n型包覆层侧的势垒层的界面处可能产生的带结构的凹口，并且能够降低由于压电效应而产生的电场，使发光输出得以提高。
用于解决问题的方案
本发明的一实施方式的氮化物半导体发光元件包含：n型包覆层，其由具有第一Al组分比的n型AlGaN形成；势垒层，其位于多量子阱层的上述n型包覆层侧，由具有比上述第一Al组分比大的第二Al组分比的AlGaN形成；以及倾斜层，其位于上述n型包覆层和上述势垒层之间，具有上述第一Al组分比与上述第二Al组分比之间的第三Al组分比，在上述氮化物半导体发光元件中，上述倾斜层的上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比按规定的增加率增加。
另外，本发明的另一实施方式的氮化物半导体发光元件的制造方法的特征在于，具备：在基板上形成n型包覆层的工序，上述n型包覆层具有n型AlGaN；形成势垒层的工序，上述势垒层位于多量子阱层的上述n型包覆层侧，具有具备比第一Al组分比大的第二Al组分比的AlGaN；以及形成倾斜层的工序，上述倾斜层位于上述n型包覆层和上述势垒层之间，具有上述第二Al组分比与上述第一Al组分比之间的第三Al组分比，在形成上述倾斜层的工序中，一边以上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比按规定的增加率增加的形式使Al的供应量增加一边进行形成。
发明效果
根据本发明的一实施方式，能够提供一种氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法，其能够抑制在n型包覆层与多量子阱层的上述n型包覆层侧的势垒层的界面处可能产生的带结构的凹口，并且能够降低该界面处产生的电场，使发光输出得以提高。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的构成的一例的概略截面图。
图2是与现有的发光元件的Al组分比进行比较来示意性地示出本发明的发光元件的Al组分比的坐标图。
图3A是表示实施例和比较例所涉及的发光元件的波长与发光输出的图。
图3B是示出图3A所示的结果的坐标图。
具体实施方式
[实施方式]
参照图1至图3A、图3B来说明本发明的实施方式。此外，以下说明的实施方式是作为实施本发明方面的优选的具体例来示出的，虽然也有具体地例示了在技术上优选的各种技术事项的部分，但本发明的技术范围不限于该具体的形式。另外，各附图中的各构成要素的尺寸比并非一定与实际的氮化物半导体发光元件的尺寸比一致。
图1是示出本发明的实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的构成的一例的概略截面图。氮化物半导体发光元件1(以下，也简称为“发光元件1”。)是发出紫外区域的波长的光的发光二极管(Light Emitting Diode：LED)。在本实施方式中，特别列举发出中心波长为250nm～350nm的深紫外光的发光元件1为例来进行说明。
如图1所示，发光元件1构成为包含基板10、缓冲层20、n型包覆层30、倾斜层40、包含多量子阱层的发光层50、电子阻挡层60、p型包覆层70、p型接触层80、n侧电极90以及p侧电极92。
构成发光元件1的半导体例如能够使用由AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示的二元系、三元系或者四元系的III族氮化物半导体。另外，这些III族元素中的一部分也可以用硼(B)、铊(Tl)等来取代，另外，也可以用磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)等来取代N的一部分。
基板10是对于发光元件1发出的深紫外光具有透光性的基板。基板10例如是蓝宝石(Al2O3)基板。除了蓝宝石(Al2O3)基板之外，基板10例如也可以使用氮化铝(AlN)基板、氮化铝镓(AlGaN)基板。
缓冲层20形成在基板10上。缓冲层20构成为包含AlN层22、以及形成在AlN层22上的无掺杂的u-AlpGa1-pN层24(0≤p≤1)。另外，基板10和缓冲层20构成基底结构部2。此外，u-AlpGa1-pN层24可以不必一定设置。
n型包覆层30形成在基底结构部2上。n型包覆层30是由n型的AlGaN(以下，也简称为“n型AlGaN”。)形成的层，例如是掺杂有作为n型的杂质的硅(Si)的AlqGa1-qN层(0≤q≤1)。此外，作为n型的杂质，也可以使用锗(Ge)、硒(Se)、碲(Te)、碳(C)等。n型包覆层30具有1μm～3μm左右的厚度，例如具有2μm左右的厚度。n型包覆层30可以是单层，也可以是多层结构。
倾斜层40形成在n型包覆层30上。倾斜层40是由n型AlGaN形成的层，例如是掺杂有作为n型的杂质的硅(Si)的AlzGa1-zN层(0≤z≤1)。倾斜层40具有1～100nm左右的厚度，例如具有25nm左右的厚度。倾斜层40是担负对n型包覆层30与后述的多量子阱层的n型包覆层30侧的势垒层52a的界面进行控制的责任的层。具体地说，倾斜层40担负对Al的组分比(以下，也简称为“Al组分比”。)在n型包覆层30与势垒层52a之间急剧地变化进行抑制的责任。
包含多量子阱层的发光层50形成在倾斜层40上。发光层50是将由AlrGa1-rN形成的包含多量子阱层的n型包覆层30侧的势垒层52a在内的3层的势垒层52a、52b、52c与由AlsGa1-sN形成的3层的阱层54a、54b、54c(0≤r≤1，0≤s≤1，r＞s，参照图2)交替地层叠而成的多量子阱层。发光层50为了输出波长为350nm以下的深紫外光而构成为带隙在3.4eV以上。
参照图2来说明发光元件1的Al组分比。图2是与现有的发光元件的Al组分比进行比较来示意性地示出发光元件1的Al组分比的坐标图。图2的记号A示出本发明所涉及的发光元件1的Al组分比，图2的记号B示出现有的发光元件的Al组分比。此外，作为另一种表达，Al组分比能够使用“AlN摩尔分数”(％)。
n型包覆层30的Al组分比(以下，也称为“第一Al组分比”。)是40％～60％左右，优选为50％～60％左右，更优选为54.6％左右。另外，势垒层52a的Al组分比(以下，也称为“第二Al组分比”。)比第一Al组分比大，例如为70％以上，优选为80％以上。势垒层52b、52c也是同样的，但在此省略说明。
