TW201724560A - 氮化物半導體發光元件 - Google Patents

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Abstract

本發明之氮化物半導體發光元件具備n側層、p側層、及活性層，該活性層係設置於上述n側層與上述p側層之間，且具有井層及障壁層，該井層包含Al、Ga、N，該障壁層包含Al、Ga、N，且Al之含有量大於上述井層；且 於活性層與p側層之間具有電子阻擋構造層； 電子阻擋構造層具有： 第1電子阻擋層，其能隙大於障壁層； 第2電子阻擋層，其設置於p側層與第1電子阻擋層之間，具有大於障壁層且小於第1電子阻擋層之能隙；及 中間層，其設置於第1電子阻擋層與第2電子阻擋層之間，且能隙小於第2電子阻擋層。

Description

氮化物半導體發光元件
本發明係關於氮化物半導體發光元件，尤其關於發出深紫外光之氮化物半導體發光元件。
以GaN為首之氮化物半導體係直接轉變型之半導體，進而，藉由於包含Al或In之三元混晶或四元混晶中適當設定組成而使能隙變化，可發出紅外至深紫外之光。尤其，將包含Al之能隙較大之氮化物半導體用於活性層之氮化物半導體發光元件係可構成為藉由適當設定鋁組成而發出波長220～350 nm之深紫外光，因而期待作為深紫外光源(例如，LED(Light Emitting Diode：發光二極體)及LD(Laser Diode：雷射二極體))而實用化。 例如於專利文獻1中，揭示有藉由於包含含有Al之能隙較大之氮化物半導體之活性層上，形成電子阻擋層，而改善發光效率之氮化物半導體發光元件。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]WO2011/104969
[發明所欲解決之問題] 然而，將先前之包含Al之能隙較大之氮化物半導體用於活性層之氮化物半導體發光元件，與藍色LED等相比有壽命較短之傾向。 因此，本發明之實施形態之目的在於提供一種將包含Al之能隙較大之氮化物半導體用於活性層而構成之壽命較長之氮化物半導體發光元件。 [解決問題之技術手段] 本發明之一實施形態之氮化物半導體發光元件之特徵在於具備： n側層； p側層；及 活性層，其設置於上述n側層與上述p側層之間，且具有井層及障壁層，該井層包含Al、Ga、N，該障壁層包含Al、Ga、N，且Al之含有量大於上述井層；且 於上述活性層與上述p側層之間具有電子阻擋構造層； 上述電子阻擋構造層具有： 第1電子阻擋層，其能隙大於上述障壁層； 第2電子阻擋層，其設置於上述p側層與上述第1電子阻擋層之間，具有大於上述障壁層且小於上述第1電子阻擋層之能隙；及 中間層，其設置於上述第1電子阻擋層與上述第2電子阻擋層之間，且能隙小於上述第2電子阻擋層。 [發明之效果] 根據上述構成之本發明之一實施形態之氮化物半導體發光元件，因於上述第1電子阻擋層與上述第2電子阻擋層之間具有上述中間層，故可提供將包含Al之能隙較大之氮化物半導體用於活性層而構成之壽命較長之氮化物半導體發光元件。
以下，參照圖式說明本發明之實施形態之氮化物半導體發光元件。另，本發明並非限定於以下實施形態者。 實施形態 本實施形態之氮化物半導體發光元件係如圖1所示，於基板10上包含n側層13、p側層15、及設置於n側層13與p側層15之間之活性層14，且以例如發出220～350 nm之深紫外光之方式構成。於本實施形態之氮化物半導體發光元件中，活性層14具有量子井構造，其包含含有Al、Ga、N之井層142、及含有Al、Ga、N之障壁層141、143。於活性層14中，井層142係以成為與期望之深紫外光之波長對應之能隙之方式例如設定鋁組成，障壁層141、143係以能隙大於井層142之方式，例如設定鋁組成x。 例如，於發出峰值波長為280 nm之深紫外光之氮化物半導體發光元件中，例如，由包含鋁組成x為0.45即Al0.45 Ga0.55 N之氮化物半導體構成井層142，由包含鋁組成y為0.56即Al0.56 Ga0.44 N之氮化物半導體構成障壁層141、143。 