專利名稱：氮化物半導體發(fā)光器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氮化物半導體發(fā)光器件及其制造方法，更具體 涉及一種抑制氮化物半導體發(fā)光器件的晶體缺陷、改善電性能以及 提高發(fā)光效率的氮化物半導體發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術：
通常，GaN基半導體被用于光器件領域，例如藍色/綠色發(fā)光器 件(LED )、高速開關元件例如MESFET (金屬半導體場效應晶體管)、 HEMT(高電子遷移率晶體管)等，以及作為高功率器件的電子器件。
在一般類型的GaN基半導體LED中，GaN基半導體LED通過 以下方法來制造，該方法包括在低生長溫度下在襯底(例如，藍寶 石襯底或SiC襯底)上生長多晶薄膜作為緩沖層，在高生長溫度下在 緩沖層上形成n-GaN層，以及在緩沖層上形成鎂(Mg )摻雜的p-GaN 層。發(fā)光有源層夾在n-GaN層和p-GaN層之間。
同時，在傳統(tǒng)的pn結LED及其制造方法中，由于在藍寶石襯 底和GaN半導體之間的晶格常數(shù)的差異和熱膨脹系數(shù)的差異，可能產 生晶體缺陷。為了抑制這樣的晶格缺陷產生，采用了低溫GaN基或 A1N基緩沖層，獲得晶體缺陷尺寸為約108/ 113的GaN半導體。在下 文中，將描述晶體缺陷的發(fā)生途徑以及用于抑制該晶體缺陷的傳統(tǒng)方 法。
簡言之，如果無定形GaN基或A1N基緩沖層在低溫下形成，然后 在高溫下重結晶，則形成類多晶體(poly-like crystal),其表面狀態(tài)非 常粗糙并且平整度不良。然而，隨著晶體生長繼續(xù)進行，優(yōu)選在第一階段進行垂直生長，然后優(yōu)選在第二階段進行二維生長，從而可以獲 得優(yōu)質的氮化物半導體。
此時，在對應于最初生長階段的垂直生長期間，晶體缺陷發(fā)生在
GaN島的熔合邊界。晶體缺陷以各種形式產生，例如，被傳播至LED 的表面的"穿透位錯(threading dislocation)"、"螺位錯(screw dislocation)"、"線位錯"、"點缺陷"、或上述缺陷的混合物。最后， 晶體缺陷嚴重地影響器件的可靠性。具體地，當"穿透位錯，，從藍寶石 襯底傳播至LED表面時，該"穿透位錯"穿過發(fā)光有源層。將來，"穿 透位錯，，用作漏電流等的電流通路，因此，當瞬間施加例如ESD的高 壓時，有源層被破壞或光功率(light power)降低，這成為嚴重影響 可靠性的主要原因。
在這種情況下，為了進一步提高LED的光功率和抗外界因素例如 ESD(靜電放電)等的運行可靠性，需要生長具有較少晶體缺陷的GaN 半導體。
為了解決該問題，已采用了各種生長技術，例如，利用絕緣體或 難熔金屬的"橫向過生長(lateral overgrowth )"、"懸空生長 (pendeo-growth)，，等，以將晶體缺陷減少到至多約107/cm3。然而， 傳統(tǒng)制造方法存在工藝復雜的問題。并且，雖然傳統(tǒng)制造方法可以有 效地抑制晶體缺陷，但是在成本方面是不利的，因此為了滿足批量生 產的可能性仍需要繼續(xù)進行技術開發(fā)。
因此，為了有效地提高LED的光功率和可靠性，必然需要一種可 以使從襯底傳播的晶體缺陷最小化的晶體生長技術
發(fā)明內容
[技術問題
提供本發(fā)明以基本消除由傳統(tǒng)技術的局限和缺點引起的一種或多 種問題，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種可以提高構成氮化物半導 體LED的有源層的結晶度、光功率和可靠性的氮化物半導體LED及 其制造方法。
5[技術方案l
為了實現(xiàn)以上目的，提供一種氮化物半導體發(fā)光器件，包括一 個或多個AlInN層；形成在AlInN層上方的In摻雜的氮化物半導體 層；形成在In摻雜的氮化物半導體層上方的第一電極接觸層；形成在 第一電極接觸層上方的有源層；以及形成在有源層上方的p型氮化物 半導體層。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種氮化物半導體發(fā)光器件，包括 超晶格層，其具有選自InGaN/InGaN超晶格結構、InGaN/GaN超晶 格結構、InGaN/AlGaN超晶格結構、以及InGaN/AlInGaN超晶格結 構中的一種；形成在超晶格層上方的In摻雜的氮化物半導體層；形成 在In摻雜的氮化物半導體層上方的第一電極接觸層；形成在第一電極 接觸層上方的有源層；以及形成在有源層上方的p型氮化物半導體層。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種制造氮化物半導體發(fā)光器件的 方法，該方法包括以下步驟在襯底上方形成緩沖層；在緩沖層上方 形成一個或多個AlInN層；在AlInN層上方形成In摻雜的氮化物半 導體層；在In摻雜的氮化物半導體層上方形成第一電極接觸層；在第 一電極接觸層上方形成有源層；以及在有源層上方形成p型氮化物半 導體層。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種制造氮化物半導體發(fā)光器件的 方法，該方法包括以下步驟在襯底上方形成緩沖層；在緩沖層上方 形成超晶格層，該超晶格層具有選自InGaN/InGaN超晶格結構、 InGaN/GaN超晶格結構、InGaN/AlGaN超晶格結構、以及 InGaN/AlInGaN超晶格結構中的一種；在超晶格層上方形成In摻雜 的氮化物半導體層；在In摻雜的氮化物半導體層上形成第 一 電極接觸 層；在第一電極接觸層上方形成有源層；以及在有源層上方形成p型 氮化物半導體層。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種氮化物半導體發(fā)光器件，包括 應變控制層，其提供為兩個或多個AlInN層或超晶格層；在應變控制 層上方形成的In摻雜的氮化物層；在In摻雜的氮化物層上方形成的第一電極接觸層；在第一電極接觸層上方形成的有源層；以及在有源 層上方形成的p型氮化物半導體層。 本發(fā)明提供下列技術方案。
