TWI529961B - Nitride semiconductor ultraviolet light emitting element - Google Patents

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Description

氮化物半導體紫外線發光元件
本發明係關於在藍寶石(0001)基板的上側形成AlGaN系半導體層之n型包覆層與活性層與p型包覆層而成的氮化物半導體發光元件，特別是關於峰發光波長區域在紫外區域的氮化物半導體紫外線發光元件。
從前，LED(發光二極體)或半導體雷射等氮化物半導體發光元件，作為基板使用藍寶石(0001)基板，於其上藉由磊晶成長形成由複數氮化物半導體層所構成的發光元件構造者存在著很多。氮化物半導體層，係以一般式Al1-x-yGaxInyN(0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1)表示。
藍寶石(0001)基板，其(0001)面未完全傾斜，總之，由斜角為0度的無傾斜基板，到(0001)面只有傾斜一點點的微傾斜基板，其使磊晶成長的氮化物半導體層的表面性狀或結晶性被提高，斜角為0.05°~0.5°程度者，被一般使用(例如，參照下列專利文獻1及專利文獻2)。
發光元件構造，具有在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間，被夾著單一量子井構造(SQW：Single-Quantum-Well)或者多重量子井構造(MQW：Multi-Quantum-Well)之氮化物半導體層所構成的活性層之雙異性(double hetero)構造。活性層為AlGaN系半導體層的場合，藉由調整AlN莫耳分率(亦稱為AlN組成 比)，可以使能帶間隙能、在以GaN與AlN可取得的能帶間隙能(約3.4eV與約6.2eV)分別為下限及上限的範圍內進行調整，而得到發光波長由約200nm至約365nm為止的紫外線發光元件。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2000-156341號公報
〔專利文獻2〕日本特開2001-158691號公報
作為藍寶石(0001)基板的斜角，一般使用0.05°~0.5°程度者的背景，應該是由於以下的情形。
前述之微傾斜基板，如圖1所模式顯示地，為在(0001)面傾斜而成的台地(terrace)面T與台地面T之間有階差S之階段狀的基板，台地面T之寬幅W在斜角θ越大時就越窄。斜角θ，如圖1所示，被定義為連結階差S的上端或下端的線與台地面T之夾角。形成於斜角為0.05°~0.5°程度之一般的藍寶石(0001)基板上之氮化物半導體層的表面之凹凸的RMS(平方平均平方根)值通常為0.4nm以下，但是斜角超過0.5°而增大的話，該RMS值有超過0.4nm而變大之虞。另一方面，構成活性層的量子井層的膜厚通常為5nm以下，所以使斜角增大太多的話 ，對於量子井層的膜厚所造成的變動變大，會有對發光元件的發光性能造成影響的疑慮。
進而，前述之基板的表面成為階段狀的場合，成長於其上的氮化物半導體層也沿襲著基板表面的性狀而成為階段狀，Ga的遷徙很大，所以容易超過階差部而移動至下側的台地面，在成長的氮化物半導體層之組成產生Ga的偏析，在AlGaN系半導體，沿著階差部形成AlN莫耳分率高的AlGaN區域與AlN莫耳分率低的AlGaN區域。結果，斜角變大時，由活性層發光的波長分布變廣，有發光波長的峰分離開的可能性。
