CN102738329A - 第iii族氮化物半导体发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在不增加驱动电压的情况下表现出改进的发射性能的第III族氮化物半导体发光器件。该第III族氮化物半导体发光器件至少包括n型层侧包覆层、具有包括Al_xGa_1-xN(0＜x＜1)层作为势垒层的多量子结构的发光层以及p型层侧包覆层，其中，每个层由第III族氮化物半导体形成。在发光层从n型层侧包覆层到p型层侧包覆层沿着厚度方向分为第一块、第二块和第三块这三个块的情况下，第一块和第三块中的势垒层的数量相同，并且，每个发光层的Al组成比被设置成满足关系式x+z＝2y且z＜x，其中，x表示第一块中的势垒层的平均Al组成比，y表示第二块中的势垒层的平均Al组成比，z表示第三块中的势垒层的平均Al组成比。

Description

第III族氮化物半导体发光器件

技术领域

本发明涉及第III族氮化物半导体发光器件，所述第III族氮化物半导体发光器件抑制驱动电压的增加并且表现出改进的发射性能。

背景技术

到目前为止，已知多种第III族氮化物半导体发光器件，并且，日本公开特许公报(kokai)号2008-103711中公开了其中的一些第III族氮化物半导体发光器件。日本公开特许公报(kokai)号2008-103711公开了一种第III族氮化物半导体发光器件，其包括具有如下结构的有源层：在所述结构中，越靠近n型接触层，InGaN阱层的带隙能越大；越靠近n型接触层，阱层的厚度越小；并且，越靠近n型接触层，InGaN势垒层的带隙能越大。该结构消除了发射波长的不均匀性。

此外，日本公开特许公报(kokai)号2009-152552公开了一种第III族氮化物半导体发光器件，其包括具有如下结构的有源层：在所述结构中，势垒层的厚度随着越靠近p型层而逐渐地增加以抑制载流子的溢出。

此外，日本公开特许公报(kokai)号2003-273473公开了一种第III族氮化物半导体发光器件，其包括具有如下结构的有源层：在所述结构中，有源层包括势垒层、阱层和势垒层这三个层，其中，n型层侧上的势垒层的带隙能大于p型层侧上的势垒层的带隙能，并且，n型层侧上的势垒层的厚度小于p型层侧上的势垒层的厚度。

但是，甚至在具有以上结构的第III族氮化物半导体发光器件中，也需要进一步改进发射性能。在MQW(多量子阱)结构的有源层中，电子扩散距离大于空穴扩散距离。因此，在MQW结构中，从n型包覆层注入到有源层的电子到达p型包覆层，并且由势垒限制在有源层中。结果，在更靠近p型包覆层的阱层中捕获到更多电子。即，有源层的阱层中的电子密度分布随着越靠近p型包覆层而增加。因此，从p型包覆层注入到有源层的空穴更多地与限制在更靠近p型包覆层的具有较高的电子密度的阱层中的电子复合。

这导致以下问题：有源层中的发射区域集中在更靠近p型包覆层的位置处，从而导致发光器件的发射性能和总的光输出降低。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的目的是在不增加驱动电压的情况下改善第III族氮化物半导体发光器件的发射输出和性能。

在本发明的第一方面中，提供了一种第III族氮化物半导体发光器件，该第III族氮化物半导体发光器件至少包括n型层侧包覆层、具有其中Al_xGa_1-xN(0＜x＜1)层用作势垒层的多量子阱结构的发光层以及p型层侧包覆层，其中所述层中的每个层都由第III族氮化物半导体形成，其中，在发光层从n型层侧包覆层向p型层侧包覆层沿着厚度方向分为第一块、第二块和第三块这三个块的情况下，每个发光层的Al组成比设定为满足关系式z＜y＜x，其中x表示第一块中的势垒层的平均Al组成比，y表示第二块中的势垒层的平均Al组成比，z表示第三块中的势垒层的平均Al组成比。

在本发明中，第一块、第二块和第三块中可以包括任意数量的势垒层。第一块中的势垒层的数量优选地等于第三块中的势垒层的数量。此外，相同块中的势垒层的Al组成比可以不同或相同。此外，即使势垒层的Al组成比从n型层侧包覆层单调减少，但是，如果每个块中的势垒层的平均Al组成比满足关系式z＜y＜x，则相同的块中可能具有任意Al组成比分布。但是，优选地，势垒层的Al组成比从n型层侧包覆层单调减少。

在本发明的第二方面中，第一块中的势垒层的数量等于第三块中的势垒层的数量，并且，每个势垒层的Al组成比设定为在本发明的第一方面的情况下满足x+z＝2y。第一块和第三块中的势垒层的数量表示为k，发光层中的势垒层的总数量表示为n。在本发明中，第一块中的势垒层的平均Al组成比x、第二块中的势垒层的平均Al组成比y以及第三块中的势垒层的平均Al组成比z由下面的等式确定，其中，z＜x：

xk+y(n-2k)+zk＝yn

x+z＝2y                                    ...(1)

等式1也表示为等式2。

x-y＝y-z                                   ...(2)

等式2也表示为等式3。

x/y-1＝1-z/y                            ...(3)

在本发明的第二方面中，进行设计，使得第一块中的势垒层的数量等于第三块中的势垒层的数量，第一块中的势垒层的平均Al组成比x大于第三块中的势垒层的平均Al组成比z，并且第一块中的势垒层的平均Al组成比x与第三块中的势垒层的平均Al组成比z的算术平均值等于第二块中的势垒层的平均Al组成比y。

换言之，差(x-y)，即，第一块中的势垒层的平均Al组成比x与第二块中的势垒层的平均Al组成比y的差，等于差(y-z)，即，第二块中的势垒层的平均Al组成比y与第三块中的势垒层的平均Al组成比z的差。此外，差(x/y-1)，即，第一块中的势垒层的平均Al组成比x与第二块中的势垒层的平均Al组成比y的比值x/y与1的差，等于差(1-z/y)，即，1与第三块中的势垒层的平均Al组成比z和第二块中的势垒层的平均Al组成比y的比值z/y的差。通过发光层的三个块中的势垒层的平均Al组成比分布的上述对称性，本发明的第III族氮化物半导体发光器件表现出改进的发射性能。最优选地，相同的块中存在的多个势垒层的Al组成比可以相同。在这种情况下，第一块中的所有势垒层的Al组成比等于x。第二块中的所有势垒层的Al组成比等于y。第三块中的所有势垒层的Al组成比等于z。这应用于下面的发明中。

在本发明的第三方面中，第一块中的势垒层的平均Al组成比x与第二块中的势垒层的平均Al组成比y的比值x/y在本发明的第二方面的情况下满足1.1≤x/y≤2.2。在势垒层的平均Al组成比的比值设定为在该范围内以便为对称的情况下，可以显著地改进发射性能。