为了抑制在n型包覆层30与至少势垒层52a的界面处可能产生的带结构的凹口，降低由于压电效应而产生的电场，倾斜层40的Al组分比从第一Al组分比朝向第二Al组分比按规定的增加率增加。换言之，倾斜层40的Al组分比(以下，也称为“第三Al组分比”。)朝向发光元件1的深度方向在第一Al组分比(例如，约55％)至第二Al组分比(约80％)之间倾斜地增加。
具体地说，倾斜层40的Al组分比在第一Al组分比(约55％)至第二Al组分比(约80％)之间大致以直线倾斜地增加。即，倾斜层40的第三Al组分比从第一Al组分比(约55％)至第二Al组分比(约80％)为止是按一定的增加率增加的。增加率的详细情况将后述。
为了抑制带结构的凹口、致使由于压电效应而产生的电场产生的Al组分比的急剧增加，增加率取规定的值(下限值)以上的值。另外，优选增加率取规定的值(下限值)以上的值。若使增加率小于规定的值(下限值)，则需要使倾斜层40的膜厚大于100nm以上，电阻变大，且顺向电压不变大。
更优选地，倾斜层40的Al组分比在将p包覆层70的上表面设为0mm的情况下，从n型包覆层30侧朝向势垒层52a侧在55.3mm至83.1mm之间从54.6％增加到82.0％。即，倾斜层40的Al组分比是按约28nm增加约28％的增加率进行变化的。换言之，在将发光元件1的深度(以从p型包覆层70侧向n型包覆层30侧的方向为正)设为D(nm)时，Al组分比XAl(％)满足以下的关系式。
XAl(％)＝-(1.0±0.1)×D(nm)+X0
X0是具有规定的值的系数。
此外，倾斜层40的Al组分比不限于从第一Al组分比至第二Al组分比以直线倾斜地增加，例如也可以是从第一Al组分比至第二Al组分比按每规定的深度分成多次以阶梯状增加。另外，倾斜层40的Al组分比也可以从第一Al组分比至第二Al组分比以曲线倾斜地增加。所谓“以曲线倾斜”，例如是指从n型包覆层30侧朝向势垒层52侧，以按向上凸或向下凸的抛物线状增加的方式进行变化。换言之，倾斜层40的Al组分比也可以是从n型包覆层30侧朝向势垒层52侧按变动的增加率进行变化。
电子阻挡层60形成在发光层50上。电子阻挡层60是由p型的AlGaN(以下，也简称为“p型AlGaN”。)形成的层。电子阻挡层60具有1nm～10nm左右的厚度。此外，电子阻挡层60可以包含由AlN形成的层，也可以是由不含GaN的AlN形成。另外，电子阻挡层60并非一定限于p型的半导体层，也可以是无掺杂的半导体层。
p型包覆层70形成在电子阻挡层60上。p型包覆层70是由p型AlGaN形成的层，例如是掺杂有作为p型的杂质的镁(Mg)的AltGa1-tN包覆层(0≤t≤1)。此外，作为p型的杂质，也可以使用锌(Zn)、铍(Be)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)等。p型包覆层70具有300nm～700nm左右的厚度，例如具有400nm～600nm左右的厚度。
p型接触层80形成在p型包覆层70上。p型接触层80例如是以高浓度掺杂有Mg等杂质的p型的GaN层。
n侧电极90形成在n型包覆层30的一部分的区域上。n侧电极90例如由在n型包覆层30之上按顺序层叠钛(Ti)/铝(Al)/Ti/金(Au)而成的多层膜形成。
p侧电极92形成在p型接触层80之上。p侧电极92例如由在p型接触层80之上按顺序层叠的镍(Ni)/金(Au)的多层膜形成。
接下来，对发光元件1的制造方法进行说明。在基板10上形成缓冲层20。具体地说，在基板10上，使AlN层22和无掺杂的u-Al1-pGapN层24高温生长。接下来，在缓冲层20上使n型包覆层30高温生长。接下来，在n型包覆层30上，一边逐渐增加Al的供应量，一边使倾斜层40高温生长。具体地说，以Al的组分比按每单位深度(nm)增加1.0±0.1％左右的方式调整Al的供应量来使倾斜层40高温生长。Al的供应量的调整可以使用公知的技术，例如对氨气与金属材料的比率进行调整等。或者，也可以在将AlGaN的原料的供应量保持为一定的同时，调整倾斜层40的生长温度，由此，对Al的相对供应量进行调整。此外，所谓“供应量”，例如是指Al相对于供应的原料所占的相对比例。
接下来，在倾斜层40上，使发光层50、电子阻挡层60以及p型包覆层70按顺序高温生长。n型包覆层30、倾斜层40、发光层50、电子阻挡层60以及p型包覆层70能够使用有机金属化学气相生长法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：MOCVD)、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy：MBE)、卤化物气相外延法(Halide Vapor Phase Epitaxy：NVPE)等周知的外延生长法来形成。
接下来，在p型包覆层70之上形成掩模，将未形成有掩模的露出区域的倾斜层40、发光层50、电子阻挡层60以及p型包覆层70除去。倾斜层40、发光层50、电子阻挡层60以及p型包覆层70的除去例如能够通过等离子体蚀刻来进行。在n型包覆层30的露出面30a(参照图1)上形成n侧电极90，在除去了掩模的p型接触层80上形成p侧电极92。n侧电极90和p侧电极92例如能够通过电子束蒸镀法、溅射法等周知的方法来形成。至此，形成图1所示的发光元件1。
接下来，参照图3A、B来说明本发明的实施方式所涉及的实施例。图3A是表示实施例1至实施例5、以及比较例1和2所涉及的发光元件1的发光波长与发光输出的图，图3B是示出图3A所示的结果的坐标图。实施例1至实施例5所涉及的发光元件1包含上述的倾斜层40。即，实施例1～5所涉及的发光元件1的Al组分比是从n型包覆层30侧朝向多量子阱层的n型包覆层30侧势垒层52a侧逐渐增加的。另外，比较例1和2所涉及的发光元件不含上述的倾斜层40。即，比较例1和2所涉及的发光元件的Al组分比在n型包覆层30的第一Al组分比与势垒层52a的第二Al组分比之间是急剧变化的。