如前所述，使用藍寶石(0001)基板的氮化物半導體發光元件，作為斜角，一般使用0.05°~0.5°程度者，主要適合於活性層為GaN或者InGaN系半導體的場合之發光波長比約365nm更長的發光元件者(例如，參照專利文獻1及專利文獻2)。於發光波長比約365nm更短的紫外線發光元件，0.05°~0.5°程度之範圍的斜角是否為最適切的問題，在過去未被充分檢討。
本發明係有鑑於前述之問題點而完成之發明，其目的在於藉由斜角的最佳化而謀求提高被形成於藍寶石(0001)基板上的AlGaN系半導體層的結晶品質，謀求氮化物半導體紫外線發光元件的發光輸出的提高。
藉由本案發明人的銳意研究，從被形成於藍寶石( 0001)基板上的AlGaN層的X線回擺曲線(rocking curve)(XRC)法評估之扭轉分布的半值寬幅(FWHM：full width at half maximum)所示的結晶性與包含該AlGaN的發光元件構造所輸出的紫外線發光元件之發光輸出之間的關係，發現了該扭轉分布之FWHM於特定值以下可得良好的發光輸出，進而，在該扭轉分布的FWHM成為前述特定值以下的斜角，有著對被使用於n型包覆層的AlGaN之AlN莫耳分率依存性。
本發明係有鑑於前述的新見解而完成之發明，提供一種氮化物半導體紫外線發光元件，具備：包含藍寶石(0001)基板、被形成於前述基板的(0001)面上的AlN層之下底構造部，及包含被形成於前述下底構造部的結晶表面上的，n型AlGaN系半導體層之n型覆蓋層、具有AlGaN系半導體層的活性層，與p型AlGaN系半導體層的p型覆蓋層的發光元件構造部；前述基板之(0001)面以0.6°以上3.0°以下之斜角傾斜，前述n型覆蓋層的AlN莫耳分率為50%以上。
又，在本發明，AlGaN系半導體，係以以一般式AlxGa1-xN(x為AlN莫耳分率，0≦x≦1)表示的3元(或2元)加工物為基板，使其能帶間隙能，在以GaN(x=0)與AlN(x=1)之能帶間隙能(約3.4eV與約6.2eV)分別為下限及上限的範圍內之3族氮化物半導體，只要滿足於該能帶間隙能的條件，也包含含有微量In的場合。
根據前述特徵之氮化物半導體紫外線發光元件，於n型包覆層之AlN莫耳分率為50%以上的場合，在大幅超過從前一般使用的斜角範圍之0.6°以上3.0°以下的範圍，比下底構造部之AlN層更為上層的顯示n型AlGaN層的結晶性之扭轉分布的FWHM成為特定值以下的機率大幅提高，可謀求高生產率以及發光輸出的提高。
進而，前述特徵之氮化物半導體紫外線發光元件，其中前述斜角為1.0°以上2.5°以下的話更好。藉此，進而更進一步改善AlGaN層的結晶性，可在更高的生產率安定地謀求發光輸出的提高。
進而，前述特徵之氮化物半導體紫外線發光元件，峰發光波長以300nm以下為較佳。如前所述，斜角在0.6°以上3.0°以下的範圍之藍寶石(0001)基板，(0001)面成為階段狀，所以形成於其上的AlGaN半導體層，產生Ga的偏析，使發光波長分布變寬。該發光波長分布的擴展，如稍後所述，有發光波長越長就變得越大的傾向，但在峰發光波長為300nm以下，該發光波長分布的擴展(半值寬幅)，在斜角1°的場合被抑制於20nm程度以下，也不會產生發光波長的峰的分離。
進而，前述特徵之氮化物半導體紫外線發光元件，前述下底構造部之被形成於前述基板上的前述AlN層的膜厚，為2.2μm以上6.6μm以下為較佳。下底構造部的AlN層的膜厚越大者被形成於其上層的n型AlGaN層的結晶性有更被改善的傾向，另一方面，該膜厚變得太大時，會有 在下底構造部產生龜裂的可能性變高的傾向，藉由使該膜厚為2.2μm以上6.6μm以下，可以更為確實地得到發光輸出提高的效果。
