专利名称：氮化物半导体发光元件及氮化物半导体发光元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及氮化物半导体发光元件及氮化物半导体发光元件的制造方法。
背景技术：
使用AlGaInN类的氮化物半导体制作的氮化物半导体发光元件能够高效地发出蓝色等短波长的光，因此，通过将其与荧光体组合，能够得到发出白色光的发光装置。作为发出白色光的发光装置，因为能够得到超过荧光灯发光效率的发光装置，所以认为这样的发光装置是今后照明的主打产品。另一方面，对于使用这样的氮化物半导体发光元件而发出白色光的发光装置，期 待进一步改善发光效率，并且期待由此产生的节能化的发展。由于氮化物半导体发光元件的发光原理为空穴与电子的复合，所以恰当地制作P型氮化物半导体层及η型氮化物半导体层是非常重要的。然而，在氮化物半导体发光元件的制造过程中，存在各种热处理工序会扰乱掺杂于P型氮化物半导体层中的Mg等P型杂质的分布。第一，是形成P型氮化物半导体层的外延生长工序本身，该工序一般在超过IOOO0C的高温下进行。另外，第二，是用来促进P型氮化物半导体层的P型化的退火工序。而且，第三，是热处理工序，该热处理工序用来改善电极形成后电极与氮化物半导体的接触性及电极自身的特性。由于这些热处理工序的加热过程，在P型氮化物半导体层的外延生长中P型杂质的掺杂量与通过掺杂该P型杂质而得到的P型氮化物半导体层的掺杂分布之间存在差异。为了解决上述这样的问题并提高氮化物半导体发光元件的特性而进行了各种技术开发。例如，在专利文献I (日本特开2009-130097号公报)中公开了在活性区域上层积掺杂Mg的P型Alai5Gaa85N外延层与掺杂Mg的ρ型GaN层形的层积结构的技术。另外，例如在专利文献2 (日本特开2000-164922号公报)中公开了提高ρ型接触层与正电极相接的最外表面部分的Mg杂质浓度并且提高与正电极的接触性的技术。而且，在专利文献3 (日本特开2001-148507号公报)中公开了将活性层上的P型氮化物半导体层形成为依次层积中浓度掺杂P型杂质的P型包覆层、低浓度掺杂P型杂质的P型低浓度掺杂层、高浓度掺杂P型杂质的P型接触层三层结构的技术。在专利文献3的第七实施例中公开有如下技术作为中浓度掺杂的P型层，形成由掺杂5 X IO1Vcm3的Mg的P型Alai6Gaa84N形成的ρ型包覆层，作为低浓度掺杂的P型层，形成由无掺杂的GaN形成的低浓度掺杂层,作为高浓度掺杂的ρ型层,形成掺杂I X IO2Vcm3的Mg的高浓度掺杂层。专利文献I :(日本)特开2009-130097号公报专利文献2 :(日本)特开2000-164922号公报
专利文献3 :(日本)特开2001-148507号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题然而，由于近年来对环境问题的意识的提高，要求进一步提高氮化物半导体发光元件的特性。本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供一种特性良好的氮化物半导体发光元件及氮化物半导体发光元件的制造方法。用于解决技术问题的技术手段本发明提供一种氮化物半导体发光元件，具有n型氮化物半导体层、设置于η型氮化物半导体层上的氮化物半导体活性层、设置于氮化物半导体活性层上的P型氮化物半导体层，P型氮化物半导体层从氮化物半导体活性层侧依次包括第一 P型氮化物半导体层、 第二 P型氮化物半导体层、第三P型氮化物半导体层，第一 P型氮化物半导体层及第二 P型氮化物半导体层分别含有Al (铝)，第一 P型氮化物半导体层的平均Al组分与第二 P型氮化物半导体层的平均Al组分相同，第三ρ型氮化物半导体层的带隙小于第二ρ型氮化物半导体层的带隙，第二 P型氮化物半导体层的P型杂质浓度及第三P型氮化物半导体层的P型杂质浓度分别低于第一 P型氮化物半导体层的P型杂质浓度。在此，在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选的是，P型氮化物半导体层在第三P型氮化物半导体层的与设置氮化物半导体活性层一侧相反的一侧还具有第四P型氮化物半导体层，第四P型氮化物半导体层的带隙小于第二 P型氮化物半导体层的带隙，第四P型氮化物半导体层的P型杂质浓度高于第三P型氮化物半导体层的P型杂质浓度。另外，在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选的是，氮化物半导体活性层具有多重量子阱结构，该多重量子阱结构包括多个氮化物半导体量子阱层和多个氮化物半导体势垒层，多个氮化物半导体势垒层中的、除了与P型氮化物半导体层相接的氮化物半导体势垒层以外的氮化物半导体势垒层都含有η型杂质。另外，在本发明的氮化物半导体发光元件中，优选的是，η型氮化物半导体层包括η型氮化物半导体接触层和η型氮化物半导体超晶格层，η型氮化物半导体超晶格层位于η型氮化物半导体接触层与氮化物半导体活性层之间，η型氮化物半导体超晶格层的平均η型杂质浓度为lX1018/cm3以上。而且，本发明提供一种氮化物半导体发光元件的制造方法，包括在η型氮化物半导体层上使氮化物半导体活性层进行气相生长的工序、在氮化物半导体活性层上使第一 P型氮化物半导体层进行气相生长的工序、在第一 P型氮化物半导体层上使平均Al组分与第
一P型氮化物半导体层相同的第二 P型氮化物半导体层进行气相生长的工序、在第二 P型氮化物半导体层上使平均Al组分小于第一 P型氮化物半导体层的第三P型氮化物半导体层进行气相生长的工序，第二 P型氮化物半导体层及第三P型氮化物半导体层分别掺杂有比第一 P型氮化物半导体层的浓度低的P型杂质。在此，在本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法中，优选的是，在使第二 ρ型氮化物半导体层进行气相生长的工序之后且在使第三P型氮化物半导体层进行气相生长的工序之前中断气相生长。
而且，在本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法中，优选的是，在中断气相生长时使气相压力发生变化。另外，本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法优选的是，在使第三ρ型氮化物半导体层进行气相生长的工序之后，还包括在第三P型氮化物半导体层上使第四氮化物半导体层进行气相生长的工序，该第四氮化物半导体层的P型杂质掺杂浓度高于第三P型氮化物半导体层。另外，本发明的氮化物半导体发光元件优选的是，在氮化物半导体活性层与第一 ρ型氮化物半导体层之间还包括含有Al的氮化物半导体层。发明效果
根据本发明，能够提供一种特性良好的氮化物半导体发光元件及氮化物半导体发光元件的制造方法。
