本發(fā)明涉及第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件和其制造方法，特別是涉及具有優(yōu)異的元件壽命的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件和其制造方法。

背景技術(shù)：

以往，包含al、ga、in等與n的化合物的第iii族氮化物半導(dǎo)體用作紫外光發(fā)光元件的材料。其中，包含高al組成的algan的第iii族氮化物半導(dǎo)體用于紫外發(fā)光元件、發(fā)光波長(zhǎng)300nm以下的深紫外光發(fā)光元件(duv-led)。

作為第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件所要求的特性，例如可以舉出高外部量子效率特性、低阻抗特性等。本申請(qǐng)申請(qǐng)人以前在專利文獻(xiàn)1提出了通過在量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層與p型包層之間形成被稱為電子阻擋層的成為電子的能壘的層，從而提高發(fā)光效率。電子阻擋層對(duì)于發(fā)光層的量子阱層成為勢(shì)壘，防止電子過剩地流動(dòng)，從而可以提高載流子的注入效率。

另外，專利文獻(xiàn)2中公開了一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其使用氮化物系化合物半導(dǎo)體，在p型包層與p側(cè)光引導(dǎo)層的邊界側(cè)，設(shè)有比前述p型包層整體相比局部地高濃度摻雜的高濃度摻雜層。根據(jù)專利文獻(xiàn)2，在p型包層的一部分中，設(shè)有比p型包層整體局部地高濃度摻雜的高濃度摻雜層，從而可以提高空穴濃度(孔濃度)而不使p型包層的結(jié)晶性劣化，由此，可以降低串聯(lián)電阻，降低電流密度。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2010-161311號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2000-151023號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

根據(jù)專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)，可以改善第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的外部量子效率特性、阻抗特性。然而，除外部量子效率特性和阻抗特性的改善以外，還尋求第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的元件壽命特性的改善，在壽命的方面尚有改善的余地。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供：具有比以往優(yōu)異的元件壽命的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件和其制造方法。

用于解決問題的方案

本發(fā)明人等對(duì)于解決上述課題的方法進(jìn)行了深入研究，著眼于第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的、比發(fā)光層更位于p型半導(dǎo)體層側(cè)的電子阻擋層的摻雜劑。此處，作為第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的p型半導(dǎo)體層側(cè)中摻雜的p型的摻雜劑，一般使用mg。本發(fā)明人等認(rèn)為，p型半導(dǎo)體層側(cè)中摻雜的mg向發(fā)光層的擴(kuò)散可能對(duì)第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的壽命特性造成影響。因此發(fā)現(xiàn)：通過在活性層與p型半導(dǎo)體層之間的電子阻擋層中設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?，從而可以改善第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的壽命，至此完成了本發(fā)明。

即，本發(fā)明的主旨構(gòu)成如以下所述。

(1)一種第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其依次具有n型半導(dǎo)體層、至少包含al的發(fā)光層、電子阻擋層和p型半導(dǎo)體層，其特征在于，前述發(fā)光層具備基于阱層與勢(shì)壘層的層疊的量子阱結(jié)構(gòu)，前述電子阻擋層與前述發(fā)光層相鄰，且由al組成大于前述勢(shì)壘層和前述p型半導(dǎo)體層的層形成，前述電子阻擋層包含含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)印?/p>

(2)根據(jù)前述(1)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述電子阻擋層在比前述含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)痈拷笆鰌型半導(dǎo)體層側(cè)還包含p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)印?/p>

(3)根據(jù)前述(1)或(2)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述電子阻擋層還包含未摻雜區(qū)域?qū)印?/p>

(4)根據(jù)前述(3)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述未摻雜區(qū)域?qū)游挥谇笆龊瑂i雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)优c前述p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)又g。

(5)根據(jù)前述(1)～(4)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)优c前述發(fā)光層相鄰。

(6)根據(jù)前述(1)～(5)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述p型半導(dǎo)體層具有由alxga1-xn(0≤x≤0.1)形成的p型接觸層。

(7)根據(jù)前述(6)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述p型半導(dǎo)體層的al組成小于前述電子阻擋層，在前述電子阻擋層與前述p型接觸層之間還具有al組成大于前述p型接觸層的p型包層。

(8)根據(jù)前述(7)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述p型包層為alyga1-yn(0.20≤y)。

(9)根據(jù)前述(1)～(8)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)又兴膕i的雜質(zhì)濃度為5×10¹⁶atoms/cm³～1×10¹⁸atoms/cm³。

(10)根據(jù)前述(1)～(9)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述勢(shì)壘層為albga1-bn(0.4≤b≤0.95)，前述電子阻擋層為alzga1-zn(b<z≤1)。

(11)根據(jù)前述(1)～(10)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域的摻雜劑僅為si。

(12)根據(jù)前述(1)～(10)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域的摻雜劑為si和mg。

(13)根據(jù)前述(1)～(12)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，從前述發(fā)光層放射的光是中心波長(zhǎng)為300nm以下的深紫外光。

(14)一種第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其包括如下工序：n型半導(dǎo)體層形成工序，形成n型半導(dǎo)體層；發(fā)光層形成工序，在前述n型半導(dǎo)體層上形成至少包含al、且基于阱層和勢(shì)壘層的層疊的量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層；電子阻擋層形成工序，在前述發(fā)光層上形成al組成大于前述勢(shì)壘層的電子阻擋層；和，p型半導(dǎo)體層形成工序，在前述電子阻擋層上形成p型半導(dǎo)體層，其特征在于，前述電子阻擋層形成工序中，形成摻雜有含si雜質(zhì)的含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)印?/p>

(15)一種第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其依次具有n型半導(dǎo)體層、至少包含al的發(fā)光層、電子阻擋層和p型半導(dǎo)體層，其特征在于，前述發(fā)光層具備基于阱層與勢(shì)壘層的層疊的量子阱結(jié)構(gòu)，前述電子阻擋層與前述發(fā)光層相鄰，且由al組成大于前述勢(shì)壘層和前述p型半導(dǎo)體層的層形成，前述電子阻擋層包含含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)樱笆鲭娮幼钃鯇釉诒惹笆龊瑂i雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)痈拷笆霭l(fā)光層側(cè)還包含p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)印?/p>

(16)根據(jù)前述(15)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)优c前述p型半導(dǎo)體層相鄰。

(17)根據(jù)前述(15)或(16)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述勢(shì)壘層為albga1-bn(0.4≤b≤0.95)，前述電子阻擋層為alzga1-zn(b<z≤1)。

(18)根據(jù)前述(15)～(17)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)拥膿诫s劑為mg。