图3A、图3B示出实施例1～5、以及比较例1和2所涉及的发光元件1的发光输出(任意单位，本公司内部比值)。发光波长(nm)是对发光输出进行了计测的波长。发光输出能通过各种公知的方法来测定，但在本实施例中，作为一例，使电流流过上述的n侧电极90和p侧电极92之间，通过设置于发光元件1的下侧的光检测器进行了测定。此外，发光波长是依赖于倾斜层40和发光层50的生长温度来确定。
如图3A所示，在实施例1中，以280.7nm的发光波长得到了1.24的发光输出。在实施例2中，以283.3nm的发光波长得到了1.28的发光输出。在实施例3中，以283.1nm的发光波长得到了1.23的发光输出。在实施例4中，以281.7nm的发光波长得到了1.25的发光输出。在实施例5中，以283.0nm的发光波长得到了1.20的发光输出。
相对于这些，在比较例1中，以279.8nm的发光波长得到了0.74的发光输出。在比较例2中，以283.8nm的发光波长得到了0.86的发光输出。
综上，在比较例1和2中，发光输出不到1.0，而在实施例1～5中，发光输出均为1.2以上。另外，实施例1～5的发光输出均为比较例1的发光输出的1.6倍以上、比较例2的发光输出的1.4倍以上。如上所示，显然发光元件1的发光输出上升了。
(实施方式的作用和效果)
如以上所说明的那样，在本发明的实施方式所涉及的发光元件1中，在n型包覆层30与多量子阱层的n型包覆层30侧的势垒层52a之间设置有Al组分比从n型包覆层30侧朝向多量子阱层的n型包覆层30侧势垒层52a侧逐渐增加的倾斜层40。由此，能使发光元件1的深紫外光的发光输出上升。可以认为这是因为，通过将具有这样的Al组分比的倾斜层40设置在n型包覆层30与多量子阱层的n型包覆层30侧势垒层52a之间，能够抑制现有的发光元件中所产生的带的凹口，并且能够降低由于压电效应而产生的电场。
(实施方式的总结)
接下来，援用实施方式中的附图标记等来记载从以上说明的实施方式掌握的技术思想。不过，以下的记载中的各附图标记等不限于在实施方式中具体地示出了权利要求书中的构成要素的构件等。
[1]一种氮化物半导体发光元件(1)，包含：n型包覆层(30)，其由具有第一Al组分比的n型AlGaN形成；势垒层(52a、52b、52c)，其位于多量子阱层的上述n型包覆层(30)侧，由具有比上述第一Al组分比大的第二Al组分比的AlGaN形成；以及倾斜层(40)，其位于上述n型包覆层(30)和上述势垒层(52a、52b、52c)之间，具有上述第一Al组分比与上述第二Al组分比之间的第三Al组分比，在上述氮化物半导体发光元件(1)中，上述倾斜层(40)的上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比按规定的增加率增加。
[2]根据上述[1]所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述倾斜层(40)的上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比倾斜地增加。
[3]根据上述[2]所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述倾斜层(40)的上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比大致以直线倾斜地增加。
[4]根据[1]至[3]中的任意一项所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述增加率是0.9％/nm至1.1％/nm之间的值。
[5]根据[1]至[3]中的任意一项所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述n型包覆层(30)的上述第一Al组分比是50％至60％之间的值。
[6]根据[1]至[4]中的任意一项所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述势垒层(52a、52b、52c)的上述第二铝的Al组分比是80％以上的值。
[7]一种氮化物半导体发光元件(1)的制造方法，其特征在于，具备：在基板(10)上形成n型包覆层(30)的工序，上述n型包覆层(30)具有n型AlGaN；在上述n型包覆层(30)上形成势垒层(52a、52b、52c)的工序，上述势垒层(52a、52b、52c)位于多量子阱层的上述n型包覆层(30)侧，具有具备比第一Al组分比大的第二Al组分比的AlGaN；形成倾斜层(40)的工序，上述倾斜层(40)位于上述n型包覆层(30)和上述势垒层(52a、52b、52c)之间，具有上述第二Al组分比与上述第一Al组分比之间的第三Al组分比，在形成上述倾斜层(40)的工序中，一边以上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比按规定的增加率增加的方式使Al的供应量增加一边进行形成。
工业上的可利用性
提供一种氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法，其能够抑制在n型包覆层与多量子阱层的上述n型包覆层侧的势垒层的界面处可能产生的带结构的凹口，并且能够降低该界面处产生的电场，使发光输出得以提高。
附图标记说明
1…氮化物半导体发光元件(发光元件)
10…基板
30…n型包覆层
40…倾斜层
50…发光层
52、52a、52b、52c…势垒层
54、54a、54b、54c…阱层。
Claims (7)
1.一种氮化物半导体发光元件，包含：
n型包覆层，其由具有第一Al组分比的n型AlGaN形成；
势垒层，其位于多量子阱层的上述n型包覆层侧，由具有比上述第一Al组分比大的第二Al组分比的AlGaN形成；以及
倾斜层，其位于上述n型包覆层和上述势垒层之间，具有上述第一Al组分比与上述第二Al组分比之间的第三Al组分比，
在上述氮化物半导体发光元件中，
上述倾斜层的上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比按规定的增加率增加。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，
上述倾斜层的上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比倾斜地增加。
3.根据权利要求2所述的氮化物半导体发光元件，
上述倾斜层的上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比大致以直线倾斜地增加。
4.根据权利要求3所述的氮化物半导体发光元件，
上述增加率是0.9％/nm至1.1％/nm之间的值。
5.根据权利要求4所述的氮化物半导体发光元件，
上述n型包覆层的上述第一Al组分比是50％至60％之间的值。
6.根据权利要求4或5所述的氮化物半导体发光元件，
上述势垒层的上述第二Al组分比是80％以上的值。
7.一种氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具备：
在基板上形成n型包覆层的工序，上述n型包覆层具有n型AlGaN；
形成势垒层的工序，上述势垒层位于多量子阱层的上述n型包覆层侧，具有具备比第一Al组分比大的第二Al组分比的AlGaN；以及
形成倾斜层的工序，上述倾斜层位于上述n型包覆层和上述势垒层之间，具有上述第二Al组分比与上述第一Al组分比之间的第三Al组分比，
在形成上述倾斜层的工序中，一边以上述第三Al组分比从上述第一Al组分比朝向上述第二Al组分比按规定的增加率增加的方式使Al的供应量增加一边进行形成。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017-174849 | 2017-09-12 | ||
| JP2017174849A JP6379265B1 (ja) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| PCT/JP2018/028652 WO2019054068A1 (ja) | 2017-09-12 | 2018-07-31 | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111066161A true CN111066161A (zh) | 2020-04-24 |
| CN111066161B CN111066161B (zh) | 2023-06-27 |
Family
ID=63250030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201880059037.8A Active CN111066161B (zh) | 2017-09-12 | 2018-07-31 | 氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11227974B2 (zh) |
| JP (1) | JP6379265B1 (zh) |
| CN (1) | CN111066161B (zh) |
| TW (1) | TWI693727B (zh) |
| WO (1) | WO2019054068A1 (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019054236A (ja) * | 2018-08-23 | 2019-04-04 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| US11984535B2 (en) | 2018-11-05 | 2024-05-14 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | III-nitride semiconductor light-emitting device comprising barrier layers and well layers and method of producing the same |
| EP3879583A4 (en) * | 2018-11-05 | 2022-08-03 | DOWA Electronics Materials Co., Ltd. | GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR ELECTROLUMINESCENT ELEMENT AND METHOD FOR MAKING IT |
| JP6968122B2 (ja) * | 2019-06-06 | 2021-11-17 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
| JP6698925B1 (ja) | 2019-08-06 | 2020-05-27 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
| US11588072B2 (en) * | 2019-11-06 | 2023-02-21 | Epistar Corporation | Semiconductor device and semiconductor component including ihe same |
| JP7041715B2 (ja) * | 2020-06-23 | 2022-03-24 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| JP7484572B2 (ja) | 2020-08-25 | 2024-05-16 | 豊田合成株式会社 | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法 |
| JP7194720B2 (ja) * | 2020-10-30 | 2022-12-22 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004214500A (ja) * | 2003-01-07 | 2004-07-29 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体成長基板およびそれを用いた窒化物半導体素子 |
| US20090179221A1 (en) * | 2008-01-15 | 2009-07-16 | Sang Hoon Han | Semiconductor light emitting device |
| JP2012146847A (ja) * | 2011-01-13 | 2012-08-02 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子および半導体光学装置 |
| CN102820394A (zh) * | 2011-06-07 | 2012-12-12 | 山东华光光电子有限公司 | 一种采用铝组分渐变电子阻挡层的led结构 |
| JP5521068B1 (ja) * | 2013-01-30 | 2014-06-11 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| CN104272477A (zh) * | 2012-10-19 | 2015-01-07 | 夏普株式会社 | 氮化物半导体发光元件 |
| US20150041755A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-12 | Qingdao Jason Electric Co., Ltd. | Light-emitting device with improved light extraction efficiency |
| US20160056338A1 (en) * | 2014-08-20 | 2016-02-25 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device and lighting system |
| CN105514237A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-04-20 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种GaN基LED外延结构及其生产方法 |
| JP2017028076A (ja) * | 2015-07-22 | 2017-02-02 | 株式会社トクヤマ | Ｉｉｉ族窒化物発光素子の製造方法 |
| JP2017034036A (ja) * | 2015-07-30 | 2017-02-09 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| CN107210339A (zh) * | 2015-02-05 | 2017-09-26 | 同和电子科技有限公司 | 第iii族氮化物半导体发光元件和其制造方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1168158A (ja) | 1997-08-20 | 1999-03-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
| JP5400001B2 (ja) | 2010-08-23 | 2014-01-29 | 日本電信電話株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体の深紫外発光素子構造 |
| US20160079471A1 (en) * | 2012-10-05 | 2016-03-17 | Rayvio Corporation | Uv light emitting devices and systems and methods for production |
| KR102618238B1 (ko) * | 2015-09-28 | 2023-12-26 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 발광소자 |
| WO2017134713A1 (ja) * | 2016-02-01 | 2017-08-10 | パナソニック株式会社 | 紫外線発光素子 |
| CN109417276B (zh) * | 2016-06-30 | 2021-10-15 | 新唐科技日本株式会社 | 半导体激光器装置、半导体激光器模块及焊接用激光器光源系统 |
| JP6674394B2 (ja) * | 2017-02-01 | 2020-04-01 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
| JP6486401B2 (ja) * | 2017-03-08 | 2019-03-20 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
| JP6392960B1 (ja) * | 2017-09-12 | 2018-09-19 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
2017
- 2017-09-12 JP JP2017174849A patent/JP6379265B1/ja active Active
-
2018
- 2018-07-31 CN CN201880059037.8A patent/CN111066161B/zh active Active
- 2018-07-31 WO PCT/JP2018/028652 patent/WO2019054068A1/ja active Application Filing
- 2018-07-31 US US16/645,886 patent/US11227974B2/en active Active