根據圖面說明相關於本發明的氮化物半導體紫外線發光元件(以下簡稱「發光元件」)之實施型態。又，在以下的說明所使用的圖式，為了說明與理解上的方便，僅強調重要部位而模式顯示發明內容，各部分的尺寸比未必相同於實際的元件之尺寸比°以下，在本實施型態，係設想發光元件而發光二極體的場合而進行說明。
如圖2所示，本實施型態之發光元件1，作為在藍寶石(0001)基板2上使AlN層3與AlGaN層4成長之基板作為模板5(相當於下底構造部)來使用，具有於該模板5上，依序層積由n型AlGaN所構成的n型包覆層6、活性層7、Al莫耳分率比活性層7更大的p型AlGaN之電子阻斷層8、p型AlGaN之p型包覆層9、p型GaN之p型接觸層10的層積構造。比n型包覆層6更為上部的活性層7、電子阻斷層8、p型包覆層9、p型接觸層10的一部分，藉由反應性離子蝕刻等除去至n型包覆層6之一部分表面露出為止，在n型包覆層6上的第1區域R1被形成由n型包覆層6至p型接觸層10為止之發光元件構造部11。進而，於p型接觸層10的表面，例如被形成Ni/Au之p電極12，在n型包覆層6的第1區域R1以外的第 2區域R2的表面之一部分，例如被形成Ti/Al/Ti/Au之n電極13。又，在本實施型態，AlN層3使用在約1150~1300℃的溫度下使結晶成長者。
在本實施型態，由於後述的理由，作為藍寶石(0001)基板2，使用基板之(0001)面以0.6°以上3.0°以下之斜角傾斜之微傾斜基板。該微傾斜基板之斜角，以1.0°以上2.5°以下更佳。又，斜角的傾斜方向為m軸方向或a軸方向或者其中間方向之任一均可。
活性層7，作為一例，為膜厚10nm的n型AlGaN之障蔽層7a與膜厚3.5nm之AlGaN之井層7b所構成的單層的量子井構造。活性層7，只要是下側層與上側層以Al莫耳分率大的n型及p型AlGaN層挾持的雙異質結(double hetero junction)構造即可，此外，使前述單層的量子井構造多層化之多重量子井構造亦可。
各AlGaN層，藉由有機金屬化合物氣相成長(MOVPE)法，或者是分子線磊晶(MBE)法等週知的磊晶成長法來形成，n型層的施主雜質，例如使用Si，p型層的受主雜質，例如使用Mg。又，未明確記載導電型的AlN層及AlGaN層，是未被注入不純物的未摻雜層。此外，n型AlGaN層及活性層之AlN莫耳分率，作為一例，係AlGaN層4、n型包覆層6及障蔽層7a為50%以上100%以下(較佳者為55%以上90%以下)，井層7b為30%以上80%以下(較佳者為35%以上70%以下)。在本實施型態，發光元件1之峰發光波長，設想為223nm以上300nm 以下的場合。在本實施型態，設想把來自活性層7的發光由藍寶石基板2側取出的背面射出型之發光元件，所以AlGaN層4的AlN莫耳分率，必須要設定為比井層7b更大，作為一例，把AlGaN層4與n型包覆層6的AlN莫耳分率設定為相同。又，使AlGaN層4的AlN莫耳分率比n型包覆層6更大亦可。
活性層7以外的發光元件構造部之各AlGaN層的膜厚，例如n型包覆層6為2000nm、電子阻斷層8為2nm、p型包覆層9為540nm、p型接觸層10為200nm。此外，針對模板5，AlN層3的膜厚，設定為2200nm以上6600nm以下，更佳者為3000nm以上6000nm以下，AlGaN層4的膜厚，例如設定為200nm以上300nm以下的範圍。又，在本實施型態，於AlGaN層4上被形成同樣為AlGaN層之n型包覆層6，所以AlGaN層4的導電型亦可不是未摻雜層而是n型層，使AlGaN層4與n型包覆層6一體化，而僅以AlN層3構成模板5亦可。
