氮化物半导体发光元件的制作方法

1.本发明涉及氮化物半导体发光元件。


背景技术：

2.专利文献1公开了一种氮化镓系化合物半导体发光元件，其在p型氮化镓系化合物半导体层与活性层之间设置有100nm以下的厚度的无掺杂间隔物层。在专利文献1所记载的氮化镓系化合物半导体发光元件中，若无掺杂间隔物层超过100nm，则对氮化镓系化合物半导体发光元件进行驱动的电压会上升，因此将无掺杂间隔物层设为100nm以下。在此，当将无掺杂间隔物层设为100nm以下时，p型氮化镓系化合物半导体层与活性层之间的距离会变近，氢有可能从p型氮化镓系化合物半导体层向活性层扩散。对此，在专利文献1所记载的氮化镓系化合物半导体发光元件中，是使p型氮化镓系化合物半导体层含有氧，来试图抑制从p型氮化镓系化合物半导体层向活性层的氢的扩散。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2012/140844号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.在专利文献1所记载的氮化镓系化合物半导体发光元件中，从抑制氢向活性层的扩散的观点出发，存在改善的余地。
8.本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制氢向活性层的扩散的氮化物半导体发光元件。
9.用于解决问题的方案
10.为了达到所述目的，本发明提供一种氮化物半导体发光元件，其具备：n型半导体层；p型半导体层；活性层，其设置在所述n型半导体层与所述p型半导体层之间；以及电子阻挡层，其设置在所述活性层与所述p型半导体层之间，所述电子阻挡层的膜厚为100nm以下，所述n型半导体层、所述活性层、所述电子阻挡层以及所述p型半导体层的层叠方向上的、所述电子阻挡层的各位置的氢浓度的平均值为2.0
×
10
18
atoms/cm3以下，在所述p型半导体层与所述电子阻挡层的边界部含有n型杂质。
11.发明效果
12.根据本发明，能提供一种能够抑制氢向活性层的扩散的氮化物半导体发光元件。
附图说明
13.图1是概略性地示出实施方式中的氮化物半导体发光元件的构成的示意图。
14.图2是示出实验例的试样1至试样4的发光元件中的层叠方向的硅浓度分布和al二次离子强度分布的曲线图。
15.图3示出是实验例的试样1至试样4的发光元件中的层叠方向的镁浓度分布和al二次离子强度分布的曲线图。
16.图4是示出实验例的试样1至试样4的发光元件中的层叠方向的氢浓度分布和al二次离子强度分布的曲线图。
17.图5是示出实验例的试样1至试样4的发光元件中的初始发光输出和残存发光输出的曲线图。
18.附图标记说明
[0019]1…
发光元件
[0020]
13
…
边界部
[0021]4…
n型包覆层(n型半导体层)
[0022]6…
活性层
[0023]7…
电子阻挡层
[0024]8…
p型半导体层
[0025]
t
…
电子阻挡层的膜厚
具体实施方式
[0026]
[实施方式]
[0027]
参照图1来说明本发明的实施方式。此外，以下说明的实施方式是作为实施本发明方面的优选的具体例子示出的，虽然也有具体地例示了在技术上优选的各种技术事项的部分，但本发明的技术范围不限于该具体的方案。
[0028]
(氮化物半导体发光元件1)
[0029]
图1是概略性地示出本方式中的氮化物半导体发光元件1的构成的示意图。此外，在图1中，氮化物半导体发光元件1(以下，也简称为“发光元件1”。)的各层的层叠方向的尺寸比并非一定与实际的氮化物半导体发光元件一致。
[0030]
发光元件1例如是构成发光二极管(led：light emitting diode)或半导体激光器(ld：laser diode)的发光元件。在本方式中，发光元件1是构成发出紫外区域的波长的光的发光二极管(light emitting diode：led)的发光元件。特别是，本方式的发光元件1是构成发出中心波长为200nm以上、365nm以下的深紫外光的深紫外led的发光元件。本方式的发光元件1例如能够用于杀菌(例如空气净化、水净化等)、医疗(例如光线治疗、测量/分析等)、uv固化等领域。
