CN112868109A - 半导体发光元件 - Google Patents

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Abstract

该半导体发光元件具有：n型半导体层，其具有AlGaN或AlInGaN组分；有源层，其包含基于AlGaN的半导体或基于AlInGaN的半导体，并形成在n型半导体层上；p型半导体层，其具有AlN、AlGaN或AlInGaN组分，并形成在有源层上；以及p电极，其形成在p型半导体层上，其中，p型半导体层具有形成在p电极上的接触层，接触层包括具有朝向与p电极的界面减小的带隙的AlGaN层或AlInGaN层，并且接触层具有与p电极接触的隧穿接触层，并且隧穿接触层通过隧穿结连接到p电极。

Description

半导体发光元件
技术领域
本发明涉及一种半导体发光元件，尤其涉及一种在紫外区域中发射光的半导体发光元件。
背景技术
近来，作为对空气和水具有杀菌作用的新光源，具有在紫外区域(例如，峰值波长为200nm至365nm)中、尤其在深紫外区域(例如，峰值波长为200nm至300nm)中的发射波长带的半导体发光元件一直在吸引关注。例如，非专利文献1公开了一种发光元件，该发光元件包括具有AlGaN组分的p型接触层并且具有在深紫外区域中的发射波长。
非专利文献1：应用物理快报(Applied Physics Express)9，012102(2016年)。
发明内容
要由本发明解决的问题
具有在紫外区域中的发射波长的半导体发光元件具有高输出功率方面的问题。尤其，对于由氮化物半导体形成的紫外发光元件，问题之一是从有源层发射的光在外部不容易被提取，即，光提取效率低。
已考虑到上述各点做出本发明，并且本发明的目的是为了提供一种在紫外区域中具有高输出功率的半导体发光元件。
问题的解决方案
根据本发明的半导体发光元件包括n型半导体层、有源层、p型半导体层和p电极。所述n型半导体层具有AlGaN或AlInGaN的组分。所述有源层形成在所述n型半导体层上。所述有源层包含AlGaN半导体或AlInGaN半导体。所述p型半导体层形成在所述有源层上。所述p型半导体层具有AlN、AlGaN或AlInGaN的组分。所述p电极形成在所述p型半导体层上。所述p型半导体层包括形成在所述p电极上的接触层。所述接触层包括带隙朝向与所述p电极的界面减小的AlGaN层或AlInGaN层。所述接触层包括与所述p电极接触的隧穿接触层。所述隧穿接触层通过隧穿结连接到所述p电极。
附图说明
图1是根据实施方式1的半导体发光元件的顶视图。
图2是根据实施方式1的半导体发光元件的截面图。
图3是根据实施方式1的半导体发光元件的能带图。
图4是例示了根据实施方式1的半导体发光元件的能带结构的图。
图5是例示了根据比较例的半导体发光元件的能带结构的图。
图6A是例示了在p-AlGaN层中具有恒定组分的p-AlGaN层与p电极之间的接触电阻以及在p-AlGaN层中具有不同组分的p-AlGaN层与p电极之间的接触电阻的测量结果的图。
图6B是例示了包括在p-AlGaN层中具有恒定组分的p-AlGaN层的测试结构的配置的图。
图6C是例示了包括在p-AlGaN层中具有不同组分的p-AlGaN层的测试结构的配置的图。
图7是例示了根据实施方式1的发光元件中的光的路线的图。
图8是根据实施方式2的半导体发光元件的能带图。
图9是根据实施方式3的半导体发光元件的能带图。
具体实施方式
下文详细地描述本发明的实施方式。
实施方式1
图1是根据实施方式1的半导体发光元件(在下文中简称为发光元件)10的顶视图。图2是发光元件10的截面图，并且是沿着图1中的V-V线截取的截面图。图3是发光元件10的能带图。将参考图1至图3描述发光元件10的配置。
首先，将描述发光元件10的结构。在此实施方式中，发光元件10包括具有在紫外区域(例如，在200nm至365nm的范围内)中的发射波长带的氮化物半导体。