另，於本說明書中，有時亦將包含Al、Ga、N之3元混晶之氮化物半導體單純表述為AlGaN。 又，本實施形態之氮化物半導體發光元件具有電子阻擋構造層20，其設置於p側層15與活性層14之間，阻止由n側層13注入至活性層14之電子未在井層142再結合便流出至p側層。 此處，尤其於本實施形態之氮化物半導體發光元件中，電子阻擋構造層20係 (i)於活性層14側包含具有較障壁層141、143更大之能隙之第1電子阻擋層21； (ii)於p側層15側包含具有較障壁層141、143更大且較第1電子阻擋層21層更小之能隙的第2電子阻擋層23； (iii)於第1電子阻擋層21與第2電子阻擋層23之間，包含具有較第1電子阻擋層21及第2電子阻擋層23更小之能隙之中間層(負擔減輕層)22。 如上構成之電子阻擋構造層20由於具有第1電子阻擋層21與第2電子阻擋層23，可提高電子阻擋效果，即抑制電子之溢流而提高對活性層14之電子注入效率，使發光效率提升。另一方面，認為該電子阻擋效果所產生之強電場會引起第2電子阻擋層23劣化。然而，於本實施形態中，由於電子阻擋構造層20具有中間層22，可抑制第2電子阻擋層23之劣化。更具體而言，認為越過第2電子阻擋層23之電洞於第1電子阻擋層21被阻擋，而滯留於靠近電子豐富之活性層14側之中間層22，因而使得施加於第2電子阻擋層23之電場有所緩和。因此，本實施形態之具備電子阻擋構造層20之氮化物半導體發光元件可提高發光效率且延長壽命。 電子阻擋構造層20只要能獲得電子阻擋效果，則於第1電子阻擋層21與活性層14之間亦可包含其他層，又於第2電子阻擋層23與p側層15之間亦可包含其他層。然而，於本實施形態之氮化物半導體發光元件中，較佳為第1電子阻擋層21與活性層14相接，藉此獲得第1電子阻擋層21所致之較高之電子阻擋效果。另，只要第1電子阻擋層21與活性層14相接，則第1電子阻擋層21亦可與井層相接，又可與障壁層相接。再者，較佳為第2電子阻擋層23與p側層15相接，藉此可抑制電洞對活性層14之注入效率降低，而可抑制光輸出降低。再者，於中間層22與第1電子阻擋層21之間及中間層22與第2電子阻擋層23之間，只要能抑制第2電子阻擋層23之劣化，則亦可包含其他層。然而，於本實施形態中，中間層22較佳與第1電子阻擋層21或第2電子阻擋層23相接，更佳為中間層22與第1電子阻擋層21及第2電子阻擋層23兩者相接。若中間層22與第1電子阻擋層21及第2電子阻擋層23之任一者、較佳為兩者相接，則可增大施加於第2電子阻擋層23之電場之緩和效果，而可有效地抑制第2電子阻擋層23之劣化。 實施形態之電子阻擋構造層20由於包含第1電子阻擋層21、中間層22及第2電子阻擋層23而構成，故即便將第1電子阻擋層21設為較第2電子阻擋層23更薄，亦可獲得良好之電子阻擋效果。若使第1電子阻擋層21較第2電子阻擋層23更薄，便能夠利用穿隧效果使電子通過第1電子阻擋層21而到達活性層。藉此，因可防止中間層發光且將電洞滯留於中間層，故可緩和電場集中於第2電子阻擋層23，且可抑制第2電子阻擋層23之劣化。又，藉由將能隙較大之第1電子阻擋層21設為較薄，可抑制順向電壓增大並提高電子阻擋效果。 若第1電子阻擋層21過厚，則因井層之能隙中產生之應變變大，故電場容易集中，換言之，因能隙變小，故發光再結合幾乎都在該能隙小之部分發生，導致電場集中，因而使得發光元件之壽命變短。根據該點亦可知第1電子阻擋層21較薄較好。惟若第1電子阻擋層21過薄，則電子阻擋效果下降，第2電子阻擋層23之劣化抑制效果變小。再者，藉由將中間層22之厚度設為較第2電子阻擋層23之厚度更薄，可防止第2電子阻擋層23之電場之集中，且更有效地防止藉由中間層22之發光。另，第1電子阻擋層21與中間層22合計之厚度更佳為薄於第2電子阻擋層23之厚度。 