圖3顯示發光元件1之平面俯視圖案之一例。圖3係顯示被形成p電極12及n電極13之前的第1區域R1與第2區域R2。作為一例，p電極12被形成於第1區域R1之幾乎全面，n電極13被形成於第2區域R2的幾乎全面。此外，使用於後述的實施例之發光元件1的晶片尺寸為縱橫分別800μm，第1區域R1的面積為約168000μm2。又，圖2所示之第1區域R1，為圖3所示的第1區域R1之一部分。
發光元件1之模板5及發光元件部11之各層，藉由如上所述的週知的成長方法來形成，p電極12及n電極13，分別在形成成為各電極的反轉圖案之光阻之後，藉由電子束蒸鍍法等蒸鍍各電極之多層金屬膜，藉由掀離(lift-off)除去該光阻，剝離該光阻上之多層金屬膜，藉由RTA(瞬間熱退火)等因應需要而施加熱處理而形成。
其次，說明成為本發明的基礎之測定資料。圖4為成為本發明的基礎之第1測定資料，針對例示於圖2及圖3的構造的發光元件1之峰發光波長在255nm起至300nm的範圍內的樣本，系分別測定以XRC法評價n型包覆層6的n型AlGaN層的結晶性之扭轉分布的FWHM與發光輸出者，以該FWHM(單位：arcsec)為橫軸，發光輸出(單位：mW)為縱軸而描繪之圖。又，使用的樣本之藍寶石(0001)基板，使用斜角為0.15°~2.0°的範圍者。
由圖4之測定結果，扭轉分布之FWHM超過550arcsec而增大時，發光輸出降低，在約550arcsec以下的範圍，則有即使更為減少扭轉分布的FWHM，發光輸出也不增加的傾向。總之，可知作為n型AlGaN層的結晶性，只要可得到約550arcsec以下的扭轉分布之FWHM即已充分。
圖5係成為本發明的基礎之第2測定資料，n型包覆層6的AlN莫耳分率為50%以上，斜角為0.3°、0.6°、1.0°、1.5°、2.0°、3.0°之6種樣本，描繪個斜角之扭轉分布的FWHM之測定值的最小值以及中央值。其中，斜角3.0°只 顯示最小值。圖5所示的測定資料之樣本的構造，與圖4所示的測定資料之樣本相比，除了未形成比n型包覆層6更為上層的半導體層與各電極這一點外是相同的。
由圖5的測定結果，可知使斜角由0.3°往1.5°增加的話扭轉分布的FWHM會降低，相反的使斜角由1.5°往3.0°增加時扭轉分布的FWHM會增加。此外，可知斜角為0.6°以上3.0°以下的範圍，扭轉分布的FWHM成為約550arcsec以下，比較圖4的測定結果，可知達成發光輸出的提高。
圖6係成為本發明的基礎之第3測定資料，n型包覆層6之AlN莫耳分率為50%以上，斜角為0.15°、0.3°、1.0°之3種樣本(樣本構造與圖5所示的測定資料之樣本相同)，各斜角之AlN層3與n型包覆層6之分別的扭轉分布的FWHM之測定，以n型包覆層6之FWHM為縱軸，以AlN層3的FWHM為橫軸，描繪各FWHM之測定值者。圖6中斜拉的實線，是連結AlN層3與n型包覆層6之各FWHM為相同值之點的線，在比該實線更為下側的樣本，比AlN層3更為上層的n型包覆層6者結晶性提高，相反的，在比該實線更為上側的樣本，比AlN層3更為上層的n型包覆層6者顯示結晶性降低。
由圖6之測定結果，在斜角為0.15°之樣本，AlN層3之FWHM分布於564~679arcsec，但是n型包覆層6之FWHM變化於558~719arcsec，可知所有的樣本結晶性都降低。在斜角為0.3°之樣本，AlN層3之FWHM分布於 402~773arcsec，但是n型包覆層6之FWHM變化於517~733arcsec，可知約有一半的樣本結晶性降低，約有一半的樣本結晶性提高。對此，在斜角為1.0°之樣本，AlN層3之FWHM分布於410~683arcsec，但是n型包覆層6之FWHM變化於394~568arcsec，可知大半的樣本結晶性提高，幾乎全部的樣本FWHM成為約550arcsec以下。