[0031]
发光元件1在基板2上依次具备缓冲层3、n型包覆层4(n型半导体层)、组成倾斜层5、活性层6、电子阻挡层7以及p型半导体层8。基板2上的各层能够使用有机金属化学气相生长法(metal organic chemical vapor deposition：mocvd)、分子束外延法(molecular beam epitaxy：mbe)、卤化物气相外延法(hydride vapor phase epitaxy：hvpe)等周知的外延生长法来形成。另外，发光元件1具备：n侧电极11，其设置在n型包覆层4上；以及p侧电极12，其设置在p型半导体层8上。
[0032]
以下，将基板2、缓冲层3、n型包覆层4、组成倾斜层5、活性层6、电子阻挡层7以及p型半导体层8的层叠方向(图1的上下方向)简称为“层叠方向”。另外，将相对于基板2层叠有发光元件1的各层的一侧(即图1的上侧)称为上侧，将其相反侧(即图1的下侧)称为下侧。上
下的表现是为了方便，并非用以限定例如使用发光元件1时的、发光元件1相对于竖直方向的姿势。构成发光元件1的各层在层叠方向上具有厚度。
[0033]
作为构成发光元件1的半导体，例如能够使用由al
x
gayin
1-x-y
n(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示的二元系～四元系的iii族氮化物半导体。此外，在深紫外led中，经常使用不含铟的alzga
1-z
n系(0≤z≤1)。另外，构成发光元件1的半导体的iii族元素的一部分也可以置换为硼(b)、铊(tl)等。另外，也可以由磷(p)、砷(as)、锑(sb)、铋(bi)等来置换氮的一部分。以下，对发光元件1的各构成要素进行说明。
[0034]
(基板2)
[0035]
基板2包括使活性层6发出的光(在本方式中为深紫外光)透射过的材料。基板2例如是蓝宝石(al2o3)基板。另外，作为基板2，也可以使用例如氮化铝(aln)基板或氮化铝镓(algan)基板等。
[0036]
(缓冲层3)
[0037]
缓冲层3形成在基板2上。在本方式中，缓冲层3由氮化铝形成。此外，在基板2为氮化铝基板或氮化铝镓基板的情况下，缓冲层3可以不必一定设置。
[0038]
(n型包覆层4)
[0039]
n型包覆层4形成在缓冲层3上。n型包覆层4例如是包括掺杂有n型杂质的alaga
1-a
n(0≤a≤1)的n型半导体层。n型包覆层4的al组成比a例如优选设为20％以上，更优选设为25％以上、70％以下。此外，al组成比也被称为aln摩尔分数。
[0040]
n型包覆层4是掺杂有作为n型杂质的硅(si)的n型半导体层。此外，作为n型杂质，也可以使用锗(ge)、硒(se)或碲(te)等。在n型包覆层4以外的含有n型杂质的半导体层中也是同样的。n型包覆层4具有1μm以上、4μm以下的膜厚。n型包覆层4可以是单层结构，也可以是多层结构。
[0041]
(组成倾斜层5)
[0042]
组成倾斜层5形成在n型包覆层4上。组成倾斜层5包括albga
1-b
n(0＜b≤1)。组成倾斜层5的层叠方向的各位置上的al组成比是越靠上侧的位置则越大。此外，组成倾斜层5也可以在层叠方向的极小部分的区域(例如组成倾斜层5的层叠方向的整体的5％以下的区域)包含随着去往上侧而al组成比不变大的区域。
[0043]
组成倾斜层5优选其下端部的al组成比与n型包覆层4的al组成比大致相同(例如差为5％以内)，其上端部的al组成比与和组成倾斜层5相邻的势垒层61的al组成比大致相同(例如差为5％以内)。通过设置组成倾斜层5，能够在与组成倾斜层5上下相邻的势垒层61和n型包覆层4之间防止al组成比发生骤变。由此，能够抑制由晶格失配引起的位错的发生。其结果是，在活性层6中能够抑制电子与空穴由于非发光性的再结合而被消耗，发光元件1的光输出提高。组成倾斜层5的膜厚能够设为例如5nm以上、20nm以下。在本方式中，优选在组成倾斜层5含有作为n型杂质的硅，但不限于此。
[0044]
(活性层6)
[0045]