在本发明的第四方面中，每个块中的势垒层的厚度被设置成在本发明的第一方面至第三方面的情况下满足a＜b＜c和c＜b＜a中的至少一个，其中，a表示第一块中的势垒层的平均厚度，b表示第二块中的势垒层的平均厚度，c表示第三块中的势垒层的平均厚度。每个块中的势垒层的平均厚度沿着p型层侧包覆层的方向单调增加或单调减少。每个块中的多个势垒层的厚度可以相同或不同，但是优选地是相同的。每个块中的势垒层的平均厚度a、b和c应该满足上面的关系式。

在本发明的第五方面中，第一块中的势垒层的数量等于第三块中的势垒层的数量，并且，每个势垒层的厚度被设定为在本发明的第四方面的情况下满足a+c＝2b。在本发明中，每个块中的势垒层的平均厚度由下面的等式确定：

ak+b(n-2k)+ck＝bn

a+c＝2b                            ...(4)

等式4也表示为等式5。

b-a＝c-b                           ...(5)

等式5也表示为等式6。

1-a/b＝c/b-1                       ...(6)

在本发明中，进行设计，使得第一块中的势垒层的数量等于第三块中的势垒层的数量，并且第一块中的势垒层的平均厚度a与第三块中的势垒层的平均厚度c的算术平均值等于第二块中的势垒层的平均厚度b。在本发明的第五方面中，势垒层的平均厚度满足关系式a＜b＜c的情况和满足关系式c＜b＜a的情况包括在专利发明的范围内。

换言之，差(b-a)，即，第二块中的势垒层的平均厚度b与第一块中的势垒层的平均厚度a的差，等于差(c-b)，即，第三块中的势垒层的平均厚度c与第二块中的势垒层的平均厚度b的差。此外，差(1-a/b)，即，1与第一块中的势垒层的平均厚度a和第二块中的势垒层的平均厚度b的比值a/b的差，等于差(c/b-1)，即第三块中的势垒层的平均厚度c和第二块中的势垒层的平均厚度b的比值c/b与1的差。本发明的第III族氮化物半导体发光器件通过发光层中的势垒层的平均Al组成比分布和平均厚度分布的上述对称性表现出改进的发射性能。最优选地，相同块中存在的多个势垒层的厚度可以相同。在这种情况下，第一块中的所有势垒层的厚度等于a。第二块中的所有势垒层的厚度等于b。第三块中的所有势垒层的厚度等于c。这应用于下面的发明中。

在本发明的第六方面中，第一块中的势垒层的平均厚度a和第三块中的势垒层的平均厚度c设定为在本发明的第五方面的情况下满足关系式a＜c。即，在更靠近p型层侧包覆层的势垒层的平均厚度大于更靠近n型层侧包覆层的势垒层的平均厚度的情况下，通过减少第三块中的势垒层的Al组成比，势垒层的厚度抑制了由于势垒层的低高度而造成的电子的溢出。

在本发明的第七方面中，在本发明的第五方面的情况下，在a＜b＜c的情况下，比值a/b设定为在0.7到0.9的范围内，并且，在c＜b＜a的情况下，比值c/b设定为在0.7到0.9的范围内。在势垒层的平均厚度的比值设定在该范围内以便为对称的情况下，可以显著地改进发射性能。

在本发明的第八方面中，提供了一种第III族氮化物半导体发光器件，其中，该第III族氮化物半导体发光器件至少包括n型层侧包覆层、具有包括Al_xGa_1-xN(0＜x＜1)层作为势垒层的多量子阱结构的发光层以及p型层侧包覆层，每个层由第III族氮化物半导体形成，其中，在发光层从n型层侧包覆层到p型层侧包覆层沿着厚度方向分为第一块、第二块和第三块这三个块的情况下，第一块、第二块和第三块中的势垒层的Al组成比相同，并且，每个势垒层的厚度设定为满足关系式a＜b＜c和c＜b＜a中的至少一种，其中，a表示第一块中的势垒层的平均厚度，b表示第二块中的势垒层的平均厚度，c表示第三块中的势垒层的平均厚度。

在本发明中，第一块、第二块和第三块中的势垒层的Al组成比相同，并且，第一块、第二块和第三块中的势垒层的平均厚度如本发明的第四方面中那样是对称的。

在本发明的第九方面中，第一块中的势垒层的数量等于第三块中的势垒层的数量，并且，每个势垒层的厚度设定为在本发明的第八方面的情况下满足a+c＝2b。此外，在本发明的第十方面中，第一块中的势垒层的平均厚度a和第三块中的势垒层的平均厚度c设定为在本发明的第九方面的情况下满足关系式a＜c。在这种情况下，如果更靠近p型层侧包覆层的势垒层的平均厚度大于更靠近n型层侧包覆层的势垒层的平均厚度，则抑制了电子朝着p型层侧包覆层溢出，从而改进了发射性能。

在本发明的第十一方面中，在本发明的第九方面的情况下，在a＜b＜c的情况下，比值a/b设定为在0.7到0.9的范围内，并且，在c＜b＜a的情况下，比值c/b设定为在0.7到0.9的范围内。在势垒层的平均厚度的比值设定为在该范围内以便为对称的情况下，可以显著地改进发射性能。

在根据本发明的所有以上方面的半导体发光器件中，通常，用于形成n型电极的n型接触层设置在n型包覆层下面，并且用于形成p型电极的p型接触层设置在p型层侧包覆层上面。本发明的半导体发光器件可以包括除了上述层以外的层。发光层具有多量子阱结构，并且可以具有任意数量的层。周期性的层结构的一个层单元至少可以包括阱层和势垒层，并且还可以包括除了上述层以外的层。层单元的数量是整数3或更多。

优选地，p型层侧包覆层具有包括Al_zGa_1-zN(0＜z＜1)层的超晶格层。n型层侧包覆层优选地具有包括Al_xGa_1-xN(0≤x＜1)层的超晶格层。此外，n型层侧包覆层可以具有包括In_yGa_1-yN(0＜y＜1)层、Al_xGa_1-xN(0＜x＜1)层以及GaN层的超晶格结构。这些超晶格层中的至少一个层优选地包含Si。很明显，形成n型层侧包覆层的所有层可以包含Si。

P型层侧包覆层可以是具有包括In_wGa_1-wN层和Al_zGa_1-zN(0＜z＜1)层的周期性结构的超晶格层。在这种构造的情况下，可以将电子有效地限制在发光层中，并且，可以将空穴有效地注入发光层中。因此，可以改进发射性能。如本文中所使用的，“第III族氮化物半导体”包括由分子式Al_x1Ga_y1In_z1N(x1+y1+z1＝1，0≤x1，y1，z1≤1)表示的化合物半导体；在该化合物半导体中，Al、Ga或In部分由另外的13族元素(即，B或Tl)代替，或者N部分由另外的15族元素(即，P、As、Sb或Bi)代替。通常，第III族氮化物半导体是一种包含Ga作为基本元素的氮化物半导体，如GaN、AlGaN、InGaN或AlGaInN。