第1電子阻擋層21例如可藉由包含鋁組成z1較障壁層141、143之鋁組成y更大之Alz1 Ga1-Z1 N之氮化物半導體而構成。為了提高電子阻擋效果，第1電子阻擋層21之鋁組成z1越大越佳，更佳為藉由鋁組成z1為1之AlN構成。 第2電子阻擋層23可例如藉由包含鋁組成z2大於障壁層141、143之鋁組成y且小於第1電子阻擋層21之鋁組成z1之Alz2 Ga1-Z2 N的氮化物半導體而構成。若由包含Al0.45 Ga0.55 N之氮化物半導體構成井層142，由包含Al0.56 Ga0.44 N之氮化物半導體構成障壁層141、143，且由AlN構成第1電子阻擋層21之情形時，例如，第2電子阻擋層23係由包含鋁組成z2為0.78即Al0.78 Ga0.22 N之氮化物半導體而構成。 中間層22可例如由包含小於第2電子阻擋層23之鋁組成z2、較佳為小於障壁層141、143之鋁組成y之鋁組成r即Alr Ga1-r N之氮化物半導體而構成，且較佳藉由包含與井層142之鋁組成x相等或較大之鋁組成r之Alr Ga1-r N之氮化物半導體而構成。 於本實施形態之氮化物半導體發光元件中，電子阻擋構造層20例如只要滿足上述(i)～(iii)所示之條件，可採取以下各種形態。以下，參照圖2及圖3，說明電子阻擋構造層20之構成例。 於圖2及圖3分別顯示形態1～3之電子阻擋構造層20之帶構造。另，於圖2及圖3中，包含顯示有後述之n側之第2組成傾斜層132、活性層14、p側包覆層151、p側組成傾斜包覆層152、p側低濃度摻雜層153。 電子阻擋構造層20之形態1 圖2中顯示形態1之電子阻擋構造層20之帶構造。 於該形態1之電子阻擋構造層20中，將中間層22之能隙與井層142之能隙設定為相同。例如，於藉由包含Alx Ga1-x N之氮化物半導體構成井層142之情形，藉由包含鋁組成r與井層142之鋁組成x相等之Alr Ga1-r N之氮化物半導體而構成中間層22。 根據以上形態1之電子阻擋構造層20，可藉由中間層22減輕第2電子阻擋層23之負擔，而可抑制由第2電子阻擋層23之劣化引起之壽命降低。 電子阻擋構造層20之形態2 圖3中顯示形態2之電子阻擋構造層20之帶構造。 於該形態2之電子阻擋構造層20中，將中間層22之能隙設為大於井層142之能隙，且小於障壁層141、143之能隙。例如，若由包含Alx Ga1-x N之氮化物半導體構成井層142，且由包含Aly Ga1-y N之氮化物半導體構成障壁層141、143之情形時，藉由包含鋁組成r大於井層142之鋁組成x、且小於障壁層141、143之鋁組成y之Alr Ga1-r N之氮化物半導體而構成中間層22。 根據以上形態2之電子阻擋構造層20，可抑制對井層142之載子注入效率降低，且可與形態1同樣地減輕第2電子阻擋層23之負擔。 以上之形態1及2之電子阻擋構造層20之任一者皆將中間層22之能隙設為小於障壁層141、143之能隙。然而，本實施形態並非限定於此者，中間層22之能隙只要小於第1電子阻擋層21及第2電子阻擋層23即可，亦可與障壁層141、143之能隙相同或更大。 電子阻擋構造層20之p型雜質 電子阻擋構造層20係設置於活性層14與p側層15之間之層，因而視需要而包含p型雜質。然而，於本實施形態中，第1電子阻擋層21、中間層22及第2電子阻擋層23中之至少1層較佳為無摻雜層。若構成電子阻擋構造層20之至少1層為無摻雜層，則可減少擴散至井層142之p型雜質，故可抑制壽命降低。 再者，於本實施形態中，第1電子阻擋層21更佳為無摻雜層，若第1電子阻擋層21為無摻雜層，則可進而減少擴散至井層142之p型雜質，因而可更有效地抑制壽命降低。 此處，無摻雜層是指使該層成長時，不摻雜p型或n型雜質而形成之層(例如於以有機金屬氣相成長法使該層成長之情形時，停止雜質之原料氣體而成長之層)，意指實質上不含雜質濃度在1×10-16 以下之雜質之層。 