氮化物半导体紫外线发光元件制造技术

在将从活性层朝向n型氮化物半导体层侧出射的紫外线取出至元件外部的氮化物半导体发光元件中，实现电光转换效率的提高。在构成氮化物半导体紫外线发光元件(1)的n型AlGaN系半导体层(21)中，作为所述n型层(21)的一部分的、局部Ga组成比高的薄膜状的多个富Ga层(21b)在与n型层(21)的上表面正交的方向即上下方向上分离地存在，与上下方向平行的第1平面上的多个富Ga层(21b)的至少一部分的延伸方向相对于n型层(21)的上表面与第1平面的交线倾斜，在从n型层(21)的上表面向下方侧100nm以内的厚度的上层区域内，在与n型层(21)的上表面平行的第2平面上，多个富Ga层(21b)呈条纹状存在，富Ga层(21b)的AlN摩尔分数比构成发光元件(1)的活性层(22)内的阱层(22b)的AlN摩尔分数大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物半导体紫外线发光元件
本专利技术涉及具有由AlGaN系半导体构成的发光层的氮化物半导体紫外线发光元件。
技术介绍
一般，对于氮化物半导体发光元件来说，存在很多在蓝宝石等基板上通过外延生长形成由多个氮化物半导体层构成的发光元件构造的元件。氮化物半导体层由通式Al1-x-yGaxInyN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示。发光二极管的发光元件构造具有在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间夹持由单一量子阱构造(SQW：Single-Quantum-Well)或者多重量子阱构造(MQW：Multi-Quantum-Well)的氮化物半导体层构成的活性层的双异质构造。在活性层为AlGaN系半导体层的情况下，通过调整AlN摩尔分数(也称为A1组成比)，能够在分别将GaN和AlN所能取的带隙能量(约3.4eV和约6.2eV)设为下限以及上限的范围内调整带隙能量，得到发光波长为约200nm～约365nm的紫外线发光元件。具体而言，通过使正向电流从p型氮化物半导体层朝向n型氮化物半导体层流动，从而在活性层中产生与因载流子(电子以及空穴)的再耦合引起的上述带隙能量对应的发光。为了从外部供给该正向电流，在p型氮化物半导体层上设置有p电极，在n型氮化物半导体层上设置有n电极。在活性层为AlGaN系半导体层的情况下，夹持活性层的n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层由AlN摩尔分数比活性层高的AlGaN系半导体层构成。但是，高AlN摩尔分数的p型氮化物半导体层难以与p电极形成良好的欧姆接触，因此，通常在p型氮化物半导体层的最上层形成能够与由低AlN摩尔分数的p型AlGaN系半导体(具体而言为p-GaN)构成的p电极良好地进行欧姆接触的p型接触层。该p型接触层的AlN摩尔分数比构成活性层的AlGaN系半导体小，因此从活性层朝向p型氮化物半导体层侧出射的紫外线会被该p型接触层吸收，无法有效地取出至元件外部。因此，活性层为AlGaN系半导体层的一般的紫外线发光二极管采用图8中示意性表示的元件构造，将从活性层朝向n型氮化物半导体层侧出射的紫外线有效地取出至元件外部(例如，参照下述的专利文献1以及2、非专利文献1以及2等)。如图8所示，一般的紫外线发光二极管是通过在模板102上依次沉积n型AlGaN系半导体层103、活性层104、p型AlGaN系半导体层105以及p型接触层106，将活性层104、p型AlGaN系半导体层105和p型接触层106的一部分蚀刻去除，直至n型AlGaN系半导体层103露出为止，并在n型AlGaN系半导体层103的露出面形成n电极107，在p型接触层106的表面形成p电极108而构成的，其中，上述模板102是通过在蓝宝石基板等基板100上沉积AlGaN系半导体层101(例如，AlN层)而形成的。在先技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2014/178288号公报专利文献2：国际公开第2016/157518号公报非专利文献非专利文献1：KentaroNagamatsu，etal.，“High-efficiencyAlGaN-basedUVlight-emittingdiodeonlaterallyovergrownAlN”，JournalofCrystalGrowth，2008，310，pp.2326-2329非专利文献2：ShigeakiSumiya，etal.，“AlGaN-BasedDeepUltravioletLight-EmittingDiodesGrownonEpitaxialAlN/SapphireTemplates”，JapaneseJournalofAppliedPhysics，Vol.47，No.1，2008，pp.43-46
技术实现思路
