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CN117015860A - 发光元件 - Google Patents

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CN117015860A
CN117015860A CN202280021530.7A CN202280021530A CN117015860A CN 117015860 A CN117015860 A CN 117015860A CN 202280021530 A CN202280021530 A CN 202280021530A CN 117015860 A CN117015860 A CN 117015860A
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CN
China
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layer
semiconductor layer
type impurity
light
side semiconductor
Prior art date
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Application number
CN202280021530.7A
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English (en)
Inventor
船越良太
岸野利彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Corp
Original Assignee
Nichia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Nichia Corp filed Critical Nichia Corp
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Abstract

一种发光元件，具有半导体层叠体，该半导体层叠体具有第一发光部、第二发光部以及隧道结层，所述第一发光部由包含第一n侧半导体层、第一p侧半导体层以及第一活性层在内的氮化物半导体构成，所述第二发光部位于第一发光部上，并且由包含第二n侧半导体层、第二p侧半导体层以及第二活性层在内的氮化物半导体构成，所述隧道结层设置在所述第一p侧半导体层与所述第二n侧半导体层之间，所述第一n侧半导体层包含第一n型杂质浓度的第一层叠部，所述第一层叠部具有由第一层和第二层交替层叠而成的多层构造，所述第二n侧半导体层包含第二n型杂质浓度的第二层叠部，所述第二层叠部具有由第三层和晶格常数与所述第三层不同的第四层交替层叠而成的多层构造，所述第二n型杂质浓度比所述第一n型杂质浓度高。

Description

发光元件
技术领域
本发明的实施方式涉及发光元件。
背景技术
例如，专利文献1中公开了一种发光元件，该发光元件包含具有隧道结层的氮化物半导体层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2017－157667号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在这样的发光元件中，期望降低正向电压。本发明的实施方式的目的在于提供一种能够降低正向电压的发光元件。
用于解决技术问题的技术方案