活性层6形成在组成倾斜层5上。在本方式中，活性层6形成为具有多个阱层62的多量子阱结构。在本方式中，活性层6具有3个势垒层61和3个阱层62，势垒层61与阱层62交替层叠。在活性层6中，势垒层61位于下端，阱层62位于上端。活性层6在多量子阱结构内使电子和空穴再结合而产生规定的波长的光。在本方式中，活性层6为了输出波长为365nm以下
的深紫外光而构成为带隙在3.4ev以上。特别是，在本方式中，活性层6构成为能够产生中心波长为200nm以上、365nm以下的深紫外光。
[0046]
各势垒层61包括alcga
1-c
n(0＜c≤1)。各势垒层61的al组成比c例如设为75％以上、95％以下。另外，各势垒层61具有2nm以上、12nm以下的膜厚。
[0047]
各阱层62包括aldga
1-d
n(0≤d＜1)。在本方式中，3个阱层62之中，作为形成于离p型半导体层8最远的位置的阱层62的最下阱层621与作为最下阱层621以外的2个阱层62的上侧阱层622在构成上不同。
[0048]
最下阱层621的膜厚比各上侧阱层622的膜厚大了1nm以上。在本方式中，最下阱层621具有4nm以上、6nm以下的膜厚，各上侧阱层622具有2nm以上、4nm以下的膜厚。最下阱层621的膜厚与各上侧阱层622的膜厚之差能够设为例如2nm以上、4nm以下。最下阱层621的膜厚能够设为上侧阱层622的膜厚的例如2倍以上、3倍以下。通过使最下阱层621的膜厚大于上侧阱层622的膜厚，最下阱层621平坦化，形成在最下阱层621上的活性层6的各层的平坦性也提高。由此，能够抑制在活性层6的各层中产生al组成比的偏差，能够提高输出光的单色性。
[0049]
另外，最下阱层621的al组成比相较于2个上侧阱层622各自的al组成比大了2％以上。在本方式中，最下阱层621的al组成比具有35％以上、55％以下的al组成比，各上侧阱层622具有25％以上、45％以下的al组成比。最下阱层621的al组成比与各上侧阱层622的al组成比之差能够设为例如10％以上、30％以下。最下阱层621的al组成比能够设为上侧阱层622的al组成比的例如1.4倍以上、2.2倍以下。通过使最下阱层621的al组成比大于上侧阱层622的al组成比，n型包覆层4与最下阱层621之间的al组成比之差变得比较小，最下阱层621的结晶性提高。由于最下阱层621的结晶性提高，形成在最下阱层621上的活性层6的各层的结晶性也提高。由此，能够提高活性层6中的载流子的迁移率，发光强度提高。
[0050]
另外，例如也可以在最下阱层621掺杂有作为n型杂质的硅。由此，诱发活性层6中的v形坑的形成，该v形坑发挥阻止来自n型包覆层4侧的位错的发展的作用。此外，在上侧阱层622也可以含有硅等n型杂质。另外，在本方式中，活性层6设为了多量子阱结构，但也可以是仅具备1个阱层62的单量子阱结构。
[0051]
(电子阻挡层7)
[0052]
电子阻挡层7具有通过对电子从活性层6向p型半导体层8侧泄漏的溢出现象的发生进行抑制来提高向活性层6的电子注入效率的作用。在本方式中，电子阻挡层7包括alega
1-e
n(0.7＜e≤1)。即，在本方式中，电子阻挡层7的al组成比e为70％以上。电子阻挡层7具有从下侧按顺序层叠的第一层71和第二层72。
[0053]
第一层71以与位于活性层6的最上侧的上侧阱层622接触的方式设置。第一层71的al组成比优选设为80％以上，在本方式中，包括氮化铝(即al组成比为100％。)。al组成比越大则对电子的通过进行抑制的电子阻挡效果越高。所以，通过将al组成比大的第一层71形成在与活性层6相邻的位置，在离活性层6近的位置上能得到高的电子阻挡效果，易于确保3个阱层62中的电子的存在概率。
[0054]
在此，若使al组成比高的第一层71的膜厚过大，则整个发光元件1的电阻值有可能变得过大。所以，第一层71的膜厚优选设为0.5nm以上、10nm以下，更优选设为0.5nm以上、5nm以下。另一方面，若减小第一层71的膜厚，则由于隧道效应，电子从下侧至上侧穿过第一
层71的概率可能会增大。对此，在本方式的发光元件1中，在第一层71上形成有第二层72，由此抑制了电子穿过整个电子阻挡层7。
[0055]