如上構成之電子阻擋構造層20係如圖5所示，未設置中間層22，與藉由第1電子阻擋層21與第2電子阻擋層23之2層而構成之電子阻擋構造相比，可減輕電子阻擋構造層20之負擔，且抑制電子阻擋構造層20之劣化。 因此，與具有由第1電子阻擋層21與第2電子阻擋層23之2層而構成之電子阻擋構造之氮化物半導體發光元件相比，具備電子阻擋構造層20之本實施形態之氮化物半導體發光元件可延長壽命。 又，與圖4之參考例所示之以具有相同能隙之方式構成第1電子阻擋層21與第2電子阻擋層23之參考例之氮化物半導體發光元件相比，如上構成之電子阻擋構造層20可提高發光強度。 即，具備實施形態之電子阻擋構造層20之氮化物半導體發光元件可提高發光強度且延長壽命。 另，於本實施形態，於氮化物半導體發光元件中，中間層22具有與井層142相同或大於井層142之能隙。因此，若將發光波長設定在250 nm以上，則可於中間層22與第1電子阻擋層21及第2電子阻擋層23之間以能隙之差變大之方式設定，因此可藉由中間層22更顯著地顯現負擔減輕效果。又，若發光波長為310 nm以下，則因第1電子阻擋層21及第2電子阻擋層23之電子阻擋效果所產生之電場變得更強，故藉由中間層22更有效地發揮負擔減輕效果。因此，於本實施形態，於氮化物半導體發光元件中，於將發光波長設定為250 nm～310 nm之範圍之情形時，可更有效地抑制電子阻擋構造層20之劣化。 於本實施形態之氮化物半導體發光元件中，第1電子阻擋層21係與井層142相接而設置。若如此與井層142相接而設置第1電子阻擋層21，可有效地抑制電子之溢流。 然而，於本實施形態之氮化物半導體發光元件中，亦可設置障壁層作為活性層14之p層側之最外層，且以與最外層之障壁層相接之方式設置第1電子阻擋層21。若如此與最外層之障壁層相接而設置第1電子阻擋層21，可有效地抑制p型雜質朝井層142擴散。 再者，於本實施形態之氮化物半導體發光元件中，亦可於活性層14與第1電子阻擋層21之間視需要而設置其他層。 以下，對於本實施形態中電子阻擋構造20以外之層之構成進行詳細說明。 [基板10] 作為基板10，例如可使用藍寶石基板。藍寶石基板對於深紫外光為透明，適於作為發出深紫外光之氮化物半導體發光元件用之基板。再者，將c面、更佳為自c面沿a軸方向或m軸方向在0.2°以上2°以下之範圍內傾斜之面作為上表面之藍寶石基板適於氮化物半導體之成長。 [緩衝層11] 緩衝層11係例如包含成長於基板10之上表面之AlN(氮化鋁)，緩和成長於其上之氮化物半導體層與藍寶石之晶格失配。 氮化鋁之能隙極大，且對於深紫外光為透明，適於自藍寶石基板側提取深紫外光之情形。於緩衝層11之成長初期，可能會導入因與藍寶石基板之晶格失配及熱膨脹係數差而引起之多個缺陷。因此，緩衝層11較佳形成特定以上之厚度，例如形成為2 μm以上之厚度。另一方面，緩衝層11之厚度之上限並未特別限制，但為了不使生產性下降而設在例如4 μm以下。緩衝層11(氮化鋁)較佳為單結晶，因單結晶之氮化鋁可提高c軸配向性，故提升活性層14之結晶配向，而可使發光效率提升。 [超晶格層12] 超晶格層12係藉由將晶格常數較小之第1層與晶格常數大於第1層之第2層交替多週期積層，而使對形成於上層之層施加之應力緩和。藉此，防止第1組成傾斜層131中產生裂紋。超晶格層12係例如藉由交替積層之氮化鋁(AlN)層與氮化鋁鎵(AlGaN)層而構成。 連接於緩衝層11之超晶格層12之最下層亦可為氮化鋁(AlN)層，又可為氮化鋁鎵層(AlGaN)。與第1組成傾斜層131相接之超晶格層12之最上層亦可為氮化鋁(AlN)層，又可為氮化鋁鎵層(AlGaN)。又，於氮化鋁層及/或氮化鋁鎵層，亦可根據目的例如摻雜n型雜質等之添加元素。於自藍寶石基板10側提取深紫外光之情形時，氮化鋁鎵層之組成係以具有較自活性層發出之深紫外光之光子能量更大之能隙之方式調整。 [n側層13] n側層13包含第1組成傾斜層131與第2組成傾斜層132。 