本发明一个实施方式的发光元件具有：半导体层叠体，具有第一发光部、第二发光部以及隧道结层，所述第一发光部由包含第一n侧半导体层、第一p侧半导体层以及在所述第一n侧半导体层与所述第一p侧半导体层之间设置的第一活性层在内的氮化物半导体构成，所述第二发光部位于第一发光部上，并且由包含第二n侧半导体层、第二p侧半导体层以及在所述第二n侧半导体层与所述第二p侧半导体层之间设置的第二活性层在内的氮化物半导体构成，所述隧道结层设置在所述第一p侧半导体层与所述第二n侧半导体层之间；n侧电极，其与所述第一n侧半导体层电连接；p侧电极，其与所述第二p侧半导体层电连接；所述第一n侧半导体层包含第一n型杂质浓度的第一层叠部，所述第一层叠部具有由第一层和晶格常数与所述第一层不同的第二层交替层叠而成的多层构造，所述第二n侧半导体层包含第二n型杂质浓度的第二层叠部，所述第二层叠部具有由第三层和晶格常数与所述第三层不同的第四层交替层叠而成的多层构造，所述第二n型杂质浓度比所述第一n型杂质浓度高。
有益的效果
根据本发明一个实施方式的发光元件，能够提供能够降低正向电压的发光元件。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式的发光元件的结构的示意剖视图。
图2是表示本发明一个实施方式的发光元件的制造方法的流程的流程图。
图3A是表示本发明一个实施方式的发光元件的制造方法的示意图。
图3B是表示本发明一个实施方式的发光元件的制造方法的示意图。
图3C是表示本发明一个实施方式的发光元件的制造方法的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的发光元件的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下说明中参照的附图是将本发明概略地示出的附图，因此存在夸张各部件的尺度或间隔、位置关系等，或者省略部件的一部分的图示的情况。并且，在俯视图、剖视图之间，也存在各部件的尺度或间隔不一致的情况。并且，在以下说明中，对于相同名称和附图标记，原则上表示相同或同质的部件，并且适当省略详细的说明。
图1是本发明一个实施方式的发光元件1的示意剖视图。本实施方式的发光元件1具有半导体层叠体100，该半导体层叠体100具有：第一发光部11，其由包含第一n侧半导体层20、第一p侧半导体层40以及在第一n侧半导体层20与第一p侧半导体层40之间设置的第一活性层30在内的氮化物半导体构成；第二发光部12，其位于第一发光部11上，并且由包含第二n侧半导体层60、第二p侧半导体层80以及在第二n侧半导体层60与第二p侧半导体层80之间设置的第二活性层70在内的氮化物半导体构成；隧道结层50，其设置在第一p侧半导体层40与所述第二n侧半导体层60之间。发光元件1具有与第一n侧半导体层20电连接的n侧电极91和与第二p侧半导体层80电连接的p侧电极92。
基板10的材料例如是蓝宝石、硅、SiC、GaN等。也可以在基板10与第一发光部11之间设置缓冲层。作为缓冲层，例如能够使用由AlGaN、AlN构成的层。
半导体层叠体100是层叠有由氮化物半导体构成的多个半导体层的层叠体。氮化物半导体能够包含在由InxAlyGa1－x－yN(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)构成的化学式中组成比x和y在各自的范围内变化的全部的组成的半导体。在半导体层叠体100中，从基板10侧起依次配置有第一发光部11、隧道结层50以及第二发光部12。
第一发光部11包含第一n侧半导体层20、第一p侧半导体层40以及在第一n侧半导体层20与第一p侧半导体层40之间设置的第一活性层30。第一发光部11由氮化物半导体构成。
第一n侧半导体层20包含n接触层21、第一层叠部22以及基底层23。第一n侧半导体层20包含一个以上的n型半导体层。作为n型半导体层，能够举出含有硅(Si)、锗(Ge)等n型杂质的半导体层。n型半导体层例如是GaN，也可以包含铟(In)、铝(Al)。例如，包含Si作为n型杂质的n型半导体层的n型杂质浓度为1×1018/cm3以上2×1019/cm3以下。第一n侧半导体层20也可以包含未掺杂层。未掺杂层是未有意掺杂n型杂质、p型杂质的层。未掺杂层的n型杂质、p型杂质的浓度例如是在二次离子质谱法(SIMS)等的分析结果中不超过检测界限的浓度。在未掺杂层与有意掺杂有n型杂质和/或p型杂质的层相邻的情况下，由于来自该相邻的层的扩散等，存在在未掺杂层中包含n型杂质和/或p型杂质的情况。