图I是实施方式的氮化物半导体发光元件的示意剖视图；图2是实施方式的氮化物半导体发光元件的示意俯视图；图3是表示实施例及比较例的氮化物半导体发光二极管元件的原子浓度分布的图；图4是第四实施例的氮化物半导体发光二极管元件的示意剖视图；图5是第四实施例的氮化物半导体发光二极管元件的示意俯视图；图6是表示第四实施例的氮化物半导体发光二极管元件、通过与第一实施例相同的制造方法制作的氮化物半导体发光二极管元件的原子浓度分布的图。
具体实施例方式以下，说明本发明的实施方式。在本发明的附图中，相同的附图标记表示相同的部分或相当的部分。图I表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的示意剖视图。如图I所示，在本实施方式的氮化物半导体发光元件100中，在表面进行有凹凸加工的蓝宝石基板101上依次层积由AlN形成的氮化物半导体缓冲层102、由无掺杂GaN形成的氮化物半导体中间层103、由η型GaN形成的η型氮化物半导体基底层104。在本说明书中，将蓝宝石基板101、氮化物半导体缓冲层102、氮化物半导体中间层103及η型氮化物半导体基底层104的层积体作为模板基板。另外，除了模板基板以外，例如也可以使用在与氮化物半导体不同的基板形成氮化物半导体层的基板、或由氮化物半导体形成的基板等。另外，在模板基板的η型氮化物半导体基底层104上依次层积由η型GaN形成的η型氮化物半导体接触层105、交替层积η型GaN层和η型InGaN层的η型氮化物半导体超晶格层106。η型氮化物半导体接触层105不限于由η型GaN形成的层，例如可以层积在由分子式 AlxlGaylInzlN (O ^ xl ^ 1>0 ^ yl ^ 1>0 ^ zl ^ l>xl+yl+zl ^ O)表示的 III 族氮化物半导体形成的氮化物半导体层掺杂η型杂质的层等。
作为η型氮化物半导体接触层105，特别优选使用在由分子式Alx2Gai_x2N(O ^ x2 ^ I、优选为OS x2 < O. 5、更优选为OS x2 < O. I)表示的III族氮化物半导体掺杂有作为η型杂质的硅的氮化物半导体层。在该情况下，具有能够确保η型氮化物半导体接触层105的良好的结晶性，并且能够提高η型杂质的掺杂浓度的倾向。向η型氮化物半导体接触层105掺杂的η型杂质的掺杂浓度优选为5Χ 1017/cm3以上、5X IO1Vcm3以下。在向η型氮化物半导体接触层105掺杂的η型杂质的掺杂浓度为5X IO1Vcm3以上、5X IO1Vcm3以下的情况下，具有能够确保与后述的η侧焊盘电极117的良好的欧姆接触的倾向，并且具有能够抑制η型氮化物半导体接触层105产生裂纹的倾向，还具有能够确保η型氮化物半导体接触层105的良好的结晶性的倾向。从确保由无掺杂GaN形成的氮化物半导体中间层103、由η型GaN形成的η型氮化物半导体基底层104及由η型GaN形成的η型氮化物半导体接触层105这些层的良好的结晶性的观点出发，这些层的厚度总和优选为4μπ 以上、20 μ m以下，更优选为4μπ 以上、15 μ m以下,进一步优选为6 μ m以上、15 μ m以下。在这些层的厚度总和不足4 μ m的情况 下，这些层的结晶性变差，在这些层的表面可能产生凹陷。另外，在这些层的厚度总和超过20 μ m的情况下，蓝宝石基板101的弯曲增大，在制造过程中可能出现各种问题。另外，在这些层的厚度总和为4 μ m以上、15 μ m以下的情况下，特别是在6 μ m以上、15 μ m以下的情况下，具有能够使这些层的结晶性良好的倾向。另外，不特别限定这些层的厚度总和中的η型氮化物半导体接触层105的厚度上限。不特别限定η型氮化物半导体超晶格层106的厚度，但优选为O. 005 μ m以上、O. 5 μ m以下，更优选为O. 01 μ m以上、O. I μ m以下。在η型氮化物半导体超晶格层106的厚度为O. 005μπι以上、O. 5μπι以下的情况下，特别是在O. 01 μ m以上、O. Ιμπι以下的情况下，具有如下倾向η型氮化物半导体超晶格层106使从作为基底的η型氮化物半导体接触层105延伸的晶格缺陷减少，并且在η型氮化物半导体超晶格层106中难以产生新的晶格缺陷。对于向η型氮化物半导体超晶格层106掺杂η型杂质的掺杂分布而言，从确保良好的结晶性、降低元件的动作电压的观点出发，仅向GaN层掺杂η型杂质，其设定的杂质浓度优选为5X IOlfVcm3以上、lX102°/cm3以下。另外，η型氮化物半导体超晶格层106的结构不限于上述任一种结构。η型氮化物半导体超晶格层106的平均η型杂质浓度优选为I X IO1Vcm3以上，更优选为3 X IO1Vcm3以上，进一步优选为5 X IO1Vcm3以上。在η型氮化物半导体超晶格层106的掺杂η型杂质的层的η型杂质浓度为上述值的情况下，因为ρη结的耗尽层难以扩展，所以具有氮化物半导体发光元件100的静电容量增加、难以产生因静电放电(ElectrostaticDischarge :静电放电)而发生的击穿(静电击穿)、静电耐压提高的倾向。另外，平均η型杂质浓度是指，η型氮化物半导体超晶格层106中的η型杂质的总原子量除以η型氮化物半导体超晶格层106的体积而得到的值。在η型氮化物半导体超晶格层106上层积氮化物半导体活性层107，该氮化物半导体活性层107从η型氮化物半导体超晶格层106侧依次交替地层积由η型GaN形成的η型氮化物半导体势垒层和无掺杂InGaN氮化物半导体量子阱层，在最上层层积由无掺杂GaN形成的氮化物半导体势垒层。另外，为了使夹着量子阱层的层为势垒层，势垒层的层数为量子阱层的层数+1。由此，通过在氮化物半导体活性层107的除最上层以外的势垒层掺杂η型杂质，并且使最上层的势垒层无掺杂，能够使空穴与电子的结合位置存在于多重量子阱(MQff)中，因此，提高载流子的注入效率，即使在注入有电流密度特大的电流的情况下，也能够得到没有电子溢出的、发光效率高的氮化物半导体发光元件。作为氮化物半导体活性层107，除上述以外，例如还能够使用具有MQW结构的氮化物半导体活性层，该MQW结构是将由分子式Gah4Inz4N (O < ζ4 < O. 4)表示的III族氮化物半导体形成的氮化物半导体层作为量子阱层，将由带隙大于该量子阱层的、分子式Alx3Gay3Inz3N (O ^ x3 ^ 1>0 ^ y3 ^ 1>0 ^ z3 ^ I、x3+y3+z3 ^ O)表示的氮化物半导体形成的氮化物半导体层作为势垒层，一层量子阱层、一层势垒层地交替而形成的。氮化物半导体活性层107由多重量子阱(MQW)结构形成，该多重量子阱(MQW)结构将由分子式Gah4Inz4N (O < z4 < O. 4)表示的III族氮化物半导体形成的氮化物半导体层作为量子阱层，在该情况下，能够控制氮化物半导体活性层107的In组分及厚度，从而形成希望的发光波长。
