CN114664985A - 氮化物半导体发光元件 - Google Patents

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山下智也
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Abstract

本发明提供一种氮化物半导体发光元件，发光效率较高。该氮化物半导体发光元件包括：n侧氮化物半导体层、p侧氮化物半导体层、以及在n侧氮化物半导体层与p侧氮化物半导体层之间进行设置且包括由阱层与势垒层形成的多个层压部(5bw)的活性层(5)，多个阱层从n侧氮化物半导体层侧依次包括第一阱层(5w1)、第二阱层(5w2)、以及多个阱层之中最靠近p侧氮化物半导体层的第三阱层(5w3)，第二阱层(5w2)的膜厚比第一阱层(5w1)的膜厚厚，第三阱层(5w3)的膜厚比第二阱层(5w2)的膜厚厚，在多个势垒层之中位于第三阱层(5w3)与p侧氮化物半导体层之间的第一势垒层(5b1)中掺杂有p型杂质。

Description

氮化物半导体发光元件
技术领域
本公开的发明涉及氮化物半导体发光元件。
背景技术
以往，已知一种具有阱层与势垒层交替层压的多量子阱结构的活性层的氮化物发光元件。特别是在专利文献1～3中，已经公开多个阱层的膜厚相互不同的层结构。另外，在专利文献4(特别在段落[0078])中，针对由于p型氮化物半导体层生长时的热扩散、在多量子阱发光层的所有势垒层中可能掺杂有p型杂质的情况进行了说明。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2017-037873号公报
专利文献2：(日本)特开2014-165498号公报
专利文献3：(日本)特开2008-103711号公报
专利文献4：国际公开第2014/061692号
发明内容
发明所要解决的技术问题
上述氮化物发光元件的发光效率很难说是充分的，还需要进一步提高发光效率。因此，本公开的目的在于提供一种实现了进一步提高发光效率的氮化物半导体发光元件。
用于解决技术问题的技术方案
为了达成上述的目的，本公开的氮化物半导体发光元件，
包括：n侧氮化物半导体层、p侧氮化物半导体层、以及在n侧氮化物半导体层与p侧氮化物半导体层之间设置且包括由阱层与势垒层形成的多个层压部的活性层，
多个所述阱层从所述n侧氮化物半导体层侧依次包括：第一阱层、第二阱层、以及多个所述阱层之中最靠近所述p侧氮化物半导体层的第三阱层，
所述第二阱层的膜厚比所述第一阱层的膜厚厚，
所述第三阱层的膜厚比所述第二阱层的膜厚厚，
在多个所述势垒层之中位于所述第三阱层与所述p侧氮化物半导体层之间的第一势垒层中掺杂有p型杂质。
发明的效果
根据如上所述构成的本公开的氮化物半导体发光元件，能够实现发光效率的提高。
附图说明
图1是表示本公开的氮化物半导体发光元件的结构的剖视图。
图2是表示本公开的第一实施方式的氮化物半导体发光元件的活性层的结构的示意图。
图3是表示本公开的第二实施方式的氮化物半导体发光元件的活性层的结构的示意图。
具体实施方式
通常，认为包括阱层与势垒层交替层压的多量子阱结构的活性层的半导体发光元件通过使多个阱层整体有效发光，能够提高发光效率。然而，因为从n侧氮化物半导体层供给电子，从p侧氮化物半导体层供给空穴，所以，向所有多个阱层无偏置地供给电子或空穴并不一定是容易的。特别是在包括氮化物半导体层的氮化物半导体发光元件中，难以从p侧氮化物半导体层向活性层所包括的所有阱层有效地供给空穴，空穴趋于偏向供给位于p侧氮化物半导体层侧的阱层。由此，特别是在氮化物半导体发光元件中，存在难以向位于n侧氮化物半导体层侧的阱层供给空穴、难以提高位于n侧氮化物半导体层侧的阱层的发光效率这样的问题。
本公开的发明是基于上述发现、经过专心研究而得到的结果，本发明旨在试图提高作为活性层整体的发光效率，而非试图使活性层所包括的所有阱层都发光。
具体而言，多个阱层之中位于n侧氮化物半导体层侧的第一阱层难以供给空穴，对发光几乎没有帮助，所以，优选抑制在第一阱层发光，而使更多的电子向p侧氮化物半导体层侧的阱层供给。由此，通过使第一阱层的膜厚比位于p侧氮化物半导体层侧的阱层的膜厚薄，电子更容易向位于比第一阱层更靠近p侧氮化物半导体层侧的阱层供给。这样，第一阱层有助于使比第一阱层更靠近p侧氮化物半导体层侧的阱层有效地发光，作为结果，可以提供正向电压低的氮化物半导体发光元件。