n接触层21设置在基底层23与第一层叠部22之间。n接触层21是包含n型杂质的半导体层。n接触层21的n型杂质浓度能够设为1×1018/cm3以上1×1019/cm3以下。n接触层21的厚度能够设为0.5μm以上3μm以下。n接触层21具有未设有其他半导体层的上表面。在未设有其他半导体层的n接触层21的表面设有后述的n侧电极91。
第一层叠部22设置在n接触层21与第一活性层30之间。第一层叠部22具有由第一层和晶格常数与第一层不同的第二层交替层叠而成的多层构造。第一层叠部22是包含多个第一层和多个第二层的超晶格层。第一层和第二层例如是未掺杂层。第一层例如是未掺杂的GaN层。第二层例如是未掺杂的InGaN层。第一层叠部22包含例如15组以上25组以下的第一层和第二层的组。第一层的厚度能够设为0.5nm以上3nm以下。第二层的厚度能够设为0.5nm以上3nm以下。第一层叠部22的厚度例如能够设为30nm以上150nm以下。
第一层叠部22的第一n型杂质浓度例如能够设为1×1017/cm3以上1×1019/cm3以下。第一层叠部22的p型杂质浓度例如能够设为1×1017/cm3以上1×1018/cm3以下。需要说明的是，第一层叠部22的第一n型杂质浓度是指第一层叠部22中的n型杂质浓度中最高的n型杂质浓度。第一层叠部22的p型杂质浓度是指第一层叠部22中的p型杂质浓度中最高的p型杂质浓度。需要说明的是，第一层叠部22所包含的n型杂质和p型杂质包含由于从相邻的层扩散而包含的情况、由于在第一层和/或第二层中掺杂n型杂质或p型杂质而包含的情况。
基底层23设置在基板10与n接触层21之间。基底层23例如是未掺杂的GaN层。基底层23的厚度例如能够设为5μm以上10μm以下。
第一活性层30设置在第一n侧半导体层20与第一p侧半导体层40之间。第一活性层30例如具有包含多个阱层和多个势垒层的多重量子阱构造。多个阱层例如使用InGaN。多个势垒层例如使用GaN。第一活性层30所包含的阱层和势垒层例如为未掺杂层。也可以在第一活性层30所包含的阱层和势垒层的至少一部分中含有n型杂质和/或p型杂质。第一活性层30发出的光例如是紫外光或可见光。第一活性层30例如能够发出蓝色光、绿色光。蓝色光的发光峰值波长为430nm以上490nm以下。绿色光的发光峰值波长为500nm以上540nm以下。
第一p侧半导体层40设置在第一活性层30与隧道结层50之间。第一p侧半导体层40包含一个以上的p型半导体层。作为p型半导体层，可举出含有镁(Mg)等p型杂质的半导体层。p型半导体层例如是GaN，也可以包含In和/或Al。例如，包含Mg作为p型杂质的p型半导体层的p型杂质浓度为1×1019/cm3以上5×1020/cm3以下。第一p侧半导体层40也可以包含未掺杂层。第一p侧半导体层40的厚度能够设为30nm以上200nm以下。
隧道结层50设置在第一p侧半导体层40与第二n侧半导体层60之间。隧道结层50包含n型杂质和/或p型杂质。隧道结层50包含具有比第一p侧半导体层40高的p型杂质浓度的p型半导体层和具有比第二n侧半导体层60高的n型杂质浓度的n型半导体层中的至少一个半导体层。隧道结层50例如包含比第二n侧半导体层60的第二n型杂质浓度高的第三n型杂质浓度的半导体层。由此，能够进一步缩窄通过后述的pn结而形成的耗尽层的宽度。隧道结层50例如能够使用包含Mg作为p型杂质的p型GaN层、包含Si作为n型杂质的n型GaN层。例如，包含Mg作为p型杂质的p型半导体层的p型杂质浓度为1×1020/cm3以上5×1021/cm3以下。例如，包含Si作为n型杂质的n型半导体层的n型杂质浓度为2×1020/cm3以上1×1021/cm3以下。作为构成隧道结层50的氮化物半导体，例如可举出GaN、InGaN、AlGaN。隧道结层50的杂质浓度和厚度能够进行适当变更。隧道结层50的厚度例如能够设为1nm以上6μm以下。