发光元件10包括形成在生长衬底11上的n型半导体层12、有源层13、电子阻挡层14和p型半导体层15。n型半导体层12至p型半导体层15充当发光元件10中的发光结构层。发光元件10包括分别连接到n型半导体层12和p型半导体层15的n电极16和p电极17。
首先，在此实施方式中，生长衬底11由AlN衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底等形成。在此实施方式中，生长衬底11是单晶AlN衬底。也就是说，n型半导体层12至p型半导体层15各自是在作为生长衬底11的单晶AlN衬底上外延生长的半导体层。
注意，考虑具有高结晶品质的n型半导体层12至p型半导体层15的生长，生长衬底11优选地具有相对低的位错密度。例如，生长衬底11的位错密度优选地为108cm-2或以下，并且进一步优选地为107cm-2或以下。注意，位错密度能够使用已知方法来测量，例如，测量透射电子显微镜图像中的位错的数量，并且测量将蚀刻坑浸在加热的酸混合物溶液中之后测量的蚀刻坑的数量。
在此实施方式中，生长衬底11具有+C平面作为晶体生长表面。因此，在此实施方式中，n型半导体层12至p型半导体层15是在AlN衬底的C面上生长的半导体层。然而，生长衬底11的晶体生长表面不限于+C平面的情况，并且例如，可以将从C平面倾斜(偏离)的平面用作晶体生长表面。当将从+C平面倾斜的平面用作晶体生长表面时，倾斜角(偏离角)优选地在0.1°至0.5°的范围内，并且进一步优选地在0.3°至0.4°的范围内。生长衬底11的晶体生长表面可以是M平面或A平面。
能够通过考虑光的吸收系数的减小、处理容易性(产率)等来确定生长衬底11的厚度。生长衬底11的厚度优选地例如在50μm至1000μm的范围内。
可以在生长衬底11与n型半导体层12之间设置缓冲层(未例示)。当设置缓冲层时，例如，缓冲层优选地包括单个AlN层，具有包括AlN层和AlGaN层的超晶格结构，具有包括具有相互不同的组分的AlGaN层的超晶格结构，具有向组分提供梯度使得Al组分朝向n型半导体层12减小的结构，或者具有这些结构被组合的结构。缓冲层优选地包括例如与n型半导体层12相比具有高Al组分的AlGaN层。然而，缓冲层仅需要具有有助于在n型半导体层12至p型半导体层15的晶体生长过程中改进产率的组分。
当设置缓冲层时，例如，在考虑生产率时，缓冲层优选地具有在1nm至10000nm的范围内的层厚度，并且进一步优选地具有在10nm至5000nm的范围内的层厚度。
参考图2和图3，n型半导体层12形成在生长衬底11上。n型半导体层12具有将电子注入到有源层13的功能。
n型半导体层12具有AlsGa1-sN的组分(0<s<1，优选地x2≤s≤0.9，x2是稍后描述的有源层13的势垒层13B的Al组分)。在此实施方式中，n型半导体层12具有Al0.7Ga0.3N的组分。n型半导体层12优选地具有例如100nm或以上的层厚度。n型半导体层12优选地具有低位错密度。
n型半导体层12可以包含In。例如，n型半导体层12可以具有AlInGaN的组分。同样在这种情况下，优选地，n型半导体层12的带隙例如等于或大于有源层13的势垒层13B的带隙并且等于或小于Al0.9Ga0.1N的带隙。也就是说，n型半导体层12仅需要具有AlGaN或AlInGaN的组分。
n型半导体层12包含Si等作为n型掺杂剂，并且具有n型的导电类型。n型半导体层12的掺杂剂浓度不受具体地限制并且可以取决于目的而被适当地确定。例如，在考虑提供高导电性时，n型半导体层12的掺杂剂浓度优选地在1×1015cm-3至5×1019cm-3的范围内。
n型半导体层12可以包括表现出n型的导电类型的多个半导体层。在这种情况下，半导体层各自优选地具有在1×1015cm-3至5×1019cm-3的范围内的掺杂剂浓度。
有源层13形成在n型半导体层12上并且具有等于或小于n型半导体层12的带隙的带隙。有源层13充当发光层。在此实施方式中，有源层13具有包含AlGaN半导体的晶体组分。具体地，有源层13具有AlxGa1-xN(0<x<1)的组分。有源层13在紫外区域中发射光。优选的是，有源层13直接形成在n型半导体层12上，即，与n型半导体层12接触。
