[发明专利]氮化物半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及不损害发光元件本来的功能、可以在比以往更低的电压下工作的氮化物半导体发光元件。

背景技术

当前，作为绿色-蓝色-近紫外区域的发光元件(LED)用材料，氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)等氮化物半导体受到广泛关注。

图6中示出以往的氮化物半导体发光元件的结构例。

该发光元件的结构是，在蓝宝石衬底1上，依次形成低温生长GaN缓冲层2、未掺杂的GaN层3、n-GaN层4、In_aGa_1-aN(量子阱层)/GaN(阻挡层)对的多重量子阱5、p-Al_0.1Ga_0.9N层6、p-GaN层7，然后，通过使用反应性离子腐蚀(RIE)装置进行蚀刻，从p-GaN层7的表面腐蚀到n-GaN层4的一部分，之后，在未被RIE腐蚀的p-GaN层7的表面上蒸镀透明导电膜8(Ni2nm/Au4nm)，在部分重叠透明导电膜8的区域上形成p电极9，在由RIE腐蚀的n-GaN层4的表面上形成n电极10。

由In_aGa_1-aN阱层/GaN阻挡层形成的成对的多重量子阱5，例如在峰波长为460nm的蓝色发光元件的场合，以In的组成比a为0.15、生长温度为780℃来形成。另外，在峰波长为525nm的绿色发光元件的场合，以In的组成比a为0.25、生长温度为730℃来形成。

对于这样的以蓝色或者绿色发光的氮化物半导体发光元件，以往必须施加3V以上的电压才能流过20A/cm²密度的电流。这一电压值与发光的能量(蓝色时，若想使发光波长为460nm，需要2.7eV，绿色时，若想使发光波长为525nm，需要2.36eV)相比是非常大的，该能量差在半导体内部变成热量，引起氮化物半导体发光元件工作时的温度上升、输出下降、元件寿命降低、密封树脂劣化。

据认为，其原因是，在以往的氮化物半导体发光元件中，作为多重量子阱的阻挡层使用如图6所示的GaN层或者含有微量In的InGaN(In组成3％以下)，因此阻挡层的禁带增大到3V以上，这样大的禁带成为妨碍活性层中载流子移动的障碍。如上可知，为了降低氮化物半导体发光元件的驱动电压，有效的方法是，减小阻挡层的禁带，例如采用In组成为4％以上的InGaN层作为阻挡层(参照专利文献1、2)。

专利文献1：特许第3135041号公报(实施例2、图1)

专利文献2：特开2002-76521号公报(图1)

发明内容

但是，专利文献1中公开的发光元件中，多重量子阱内的阻挡层的In组成为20％，因此，作为基底层的n型GaN层和活性层之间的晶格的不匹配增大，在活性层中导入新的晶格缺陷，有可能丧失发光元件的功能。

此外，专利文献2中公开的发光元件中，由于生长了200nm厚度的由In_0.05Ga_0.95N构成的阻挡层同样组成的光引导层，当然会导入由于晶格不匹配而产生的晶体缺陷，有可能损害作为发光元件的功能。

因此，本发明的目的是，解决上述问题，提供一种氮化物半导体发光元件，该氮化物半导体发光元件不会损害发光元件原来的功能，流过20A/cm²密度的电流所需要的电压不到3V，可以在比以往更低的电压下工作。

为了解决上述问题，实现使用与以往相比In组成比更大的InGaN阻挡层、驱动电压小而且不损害作为发光元件的功能的发光元件，本发明人反复进行了深入的研究，仔细研究了包含多重量子阱的元件整体的层结构以使得不产生晶格缺陷，结果发现：(1)通过将多重量子阱活性层中含有的InGaN阻挡层的In组成设定在特定的范围，与以往相比可以降低发光元件的驱动电压；(2)通过将InGaN阻挡层的厚度设定在特定的范围，并将InGaN阻挡层和元件中所含有的具有特定范围的In组成的InGaN层的厚度的合计控制在特定的厚度以下，可以防止导入新的晶格缺陷。