第二n侧半导体层60包含中间层61和第二层叠部62。第二n侧半导体层60包含一个以上的n型半导体层。作为n型半导体层，可举出含有硅(Si)、锗(Ge)等n型杂质的半导体层。n型半导体层例如是GaN，也可以包含铟(In)、铝(Al)。例如，包含Si作为n型杂质的n型半导体层的n型杂质浓度为1×1018/cm3以上2×1019/cm3以下。第二n侧半导体层60也可以包含未掺杂层。
中间层61设置在隧道结层50与第二层叠部62之间。中间层61包含含有n型杂质的n型半导体层。例如，中间层61能够设为从隧道结层50侧起依次层叠有第一n型半导体层和n型杂质浓度比第一n型半导体层低的第二n型半导体层的多层构造。中间层61所包含的n型半导体层的n型杂质浓度能够设为比隧道结层50所包含的n型半导体层低。通过设置中间层61，能够使形成第二层叠部62的半导体层的表面状态与隧道结层50的表面状态相比更为改善，因此能够更加结晶性良好地形成第二层叠部62。中间层61的厚度例如能够设为100nm以上200μm以下。在中间层61为多层构造的情况下，例如，能够将第一n型半导体层的厚度设为15nm以上60nm以下，并且将第二n型半导体层的厚度设为40nm以上180nm以下。
第二层叠部62设置在中间层61与第二活性层70之间。第二层叠部62具有由第三层和晶格常数与第三层不同的第四层交替层叠而成的多层构造。第二层叠部62是包含多个第三层和多个第四层在内的超晶格层。第三层和第四层例如是掺杂有n型杂质的层。第三层例如是含有n型杂质的n型GaN层。第四层例如是含有n型杂质的n型InGaN层。第二层叠部62包含例如15组以上25组以下的第三层与第四层的组。需要说明的是，n型杂质只要在第三层和第四层中的任一层中含有即可。例如，能够将第三层设为掺杂有n型杂质的层，并且将第四层设为未掺杂层。
第二层叠部62的厚度能够设为比第一层叠部22的厚度薄。由此，与第一层叠部22相比能够更为抑制在第二层叠部62的上表面形成的V形坑扩大，并且能够改善在第二层叠部62上形成的第二活性层70的结晶性。第三层的厚度能够设为0.5nm以上3nm以下。第四层的厚度能够设为0.5nm以上3nm以下。第二层叠部62的厚度例如能够设为30nm以上150nm以下。在第二层叠部62的厚度比第一层叠部22薄的情况下，例如，将第一层叠部22的厚度设为50nm以上70nm以下，并且将第二层叠部62的厚度设为30nm以上50nm以下。
第二层叠部62包含掺杂有n型杂质的半导体层。第二层叠部62的第二n型杂质浓度比第一层叠部22的第一n型杂质浓度高。由此，能够抑制来自第一p侧半导体层40和隧道结层50的p型杂质扩散到在第二层叠部62上形成的半导体层。例如，由于在第二n侧半导体层60中包含p型杂质，存在容易促进p型化的问题。根据本实施方式，能够减少由于这样的p型杂质的扩散而导致的半导体层p型化的情况，并且能够高效地向隧道结层50供给载流子，因此能够降低正向电压Vf。第二层叠部62的第二n型杂质浓度例如优选为3×1017/cm3以上1×1020/cm3以下，更优选为1×1018/cm3以上1×1020/cm3以下。第二层叠部62的p型杂质浓度比第一层叠部22的p型杂质浓度高。第二层叠部62的p型杂质浓度例如能够设为3×1017/cm3以上5×1018/cm3以下。需要说明的是，第二层叠部62的第二n型杂质浓度是指第二层叠部62中的n型杂质浓度中最高的n型杂质浓度。第二层叠部62的p型杂质浓度是指第二层叠部62中p型杂质浓度中最高的p型杂质浓度。
第二层叠部62的第二n型杂质浓度比第二层叠部62的p型杂质浓度高。由此，能够抑制第二层叠部62中的p型化。例如，即使在第二层叠部62的p型杂质浓度比第一层叠部22的p型杂质浓度高的情况下，也能够抑制第二层叠部62中的p型化。
第二活性层70设置在第二层叠部62与第二p侧半导体层80之间。第二活性层70例如具有包含多个阱层和多个势垒层的多重量子阱构造。多个阱层例如使用InGaN。多个势垒层例如使用GaN。第二活性层70所包含的阱层和势垒层例如为未掺杂层。第二活性层70所包含的阱层和势垒层的至少一部分也可以含有n型杂质和/或p型杂质。
第二活性层70发出的光例如是紫外光或可见光。第一活性层30和第二活性层70发出的光例如能够设为蓝色光。第一活性层30的发光峰值波长与第二活性层70的发光峰值波长也可以不同。例如，能够将第一活性层30发出的光设为蓝色光，并且将第二活性层70发出的光设为绿色光。
第二p侧半导体层80设置在第二活性层70上。第二p侧半导体层80包含一个以上的p型半导体层。作为p型半导体层，可举出含有镁(Mg)等p型杂质的半导体层。p型半导体层例如为GaN，也可以包含In和/或Al。例如，包含Mg作为p型杂质的p型半导体层的p型杂质浓度为1×1019/cm3以上5×1020/cm3以下。第二p侧半导体层80也可以包含未掺杂层。第二p侧半导体层80的厚度能够设为30nm以上200nm以下。
n侧电极91设置在第一n侧半导体层20上，并且与第一n侧半导体层电连接。n侧电极91设置在n接触层21的上表面。p侧电极92设置在第二p侧半导体层80上，并且与第二p侧半导体层80电连接。
在n侧电极91与p侧电极92之间施加正向电压。此时，在第二p侧半导体层80与n接触层21之间施加正向电压，向第一活性层30和第二活性层70供给空穴和电子，由此第一活性层30和第二活性层70发光。
在对p侧电极92施加正电位、对n侧电极91施加比p侧电极92低的电位时，在第二n侧半导体层60与第一p侧半导体层40之间变为施加反向电压。因此，为了使电流在第二n侧半导体层60与第一p侧半导体层40之间流通，利用隧道结层50的隧道效应。即，通过使存在于第一p侧半导体层40的价带的电子隧穿到第二n侧半导体层60的导带而使电流流通。
为了得到这样的隧道效应，通过具有比第一p侧半导体层40高的p型杂质浓度的p型半导体层和具有比第二n侧半导体层60高的n型杂质浓度的n型半导体层中至少一个半导体层形成隧道结层50。通过这样的隧道结层50形成pn结。例如，通过第一p侧半导体层40和隧道结层50形成pn结，该隧道结层50使用以高浓度掺杂有n型杂质的n型半导体层。例如，通过隧道结层50和第二n侧半导体层60形成pn结，该隧道结层50使用以高浓度掺杂有p型杂质的p型半导体层。例如，通过使隧道结层50为包含以高浓度掺杂有n型杂质的n型半导体层和以高浓度掺杂有p型杂质的p型半导体层在内的层叠构造来形成pn结。第一p侧半导体层40、隧道结层50以及第二n侧半导体层60所包含的各导电型杂质的浓度越高，越能够缩窄通过上述pn结形成的耗尽层的宽度。而且，耗尽层的宽度越窄，在施加电压时，存在于第一p侧半导体层40的价带的电子越容易隧穿耗尽层，并且向第二n侧半导体层60的导带移动。
如上所述，根据本实施方式的发光元件，能够抑制p型杂质向第二层叠部62以及在第二层叠部62上形成的半导体层的扩散，并且能够降低正向电压Vf。并且，通过在第一活性层30上层叠第二活性层70，与具有一个活性层的发光元件相比，能够提高平均单位面积的输出。
接着，对本实施方式的发光元件1的制造方法的一个例子进行说明。
图2是表示本实施方式的发光元件的制造方法的流程图。如图2所示，本实施方式的发光元件的制造方法具有第一发光部形成工序S11、隧道结层形成工序S12以及第二发光部形成工序S13。图3A～图3C是表示本实施方式的发光元件1的制造方法的示意剖视图。
半导体层叠体100含有的各氮化物半导体层在能够调节压力和温度的炉内通过MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)法形成。各氮化物半导体层例如在基板10上外延生长。各氮化物半导体层能够通过向炉内导入载体气体和原料气体而形成。作为载体气体，能够使用氢气(H2)、氮气(N2)。作为N源的原料气体，能够使用氨气(NH3)。作为Ga源的原料气体，能够使用三甲基镓(TMG)气体或三乙基镓(TEG)气体。作为In源的原料气体，能够使用三甲基铟(TMI)气体。作为Al源的原料气体，能够使用三甲基铝(TMA)气体。作为Si源的原料气体，能够使用甲硅烷(SiH4)气体。作为Mg源的原料气体，能够使用双环戊二烯基镁(Cp2Mg)气体。
