[发明专利]氮化铝系半导体深紫外发光元件

说明书

本发明提供一种氮化铝系半导体深紫外发光元件，包括导电性支承基板、空孔率为10％以上50％以下且具有导电性的大孔结构的多孔质金属膜、及包括发光层的氮化铝系半导体层结构体，导电性支承基板与氮化铝系半导体层结构体夹着多孔质金属膜以电连接的方式接合，发光峰值波长为220nm以上300nm以下。由此，能够提供发光效率较高且成品率得到改善的纵型结构的氮化铝系半导体深紫外发光元件。

技术领域

本发明涉及一种氮化铝系半导体深紫外发光元件。

背景技术

发光层由AlGaN构成的氮化铝系半导体为，通过对该发光层的Al组合进行调节，从而主要能够实现近紫外线的区域的发光的化合物半导体。紫外线为波长从10nm到400nm为止的电磁波，特别是，波长从200nm到400nm为止的紫外线被称作近紫外线(NUV)。近紫外线有时也被分类为UVA(315nm以上400nm以下)、UVB(280nm以上且未满315nm)、UVC(未满280nm)。此外，波长300nm以下的紫外线也被称作深紫外线(DUV)。在发光层由AlGaN构成的氮化铝系半导体中，通过该Al组合的增减，从而原理上能够制作发出波长从192nm到365nm的近紫外线的半导体发光元件。另外，至此为止，作为使用了半导体的半导体发光元件，已知有发光二极管(LED)、半导体激光二极管(半导体LD)、超发光二极管(SLD)等。

在利用了氮化铝系半导体的半导体发光元件中，对于该紫外线区域(特别是，波长300nm以下的深紫外线区域)而言，期待替代以往的紫外线灯、紫外光源等或杀菌、树脂固化、医疗等领域中的应用，当前，实施了活跃的研究开发，对于深紫外LED也开始了小规模的批量生产。

然而，在当前所开发的波长300nm以下的深紫外LED中，当发光效率为百分之几程度时，与已经实用化的蓝色LED的效率的百分之几十相比较，显着较低。作为其原因，可列举出以深紫外LED所使用的氮化铝系半导体所特有的物理常数等为起因的主要原因、结晶成长等元件制作技术的主要原因、上述的原因复合而成的主要原因。

作为以物理常数为起因的主要原因，由于氮化铝系半导体的折射率较低，因此，将发光层所产生的紫外光向半导体外部提取的光提取效率显着较低，此外，由于发光波长在紫外区域且为短波长，因此，可列举出易于接受来自元件结构内外的物质的吸收等。作为元件制作技术的主要原因，可列举出氮化铝系半导体以1000℃以上这样的高温形成，为了以成品率良好且较高的再现性形成良好品质的结晶，而需要高级的技术等。此外，作为上述原因复合而成的主要原因，可列举出在Al组合高于25％的AlGaN中，即使高浓度地实施用于p型化的掺杂，受主的活化能也较高，因此，p型化较为困难，除此以外，因AlGaN难以结晶成长而AlGaN的结晶性不完全的理由、或容易受到以意外的O等杂质的混入为起因的残留供体等的影响，而难以获得高浓度的p型载体密度等。

氮化铝系半导体发光元件通常通过在蓝宝石基板等基底基板上使用MOCVD装置等结晶成长装置对许多层的半导体层进行层压来形成。另外，作为基底基板，也存在有使用本体的AlN基板的情况。

作为氮化铝系半导体层的结晶成长用的基底基板，在使用蓝宝石基板的情况下，基于蓝宝石基板与氮化铝系半导体层之间的晶格常数差，在氮化铝系半导体层中导入有许多结晶缺陷、裂纹等，从而形成高品质的半导体层较为困难。因此，公开了一种在于蓝宝石基板上形成由AlN构成的缓冲层之后，依次对n型AlGaN接触层、发光层、p型接触层等进行层压，从而获得高品质的成长层的方法。此外，还公开了一种为了使结晶性高品质化，通过将晶格常数与作为发光层的AlGaN层接近的AlN用作基板，从而获得高品质的成长层的方法。此外，对于提高光提取效率的方法，由各研究机构实施各种各样的研究开发。