第二层72具有比第一层71的al组成比小的al组成比。第二层72的al组成比能够设为例如70％以上、90％以下。另外，第二层72的膜厚优选为第一层71的膜厚以上，从确保电子阻挡效果和降低电阻值的观点出发，优选设为1nm以上且小于100nm。
[0056]
电子阻挡层7的膜厚t、即第一层71和第二层72的合计膜厚能够设为15nm以上、100nm以下。特别是，在电子阻挡层7的膜厚t为100nm以下的情况下，伴随着对发光元件1通电，从p型半导体层8向活性层6侧扩散的作为p型杂质的镁易于到达活性层6。并且，因为氢易于与镁结合，若从p型半导体层8向活性层6侧扩散的镁变得易于到达活性层6，则同时氢也会变得易于向活性层6扩散。若镁向活性层6扩散，则会由于构成活性层6的母相原子与镁的原子半径的差别而易于在活性层6中发生位错。若是如此，则活性层6中的电子与空穴的再结合易于成为非发光性的再结合(例如产生振动的再结合)，发光效率有可能下降。另外，若氢向活性层6扩散，则活性层6会劣化，伴随着通电时间的经过，发光输出会下降，发光元件1的寿命有可能会变短。
[0057]
对此，在本方式中，整个电子阻挡层7的层叠方向的各位置的氢浓度的平均值为2.0
×
10
18
atoms/cm3以下，优选为1.0
×
10
18
atoms/cm3以下。这样，由于电子阻挡层7的氢浓度比较低，能够抑制氢结合于从p型半导体层8向活性层6扩散的镁，能够抑制氢向活性层6扩散。
[0058]
电子阻挡层7的各层中的氢浓度的调整例如能够通过对电子阻挡层7的各层的镁浓度进行调整来实现。即，因为氢易于被镁吸引，例如通过降低电子阻挡层7的各层的镁浓度，能使电子阻挡层7的各层的氢浓度变低。从使电子阻挡层7的各层的氢浓度变低的观点出发，电子阻挡层7的各层的层叠方向的各位置的镁的浓度优选设为5.0
×
10
18
atoms/cm3以下，更优选设为本底水平(background level)。本底水平的镁浓度是在不掺杂镁的情况下检测出的镁浓度。
[0059]
在本方式中，电子阻挡层7的各层是无掺杂的层。此外，电子阻挡层7的各层能够设为含有n型杂质的层、含有p型杂质的层、或者含有n型杂质和p型杂质这两种杂质的层。在电子阻挡层7的各层含有杂质的情况下，电子阻挡层7的各层所含的杂质可以包含在电子阻挡层7的各层的整体中，也可以包含在电子阻挡层7的各层的一部分中。作为电子阻挡层7的各层能包含的p型杂质，能够使用镁(mg)，但是除了镁以外，也可以使用锌(zn)、铍(be)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或碳(c)等。另外，整个电子阻挡层7中的各杂质浓度的层叠方向平均值优选分别为5.0
×
10
18
atoms/cm3以下。这样，通过降低电子阻挡层7的各层的杂质浓度，得以抑制从p型半导体层8向活性层6侧扩散的氢到达活性层6。另外，电子阻挡层7也可以是由单层构成。
[0060]
(电子阻挡层7与p型半导体层8的边界部13)
[0061]
在电子阻挡层7与p型半导体层8的边界部13含有作为n型杂质的硅。边界部13所含的硅是以抑制镁和氢从p型半导体层8向活性层6扩散为目的而设置的。即，通过使电子阻挡层7与p型半导体层8的边界部13含有硅，p型半导体层8中的镁会被边界部13的硅拦阻。由此，得以抑制p型半导体层8中的镁向活性层6扩散。此外，p型杂质与n型杂质、特别是镁与硅易于相互吸引。而且，因为氢易于与镁结合，通过使从p型半导体层8向活性层6的镁的扩散
被抑制，从p型半导体层8向活性层6的氢的扩散也会一并得到抑制。此外，镁在iii-v族半导体中常常被用作p型杂质。
[0062]
在边界部13中，硅只要以固溶在结晶中的状态、形成了簇的状态、以及析出了含有硅的化合物的状态中的至少任意一种状态存在即可。所谓硅固溶在结晶中的状态，是指在构成边界部13的氮化铝镓中掺杂有硅的状态、即硅处于氮化铝镓的晶格位置的状态。另外，所谓硅形成了簇的状态，是指在构成边界部13的氮化铝镓中过度掺杂有硅，硅存在于氮化铝镓的晶格位置并且在晶格间位置也以凝聚等方式存在硅的状态。并且，所谓析出了含有硅的化合物的状态，是指形成有例如氮化硅等的状态。在电子阻挡层7与p型半导体层8的边界部13，可以形成有含有硅的层，也可以在与层叠方向正交的面方向上分散地存在含有硅的部位。