圖7係成為本發明的基礎之第4測定資料，針對斜角為0.15°、0.3°、1.0°之3種樣本(樣本構造與圖5及圖6所示的測定資料之樣本相同)，對於n型包覆層6的AlN莫耳分率整體由19.2%到84%的範圍內變化的樣本，進行n型包覆層6的扭轉分布之FWHM之測定，以n型包覆層6之FWHM為縱軸，以n型包覆層6的AlN莫耳分率為橫軸，描繪FWHM之測定值者。
由圖7之測定結果，可知在斜角0.15°的樣本，n型包覆層6的AlN莫耳分率在約40%以下的範圍，隨著AlN莫耳分率的增加，扭轉分布的FWHM增加，n型包覆層6的結晶性降低，相反地，在約40%以上的範圍，伴隨著AlN莫耳分率的增加，扭轉分布的FWHM減少，有n型包覆層6之結晶性提高的傾向，進而，要實現約550arcsec以下的FWHM，必須要使AlN莫耳分率限定為約28%以下。在斜角0.3°的樣本，n型包覆層6的AlN莫耳分率在約35%以下的範圍，隨著AlN莫耳分率的增加，扭轉分布的FWHM稍有增加，n型包覆層6的結晶性降低，相反地，在約35%以上的範圍，伴隨著AlN莫耳分率的增加，扭轉 分布的FWHM減少，有n型包覆層6之結晶性提高的傾向。進而，在斜角0.3°的樣本，要實現約550arcsec以下的FWHM，必須要把AlN莫耳分率限定為55%以下，無法期待高生產率。對此，可知在斜角1.0°的樣本，n型包覆層6的AlN莫耳分率在約30%以上的範圍，隨著AlN莫耳分率的增加，扭轉分布的FWHM減少，有n型包覆層6的結晶性提高的傾向，進而，在n型包覆層6之AlN莫耳分率約50%以上的範圍，能夠以高生產率實現約550arcsec以下的FWHM。
由以上之圖4至圖7之測定結果，本實施型態之發光元件1，把n型包覆層6的AlN莫耳分率設為50%以上，藍寶石(0001)基板的斜角設為0.6°以上3.0°以下的範圍內，所以可以高生產率實現扭轉分布之FWHM在約550arcsec以下之結晶性良好的n型包覆層6，結果，可安定地得到高發光輸出。
進而，由圖5所示的測定結果，可知藉由把藍寶石(0001)基板的斜角設定在1.0°以上2.5°以下之範圍內，可以使扭轉分布的FWHM比約550arcsec更低，可以安定地得到高發光輸出。
此外，由圖7所示的測定結果，可知即使同為氮化物半導體紫外線發光元件，在n型包覆層6的AlN莫耳分率在28%以下，總之在來自活性層7的發光波長很長的場合，藍寶石(0001)基板的斜角止於0.15°程度之很小的值即可，相反地，n型包覆層6的AlN莫耳分率在50%以上 ，亦即來自活性層7的發光波長很短的場合(大致在300nm以下)，斜角要大幅超過從前使用的範圍，以0.6°以上3.0°以下為較佳。
圖8係n型包覆層6的AlN莫耳分率在50%以上，斜角為1.0°的樣本(樣本的構造與圖5至圖7所示的測定資料之樣本相同)，針對AlN層的膜厚依存性測定的結果，可知在該膜厚由2200nm至6600nm的範圍，n型包覆層6的扭轉分布之FWHM，可以實現約550arcsec以下。
其次，於圖9至圖12，顯示藍寶石(0001)基板2之斜角為1.0°之本實施型態的發光元件1之2個實施例1、2與斜角為0.6°之本實施型態的發光元件1之實施例3，藍寶石(0001)基板2之斜角為0.3。之2個比較例1、2與斜角為0.15°之比較例3的發光輸出與波長分布的測定結果。實施例1與比較例1、3，僅有斜角不同，其他的元件構造為相同，n型包覆層6與井層7b之AlN莫耳分率分別為60%與35%，發光波長相互近似(第1發光波長群)。實施例2、3與比較例2，僅有斜角不同，其他的元件構造為相同，n型包覆層6與井層7b之AlN莫耳分率分別為70%與55%，發光波長相互近似(第2發光波長群)。