(19)根據(jù)前述(15)～(18)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)拥膿诫s劑為si和mg。

(20)根據(jù)前述(15)～(19)中任一項(xiàng)所述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，從前述發(fā)光層放射的光是中心波長(zhǎng)為300nm以下的深紫外光。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，電子阻擋層中設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?，因此，可以提供具有比以往?yōu)異的元件壽命的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件和其制造方法。

附圖說明

圖1為用于說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意剖視圖。

圖2的(a)～(d)為示出本發(fā)明的適合的實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的發(fā)光層、電子阻擋層和p型半導(dǎo)體層的示意剖視圖。

圖3為用于說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意剖視圖。

圖4為用于說明本發(fā)明的適合的實(shí)施方式的第iii族半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。需要說明的是，同一的構(gòu)成要素中作為原則附以同一的參照編號(hào)，省略說明。另外，各圖中，為方便說明，將基板和各層的橫縱比率比實(shí)際的比率夸張后示出。

(第1實(shí)施方式：第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100)

如圖1所示那樣，本發(fā)明的一實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100依次具有n型半導(dǎo)體層30、至少包含al的發(fā)光層40、電子阻擋層50和p型半導(dǎo)體層60。而且，其特征在于，發(fā)光層40具備基于阱層41與勢(shì)壘層42的層疊的量子阱結(jié)構(gòu)，電子阻擋層50與發(fā)光層40相鄰，且由al組成大于勢(shì)壘層42和p型半導(dǎo)體層60的層形成，電子阻擋層50包含含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a。

另外，如圖1所示那樣，可以將第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100的n型半導(dǎo)體層30設(shè)置在基板10的表面上設(shè)有aln層20的aln模板基板上。另外，第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100中，可以設(shè)置：通過蝕刻等去除發(fā)光層40、電子阻擋層50和p型半導(dǎo)體層60的一部分而露出的n型半導(dǎo)體層30上形成的n型電極70、和p型接觸層62上形成的p型電極80。本發(fā)明的一實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100中，n型半導(dǎo)體層30、發(fā)光層40、電子阻擋層50和p型半導(dǎo)體層60是成為特征的構(gòu)成，其中，電子阻擋層50特別是成為特征的構(gòu)成。藍(lán)寶石基板10、aln層20、n型電極70和p型電極80可以設(shè)為一般的構(gòu)成，具體的構(gòu)成沒有任何限定。需要說明的是，第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100中的各半導(dǎo)體層例如由algan材料形成，另外，相對(duì)于作為iii族元素的al和ga，可以包含5％以內(nèi)的量的in。對(duì)于后述的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200也是同樣的。以下，首先對(duì)成為本發(fā)明的特征的構(gòu)成、即、n型半導(dǎo)體層30、發(fā)光層40、電子阻擋層50和p型半導(dǎo)體層60進(jìn)行說明。

n型半導(dǎo)體層30為至少包含al的第iii族氮化物半導(dǎo)體層，可以使用一般的n型半導(dǎo)體層。如前述那樣，n型半導(dǎo)體層30例如由algan材料形成，另外，相對(duì)于作為iii族元素的al和ga，可以包含5％以內(nèi)的量的in。n型半導(dǎo)體層30中摻雜有n型的摻雜劑(雜質(zhì))，作為n型摻雜劑，可以舉出si、ge、sn、s、o、ti、zr等。摻雜劑濃度只要為能夠作為n型發(fā)揮功能的摻雜劑濃度就沒有特別限定，例如可以設(shè)為1.0×10¹⁸atoms/cm³～1.0×10²⁰atoms/cm³。另外，n型半導(dǎo)體層30的al含有率沒有特別限制，可以設(shè)為一般的范圍。也可以由單層或多層構(gòu)成n型半導(dǎo)體層30。

發(fā)光層40設(shè)置于n型半導(dǎo)體層30上。該發(fā)光層40至少包含al，例如可以由alaga1-an材料(0<a≤1)形成。此處，適當(dāng)設(shè)定al的組成，以使其發(fā)出期望波長(zhǎng)的光，al組成a為0.35以上(即，0.35≤a≤1)時(shí)，從發(fā)光層40放射的光的中心波長(zhǎng)成為300nm以下，最終制作的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100成為duv-led。

該發(fā)光層40可以由重復(fù)形成有包含al組成不同的algan的阱層41和勢(shì)壘層42的多重量子阱(mqw：multiplequantumwell)構(gòu)成。阱層41的al組成例如為0.3～0.8。勢(shì)壘層42的al組成b大于阱層41的al組成，例如為0.40～0.95。另外，阱層41和勢(shì)壘層42的重復(fù)次數(shù)例如為1～10次。優(yōu)選使發(fā)光層40的、n型半導(dǎo)體層30側(cè)和電子阻擋層50側(cè)(即最初和最后)為勢(shì)壘層，使阱層41和勢(shì)壘層42的重復(fù)次數(shù)為n時(shí)，此時(shí)表示為“n.5組的阱層和勢(shì)壘層”。進(jìn)而，阱層41的厚度可以設(shè)為0.5nm～5nm、勢(shì)壘層42的厚度可以設(shè)為3nm～30nm。

電子阻擋層50與發(fā)光層40相鄰地設(shè)置，由al組成大于勢(shì)壘層42的al組成b和p型半導(dǎo)體層60的層形成。電子阻擋層50一般設(shè)置于發(fā)光層與p型包層之間，從而以電子壩堤，將電子注入至發(fā)光層40(mqw的情況下為阱層41)內(nèi)，作為用于提高電子的注入效率的層使用。特別是，發(fā)光層40的al組成高的情況下，p型半導(dǎo)體層60的孔濃度低，因此，不易將孔注入至發(fā)光層40，一部分電子向p型半導(dǎo)體層60側(cè)流動(dòng)，但通過設(shè)置電子阻擋層50，可以防止這樣的電子的流動(dòng)。需要說明的是，本發(fā)明中，“電子阻擋層”的al組成z大于構(gòu)成發(fā)光層40的勢(shì)壘層42的al組成b，是指帶隙大的層。與此相對(duì)，是指，“包層”的al組成比電子阻擋層的al組成小超過0.1，比p型接觸層大超過0.1。如后述，但p型半導(dǎo)體層60可以具有p型包層61也可以不具有p型包層61，均可。一實(shí)施方式中，在第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100中設(shè)置p型包層61時(shí)，對(duì)于p型包層61的al組成y，如果使用電子阻擋層50的al組成z和p型接觸層62的al組成x，則為x+0.1<y<z-0.1。需要說明的是，中心波長(zhǎng)為300nm以下處使用的p型的algan的al組成越大，電流越不易流動(dòng)，因此，以往作為包層使用的al組成大多為勢(shì)壘層的al組成以下。因此，本發(fā)明中的電子阻擋層與現(xiàn)有技術(shù)中的包層以勢(shì)壘層的al組成為基準(zhǔn)來區(qū)分。

電子阻擋層50例如可以由alzga1-zn材料(b<z≤1)形成。還取決于勢(shì)壘層42的al組成，例如該電子阻擋層50的al組成優(yōu)選設(shè)為0.5以上且1.0以下(即，b<z≤1且0.5≤z)。由此，可以提高電子對(duì)阱層41的注入效率。另外，電子阻擋層50整體的厚度例如優(yōu)選為6nm～60nm。這是由于，電子阻擋層51的厚度無論比6nm薄還是超過60nm，均可見輸出的大幅的減少。需要說明的是，電子阻擋層50的厚度優(yōu)選比勢(shì)壘層42的厚度還厚。對(duì)于在電子阻擋層中設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的技術(shù)意義，如后述。需要說明的是，在電子阻擋層的一部分或全部中，在si的基礎(chǔ)上還可以摻雜p型摻雜劑，此時(shí)，作為p型摻雜劑，可以舉出mg、zn、ca、be、mn等。p型半導(dǎo)體層60整體的平均摻雜劑濃度只要為能夠作為p型發(fā)揮功能的摻雜劑濃度就沒有特別限定，例如可以設(shè)為1.0×10¹⁸atoms/cm³～5.0×10²¹atoms/cm³。

本實(shí)施方式中，p型半導(dǎo)體層60至少具有p型接觸層62。該p型接觸層62可以設(shè)為al組成x為0≤x≤0.1的、p型的alxga1-xn材料。p型接觸層62是用于降低形成于其上的p型電極80與電子阻擋層50之間的接觸阻抗的層，可以充分降低與形成于p型接觸層62上的p型電極80的接觸阻抗。特別優(yōu)選設(shè)為x＝0(即，gan)。作為用于使該p型接觸層62為p型的摻雜劑，可以使用鎂(mg)、鋅(zn)?？梢詫型接觸層62的厚度設(shè)為5nm以上且200nm以下。未作圖示，但p型接觸層62可以形成改變了al組成、摻雜劑種、摻雜劑濃度、形成時(shí)的載氣種類等任意1個(gè)或多個(gè)要素的、多層結(jié)構(gòu)。

此處，在電子阻擋層50中設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a是本發(fā)明中的重心。需要說明的是，可以使電子阻擋層50整體為含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a(圖1)。實(shí)施例中后述，由本發(fā)明人等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a，可以改善第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100的元件壽命。

能夠提高元件壽命的理由在理論上尚不清楚，但本發(fā)明人等如以下考慮其理由。即認(rèn)為，p型半導(dǎo)體層中摻雜的mg容易向發(fā)光層擴(kuò)散，源自mg的缺陷在發(fā)光層中產(chǎn)生，因此，其成為原因，元件壽命降低。另一方面認(rèn)為，通常作為n型摻雜劑使用的si不易向發(fā)光層擴(kuò)散，而且可以抑制mg的擴(kuò)散。因此，本發(fā)明人等認(rèn)為：通過在發(fā)光層與p型半導(dǎo)體層之間的電子阻擋層中摻雜si，可能停止源自mg的缺陷。需要說明的是，使用mg的例子作為代表性的p型摻雜劑進(jìn)行說明，但即使使用其他p型雜質(zhì)形成p型半導(dǎo)體層60，通過設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a，也產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象。如此推測(cè)，通過在電子阻擋層50中設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a，可以提高元件壽命。

本實(shí)施方式中，含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的摻雜劑只要為含有si的雜質(zhì)即可，可以僅設(shè)為si，也可以設(shè)為si和mg。含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的摻雜劑僅為si時(shí)，可以使si的雜質(zhì)濃度為5×10¹⁶atoms/cm³～1×10¹⁸atoms/cm³，優(yōu)選設(shè)為5×10¹⁶atoms/cm³～1×10¹⁷atoms/cm³，更優(yōu)選設(shè)為5×10¹⁶atoms/cm³～6×10¹⁶atoms/cm³。

另一方面，通過摻雜mg，提高孔注入效率，維持發(fā)光輸出，而且降低正向電壓，且通過摻雜si，抑制mg向發(fā)光層的擴(kuò)散，可以抑制壽命的惡化。因此，含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域的摻雜劑優(yōu)選也設(shè)為si和mg。此時(shí)，si的雜質(zhì)濃度的適合范圍與僅摻雜si的情況同樣，對(duì)于mg的雜質(zhì)濃度，可以設(shè)為1×10¹⁸atoms/cm³～1×10²⁰atoms/cm³。另外，可以將兩者的雜質(zhì)濃度的總計(jì)設(shè)為2×10¹⁸atoms/cm³～1×10²⁰atoms/cm³。

如以上，本實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100由于在電子阻擋層50中設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a，因此可以實(shí)現(xiàn)具有比以往優(yōu)異的元件壽命的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。

此處，如圖2的(a)所示那樣，本實(shí)施方式中，電子阻擋層50優(yōu)選的是，在比含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a更靠近p型半導(dǎo)體層60側(cè)還包含p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c。需要說明的是，p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c位于含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a與p型半導(dǎo)體層60之間。通過設(shè)置p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c，p型雜質(zhì)被摻雜而提高孔注入效率，因此，可以降低正向電壓。需要說明的是，p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c的摻雜劑沒有特別限定，優(yōu)選設(shè)為mg。另外，設(shè)置p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c時(shí)，可以將其厚度設(shè)為超過0nm且60nm以下，優(yōu)選設(shè)為10nm以上且60nm以下，更優(yōu)選設(shè)為20nm以上且60nm以下。

另外，電子阻擋層50優(yōu)選的是，還包含未摻雜區(qū)域?qū)?0b，如圖2的(b)所示那樣，未摻雜區(qū)域?qū)?0b更優(yōu)選位于含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a與p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c之間。較薄地設(shè)置si雜質(zhì)摻雜層時(shí)，p型雜質(zhì)向發(fā)光層的擴(kuò)散距離變短，壽命的改善率變小，但可以抑制發(fā)光輸出的降低。因此，通過在含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a與p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c之間插入未摻雜區(qū)域?qū)?0b，可以使si摻雜層的厚度適當(dāng)，且保持p型雜質(zhì)向發(fā)光層的距離，抑制源自對(duì)電子阻擋層的si摻雜的發(fā)光輸出的降低和正向電壓的上升，且改善元件壽命。

另外，可以在電子阻擋層50中設(shè)置多個(gè)未摻雜區(qū)域?qū)?，例如如圖2的(c)所示那樣，電子阻擋層50可以依次包含：第1未摻雜層50b1、含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a、第2未摻雜層50b2、p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c。另一方面，如圖2的(a)、(b)所示，含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)舆€優(yōu)選與發(fā)光層40相鄰。通過設(shè)為上述位置關(guān)系，前述p型雜質(zhì)擴(kuò)散的抑制效果變得更確實(shí)。

需要說明的是，未摻雜區(qū)域?qū)拥摹拔磽诫s”是指，為不意圖添加mg、si等特定的雜質(zhì)的層，可以混入不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明中，將不以電氣的方式作為p型或n型發(fā)揮功能、且載流子密度小的層(例如低于4×10¹⁶/cm³)作為未摻雜區(qū)域?qū)印Ｎ磽诫s區(qū)域?qū)?0b的厚度可以設(shè)為1nm～60nm，優(yōu)選設(shè)為5nm～50nm。電子阻擋層50具有含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?、未摻雜區(qū)域?qū)雍蚿型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)訒r(shí)，除使電子阻擋層50整體的厚度為60nm以下之外，特別優(yōu)選的是，使含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的厚度為1～20nm(優(yōu)選5～10nm)、p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c的厚度為1～20nm(優(yōu)選5～10nm)、剩余為未摻雜區(qū)域?qū)?0b。

需要說明的是，本實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100中，p型包層是任意的，也可以不設(shè)置。即，如圖2的(a)、(b)所示那樣，可以僅由p型接觸層62構(gòu)成p型半導(dǎo)體層60。另一方面，如圖2的(d)所示那樣，p型半導(dǎo)體層60可以在電子阻擋層50與p型接觸層62之間還具有p型包層61，所述p型包層61的al組成小于電子阻擋層50、且al組成小于勢(shì)壘層42。此時(shí)，通過將電子阻擋層50與p型接觸層62的帶隙差分割，可以提高孔注入效率，因此，通過設(shè)置p型包層61，可以改善第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100的發(fā)光輸出和正向電壓。需要說明的是，設(shè)置p型包層61時(shí)，其厚度可以設(shè)為2nm～300nm。此時(shí)，可以使p型包層61為alyga1-yn(0.20≤y<b)，也可以使p型包層61al組成y為0.35≤y<b。需要說明的是，未作圖示，但p型包層61也可以形成改變了al組成的多層結(jié)構(gòu)。此時(shí)，使發(fā)光層側(cè)的p型包層為第1p型包層、p型接觸層側(cè)的p型包層為第2p型包層時(shí)，優(yōu)選的是，使第1p型包層的al組成大于第2p型包層的al組成。

以下，對(duì)于圖1中示出的基板10、aln層20、n型電極70和p型電極80，列示例地說明它們的具體的方案，但可以進(jìn)行各種變形。如上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式中，圖1中示出的藍(lán)寶石基板10、aln層20、n型電極70和p型電極80不受本發(fā)明的任何限定。

作為第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100的基板10，可以使用藍(lán)寶石基板。也可以使用設(shè)有在藍(lán)寶石基板的表面外延生長(zhǎng)的aln層20而成的aln模板基板。作為藍(lán)寶石基板，可以使用任意的藍(lán)寶石基板，偏離角的有無是任意的，設(shè)置偏離角時(shí)的傾斜方向的晶軸取向可以為m軸方向或a軸方向，均可。例如，可以使藍(lán)寶石基板的主面設(shè)為以c面為0.5度的偏離角θ傾斜的面。使用aln模板基板時(shí)，優(yōu)選藍(lán)寶石基板表面的aln層的結(jié)晶性優(yōu)異。另外，還優(yōu)選在aln模板基板的表面上設(shè)置未摻雜的algan層。

n型電極70例如可以設(shè)置具有含ti膜和該含ti膜上形成的含al膜的金屬復(fù)合膜，其厚度、形狀和尺寸可以根據(jù)發(fā)光元件的形狀和尺寸而適當(dāng)選擇。另外，對(duì)于p型電極80，例如也可以設(shè)為具有含ni膜和該ni含有膜上形成的含au膜的金屬復(fù)合膜，其厚度、形狀和尺寸可以根據(jù)發(fā)光元件的形狀和尺寸而適當(dāng)選擇。

(第2實(shí)施方式：第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200)

根據(jù)前述第1實(shí)施方式，可以改善第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100的元件壽命。本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)：利用第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100可以得到元件壽命的提高效果，但是與不設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的情況相比，發(fā)行輸出有時(shí)稍降低。為了設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a、且實(shí)現(xiàn)元件壽命的改善和輸出改善的兼顧，本發(fā)明人等進(jìn)一步進(jìn)行了深入研究，以下完成了說明詳細(xì)情況的第2實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200。

即，本發(fā)明的第2實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200如圖3所示那樣，依次具有n型半導(dǎo)體層30、至少包含al的發(fā)光層40、電子阻擋層50和p型半導(dǎo)體層60。而且，其特征在于，發(fā)光層40具備基于阱層41與勢(shì)壘層42的層疊的量子阱結(jié)構(gòu)，電子阻擋層50與發(fā)光層40相鄰，且由al組成大于勢(shì)壘層42和p型半導(dǎo)體層60的層形成，電子阻擋層50包含含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a，電子阻擋層50在比含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a更靠近發(fā)光層40側(cè)還包含p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d。對(duì)于與第1實(shí)施方式重復(fù)的構(gòu)成，標(biāo)注同一符號(hào)，省略重復(fù)說明。

第1實(shí)施方式與第2實(shí)施方式中，在如下方面不同：電子阻擋層50在比含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a更靠近發(fā)光層40側(cè)還包含p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d。根據(jù)本發(fā)明人等的研究，實(shí)驗(yàn)上表明：將p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d設(shè)于該位置時(shí)，可以兼顧元件壽命的改善和輸出改善。本發(fā)明人等由后述的實(shí)驗(yàn)例2的結(jié)果如以下那樣考慮獲得這樣的效果的理由。即，含si雜質(zhì)摻雜層50a位于發(fā)光層40側(cè)時(shí)，在向發(fā)光層40的si注入前空穴再結(jié)合，而si注入被妨礙，可能成為輸出降低的因素。此處，p型雜質(zhì)濃度(實(shí)驗(yàn)例2中為mg)與電子阻擋層50相比，p型接觸層62高，mg擴(kuò)散的影響大。因此，即使在比p型接觸層62更近的一側(cè)設(shè)置電子阻擋層50的含si雜質(zhì)摻雜層50a也可以抑制mg(即p型雜質(zhì))的充分?jǐn)U散，在元件壽命的改善的方面有效。

本實(shí)施方式中，電子阻擋層50可以僅由p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d和含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a構(gòu)成。需要說明的是，電子阻擋層50與第1實(shí)施方式同樣地，在p型半導(dǎo)體層60側(cè)還可以進(jìn)一步包含未摻雜區(qū)域?qū)?0b或p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c。但是，未摻雜區(qū)域?qū)?0b的插入在發(fā)光輸出的觀點(diǎn)上可能成為輸出降低的因素，因此，優(yōu)選不設(shè)置未摻雜區(qū)域?qū)?0b。

另外，本實(shí)施方式中，p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d的厚度沒有特別限制，優(yōu)選設(shè)為10nm以上且100nm以下、更優(yōu)選設(shè)為15nm以上且80nm以下。另一方面，含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的厚度也沒有特別限制，優(yōu)選設(shè)為1nm以上且40nm以下、更優(yōu)選設(shè)為1nm以上且30nm以下。此時(shí)，可以使p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d的厚度大于含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的厚度。另外，p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d和含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)拥目偤穸葲]有特別限制，可以設(shè)為12nm以上且100nm以下。

另外，p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d的摻雜劑優(yōu)選為mg。此時(shí)，對(duì)于mg的雜質(zhì)濃度，可以設(shè)為1×10¹⁸atoms/cm³～1×10²⁰atoms/cm³。另外，也可以使兩者雜質(zhì)濃度的總計(jì)為2×10¹⁸atoms/cm³～1×10²⁰atoms/cm³。但是，如第1實(shí)施方式中所述，對(duì)于p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d的摻雜劑，也可以使用除mg以外的p型的摻雜劑。

另外，含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的摻雜劑優(yōu)選為si和mg。此時(shí)，可以使si的雜質(zhì)濃度為5×10¹⁶atoms/cm³～5×10¹⁹atoms/cm³，更優(yōu)選1×10¹⁸atoms/cm³～2×10¹⁹atoms/cm³以下。si的雜質(zhì)濃度變得過高時(shí)，輸出有時(shí)降低。需要說明的是，本實(shí)施方式中，由于使含有si的位置遠(yuǎn)離發(fā)光層，因此，與前述第1實(shí)施方式相比，可以進(jìn)一步提高si濃度。通過使含有si的位置遠(yuǎn)離發(fā)光層、且使更高濃度的si與mg混在，從而提高基于si的mg的擴(kuò)散抑制效果，可以兼顧元件壽命的改善和輸出改善，為優(yōu)選。

而且，含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的摻雜劑為si和mg時(shí)，可以使mg的雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸atoms/cm³～1×10²⁰atoms/cm³，更優(yōu)選為5×10¹⁸atoms/cm³～5×10¹⁹atoms/cm³。另外，可以使si和mg這兩者的總計(jì)雜質(zhì)濃度為2×10¹⁸atoms/cm³～2×10²⁰atoms/cm³，更優(yōu)選為5×10¹⁸atoms/cm³～5×10¹⁹atoms/cm³。但是，如第1實(shí)施方式中所述，可以使含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的摻雜劑僅為si。僅設(shè)為si時(shí)，也可以使si的雜質(zhì)濃度為5×10¹⁶atoms/cm³～5×10¹⁹atoms/cm³，更優(yōu)選為2×10¹⁹atoms/cm³以下。

需要說明的是，與第1實(shí)施方式同樣地，前述勢(shì)壘層為albga1-bn(0.4≤b≤0.95)，前述電子阻擋層可以設(shè)為alzga1-zn(b<z≤1)。另外，可以使從發(fā)光層放射的光為中心波長(zhǎng)為300nm以下的深紫外光，這與第1實(shí)施方式也是同樣的。

另外，與第1實(shí)施方式同樣地，本實(shí)施方式中p型包層也是任意的，也可以不設(shè)置。即，可以僅由p型接觸層構(gòu)成p型半導(dǎo)體層60。

(第3實(shí)施方式：第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法)

本發(fā)明的第3實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100的制造方法包括如下工序：n型半導(dǎo)體層形成工序，形成n型半導(dǎo)體層30(圖4的(e))；發(fā)光層形成工序，在n型半導(dǎo)體層30上形成至少包含al、且基于阱層41和勢(shì)壘層42的層疊的量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層40(圖4的(f))；電子阻擋層形成工序，在發(fā)光層40上形成al組成大于勢(shì)壘層42的電子阻擋層50(圖4的(g))；和，p型半導(dǎo)體層形成工序，在電子阻擋層50上形成p型半導(dǎo)體層60(圖4的(h))。本實(shí)施方式的特別的特征在于，電子阻擋層形成工序中，形成摻雜有含si雜質(zhì)的含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a。以下，使用示出第2實(shí)施方式的適合的實(shí)施方式的流程圖的圖4對(duì)各工序依次進(jìn)行說明，對(duì)于與前述第1實(shí)施方式或第2實(shí)施方式重復(fù)的說明省略。

首先，作為基板10，準(zhǔn)備藍(lán)寶石基板。優(yōu)選形成在基板10的表面10a形成有aln層的aln模板基板，也可以使用市售的aln模板基板(圖4的(a)～圖4的(b))。需要說明的是，aln層20例如可以通過金屬有機(jī)氣相沉積(mocvd：metalorganicchemicalvapordeposition)法、分子束外延(mbe：molecularbeamepitaxy)法、濺射法等公知的薄膜生長(zhǎng)方法來形成。

作為aln層20的al源，可以使用三甲基鋁(tma)。另外，作為n源，可以使用氨氣(nh3)。通過使用氫氣作為載氣，能將這些原料氣體形成aln層20。

需要說明的是，作為aln層20的生長(zhǎng)溫度優(yōu)選1270℃以上且1350℃以下、更優(yōu)選1290℃以上且1330℃以下。為該溫度范圍時(shí)，接著進(jìn)行熱處理工序時(shí)能使aln層20的結(jié)晶性提高。另外，針對(duì)腔室內(nèi)的生長(zhǎng)壓力，例如可以設(shè)為5托～20托。更優(yōu)選為8托～15托。

另外，針對(duì)以nh3氣體等第v族元素氣體與tma氣體等第iii族元素氣體的生長(zhǎng)氣體流量為根據(jù)計(jì)算出的第v族元素相對(duì)于第iii族元素的摩爾比(以下，記為v/iii比)，例如可以設(shè)為130以上且190以下。更優(yōu)選為140以上且180以下。需要說明的是，根據(jù)生長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)壓力存在最適合的v/iii比，因此優(yōu)選適宜設(shè)定生長(zhǎng)氣體流量。