首先，进行第一发光部形成工序S11。第一发光部形成工序S11包含在基板10上形成第一n侧半导体层20的工序、在第一n侧半导体层20上形成第一活性层30的工序以及在第一活性层30上形成第一p侧半导体层40的工序。在形成第一n侧半导体层20的工序中，在基板10上依次形成基底层23、n接触层21以及第一层叠部22。如图3A所示，通过第一发光部形成工序S11，在基板10上形成包含第一n侧半导体层20、第一活性层30以及第一p侧半导体层40在内的第一发光部11。需要说明的是，在基板10上形成基底层23之前，也可以在基板10的表面形成缓冲层。作为缓冲层，例如能够使用GaN、AlGaN。
第一层叠部22例如通过交替地进行第一层形成工序和第二层形成工序而形成。在第一层形成工序中，例如通过向炉内导入载体气体和包含Ga源、N源在内的原料气体而形成由未掺杂的GaN层构成的第一层。在第二层形成工序中，例如通过向炉内导入载体气体和包含Ga源、N源以及In原在内的原料气体而形成由未掺杂的InGaN构成的第二层。在形成第一n侧半导体层20的工序中，将第一层叠部22形成为第一n型杂质浓度例如为1×1017/cm3以上1×1019/cm3以下。
接着，进行隧道结层形成工序S12。在隧道结层形成工序S12中，如图3B所示，在第一发光部11上形成隧道结层50。在隧道结层形成工序S12中，例如通过向炉内导入载体气体和包含Ga源、N源以及Si源在内的原料气体而形成由第三n型杂质浓度的GaN层构成的隧道结层50。例如，通过调节原料气体中所包含的Si原料气体的流量比，以使第三n型杂质浓度为2×1020/cm3以上1×1021/cm3以下的方式形成隧道结层50。在形成隧道结层50时，使Si原料气体的流量比高于后述的第三层形成工序和第四层形成工序中的Si原料气体的流量比。
接着，进行第二发光部形成工序S13。在第二发光部形成工序S13中，如图3C所示，在隧道结层50上形成第二发光部12。第二发光部形成工序S13包含在隧道结层50上形成第二n侧半导体层60的工序、在第二n侧半导体层60上形成第二活性层70的工序以及在第二活性层70上形成第二p侧半导体层80的工序。在形成第二n侧半导体层60的工序中，在隧道结层50上依次形成中间层61和第二层叠部62。中间层61例如与隧道结层50接触而形成。
第二层叠部62例如通过交替地进行第三层形成工序和第四层形成工序而形成。在第三层形成工序中，例如，通过向炉内导入载体气体和包含Ga源、N源以及Si源在内的原料气体而形成由掺杂有n型杂质的GaN层构成的第三层。在第四层形成工序中，例如，通过向炉内导入载体气体和包含Ga源、N源、In源以及Si源在内的原料气体而形成由掺杂有n型杂质的InGaN构成的第四层。在第三层形成工序和第四层形成工序中，通过调节原料气体所包含的Si原料气体的流量比，将第二层叠部62以第二层叠部62中的第二n型杂质浓度比第一层叠部22中的第一n型杂质浓度高的方式形成。第二层叠部62形成为第二n型杂质浓度例如为3×1017/cm3以上1×1020/cm3以下。
接着，将半导体层叠体100的一部分去除而使n接触层21的一部分露出。然后，如图1所示，在n接触层21上形成n侧电极91，并且在第二p侧半导体层80上形成p侧电极92。n侧电极91和p侧电极92例如能够通过溅射法、蒸镀法形成。通过这些工序，能够得到图1所示的发光元件1。
如下所述地制作实施例的发光元件和比较例的发光元件，并且对在实施例的发光元件和比较例的发光元件中的正向电压Vf和输出Po的值进行评价。
[实施例]
基板10使用蓝宝石基板。在该蓝宝石基板上形成由未掺杂的AlGaN层构成的缓冲层。在缓冲层上形成由未掺杂的GaN层构成的厚度约7μm的基底层23。在基底层23上形成掺杂有Si的厚度约1.8μm的n接触层21。n接触层21的n型杂质浓度为1×1019/cm3左右。在n接触层21上形成通过由未掺杂的GaN层构成的第一层和由未掺杂的InGaN层构成的第二层交替层叠而成的第一层叠部22。第一层的膜厚设为约2nm，并且第二层的膜厚设为约1nm。第一层叠部22包含20组第一层和第二层的组。第一层叠部22中的n型杂质浓度为3×1017/cm3左右。在第一层叠部22上，作为第一活性层30，交替地层叠未掺杂的InGaN层与未掺杂的GaN层，从而形成7组未掺杂的InGaN层和未掺杂的GaN层的组。在第一活性层30上，作为第一p侧半导体层40，依次形成掺杂有Mg的AlGaN层、未掺杂的GaN层以及掺杂有Mg的GaN层。第一p侧半导体层40中的掺杂有Mg的GaN层的p型杂质浓度为3×1020/cm3左右。
在第一p侧半导体层40上，作为隧道结层50，形成掺杂有Si的GaN层。隧道结层50的n型杂质浓度为8×1020/cm3左右。
隧道结层50的厚度约为2nm。
在隧道结层50上，作为中间层61，形成掺杂有Si的GaN层。中间层61的n型杂质浓度为8×1020/cm3左右。中间层61的厚度约为145nm。在中间层61上作为第二层叠部62，形成通过由掺杂有Si的GaN层构成的第三层和由掺杂有Si的InGaN层构成的第四层交替层叠而成的第二层叠部62。第三层的膜厚设为约2nm，并且第四层的膜厚设为约1nm。第二层叠部62包含20组第三层和第四层的组。第二层叠部62中的n型杂质浓度为2×1019/cm3左右。在第二层叠部62上，作为第二活性层70，交替地层叠未掺杂的InGaN层和未掺杂的GaN层，从而形成7组未掺杂的InGaN层和未掺杂的GaN层的组。在第二活性层70上，作为第二p侧半导体层80，依次形成掺杂有Mg的AlGaN层、未掺杂的GaN层以及掺杂有Mg的GaN层。第二p侧半导体层80中的掺杂有Mg的GaN层的p型杂质浓度为3×1020/cm3左右。
作为实施例制作了具有这样的半导体层叠体100的发光元件。
[比较例]
比较例的发光元件除了第二层叠部62的构造不同以外，是与实施例的发光元件相同的构造。具体而言，使第二层叠部62成为将由未掺杂的InGaN层构成的第三层和由未掺杂的GaN层构成的第四层交替层叠20组而成的构造。即，比较例的发光元件中的第二层叠部62的第三层和第四层不掺杂n型杂质而形成。
实施例的发光元件的正向电压Vf比比较例的发光元件的正向电压Vf低0.13V。并且，实施例的发光元件的输出Po与比较例的发光元件的输出Po大致相同。需要说明的是，正向电压Vf的值是在发光元件中流通500mA的电流时的值。根据这些评价结果，确认了实施例的发光元件能够维持输出Po，并且与比较例的发光元件相比能够降低正向电压Vf。
以上，参照具体例对本发明的实施方式和实施例进行了说明。但是，本发明并不限定于这些具体例。基于本发明的上述实施方式，本领域技术人员能够适当进行设计变更而实施的所有方式，只要包含本发明的主旨，就属于本发明的范围。除此之外，在本发明的思想范畴内，只要是本领域技术人员能够想到各种变化例和修正例，这些变化例和修正例也属于本发明的范围。
附图标记说明
1：发光元件；10：基板；11：第一发光部；12：第二发光部；20：第一n侧半导体层；21：n接触层；22：第一层叠部；23：基底层；30：第一活性层；40：第一p侧半导体层；50：隧道结层；60：第二n侧半导体层；61：中间层；62：第二层叠部；70：第二活性层；80：第二p侧半导体层；91：n侧电极；92：p侧电极；100：半导体层叠体。

Claims (7)

1.一种发光元件，具有：
半导体层叠体，具有第一发光部、第二发光部以及隧道结层，所述第一发光部由包含第一n侧半导体层、第一p侧半导体层以及在所述第一n侧半导体层与所述第一p侧半导体层之间设置的第一活性层在内的氮化物半导体构成，所述第二发光部位于第一发光部上，并且由包含第二n侧半导体层、第二p侧半导体层以及在所述第二n侧半导体层与所述第二p侧半导体层之间设置的第二活性层在内的氮化物半导体构成，所述隧道结层设置在所述第一p侧半导体层与所述第二n侧半导体层之间；
n侧电极，其与所述第一n侧半导体层电连接；
p侧电极，其与所述第二p侧半导体层电连接；
所述第一n侧半导体层包含第一n型杂质浓度的第一层叠部，所述第一层叠部具有由第一层和晶格常数与所述第一层不同的第二层交替层叠而成的多层构造，
所述第二n侧半导体层包含第二n型杂质浓度的第二层叠部，所述第二层叠部具有由第三层和晶格常数与所述第三层不同的第四层交替层叠而成的多层构造，
所述第二n型杂质浓度比所述第一n型杂质浓度高。
2.根据权利要求1所述的发光元件，
所述第二层叠部的厚度比所述第一层叠部的厚度薄。
3.根据权利要求1或2所述的发光元件，
所述第一层和所述第二层为未掺杂层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光元件，
所述第三层和所述第四层是掺杂有n型杂质的层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发光元件，
所述隧道结层包含比所述第二n型杂质浓度高的第三n型杂质浓度的半导体层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发光元件，
所述第二n型杂质浓度比所述第二层叠部的p型杂质浓度高。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发光元件，
所述第二层叠部的p型杂质浓度比所述第一层叠部的p型杂质浓度高。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9913950D0 (en) * 1999-06-15 1999-08-18 Arima Optoelectronics Corp Unipolar light emitting devices based on iii-nitride semiconductor superlattices
WO2002023640A1 (en) * 2000-09-14 2002-03-21 Optowell Co., Ltd. Nitride compound semiconductor light emitting device having a tunnel junction structure and fabrication method thereof
US8183557B2 (en) * 2007-09-19 2012-05-22 The Regents Of The University Of California (Al,In,Ga,B)N device structures on a patterned substrate
JP2010016079A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Toyoda Gosei Co Ltd 発光素子、および発光素子の製造方法
TWI502765B (zh) * 2012-02-24 2015-10-01 Phostek Inc 發光二極體裝置
US20130270514A1 (en) * 2012-04-16 2013-10-17 Adam William Saxler Low resistance bidirectional junctions in wide bandgap semiconductor materials
TW201344955A (zh) * 2012-04-27 2013-11-01 Phostek Inc 發光二極體裝置
TWI597862B (zh) * 2013-08-30 2017-09-01 晶元光電股份有限公司 具阻障層的光電半導體元件
JP6708442B2 (ja) 2016-03-01 2020-06-10 学校法人 名城大学 窒化物半導体発光素子
CN109690783B (zh) * 2016-05-20 2022-04-26 亮锐控股有限公司 形成发光器件的p型层的方法
JP7122119B2 (ja) * 2017-05-25 2022-08-19 昭和電工光半導体株式会社 発光ダイオード

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