专利技术要解决的课题发光元件的电光转换效率Ewp(Wall-PlugEfficiency)是被定义为光输出相对于输入到发光元件的全部电力的比例的发光效率，由发光元件的外部量子效率Eex与电压效率Ev之积(Eex×Ev)表示，其中，电压效率Ev由施加于活性层的电压Vg与施加于发光元件的驱动电压V之比(Vg/V)表示。另一方面，发光元件的外部量子效率Eex由表示因活性层内的载流子再耦合引起的发光效率的内部量子效率Ein与表示将在活性层发出的光取出到发光元件的外部的效率的光取出效率Eext之积(Ein×Eext)来定义。因此，为了提高电光转换效率Ewp，需要分别单独地提高上述电压效率Ev、上述内部量子效率Ein以及上述光取出效率Eext，迄今为止提出了很多方案。对于内部量子效率来说，尝试了通过改善AlGaN系半导体层的结晶质量、以及提高载流子向活性层内的注入效率等来实现内部量子效率的提高，例如，作为后者的尝试，已经进行了将活性层设为多重量子阱构造、在活性层上设置电子阻挡层等，但仍有改善的余地。在将活性层内的载流子密度设为n的情况下，作为经验法则，载流子的再耦合用由下述式(1)表示的3种再耦合所构成的模型来近似地表示。R＝An+Bn2+Cn3(1)在式(1)中，左边的R是载流子的再耦合速度(相当于注入到活性层的电流)，右边的A、B、C是载流子经由非发光再耦合中心进行再耦合的Shockley-Read-Hall(SRH)再耦合、发光再耦合、俄歇(Auger)再耦合的各系数。在发光二极管的情况下，通常能够忽视与载流子密度n的立方成比例的俄歇再耦合的效应，因此若进一步设想注入到发光元件的电流的电流密度低且未注入到活性层而溢出的电流的比率小而能够忽视的情况，则内部量子效率Ein可近似地用下述的式(2)的载流子密度n的函数f(n)来表示。Ein＝f(n)＝Bn/(A+Bn)(2)根据式(2)，通过载流子密度n在能够忽视俄歇再耦合的范围内增加，内部量子效率Ein就会增加。另一方面，在图8所示的元件构造中，在从p电极108流向n电极107的正向电流的电流路径上存在各种寄生电阻，若该寄生电阻变大，则由于因该寄生电阻引起的电压下降，相对于施加在p电极108与n电极107之间的正向偏压，施加于活性层104的电压相对变小，电压效率Ev降低，作为结果，发光元件的电光转换效率Ewp降低。特别是，在图8所示的元件构造中，无法在活性层104的正下方形成n电极107，因此活性层104与n电极107之间在横向(与n型AlGaN系半导体层103的表面平行的方向)上分离，成为n型AlGaN系半导体层103的该横向的电阻大的寄生电阻。此外，在紫外线发光元件中，伴随着发光波长的短波长化，构成活性层104以及n型AlGaN系半导体层103的AlGaN系半导体的AlN摩尔分数变大，但n型AlGaN系半导体的比电阻具有AlN摩尔分数越大则越高的倾向，由n型AlGaN系半导体层103的寄生电阻的原因引起的电压效率Ev的降低伴随着发光波长的短波长化而变得显著。因此，在活性层为AlGaN系半导体层的紫外线发光二极管中，将活性层的俯视形状设为能够缩短从活性层内的任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化物半导体紫外线发光元件，具备：/n半导体层叠部，该半导体层叠部包含由n型AlGaN系半导体层构成的n型层、形成在所述n型层的上表面的第1区域上的AlGaN系半导体层的活性层、和形成在所述活性层的上表面的1层以上的由p型AlGaN系半导体层构成的p型层；/nn电极，形成在所述n型层的上表面的非所述第1区域的第2区域上；以及/np电极，形成在所述p型层的上表面，/n所述活性层具有包含1层以上的由AlGaN系半导体层构成的阱层的量子阱构造，/n在所述n型层的所述上表面的至少所述第1区域的下方的所述n型层中，在与所述上表面正交的方向即上下方向上分离地存在作为所述n型层的一部分的、局部Ga组成比高的薄膜状的多个富Ga层，/n与所述上下方向平行的第1平面上的所述多个富Ga层的至少一部分的延伸方向相对于所述n型层的所述上表面与所述第1平面的交线倾斜，/n在与所述n型层的所述上表面平行的多个第2平面的每一个中，多个所述富Ga层呈条纹状存在，所述多个第2平面中的至少一个存在于从所述n型层的所述上表面向下方侧100nm以内的厚度的上层区域内，/n存在于所述第1区域的下方的所述富Ga层的AlN摩尔分数大于所述阱层的AlN摩尔分数。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化物半导体紫外线发光元件，具备：
半导体层叠部，该半导体层叠部包含由n型AlGaN系半导体层构成的n型层、形成在所述n型层的上表面的第1区域上的AlGaN系半导体层的活性层、和形成在所述活性层的上表面的1层以上的由p型AlGaN系半导体层构成的p型层；
n电极，形成在所述n型层的上表面的非所述第1区域的第2区域上；以及
p电极，形成在所述p型层的上表面，
所述活性层具有包含1层以上的由AlGaN系半导体层构成的阱层的量子阱构造，
在所述n型层的所述上表面的至少所述第1区域的下方的所述n型层中，在与所述上表面正交的方向即上下方向上分离地存在作为所述n型层的一部分的、局部Ga组成比高的薄膜状的多个富Ga层，
与所述上下方向平行的第1平面上的所述多个富Ga层的至少一部分的延伸方向相对于所述n型层的所述上表面与所述第1平面的交线倾斜，
在与所述n型层的所述上表面平行的多个第2平面的每一个中，多个所述富Ga层呈条纹状存在，所述多个第2平面中的至少一个存在于从所述n型层的所述上表面向下方侧100nm以内的厚度的上层区域内，
存在于所述第1区域的下方的所述富Ga层的AlN摩尔分数大于所述阱层的AlN摩尔分数。


2.根据权利要求1所述的氮化物半导体紫外线发光元件，其中，
在所述第1区域的下方的所述上层区域内的至少一个所述第2平面上，分散地存在通过部分地存在条纹状的所述富Ga层而产生Ga的组成转变的1μm四方以下的微小区域。


3.根据权利要求1或者2所述的氮化物半导体紫外线发光元件，其中，
在所述上层区域内，所述多个富Ga层的至少一部分在所述上下方向上存在多个，
在所述上下方向上相邻的所述富Ga层间的所述上下方向的分离距离的最小值为100nm以下。


4...

【专利技术属性】
技术研发人员：平野光，长泽阳祐，秩父重英，小岛一信，
申请(专利权)人：创光科学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP