CN113169255B Iii族氮化物半导体发光元件及其制造方法 （同和电子科技有限公司）

2021.06.11PCT/JP2019/0485372WO2020/122137JA2020.06.18WO2018181044A1,2018.10.04提供兼顾高发光输出和优异可靠性的III族明的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电子阻挡出的光的发光中心波长为250nm以上且330nm以以上且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Al2从所述发光层发出的光的发光中心波长为250nm以上且280nm所述p型AlGaN电子阻挡层的Al组成比为0.40以上且0.8所述p型接触层的膜厚为10nm以上且50nm以下，并且，该p型接触层具有Al组成比为3.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光元型AlGaN接触层与所述p侧反射电极之间具有p型Ga4.根据权利要求1～3中任一项所述的III族氮化物半导体发光元件，其中，所述p型AlGaN接触层的膜厚为10nm以上且25n源自所述发光层的发光中心波长为250nm以上所述p型AlGaN电子阻挡层的Al组成比为0.40以上且0.8所述p型接触层的膜厚为10nm以上且50n所述p型接触层具有Al组成比为0.03以上且0.25以下的p型AlGa3[0001]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[0003]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[0005]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[0011]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4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测：利用FM模式使p型GaN层生长时，如果成为p型GaN层的正下层的AlGaN层(包含In时为述p型AlGaN接触层与前述p侧反射电极之间具有p型Ga型AlGaN接触层的膜厚为10nm以上且255[0033]根据本发明，可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[0035]图2是说明本发明的III族氮化物半导体发光元件的p型接触层的一个方式的放大[0036]图3是说明本发明的III族氮化物半导体发光元件的制造方法的一个实施方式的素的In的相关表述，也视作任选包含相对于作为III族元素的Al与Ga的总和为5％以内的In，包含In而记载的组成式将Al组成比设为x且将In组成比设为y(0≤y≤0.05)而记作中Al组成比相同或基本相等(例如Al组成比小于0.01)但杂质浓度不同的层的边界和膜厚，两者的边界和各层的膜厚通过基于TEM-EDS的测定来获得。并且，两者的杂质浓度可通过6[0046]如图1所示那样，基于本发明的一个实施方式的III族氮化物半导体发光元件100n型半导体层30设置露出面、对该露出面设置n侧电极90等是III族氮化物半导体发光元件含使III族元素的组成比沿着结晶生长方向呈现组成梯度分布的组成梯度分布层、超晶格[0053]发光层40设置在n型半导体层30上，发出发光中心波长为250nm以上且330nm以下[0054]发光层40可以为Al组成比固定的单层结构，还优选由多量子阱(MQW：Multiple元素来制成AlGaInN材料等，更优选设为仅使用Al和Ga作为III族元素的三元系的AlGaN材7以制成根据需要而去除p型AlGaN电子阻挡层60侧的最后的势垒层4电子、将电子注入至发光层40(在MQW结构的情况下为阱层41)内而提高电子注入效率的层等III族元素的四元系的AlGaInN材料等，更优选设为仅使用Al和Ga作为III族元素的三元在其最外表面上的p侧反射电极80与p型AlGaN电子阻挡层60之间的接触电阻的层。本发明替将p型GaN层形成在p型AlGaN电子阻挡层60的正上方，而是形成p型AlGaN接触层71[0063]为了获得本发明效果，只要p型接触层70在p型AlGaN电子阻挡层60的正上方具有上述p型AlGaN接触层71即足以。p型接触层70可以仅由p型AlGaN接触层71构成(参照图1)，8[0066]可以将p侧反射电极80设置在p型接触层70的正上方(最外表面上)。p侧反射电极[0067]以上说明的基于本实施方式的III族氮化物半导体发光元件100可以兼顾高的发[0072]可以在n型半导体层30的露出面上设置的n侧电极90可以制成例如具有含Ti膜和的形状和尺寸来适当选择。n侧电极90不限定于形成在图1所示那样的n型半导体层30的露9间设置与p型AlGaN电子阻挡层60的Al组成比相比Al组成比更高的由AlGaN或AlN构成的p型[0076]进而，虽未在图1中图示，但可以在发光层40与n型半导体层30之间设置n型引导极材料形成p侧反射电极80而使深紫外光反射，从而能够将基板侧或基板水平方向设为主[0079]接着，参照图3来说明上述III族氮化物半导体发光元件100的制造方法的一个实光中心波长为250nm以上且330nm以下，p型AlGaN电子阻挡层60的Al组成比为0.40以上且和p型AlGaN电子阻挡层60。这些各工序中，可利用有机金属气相沉积(MOCVD：MetalOrganicChemicalVaporDeposition)法、分子束外延(MBE：MolecularBeamEpitaxy)族元素气体和TMA气体等III族元素气体的生长气体流量而计算的V族元素相对于III族元p型掺杂物而适当选择作为Mg源的环戊二烯基镁气体(CP2Mg)等，关于n型掺杂物而适当选成p型AlGaN接触层71。关于p型接触层70的膜厚范围和p型AlGaN接触层71的Al组成比的条是与p型AlGaN电子阻挡层60等同样地通过基于MOCVD法等的外延生长进行结晶生长即可。层60和p型接触层70的一部分，并在露出的n型半导体层30上形成n侧电极90。需要说明的的AlN层，制成AlN模板基板。此时，AlN层的生长温度为1300℃、腔室内的生长压力为[0090]接着，将上述AlN模板基板导入至热处理炉中，在减压至10Pa后用氮气吹扫至常型层的Si浓度为1.0×1019atom成由Al0.68Ga0.32N构成且掺杂有Mg的层厚40nm的电子[0094]接着，停止电子阻挡层的生长，将载气切换成氮气，使气体流量变更为p型[0096]将如上操作而制作的实施例1的III族氮化物半导体发光元件的各层的构成示于[0100]除了如表2记载那样地变更实施例1中的p型接触层的膜厚和Al组成比之外，与实各层的膜厚薄至数nm～数十nm的层使用基于透射型电子显微镜的各层的截面观察中的TEM-EDS来测定各层膜厚和Al组成比。需要说明的是，各层的膜厚的测定位置为晶片中央行通电后，确认到晶片内未点亮或者输出与初始发光输出相比成为一半以下的发光元件[0116]由图4A～图4D所示的AFM图像以及实施例1～5和比较例1的表面粗糙度Ra的值可[0120]