另外，最靠近p侧氮化物半导体层侧的第三阱层是容易从p侧氮化物半导体层供给空穴、使经由第一阱层供给的电子与从p侧氮化物半导体层供给的空穴复合、多个阱层之中主要有助于发光的阱层。因此，使第三阱层的膜厚形成得比包括第一阱层在内的其它阱层的膜厚厚，以在第三阱层中更有效地进行发光复合。
第二阱层以比第一阱层厚、且比第三阱层薄的膜厚构成，是有助于发光且用于减少结晶性恶化的层。当不设置第二阱层、而使膜厚从比第二阱层薄的第一阱层的膜厚向比第二阱层厚的第三阱层变化来使阱层生长时，阱层的结晶性趋于恶化。基于本发明的发明者的发现，通过在第一阱层与第三阱层之间设置膜厚比第一阱层厚、且比第三阱层薄的第二阱层，能够减少第三阱层的结晶性恶化。
另外，多个势垒层之中位于第三阱层与p侧氮化物半导体层之间的第一势垒层为了向第三阱层或第二阱层有效地注入空穴而掺杂有p型杂质。
如上所述构成的氮化物半导体发光元件如上所述，通过使活性层所包括的第一阱层、第二阱层、以及第三阱层的膜厚不同，并且在多个势垒层之中位于第三阱层与p侧氮化物半导体层之间的第一势垒层中掺杂p型杂质，能够提高发光效率。
下面，针对更具体的方式详细地进行说明。需要说明的是，在后面叙述的本实施方式的氮化物半导体发光元件中，作为氮化物半导体，可以例举III-V族氮化物半导体(InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1))。需要说明的是，III族元素的一部分可以使用B，也可以是由P、As、Sb置换V族元素的N的一部分而形成的混晶。上述氮化物半导体层例如可以通过金属有机化学气相生长法(MOCVD)、氢化物气相生长法(HVPE)、分子束外延生长法(MBE)等形成。
另外，作为本实施方式的氮化物半导体发光元件，对在活性层中具有相对较多地含有In的阱层、且发光峰值波长为500nm以上的氮化物半导体发光元件进行例示并说明。例如是由InaGa1-aN构成、包括In成分比a为20～28的阱层、且发出绿色光的氮化物半导体发光元件。需要说明的是，发光峰值波长不限于上述波长。另外，在本说明书中，当使用数字描述A～B时，包括数字为A的情况、以及数字为B的情况。另外，在本说明书中，所谓的未掺杂的半导体层，是不使用特意掺杂用于控制导电性的杂质的原料气体(例如含有Si或Mg的气体)形成的层，也包括含有在工艺上不可避免地混入的杂质的情况。未掺杂的半导体层的n型杂质浓度例如为1×1017/cm3以下。
[第一实施方式]
下面，参照图1及图2，针对本公开的第一实施方式的氮化物半导体发光元件进行说明。本实施方式的氮化物半导体发光元件100包括：基板1、在基板1上设置的n侧氮化物半导体层10、p侧氮化物半导体层20、以及位于n侧氮化物半导体层10与p侧氮化物半导体层20之间的活性层5。首先，针对本公开的氮化物半导体发光元件的活性层5进行说明，之后，按照基板1、n侧氮化物半导体层10及p侧氮化物半导体层20的顺序进行详细的说明。
(活性层5)
活性层5包括具有阱层与势垒层的多个层压部5bw。在图2的方式中，例示了从n侧氮化物半导体层10侧依次具有三个层压有势垒层、以及阱层的层压部5bw的层压结构。
阱层作为一个例子，可以使用含有In的氮化物半导体，通过适当设定In成分比，能够发出蓝色光和绿色光。例如，在使用InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)的情况下，通过使In成分比x为期望的值，能够使氮化物半导体发光元件的发光峰值波长在430nm～570nm的范围内，优选在500nm～570nm的范围内。
如图2所示，活性层5的阱层从n侧氮化物半导体层10侧依次包括第一阱层5w1、第二阱层5w2、以及多个阱层之中最靠近p侧氮化物半导体层20的第三阱层5w3。需要说明的是，为了减少在第一阱层5w1、第二阱层5w2及第三阱层5w3中使用的InGaN的分解，也可以在各阱层之上层压第一中间层5c。第一中间层5c例如可以使用未掺杂的GaN层。
