[发明专利]第III族氮化物半导体发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及其发光层具有MQW(多量子阱)结构的第III族氮化物半导体发光器件。

背景技术

在常规的第III族氮化物半导体发光器件中，发光层具有MQW结构以改进发光效率。这种发光层的结构已知的是在其中反复地沉积InGaN阱层和AlGaN势垒层的结构。在这种情况下，势垒层的生长温度必须高于阱层的生长温度以获得良好的结晶度。然而，由于在势垒层形成期间温度的增加，所以In从阱层中蒸发，导致结晶度变差。

因此，日本公开特许公报No.2011-35156和No.2011-187862提出了如下结构：在结构中，在与阱层相同的生长温度下在阱层和势垒层之间形成盖层，以防止在势垒层形成期间由于温度增加而导致In蒸发。日本公开特许公报No.2011-35156公开了将GaN用作盖层，以及日本公开特许公报No.2011-187862公开了将AlGaN用作盖层。其还公开了每个盖层具有相同的Al组成比。

在常规的发光层中，载流子分布是不均匀的并且偏向正极。这是因为电子和空穴的漂移速度是不同的：电子因迁移率高而容易到达发光层的正极，而空穴因迁移率低而难以扩散到发光层的负极。因此，电子和空穴的复合集中在正极，导致发光效率降低。

为了解决这个问题，已经研究了一种通过降低发光层中载流子分布的不均匀性以改进发光效率的技术。然而，在技术上难以完全消除载流子分布的不均匀性，并且即使降低了载流子分布的不均匀性，也不能期望发光效率大幅提高。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的一个目的是提供一种其发光层具有MQW结构的第III族氮化物半导体发光器件，其中通过发光层的结构来提高发光效率。

本发明提供了一种在n型覆层和p型覆层之间形成有发光层的第III族氮化物半导体发光器件，该发光层具有MQW结构，其中发光层具有其中重复沉积多个层单元的结构，每个层单元包括依次沉积的阱层和势垒层，其中势垒层的带隙大于阱层的带隙，并且在阱层和势垒层之间形成有AlGaN层，AlGaN层的Al组成比大于势垒层的Al组成比，并且当发光层划分成在n型覆层侧的前部和在p型覆层侧的后部这两个部分时，在前部中的AlGaN层的平均Al组成比低于在后部中的AlGaN层的平均Al组成比。

在此所使用的“Al组成比”定义为当在第III族氮化物半导体中的总的第III族原子的摩尔百分比是100摩尔％时Al的摩尔百分比(摩尔％)。也就是说，100x(％)是在由公式Al_XGa_YIn_ZN(x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)表示的第III族氮化物半导体中的Al组成比。

在前部中的AlGaN层的平均Al组成比表示的不是在前部中的一些AlGaN层的平均Al组成比，而是在前部中的所有AlGaN层的平均Al组成比。在后部中的AlGaN层的平均Al组成比也表示在后部中的所有AlGaN层的平均Al组成比。

发光层优选地具有下述结构以进一步提高发光效率。在前部中的AlGaN层的平均Al组成比优选地是在后部中的AlGaN层的平均Al组成比的0.2至0.8倍。发光层优选地具有3个至12个层单元；在前部中有1个至9个层单元，以及在后部中有2个至11个层单元。

在阱层和AlGaN层之间可以形成有盖层，该盖层的带隙大于阱层的带隙并且小于势垒层的带隙。盖层是在与用于阱层的温度相同的温度下生长的并且在加热以形成势垒层期间防止阱层蒸发的层。盖层也是减小阱层和AlGaN之间的张力的层。尽管GaN、AlGaN和InGaN都可以用作盖层，但是，优选使用GaN作为盖层以进一步产生盖层的上述效果。

每个AlGaN层可以具有任意结构，只要在前部中的AlGaN层的平均Al组成比低于在后部中的AlGaN层的平均Al组成比即可。

例如，每个AlGaN层可以具有下述结构：在前部中的每个AlGaN层具有相同的Al组成比，并且在后部中的每个AlGaN层具有相同的Al组成比，在后部中的每个AlGaN层的Al组成比高于在前部中的AlGaN层的Al组成比。