在氮化物半导体活性层107上依次层积由P型AlGaN形成的第一 ρ型氮化物半导体层108、由无掺杂AlGaN形成的第二 ρ型氮化物半导体层109、由无掺杂GaN形成的第三P型氮化物半导体层110、由高浓度掺杂ρ型杂质的ρ+GaN形成的第四ρ型氮化物半导体层111。作为第一 ρ型氮化物半导体层108，除了 ρ型AlGaN以外，例如还能够层积在由分子式 Alx5Gay5Inz5N (O < x5 ^ UO ^ y5 ^ UO ^ z5 ^ I)表示的含有 Al 的 III 族氮化物半导体形成的氮化物半导体层掺杂例如Mg等ρ型杂质的层等。作为第二 ρ型氮化物半导体层109，除了无掺杂AlGaN以外，例如还能够层积在由分子式 Alx6Gay6Inz6N (O < x6 ^ UO ^ y6 ^ UO ^ z6 ^ I)表示的含有 Al 的 III 族氮化物半导体形成的氮化物半导体层掺杂例如Mg等ρ型杂质的层等。为了抑制电子溢出，第一 ρ型氮化物半导体层108及第二 ρ型氮化物半导体层109各自的带隙优选大于氮化物半导体活性层107的带隙。因此，第一 ρ型氮化物半导体层108及第二 P型氮化物半导体层109分别能够使用含有Al的氮化物半导体层。另外，第一 ρ型氮化物半导体层108的平均Al组分(x5)与第二 ρ型氮化物半导体层109的平均Al组分(χ6)相同。通过使第一 ρ型氮化物半导体层108的平均Al组分(χ5)与第二 ρ型氮化物半导体层109的平均Al组分(χ6)相同，能够抑制Mg等ρ型杂质在掺入难易程度上的偏差，因此，能够抑制P型杂质在面内分布上及晶片之间的偏差。第一 P型氮化物半导体层108的平均Al组分(χ5)及第二 ρ型氮化物半导体层109的平均Al组分(χ6)在各层的Al组分均匀的情况下，分别为其Al组分χ5、χ6，但在沿层的厚度方向不均匀的情况下，分别求出Al的总原子量、Ga的总原子量、In的总原子量及N的总原子量相对于各层体积的比，通过将这些比值分别除以N的总原子量的比，能够求出平均组分 Alx5Gay5Inz5N (O < x5 ^ UO ^ y5 ^ UO ^ z5 ^ IX^Alx6Gay6Inz6N (O < x6 彡 I、0彡y6彡1、0彡z6彡I)。为了使第一 ρ型氮化物半导体层108的平均Al组分(x5)与第二 ρ型氮化物半导体层109的平均Al组分(χ6)相同，只要使第一 ρ型氮化物半导体层108的平均Al组分(χ5)与第二 ρ型氮化物半导体层109的平均Al组分(χ6)之差的绝对值为O. 02以下即可。
另外，第二 ρ型氮化物半导体层109的ρ型杂质浓度低于第一 P型氮化物半导体层108的ρ型杂质浓度。在与第二 P型氮化物半导体层109的ρ型杂质浓度相比，接近氮化物半导体活性层107 —侧的第一 ρ型氮化物半导体层108的ρ型杂质浓度低的情况下，由于氮化物半导体活性层107中空穴的势垒增大，所以空穴的注入效率变差，元件的发光效率降低。另外，在接近氮化物半导体活性层107 —侧的第一 ρ型氮化物半导体层108的ρ型杂质浓度低，并且第二 P型氮化物半导体层109的P型杂质浓度高的情况下，在施加静电等高的反向电压的情况下，耗尽层将扩展至第二 P型氮化物半导体层109。此时，在扩展的耗尽层中即使存在一处静电耐压低的部分的情况下，也将发生静电击穿，从而形成静电耐压薄弱的结构。另一方面，在第一 P型氮化物半导体层108的P型杂质浓度高、而且η型氮化物半导体超晶格层106的η型杂质浓度高的情况下，在第一 ρ型氮化物半导体层108及η型氮化物半导体超晶格层106的外侧耗尽层难以扩展，因此静电耐压变高。
另外，在使第二 P型氮化物半导体109的ρ型杂质浓度与第一 P型氮化物半导体层108的ρ型杂质浓度相同或处于第一 ρ型氮化物半导体层108的ρ型杂质浓度以上的情况下，在之后的层积第三P型氮化物半导体层110时将析出Mg等ρ型杂质，从而能够在第
二P型氮化物半导体层109与第三ρ型氮化物半导体层110之间形成ρ型杂质浓度局部变高的层。这样的层使空穴向氮化物半导体活性层107注入的注入效率降低，使元件的发光效率降低，因此，使第二 P型氮化物半导体层109的ρ型杂质浓度低于第一 ρ型氮化物半导体层108的ρ型杂质浓度。另外，层中的P型杂质浓度(原子浓度)能够通过SIMS (Secondary IonMassSpectrometry :次级离子质谱法)求得。第一 ρ型氮化物半导体层108及第二 ρ型氮化物半导体层109可以分别是例如交替层积AlGaN层和GaN层(也可以是InGaN层)的超晶格结构。在第一 P型氮化物半导体层108及/或第二 ρ型氮化物半导体层109具有超晶格结构的情况下，平均Al组分为超晶格结构的Al的平均组分。未特别限定第一 ρ型氮化物半导体层108与第二 ρ型氮化物半导体层109的厚度总和，但优选为O. 005μπι以上、O. 4μπι以下，更优选为O. OOlym以上、O. Iym以下。在这些层的厚度总和为O. 005 μ m以上、O. 4μπι以下的情况下，特别是在O. OOlym以上、O. Iym以下的情况下，维持作为P型氮化物半导体层的功能，并且尽量减少作为高温生长层的P型氮化物半导体层的生长时间，从而具有能够抑制因P型杂质向作为低温生长层的氮化物半导体活性层107扩散及加热过程而导致变质的倾向。作为第三ρ型氮化物半导体层110，除了无掺杂GaN以外，例如还能够层积在由分子式 Alx7Gay7Inz7N (O 彡 χ7 彡 1、0 ( γ ( 1、0 彡 ζ7 彡 I、x7+y7+z7 幸 O)表示的 III 族氮化物半导体形成的氮化物半导体层掺杂例如Mg等ρ型杂质的层等。第三ρ型氮化物半导体层110的平均Al组分优选小于第一 P型氮化物半导体层的平均Al组分。在第三ρ型氮化物半导体层110的平均Al组分小于第一 ρ型氮化物半导体层的平均Al组分的情况下，因为平均Al组分小，所以提高作为ρ型氮化物半导体层的特性。另外，在第三P型氮化物半导体层110中也可以不含有Al。
第三ρ型氮化物半导体层110的带隙小于第二 P型氮化物半导体层109的带隙。因为第三P型氮化物半导体层110作为P型氮化物半导体层的功能很重要，所以尽管未特别要求带隙的大小，但为了防止电子从氮化物半导体活性层107向P侧溢出，需要增大第二P型氮化物半导体层109的带隙。第三ρ型氮化物半导体层110的ρ型杂质浓度低于第一 P型氮化物半导体层108的P型杂质浓度。在第三P型氮化物半导体层110的P型杂质浓度低于第一 P型氮化物半导体层108的P型杂质浓度的情况下，具有很难在第二 P型氮化物半导体层109与第三P型氮化物半导体层110之间产生ρ型杂质浓度变高的部分，P型杂质很难向氮化物半导体活性层107扩散的倾向。作为第四ρ型氮化物半导体层111，除了 P+GaN以外，例如还能够层积在由分子式Alx8Gay8Inz8N (O ^ x8 ^ 1>0 ^ y8 ^ 1>0 ^ z8 ^ I、x8+y8+z8 ^ O)所表示的 III 族氮化物半导体形成的氮化物半导体层掺杂例如Mg等ρ型杂质的层等。
