[发明专利]氮化物半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光元件。

背景技术

含氮的III-V族化合物半导体材料(以下称作“氮化物半导体材料”)包含与具有红外区域～紫外区域的波长的光的能量相当的带隙。因而，氮化物半导体材料对于发出具有红外区域至紫外区域的波长的光的发光元件的材料、接受具有该区域的波长的光的受光元件的材料等是有用的。

此外，关于氮化物半导体材料，原子间的键合力强，绝缘击穿电压高，饱和电子速度大。因而，氮化物半导体材料作为耐高温且高输出的高频晶体管等电子器件的材料也是有用的。进而，氮化物半导体材料作为几乎不会损害环境且易于处理的材料也备受瞩目。

在利用了具有上述特性的氮化物半导体材料的氮化物半导体发光元件中，一般而言在发光层采用量子阱构造。若向发光层中采用了量子阱构造的氮化物半导体发光元件施加电压，则在发光层的量子阱层中电子和空穴被再次结合，从而产生光。作为具有量子阱构造的发光层，虽然可以为单一量子阱(Single Quantum Well；SQW)构造，但大多情况设为量子阱层和势垒层被交替地层叠的多量子阱(Multiple Quantum Well；MQW)构造。

一般而言，作为发光层的量子阱层采用的是InGaN，作为势垒层采用的是GaN。由此，例如能够制作发光峰值波长约为450nm的蓝色LED(Light Emitting Device，发光二级管)，也能够与黄色荧光体组合来制作白色LED。在作为势垒层采用的是AlGaN的情况下，由于势垒层和量子阱层的带隙能量差增大，因此也认为发光效率增大，但较之于GaN，AlGaN也具有难以获得优质的结晶的问题。

此外，一般而言，作为n型氮化物半导体层采用的是GaN或InGaN。

例如，在日本特开2004-343147号公报(专利文献1)中公开了如下构造的LED元件，即，在活性层之下具有n侧多层膜层，该n侧多层膜层具有含In的氮化物半导体层。根据专利文献1所记载的LED元件，认为活性层之下的n侧多层膜层起到某些作用，使得发光元件的输出得以提升，作为其理由，被推测为使得活性层的结晶性得以提升的缘故。

此外，在日本特开2002-299685号公报(专利文献2)中公开了如下的III族氮化物LED，即，在以2×10¹⁷cm^-3～2×10¹⁹cm^-3的范围掺杂了Si的平滑层上按照隔离层以及活性区域的顺序依次层叠，平滑层被掺杂成比隔离层高很多的高浓度。在专利文献2的III族氮化物LED中，平滑层具有使低温的III族氮化物半导体层的平坦的二维生长得以恢复的功能，认为能够提高III族氮化物LED的效率和可靠性双方。

此外，在日本特开2005-203520号公报(专利文献3)中公开了如下的发光二极管，即，在由GaN基板构成的支承基板上具有由掺杂Si的GaN半导体构成的缓冲层、由掺杂Si的Al_0.18Ga_0.82N半导体构成的第三AlGaN半导体层9、和具备由InAlGaN半导体构成的阱层35a～35c以及势垒层37a～37d的发光区域，发出峰值波长为359纳米的光。

此外，在日本特开平9-153645号公报(专利文献4)中公开了如下的发光二极管，即，在AlN缓冲层上层叠了：膜厚约为2.0μm、电子浓度为2×10¹⁸/cm³、且由掺杂硅的GaN构成的高载流子浓度n+层；膜厚约为1.0μm、电子浓度为2×10¹⁸/cm³、且由掺杂硅的Al_0.3Ga_0.7N构成的n层；整个膜厚约为0.11μm的发光层；膜厚约为1.0μm、空穴浓度为5×10¹⁷/cm³、且以浓度1×10²⁰/cm³掺杂镁的Al_0.3Ga_0.7N构成的p层；和膜厚约为0.2μm、空穴浓度为7×10¹⁷/cm³、且由镁浓度为2×10²⁰/cm³的掺杂了镁的GaN构成的接触层，其中发光峰值波长为380nm。