第1組成傾斜層131 第1組成傾斜層131係其組成自超晶格層側朝向第2組成傾斜層側(將該方向設為上方向)連續變化之層，例如，與超晶格層之上表面相接而形成。藉由該第1組成傾斜層131，可提高與第1組成傾斜層131相接而形成之第2組成傾斜層132之結晶性。 第1組成傾斜層131例如包含未摻雜之氮化鋁鎵，且氮化鋁鎵(AlmAl1 Ga1-mAl1 N)中之鋁比mAl1沿上方向依序或逐漸減少。另，鋁比mAl1係定義為氮化鋁鎵中之鋁相對於鎵及鋁之和的比率。另，於自藍寶石基板10側提取深紫外光之情形，為使第1組成傾斜層整體對於自活性層發出之深紫外光為透明，而調整mAl1之最小值。 第2組成傾斜層132 第2組成傾斜層132係組成由第1組成傾斜層131側向活性層14側連續變化之層，且與第1組成傾斜層131之上表面相接而形成。該第2組成傾斜層132例如包含摻雜n型雜質之氮化鋁鎵，且氮化鋁鎵(AlmAl 2 Ga1-mAl 2 N)中之鋁比mAl2於上方向依序或逐漸減少。根據此種第2組成傾斜層132，可將設置n電極之部分設為低鋁組成。即，藉由設為低鋁組成，可使n型雜質更活性化，而可降低n電極與第2組成傾斜層132之接觸電阻。此處，n型雜質例如為矽。 另，於自藍寶石基板10側提取深紫外光之情形時，為使第2組成傾斜層整體對於自活性層發出之深紫外光為透明，而調整mAl2之最小值。 第1及第2組成傾斜層之關係 第1組成傾斜層131及第2組成傾斜層132之組成及其組成變化之方法可各自獨立設定。然而，若第1組成傾斜層131上表面中之鋁比mAl1(以下設為mAl1u)為第2組成傾斜層132下表面中之鋁比mAl2(以下，設為mAl2b)以上，則因可對第2組成傾斜層132整體施加壓縮應力，而可抑制裂紋之產生，故較佳。若設為mAl1u＞mAl2，且mAl1u與mAl2b之差較小，則因可防止晶格失配而於界面產生缺陷，故更佳。若以比率表示更佳之範圍，則mAl1u/mAl2b為1.00以上1.02以下。又，藉由第1組成傾斜層131及第2組成傾斜層132構成n側層13，且與第1組成傾斜層131之上表面相接而形成n電極31。 [活性層14] 活性層14例如具有包含發出深紫外光之III族氮化物半導體之井層142及障壁層141、143，且形成於第2組成傾斜層132之上表面。井層142及障壁層141、143例如可由以一般式Ina Alb Ga1-a-b N(0≦a≦0.1、0.4≦b≦1.0、a+b≦1.0)表示之III族氮化物構成。於本實施形態中，作為發出峰值波長為280 nm之深紫外光之氮化物半導體發光元件之情形，例如可將井層142設為包含Alx Ga1-x N之3元氮化物半導體，且藉由包含鋁組成x為0.45即Al0.45 Ga0.55 N之氮化物半導體構成。該情形時，障壁層141、143可設為包含Aly Ga1-y N之3元氮化物半導體，藉由包含鋁組成y為0.56即Al0.56 Ga0.44 N之氮化物半導體構成。於圖1中，例示有包含2個井層142與2個障壁層141、143之活性層14，具體而言該活性層14係與第2組成傾斜層132相接且包含障壁層141，且朝向電子阻擋構造20依據包含井層142、障壁層143及井層142。又，於活性層14中，各層之膜厚例如設定為，障壁層141之膜厚：50 nm，障壁層143之膜厚：2.5 nm，井層142之膜厚：4.4 nm。另，於圖1中，以於最下層形成障壁層141且該障壁層141與第2組成傾斜層132相接之方式、且以於最上層形成井層142且該井層142與第1電子阻擋層21相接之方式設置有活性層14。根據如此構成之活性層14，可抑制電子之溢流，且促進電洞向活性層14擴散。 然而，於本實施形態中，於活性層14中，井層與障壁層可因應目的而採取各種配置，例如，亦可於最上層形成障壁層，又可於最下層形成井層。 又，於本實施形態中，活性層14並非限定於包含2層以上的井層之多重量子井構造者，亦可為單一量子井構造，又可非為量子井構造。 [p側層15] p側層15包含p側包覆層151、p側組成傾斜包覆層152、p側低濃度摻雜層153、及p側接點層154，且以隨著與電子阻擋構造層20遠離而能隙階段性或逐漸變小之方式構成。如此，若越接近電子阻擋構造層20則能隙越大，則p側低濃度摻雜層153之電洞容易越過p側組成傾斜包覆層152，可有效率地對活性層供給電洞。 p側包覆層151 p側包覆層151係以與第2電子阻擋層23相比能隙較小之方式構成，例如，包含鋁比小於第2電子阻擋層23之AlGaN層。例如，於藉由包含鋁組成z2為0.78即Al0.78 Ga0.22 N之氮化物半導體而構成第2電子阻擋層23之情形，p側包覆層151例如可藉由包含Al0.63 Ga0.37 N之氮化物半導體而構成。 p側組成傾斜包覆層152 p側組成傾斜包覆層152係以隨著與p側包覆層151遠離而能隙逐漸變小之方式構成。例如，於藉由包含Al0.63 Ga0.37 N之氮化物半導體構成p側包覆層151、以GaN構成p側低濃度摻雜層153之情形時，藉由AlmAl3 Ga1-mAl3 N構成p側組成傾斜包覆層152，且以鋁比mAl3自Al0.6 Ga0.4 N至GaN依序減少之方式構成。藉此，p側低濃度摻雜層153之電洞更容易越過p側組成傾斜包覆層152，可更有效地對活性層供給電洞。 p側低濃度摻雜層153 p側低濃度摻雜層153例如包含GaN，發揮於橫向擴散電流之作用。 p側接點層154 p側接點層154例如包含GaN，且以較p側低濃度摻雜層153更高之濃度包含p型雜質。p型雜質較佳為鎂。 以下，使用實施例更具體地說明。 [實施例] 實施例1 於直徑7.62 cm(3吋)之以c面作為上表面之藍寶石基板10之上表面，形成厚度3.5 μm之包含氮化鋁之緩衝層11。 其次，將形成有緩衝層11之基板10設置於反應容器，使用氨、三甲基鋁(TMA)作為原料氣體，使厚度約0.1 μm之包含單結晶之氮化鋁之緩衝層成長。 接著，使用氨、TMA及三甲基鎵(TMG)，形成厚度約27.0 nm之包含Al0.7 Ga0.3 N之層(層a)。其次，停止導入TMG，使用氨及TMA，形成厚度約10.2 nm之包含AlN之層(層b)。將層a及層b各自交替重複形成30次，而形成超晶格層12。 接著，使用氨、TMA及TMG，將未摻雜且mAl1自Al0.7 Ga0.3 N至Al0.56 Ga0.44 N朝上方向依序減少之第1組成傾斜層131形成為500 nm之厚度。 接著，使用氨、TMA、TMG及矽烷，將摻雜矽且mAl2自Al0.56 Ga0.44 N至Al0.45 Ga0.55 N朝上方向依序減少之第2組成傾斜層132形成為2500 nm之厚度。 於第2組成傾斜層132之形成後，暫時停止全部氣體，將反應容器內調整成970 ℃、26.7 kPa(200 Torr)。調整後，使用氨、TMA、三乙基鎵(TEG)及矽烷，形成厚度約50.0 nm之摻雜矽之包含Al0.56 Ga0.44 N之障壁層141。 其次，停止導入矽烷，使用氨、TMA及TEG，形成厚度約4.4 nm之包含Al0.45 Ga0.55 N之井層142。接著，使用氨、TMA、TEG及矽烷，形成厚度約2.5 nm之摻雜矽之包含Al0.56 Ga0.44 N之障壁層143。其次，停止導入矽烷，使用氨、TMA及TEG，形成厚度約4.4 nm之包含Al0.45 Ga0.55 N之井層142。 如上所述，形成活性層14。 活性層形成後，暫時停止全部之氣體，將反應容器內調整成870 ℃、13.3 kPa。調整後，使用氨及TMA，形成厚度約1.0 nm之摻雜p型雜質(Mg)之包含氮化鋁之第1電子阻擋層21。 其次，使用氨、TMA、及TMG(或TEG)，形成厚度約1.0 nm之包含Al0.45 Ga0.55 N之中間層22。 接著，使用氨、TMA、及TMG(或TEG)，形成厚度約4.0 nm之摻雜p型雜質之包含Al0.78 Ga0.22 N之第2電子阻擋層23。 