[发明专利]氮化物半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及具备活性层的氮化物半导体发光元件，该活性层具有量子阱结构且由阱层包含有In的氮化物构成。

背景技术

近年来，以向高密度光盘记录等应用等为目的而在努力开发短波长半导体激光器。短波半导体激光器使用包含GaN、AlGaN、InGaN、InGaAlN、GaPN等氮的六方晶化合物半导体(以下单叫做氮化物半导体)。且使用氮化物半导体的LED也在开发。

在上述氮化物半导体发光元件中MIS结构的发光元件被使用，但由于是层合高阻抗i型的GaN类半导体，所以一般地有发光输出非常低的问题。为了解决该问题而向i型GaN类半导体层照射电子或进行退火。

即使在形成p型GaN类半导体层的氮化物半导体发光元件的情况下，也在努力进行提高发光输出，例如如专利文献1所示，为了得到p电极与p型GaN接触层的欧姆接触而把p型GaN接触层的膜厚变薄以降低顺向电压Vf，有这样提高发光效率的提案。

且专利文献1中还有提案：为了得到p型AlGaN包层的p型特性，作为p型掺杂剂而使用Mg，且规定p型AlGaN包层的膜厚和Al组成，通过这样改善晶体性来提高发光效率。

专利文献1：日本特许第2778405号公报

但即使如上述现有技术那样改善p电极与p型GaN接触层的欧姆接触、p型GaN接触层的膜厚、p型掺杂剂、p型AlGaN包层的晶体性这各项目来提高发光效率，其改善效果也是有限的，在要进一步提高发光效率时则没有有效的方法。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而发明的，目的在于提供一种氮化物半导体发光元件，根据与现有技术完全不同的着眼点而通过简单的方法，来把从p型氮化物半导体层向活性层的载流子注入效率变好而提高发光效率。

本发明的氮化物半导体发光元件具备由p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层把活性层夹住的结构，该活性层具有由阱层包含In的氮化物构成的量子阱结构，其要旨在于，在与所述活性层p侧最近位置配置的阱层与所述p型氮化物半导体层之间形成的中间半导体层包含有不掺杂的InGaN层，所述中间半导体层的合计膜厚是20nm以下。

作为提高从p型半导体层向活性层的空穴注入效率的方法，我们发现有与上述现有技术完全不同的方法。即，当把在活性层p侧最近位置配置的阱层与p型氮化物半导体层之间形成的中间半导体层的一部分由不掺杂的InGaN层构成，且中间半导体层的合计膜厚是20nm以下时，则从p型氮化物半导体层向活性层的空穴注入效率快速变化。

其它要旨在于，在所述中间半导体层由活性层的势垒层和不掺杂的InGaN层构成时，使所述不掺杂的InGaN层是In组成向p型氮化物半导体层减少的In组成倾斜层。

其它要旨还在于，作为p型氮化物半导体层的一部分而形成掺杂Mg的p型Al_xGaN(0.02≤x≤0.15)的情况下，把空穴载流子的浓度设定在2×10¹⁷cm^-3以上的范围。

本发明的氮化物半导体发光元件在上述要旨的基础上，其要旨在于，在使活性层的阱层In组成比率成为10％以上而把发光波长变长时，在从活性层成长方向的最终阱层成膜完成到p型氮化物半导体层的一部分即与p电极接触形成的p型接触层成膜完成的期间，成长温度超过950℃的成膜时间的合计是30分钟以内。特别是InGaN由于热不稳定，所以若超越上述条件则有分解的危险，最坏的情况是In分离而晶片黑化。

本发明的氮化物半导体发光元件把在具有量子阱结构的活性层p侧最近的阱层与p型氮化物半导体层之间形成的中间半导体层的一部分由不掺杂的InGaN层构成，且把该中间半导体层的合计膜厚形成在20nm以下，因此，能够非常提高空穴向活性层的注入效率，提高发光效率。

在所述中间半导体层由活性层的势垒层和不掺杂的InGaN层构成时，通过把所述不掺杂的InGaN设定成是In组成向p型氮化物半导体层减少的In组成倾斜层，则使空穴容易向活性层注入，提高发光效率。

在中间半导体层之上层合p型Al_xGaN(0.02≤x≤0.15)，把p型杂质的空穴载流子浓度设定在2×10¹⁷cm^-3以上，因此，能够充分得到向活性层的空穴注入量，能够提高发光效率。