- 2018-08-01 TW TW107126677A patent/TWI693727B/zh active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004214500A (ja) * | 2003-01-07 | 2004-07-29 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体成長基板およびそれを用いた窒化物半導体素子 |
| US20090179221A1 (en) * | 2008-01-15 | 2009-07-16 | Sang Hoon Han | Semiconductor light emitting device |
| JP2012146847A (ja) * | 2011-01-13 | 2012-08-02 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子および半導体光学装置 |
| CN102820394A (zh) * | 2011-06-07 | 2012-12-12 | 山东华光光电子有限公司 | 一种采用铝组分渐变电子阻挡层的led结构 |
| CN104272477A (zh) * | 2012-10-19 | 2015-01-07 | 夏普株式会社 | 氮化物半导体发光元件 |
| JP5521068B1 (ja) * | 2013-01-30 | 2014-06-11 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| US20150041755A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-12 | Qingdao Jason Electric Co., Ltd. | Light-emitting device with improved light extraction efficiency |
| US20160056338A1 (en) * | 2014-08-20 | 2016-02-25 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device and lighting system |
| CN107210339A (zh) * | 2015-02-05 | 2017-09-26 | 同和电子科技有限公司 | 第iii族氮化物半导体发光元件和其制造方法 |
| JP2017028076A (ja) * | 2015-07-22 | 2017-02-02 | 株式会社トクヤマ | Ｉｉｉ族窒化物発光素子の製造方法 |
| JP2017034036A (ja) * | 2015-07-30 | 2017-02-09 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| CN105514237A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-04-20 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种GaN基LED外延结构及其生产方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6379265B1 (ja) | 2018-08-22 |
| US11227974B2 (en) | 2022-01-18 |
| TW201924091A (zh) | 2019-06-16 |
| TWI693727B (zh) | 2020-05-11 |
| CN111066161B (zh) | 2023-06-27 |
| JP2019050336A (ja) | 2019-03-28 |
| US20200279973A1 (en) | 2020-09-03 |
| WO2019054068A1 (ja) | 2019-03-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111066161B (zh) | 氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法 | |
| CN111095579B (zh) | 氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法 | |
| JP6698925B1 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| CN112420889B (zh) | 氮化物半导体发光元件 | |
| JP2019083221A (ja) | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
| JP6917953B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| CN111587492B (zh) | 氮化物半导体元件和氮化物半导体元件的制造方法 | |
| JP4292925B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法 | |
| JP7194793B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
| CN111052411A (zh) | 氮化物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件的制造方法 | |
| JP7141425B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| WO2020026567A1 (ja) | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP7405902B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP7216776B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |