[發(fā)明專利]第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210028827.4
• 申請日: 2012-02-09
• 公開（公告）號: CN102637795A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 中村亮
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田合成株式會社
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;吳鵬章

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，由于通過在n型層上形成凹坑而在發(fā)光層中發(fā)生的應(yīng)力松弛，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件表現(xiàn)出改進(jìn)的發(fā)射性能和高的靜電擊穿電壓，其中AlGaN被用作發(fā)光層的勢壘層。

背景技術(shù)

作為第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，如下結(jié)構(gòu)是已知的：在n型層上形成凹坑(pit)，并形成發(fā)光層但不掩埋所述凹坑。

例如，日本專利申請公開(kokai)No.2007-180495公開了在n接觸層上設(shè)置靜電放電(ESD)層，所述ESD層包括兩個(gè)層：i-GaN層和n-GaN層，在i-GaN層上形成凹坑，并且控制n-GaN層的硅濃度和膜厚以使其落在規(guī)定的范圍內(nèi)，由此獲得高的靜電擊穿電壓。還公開了發(fā)光層具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，在所述MQW結(jié)構(gòu)中AlGaN用作勢壘層。

日本專利申請公開(kokai)No.2007-201424公開了一種第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在n型層上形成有中間層，所述中間層具有凹坑，所述凹坑具有0.05μm或更大的頂徑；并且在中間層上形成發(fā)光層但不掩埋所述凹坑，由此在電流流動時(shí)抑制反向電流。還公開了所述發(fā)光層具有MQW結(jié)構(gòu)，在所述MQW結(jié)構(gòu)中交替地沉積GaN和InGaN。

日本專利申請公開(kokai)No.1999-220169描述了在生長襯底與發(fā)光層之間形成具有凹坑的層，由此松弛發(fā)光層中的應(yīng)力以及改進(jìn)發(fā)射性能。

已經(jīng)嘗試通過使用AlGaN作為勢壘層來改進(jìn)發(fā)射性能，使得電子被更有效地限制在第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具有MQW結(jié)構(gòu)的發(fā)光層中。但是，當(dāng)在n型層上形成凹坑并且將AlGaN用作發(fā)光層的勢壘層時(shí)，存在以下問題。當(dāng)凹坑的直徑過小時(shí)，在發(fā)光層中的應(yīng)力沒有被充分地松弛，導(dǎo)致光輸出減少。另一方面，當(dāng)凹坑的直徑過大時(shí)，載流子沒有被充分地限制，導(dǎo)致發(fā)射性能下降。

日本專利申請公開(kokai)No.2007-180495公開了將AlGaN用作發(fā)光層的勢壘層，但是對于凹坑的直徑?jīng)]有考慮。在日本專利申請公開(kokai)No.2007-201424中，在將GaN用作發(fā)光層的勢壘層的情況下對凹坑的直徑進(jìn)行了研究，但是沒有提到在使用AlGaN的情況下凹坑的直徑。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于前面所提到的，本發(fā)明的一個(gè)目的在于通過松弛發(fā)光層中的應(yīng)力和增加載流子在發(fā)光層中的限制率來提高發(fā)射性能，且同時(shí)在第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中實(shí)現(xiàn)高的靜電擊穿電壓，其中在n型層上形成凹坑并且將AlGaN用作具有MQW結(jié)構(gòu)的發(fā)光層的勢壘層。

在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述器件包括依次沉積的n型層、發(fā)光層和p型層，所述n型層具有凹坑，其中所述凹坑在發(fā)光層與n型層之間的界面處的直徑為110nm至150nm，并且所述發(fā)光層具有MQW結(jié)構(gòu)，在所述MQW結(jié)構(gòu)中交替地沉積AlGaN勢壘層和InGaN阱層。

如文中所用的，“第III族氮化物半導(dǎo)體”涵蓋以式Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1，0≤x，y，z≤1)表示的半導(dǎo)體；在這樣的半導(dǎo)體中Al、Ga或In的一部分被另一種第13族元素(即，B或者Tl)取代，或者N的一部分被另一種第15族元素(即，P、As、Sb或Bi)取代。所述第III族氮化物半導(dǎo)體的具體實(shí)例包括至少包含Ga的那些，例如GaN、InGaN、AlGaN以及AlGaInN。通常，Si用作n型雜質(zhì)，Mg用作p型雜質(zhì)。

當(dāng)形成凹坑時(shí)，可以通過第III族氮化物半導(dǎo)體的生長溫度來控制在發(fā)光層與n型層之間的界面處的凹坑直徑。例如，當(dāng)生長溫度被控制在850℃與920℃之間時(shí)，所述凹坑直徑為110nm至150nm。

優(yōu)選地，勢壘層相對于AlGa具有3摩爾％至7摩爾％的Al組成比。也就是說，當(dāng)勢壘層的半導(dǎo)體被描述為Al_xGa_1-xN時(shí)，x為在0.03至0.07范圍內(nèi)的任意值。這加強(qiáng)了載流子在發(fā)光層中的限制并且減少了溢流，因而提高了發(fā)射性能。

本發(fā)明的第二方面涉及根據(jù)第一方面的第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個(gè)具體實(shí)施方案，其中勢壘層相對于AlGa具有3摩爾％至7摩爾％的Al組成比，即Al_xGa_1-xN的x為0.03至0.07。