第一阱层5w1的膜厚如上所述，形成得比位于比第一阱层5w1更靠近p侧氮化物半导体层20侧的阱层薄。通过形成为上述结构，能够向p侧氮化物半导体层20侧的阱层供给更多的电子，可以提供正向电压低的氮化物半导体发光元件。第一阱层5w1的膜厚例如可以在0.5nm～4.0nm的范围内，优选在1.0nm～2.5nm的范围内，更优选在1.2nm～1.9nm的范围内。考虑与其它的阱层、具体而言第二阱层5w2及第三阱层5w3的关系，设定第一阱层5w1的膜厚。
第二阱层5w2以比第一阱层5w1厚、且比第三阱层5w3薄的膜厚构成，是有助于发光且用于减少结晶性恶化的层。第二阱层5w2的膜厚例如可以在1.5nm～5.0nm的范围内，优选在2.0nm～3.5nm的范围内，更优选在2.5nm～3.2nm的范围内。考虑与其它的阱层、具体而言第一阱层5w1及第三阱层5w3的关系，设定第二阱层5w2的膜厚。
第三阱层5w3容易从p侧氮化物半导体层20供给空穴，是多个阱层之中主要有助于发光的阱层。因此，使第三阱层5w3的膜厚形成得比包括第一阱层5w1的其它阱层厚，以在第三阱层5w3中有效地进行发光复合。第三阱层5w3的膜厚例如可以在2.0nm～5.5nm的范围内，优选在2.5nm～4.0nm的范围内，更优选在2.8nm～3.5nm的范围内。考虑与其它的阱层、具体而言第一阱层5w1及第二阱层5w2的关系，设定第三阱层5w3的膜厚。
作为各阱层的膜厚的一个例子，可以使第一阱层5w1的膜厚为1.5nm，使第二阱层5w2的膜厚为2.8nm，使第三阱层5w3的膜厚为3.2nm。通过形成为上述层结构，能够降低对发光几乎没有帮助的第一阱层5w1的电子限制效应，使电子及空穴容易向第二阱层5w2及第三阱层5w3供给。因此，能够提高氮化物半导体发光元件的发光效率。此外，通过在第一阱层5w1与第三阱层5w3之间设置第二阱层5w2，能够减小第一阱层5w1的膜厚与第三阱层5w3的膜厚之差，抑制第三阱层5w3的结晶性恶化。
活性层5的势垒层由将载流子限制在阱层的材料形成。例如，势垒层可以由带隙能比阱层大的GaN、InGaN或AlGaN等形成。
势垒层包括：最靠近p侧氮化物半导体层20侧的第一势垒层5b1、最靠近n侧氮化物半导体层10的第二势垒层5b2、以及位于第一势垒层5b1与第二势垒层5b2之间的第三势垒层5b3。
第一势垒层5b1位于p侧氮化物半导体层20与第三阱层5w3之间。第一势垒层5b1为了向第三阱层5w3或第二阱层5w2有效地注入空穴而掺杂有p型杂质。p型杂质可以为Mg等。第一势垒层5b1的膜厚例如可以设定在3nm～30nm的范围内，优选在8nm～18nm的范围内，更优选在12nm～14nm的范围内。通过使第一势垒层5b1的膜厚为3nm以上，能够减少载流子的注入效率恶化。通过使第一势垒层5b1的膜厚为30nm以下，能够提高第一势垒层5b1的结晶性。
第二势垒层5b2及第三势垒层5b3为了降低正向电压，也可以掺杂n型杂质。例如也可以在第一势垒层5b1中掺杂p型杂质，在第二势垒层5b2及第三势垒层5b3中掺杂n型杂质。在掺杂n型杂质的情况下，第三势垒层5b3的n型杂质浓度优选比第二势垒层5b2的n型杂质浓度低。需要说明的是，n型杂质可以为Si等。第二势垒层5b2的膜厚例如可以设定在2nm～15nm的范围内，优选在5nm～12nm的范围内，更优选在6nm～9nm的范围内。第三势垒层5b3的膜厚例如可以设定在5nm～30nm的范围内，优选在6nm～25nm的范围内，更优选在8nm～18nm的范围内。通过使第二势垒层5b2的膜厚为2nm以上，能够减少载流子不足的情况。通过使第二势垒层5b2的膜厚为15nm以下，能够减少因n型杂质增加而使结晶性恶化。通过使第三势垒层5b3的膜厚为5nm以上，能够提高第三势垒层5b3的结晶性。通过使第三势垒层5b3的膜厚为30nm以下，能够减少因增大第三势垒层5b3的膜厚而使活性层5内的载流子分布恶化。
第三势垒层5b3也可以包括n型杂质浓度不同的两个半导体层。例如也可以包括位于n侧氮化物半导体层10侧的第一n型杂质浓度的半导体层、以及位于p侧氮化物半导体层20侧的低于第一n型杂质浓度的第二n型杂质浓度的半导体层。