第四ρ型氮化物半导体层111的带隙优选小于第二 P型氮化物半导体层109的带隙。因为第四P型氮化物半导体层111作为P型氮化物半导体层的功能很重要，所以尽管未特别要求带隙的大小，但为了防止电子从氮化物半导体活性层107向P侧溢出，需要增大第一 P型氮化物半导体层108的带隙。第四ρ型氮化物半导体层111的ρ型杂质浓度优选高于第三P型氮化物半导体层110的P型杂质浓度。在第四P型氮化物半导体层111的P型杂质浓度高于第三P型氮化物半导体层110的ρ型杂质浓度的情况下，具有能够将第四ρ型氮化物半导体层111与后述的透明电极115接触的接触电阻保持得足够低，并且能够抑制扩散的P型杂质总量的倾向。未特别限定第四P型氮化物半导体层111的厚度，但优选为O. 01 μ m以上、O. 5 μ m以下，更优选为0.05μπι以上、0.2μπι以下。在第四ρ型氮化物半导体层111的厚度为O. ο μπι以上、O. 5μπι以下的情况下，特别是在O. 05μπι以上、O. 2μπι以下的情况下，具有提
高氮化物半导体发光元件的发光输出的倾向。在第四ρ型氮化物半导体层111的表面的一部分形成透明电极115。另外，P侧焊盘电极116形成为与透明电极115的表面的一部分电连接，η侧焊盘电极117形成为与η型氮化物半导体接触层105的表面的一部分电连接。图2表示本实施方式的氮化物半导体发光元件的示意俯视图。如图2所示，ρ侧焊盘电极116形成在透明电极115的表面内。作为透明电极115的材料,能够使用例如ITO (Indium Tin Oxide :氧化铟锡)、氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化镓、IZO (Indium Zinc Oxide :氧化铟锌)、AZ0 (Aluminum ZincOxide :氧化锌招)或GZO (Gallium Zinc Oxide :氧化镓锌)等。透明电极115的厚度优选为IOnm以上、IOOOnm以下，更优选为50nm以上、500nm以下。在透明电极115的厚度为IOnm以上、IOOOnm以下的情况下，特别是在50nm以上、500nm以下的情况下，存在以下倾向使减小透明电极115的比电阻以促进电流扩散的效果与确保透明电极115的透光率以提高光射出效率的效果之间的平衡良好，从而使光输出最大。作为ρ侧焊盘电极116及η侧焊盘电极117，能够使用例如Ni层与Au层的层积体、Ti层与Al层的层积体、Ti-Al合金层、Hf层与Al层的层积体或Hf-Al合金层等。
另外，作为P侧焊盘电极116及η侧焊盘电极117，可以使用ITO等透明导电膜，也可以使用反射率高的金属作为倒装片型的发光元件。以下，说明本实施方式的氮化物半导体发光元件的制造方法的一个例子。首先，在蓝宝石基板 101 上通过例如 MOCVD (Metal Organic ChemicalVapor Deposition :金属有机化合物化学沉淀)法等，依次使例如由AlN形成的氮化物半导体缓冲层102、例如由无掺杂GaN形成的氮化物半导体中间层103及例如由η型GaN形成的η型氮化物半导体基底层104进行气相生长，从而形成模板基板。接着，在模板基板的η型氮化物半导体基底层104上通过例如MOCVD法，依次使η型氮化物半导体接触层105、η型氮化物半导体超晶格层106进行气相生长，该η型氮化物半导体接触层105例如由η型GaN形成的η型氮化物半导体接触层105，该η型氮化物半导体超晶格层106例如交替层积η型GaN层和无掺杂InGaN层。然后，在η型氮化物半导体超晶格层106上通过例如MOCVD法，使氮化物半导体活 性层107进行气相生长，该氮化物半导体活性层107从η型氮化物半导体超晶格层106侧依次交替地层积例如由η型GaN形成的η型氮化物半导体势垒层和无掺杂InGaN氮化物半导体量子阱层，并且在最上层层积由无掺杂GaN形成的氮化物半导体势垒层。在此，氮化物半导体活性层107由多重量子阱(MQW)结构形成，该多重量子阱结构将例如由分子式Gah4Inz4N (O < ζ4 < O. 4)表示的III族氮化物半导体形成的氮化物半导体层作为量子阱层，在该情况下，如果使氮化物半导体活性层107进行气相生长时的模板基板的温度低，则结晶性可能变差，另一方面，如果使氮化物半导体活性层107进行气相生长时的模板基板的温度高，则InN的升华变得显著，In向固相中掺入的掺入效率降低，In组分可能发生变化。因此，氮化物半导体活性层107由多重量子阱(MQW)结构形成，该多重量子阱结构将例如由分子式Gah4Inz4N (O < ζ4 < O. 4)所表示的III族氮化物半导体形成的氮化物半导体层作为量子阱层，在该情况下，形成氮化物半导体活性层107时的模板基板的温度优选为700°C以上、900°C以下。接着，在氮化物半导体活性层107上通过例如MOCVD法，使例如ρ型AlGaN等含有Al的第一 ρ型氮化物半导体层108进行气相生长。在此，在第一 ρ型氮化物半导体层108由ρ型AlGaN形成的情况下，通过在低压力下使第一 ρ型氮化物半导体层108生长，并且不改变III族原料气体的量及V族原料气体的量地生长，得到均匀的高品质膜。然后，在第一 ρ型氮化物半导体层108上通过例如MOCVD法，使例如无掺杂AlGaN等含有Al的第二 ρ型氮化物半导体层109进行气相生长。另外，在本说明书中，所谓无掺杂是指，在进行气相生长时没有有意识地掺入杂质，即使是无掺杂层，有时也会由于扩散等原因而含有杂质。另外，在第二 P型氮化物半导体层109由ρ型AlGaN形成的情况下,通过在低压力下使第二 P型氮化物半导体层109生长，并且不改变III族原料气体的量及V族原料气体的量地生长，得到均匀的高品质膜。另外，如上所述，第二 ρ型氮化物半导体层109形成为平均Al组分低于第一 P型氮化物半导体层108的平均Al组分，并且通过掺杂ρ型杂质而形成，以使其ρ型杂质浓度低于第一 P型氮化物半导体层108的ρ型杂质。接着，在第二 ρ型氮化物半导体层109上通过例如MOCVD法，使例如第三ρ型氮化物半导体层Iio构成的第二 P型氮化物半导体层109进行气相生长，该第三P型氮化物半导体层110由无掺杂GaN形成。在此，第三P型氮化物半导体层110优选使平均Al组分低于第一 P型氮化物半导体层108的平均Al组分。另外，第三ρ型氮化物半导体层110优选掺杂P型杂质而形成，并且使P型杂质浓度低于第一 P型氮化物半导体层108的ρ型杂质。另外，优选在使第二 ρ型氮化物半导体层109进行气相生长之后且在使第三P型氮化物半导体层110进行气相生长之前，中断气相生长。在该情况下，在中断气相生长时，具有能够变化为适合第三P型氮化物半导体层110的生长速度的气相压力的倾向。接着，在第三ρ型氮化物半导体层110上通过例如MOCVD法，使例如由p+GaN形成的第四P型氮化物半导体层111进行气相生长。在此，第四P型氮化物半导体层111优选通过掺杂P型杂质而形成，并且使P型杂质浓度高于第三P型氮化物半导体层Iio的P型杂质。然后，在第四ρ型氮化物半导体层111的表面的一部分通过例如溅射法或真空蒸镀法，形成例如由ITO形成的透明电极115。