有源层13可以包含In。例如，有源层13可以具有AlInGaN的组分。同样在这种情况下，有源层13仅需要具有例如大于GaN的带隙并且小于AlN的带隙的带隙。也就是说，有源层13仅需要具有包含AlGaN半导体或AlInGaN半导体的晶体组分。
在此实施方式中，如图3所例示的，有源层13具有多量子阱(MQW)结构。在此实施方式中，有源层13包括：多个阱层13A，每个阱层具有Alx1Ga1-x1N的组分；以及多个势垒层13B，每个势垒层具有Alx2Ga1-x2N的组分并且与阱层13A相比具有大带隙。
在此实施方式中，各阱层13A具有Al0.5Ga0.5N的组分，并且势垒层13B各自具有Al0.65Ga0.35N的组分。例如，阱层13A各自具有在3nm至6nm的范围内的层厚度，并且势垒层13B各自具有在3nm至10nm的范围内的层厚度。
在此实施方式中，势垒层13B的Al组分x2小于n型半导体层12的Al组分s。因此，势垒层13B与n型半导体层12相比具有小带隙。因此，在此实施方式中，在n型半导体层12与势垒层13B之间提供带隙的能级差。
有源层13的配置不限于此。例如，有源层13不限于具有多量子阱结构的情况。例如，有源层13可以具有单量子阱结构或者可以由单个层形成。
电子阻挡层14形成在有源层13上并且与有源层13相比具有大带隙。电子阻挡层14具有AltGa1-tN(s<t≤1)的组分。电子阻挡层14充当抑制注入到有源层13中的电子溢出到p型半导体层15的层。
在此实施方式中，电子阻挡层14与n型半导体层12相比具有大带隙。在此实施方式中，电子阻挡层14具有与生长衬底11的组分相同的组分，即AlN(与t＝1的情况相对应)的组分。例如，电子阻挡层14具有在1nm至50nm的范围内的层厚度。
在此实施方式中，电子阻挡层14包含Mg等作为p型掺杂剂并且具有p型的导电类型。然而，电子阻挡层14不需要包含p型掺杂剂或者可以部分地包含p型掺杂剂。不需要设置电子阻挡层14。也就是说，可以将p型半导体层15设置在有源层13上。
p型半导体层15的带隙等于或小于电子阻挡层14的带隙。p型半导体层15包含Mg等作为p型掺杂剂并且具有p型的导电类型。p型半导体层15与n型半导体层12一起充当覆盖层。在此实施方式中，p型半导体层15包括p型覆盖层15A和接触层15B。p型覆盖层15A充当覆盖层。接触层15B设置在与p电极17的界面上以与p电极17接触并且与p电极17形成电连接。
p型覆盖层15A具有AluGa1-uN(x2<u<1，u≤t)的组分。也就是说，p型覆盖层15A的带隙等于或小于电子阻挡层14的带隙。例如，p型覆盖层15A具有Al0.8Ga0.2N的组分。例如，p型覆盖层15A的层厚度在1nm至100nm的范围内。
接触层15B具有如下的组分：其中，带隙沿着与p型半导体层15垂直的方向(每个层的层厚度方向)从与p型覆盖层15A的界面起朝向与p电极17的界面单调地减小。在此实施方式中，接触层15B的组分在AlyGa1-yN(0≤y≤1)的范围内，并且被配置为具有朝向p电极17连续地减小的Al组分y。
接触层15B的Al组分y被优选地配置为在大于有源层13的阱层13A的Al组分x1的范围内朝向p电极17逐渐地减小。也就是说，接触层15B的Al组分优选地在x1≤y≤1的范围内改变。
因此，接触层15B总体上与阱层13A相比具有大带隙。在接触层15B的Al组分y在x1≤y≤1的范围内改变的情况下，能够给从有源层13发射的光的波长提供半透明性。因此，改进了发光元件10的光提取效率。
在此实施方式中，接触层15B在与p型覆盖层15A的界面上具有Al0.8Ga0.2N的组分(与p型覆盖层15A的组分相同的组分)。接触层15B在与p电极17的界面上具有Al0.6Ga0.4N的组分。也就是说，在接触层15B中，Al组分y朝向p电极17从0.8减小至0.6。例如，接触层15B具有20nm至60nm的层厚度。