发光层可以具有多量子阱结构。可以使用的多量子阱结构的示例包括具有任意组成比的AlGaN/GaN多量子阱结构、具有任意组成比的AlGaN/InGaN多量子阱结构以及具有任意组成比的AlGaN/GaN/InGaN多量子阱结构。本发明的半导体发光器件还可以包括除了上述层以外的层，如n型接触层或p型接触层。用于改善静电击穿电压的层(下文中可以称作“ESD层”)可以设置在n型接触层与n型层侧包覆层之间。器件可以具有任意其他层构造。

在本发明中，在发光层从n型层侧包覆层到p型层侧包覆层沿着厚度方向分为第一块、第二块和第三块这三个块的情况下，每个势垒层的Al组成比设定为满足z＜y＜x，其中，x表示第一块中的势垒层的平均Al组成比，y表示第二块中的势垒层的平均Al组成比，z表示并且第三块中的势垒层的平均Al组成比。这导致更靠近n型层侧包覆层的势垒层具有较高的势垒高度。因此，发光层的电子也存储在靠近n型层侧包覆层的阱层中。电子密度分布沿着发光层的整个厚度方向可以是均匀的，并且，发光区域沿着整个厚度方向可以是均匀的。因此，可以改进发射性能。

在第一块中的势垒层的数量等于第三块中的势垒层的数量并且每个层的Al组成比被设置成满足关系式x+z＝2y的情况下，n型层侧包覆层侧的Al组成比分布较大并且p型层侧包覆层侧的Al组成比分布较小。此外，Al组成比分布关于厚度的中心是点对称的。因此，电子也存储在靠近n型层侧包覆层的阱层中。电子密度分布沿着发光层的整个厚度方向可以是均匀的，并且发光区域沿着整个厚度方向可以是均匀的。因此，可以改进发射性能。

上述每个块中的势垒层的厚度设定为满足关系式a＜b＜c或c＜b＜a，其中，a表示第一块中的势垒层的平均厚度，b表示第二块中的势垒层的平均厚度，c表示第三块中的势垒层的平均厚度。因此，可以改进发射性能。

在第一块中的势垒层的数量等于第三块中的势垒层的数量并且每个势垒层的厚度设定为满足a+c＝2b的情况下，势垒层的厚度分布沿着发光层的厚度方向可以关于中心是点对称的。这可以改进发射性能。特别地，在第三块中的靠近p型层侧包覆层的势垒层的平均厚度大于第一块中的靠近n型层侧包覆层的势垒层的平均厚度的情况下，可以防止电子朝着p型层侧包覆层溢出，从而改进发射性能。

附图说明

当结合附图参照下面的优选实施方案的详细描述较好地理解本发明的目的、特征和伴随优点时，将会容易理解本发明的多种其他目的、特征以及许多伴随优点，图中：

图1示出根据实施方案1的发光器件1的构造；

图2A至2C是示出用于制造发光器件1的过程的简图；

图3示出根据实施方案1的发光器件的带结构；

图4示出通过仅着重于根据实施方案1的发光器件中的势垒层和阱层而简化的带结构；

图5示出通过仅着重于根据实施方案2的发光器件中的势垒层和阱层而简化的带结构；

图6示出通过仅着重于根据实施方案3的发光器件中的势垒层和阱层而简化的带结构；

图7示出根据实施方案5的发光器件的带结构；

图8示出通过仅着重于根据实施方案5的发光器件中的势垒层和阱层而简化的带结构；

图9示出通过仅着重于根据实施方案6的发光器件中的势垒层和阱层而简化的带结构；

图10示出通过仅着重于根据实施方案7的发光器件中的势垒层和阱层而简化的带结构；以及

图11是示出根据实施方案5、6、7以及对比例1和2的发光层的发射强度的图。

具体实施方式

接下来将参考附图描述本发明的具体实施方案。但是，本发明不局限于实施方案。

实施方案1

图1示出根据实施方案1的发光器件1的构造。发光器件1具有如下结构：该结构包括蓝宝石衬底100；AlN缓冲层120；n型接触层101、ESD层102、n型层侧包覆层(在整个实施方案均称作“n型包覆层”)103、发光层104、未掺杂包覆层105、p型层侧包覆层(在整个实施方案均称作“p型包覆层”)106以及p型接触层107，其中层101至107由第III族氮化物半导体形成并且经由缓冲层120沉积在衬底100上；形成在p型接触层107上的p型电极108；以及形成在n型接触层101的通过从p型接触层107蚀刻移除层102至107的对应部分而暴露的一部分上的n型电极130。

对蓝宝石衬底100的表面进行压纹，以改进光提取性能。蓝宝石衬底100可以用由例如SiC、ZnO、Si或GaN制成的其它生长衬底代替。

n型接触层101由具有1×10¹⁸/cm³或更大的Si浓度的n型GaN形成。n型接触层101可以由具有不同的载流子浓度的多个层形成，以获得层101与n型电极130之间的良好接触。

ESD层102具有包括第一ESD层110和第二ESD层111的两层结构，所述层110和111顺序沉积在n型接触层101上。第一ESD层110由未掺杂的GaN形成。第一ESD层110具有50nm至500nm的厚度。第一ESD层110的表面110a具有密度为2×10⁸/cm²或更大的一些小坑(pit)。第二ESD层111由掺有Si的GaN形成，并且具有25nm至50nm的厚度。第一ESD层110可以掺有Si，使得层具有5×10¹⁷/cm³或更小的载流子浓度。

第二ESD层111由掺有Si的GaN形成，并且具有由Si浓度(/cm³)和厚度(nm)的乘积定义的0.9×10²⁰(nm/cm³)至3.6×10²⁰(nm/cm³)的特征值。例如，当第二ESD层111具有30nm的厚度时，层具有3.0×10¹⁸/cm³到1.2×10¹⁹/cm³的Si浓度。

n型包覆层103具有包括15个层单元的超晶格结构，其中每个层单元包括顺序堆叠的三个层：未掺杂的In_0.08Ga_0.92N层131(厚度：2.5nm)、未掺杂的GaN层132(厚度：0.7nm)和掺有Si的n型GaN层133(厚度：1.4nm)。n型包覆层103的与第二ESD层111接触的首层是In_0.08Ga_0.92N层131，并且n型包覆层103的与发光层104接触的末层是n型GaN层133。n型包覆层103的总厚度是69nm。In_0.08Ga_0.92N层131可以具有1.5nm至5.0nm的厚度。未掺杂的GaN层132可以具有0.3nm至2.5nm的厚度。掺有Si的n型GaN层133可以具有0.3nm至2.5nm的厚度。