另外，对于第二势垒层5b2及第三势垒层5b3，为了向第二阱层5w2及第三阱层5w3有效地地供给载流子，可以使第二势垒层5b2的n型杂质浓度比第三势垒层5b3的n型杂质浓度高。由此，能够向第三势垒层5w3供给更多的电子。第二势垒层5b2的n型杂质浓度例如可以设定在1×1017/cm3～3×1019/cm3的范围内，优选在2×1017/cm3～1×1019/cm3的范围内，更优选在3×1017/cm3～8×1018/cm3的范围内。第三势垒层5b3的n型杂质浓度例如可以设定在1×1017/cm3～1×1019/cm3的范围内，优选在2×1017/cm3～5×1018/cm3的范围内，更优选在3×1017/cm3～2×1018/cm3的范围内。
如上所述构成的氮化物半导体发光元件通过使阱层具有分别不同的功能，并且在最靠近p侧氮化物半导体层20侧的第一势垒层5b1中掺杂p型杂质，能够提高发光效率。
接着，针对本公开的实施方式的活性层的结构，详细说明如下。
作为阱层的更优选的方式，第一阱层5w1、第二阱层5w2、以及第三阱层5w3可以含有In，使第一阱层5w1的In成分比、第二阱层5w2的In成分比、以及第三阱层5w3的In成分比相等。通过这样使In成分比相等，能够提高载流子向阱层的供给效率。例如，通过将In成分比在各阱层相对提高20％～28％，能够从阱层发出绿色光。在此，所谓的In成分比相等，包括一个阱层的In成分比与其它阱层的In成分比在±1％的范围内不同的情况。
另外，作为阱层的更优选的方式，也可以使从第二阱层5w2发出的光的发光峰值波长与从第三阱层5w3发出的光的发光峰值波长相等。通过使各阱层的发光峰值波长相等，能够发出更多的相同波长峰值波长的光。例如，氮化物半导体发光元件100的发光峰值波长可以为一个。在此，所谓的发光峰值波长相等，包括从一个阱层发出的光的发光峰值波长与从其它的阱层发出的光的发光峰值波长在±3％的范围内不同的情况。
作为势垒层的更优选的方式，可以在第一势垒层5b1与第三阱层5w3之间设置由未掺杂的半导体层形成的第二中间层5i。这样，通过在掺杂了p型杂质的第一势垒层5b1与第三阱层5w3之间存在第二中间层5i，能够减少因第一势垒层5b1所包含的p型杂质向第二阱层5w2及第三阱层5w3扩散而使可靠性恶化。通过减少可靠性恶化，例如能够减少氮化物半导体发光元件100的输出随时间而降低。
作为势垒层的更优选的方式，第三阱层5w3的膜厚可以为第一阱层5w1的膜厚的两倍以上。通过这样设定膜厚，第三阱层5w3的体积增加，所以，能够提高第三阱层5w3的电子与空穴的发光复合概率，使发光效率提高。
作为本实施方式的更优选的方式，第一势垒层5b1的p型杂质浓度可以比p型势垒层6的p型杂质浓度低。在本实施方式中，第一势垒层5b1的p型杂质浓度为1×1020/cm3，与此相对，p型势垒层6的p型杂质浓度设定为第一势垒层5b1的p型杂质浓度的两倍～三倍左右。通过这样设定p型杂质浓度，能够减少因增高p型杂质浓度而使结晶性恶化，并且从第一势垒层5b1向第二阱层5w2及第三阱层5w3供给空穴，能够使发光效率提高。
接着，针对本公开的氮化物半导体发光元件的活性层5以外的结构进行说明。
(基板1)
基板1(参照图1)例如可以使用以C面、R面、以及A面的任意一面为主面的蓝宝石或尖晶石(MgA12O4)这样的绝缘基板。其中，在氮化物半导体发光元件100使用氮化物半导体的情况下，优选使用以C面为主面的蓝宝石基板。另外，作为基板1，也可以使用SiC(含有6H、4H、3C)、ZnS、ZnO、GaAs、以及Si等。最后也可以不配置基板1。
(n侧氮化物半导体层10)
如图1所示，n侧氮化物半导体层10从基板1侧依次包括基底层2、n侧接触层3、以及n侧超晶格层4。n侧氮化物半导体层10包括含有n型杂质的至少一个n型半导体层。n型杂质例如可以使用Si或Ge等。
基底层2设置在基板1与n侧接触层3之间。通过设置基底层2，能够在基底层2的上表面形成结晶性高的n侧接触层3。基底层2例如也可以为AlGaN或GaN。需要说明的是，也可以在基底层2与基板1之间形成缓冲层。缓冲层是用于减少基板1与基底层2之间的晶格失配的层，例如可以使用未掺杂的AlGaN或GaN。