例如，接触层15B中的Al组分y的变化率(减小率)在0.0008nm-1至0.05nm-1的范围内。接触层15B中的Al组分y的变化率的范围优选地为0.0008nm-1至0.035nm-1的范围，并且更优选地为0.003nm-1至0.03nm-1的范围。
接触层15B的Al组分y仅需要朝向p电极17单调地减小。例如，接触层15B的Al组分y不限于如图3所例示的那样连续地(线性地)减小的情况，而是可以例如按阶段(呈阶梯模式)减小。也就是说，例如，接触层15B是具有Al组分y从与p型覆盖层15A的界面朝向与p电极17的界面连续地或阶段减小的组分的AlGaN层。
在此实施方式中，n型半导体层12、有源层13、电子阻挡层14和p型半导体层15(p型覆盖层15A和接触层15B)的相应的带隙具有如图3所例示的关系。
参考图1和图2，n电极16形成在n型半导体层12上，并且p电极17形成在p型半导体层15(接触层15B)上。例如，n电极16包括Ti层、Al层和Au层的层叠体。
p电极17的示例性配置包括：Ni层和Au层的层叠体以及Pt层或Pd层和Au层的层叠体等。p电极17的另一示例性配置包括如下的一种配置：诸如ITO的金属氧化物非常薄并且随后层叠对紫外光具有反射性的如Al的材料。注意，p电极17优选地由诸如Rh层或Ru层的材料形成，所述材料能够与p型氮化物半导体形成令人满意的欧姆接触并且对紫外光具有高反射性。
在此实施方式中，在顶视图中具有梳形状的凹部(台面结构部)形成在p型半导体层15的表面上。凹部穿透p型半导体层15、电子阻挡层14和有源层13以到达n型半导体层12。n电极16以梳形状形成在n型半导体层12的在凹部的底部上暴露的表面上。
p电极17以层叠方式且以梳形状形成在p型半导体层15的未设置有凹部的表面上，并且被设置为使得在顶视图中p电极17的梳齿与n电极16的梳齿啮合。
在此实施方式中，发光元件10包括从p型半导体层15侧支撑发光结构层的支撑衬底(安装衬底)18。支撑衬底18包括衬底体18A以及形成在衬底体18A上的n侧焊盘电极18B和p侧焊盘电极18C。n侧焊盘电极18B和p侧焊盘电极18C分别连接到n电极16和p电极17。在此实施方式中，发光元件10包括连接n侧焊盘电极18B和n电极16的连接电极19。换句话说，发光元件10是通过倒装芯片安装来安装的。
n型半导体层12至p型半导体层15的上述配置以及n电极16和p电极17的配置仅仅是示例。例如，n电极16仅需要与n型半导体层12接触，而p电极17仅需要与p型半导体层15接触。也就是说，例如在图1和图2中例示的发光元件10的配置(电极形状等)仅仅是示例。发光元件10的支撑装置或安装装置不限于此。
图4是示意性地例示了在发光元件10的接触层15B和p电极17附近的价带的能带结构的图。将参考图4详细地描述接触层15B。图4中的虚线指示费米能级。
在此实施方式中，接触层15B包括Al组分y朝向与p电极17的界面逐渐地减小的AlGaN层。本申请的发明人已发现，形成为这样的组分梯度层的接触层15B改进电极性能。考虑这个是因为形成在接触层15B中的耗尽层DL显著地变薄，从而在与p电极17的界面中容易地产生隧穿效应。
更具体地，AlGaN是随着Al组分增加而具有较大带隙并且通常具有电子空穴的差激活率的半导体材料。因此，当AlGaN被形成为接触层15B时，高能量势垒(肖特基势垒)形成在与p电极17的界面上，并且容易地形成厚的耗尽层。因此，难以与p电极17形成欧姆接触。
相比之下，接触层15B具有Al组分y朝向p电极17减小的组分。因此，接触层15B的带隙朝向p电极17逐渐地减小。在接触层15B内部的电子空穴的激活率由于内部电场的效应而显著地增加，从而使价带和费米能级相互接近。因此，如图4所例示的，认为接触层15B的能带在与p电极17的界面的附近显著地弯曲。
因此，认为形成在接触层15B中的耗尽层DL显著地变薄，并且由于隧穿效应，电子空穴容易地越过肖特基势垒。因此，在接触层15B与p电极17之间形成欧姆接触。也就是说，接触层15B包括在与p电极17的界面附近通过隧穿结连接到p电极17的隧穿接触层15BT。