发光层(也可以称作“有源层“)104从n型层侧包覆层103沿着厚度方向分为第一块、第二块和第三块这三个块。在第一块中，设置有两个层单元，每个层单元包括顺序堆叠的四个层：Al_0.05Ga_0.95N层141(厚度：2.4nm)、In_0.2Ga_0.8N层142(厚度：3.2nm)、GaN层143(厚度：0.6nm)以及Al_0.33Ga_0.66N层144(厚度：0.6nm)。在第二块中，设置有三个层单元，每个层单元包括顺序堆叠的四个层：Al_0.05Ga_0.95N层141(厚度：2.4nm)、In_0.2Ga_0.8N层142(厚度：3.2nm)、GaN层143(厚度：0.6nm)以及Al_0.2Ga_0.8N层144(厚度：0.6nm)。在第三块中，设置有两个层单元，每个层单元包括顺序堆叠的四个层：Al_0.05Ga_0.95N层141(厚度：2.4nm)、In_0.2Ga_0.8N层142(厚度：3.2nm)、GaN层143(厚度：0.6nm)以及Al_0.07Ga_0.93N层144(厚度：0.6nm)。在本实施方案中，第一块中的两个Al_0.33Ga_0.66N层144、第二块中的三个Al_0.2Ga_0.8N层144以及第三块中的两个Al_0.07Ga_0.93N层144分别为本发明的势垒层144。In_0.2Ga_0.8N层142是阱层142。Al_0.05Ga_0.95N层141也是势垒层。当Al_0.05Ga_0.95N层141是势垒层时，GaN层143和其后的层144有时称作Al_0.05Ga_0.95N层141的盖层。Al_0.05Ga_0.95N层141所跟随的层144中的每个层具有大于阱层142的带隙的带隙，并且用作势垒层以将载流子限制在阱层142中。因此，实施方案1至4描述了当层144中的每个层都是势垒层时的情况。实施方案5至8描述了当层141中的每个层都是势垒层的情况。

下文中，附图标记144和142也分别被指定为势垒层和阱层。

发光层104的与n型包覆层103接触的首层是Al_0.05Ga_0.95N层141，并且发光层104的与未掺杂的包覆层105接触的末层是Al_0.2Ga_0.8N层144。一个层单元具有6.8nm的厚度。发光层104的总厚度是47.6nm。发光层104的所有层均由未掺杂的层形成。包括未掺杂的GaN层151(厚度：2.5nm)和未掺杂的Al_0.15Ga_0.85N层152(厚度：3nm)的未掺杂的包覆层105置于发光层104与p型包覆层106之间。未掺杂的包覆层105设置为防止包含在形成于层105上方的层中的Mg扩散至发光层104。

p型包覆层106具有包括七个层单元的结构，每个层单元包括顺序堆叠的p型In_0.05Ga_0.95N层161(厚度：1.7nm)和p型Al_0.3Ga_0.7N层162(厚度：3.0nm)。p型包覆层106的与未掺杂的包覆层105接触的首层是p型In_0.05Ga_0.95N层161，并且p型包覆层106的与p型接触层107接触的末层是p型Al_0.3Ga_0.7N层162。p型包覆层106的总厚度是32.9nm。Mg被用作p型杂质。

P型接触层107由掺有Mg的p型GaN形成。P型接触层107可以由具有不同的载流子浓度的多个层形成，以获得层107与p型电极之间的良好接触。

由于ESD层102具有前述的构造，所以发光器件1表现出高的静电击穿电压、改进的发射性能和可靠性以及减少的电流泄漏。接下来将描述按如上配置ESD层102的原因。ESD层102配置为使得：首先，形成具有小坑(小坑密度：2×10⁸/cm²或更大)的第一ESD层110；并且在第一ESD层110上形成掺有Si的第二ESD层111。Si在第一ESD层110的小坑中的存在在该位置处产生导电性。利用该配置，获得了高静电击穿电压。将第一ESD层110的厚度调整至50nm至500nm，使得不降低静电击穿电压和发射性能，并且使得小坑尺寸调整为不引起电流泄漏的增加。

为了进一步改善静电击穿电压、发射性能和可靠性以及减少电流泄漏，优选地，按如下配置ESD层102。第一ESD层110优选具有50nm至500nm的厚度以及2×10⁸/cm²至1×10¹⁰/cm²或更小的小坑密度。第二ESD层112优选具有1.5×10²⁰nm/cm³至3.6×10²⁰nm/cm³的特征值和25nm至50nm的厚度。

接下来将参考图2描述用于制造发光器件1的方法。在图2中，省略了对图1中示出的超晶格层的周期性结构的描述。

晶体生长通过有机金属化学气相沉积(MOCVD)来进行。使用的气体如下：氢气或氮气(H₂或N₂)作为载气；氨气(NH₃)作为氮源；三甲基镓(Ga(CH₃)₃，下文中可以称作“TMG”)作为Ga源；三甲基铟(In(CH₃)₃，下文中可以称作“TMI”)作为In源；三甲基铝(Al(CH₃)₃，下文中称作“TMA”)作为Al源；硅烷(SiH₄)作为n型掺杂剂气体；和环戊二烯基镁(Mg(C₅H₅)₂，下文中称作“Cp₂Mg”)作为p型掺杂剂气体。

首先，在氢气气氛中加热蓝宝石衬底100以进行清洁，从而从蓝宝石衬底100的表面移除沉积物。之后，将衬底温度保持在400℃，并且通过MOCVD在蓝宝石衬底100上形成AlN缓冲层120。之后，将衬底温度在氢气(载气)流和氨气流中提升至1100℃。在衬底温度已经达到1100℃之后，紧接着通过使用TMG和氨气作为原料气并且使用硅烷气作为杂质气而在缓冲层120上沉积由GaN形成并具有4.5×10¹⁸/cm^-3的Si浓度的n型接触层101(图2A)。

随后，通过下面的过程形成ESD层102。首先，通过MOCVD在n型接触层101上沉积由未掺杂的n型GaN形成的并且具有50nm至500nm的厚度的第一ESD层110。将生长温度调整至800℃至950℃，以生长具有5×10¹⁷/cm³或更小的载流子浓度以及2×10⁸/cm²或更大的小坑密度的高品质晶体。当生长温度调整至800℃至900℃时，小坑密度增加，这是优选的。

接下来，通过MOVCD在第一ESD层110上沉积第二ESD层111，其中，第二ESD层111由掺有Si的n型GaN形成并且具有如由Si浓度(/cm³)和厚度(nm)的乘积定义的0.9×10²⁰(nm/cm³)至3.6×10²⁰(nm/cm³)的特征值。将生长温度调整至800℃至950℃。通过这些过程，在n型接触层101上形成ESD层102(图2B)。

接下来，通过MOCVD，在ESD层102上形成n型包覆层103。通过周期性地堆叠15个层单元来形成n型包覆层103，每个层单元包括未掺杂的In_0.08Ga_0.92N层131(厚度：2.5nm)、未掺杂的GaN层132(厚度：0.7nm)以及掺有Si的n型GaN层133(厚度：1.4nm)。在供给硅烷气、TMG、TMI以及氨气且同时将衬底温度保持在830℃的情况下形成In_0.08Ga_0.92N层131。在供给TMG和氨气且同时将衬底温度保持在830℃的情况下形成n型GaN层133。