[0063]
在发光元件1的层叠方向的硅浓度分布中，边界部13中硅浓度的峰值优选满足1.0
×
10
18
atoms/cm3以上、1.0
×
10
20
atoms/cm3以下。通过设为1.0
×
10
18
atoms/cm3以上，易于进一步抑制镁的扩散。另外，通过设为1.0
×
10
20
atoms/cm3以下，能够抑制与边界部13相邻的第二层72和第一p型包覆层81的结晶性下降。而且，在发光元件1的层叠方向的硅浓度分布中，边界部13中的硅浓度的峰值更优选满足3.0
×
10
18
atoms/cm3以上、5.0
×
10
19
atoms/cm3以下。并且，通过将处于含有硅的边界部13与活性层6之间的电子阻挡层7如前所述设为杂质少的层(特别是无掺杂的层)，将位于与边界部13的活性层6侧相反的一侧的p型半导体层8设为p型杂质比较多的层，既能够增加p型半导体层8的载流子浓度，又能够抑制镁和氢从p型半导体层8向活性层6扩散。
[0064]
(p型半导体层8)
[0065]
p型半导体层8形成在第二层72上。在本方式中，p型半导体层8的al组成比小于70％。在本方式中，p型半导体层8具有从下侧按顺序层叠的第一p型包覆层81、第二p型包覆层82以及p型接触层83。
[0066]
第一p型包覆层81以与第二层72接触的方式设置。第一p型包覆层81包括含有作为p型杂质的镁的alfga
1-f
n(0＜f≤1)。第一p型包覆层81的镁浓度能够设为1.0
×
10
18
atoms/cm3以上、5.0
×
10
19
atoms/cm3以下。第一p型包覆层81的al组成比f能够设为45％以上、65％以下。第一p型包覆层81具有15nm以上、35nm以下的膜厚。
[0067]
第二p型包覆层82包括含有作为p型杂质的镁的algga
1-g
n(0＜g≤1)。与第一p型包覆层81的镁浓度同样，第二p型包覆层82的镁浓度能够设为1.0
×
10
18
atoms/cm3以上、5.0
×
10
19
atoms/cm3以下。
[0068]
第二p型包覆层82的层叠方向的各位置上的al组成比是越靠上侧的位置则越小。此外，第二p型包覆层82也可以在层叠方向的极小部分的区域(例如第二p型包覆层82的层叠方向的整体的5％以下的区域)包含随着去往上侧而al组成比不变小的区域。
[0069]
第二p型包覆层82优选其下端部的al组成比与第一p型包覆层81的al组成比大致相同(例如差为5％以内)，其上端部的al组成比与p型接触层83的al组成比大致相同(例如差为5％以内)。通过设置第二p型包覆层82，能够在与第二p型包覆层82的上下相邻的p型接触层83和第一p型包覆层81之间防止al组成比发生骤变。由此，能够抑制由晶格失配引起的位错的发生。其结果是，能够抑制活性层6中的电子与空穴由于非发光性的再结合而被消耗，发光元件1的光输出提高。第二p型包覆层82的膜厚能够设为例如2nm以上、4nm以下。
[0070]
p型接触层83是连接有p侧电极12的层，包括以高浓度掺杂有作为p型杂质的镁的alhga
1-h
n(0≤h＜1)。p型接触层83的镁浓度能够设为5.0
×
10
18
atoms/cm3以上、5.0
×
10
21
atoms/cm3以下。在本方式中，p型接触层83包括p型的氮化镓(gan)。p型接触层83为了实现与p侧电极12的欧姆接触而是以al组成比h低的方式构成的，从这一观点出发，优选由p型的氮化镓形成。p型接触层83的膜厚能够设为例如10nm以上、25nm以下。
[0071]
此外，p型半导体层8的各层所含的p型杂质设为了镁，但也可以设为锌、铍、钙、锶、钡或碳等。
[0072]
(n侧电极11)
[0073]
n侧电极11形成在n型包覆层4的在上侧露出的面上。n侧电极11例如能够设为在n型包覆层4之上按顺序层叠钛(ti)、铝、钛、金(au)而成的多层膜。
[0074]
(p侧电极12)
[0075]
p侧电极12形成在p型接触层83上。p侧电极12是使从活性层6发出的深紫外光反射的反射电极。p侧电极12在活性层6发出的光的中心波长处具有50％以上并优选为60％以上的反射率。p侧电极12优选是包含铑(rh)的金属。包含铑的金属对深紫外光的反射率高，并且与p型接触层83的接合性也高。在本方式中，p侧电极12包括铑的单膜。从活性层6向上侧发出的光在p侧电极12与p型半导体层8的界面上反射。