隧穿接触层15BT是在接触层15B中高概率地发生隧穿效应的区域，并且其层厚度取决于p电极17的材料、接触层15B的组分、要施加的电流的值等而改变。然而，如上所述向接触层15B的组分提供梯度能够形成隧穿接触层15BT以适于稳定地形成欧姆接触。
图5是例示了根据比较例的发光元件100的能带结构的图。根据比较例的发光元件100包括由具有恒定Al组分y(例如，y＝0.6)的AlGaN层形成的接触层101代替接触层15B。
接触层101与形成在其上的p电极17之间的能量势垒具有与在此实施方式中形成在接触层15B上的高度大约相同的高度。同时，形成在接触层101中的耗尽层DL1与形成在接触层15B中的耗尽层DL相比明显厚。这是由接触层101中的电子空穴的显著低的激活率而引起的。因此，能够预期难以在接触层101与p电极17之间形成令人满意的欧姆接触。
图6A是例示了类似于此实施方式中的接触层15B在p-AlGaN层中具有不同组分的p-AlGaN层与由与p电极17的材料相同的材料形成的金属层之间的接触电阻、以及类似于比较例中的接触层101在p-AlGaN层中具有恒定组分的p-AlGaN层与金属层之间的接触电阻的测量结果的图。图6A是例示了当在p-AlGaN层中具有恒定组分的p-AlGaN层与金属层之间的恒定电阻值被假定为1时在p-AlGaN层中具有不同组分的p-AlGaN层与金属层之间的接触电阻值的图。
为了获得图6A的结果，准备了如图6B和图6C所例示的测试结构T1和T2。图6B是例示了包括具有与比较例中的接触层101的组分类似的组分的p-AlGaN层TL3的测试结构T1的配置的图。图6C是例示了包括具有与该实施方式中的接触层15B的组分类似的组分的p-AlGaN层TL4的测试结构T2的配置的图。
首先，如图6B所例示的，测试结构T1具有这样的结构，其中在AlN衬底TL1上生长AlN缓冲层TL2和p-AlGaN层TL3，并且作为金属层TE的Ni层和Au层形成在p-AlGaN层TL3上。如图6C所例示的，测试结构T2具有这样的结构，其中在AlN衬底TL1上生长AlN缓冲层TL2和p-AlGaN层TL4，并且金属层TE形成在p-AlGaN层TL4上。
图6A是例示了测试结构T1中的p-AlGaN层TL3与金属层TE之间的接触电阻以及测试结构T2中的p-AlGaN层TL4与金属层TE之间的接触电阻的测量结果的图。
如图6A所例示的，看到的是，与具有恒定组分的p-AlGaN层TL3相比，与金属层TE的接触电阻在层中具有不同组分的p-AlGaN层TL4中显著地减小。
因此，看到的是，能够在在p-AlGaN层中具有不同组分的p-AlGaN层TL4与金属层TE之间形成令人满意的欧姆接触。也就是说，看到的是，接触层15B和p电极17能够形成令人满意的欧姆接触。因此，形成接触层15B允许提供包括例如具有低驱动电压和高半透明性的接触层15B的发光元件10。
在考虑增加电子空穴的激活率时，优选地在应变状态下形成接触层15B。也就是说，优选地在假晶状态下外延生长作为发光结构层的n型半导体层12至p型半导体层15。因此，像此实施方式一样，n型半导体层12、有源层13、电子阻挡层14和p型半导体层15优选地是在作为生长衬底11的单晶AlN衬底上外延生长的半导体层。类似地，接触层15B优选地具有AlInGaN的组分。
在考虑形成更令人满意的欧姆接触时，接触层15B(尤其是与p电极17接触的界面的附近)优选地具有相对高的掺杂剂浓度。例如，接触层15B优选地具有等于或大于p型覆盖层15A的掺杂剂浓度的掺杂剂浓度。接触层15B与p型覆盖层15A相比优选地具有高掺杂剂浓度。
例如，接触层15B优选地在与p电极17的界面附近即在隧穿接触层15BT中具有最高的掺杂剂浓度。在这种情况下，接触层15B与p型覆盖层15A相比不需要整体具有高掺杂剂浓度。