然后，在n型包覆层103上形成发光层104。发光层104通过周期性地堆叠七个层单元来形成，每个层单元包括以下四个层：Al_0.05Ga_0.95N层141、In_0.2Ga_0.8N层142、GaN层143以及Al_wGa_1-wN层144。但是，在第一块中用作势垒层144的Al_wGa_1-wN层144是两个Al_0.33Ga_0.66N层144。在第二块中用作势垒层144的Al_wGa_1-wN层144是三个Al_0.2Ga_0.8N层144。在第三块中用作势垒层144的Al_wGa_1-wN层144是两个Al_0.07Ga_0.93N层144。在这种情况下，用作势垒层144的Al_wGa_1-wN层144的生长温度即衬底温度是从800℃至950℃的任意温度。In_0.2Ga_0.8N层142、GaN层143以及Al_0.2Ga_0.8N层144的生长温度是770℃。作为一个替代方案，四个层141、142、143和144的生长温度通常可以保持在770℃。在供给对应的原料气的情况下生长层141至144中的每个层，以形成发光层104。

随后，在供给TMG和氨气且同时将衬底温度保持在855℃的情况下，在发光层104上生长未掺杂的GaN层151(厚度：2.5nm)。然后，在将衬底温度保持在855℃的同时，在供给TMA、TMG和氨气的情况下，生长未掺杂的Al_0.15Ga_0.85N层152(厚度：3nm)。由此，形成未掺杂的包覆层105。

接下来，在未掺杂的包覆层105上形成p型包覆层106。在供给Cp₂Mg、TMI、TMG和氨气且同时将衬底温度保持在855℃的情况下，形成p型In_0.05Ga_0.95N层161(厚度：1.7nm)，并且，在供给Cp₂Mg、TMA、TMG和氨气且同时将衬底温度保持在855℃的情况下，形成p型Al_0.3Ga_0.7N层162(厚度：3.0nm)。将该层形成过程重复七次。

然后，在将衬底温度保持在1000℃的情况下，通过使用TMG、氨气和Cp₂Mg沉积由掺有Mg(1×10²⁰/cm^-3)的p型GaN形成的p型接触层107(厚度：50nm)。由此，形成图2c中示出的器件结构。p型接触层107可以具有1×10¹⁹/cm^-3至1×10²¹/cm^-3的Mg浓度。p型接触层107可以具有10nm至100nm的厚度。

随后，通过热处理活化Mg，并随后从p型接触层107的顶面进行干法蚀刻，从而形成到达n型接触层101的沟槽。由Ni/Au/Al(依次堆叠在p型接触层107上)在p型接触层107的顶面上形成p型电极108。然后，在通过干法蚀刻暴露在沟槽的底部处的n型接触层101的表面上，由Ni/Au(依次堆叠在n型接触层101上)形成n型电极130。由此，制得图1中示出的发光器件1。

图3示出发光器件1的带结构。在导带(C.B.)中，n型包覆层103的未掺杂的GaN层132提供最高的势垒。但是，由于GaN层132具有小至0.7nm的厚度，所以来自n型接触层101的电子隧穿通过层132并且注入发光层104中。此外，在发光层104中，用作势垒层144的Al_wGa_1-wN层144的Al组成比w在更靠近n型包覆层103的势垒层中较高，并且在更靠近p型包覆层106的势垒层中较低。Al组成比满足关系式x+z＝2y，即，(x-y)＝(y-z)。这意味着第二块中的势垒层144的Al组成比与第一块中的势垒层144的Al组成比的差等于第三块中的势垒层144的Al组成比与第二块中的势垒层144的Al组成比的差。换言之，发光层104中的势垒层144的Al组成比分布关于第二块点对称。

由于势垒是由发光层104与p型包覆层106之间的加入的p型杂质提供的，所以p型包覆层106中的p型Al_0.3Ga_0.7N层162阻挡了电子从n型包覆层103注入发光层104中的通路。因此，电子被有效地限制在发光层104中。此时，如上所述，势垒层144的Al组成比分布沿着厚度方向是对称的，并且，更靠近n型包覆层103的势垒层中的Al组成比较大。因此，电子也可以被存储在靠近n型包覆层103的阱层142中。

同时，在价带(V.B.)中，尽管GaN层132具有足够反射空穴的小至0.7nm的厚度，但是，从p型接触层107经由p型包覆层106和未掺杂的包覆层105注入发光层104中的空穴不能隧穿通过n型包覆层103的未掺杂的GaN层132。即，层132阻挡了空穴的通路。由此，空穴被有效地限制在发光层104中。因此，空穴密度在发光层104中均匀地分布。发光层104中的电子和空穴的复合的密度分布沿着厚度方向可以更均匀。结果，可以在不提高驱动电压的情况下改进发射性能。

图4示出仅着重具有以上结构的势垒层144和阱层142的带结构。发光层104中的势垒层144的势垒在n型包覆层103侧较高并且在p型包覆层106侧较低。因此，由于第一块中的势垒层144的势垒高度，所以注入至发光层104的第一块中的阱层142中的电子难以移动至第二块中的阱层142。同样地，由于第二块中的势垒层144的势垒高度，所以第二块中的阱层142的电子难以移动至第三块中的阱层142。结果，在发光层104中，阱层142的电子密度在n型包覆层103侧高于在p型包覆层106侧。由此，从p型包覆层106注入发光层104中的一部分空穴到达发光层104(该层与n型包覆层103接触)的层中并且也与那部分处的电子复合。因此，发出的光沿着发光层104的厚度方向是均匀的，使得发射输出和性能得至改善。

实施方案2

在实施方案2中，发光层104中的势垒层144的厚度改变。用作势垒层144的七个Al_wGa_1-wN层144的Al组成比w都是0.2。第一块中的两个势垒层具有0.48nm的厚度a。第二块中的三个势垒层具有0.6nm的厚度b。第三块中的两个势垒层具有0.72nm的厚度c。换言之，第一块中的势垒层144的厚度a、第二块中的势垒层144的厚度b以及第三块中的势垒层144的厚度c满足关系式a+c＝2b，即，(b-a)＝(c-b)＝0.12nm。即，与第二块中的势垒层144的厚度的差关于第二块中的势垒层144的厚度点对称。在这种情况下，更靠近p型包覆层106的势垒层144的厚度c大于更靠近n型包覆层103的势垒层144的厚度a，即，满足关系式a＜c。根据实施方案2的发光器件制造为具有与根据实施方案1的发光器件相同的构造，只是势垒层的厚度和Al组成比不同。图5示出通过仅选取发光层104的势垒层144和阱层142而简化的带结构。

实施方案3

在实施方案3中，发光层104中的势垒层144的厚度如实施方案2中那样变化。用作势垒层144的七个Al_wGa_1-wN层144的Al组成比w都是0.2。第一块中的两个势垒层具有0.72nm的厚度a。第二块中的三个势垒层具有0.6nm的厚度b。第三块中的两个势垒层具有0.48nm的厚度c。换言之，第一块中的势垒层144的厚度a、第二块中的势垒层144的厚度b以及第三块中的势垒层144的厚度c满足关系式a+c＝2b，即，(a-b)＝(b-c)＝0.12nm。即，与第二块中的势垒层144的厚度的差关于第二块中的势垒层144的厚度点对称。在这种情况下，与实施方案2相反，在实施方案3中，更靠近p型包覆层106的势垒层144的厚度c小于更靠近n型包覆层103的势垒层144的厚度a，即，满足关系式c＜a。根据实施方案3的发光器件制造成具有与根据实施方案1的发光器件相同的构造，只是势垒层的厚度和Al组成比不同。图6示出通过仅选取发光层104的势垒层144和阱层142而简化的带结构。