接着，通过蚀刻除去形成透明电极115后的晶片的一部分，露出η型氮化物半导体接触层105的表面的一部分。然后，在透明电极115的表面的一部分形成P侧焊盘电极116，并且在η型氮化物半导体接触层105的表面的一部分形成η侧焊盘电极117。之后，通过划片々7 ^ 7')等将晶片分割成各个元件，从而得到本实施方式的氮化物半导体发光元件(氮化物半导体发光二极管元件)。在本实施方式的氮化物半导体发光元件中，即使经过氮化物半导体发光元件的制造过程中的热处理工序后，也能够同时达到通常情况下相反的结构，即，能够抑制P型杂质向氮化物半导体活性层107扩散，另一方面，能够在氮化物半导体活性层107的附近设置P型杂质浓度高的P型氮化物半导体层。由此，能够实现发光效率高的氮化物半导体发光元件。实施例〈第一实施例〉作为第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件，如图I及图2所示，在表面进行有凹凸加工的蓝宝石基板101上，依次层积AlN缓冲层102、无掺杂GaN层103、η型GaN基底层104 (η型杂质(Si)浓度6X1018/Cm3)、η型GaN接触层105 (η型杂质(Si)浓度6X IO1Vcm3、厚度:1. 5 μ m)、将掺杂Si的η型GaN层(η型杂质(Si)浓度:5XlO1Vcm3、厚度1.75nm)和掺杂Si的η型InGaN层(η型杂质(Si)浓度:5X IO1Vcm3、厚度:1.75nm)交替层积二十个周期而形成的η型超晶格层106、将掺杂Si的η型GaN势鱼层(η型杂质(Si)浓度4X1017/cm3、厚度6. 5nm)和无掺杂InGaN量子阱层(厚度3. 5nm)交替层积六个周期后层积无掺杂GaN势垒层而形成的氮化物半导体层活性层107、由掺杂Mg的ρ型AlGaN形成的第一 P型氮化物半导体层108 (ρ型杂质(Mg)浓度2X IO1Vcm3、厚度11. 75nm)、由无掺杂AlGaN形成的第二 ρ型氮化物半导体层109 (ρ型杂质(Mg)浓度I X IO1Vcm3,厚度3. 75nm)、由无掺杂GaN形成的第三ρ型氮化物半导体层110 (ρ型杂质(Mg)浓度
IX IO1Vcm3、厚度60nm)、由p+GaN形成的第四ρ型氮化物半导体层111 (ρ型杂质(Mg)浓度3X 1019/cm3、厚度20nm)o另外，在第四P型氮化物半导体层111的表面的一部分形成由ITO形成的透明电极115，在透明电极115的表面的一部分从接近透明电极115的一侧形成由Ni层及Au层的层积体形成的P侧焊盘电极116,在η型GaN接触层105的表面的一部分形成由Ni层及Au层的层积体形成的η侧焊盘电极117。按照如下方法制作具有上述结构的第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件。首先，在表面进行有凹凸加工的蓝宝石基板101上，通过溅射法或MOCVD法，形成AlN缓冲层102，在AlN缓冲层102上依次层积无掺杂GaN层103及掺杂有Si的η型GaN基底层104 (η型杂质(Si)浓度6X IO1Vcm3)，从而制作出模板基板。在此，η型GaN基底层104的Si掺杂浓度为6 X IO1Vcm30 接着，在作为气相生长装置的MOCVD装置内放置模板基板，将MOCVD装置内的气相的压力控制为2Χ 102Pa。然后，在MOCVD装置内，一边流动作为载气的H2气体和作为V族原料的NH3气体，一边将模板基板的温度升高至1195°C，在模板基板的η型GaN基底层104上使η型GaN接触层105 (η型杂质(Si)浓度6 X 1018/cm3)进行气相生长1.5μπι的厚度。在此，在η型GaN接触层105的气相生长中所使用的Si掺杂物原料中使用SiH4气体，Si掺杂浓度为6X1018/cm3。接着，在η型GaN接触层105进行气相生长后，将载气从Η2气体切换为Ν2气体，使模板基板的温度降低至870°C。然后，通过交替层积二十对厚度为I. 75nm的掺杂Si的η型GaN层和厚度为I. 75nm的η型InGaN层，层积出总厚度为70nm的η型超晶格层106。在此，在Si掺杂物原料中使用SiH4气体。通过如此重掺杂η型超晶格层106，即使施加静电等高的反向电压，耗尽层也不会扩散至比η型超晶格层106更靠下的η型GaN接触层105及模板基板的η型GaN基底层104，因此，提高静电耐压。这是因为结晶越接近基板，结晶质量越差，对于静电等存在薄弱的部分，但只要耗尽层未扩展至那里，就不会发生静电击穿。在η型超晶格层106进行气相生长后，将模板基板的温度降低至850°C。然后，在层积六对厚度为6. 5nm的掺杂Si的η型GaN势垒层和厚度为3. 5nm的无掺杂InGaN量子阱层后，使模板基板的温度升高至860°C，层积厚度为6. 5nm的无掺杂GaN势垒层，形成总厚度为66. 5nm的具有MQW结构的氮化物半导体活性层107。在此，作为掺杂Si的η型GaN势垒层的气相生长中所使用的Si掺杂物原料中使用SiH4气体。由此，通过在构成氮化物半导体活性层107的势垒层中的最初的六层中掺杂Si，并且使最后的势垒层为无掺杂，能够使空穴与电子的结合位置处于氮化物半导体活性层107的MQW的内部，从而得到如下氮化物半导体发光元件即使在注入大电流的情况下电子也不会溢出，并且具有高发光效率。另外，在使氮化物半导体活性层107进行气相生长后，为了使后述的ρ型层生长而使模板基板的温度升高，但氮化物半导体活性层107的最上层的无掺杂GaN势垒层容易受到损坏。然而，通过将最上层的无掺杂GaN势垒层形成为无掺杂，并且将模板基板的温度升高至860°C后才使最上层的无掺杂GaN势鱼层进行气相生长,能够提高最上层的无掺杂GaN势垒层的结晶质量，并且能够防止由于模板基板温度的升高所导致的损坏。接着，将MOCVD装置内的气相压力降低至I X IO4Pa,并且将模板基板的温度升高至1110°C。另外，通过将MOCVD装置内的气相压力降低至IXlO4Pa,能够抑制可使多枚晶片生长的MOCVD装置内的后述的AlGaN层的Al组分在晶片间的偏差、以及晶片内Al组分的偏差，从而能够提闻兀件的成品率。然后，将向MOCVD装置内供给的载气从N2气体切换为H2气体，使厚度为11. 25nm的由掺杂Mg的ρ型Ala 17Gaa83N形成的第一 ρ型氮化物半导体层108 (ρ型杂质(Mg)浓度
2X IO1Vcm3)进行气相生长,并且使厚度为3. 75nm的由无掺杂Alai7Gaa83N层形成的第二 ρ型氮化物半导体层109 (P型杂质(Mg)浓度1 X IO1Vcm3)进行气相生长。在此，第一 P型氮化物半导体层108的平均Al组分为17%，在第一 ρ型氮化物半导体层108的Mg掺杂物原料中使用CP2Mg (双环戊二烯镁)气体，Mg掺杂浓度为2Χ 1019/cm3。另外，第二 P型氮化物半导体层109的平均Al组分为17%，在第二 ρ型氮化物半导体层109的气相生长过程中不流动CP2Mg气体。但是，通过扩散将Mg掺入实际生长的由无掺杂AlGaN形成的第二 ρ型氮化物半导体层109中，第二 ρ型氮化物半导体层109中的Mg原子浓度为lX1019/cm3。