接著，對(duì)如上所述而得到的藍(lán)寶石基板10上的aln層20優(yōu)選以比該aln層20的生長(zhǎng)溫度更高溫地實(shí)施熱處理。該熱處理工序可以使用公知的熱處理爐進(jìn)行。通過進(jìn)行所述熱處理，將aln層20的(10-12)面的x射線搖擺曲線的半值寬度設(shè)為400秒以下、能夠?qū)崿F(xiàn)高結(jié)晶性(圖4的(c))。

之后，如圖4的(d)中示例那樣，還優(yōu)選在aln層20上形成未摻雜的algan層20’。作為al源，使用tma，作為ga源，使用三甲基鎵(tmg)，作為n源，使用nh3氣體，由此可以形成由algan材料形成的層，對(duì)于以下中說明的n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、電子阻擋層和p型半導(dǎo)體層的形成也是同樣的。只要使用氫氣或者氮?dú)饣騼烧叩幕旌蠚怏w作為載氣，將這些原料氣體供給至腔室內(nèi)即可，一般使用氫氣。另外，對(duì)于以nh3氣體等v族元素氣體和tma氣體等iii族元素氣體的生長(zhǎng)氣體流量為基礎(chǔ)計(jì)算的v族元素相對(duì)于iii族元素的摩爾比(以下，記載為v/iii比)，例如可以設(shè)為100以上且100000以下。更優(yōu)選為300以上且30000以下。根據(jù)生長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)壓力存在最佳的v/iii比，因此，優(yōu)選適當(dāng)設(shè)定生長(zhǎng)氣體流量，這與形成aln層20的情況是同樣的。

接著，進(jìn)行形成n型半導(dǎo)體層30的n型半導(dǎo)體層形成工序(圖4的(e))。n型半導(dǎo)體層30可以形成在aln層20上，優(yōu)選形成在未摻雜的algan層20’上。對(duì)于n型摻雜劑，如上所述。

接著，如圖4的(f)所示那樣，進(jìn)行形成發(fā)光層40的發(fā)光層形成工序。使發(fā)光層40為mqw結(jié)構(gòu)時(shí)，通過適當(dāng)變更al源的流量與ga源的流量之比，可以形成具有mqw結(jié)構(gòu)的發(fā)光層40。由alaga1-an材料(0<a≤1)形成發(fā)光層40時(shí)，作為alaga1-an材料的生長(zhǎng)溫度優(yōu)選1000℃以上且1400℃以下、更優(yōu)選1050℃以上且1350℃以下。

接著，如圖4的(g)所示那樣，進(jìn)行在發(fā)光層40上形成電子阻擋層50的電子阻擋層形成工序。如上述那樣，電子阻擋層50包含：摻雜有含si雜質(zhì)的含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a。另外，如前述那樣，電子阻擋層50優(yōu)選形成為還包含p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c的2層結(jié)構(gòu)，還優(yōu)選在含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a與p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c之間還具有未摻雜區(qū)域?qū)?0b的3層結(jié)構(gòu)。

作為用于形成含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a的摻雜劑，可以設(shè)為si單獨(dú)或si和mg。作為si源，可以使用單硅烷(sih4)等，作為mg源，可以使用環(huán)戊二烯基鎂(cp2mg)。將si和mg混合而進(jìn)行摻雜時(shí)，只要將兩者的混合氣體供給至腔室即可。

另外，作為用于形成p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c的摻雜劑，可以使用mg、zn。mg源可以使用cp2mg，作為zn源，可以使用zncl2。

由alzga1-zn材料(b<z≤1)形成電子阻擋層50時(shí)，電子阻擋層50的形成中，作為載氣，可以使用以氫為主成分的氣體。原料氣體如上所述，為tma、tmg和nh3氣體，進(jìn)而，使用與含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a、未摻雜區(qū)域?qū)?0b和p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c相應(yīng)的雜質(zhì)氣體。

需要說明的是，作為電子阻擋層50的生長(zhǎng)溫度，優(yōu)選1000℃以上且1400℃以下、更優(yōu)選1050℃以上且1350℃以下。另外，對(duì)于腔室內(nèi)的生長(zhǎng)壓力，例如可以設(shè)為10托～760托。更優(yōu)選為20托～380托。

接著，如圖4的(h)所示那樣，在電子阻擋層50上形成p型半導(dǎo)體層60。p型半導(dǎo)體層60具有p型接觸層62，該p型接觸層62由p型的alxga1-xn材料(0≤x≤0.1)形成。作為用于使p型接觸層62為p型的摻雜劑，與p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0c的情況同樣地，可以使用mg、鋅zn。mg源和zn源也是同樣的。

作為具有p型接觸層62的p型半導(dǎo)體層60的生長(zhǎng)溫度，優(yōu)選800℃以上且1400℃以下、更優(yōu)選900℃以上且1300℃以下。另外，對(duì)于腔室內(nèi)的生長(zhǎng)壓力，例如可以設(shè)為10托～760托。更優(yōu)選為20托～600托。作為載氣，如上所述，可以使用氫氣或者氮?dú)饣騼烧叩幕旌蠚怏w。未作圖示，使p型接觸層62為多層時(shí)，也可以將電子阻擋層側(cè)的載氣設(shè)為氫氣、相對(duì)側(cè)設(shè)為氮?dú)?，也可以設(shè)為其相反。也可以設(shè)置p型包層，如上所述。

最后，如圖4的(i)所示那樣，分別地，在通過蝕刻等去除發(fā)光層40、電子阻擋層50和p型半導(dǎo)體層60的一部分而露出的n型半導(dǎo)體層30上形成n型電極70，在p型接觸層62上形成p型電極80。如此，可以制作本發(fā)明的適合的實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100。

另外，未作圖示，為了制造第2實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200，使用圖4的(g)說明的在發(fā)光層40上形成電子阻擋層50的電子阻擋層形成工序中，可以在發(fā)光層40上形成p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0d，接著，形成含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?0a。而且，對(duì)于其他工序，只要與第1實(shí)施方式的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100同樣地進(jìn)行，就可以制造第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200。

實(shí)施例

[實(shí)驗(yàn)例1]

(發(fā)明例1)