如果势垒层144的厚度分布关于发光层104的厚度的中心CL如图5和6中所示是点对称的，则与不对称的情况相比，其发射强度较高。势垒层144的这种厚度分布使得发射强度沿着发光层104的厚度方向是均匀的，从而导致发射强度增加。

实施方案4

在实施方案4中，势垒层144与实施方案1中的势垒层具有相同的Al组成比分布并且与实施方案2中的势垒层具有相同的厚度分布。发光层104的第一块中的势垒层144是两个具有0.48nm的厚度的Al_0.33Ga_0.66N层144。发光层104的第二块中的势垒层144是三个具有0.6nm的厚度的Al_0.2Ga_0.8N层144。发光层104的第三块中的势垒层144是两个具有0.72nm的厚度的Al_0.07Ga_0.93N层144。换言之，Al组成比满足关系式x+z＝2y且z＜x，并且厚度满足关系式a+c＝2b且a＜c。利用该配置，由于更靠近n型包覆层103的势垒层144具有较大的Al组成比，所以对电子的势垒在更靠近n型包覆层103的势垒层中较高，并且对电子的势垒在更靠近p型包覆层106的势垒层中较低。为了抑制由于更靠近p型包覆层106的势垒层144的较低势垒高度而造成的电子溢出，使更靠近p型包覆层106的势垒层144具有较大的厚度，从而使得发射强度的增加。

在所有上述实施方案中，如果第一块中的层的数量等于第三块中的层的数量，则发光层104可以具有任意数量的势垒层144。如果满足关系式x+z＝2y且z＜x，则势垒层144可以具有任意的Al组成比，但是当关系式为1.1≤x/y≤2.2时发射强度高。当x/y小于1.1时，通过改变发光层104中的Al组成比来使阱层中的电子密度分布均匀的效果降低，这不是优选的。当x/y大于2.2时，阱层的结晶度降低，这不是优选的。因此，x/y优选地在上面的范围内。

此外，如果势垒层144的厚度满足关系式a+c＝2b，则任意范围的厚度是可能的。但是，当a/b为0.7≤a/b≤0.9时，发射强度增加。与更靠近p型包覆层106的势垒层144的厚度小于更靠近n型包覆层103的势垒层144的厚度的情况相比，在更靠近p型包覆层106的势垒层144的厚度大于更靠近n型包覆层103的势垒层144的厚度的情况下，发射强度较大。在两种情况下，发射强度高于势垒层具有恒定厚度的情况。当a/b大于0.9时，势垒层144的宽度的变化减小，并且对具有均匀密度的电子的沿着发光层的厚度方向的限制效果降低，这不是优选的。当a/b小于0.7时，较少电子移动至具有较大厚度的势垒层上的阱层，从而阻碍在沿着发光层的厚度方向形成均匀的发光区域。因此，a/b优选地在上面的范围内。

实施方案5

本实施方案与实施方案1相同，只是发光层104的势垒层(其Al组成比变化)从势垒层144变化至势垒层141。与实施方案1中一样，发光层104从n型层侧包覆层103沿着厚度方向分为第一块、第二块和第三块这三个块。在第一块中，设置有两个层单元，每个层单元包括顺序堆叠的四层：Al_0.083Ga_0.917N层141(厚度：2.4nm)、In_0.2Ga_0.8N层142(厚度：3.2nm)、GaN层143(厚度：0.6nm)以及Al_0.2Ga_0.8N层144(厚度：0.6nm)。在第二块中，设置有三个层单元，每个层单元包括顺序堆叠的四层：Al_0.05Ga_0.95N层141(厚度：2.4nm)、In_0.2Ga_0.8N层142(厚度：3.2nm)、GaN层143(厚度：0.6nm)以及Al_0.2Ga_0.8N层144(厚度：0.6nm)。在第三块中，设置有两个层单元，每个层单元包括顺序堆叠的四层：Al_0.017Ga_0.983N层141(厚度：2.4nm)、In_0.2Ga_0.8N层142(厚度：3.2nm)、GaN层143(厚度：0.6nm)以及Al_0.2Ga_0.8N层144(厚度：0.6nm)。第一块中的两个Al_0.083Ga_0.917N层141、第二块中的三个Al_0.05Ga_0.95N层141以及第三块中的两个Al_0.017Ga_0.983N层141分别是本发明的势垒层141。In_0.2Ga_0.8N层142是阱层142。下文中，附图标记141和142也分别被赋予势垒层和阱层。

发光层104的与n型包覆层103接触的首层是Al_0.083Ga_0.917N层141，并且发光层104的与未掺杂的包覆层105接触的末层是Al_0.2Ga_0.8N层144。一个层单元的厚度是6.8nm。发光层104的总厚度是47.6nm。发光层104的所有层均由未掺杂的层形成。除发光层104以外的层具有与示例1中相同的构造并且用与示例1中的制造方法相同的方法来制造。

但是，在用于制造发光层104的方法中，第一块中用作势垒层141的Al_wGa_1-wN层141是两个具有2.4nm的厚度的Al_0.083Ga_0.917N层141。在第二块中用作势垒层141的Al_wGa_1-wN层141是三个具有2.4nm的厚度的Al_0.05Ga_0.95N层141。在第三块中用作势垒层141的Al_wGa_1-wN层141是两个具有2.4nm的厚度的Al_0.017Ga_0.983N层141。用作势垒层141的Al_wGa_1-wN层141的生长温度是从800℃至950℃的任意温度。In_0.2Ga_0.8N层142、GaN层143以及Al_0.2Ga_0.8N层144的生长温度是770℃。作为一个替代方案，四个层141、142、143以及144的生长温度通常可以保持在770℃。在供给对应的原料气的情况下生长层141至144中的每个层，以形成发光层104。

图7示出发光器件1的带结构。在导带中，n型包覆层103的未掺杂的GaN层132提供最高的势垒。但是，由于GaN层132具有小至0.7nm的厚度，所以来自n型接触层101的电子隧穿通过层132并且注入发光层104中。此外，在发光层104中，用作势垒层141的Al_wGa_1-wN层141的Al组成比w在更靠近n型包覆层103的势垒层中较高，并且在更靠近p型包覆层106的势垒层中较低。Al组成比满足关系式x+z＝2y，即，(x-y)＝(y-z)。这意味着第二块中的势垒层141的Al组成比与第一块中的势垒层141的Al组成比的差等于第三块中的势垒层141的Al组成比与第二块中的势垒层141的Al组成比的差。换言之，在发光层104中的势垒层141的Al组成比分布关于第二块点对称。