接着，暂时中断气相生长，将MOCVD装置内的气相压力升高至2X104Pa。之后，开始气相生长，使厚度为60nm的由无掺杂GaN形成的第三ρ型氮化物半导体层110 (ρ型杂质(Mg)浓度1 X IO1Vcm3)进行气相生长,使厚度为30nm的由p+GaN形成的第四ρ型氮化物半导体层111 (P型杂质(Mg)浓度3X 1019/cm3)进行气相生长。在此，将MOCVD装置内的气相压力恢复为2Χ IO4Pa的理由是因为能够提高Mg的活性化率，降低元件的动作电压。在此，在第三ρ型氮化物半导体层110的气相生长过程中不流动CP2Mg气体。但是，通过扩散将Mg掺入实际生长的由无掺杂GaN形成的第三ρ型氮化物半导体层110，第三P型氮化物半导体层110中的Mg原子浓度为I X IO1Vcm3。另外，由p+GaN形成的第四ρ型氮化物半导体层111的Mg掺杂浓度为3 X 1019/cm3。通过使第四P型氮化物半导体层111的Mg掺杂浓度为3X IO1Vcm3这样的重掺杂,能够降低第四P型氮化物半导体层111与后述的由ITO形成的透明电极115接触的接触电阻，因此，能够降低元件的驱动电压。接着，为了促进第一 P型氮化物半导体层108、第二 P型氮化物半导体层109、第三P型氮化物半导体层110及第四P型氮化物半导体层111的P型化，在N2气体环境中进行950°C的退火。然后，在第四ρ型氮化物半导体层111的表面的一部分通过溅射法形成由ITO形成的透明电极115。接着，为了改善ITO的特性，在含有氧气的环境中对形成透明电极115后的晶片进行500°C的退火。之后，通过蚀刻除去形成透明电极115后的晶片的一部分，露出η型GaN接触层105的表面的一部分。然后，通过真空蒸镀法在透明电极115的表面上及η型GaN接触层105的表面上分别同时形成由Ni层及Au层形成的ρ侧焊盘电极116和η侧焊盘电极117。之后，形成覆盖ρ侧焊盘电极116和η侧焊盘电极117以外的其他所有部分的保护膜(未图示)，为了分别降低P侧焊盘电极116与透明电极115接触的接触电阻以及η侧焊盘电极117与η型GaN接触层105接触的接触电阻，在形成保护膜的状态下进行300°C的热处理。之后，通过划片及施加弯曲应力，将晶片分割为各个元件，从而得到第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件。在芯片(通过树脂密封进行封装前)状态下检查十个按照上述方法得到的第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件的结果为，在30mA的动作电流下发光输出平均为37mW。另外，因为通过HBM (Human Body Model :人体放电)法对第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件施加1500V电压来检查的结果是，十个都为良好，所以第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件的静电耐压为1500V以上。因此，第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件的发光特性及静电耐压都良好。〈比较例〉按照如下方法制作比较例的氮化物半导体发光二极管元件。首先，按照与第一实施例相同的方法制作至氮化物半导体活性层107。然后，将载气从N2气体切换为H2气体，在氮化物半导体活性层107上使ρ型AlGaN层进行气相生长15nm的厚度(生长条件与第一P型氮化物半导体层108相同)。接着，在将MOCVD装置内的气相压力升高至2 X IO4Pa后，使ρ型GaN层进行气相 生长60nm的厚度(生长条件与第三ρ型氮化物半导体层110相同)。然后，使ρ+GaN层进行气相生长30nm的厚度(生长条件与第四ρ型氮化物半导体层111相同)。之后，按照与第一实施例相同的方法制作比较例的氮化物半导体发光二极管元件。按照上述方法得到的比较例的氮化物半导体发光二极管元件在30mA的动作电流下发光输出为33mW，与第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件相比，其发光输出约低10%。图3表示第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件及比较例的氮化物半导体发光二极管元件的通过SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry :次级离子质谱法)得到的原子浓度分布。图3的横轴表示深度(depth(a. u.)),纵轴表示原子浓度(concentration(a. u.))。另外，图3中的I-Mg表示第一实施例的Mg原子浓度，O-Mg表示比较例的Mg原子浓度，Al表示Al相对原子浓度(第一实施例与比较例基本一致)，In表示In相对原子浓度(第一实施例与比较例基本一致)。图3的第一特征是氮化物半导体活性层107中最上层的量子阱层中的Mg原子浓度。在图3中，在相当于六个周期的量子阱层的最上层位置引一条竖线，该位置的比较例的Mg原子浓度为Y0，第一实施例的Mg原子浓度为Yl。如果比较YO的Mg原子浓度与Yl的Mg原子浓度这两者，则可以知道，与比较例的氮化物半导体发光二极管元件相比，第一实施例的氮化物半导体发光二极管元件能够将量子阱层的最上层的Mg浓度降低大约一半。图3的第二特征是，在比较例的Mg原子浓度分布中，在ρ型AlGaN层与ρ型GaN层之间存在Mg浓度增高的点X。本发明的发明者关注在比较例中的该界面具有高浓度的部分，并且发现在该界面附近，即，作为P型AlGaN层的上部的第二 ρ型氮化物半导体层109与优选是作为P型GaN层的下部的第三ρ型氮化物半导体层110的界面附近，进行降低载流子浓度的气相生长是有效的。在第二 P型氮化物半导体层109的气相生长与第三ρ型氮化物半导体层110的气相生长之间，通过改变气相压力等，中断气相生长的情况下，该气相生长方法特别有效。〈第二实施例〉除了第三ρ型氮化物半导体层110不是无掺杂、而是掺杂Mg使第三ρ型氮化物半导体层110中的P型杂质(Mg)浓度为4X IO1Vcm3这一点以外，其他都按照与第一实施例相同的方法，制作第二实施例的氮化物半导体发光二极管元件。在如上述方法制作出的第二实施例的氮化物半导体发光二极管元件中，即使是与第一实施例相同的CP2Mg流量，也能够提高第四ρ型氮化物半导体层111的ρ型杂质(Mg)浓度至 5 X IO19/cm3。由此，在第二实施例的氮化物半导体发光二极管元件中，能够降低第四P型氮化物半导体层111与透明电极115接触的接触电阻，并且降低元件的动作电压。〈第三实施例〉除了还供给TMI (三甲基铟)作为第三P型氮化物半导体层110的气相生长用的气体方面以外，其他都按照与第一实施例相同的方法制作第三实施例的氮化物半导体发光二极管元件。因为第三ρ型氮化物半导体层110的气相生长中的模板基板的温度高至1110°C，所以In没有掺入第三P型氮化物半导体层110中，但因为能够提高第三P型氮化物半导体层110中Mg的活性化率，所以能够降低元件的动作电压。
〈第四实施例〉如图4及图5所示，作为第四实施例的氮化物半导体发光二极管元件200，在表面进行有凹凸加工的蓝宝石基板201上，依次层积AlN缓冲层202、无掺杂GaN层203、n型GaN基底层204 (η型杂质(Si)浓度6X1018/Cm3)、η型GaN接触层205 (η型杂质(Si)浓度6X IO1Vcm3、厚度:1. 5 μ m)、将掺杂Si的η型GaN层(η型杂质(Si)浓度:5XlO1Vcm3、厚度1.75nm)和掺杂Si的η型InGaN层(η型杂质(Si)浓度:5X IO1Vcm3、厚度:1.75nm)交替层积二十个周期而形成的η型超晶格层206、将掺杂Si的η型GaN势鱼层(η型杂质(Si)浓度4X1017/cm3、厚度6. 5nm)和无掺杂InGaN量子阱层(厚度3. 5nm)交替层积六个周期后层积无掺杂GaN势垒层而形成的氮化物半导体层活性层207、无掺杂AlGaN层218 (厚度2nm)、由掺杂Mg的ρ型AlGaN形成的第一 ρ型氮化物半导体层208 (ρ型杂质(Mg)浓度2X 1019/cm3、厚度11. 75nm)、由无掺杂AlGaN形成的第二 ρ型氮化物半导体层209 (ρ型杂质(Mg)浓度1 X 1019/cm3、厚度3. 75nm)、由无掺杂GaN形成的第三ρ型氮化物半导体层210 (ρ型杂质(Mg)浓度:1 X 1019/cm3、厚度:60nm)、以及由P+GaN形成的第四ρ型氮化物半导体层211 (P型杂质(Mg)浓度:3X IO1Vcm3、厚度:20nm)。另外，在第四ρ型氮化物半导体层211的表面的一部分形成由ITO形成的透明电极215，在透明电极215的表面的一部分从接近透明电极215的一侧形成由Ni层及Au层的层积体形成的P侧焊盘电极216,在η型GaN接触层205的表面的一部分形成由Ni层及Au层的层积体形成的η侧焊盘电极217。按照如下方法制作具有上述结构的第四实施例的氮化物半导体发光二极管元件。首先，按照与第一实施例相同的方法制作至氮化物半导体活性层207。接着，将MOCVD装置内的气相压力降低至I X IO4Pa,并且将模板基板的温度升高至1110°C。另外，通过将MOCVD装置内的气相压力降低至IXlO4Pa,能够抑制可使多枚晶片生长的MOCVD装置内的后述的AlGaN层的Al组分在晶片间的偏差、以及晶片内的Al组分的偏差,并且能够改善元件的成品率。然后，将向MOCVD装置内供给的载气从N2气体转换为H2气体，使厚度为2nm的无掺杂Ala 17Ga0.83N层218进行气相生长，接着，使厚度为11. 25nm的由掺杂Mg的ρ型Ala 17Ga0.83N形成的第一 P型氮化物半导体层208 (ρ型杂质(Mg)浓度2 X IO1Vcm3)进行气相生长，并且使厚度为3. 75nm的由无掺杂Ala 17Gaa83N层形成的第二 ρ型氮化物半导体层209 (ρ型杂质(Mg)浓度1 XlO1Vcm3)进行气相生长。在此，无掺杂Ala 17Ga0.83N层218的平均Al组分为17%，不流动杂质原料气。另外，第一 P型氮化物半导体层208的平均Al组分为17%，在第一 ρ型氮化物半导体层208的Mg掺杂物原料中使用CP2Mg (双环戊二烯镁)气体，Mg掺杂浓度为2X 1019/cm3。另外，第二 P型氮化物半导体层209的平均Al组分为17%，在第二 ρ型氮化物半导体层209的气相生长中不流动CP2Mg气体。接着，暂时中断气相生长，将MOCVD装置内的气相压力升高至2X104Pa。之后，开始气相生长，使厚度为60nm的由无掺杂GaN形成的第三ρ型氮化物半导体层210 (ρ型杂质(Mg)浓度1 X IO1Vcm3)进行气相生长,使厚度为30nm的由p+GaN形成的第四ρ型氮化物半导体层211 (P型杂质(Mg)浓度3 X IO1Vcm3)进行气相生长。 这样生长的ρ型层的实际的杂质浓度如下所示。通过扩散将Mg掺入实际生长的无掺杂Alai7Gaa83N层218中。这是因为Mg从第一 ρ型氮化物半导体层208扩散,但该Mg扩散发生于第一 P型氮化物半导体层208的生长过程中，通过使之后的第二 ρ型氮化物半导体层209生长,停止Mg从第一 ρ型氮化物半导体层208向无掺杂Ala 17Gaa83N层218的扩散，在之后的第三P型氮化物半导体层210及第四ρ型氮化物半导体层211的生长中，利用实际上不流动杂质原料气体而生长的第二 P型氮化物半导体层209，防止Mg扩散。无掺杂Al。. Ipaa83N层218的层厚薄，难以检测出该层的Mg浓度，但在该无惨杂Ala 17Gaa83N层218中，Mg浓度突然变化，由于具有无掺杂Alai7Gaa83N层218，所以使氮化物半导体活性层207的最上层的阱层中的Mg浓度为2X 1018/cm3，与第一实施例的情况相比，更能够抑制Mg向活性层扩散。无掺杂Alai7Gaa83N层218具有防止Mg扩散的作用，可以说具有与第二 P型氮化物半导体层209同样的功能。但是，如果仅形成无掺杂Alai7Gaa83N层218,而没有实际上无掺杂地制作的第二 P型氮化物半导体层209，则防止Mg扩散的功能降低。为了弥补该情况，如果使无掺杂Ala 17Gaa83N层218的厚度不是2nm，而是更厚，则提高防止Mg扩散的效果，但导致元件的驱动电压升高。因此，将无掺杂Alai7Gaa83N层218的厚度控制在最小程度的厚度内是至关重要的。因此，通过与实际上无掺杂地制作的第二 P型氮化物半导体层209组合，能够同时达到防止Mg扩散和抑制驱动电压上升的效果。图6表示第四实施例的氮化物半导体发光二极管元件(以下称为“第四实施例的元件”)及通过与第一实施例相同的制造方法制作的氮化物半导体发光二极管元件(以下称为“第一实施例的元件”)的通过SMS得到的原子浓度分布。图6的横轴表示深度(depth(a. u.)),纵轴表示原子浓度(concentration(a. u.))。另外，图6中的2_Mg表示第一实施例的元件的Mg原子浓度，3-Mg表示第四实施例的元件的Mg原子浓度，Al表示Al相对原子浓度(第四实施例的元件与第一实施例的元件基本一致)，In表示In相对原子浓度(第四实施例的元件与第一实施例的元件基本一致)。另外，在图6中，在相当于六个周期的量子阱层的最上层的位置引一条竖线，该位置的第一实施例的元件的Mg原子浓度为Y2、第四实施例的元件的Mg浓度为Y3。如果比较Y2的Mg原子浓度和Y3的Mg原子浓度，则相对于Y2的Mg原子浓度为7 X IO1Vcm3,而Y3的Mg原子浓度为3 X 1018/cm3,从而确认能够进一步抑制Mg扩散。而且，在与第一实施例的元件相同的30mA的动作电流下，第四实施例的元件的驱动电压为2. 9V。另外，在30mA的动作电流下，第四实施例的元件的发光输出为45mW。另外，对于第四实施例的兀件,在通过HBM模型实施一 1500V的静电耐压时，在30000个进行静电耐压试验的元件中，只有2%被静电击穿，可知其静电耐压性能也良好。