n侧接触层3设置在基底层2的上表面，至少一部分含有n型杂质。如图1所示，在n侧接触层3的上表面形成有n电极8。n侧接触层3为了从n电极8向活性层5供给电子，优选掺杂有浓度比较高的n型杂质。n侧接触层3的n型杂质浓度例如可以为6×1018/cm3～1×1019/cm3。n侧接触层3优选由GaN、AlGaN、AlN或InGaN构成。n侧接触层3也可以为层压结构，例如可以使未掺杂的GaN与掺杂了n型杂质的GaN交替层压。n侧接触层3的膜厚例如可以为5μm～20μm。
n侧超晶格层4设置在n侧接触层3的上表面。通过设置n侧超晶格层4，能够减少n侧接触层3与活性层5之间的晶格驰豫，使活性层5的结晶性良好。n侧超晶格层4具有晶格常数不同的半导体层交替层压的结构。n侧超晶格层4例如包括n对具有一个未掺杂的InGaN层与一个未掺杂的GaN层的单对。n侧超晶格层4的对数n例如可以设定在10个～40个的范围内，优选在15个～35个的范围内，此外优选在25个～35个的范围内。
(p侧氮化物半导体层20)
如图1所示，p侧氮化物半导体层20从活性层5侧依次包括p型势垒层6、以及p侧接触层7。p侧氮化物半导体层20包括含有p型杂质的至少一个p型半导体层。p型杂质例如可以使用Mg等。
p型势垒层6在p侧氮化物半导体层20之中最靠近活性层5。p型势垒层6是为了限制电子而设置的层，例如可以由含有Mg等p型杂质的GaN、AlGaN等构成。p型势垒层6的带隙能比活性层5的第一势垒层5b1的带隙能大。作为p型势垒层6的膜厚的一个例子，例如可以为10nm～50nm。p型势垒层6的p型杂质浓度例如可以为2×1020/cm3～6×1020/cm3。
p侧接触层7是在上表面形成有p电极9的层。p侧接触层7例如可以由含有Mg等p型杂质的GaN、AlGaN等构成。作为p侧接触层7的膜厚的一个例子，例如可以为10nm～150nm的厚度。
如上所述，根据本实施方式的氮化物半导体发光元件100，使活性层所包括的第一阱层5w1、第二阱层5w2、以及第三阱层5w3的膜厚不同。并且，通过在第一势垒层5b1中掺杂p型杂质，能够提高空穴向活性层5所包括的多个阱层之中最靠近p侧氮化物半导体层20的第三阱层5w3的供给效率，实现发光效率的提高。
[第二实施方式]
接着，参照图3，针对本公开的第二实施方式进行说明。需要说明的是，对于与第一实施方式相同的结构，省略说明。在所述第一实施方式中，说明了第一阱层5w1、第二阱层5w2及第三阱层5w3各自为一层的实施方式，在第二实施方式中，例示第一阱层5w1及第二阱层5w2为多层、第三阱层5w3为一层的方式进行说明。
如图3所示，第二实施方式的活性层5例如可以构成为两个第一阱层5w1、三个第二阱层5w2、一个第三阱层5w3的结构。如在第一实施方式的说明中所述，第一阱层5w1是难以供给空穴、对发光几乎没有帮助的层，第二阱层5w2及第三阱层5w3是有助于发光的层。需要说明的是，在第二实施方式中也如第一实施方式所述，使第一阱层5w1的膜厚比第二阱层5w2薄，使第二阱层5w2的膜厚比第一阱层5w1的膜厚厚，使第三阱层5w3的膜厚比第二阱层5w2的膜厚厚。作为膜厚的一个例子，可以使第一阱层5w1的膜厚为1.5nm，使第二阱层5w2的膜厚为2.8nm，使第三阱层5w3的膜厚为3.2nm。
在本实施方式中，活性层5包括多个第一阱层5w1、以及多个第二阱层5w2。通过设有多个第一阱层5w1，能够形成结晶性更高的第二阱层5w2。另外，通过设有多个有助于发光的层即第二阱层5w2，能够进一步提高发光效率。
此外，作为阱层的适合的方式，第二阱层5w2的数量可以比第一阱层5w1的数量多。作为一个例子，在图3中，表示了第二阱层5w2的数量为三个、第一阱层5w1的数量为两个的方式。需要说明的是，第二阱层5w2及第一阱层5w1的数量不限于此该数，例如也可以使第二阱层5w2的数量为七个，使第一阱层5w1的数量为五个。通过使第二阱层5w2的数比第一阱层5w1的数量多，能够抑制空穴向第一阱层5w1供给，能够向第二阱层5w2及第三阱层5w3供给更多的空穴，所以能够提高发光效率。
此外，作为阱层的适合的方式，第三阱层5w3的数量可以为一个。第三阱层5w3的膜厚比其它的阱层厚，另外，因为靠近p型势垒层6，所以供给更多的空穴。因此，能够提高氮化物半导体发光元件100的发光效率。另外，与设有多个第三阱层5w3的情况相比，能够减少结晶性恶化。