[0076]
在本方式中，发光元件1以倒装芯片的方式安装到未图示的封装基板。即，发光元件1是使层叠方向上的设置有n侧电极11和p侧电极12的一侧朝向封装基板侧，将n侧电极11和p侧电极12分别经由金凸块等安装到封装基板。以倒装芯片的方式安装的发光元件1从基板2侧(即下侧)取出光。此外，不限于此，发光元件1也可以通过引线接合(wire bonding)等安装到封装基板。另外，在本方式中，发光元件1设为了n侧电极11和p侧电极12双方均设置在发光元件1中的上侧的所谓横型的发光元件1，但不限于此，也可以是纵型的发光元件1。纵型的发光元件1是由n侧电极11与p侧电极12夹着活性层6的发光元件1。此外，在将发光元件1设为纵型的情况下，优选基板2和缓冲层3通过激光剥离等来除去。
[0077]
(关于元素浓度的数值)
[0078]
前述的、发光元件1的层叠方向的各位置上的元素浓度(氢浓度、硅浓度等)的数值是使用二次离子质谱法(sims：secondary ion mass spectrometry)得到的值。即使在使用了二次离子质谱法的情况下，测定结果也可能根据同时测定元素浓度的元素的数量和元素的种类等而大为改变，因此对元素浓度的测定方法进行说明。
[0079]
进行发光元件1的层叠方向的各位置上的元素浓度的测定时，是将同时测定硅、氧、碳及氢这4种元素的浓度和铝的二次离子强度的步骤与同时测定镁的浓度和铝的二次离子强度的步骤分别单独进行的。进行这些元素的测定时，能够使用ulvac-phi株式会社制造的phi adept1010。此外，在二次离子质谱法中，虽然不能准确地进行构成最表面的层(在本方式中为p型接触层83)的元素浓度的测定，但前述的、发光元件1的层叠方向的各位置上的元素浓度(氧浓度、氢浓度、硅浓度等)的数值是忽略了无法准确地测定的区域的测定值的。作为测定条件，能够将一次离子种设为cs
+
，将一次加速电压设为2.0kv，将检测区域设为88
×
88μm2。
[0080]
(实施方式的作用和效果)
[0081]
在本方式中，电子阻挡层7的膜厚t为100nm以下。电子阻挡层7由于al组成比高，因
此若变厚则会成为致使整个发光元件1的电阻值上升的原因，然而，通过将电子阻挡层7的膜厚t设为100nm以下，能够降低整个发光元件1的电阻值。在此，在将电子阻挡层7的膜厚t设为了100nm以下的情况下，如果不特别进行处置，则p型杂质(镁)易于从p型半导体层8经过电子阻挡层7向活性层6扩散。而且，由于氢易于与镁结合，因此若从p型半导体层8向活性层6侧扩散的镁变得易于到达活性层6，则同时氢也会变得易于向活性层6扩散。若镁向活性层6扩散，则会由于构成活性层6的母相原子与镁的原子半径的差别而易于在活性层6中发生位错。若是如此，则活性层6中的电子与空穴的再结合易于成为非发光性的再结合(例如产生振动的再结合)，发光效率有可能下降。另外，若氢向活性层6扩散，则活性层6会劣化，伴随着通电时间的经过，发光输出会下降，发光元件1的寿命有可能会变短。
[0082]
对此，在本方式中，在p型半导体层8与电子阻挡层7的边界部13含有n型杂质(硅)。因为镁易于被硅吸引，通过使边界部13含有硅，试图从p型半导体层8向活性层6侧扩散的镁会被边界部13的硅拦阻。所以，能够减少从p型半导体层8向活性层6侧扩散的镁，进而，能够抑制与镁结合的氢向活性层6扩散。而且，在本方式中，将电子阻挡层7中的层叠方向的各位置的氢浓度的平均值设为了2.0
×
10
18
atoms/cm3以下。由此，即使镁从p型半导体层8向活性层6扩散，也能够抑制氢与向活性层6扩散的镁的结合，因此能够抑制氢向活性层6扩散。
[0083]
另外，电子阻挡层7的层叠方向的各位置的氢浓度的平均值进一步满足1.0
×
10
18
atoms/cm3以下。由此，能够进一步抑制氢从p型半导体层8向活性层6扩散。
[0084]
另外，在发光元件1的层叠方向的硅的浓度分布中，边界部13的峰值为1.0
×
10
18
