[发明专利]第III族氮化物半导体发光器件

说明书

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)