例如，在排除隧穿接触层15BT的区域例如相对于隧穿接触层15BT在p型覆盖层15A侧的区域中，接触层15B可以具有等于或小于p型覆盖层15A的掺杂剂浓度或者小于p型覆盖层15A的掺杂剂浓度的掺杂剂浓度。也就是说，例如，接触层15B在与p电极17的界面附近与p型覆盖层15A相比优选地具有高掺杂剂浓度。
图7是示意性地例示了发光元件10中的光的路线的图。注意，为了说明的方便，图7仅例示了从有源层13朝向发光元件10中的p型半导体层15发射的光(附图标记EL)的路线。
在此实施方式中，接触层15B具有AlGaN组分。接触层15B具有比有源层13的阱层13A大的Al组分。因此，接触层15B与阱层13A相比具有大带隙。
因此，接触层15B几乎不吸收从有源层13发射的光(附图标记EL)，即，具有与阱层13A的带隙相对应的波长的光(在此实施方式中，深紫外区域中的光)。因此，光(附图标记EL)的大部分通过接触层15B透射。在此实施方式中，n型半导体层12、电子阻挡层14和整个p型半导体层15对从有源层13发射的光具有半透明性。
在此实施方式中，p电极17对从有源层13发射的光具有反射性。因此，通过p型半导体层15透射的光(附图标记EL)被p电极17朝向n型半导体层12(生长衬底11)反射。在此实施方式中，生长衬底11具有AlN组分。因此，从有源层13发射的光的大部分经由生长衬底11在外部被提取，而未被吸收在发光元件10中。
也就是说，在此实施方式中，生长衬底11的在n型半导体层12的相反侧的表面充当发光元件10的光提取表面。然后，高效地从光提取表面发射光。
如上所述，在此实施方式中，发光元件10包括在与p电极17的界面上具有逐渐变化组分的接触层15B。因此，发光结构层和电极能够形成令人满意的欧姆接触。因此，能够形成能够减小驱动电压的增加并且光吸收低的接触层15B。
由于p电极17具有反射性，所以能够高效地从光提取表面提取从有源层13发射的光。因此，能够提供具有高发光效率和光提取效率的发光元件10。
在此实施方式中，p电极17优选地形成令人满意的欧姆接触并且优选地具有高反射性。因此，例如，仅需要考虑与发光元件10的发射波长相对应的带隙能量及功函数和对发射波长的反射性之间的关系来选择p电极17的材料。
例如，如上所述，p电极17的材料包括Rh或Ru。p电极17的材料不限于对发射波长具有反射性的材料并且可以是极其薄以确保半透明性的电极材料。例如，p电极17可以是具有高反射性的Al等层叠在诸如ITO的金属氧化物以及诸如Ni和Au的金属上的层叠体。
因此，在此实施方式中，发光元件10具有在紫外区域中的发射波长带，并且p型半导体层15包括在与p电极17的界面上具有逐渐变化组分的接触层15B。p电极17对紫外区域中的光具有反射性。因此，能够提供具有高输出功率的发光元件10。
实施方式2
图8是根据实施方式2的发光元件20的能带图。发光元件20除p型半导体层21的配置外具有与发光元件10的配置类似的配置。p型半导体层21除接触层21A的配置外具有与p型半导体层15的配置类似的配置。
在此实施方式中，接触层21A中的Al组分y的减小率从与p型覆盖层15A的界面起逐渐地减小。接触层21A具有与接触层15B的组分类似的p型覆盖层15A侧的组分和p电极17侧的组分。因此，接触层21A表现出如图8所例示的带隙。
像此实施方式一样，还能够通过减小Al组分y同时朝向与p电极17的界面逐渐地减小减小率来增加接触层21A中的电子空穴的激活率。因此，p电极17能够形成令人满意的欧姆接触。因此，能够提供具有高输出功率的发光元件20。
实施方式3
图9是根据实施方式3的发光元件30的能带图。发光元件30除p型半导体层31的配置外具有与发光元件10的配置类似的配置。p型半导体层31除接触层31A的配置外具有与p型半导体层15的配置类似的配置。
在此实施方式中，接触层31A中的Al组分y的减小率从与p型覆盖层15A的界面起逐渐地增加。接触层31A具有与接触层15B的组分类似的p型覆盖层15A侧的组分和p电极17侧的组分。因此，接触层31A表现出如图9所例示的带隙。