以下，使用實(shí)施例將本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地說明，本發(fā)明不受以下的實(shí)施例任何限定。按照?qǐng)D4所示的流程圖，制作第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。首先，準(zhǔn)備藍(lán)寶石基板(直徑2英寸、厚度：430μm、面取向：(0001)、m軸方向偏離角θ：0.5度、平臺(tái)寬度：100nm、臺(tái)階高度：0.20nm)(圖4的(a))。接著，通過mocvd法，在上述藍(lán)寶石基板上使中心膜厚0.60μm(平均膜厚0.61μm)的aln層生長(zhǎng)，制成aln模板基板(圖4的(b))。此時(shí)，aln層的生長(zhǎng)溫度為1300℃、腔室內(nèi)的生長(zhǎng)壓力為10托、設(shè)定氨氣氣體與tma氣體的生長(zhǎng)氣體流量使v/iii比為163。第v族元素氣體(nh3)的流量為200sccm、第iii族元素氣體(tma)的流量為53sccm。需要說明的是，針對(duì)aln層的膜厚，使用光干涉式膜厚測(cè)定儀(nanospecm6100a；nanometricsincorporated制)測(cè)定包括晶圓面內(nèi)的中心的為等間隔地分散的總計(jì)25處的膜厚。

接著，將上述aln模板基板導(dǎo)入熱處理爐，減壓至10pa后，吹掃氮?dú)鈿怏w直至常壓，由此將爐內(nèi)制成氮?dú)鈿夥蘸?，將爐內(nèi)的溫度升溫，對(duì)aln模板基板實(shí)施熱處理(圖4的(c))。此時(shí)，加熱溫度為1650℃、加熱時(shí)間設(shè)為4小時(shí)。

接著，通過mocvd法，作為未摻雜的algan層，形成由al0.7ga0.3n形成的層厚1μm的未摻雜al0.7ga0.3n層(圖4的(d))。接著，作為n型半導(dǎo)體層，在上述algan層上形成由al0.62ga0.38n形成、且進(jìn)行了si摻雜的層厚2μm的n型al0.62ga0.38n層(圖4的(e))。需要說明的是，sims分析的結(jié)果，n型半導(dǎo)體層的si濃度為1.0×10¹⁹atoms/cm³。

接著，在n型半導(dǎo)體層上形成發(fā)光層，所述發(fā)光層是使由al0.45ga0.55n形成的層厚3nm的阱層和由al0.65ga0.35n形成的層厚7nm的勢(shì)壘層交替反復(fù)層疊3.5組而成的(圖4的(f))。3.5組中的0.5是指發(fā)光層的第一層和最后一層為勢(shì)壘層。

之后，在發(fā)光層上，以氫氣為載氣，形成由al0.68ga0.32n形成的層厚40nm的電子阻擋層(圖4的(g))。形成電子阻擋層時(shí)，最初的5nm(相當(dāng)于含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?中，將單硅烷(sih4)氣體以10sccm向腔室內(nèi)供給，接下來的15nm(相當(dāng)于未摻雜區(qū)域?qū)?中，停止摻雜劑氣體的供給，剩余的20nm(相當(dāng)于p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?中，摻雜mg。需要說明的是，sims分析的結(jié)果，含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)拥膕i濃度為6.0×10¹⁶atoms/cm³，未摻雜區(qū)域?qū)拥碾s質(zhì)濃度為4.0×10¹⁶atoms/cm³以下，p型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)拥膍g濃度為5.0×10¹⁸atoms/cm³。

進(jìn)而，形成由al0.35ga0.65n形成、且進(jìn)行了mg摻雜的層厚50nm的p型包層。接著，形成由gan形成、且進(jìn)行了mg摻雜的層厚180nm的p型接觸層。需要說明的是，層厚180nm內(nèi)的、與電極接觸的厚度30nm的區(qū)域中，減少tmg氣體的流量，提高mg的存在概率，且降低生長(zhǎng)速度，從而形成高mg濃度的層(圖4的(h))。sims分析的結(jié)果，該p型包層的mg濃度為1.0×10¹⁹atoms/cm³，p型包層側(cè)的層厚150nm部分的p型接觸層的mg濃度為3.0×10¹⁹atoms/cm³，形成高mg濃度的殘留30nm部分的mg濃度為1.2×10²⁰atom/cm³。

之后，在p型接觸層上形成掩模并利用干法蝕刻進(jìn)行臺(tái)面蝕刻，使n型半導(dǎo)體層露出。接著，在p型接觸層上形成包含ni/au的p型電極，在露出的n型半導(dǎo)體層上形成包含ti/al的n型電極。需要說明的是，p型電極之中，ni的厚度為au的厚度為另外，n型電極之中，ti的厚度為al的厚度為最后在550℃下進(jìn)行接觸退火(rta)來形成電極(圖4的(i))。如此制作本發(fā)明1的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。將發(fā)明例1的層結(jié)構(gòu)示于表1。

[表1]

(發(fā)明例2)

電子阻擋層中，沒有形成未摻雜區(qū)域?qū)?，使電子阻擋層的最初?0nm為si摻雜，除此之外的條件與發(fā)明例1完全相同，制作發(fā)明例2的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。

(現(xiàn)有例1)

使電子阻擋層的全部為mg摻雜，除此之外的條件與發(fā)明例1完全相同，制作現(xiàn)有例1的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。

將以上的發(fā)明例1～2和現(xiàn)有例1的、電子阻擋層的構(gòu)成示于以下的表2。另外，也一并示出后述的評(píng)價(jià)結(jié)果。

[表2]

(發(fā)明例3)

使電子阻擋層的全部為si和mg摻雜，使電子阻擋層整體的層厚為20nm，在電子阻擋層與由al0.35ga0.65n形成的p型包層之間還形成有由al0.50ga0.50n形成、且進(jìn)行了mg摻雜的層厚20nm的p型包層，除此之外的條件與發(fā)明例1完全相同，制作發(fā)明例3的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。需要說明的是，對(duì)電子阻擋摻雜時(shí)，將sih4氣體以10sccm、cp2mg氣體以500sccm供給至腔室內(nèi)。電子阻擋層的si濃度為6.0×10¹⁶atoms/cm³、mg濃度為5.0×10¹⁸atoms/cm³。另外，由al0.50ga0.50n形成的p型包層的mg濃度為5.0×10¹⁸atoms/cm³。將發(fā)明例3的層結(jié)構(gòu)示于表3。

[表3]

(現(xiàn)有例2)

使電子阻擋層的全部為mg摻雜，除此之外的條件與發(fā)明例3完全相同，制作現(xiàn)有例2的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。

(比較例1)

使電子阻擋層全部為未摻雜，除此之外的條件與發(fā)明例3完全相同，制作比較例1的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。