接著，使用氨、TMA、TMG(或TEG)、及雙(環戊二烯)鎂(Cp2Mg；二茂鎂)，形成厚度約78.0 nm之摻雜鎂之包含Al0.63 Ga0.37 N之p側包覆層151。 接著，使用氨、TMA、TMG(或TEG)、及Cp2Mg，將摻雜鎂且mAl3自Al0.6 Ga0.4 N至GaN向上方向依序減少之p側組成傾斜層152形成為23 nm之厚度。 接著，使用氨、TMG及Cp2Mg，形成厚度約300.0 nm之摻雜鎂之包含氮化鎵之p側低濃度摻雜層153。 繼而，使用氨、TMG及Cp2Mg，形成厚度約15 nm之摻雜鎂之包含氮化鎵之p側接點層154。 [n側層露出] 為了僅對特定區域進行蝕刻，於該特定區域以外形成遮罩。形成遮罩後，將半導體積層體置入乾蝕刻裝置，自p側層側施行約0.8 μm蝕刻，使n側層於特定區域露出。蝕刻後自乾蝕刻裝置取出半導體積層體，去除遮罩。 [n電極形成] 為了僅對露出之n側層之電極形成區域進行濺鍍而形成遮罩。繼而，將半導體積層體置入濺鍍裝置，濺鍍例如鈦與鋁之合金。其後，藉由除去遮罩，而於露出之n側層之上表面形成n電極。於該時點，成為於一片晶圓形成有複數個半導體積層體、且各個半導體積層體共有同一層n側層之狀態。 [p電極形成] 為了僅對p側接點層154之上表面進行濺鍍而形成遮罩。繼而，將半導體積層體置入濺鍍裝置，例如濺鍍ITO(Indium Tin Oxide：氧化銦錫)。其後，藉由除去遮罩，而於p側接點層154之上表面形成p電極。 [單片化] 經過以上步驟後，將晶圓按各個元件進行分割。 以上述方式，能夠以發出波長280 nm之深紫外光之方式製作實施例1之氮化物半導體發光元件。 [壽命試驗] 對於以與上述實施例1相同條件形成半導體積層體之單片化前之晶圓、及除未形成中間層22而於第1電子阻擋層21上形成第2電子阻擋層22以外與實施例1相同條件之作為比較例之晶圓，進行分別於常溫下施加150 mA而持續使用，以1分鐘間隔測定光輸出(20 mA)之壽命試驗。其結果如圖6所示。另，圖6係顯示將初期之光輸出設為100 %時之歷時變化。 實施例1之氮化物半導體發光元件經過800分鐘後仍維持有85%，與此相對，比較例之氮化物半導體發光元件則低於60%，可知實施例1之氮化物半導體發光元件之壽命較為改善。 實施例2 作為實施例2，除變更第1電子阻擋層21之厚度以外，與實施例1之氮化物半導體發光元件同樣製作6個氮化物半導體發光元件(樣本No.1～6)，且評估經過一定時間後之發光輸出之維持率。 維持率係藉由加速試驗而評估。具體而言係對於各發光元件，於加速試驗前與以150 mA通電700分鐘之加速試驗後，分別測定20 mA之光輸出，算出試驗前後之光輸出之維持率。 其結果顯示於圖7。 此處，各氮化物半導體發光元件中之第1電子阻擋層21之厚度如以下之表1所示。 表1 根據以上圖7所示之結果，確認包含AlN之第1電子阻擋層21之厚度為0.9～2.0 nm範圍之厚度時可獲得高電子阻擋效果，於0.9～1.3 nm範圍之厚度時可獲得更高的電子阻擋效果。 若第1電子阻擋層21(AlN層)薄化至0.5 nm左右，則觀察到被認為是電子阻擋效果降低所引起之維持率降低。若第1電阻阻擋層21(AlN層)增厚至2.3 nm左右，則觀察到維持率降低。這是因為井層之能隙中產生之應變變大而導致電場容易集中，即能隙變小，故發光再結合幾乎於該能隙較小之部分發生，故認為致使電場集中因而元件壽命降低。
10‧‧‧基板
11‧‧‧緩衝層
12‧‧‧超晶格層
13‧‧‧n側層
14‧‧‧活性層
15‧‧‧p側層
20‧‧‧電子阻擋構造層
21‧‧‧第1電子阻擋層
22‧‧‧中間層
23‧‧‧第2電子阻擋層
31‧‧‧n電極
131‧‧‧第1組成傾斜層
132‧‧‧第2組成傾斜層
141‧‧‧障壁層
142‧‧‧井層
143‧‧‧障壁層
151‧‧‧p側包覆層
152‧‧‧p側組成傾斜包覆層
153‧‧‧p側低濃度摻雜層