本公开的氮化物半导体发光元件的制造方法具有：n侧氮化物半导体层形成工序、活性层形成工序、p侧氮化物半导体层形成工序、以及电极形成工序。n侧氮化物半导体层形成工序具有：基底层形成工序、n侧接触层形成工序、以及n侧超晶格层形成工序。p侧氮化物半导体层形成工序具有：p型势垒层形成工序、以及p侧接触层形成工序。下面，按照本公开的氮化物半导体发光元件的制造方法的工序顺序进行说明。
(基底层形成工序)
首先，例如通过金属有机化学气相生长法(MOCVD)，在由蓝宝石形成的基板1的C面上形成基底层2。也可以在形成基底层2之前，在基板1之上形成缓冲层，经由缓冲层形成基底层2。在此，缓冲层例如通过使生长温度为600℃以下、原料气体使用TMA(三甲基铝)、TMG(三甲基镓)、氨等、在基板1上使AlGaN生长而形成。另外，基底层2例如通过原料气体使用TMG、氨、在缓冲层之上使GaN层生长而形成。
(n侧接触层形成工序)
在n侧接触层形成工序中，通过使掺杂有n型杂质的GaN层层压来形成n侧接触层3。在掺杂有n型杂质的GaN层生长的情况下，使用TMG、氨作为原料气体，使用甲硅烷作为n型杂质气体。n侧接触层3的生长温度例如可以为1150℃。
(n侧超晶格层形成工序)
在n侧超晶格层形成工序中，通过使未掺杂的GaN层与未掺杂的InGaN层交替层压，来形成n侧超晶格层4。n侧超晶格层4的生长温度优选比n侧接触层3的生长温度低，例如可以使生长温度为910℃左右。在使未掺杂的GaN层生长的情况下，使用TEG(三乙基镓)、氨等作为原料气体。另外，在使未掺杂的InGaN层生长的情况下，使用TEG、TMI(三甲基铟)、氨等作为原料气体。需要说明的是，在使未掺杂的GaN层生长时，也可以使用含有H2的气体作为载流子气体。通过使用上述气体作为载流子气体，能够减少GaN层表面的V字状坑。在此，V字状坑是因在半导体层形成的错位而在半导体层的表面产生的凹状坑。
(活性层形成工序)
活性层形成工序包括势垒层形成工序、以及阱层形成工序。在势垒层形成工序中，原料气体使用TEG、氨，例如通过使生长温度为950℃来使GaN生长，形成势垒层。另外，在阱层形成工序中，使用TEG、TMI、氨等作为原料气体，例如通过使生长温度为800℃来使InGaN生长，形成阱层。通过将势垒层形成工序与阱层形成工序交替进行多次，形成包括多个势垒层与多个阱层的活性层。需要说明的是，为了减少阱层所使用的InGaN的分解，也可以在阱层的上表面使第一中间层5c层压后，在第一中间层5c的上表面形成势垒层。第一中间层5c可以使用TEG、氨作为原料气体，使未掺杂的GaN层生长。
在本实施方式中，如图2或图3所示，使由第二势垒层5b2及第一阱层5w1形成的层压部5bw、由第三势垒层5b3及第一阱层5w1形成的层压部5bw、由第三势垒层5b3及第二阱层5w2形成的层压部5bw、由第三势垒层5b3及第二阱层5w2形成的层压部5bw、由第三势垒层5b3及第二阱层5w2形成的层压部5bw、以及由第三势垒层5b3及第三阱层5w3形成的层压部5bw生长。即，使第一阱层5w1生长两个，使第二阱层5w2生长三个，使第三阱层5w3生长一个。并且，按照第一阱层5w1的膜厚、第二阱层5w2的膜厚、以及第三阱层5w3的膜厚的顺序增厚而形成。
作为更优选的方式，在使第三势垒层5b3生长时，可以使用甲硅烷作为n型杂质气体，使掺杂有n型杂质的GaN层生长。
此外，在第三阱层5w3的上表面，为了减少p型杂质向阱层侧扩散而使可靠性恶化的情况，作为第二中间层5i，可以使未掺杂的GaN层生长。并且，在第二中间层5i的上表面，为了提高空穴向第二阱层5w2及第三阱层5w3的供给效率，作为第一势垒层5b1，可以使掺杂有p型杂质的GaN层生长。作为p型杂质气体，可以使用Cp2Mg(双环戊二烯基镁)。Mg的杂质浓度优选为p型势垒层6的p型杂质浓度的1/2～1/3左右。需要说明的是，Mg的杂质浓度的控制可以通过控制杂质气体的流量等来进行。
(p型势垒层形成工序)
在p型势垒层形成工序中，例如使用TEG、TMA、氨作为原料气体，使用Cp2Mg(双环戊二烯基镁)作为p型杂质气体，由含有p型杂质的AlGaN层形成p型势垒层6。
(p侧接触层形成工序)
在p侧接触层形成工序中，例如使用TMG、TMA、氨作为原料气体，使由未掺杂的GaN形成的层生长。之后，使用TMG、TMA、氨作为原料气体，使用Cp2Mg(双环戊二烯基镁)作为p型杂质气体，使含有p型杂质的GaN层生长，由此而在由该未掺杂的GaN形成的层上形成p侧接触层7。p侧接触层7的杂质浓度优选比p型势垒层6高。