將以上的發(fā)明例3、比較例1和現(xiàn)有例2的電子阻擋層的結(jié)構(gòu)示于表4。另外，也一并示出后述的評(píng)價(jià)結(jié)果。

[表4]

<發(fā)光壽命的評(píng)價(jià)＞

針對(duì)發(fā)明例1，對(duì)于制作的倒裝芯片型的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，通過積分球，測(cè)定電流20ma時(shí)的發(fā)光輸出po(mw)，進(jìn)一步測(cè)定通電1小時(shí)后的殘留輸出(通電1小時(shí)后的輸出/初始發(fā)光輸出)，結(jié)果，相對(duì)于初始的輸出為99％。將結(jié)果示于表3。對(duì)于發(fā)明例2、3、比較例1、現(xiàn)有例1、2，也同樣地測(cè)定經(jīng)過1小時(shí)后的殘留輸出，結(jié)果如表3、4所示。

如果比較現(xiàn)有例1與發(fā)明例1、2，則可知，設(shè)有si摻雜層的發(fā)明例1、2中，可以改善第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的壽命。同樣地，如果比較設(shè)有由al0.50ga0.50n形成的p型包層的現(xiàn)有例2與發(fā)明例3，則可知，設(shè)有含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)拥陌l(fā)明例3中，可以改善壽命。需要說明的是，如果比較現(xiàn)有例2與比較例1，則可知，代替對(duì)電子阻擋層的mg摻雜而進(jìn)行未摻雜的情況下，反而使壽命惡化。

<發(fā)光特性和正向電壓的評(píng)價(jià)＞

針對(duì)發(fā)明例1，對(duì)于制作的倒裝芯片型的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，通過積分球分別測(cè)定電流20ma時(shí)的發(fā)光輸出po(mw)和正向電壓vf(v)，結(jié)果為2.4mw、8.2v。對(duì)于發(fā)明例2、3、比較例1、現(xiàn)有例1、2也同樣地測(cè)定發(fā)光輸出po和正向電壓vf，結(jié)果如表3、4所示。

如果比較現(xiàn)有例1、發(fā)明例1、2，則可知，通過在電子阻擋層內(nèi)設(shè)置未摻雜區(qū)域?qū)?，元件的壽命的改善效果稍降低，但是可以抑制發(fā)光輸出的降低。相反地可知，通過增大si摻雜層的厚度，可以使元件的壽命改善效果最大化。另外，如果比較現(xiàn)有例2與發(fā)明例3，則可知，通過摻雜si和mg，可以改善壽命、且降低正向電壓。

[實(shí)驗(yàn)例2]

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)例1中的發(fā)明例1～3，確認(rèn)了，確實(shí)地得到元件壽命等可靠性的提高效果。然而，與未設(shè)置si摻雜層的現(xiàn)有例1、2相比，發(fā)光輸出有時(shí)稍降低。因此，如以下進(jìn)行了提高可靠性而不使發(fā)光輸出降低的實(shí)驗(yàn)。

(發(fā)明例4)

在形成電子阻擋層時(shí)，使電子阻擋層整體的層厚為20nm、發(fā)光層側(cè)的15nm為mg摻雜層，在p型半導(dǎo)體層側(cè)的剩余的5nm例如si-mg摻雜區(qū)域?qū)又袚诫ssi和mg。而且，在形成p型半導(dǎo)體層時(shí)，不形成p型包層，僅形成p型接觸層。其他條件與發(fā)明例1完全相同，制作發(fā)明例4的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。需要說明的是，對(duì)電子阻擋進(jìn)行mg摻雜和si摻雜時(shí)，將cp2mg氣體以250sccm向腔室內(nèi)供給，形成層厚15nm后，進(jìn)一步追加sih4氣體12sccm，從而在p型半導(dǎo)體層側(cè)的剩余的5nm中摻雜mg和si這兩者。sims分析的結(jié)果，電子阻擋層的mg濃度整體為2×10¹⁸atoms/cm³，si-mg摻雜區(qū)域?qū)拥膕i濃度為2.0×10¹⁸atoms/cm³。將發(fā)明例4的層結(jié)構(gòu)示于表5。

[表5]

(發(fā)明例5)

在電子阻擋層的發(fā)光層側(cè)的18nm中摻雜mg，在剩余的2nm中摻雜mg和si，除此之外，與發(fā)明例4同樣地，制作發(fā)明例5的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。

(發(fā)明例6)

在電子阻擋層的發(fā)光層側(cè)的60nm中摻雜mg，在剩余的20nm中摻雜mg和si(即，相對(duì)于發(fā)明例4，使電子阻擋層的厚度分別為4倍)，除此之外，與發(fā)明例4同樣地，制作發(fā)明例7的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。

(發(fā)明例7)

在電子阻擋層的發(fā)光層側(cè)的75nm中摻雜mg，在剩余的5nm中摻雜mg和si，使摻雜有si和mg的區(qū)域的si濃度從2.0×10¹⁸atoms/cm³增大至1.0×10¹⁹atoms/cm³，除此之外，與發(fā)明例6同樣地，制作發(fā)明例7的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。

(比較例2)

使電子阻擋層的全部為mg摻雜，除此之外的條件與發(fā)明例4完全相同，制作比較例2的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。

將以上的發(fā)明例4～7和比較例2的、電子阻擋層的構(gòu)成示于以下的表6。另外，對(duì)于發(fā)明例4～7和比較例2，與實(shí)驗(yàn)例1同樣地進(jìn)行評(píng)價(jià)。表6中一并示出其評(píng)價(jià)結(jié)果。

[表6]

*發(fā)明例7的si濃度為1.0×10¹⁹atoms/cm³。

由以上的實(shí)驗(yàn)例2的結(jié)果可知，在電子阻擋層的發(fā)光層側(cè)配置摻雜有mg的p型雜質(zhì)區(qū)域?qū)印⑶以趐型半導(dǎo)體層側(cè)配置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?，從而與不設(shè)置含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)拥那闆r相比，沒有發(fā)光輸出的降低，反而可以增大發(fā)光輸出且提高可靠性。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有比以往優(yōu)異的元件壽命的第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件和其制造方法，因此是有用的。

附圖標(biāo)記說明

10基板

10a基板的主面

20aln層

30n型半導(dǎo)體層

40發(fā)光層

41阱層

42勢(shì)壘層

50電子阻擋層

50a含si雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?/p>

50b未摻雜區(qū)域?qū)?/p>

50cp型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?/p>

50dp型雜質(zhì)摻雜區(qū)域?qū)?/p>

60p型半導(dǎo)體層

61p型包層

62p型接觸層

70n型電極

80p型電極

100第iii族氮化物半導(dǎo)體元件