本次所公开的实施方式及实施例在所有方面都是例示而不应该认为是限制性的。本发明的范围不是通过上述说明来表示，而是由权利要求范围来表示，包括与权利要求范围等同的含义和范围内的所有变更。工业实用性本发明能够应用于氮化物半导体发光元件及氮化物半导体发光元件的制造方法。附图标记说明100氮化物半导体发光元件；101蓝宝石基板；102氮化物半导体缓冲层；103 氮化物半导体中间层；104 η型氮化物半导体基底层；105 η型氮化物半导体接触层；106 η型氮化物半导体超晶格层；107氮化物半导体活性层；108第一 ρ型氮化物半导体层；109第二 P型氮化物半导体层；110第三P型氮化物半导体层；111第四P型氮化物半导体层；115透明电极；116 ρ侧焊盘电极；117 η侧焊盘电极；200氮化物半导体发光二极管元件；201蓝宝石基板；202 AlN缓冲层；203无掺杂GaN层；204 η型GaN基底层；205 η型GaN接触层；206 η型超晶格层；207氮化物半导体活性层；208第一 ρ型氮化物半导体层；209第二 P型氮化物半导体层；210第三P型氮化物半导体层；211第四ρ型氮化物半导体层；215透明电极；216 ρ侧焊盘电极；217 η侧焊盘电极；218无掺杂AlGaN层。
权利要求
1.一种氮化物半导体发光元件(100)，其特征在于，具有 η型氮化物半导体层(105，106)； 设置于所述η型氮化物半导体层(105，106)上的氮化物半导体活性层(107); 设置于所述氮化物半导体活性层(107)上的P型氮化物半导体层(108，109，110，111);所述P型氮化物半导体层(108，109，110，111)从所述氮化物半导体活性层(107)侧依次包括第一 P型氮化物半导体层(108)、第二 P型氮化物半导体层(109)、第三P型氮化物半导体层(110)； 所述第一 P型氮化物半导体层(108)及所述第二 P型氮化物半导体层(109)分别含有Al ； 所述第一 P型氮化物半导体层(108)的平均Al组分与所述第二 P型氮化物半导体层 (109)的平均Al组分相同； 所述第三P型氮化物半导体层(110)的带隙小于所述第二 P型氮化物半导体层(109)的带隙； 所述第二 P型氮化物半导体层(109)的P型杂质浓度及所述第三P型氮化物半导体层(110)的P型杂质浓度分别低于所述第一P型氮化物半导体层(108)的P型杂质浓度。
2.如权利要求I所述的氮化物半导体发光元件(100)，其特征在于，所述P型氮化物半导体层(108，109，110，111)在所述第三P型氮化物半导体层(110)的、与设置所述氮化物半导体活性层(107)的一侧相反的一侧还包括第四P型氮化物半导体层(111)， 所述第四P型氮化物半导体层(111)的带隙小于所述第二 P型氮化物半导体层(109)的带隙， 所述第四P型氮化物半导体层(111)的P型杂质浓度高于所述第三P型氮化物半导体层(110)的P型杂质浓度。
3.如权利要求I所述的氮化物半导体发光元件(100)，其特征在于，所述氮化物半导体活性层(107)具有多重量子阱结构，该多重量子阱结构包括多个氮化物半导体量子阱层和多个氮化物半导体势垒层， 所述多个氮化物半导体势垒层中的、除了与所述P型氮化物半导体层(108，109，110，111)相接的氮化物半导体势垒层以外的氮化物半导体势垒层含有η型杂质。
4.如权利要求I所述的氮化物半导体发光元件(100)，其特征在于，所述η型氮化物半导体层(105，106)包括η型氮化物半导体接触层(105)和η型氮化物半导体超晶格层(106)， 所述η型氮化物半导体超晶格层(106)位于所述η型氮化物半导体接触层(105)与所述氮化物半导体活性层(107)之间， 所述η型氮化物半导体超晶格层(106)的平均η型杂质浓度为IXlO1Vcm3以上。
5.一种氮化物半导体发光元件(100)的制造方法，其特征在于，包括 在η型氮化物半导体层(105，106)上使氮化物半导体活性层(107)进行气相生长的工序; 在所述氮化物半导体活性层(107)上使含有Al的第一 P型氮化物半导体层(108)进行气相生长的工序； 在所述第一 P型氮化物半导体层(108)上使第二 P型氮化物半导体层(109)进行气相生长的工序，所述第二 P型氮化物半导体层(109)所含有的Al的平均Al组分与所述第一 P型氮化物半导体层(108)相同； 在所述第二 P型氮化物半导体层(109)上使第三P型氮化物半导体层(110)进行气相生长的工序，所述第三P型氮化物半导体层(110)的平均Al组分小于所述第一 P型氮化物半导体层(108)的平均Al组分； 所述第二 P型氮化物半导体层(109)及所述第三P型氮化物半导体层(110)分别掺杂有比所述第一 P型氮化物半导体层(108)的浓度低的P型杂质。
6.如权利要求5所述的氮化物半导体发光元件(100)的制造方法，其特征在于，在使所述第二 P型氮化物半导体层(109)进行气相生长的工序之后且在使所述第三P型氮化物半导体层(110)进行气相生长的工序之前，中断气相生长。
7.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件(100)的制造方法，其特征在于，在中断所述气相生长时，改变气相压力。
8.如权利要求5所述的氮化物半导体发光元件(100)的制造方法，其特征在于，在使所述第三P型氮化物半导体层(110)进行气相生长的工序之后，还包括在所述第三P型氮化物半导体层(110)上使第四氮化物半导体层(111)进行气相生长的工序，该第四氮化物半导体层(111)掺杂有比所述第三P型氮化物半导体层(110)的浓度高的P型杂质。
9.如权利要求I所述的氮化物半导体发光元件(200)，其特征在于，在所述氮化物半导体活性层(207)与所述第一 P型氮化物半导体层(208)之间还包括含有Al的氮化物半导体层(218)。
全文摘要
本发明提供一种氮化物半导体发光元件及氮化物半导体发光元件的制造方法，氮化物半导体发光元件(100)在氮化物半导体活性层(107)上依次包括第一p型氮化物半导体层(108)、第二p型氮化物半导体层(109)、第三p型氮化物半导体层(110)，第一p型氮化物半导体层(108)及第二p型氮化物半导体层(109)分别含有Al，第一p型氮化物半导体层(108)的平均Al组分与第二p型氮化物半导体层(109)的平均Al组分相同，第三p型氮化物半导体层(110)的带隙小于第二p型氮化物半导体层(109)的带隙，第二p型氮化物半导体层(109)的p型杂质浓度及第三p型氮化物半导体层(110)的p型杂质浓度分别低于第一p型氮化物半导体层(108)的p型杂质浓度。
文档编号H01L33/32GK102859723SQ20118001964
公开日2013年1月2日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年2月19日
发明者笔田麻佑子, 山田英司 申请人:夏普株式会社