atoms/cm3以上。故此，能够更加抑制从p型半导体层8向活性层6侧的镁和氢的扩散。
[0085]
另外，在发光元件1的层叠方向的硅的浓度分布中，边界部13的峰值进一步满足1.0
×
10
20
atoms/cm3以下。故此，能够抑制与边界部13相邻的第二层72和第一p型包覆层81的结晶性下降。
[0086]
另外，电子阻挡层7中的层叠方向的各位置的n型杂质浓度的平均值、以及电子阻挡层7中的层叠方向的各位置的p型杂质浓度的平均值各自为5.0
×
10
18
atoms/cm3以下。这样，通过降低电子阻挡层7的杂质浓度，能够抑制氢经由电子阻挡层7从p型半导体层8向活性层6扩散。
[0087]
如上所述，根据本方式，能够提供一种能够抑制氢向活性层的扩散的氮化物半导体发光元件。
[0088]
[实验例]
[0089]
本实验例是对于将镁浓度和氢浓度分别适当进行变更而得到的试样1至试样4的发光元件评价了初始发光输出和残存发光输出的例子。此外，本实验例所使用的构成要素的名称之中与已述的方式所使用的名称相同的构成要素只要没有特别指明，则表示与已述的方式中的构成要素同样的构成要素。
[0090]
首先，对试样1至试样4的发光元件进行说明。表1示出试样1至试样4的发光元件的各层的厚度、al组成比、硅浓度、镁浓度以及氢浓度。
[0091]
【表1】
[0092][0093]
表1所记载的各层的al组成比是从由sims测定出的al的二次离子强度推定的值。在表1中，标记“bg”表示的是本底水平。表1中的组成倾斜层一栏表示出组成倾斜层的层叠
方向的各位置的al组成比从组成倾斜层的下端到上端为止从55％渐增至85％。同样地，表1中的第二p型包覆层一栏表示出第二p型包覆层的层叠方向的各位置的al组成比从第二p型包覆层的下端到上端为止从55％渐减至0％。在表1中，电子阻挡层的镁浓度一栏示出了试样1至试样4中的、电子阻挡层的层叠方向的各位置的镁浓度的平均值。在表1中，电子阻挡层的氢浓度一栏示出了试样1至试样4中的、电子阻挡层的层叠方向的各位置的氢浓度的平均值。此外，表1所记载的电子阻挡层一栏中的镁浓度的平均值和氢浓度的平均值忽略了从电子阻挡层与活性层的边界起至向p型半导体层侧离开了5nm的位置为止的区域、以及从电子阻挡层与p型半导体层的边界起至向活性层侧离开了5nm的位置为止的区域的测定结果。这是因为，这些区域是通过sims不能得到准确的数值之处。
[0094]
从表1可知，在试样1至试样4中，电子阻挡层中的层叠方向的各位置的镁浓度的平均值、以及电子阻挡层中的层叠方向的各位置的氢浓度的平均值是不同的。即，电子阻挡层中的层叠方向的各位置的镁浓度的平均值、以及电子阻挡层中的层叠方向的各位置的氢浓度的平均值各自按试样1、试样2、试样3、试样4的顺序变大。除此之外，试样1至试样4彼此具有同样的构成。
[0095]
图2示出了各试样的发光元件中的层叠方向的硅浓度分布和al二次离子强度分布。图3示出了各试样的发光元件中的层叠方向的镁浓度分布和al二次离子强度分布。图4示出了各试样的发光元件中的层叠方向的氢浓度分布和al二次离子强度分布。此外，在图2中，关于层叠方向的硅浓度分布和al二次离子强度分布这两者，试样1至试样4的结果均无大的差异，因此，作为代表，仅表示出试样1的结果。在图3和图4中，关于层叠方向的al二次离子强度分布，试样1至试样4的结果没有大的差异，因此，作为代表，仅表示出试样1的结果。另外，在图3和图4中，从易观看性的观点出发，关于镁浓度分布和氢浓度分布，用实线表示出试样1和试样3的结果，用虚线表示出试样2和试样4的结果。另外，在图2至图4中，示出了试样1至试样4的发光元件的各层的大概的边界位置。
[0096]
在图2中，在电子阻挡层与p型半导体层的边界部出现了硅浓度的峰p。在此，在图2中，峰p看上去具有某种程度的宽度，但这是测定上的问题，实际上边界部的含有硅的部分几乎没有厚度。另外，从图3与图4的比较可知，氢浓度是与镁浓度联动地增减。即可知，电子阻挡层含有越多镁，则氢浓度越高。
[0097]
