[发明专利]III族氮化物半导体发光元件及其制造方法

说明书

提供兼顾高发光输出和优异可靠性的III族氮化物半导体发光元件及其制造方法。基于本发明的III族氮化物半导体发光元件在基板上依次具备n型半导体层、发光层、p型AlGaN电子阻挡层、p型接触层和p侧反射电极，从前述发光层发出的光的发光中心波长为250nm以上且330nm以下，前述p型AlGaN电子阻挡层的Al组成比为0.40以上且0.80以下，前述p型接触层的膜厚为10nm以上且50nm以下，且该p型接触层具有Al组成比为0.03以上且0.25以下的p型AlGaN接触层。

技术领域

本发明涉及III族氮化物半导体发光元件及其制造方法，尤其涉及兼顾高发光输出和优异可靠性的III族氮化物半导体发光元件及其制造方法。

背景技术

由Al、Ga、In等III族元素与N的化合物构成的III族氮化物半导体是具有直接过渡型带结构的宽带隙半导体，其是可期待杀菌、净水、医疗、照明、高密度光记录等广泛应用领域的材料。尤其是，发光层使用了III族氮化物半导体的发光元件通过调整III族元素的含有比率而能够覆盖深紫外光至可见光的区域，正在推进在各种光源中的实用化。

使用III族氮化物半导体得到的深紫外光发光元件的发光效率通常极低，据称其难以实现高输出化。然而，为了实现小型且高输出的深紫外发光元件，除了提高内量子效率之外，还进行了各种用于实现高光取出效率、低电阻特性等的尝试。

发出深紫外光的深紫外发光元件通常如下制作。即，在蓝宝石、AlN单晶等基板上形成缓冲层，依次形成由III族氮化物半导体构成的n型半导体层、发光层、p型半导体层。接着，分别形成与n型半导体层电连接的n侧电极、与p型半导体层电连接的p侧电极。此处，为了获得欧姆接触，至今为止通常在p型半导体层的p侧电极侧形成容易提高空穴浓度的p型GaN接触层。然而，p型GaN接触层因其带隙而会吸收波长为360nm以下的光。

专利文献1公开了在具有较高Al组成比的AlGaInN层上设置有膜厚为0.01μm以上且0.3μm以下的GaN层的III族氮化物半导体元件。专利文献1中，通过将GaN层的生长模式设为接近FM(Frank-van der Merwe)模式的状态(准FM模式)并使其生长，从而在GaN层的结晶刚生长后起使其表面平滑。其结果，即便将在Al组成比高的AlGaInN层上形成的GaN层的膜厚减薄的情况下，也能够使表面平滑。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-232364号公报

发明内容

发明要解决的问题

通过专利文献1的技术，能够减薄p型GaN接触层的膜厚，因此可期待能够抑制由该层导致的光吸收，能够提高III族氮化物半导体元件的光取出效率。

根据本发明人的实验，在将p型GaN接触层的膜厚极度减薄至50nm以下的情况下，能够获得与现有技术相比发光输出高的III族氮化物半导体元件。然而确认到：如此制作的III族氮化物半导体发光元件的一部分样品会出现发光输出突然劣化至与初始发光输出相比减半这一程度的现象。本说明书中，将这种发光输出突然劣化的现象称作“猝灭”。具体而言，将发光面积设为0.057mm²的III族氮化物半导体发光元件的样品以20mA进行通电来测定初始的发光输出，接着，以100mA通电3秒钟后，再次以20mA进行测定时，将确认到与初始发光输出相比输出降低一半以上的样品视作发生了猝灭。此处，对III族氮化物半导体发光元件的发光面积标绘相对于正向电流的发光输出时，上述20mA为保持线性的范围的电流值，上述100mA为发光元件放热而丧失输出的线性的范围的电流值。像这样发光输出突然劣化的元件的可靠性不充分，在制品的品质管理上不能接受可靠性不充分的元件混入至制品中。

因而，本发明的目的在于，提供兼顾高发光输出和优异可靠性的III族氮化物半导体发光元件及其制造方法。