由于势垒是由发光层104与p型包覆层106之间加入的p型杂质来提供的，所以p型包覆层106中的p型Al_0.3Ga_0.7N层162阻挡了电子从n型包覆层103注入发光层104中的通路。因此，电子被有效地限制在发光层104中。此时，如上所述，势垒层141的Al组成比分布沿着厚度方向是对称的，并且更靠近n型包覆层103的势垒层中的Al组成比较大。因此，电子也可以被存储在靠近n型包覆层103的阱层142中。

同时，在价带中，尽管GaN层132具有足够反射空穴的小至0.7nm的厚度，但是从p型接触层107经由p型包覆层106和未掺杂的包覆层105注入发光层104的空穴不能隧穿通过n型包覆层103的未掺杂的GaN层132。即，层132阻挡了空穴的通路。因此，空穴被有效地限制在发光层104中。因此，在发光层104中，空穴密度均匀地分布。发光层104中的电子和空穴的复合的密度分布沿着厚度方向可以更均匀。结果，可以在不提高驱动电压的情况下改进发射性能。

图8示出仅着重于具有以上结构的势垒层141和阱层142的带结构。发光层104中的势垒层141的势垒在n型包覆层103侧较高并且在p型包覆层106侧较低。因此，由于第一块中的势垒层141的势垒高度，所以注入至发光层104的第一块中的阱层142中的电子难以移动至第二块中的阱层142。同样地，由于第二块中的势垒层141的势垒高度，所以第二块中的阱层142的电子难以移动至第三块中的阱层142。结果，在发光层104中，阱层142的电子密度在n型包覆层103侧高于在p型包覆层106侧。由此，从p型包覆层106注入发光层104中的一部分空穴到达发光层104(该层与n型包覆层103接触)的层中并且也与那部分处的电子复合。因此，发出的光沿着发光层104的厚度方向是均匀的，使得发射输出和性能得到改善。

图11是示出发光层的所测得的发射强度的图。制造了如下发光器件作为对比例1：其中发光层104具有上述七个层单元，并且用作势垒层的七个Al_wGa_1-wN层141的Al组成比w都是0.05，与根据实施方案5的第二块中的势垒层的Al组成比相同。此外，制造了如下发光器件作为对比例2：其中用作势垒层的Al_wGa_1-wN层141的Al组成比w在第一块中是0.017、在第二块中是0.05并且在第三块中是0.083。在对比例2中，尽管发光层104中的势垒层141的Al组成比分布关于发光层104的厚度的中心是点对称的，但是，在更靠近n型包覆层103的势垒层中的Al组成比w较低，并且在更靠近p型包覆层106的势垒层中的Al组成比w较高。图11示出在根据对比例1的发光层的发射强度归一化为1的情况下的相对发射强度。如根据图11理解的，发射强度在对比例2中小至0.975，并且在实施方案5中大至1.01。因此，与均匀分布(对比例1)或与实施方案5的分布相对的分布(对比例2)相比，根据实施方案5的势垒层141中的Al组成比的点对称分布中的发射强度较高。

在实施方案1中，势垒层144而不是示例5中的势垒层141的Al组成比以同样的方式变化。但是，层141和144均具有大于阱层142的带隙的带隙，并且用作势垒层以将载流子限制在阱层142中。因此，根据图11的测量结果，据认为在实施方案1中可以获得与实施方案5中相同的效果。

实施方案6

在实施方案6中，发光层104中的势垒层141的厚度改变。用作势垒层的七个Al_wGa_1-wN层141的Al组成比w都是0.05。第一块中的两个势垒层141具有2.0nm的厚度a。第二块中的三个势垒层具有2.4nm的厚度b。第三块中的两个势垒层具有2.8nm的厚度c。换言之，第一块中的势垒层141的厚度a、第二块中的势垒层141的厚度b以及第三块中的势垒层141的厚度c满足关系式a+c＝2b，即，(b-a)＝(c-b)＝0.4nm。即，与第二块中的势垒层141的厚度的差关于第二块中的势垒层141的厚度是对称的。在这种情况下，更靠近p型包覆层106的势垒层141的厚度c大于更靠近n型包覆层103的势垒层141的厚度a，即，满足关系式a＜c。根据实施方案6制造的发光器件与根据实施方案5制造的发光器件具有相同的构造，只是势垒层141的厚度和Al组成比不同。图9示出通过仅选取发光层104的势垒层141和阱层142而简化的带结构。

图11示出所测得的发射强度。很清楚，根据实施方案6的发光器件的发射强度是1.018，大于对比例1。同样地，根据图11的测量结果，据认为当根据实施方案2的势垒层144具有与实施方案6中相同的厚度分布时可以取得相同的效果。

实施方案7

在实施方案7中，发光层104的势垒层141的厚度以与实施方案6中相同的方式变化。用作势垒层的七个Al_wGa_1-wN层141的Al组成比w都是0.05。第一块中的两个势垒层具有2.8nm的厚度a。第二块中的三个势垒层具有2.4nm的厚度b。第三块中的两个势垒层具有2.0nm的厚度c。换言之，第一块中的势垒层141的厚度a、第二块中的势垒层141的厚度b以及第三块中的势垒层141的厚度c满足关系式a+c＝2b，即，(a-b)＝(b-c)＝0.4nm。即，与第二块中的势垒层141的厚度的差关于第二块中的势垒层141的厚度是点对称的。在这种情况下，与实施方案6相反，更靠近p型包覆层106的势垒层141的厚度c小于更靠近n型包覆层103的势垒层141的厚度a，即，满足关系式c＜a。根据实施方案7制造的发光器件与根据实施方案5制造的发光器件具有相同的构造，只是势垒层141的厚度和Al组成比不同。图10示出通过仅选取发光层104的势垒层141和阱层142而简化的带结构。

图11示出所测得的发射强度。很清楚，根据实施方案7的发光器件的发射强度是1.01，大于对比例1。同样地，根据图11的测量结果，据认为在根据实施方案3的势垒层144具有与实施方案7中相同的厚度分布时可以取得相同的效果。

如图9和10中所示，根据以上描述，很明显，如果势垒层141的厚度分布关于发光层104的厚度的中心CL是点对称的，则发射强度与不对称的情况(对比例1)相比较高。势垒层141的这种厚度分布使得发射强度沿着发光层104的厚度方向是均匀的，从而导致发射强度的增加。

实施方案8

在实施方案8中，势垒层141具有与实施方案5中相同的Al组成比分布并且具有与实施方案6中相同的厚度分布。发光层104的第一块中的势垒层141是两个具有2.0nm的厚度的Al_0.083Ga_0.917N层141。发光层104的第二块中的势垒层141是三个具有2.4nm的厚度的Al_0.05Ga_0.95N层141。发光层104的第三块中的势垒层141是两个具有2.8nm的厚度的Al_0.017Ga_0.983N层141。换言之，组成比满足关系式x+z＝2y且z＜x，并且厚度满足关系式a+c＝2b且a＜c。利用该配置，由于更靠近n型包覆层103的势垒层141具有较大的Al组成比，所以对电子的势垒在更靠近n型包覆层103的势垒层中较高并且对电子的势垒在更靠近p型包覆层106的势垒层中较低。为了抑制由于更靠近p型包覆层106的势垒层141的较低的势垒高度而造成的电子溢出，更靠近p型包覆层106的势垒层141中的厚度较大，从而得至较高的发射强度。

在上述实施方案5至8中，如果第一块中的层的数量等于第三块中的层的数量，则发光层104可以具有任意数量的势垒层141。如果满足关系式x+z＝2y且z＜x，尽管势垒层141可以具有任意的Al组成比，但是当关系式为1.1≤x/y≤2.2时发射强度高。当x/y小于1.1时，通过改变发光层104中的Al组成比来使阱层中的电子密度分布均匀的效果降低，这不是优选的。当x/y大于2.2时，阱层的结晶度降低，这不是优选的。因此，x/y优选地在上面的范围中。

此外，如果势垒层141的厚度满足关系式a+c＝2b，则任意范围的厚度都是可能的。但是，当a/b为0.7≤a/b≤0.9时，发射强度增加。与更靠近p型包覆层106的势垒层141的厚度小于更靠近n型包覆层103的势垒层141的厚度的情况相比，在更靠近p型包覆层106的势垒层141的厚度大于更靠近n型包覆层103的势垒层141的厚度时发射强度较大。在两种情况下，发射强度高于势垒层具有恒定厚度的情况。当a/b超过0.9时，势垒层141的宽度的变化降低，并且对在发光层的厚度方向上的具有均匀强度的电子的限制效果降低，这不是优选的。当a/b小于0.7时，较少的电子移动至具有大厚度的势垒层上的阱层，从而阻碍在沿着发光层的厚度方向产生均匀的发光区域。因此，a/b优选地在上面的范围内。

在上述实施方案1至8中，n型包覆层103具有如下周期性结构：该周期性结构包括依次堆叠在n型接触层101上的未掺杂的In_0.08Ga_0.92N层131、未掺杂的GaN层132以及掺有Si的n型GaN层133。但是，n型包覆层103可以具有如下周期性结构：其中In_0.08Ga_0.92N层、掺有Si的n型GaN层以及未掺杂的GaN层依次堆叠；掺有Si的n型GaN层、未掺杂的GaN层以及In_0.08Ga_0.92N层依次堆叠；或者掺有Si的n型GaN层、In_0.08Ga_0.92N层以及未掺杂的GaN层依次堆叠。In_0.08Ga_0.92N层131可以掺有Si，以用作n型层。GaN层133可以是未掺杂的。掺有Si的Al_0.2Ga_0.8N层133可以代替掺有Si的n型GaN层133来使用。Al_0.2Ga_0.8N层133可以是未掺杂的。

n型包覆层103由15个层单元形成，但是层单元的数量不限于此。例如，层单元的数量可以是3至30。未掺杂的GaN层132可以具有0.3nm至2.5nm的厚度。掺有Si的GaN层133可以具有0.3nm至2.5nm的厚度。In_0.08Ga_0.92N层131可以具有1.5nm至5.0nm的厚度。

当Al_xGa_1-xN层132用作层132时，Al_xGa_1-xN层132可以具有0.05至1的组成比x。组成比x优选地是0.1至0.8，更优选地是0.2至0.6。当Al_xGa_1-xN层132由AlN形成时，甚至在层具有小至0.3nm时，电子也可以隧穿通过层，并且层可以阻挡空穴的通路。同时，当Al_xGa_1-xN层132由Al_0.05Ga_0.95N形成时，层132必须具有大至2.5nm的厚度。由此，Al_xGa_1-xN层132可以具有0.3nm至2.5nm的厚度。由于形成p型包覆层106的周期性结构的层中的一个层是p型Al_0.3Ga_0.7N层162，所以优选将n型包覆层103中的Al_xGa_1-xN层132的Al组成比x调整至0.15或更多。

本发明的第III族氮化物半导体发光器件在不增加驱动电压的情况下表现出改进的发射性能。

Claims (11)

1.一种第III族氮化物半导体发光器件，其至少包括：

n型层侧包覆层；

发光层，所述发光层具有包括Al_xGa_1-xN(0＜x＜1)层作为势垒层的多量子阱结构；和

p型层侧包覆层，

所述层中的每个层都由第III族氮化物半导体形成，其中在所述发光层从所述n型层侧包覆层向所述p型层侧包覆层沿厚度方向分为第一块、第二块和第三块的三个块时，每个块中的势垒层的Al组成比设定为满足关系式z＜y＜x，其中，x表示所述第一块中的势垒层的平均Al组成比，y表示所述第二块中的势垒层的平均Al组成比，并且z表示所述第三块中的势垒层的平均Al组成比。

2.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中在所述第一块中的势垒层的数量等于在所述第三块中的势垒层的数量，并且在每个块中的势垒层的Al组成比设定为满足关系式x+z＝2y。

3.根据权利要求2所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中比值x/y设定为满足关系式1.1≤x/y≤2.2。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中每个块中的势垒层的厚度设定为满足关系式a＜b＜c和c＜b＜a中的至少之一，其中a表示在所述第一块中的势垒层的平均厚度，b表示在所述第二块中的势垒层的平均厚度，并且c表示在所述第三块中的势垒层的平均厚度。

5.根据权利要求4所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中在所述第一块中的势垒层的数量等于在所述第三块中的势垒层的数量，并且在每个块中的势垒层的厚度设定为满足关系式a+c＝2b。

6.根据权利要求5所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中在每个块中的势垒层的厚度设定为满足关系式a＜c。

7.根据权利要求5所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中，在a＜b＜c的情况下，比值a/b为0.7≤a/b≤0.9，而在c＜b＜a的情况下，比值c/b为0.7≤c/b≤0.9。

8.一种第III族氮化物半导体发光器件，其至少包括：

n型层侧包覆层；

发光层，所述发光层具有包括Al_xGa_1-xN(0＜x＜1)层作为势垒层的多量子阱结构；和

p型层侧包覆层，

所述层中的每个层都由第III族氮化物半导体形成，其中在所述发光层从所述n型层侧包覆层向所述p型层侧包覆层沿厚度方向分为第一块、第二块和第三块的三个块的情况下，所述第一块、所述第二块和所述第三块中的每个块中的所述势垒层的Al组成比相同，并且在每个块中的所述势垒层的厚度设定为满足关系式a＜b＜c和c＜b＜a中的至少之一，其中a表示在所述第一块中的势垒层的平均厚度，b表示在所述第二块中的势垒层的平均厚度，c表示在所述第三块中的势垒层的平均厚度。

9.根据权利要求8所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中在所述第一块中的势垒层的数量等于在所述第三块中的势垒层的数量，并且在每个块中的势垒层的厚度设定为满足关系式a+c＝2b。

10.根据权利要求9所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中在每个块中的势垒层的厚度设定为满足关系式a＜c。

11.根据权利要求9所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中在a＜b＜c的情况下，比值a/b为0.7≤a/b≤0.9，而在c＜b＜a的情况下，比值c/b为0.7≤c/b≤0.9。

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