像此实施方式一样，还能够通过减小Al组分y同时朝向与p电极17的界面增加增加率来增加接触层31A中的电子空穴的激活率。因此，p电极17能够形成令人满意的欧姆接触。因此，能够提供具有高输出功率的发光元件30。
类似于上述实施方式2和3中的接触层21A和31A，接触层15B可以被配置为使得Al组分y在变化率改变的同时逐渐地减小。同样在如此配置的接触层15B中，与隧穿接触层15BT类似的隧穿接触层形成在与p电极17的界面上。因此，在p型半导体层15、21和31与p电极之间形成令人满意的欧姆接触。因此，能够提供具有高输出功率的发光元件10、20和30。
上述实施方式仅仅是示例。例如，接触层15B、21A和31A总体上与有源层13的阱层13A相比具有大Al组分y(即，带隙)。然而，接触层15B、21A或31A可以具有部分地小于阱层13A的Al组分y的Al组分y。例如，接触层15B与阱层13A相比可以在与p电极17的界面附近具有小Al组分y。同样在这种情况下，光的大部分通过接触层15B透射，从而允许提供高光提取效率。
在以上描述中，描述了p型半导体层15、21和31各自包括具有恒定Al组分u的AlGaN层作为p型覆盖层15A的情况。然而，p型半导体层15、21或31的配置不限于此。
例如，p型覆盖层15A可以是具有Al组分u逐渐地改变的AlGaN组分的组分梯度层。在这种情况下，整个p型半导体层15充当覆盖层和接触层。也就是说，p型半导体层15不需要包括仅充当覆盖层的p型覆盖层15A。
当形成p型覆盖层15A时，接触层15B、21A或31A的Al组分y在考虑欧姆接触的形成时与p型覆盖层15A的Al组分u相比优选地按大变化率而改变。
换句话说，p型半导体层15、21或31仅需要包括形成在p电极17上并且包括具有朝向与p电极17的界面逐渐地减小的Al组分y的AlGaN层的接触层15B、21A或31A。类似于接触层15B，接触层15B、21A和31A仅需要包括与p电极17接触并且通过隧穿结连接到p电极的隧穿接触层15BT。
在考虑稳定地改进发光效率时，优选的是设置p型覆盖层15A。例如，优选的是p型半导体层15、21或31相对于接触层15B、21A或31A形成在有源层13侧中并且包括与接触层15B、21A或31A相比具有高掺杂剂浓度的p型覆盖层15A。
然而，接触层15B、21A或31A与在与p电极17的界面上的p型覆盖层15A相比可以具有高掺杂剂浓度。在这种情况下，接触层15B、21A或31A的掺杂剂浓度可以在它们各自的层中(例如，朝向p型覆盖层15A)改变并且变得等于或小于p型覆盖层15A的掺杂剂浓度，或者在除与p电极17的界面附近外的区域中小于p型覆层15A的掺杂剂浓度。因此，在掺杂剂浓度在层中发生改变的情况下，p型覆盖层15A与接触层15B、21A或31A相比优选地具有高掺杂剂浓度。
在以上描述中，描述了p型半导体层15、21和31形成在电子阻挡层14上的情况。然而，可以在有源层13上形成p型半导体层15、21或31，而不设置电子阻挡层14，即，充当电子阻挡层的半导体层。在这种情况下，例如，p型半导体层15、21或31在与有源层13的界面附近不需要包含Ga。也就是说，p型半导体层15、21或31可以部分地具有AlN组分。
在以上描述中，描述了接触层15B、21A和31A具有AlGaN组分的情况。然而，接触层15B、21A和31A的组分不限于此。
例如，接触层15B、21A和31A仅需要具有带隙朝向与p电极17的界面逐渐地减小的组分。例如，接触层15B、21A或31A仅需要具有AlInGaN组分。也就是说，接触层15B、21A或31A可以包含In。在这种情况下，仅需要通过调节Al和In的组分来调节接触层15B、21A或31A中的带隙。
例如，接触层15B、21A或31A可以包含Al组分逐渐地减小并且In组分朝向与p电极17的界面逐渐地增加的AlInGaN。例如，接触层15B、21A或31A可以包含Al组分朝向与p电极17的界面逐渐地减小的AlInGaN。
在同样如此配置接触层15B、21A和31A的情况下，能够预期电子空穴的激活率增加并且耗尽层变薄。因此，令人满意的欧姆接触允许具有高效率的电流注入，从而允许提供具有高发光效率的发光元件10、20或30。