圖9顯示實施例1與比較例1、3之發光輸出與順方向電流的關係之發光輸出特性，圖10顯示實施例1與比較例1、3之發光波長特性。圖11顯示實施例2、3與比較例2之發光輸出與順方向電流的關係之發光輸出特性，圖12顯示實施例2、3與比較例2之發光波長特性。圖10 及圖12，顯示發光波長特性之縱軸係以峰輸出為1而正規化之發光強度。此外，於圖13，係把實施例1~3與比較例1~3之n型包覆層6之扭轉分布的FWHM、順方向電流100mA時之發光輸出，以及，發光波長分布的FWHM分別整理顯示為一覽表。
由圖9及圖11，可知在各發光波長群，斜角變得越大，即使施加的順方向電流相同，發光輸出也會增加。
進而，由圖10及圖12，可知在各發光波長群，斜角變得超過0.3°時，發光波長分布會擴展。又，可知在2個發光波長群，於發光波長短的第2發光波長群，該發光波長分布地擴開被抑制。此外，可知在各發光波長群，可以見到斜角變得越大峰發光波長變得越長的傾向，但發光波長短者，峰發光波長的變化被抑制了。詳言之，由圖10，在斜角為1.0°的實施例1，與斜角為0.15°的比較例3相比，峰發光波長變長約15nm程度，成為300nm程度，發光波長分布的FWHM，擴展到約1.5倍之18nm程度，但沒有見到發光波長的峰的分離。由圖12，在斜角為1.0°的實施例2，與斜角為0.3°的比較例2相比，峰發光波長僅有變長約2nm程度，成為260nm程度，發光波長分布的FWHM，擴展到約1.2倍之12nm程度，被抑制了約1.2倍的擴大。
於圖10及圖12觀測到的發光波長分布的擴開，如前所述，在斜角變大時，藍寶石(0001)基板2的階段狀之階差變大，被形成於其上層的發光元件構造部11的活性 層7，會在AlGaN層的組成產生Ga的偏析，這是起因於沿著階差部形成AlN莫耳分率高的AlGaN區域與AlN莫耳分率低的AlGaN區域所致。
由以上的測定資料，可以明白n型包覆層6的AlN莫耳分率50%以上，總之，來自活性層7的發光波長很短的場合(大致為300nm以下)，藉由把藍寶石(0001)基板的斜角設定為大幅超過從前使用的範圍，藉由設定於0.6°以上3.0°以下，可以使發光波長分布的FWHM只產生一點擴大，而增大發光輸出。
以上，針對發光元件1之實施型態進行詳細說明。在前述實施型態，作為構成發光元件1的發光元件構造部，以圖2所示之發光元件構造部11為一例進行了說明，但在前述說明所例示的層積構造、電極構造、膜厚、及AlGaN層的AlN莫耳分率等僅為一例，發光元件構造部11不限定於該具體例。進而，發光元件1的平面俯視形狀也不限定於圖3所例示的形狀。
特別是，圖5~圖8所示的測定數據，係針對不形成比n型包覆層6更為上層的元件構造的樣本之測定資料，與發光元件構造部11的元件構造無關，只要n型包覆層6的AlN莫耳分率為50%以上的話，斜角與n型包覆層6之結晶性(扭轉分布之FWHM)之關係會成立，伴隨著n型包覆層6之結晶性的改善，發光特性的提高，在其他的發光元件構造也同樣地被期待。
〔產業上利用可能性〕
相關於本發明之氮化物半導體紫外線發光元件，可以利用於n型包覆層之AlN莫耳分率為50%以上的發光二極體等，對於發光輸出的改善是有效的。
1‧‧‧氮化物半導體紫外線發光元件
2‧‧‧藍寶石(0001)基板
3‧‧‧AlN層
4‧‧‧AlGaN層
5‧‧‧模板(下底構造部)
6‧‧‧n型包覆層(n型AlGaN)
7‧‧‧活性層
7a‧‧‧障壁層
7b‧‧‧井層
8‧‧‧電子阻斷層(p型AlGaN)
9‧‧‧p型包覆層(p型AlGaN)