在通过上述工序使各半导体层生长后，在氮气环境中，在反应容器内、例如700℃左右的温度下对晶片进行退火。
(电极形成工序)
退火后，除去p侧氮化物半导体层20的一部分、活性层5、n侧氮化物半导体层10的一部分，使n侧接触层3的表面的一部分露出。
之后，在p侧接触层7的表面的一部分形成p电极9，在露出的n侧接触层3的表面的一部分形成n电极8。经过上述的工序，能够制作氮化物半导体发光元件100。
如上所述，根据本实施方式的氮化物半导体发光元件的制造方法，通过使活性层所包括的第一阱层5w1、第二阱层5w2、以及第三阱层5w3的膜厚不同，并且在第一势垒层5b1中掺杂p型杂质，能够制造可实现发光效率的提高的氮化物半导体发光元件。
[实施例]
针对表示本公开的适合的一个实施例的氮化物半导体发光元件进行说明。作为基板1，使用蓝宝石基板。
在基板1的上表面形成由未掺杂的AlGaN层形成的缓冲层。在该缓冲层上形成含有GaN的基底层2。
接着，在基底层2的上表面形成n侧接触层3。n侧接触层3是掺杂有Si作为n型杂质的GaN层。n侧接触层3的膜厚约为8μm。
接着，在n侧接触层3的上表面形成n侧超晶格层4。n侧超晶格层4包括如下多个半导体层地形成。首先，形成膜厚约为80nm、且掺杂有Si的GaN层。接着，形成27对膜厚约为3nm的未掺杂的GaN层与膜厚约为1.5nm的未掺杂的InGaN层的对。然后，形成三对膜厚约为3nm的未掺杂的GaN层与膜厚约为1.5nm且掺杂有Si的InGaN层的对。最后，形成六对膜厚约为10nm且掺杂有Si的AlGaN层与膜厚约为1nm且掺杂有Si的InGaN层的对。
接着，在n侧超晶格层4的上表面形成活性层5。活性层5包括如下多个阱层与多个势垒层地形成。
首先，作为第二势垒层5b2，形成膜厚约为6nm且掺杂有Si的InGaN层、膜厚约为2.3nm的未掺杂的GaN层、以及膜厚约为0.6nm的未掺杂的GaN层。并且，作为第一阱层5w1，形成膜厚约为1.6nm的未掺杂的InGaN层，作为第一中间层5c，形成膜厚约为1.6nm的未掺杂的GaN层。
接着，作为第三势垒层5b3，形成膜厚约为16.3nm、且掺杂有Si的GaN层，作为第一阱层5w1，形成膜厚约为1.6nm的未掺杂的InGaN层，作为第一中间层5c，形成膜厚约为1.6nm的未掺杂的GaN层。将上述形成第三势垒层5b3、第一阱层5w1、以及第一中间层5c的工序重复进行四次。
接着，作为第三势垒层5b3，形成膜厚约为16.3nm、且掺杂有Si的GaN层，作为第二阱层5w2，形成膜厚约为3.0nm的未掺杂的InGaN层，作为第一中间层5c，形成膜厚约为1.6nm的未掺杂的GaN层。将上述形成第三势垒层5b3、第二阱层5w2、以及第一中间层5c的工序重复进行三次。
接着，作为第三势垒层5b3，形成膜厚约为10nm、且掺杂有Si的GaN层，作为第二阱层5w2，形成膜厚约为3.0nm的未掺杂的InGaN层，作为第一中间层5c，形成膜厚约为1.6nm的未掺杂的GaN层。重复进行四次。
接着，作为第三势垒层5b3，形成膜厚约为10nm、且掺杂有Si的GaN层，作为第三阱层5w3，形成膜厚约为3.4nm的未掺杂的InGaN层，作为第一中间层5c，形成膜厚约为1.6nm的未掺杂的GaN层，作为第二中间层5i，形成膜厚约为5.3nm的未掺杂的GaN层。
接着，作为第一势垒层5b1，形成膜厚约为13.1nm、且掺杂有Mg的GaN层。此时，使第一势垒层5b1的p型杂质浓度约为1.3×1019/cm3地形成。
通过形成上述的半导体层，形成包括多个阱层与多个势垒层的活性层5。本实施例的活性层5具有：五个第一阱层5w1、七个第二阱层5w2、以及一个第三阱层5w3。另外，作为第一阱层5w1、第二阱层5w2、以及第三阱层5w3而形成的InGaN层的In成分比分别为25％。
在活性层5的上表面形成膜厚约为11nm的p型势垒层6。p型势垒层6是含有Mg作为p型杂质的AlGaN层。在该p型势垒层6中，Al的比率约为12.5％。使p型势垒层6的p型杂质浓度约为4×1020/cm3地形成。