154‧‧‧p側接點層
mAl1‧‧‧鋁比
mAl1u‧‧‧鋁比
mAl2‧‧‧鋁比
mAl2b‧‧‧鋁比
mAl3‧‧‧鋁比
r‧‧‧鋁組成
x‧‧‧鋁組成
y‧‧‧鋁組成
圖1係示意性顯示本發明之實施形態之氮化物半導體發光元件之構成之剖視圖。 圖2係示意性顯示實施形態之氮化物半導體發光元件之形態1之電子阻擋構造層20之能帶構造之能帶圖。 圖3係示意性顯示實施形態之氮化物半導體發光元件之形態2之電子阻擋構造層20之能帶構造之能帶圖。 圖4係示意性顯示參考例之氮化物半導體發光元件中之電子阻擋構造之能帶構造之能帶圖。 圖5係示意性顯示先前例之氮化物半導體發光元件中之電子阻擋構造之能帶構造之能帶圖。 圖6係顯示本發明之實施例1與比較例之壽命試驗之結果之圖表。 圖7係顯示針對本發明之實施例2之氮化物半導體發光元件，評估經過一定時間後之發光輸出之維持率之結果的圖表。
10‧‧‧基板
11‧‧‧緩衝層
12‧‧‧超晶格層
13‧‧‧n側層
14‧‧‧活性層
15‧‧‧p側層
20‧‧‧電子阻擋構造層
21‧‧‧第1電子阻擋層
22‧‧‧中間層
23‧‧‧第2電子阻擋層
31‧‧‧n電極
131‧‧‧第1組成傾斜層
132‧‧‧第2組成傾斜層
141‧‧‧障壁層
142‧‧‧井層
143‧‧‧障壁層
151‧‧‧p側包覆層
152‧‧‧p側組成傾斜包覆層
153‧‧‧p側低濃度摻雜層
154‧‧‧p側接點層

Claims (12)

  1. 一種氮化物半導體發光元件，其特徵在於具備n側層、p側層、及活性層，該活性層係設置於上述n側層與上述p側層之間，且具有井層及障壁層，該井層包含Al、Ga、N，該障壁層包含Al、Ga、N，且Al之含有量大於上述井層；且 於上述活性層與上述p側層之間具有電子阻擋構造層； 上述電子阻擋構造層具有： 第1電子阻擋層，其能隙大於上述障壁層； 第2電子阻擋層，其設置於上述p側層與上述第1電子阻擋層之間，具有大於上述障壁層且小於上述第1電子阻擋層之能隙；及 中間層，其設置於上述第1電子阻擋層與上述第2電子阻擋層之間，且能隙小於上述第2電子阻擋層。
  2. 如請求項1之氮化物半導體發光元件，其中上述中間層之能隙小於上述障壁層之能隙。
  3. 如請求項1或2之氮化物半導體發光元件，其中上述第1電子阻擋層與上述井層相接。
  4. 如請求項1至3中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述第1電子阻擋層之厚度較上述第2電子阻擋層之厚度更薄。
  5. 如請求項1至4中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述中間層之厚度較上述第2電子阻擋層之厚度更薄。
  6. 如請求項1至5中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述中間層包含與上述井層相同或大於上述井層之能隙。
  7. 如請求項6之氮化物半導體發光元件，其於250～310 nm之範圍內具有發光峰值波長。
  8. 如請求項7之氮化物半導體發光元件，其中上述第1電子阻擋層包含AlN。
  9. 如請求項7或8之氮化物半導體發光元件，其中上述中間層包含AlGaN。
  10. 如請求項7至10中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述第2電子阻擋層包含AlGaN。
  11. 如請求項8至10中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述第1電子阻擋層之厚度為0.9～2.0 nm。
  12. 如請求項1至11中任一項之氮化物半導體發光元件，其中上述第1電子阻擋層係實質上不含p型雜質之非摻雜層。
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