10‧‧‧p接觸層(p型GaN)
11‧‧‧發光元件構造部
12‧‧‧p電極
13‧‧‧n電極
R1‧‧‧第1區域
R2‧‧‧第2區域
S‧‧‧階差
T‧‧‧台地(terrace)面
圖1係模式顯示以斜角θ傾斜的藍寶石(0001)基板之基板表面的狀態之說明圖。
圖2係模式顯示相關於本發明之氮化物半導體紫外線發光元件之一實施型態之層積構造的重要部位剖面圖。
圖3係模式顯示相關於本發明之氮化物半導體紫外線發光元件之一實施型態之平面構造的平面圖。
圖4係顯示n型包覆層之扭轉分布的FWHM與發光輸出之關係的特性圖。
圖5係顯示藍寶石(0001)基板之斜角與n型包覆層之扭轉分布的FWHM之關係的特性圖。
圖6係顯示藍寶石(0001)基板之斜角的不同所導致的n型包覆層之扭轉分布的FWHM與AlN層之扭轉分布的FWHM之關係的特性圖。
圖7係顯示n型包覆層之AlN莫耳分率與扭轉分布的FWHM之關係的特性圖。
圖8係顯示AlN層的膜厚與n型包覆層之扭轉分布的FWHM之關係的特性圖。
圖9係顯示實施例1與比較例1、3之發光輸出與順 方向電流的關係之特性圖。
圖10係顯示實施例1與比較例1、3之發光波長特性之特性圖。
圖11係顯示實施例2、3與比較例2之發光輸出與順方向電流的關係之特性圖。
圖12係顯示實施例2、3與比較例2之發光波長特性之特性圖。
圖13係顯示實施例1~3與比較例1~3之n型包覆層之扭轉分布的FWHM、順方向電流100mA時之發光輸出，及，發光波長分布的FWHM之一覽表。
1‧‧‧氮化物半導體紫外線發光元件
2‧‧‧藍寶石(0001)基板
3‧‧‧AlN層
4‧‧‧AlGaN層
5‧‧‧模板(下底構造部)
6‧‧‧n型包覆層(n型AlGaN)
7‧‧‧活性層
7a‧‧‧障壁層
7b‧‧‧井層
8‧‧‧電子阻斷層(p型AlGaN)
9‧‧‧p型包覆層(p型AlGaN)
10‧‧‧p接觸層(p型GaN)
11‧‧‧發光元件構造部
12‧‧‧p電極
13‧‧‧n電極
R1‧‧‧第1區域
R2‧‧‧第2區域

Claims (5)

  1. 一種氮化物半導體紫外線發光元件，其特徵為具備：包含藍寶石(0001)基板、與被形成於前述基板的(0001)面上的AlN層之下底構造部，及包含被形成於前述下底構造部的結晶表面上的，n型AlGaN系半導體層之n型包覆層、具有AlGaN系半導體層的活性層，與p型AlGaN系半導體層的p型包覆層之發光元件構造部；前述基板之(0001)面以0.6°以上2.0°以下之斜角傾斜，前述n型包覆層的AlN莫耳分率為50%以上；前述AlN層，係由AlN結晶所構成；前述AlN層，具有以X線回擺曲線(rocking curve)(XRC)法評估之扭轉分布的半值寬幅(FWHM：full width at half maximum)為683arcsec以下的結晶性。
  2. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體紫外線發光元件，其中前述斜角為1.0°以上2.5°以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體紫外線發光元件，其中峰發光波長為300nm以下。
  4. 如申請專利範圍第2項之氮化物半導體紫外線發光元件，其中峰發光波長為300nm以下。
  5. 如申請專利範圍第1~4項之任一項之氮化物半導體紫外線發光元件，其中前述下底構造部之被形成於前述 基板上的前述AlN層的膜厚，為2.2μm以上6.6μm以下。
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