在p型势垒层6的上表面形成p侧接触层7。p侧接触层7通过形成膜厚约为80nm的未掺杂的GaN层、之后形成膜厚约为20nm且掺杂了Mg的GaN层来形成。
如上所述在使各半导体层生长后，在氮气环境中，在反炉内、约700℃下对晶片进行热处理。
热处理后，除去p侧氮化物半导体层20的一部分、活性层5、n侧氮化物半导体层10的一部分，使n侧接触层3的表面的一部分露出。
之后，在p侧接触层7的表面的一部分形成p电极9，在露出的n侧接触层3的表面的一部分形成n电极8。
在如上所述的本实施例中，在流动有100mA的电流时氮化物半导体发光元件的发光效率为43.9％。
需要说明的是，本次所公开的实施方式在所有方面都是例示而不应该认为是限制。因此，本发明的范围不是只由上述的实施方式来说明，而是基于技术方案的描述来界定，本发明的技术范围包含与技术方案等同的含义和范围内所有的变更。
附图标记说明
1基板；2基底层；3n侧接触层；4n侧超晶格层；5活性层；5c第一中间层；5i第二中间层；5b1第一势垒层；5b2第二势垒层；5b3第三势垒层；5bw层压部；5w1第一阱层；5w2第二阱层；5w3第三阱层；6p型势垒层；7p侧接触层；8n电极；9p电极；10n侧氮化物半导体层；20p侧氮化物半导体层；100氮化物半导体发光元件。

Claims (10)

1.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，
包括：n侧氮化物半导体层、p侧氮化物半导体层、以及在n侧氮化物半导体层与p侧氮化物半导体层之间设置且包括由阱层与势垒层形成的多个层压部的活性层，
多个所述阱层从所述n侧氮化物半导体层侧依次包括第一阱层、第二阱层、以及多个所述阱层之中最靠近所述p侧氮化物半导体层的第三阱层，
所述第二阱层的膜厚比所述第一阱层的膜厚厚，
所述第三阱层的膜厚比所述第二阱层的膜厚厚，
在多个所述势垒层之中位于所述第三阱层与所述p侧氮化物半导体层之间的第一势垒层中掺杂有p型杂质。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
多个所述势垒层还包括：最靠近所述n侧氮化物半导体层的第二势垒层、以及位于所述第一势垒层与所述第二势垒层之间的第三势垒层，
在所述第三势垒层中掺杂有n型杂质。
3.如权利要求1或2所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
在所述第一势垒层与所述第三阱层之间设有由未掺杂的半导体层形成的中间层。
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，其特征在于，
所述活性层包括多个所述第一阱层、以及多个所述第二阱层。
5.如权利要求4所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述第二阱层的数量比所述第一阱层的数量多。
6.如权利要求4或5所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述第三阱层的数量为一个。
7.如权利要求1～6中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述第三阱层的膜厚是所述第一阱层的膜厚的两倍以上。
8.如权利要求1～7中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述p侧氮化物半导体层具有最靠近所述活性层、且含有p型杂质的p型势垒层，
所述第一势垒层的p型杂质浓度比所述p型势垒层的p型杂质浓度低。
9.如权利要求1～8中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述第一阱层、所述第二阱层、以及所述第三阱层含有In，
所述第一阱层的In成分比、所述第二阱层的In成分比、以及所述第三阱层的In成分比相等。
10.如权利要求1～9中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
从所述第二阱层发出的光的发光峰值波长与从所述第三阱层发出的光的发光峰值波长相等。
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