换句话说，p型半导体层15、21或31仅需要具有AlN、AlGaN或AlInGaN的组分。然后，接触层15B、21A或31A仅需要具有AlGaN或AlInGaN的组分。
在以上描述中，描述了p电极17对从有源层13发射的光具有反射性的情况。然而，p电极17的配置不限于此。仅需要在p型半导体层15、21或31上形成p电极17。然后，p型半导体层15、21和31仅需要包括与p电极17接触的接触层15B、21A和31A。因此，在p型半导体层15、21和31与p电极17之间形成令人满意的欧姆接触，并且p电极17从有源层13发射的光具有反射性，从而允许提供高发光效率。
如上所述，例如，发光元件10包括：n型半导体层12，其具有AlGaN组分；有源层13，其形成在n型半导体层12上并且包含AlGaN半导体；p型半导体层15，其形成在有源层13上并且具有AlN、AlGaN或AlInGaN的组分；以及p电极17，其形成在p型半导体层15上。
p型半导体层15包括接触层15B，该接触层形成在p电极17上并且包含带隙朝向与p电极17的界面减小的AlGaN层或AlInGaN层。接触层15B包括与p电极17接触并且通过隧穿结连接到p电极17的隧穿接触层15BT。发光元件20和30包括与接触层15B类似的接触层21A和31A。因此，能够提供在紫外区域中具有高输出功率的发光元件10、20和30。
附图标记列表
10、20、30 半导体发光元件
12 n型半导体层
13 有源层
15、21、31 p型半导体层
15B、21A，31A 接触层

Claims (8)

1.一种半导体发光元件，该半导体发光元件包括：
n型半导体层，该n型半导体层具有AlGaN或AlInGaN的组分；
有源层，该有源层形成在所述n型半导体层上，所述有源层包含AlGaN半导体或AlInGaN半导体；
p型半导体层，该p型半导体层形成在所述有源层上，所述p型半导体层具有AlN、AlGaN或AlInGaN的组分；以及
p电极，该p电极形成在所述p型半导体层上，其中，
所述p型半导体层包括形成在所述p电极上的接触层，所述接触层包括带隙朝向与所述p电极的界面减小的AlGaN层或AlInGaN层，并且
所述接触层包括与所述p电极接触的隧穿接触层，并且所述隧穿接触层通过隧穿结连接到所述p电极。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
所述p电极对从所述有源层发射的光具有反射性。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其中，
所述有源层具有包括阱层和势垒层的量子阱结构，并且所述势垒层与所述阱层相比具有大带隙，并且
所述p型半导体层与所述阱层相比具有大带隙。
4.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其中，
所述n型半导体层、所述有源层和所述p型半导体层是在单晶AlN衬底上外延生长的半导体层。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的半导体发光元件，其中，
所述p型半导体层包括相对于所述接触层形成在有源层侧中的p型覆盖层，并且
所述接触层在与所述p电极的界面附近与所述p型覆盖层相比具有高掺杂剂浓度。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的半导体发光元件，其中，
所述接触层包括Al组分朝向与所述p电极的界面减小的所述AlGaN层。
7.根据权利要求6所述的半导体发光元件，其中，
所述接触层中的所述Al组分的减小率朝向与所述p电极的界面减小。
8.根据权利要求6所述的半导体发光元件，其中，
所述接触层中的所述Al组分的减小率朝向与所述p电极的界面增加。
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