并且，对于试样1至试样4，测定了初始发光输出和残存发光输出。初始发光输出是使500ma的电流流过刚制造出之后的试样1至试样4时的发光输出。另外，残存发光输出是使500ma的电流持续流过112小时后的试样1至试样4的发光输出。发光输出的测定是通过设置在试样1至试样4的发光元件各自的下侧的光检测器测定的。将结果在图5的曲线图中示出。在图5中，以圆形标绘示出了试样1的结果，以方形标绘示出了试样2的结果，以三角标绘示出了试样3的结果，以叉形标绘示出了试样4的结果。
[0098]
从图5可知，在试样1至试样4中，电子阻挡层的平均氢浓度越低，则初始发光输出越高。另外可知，在试样1至试样4中，电子阻挡层的平均氢浓度越低，则残存发光输出也越高。而且，试样3和试样4在曲线的斜率上是与试样1和试样2不同的，在试样1和试样2中，发光输出的下降的速度更平缓。故此可知，在试样1和试样2中，即，在电子阻挡层的层叠方向的各位置的氢浓度的平均值满足了2.0
×
10
18
atoms/cm3以下的发光元件中，能实现发光元件的长寿命化。另外，从这一结果可知，特别优选电子阻挡层的层叠方向的各位置的氢浓度
的平均值满足1.0
×
10
18
atoms/cm3以下。另外，在试样1中，即，在电子阻挡层的层叠方向的各位置的氢浓度的平均值为2.80
×
10
17
atoms/cm3的发光元件中，与该平均值超过7.0
×
10
17
atoms/cm3的试样2至试样4相比，初始发光输出和残存发光输出这两者都更高，并且还能实现长寿命化。所以可知，进一步优选电子阻挡层的层叠方向的各位置的氢浓度的平均值满足7.0
×
10
17
atoms/cm3以下。
[0099]
(实施方式的总结)
[0100]
接下来，对于从以上说明的实施方式掌握的技术思想，援用实施方式中的附图标记等来进行记载。不过，以下的记载中的各附图标记等并不是将权利要求书中的构成要素限定于实施方式中具体示出的构件等。
[0101]
[1]本发明的第一实施方案是一种氮化物半导体发光元件(1)，具备：n型半导体层(4)；p型半导体层(8)；活性层，其设置在所述n型半导体层(4)与所述p型半导体层(8)之间；以及电子阻挡层(7)，其设置在所述活性层与所述p型半导体层(8)之间，所述电子阻挡层(7)的膜厚(t)为100nm以下，所述n型半导体层(4)、所述活性层、所述电子阻挡层(7)以及所述p型半导体层(8)的层叠方向上的、所述电子阻挡层(7)的各位置的氢浓度的平均值为2.0
×
10
18
atoms/cm3以下，在所述p型半导体层(8)与所述电子阻挡层(7)的边界部(13)含有n型杂质。
[0102]
由此，能够抑制氢从p型半导体层向活性层扩散。
[0103]
[2]本发明的第二实施方案是，在第一实施方案中，所述层叠方向上的所述电子阻挡层(7)的各位置的氢浓度的平均值进一步满足1.0
×
10
18
atoms/cm3以下。
[0104]
由此，能够进一步抑制从p型半导体层向活性层侧的p型杂质和氢的扩散。
[0105]
[3]本发明的第三实施方案是，在第一或第二实施方案中，所述层叠方向上的所述n型杂质的浓度分布中的所述边界部(13)的峰值为1.0
×
10
18
atoms/cm3以上。
[0106]
由此，能够进一步抑制从p型半导体层向活性层侧的p型杂质和氢的扩散。
[0107]
[4]本发明的第四实施方案是，在第三实施方案中，所述峰值进一步满足1.0
×
10
20
atoms/cm3以下。
[0108]
由此，能够抑制与边界部相邻的电子阻挡层和p型半导体层的结晶性下降。
[0109]
[5]本发明的第五实施方案是，在第一至第四实施方案中的任意一个实施方案中，所述电子阻挡层(7)中的所述层叠方向的各位置的n型杂质浓度的平均值、以及所述电子阻挡层(7)中的所述层叠方向的各位置的p型杂质浓度的平均值各自为5.0
×
10
18
atoms/cm3以下。
[0110]
由此，能够进一步抑制从p型半导体层向活性层侧的p型杂质和氢的扩散。
[0111]
(附记)
[0112]
以上，说明了本发明的实施方式，但上述的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。另外，应当注意，实施方式中所说明的特征的所有组合对用于解决发明的问题的方案来说并非都是必须的。另外，本发明能在不脱离其宗旨的范围内适当变形来实施。