1. 一種氮化物半導體發(fā)光器件，包含 一個或多個AlInN層；形 成在所述AlInN層上方的In摻雜的氮化物半導體層；形成在所述In摻 雜的氮化物半導體層上方的第 一電極接觸層；形成在所述第 一電極接觸 層上方的有源層；和形成在所述有源層上方的p型氮化物半導體層。
2. 根據(jù)條款l的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述AlInN 層下方的緩沖層。
3. 根據(jù)條款2的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述緩沖層具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGal國x畫yN/InzGal畫zN/GaN的疊層結 構。
4. 根據(jù)條款1的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述In摻 雜的氮化物半導體層下方的含In氮化物半導體層。
5. 根據(jù)條款1的氮化物半導體發(fā)光器件，其中構成所述AlInN層 的每一層在不同溫度下生長。
6. 根據(jù)條款1的氮化物半導體發(fā)光器件，其中生長構成所述AlInN 層的每一層，使得In含量線性減少。
7. 根據(jù)條款1的氮化物半導體發(fā)光器件，其中生長構成所述AlInN 層的每一層，使得In含量線性減少并且所述AlInN層的最上層為AIN。
8. 根據(jù)條款1的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述AlInN層包含 第一 AlInN下層和第二 AlInN上層。
9. 根據(jù)條款1的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述第一 電極接觸層上方的n-InGaN層。
10. 根據(jù)條款1的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第一電極接觸 層是n型半導體層。
11. 根據(jù)條款l的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第一電極接觸 層是Si和In共摻雜的氮化物半導體層。
12. 根據(jù)條款1的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述p型
7氮化物半導體層上方的第二電極接觸層。
13. 根據(jù)條款12的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第二電極接觸 層是具有In含量逐漸變化的超梯度結構的n型氮化物半導體層。
14. 根據(jù)條款12的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第二電極接 觸層是由于摻雜濃度不同而具有超晶格結構的超重疊結構的p-GaN 層。
15. 根據(jù)條款12的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述第 二電極接觸層上方的電極層。
16. 根據(jù)條款15的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述電極層由選自 透光氧化物以及含Ni金屬的Au合金的透光金屬中的一種形成，所述透 光氧化物包括ITO(In國SnO) 、 IZO(In-ZnO) 、 ZGO (Ga國ZnO)、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In-GaZnO)、 AGZO(Al國Ga ZnO)、 ZnO、 IrOx 和RuOx。
17. —種氮化物半導體發(fā)光器件，包含超晶格層，所^晶格層具 有選自InGaN/InGaN超晶格結構、InGaN/GaN超晶格結構、 InGaN/AlGaN超晶格結構以及InGaN/AlInGaN超晶格結構中的一種； 形成在所述超晶格層上方的In摻雜的氮化物半導體層；形成在所述In 摻雜的氮化物半導體層上方的第一電極接觸層；形成在所述第一電極 接觸層上方的有源層；和形成在所述有源層上方的p型氮化物半導體 層。
18. 根據(jù)條款17的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述超 晶格層下方的緩沖層。
19. 根據(jù)條款18的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述緩沖層具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGal-x-yN/InzGal-zN/GaN的疊層結
構o
20. 根據(jù)條款17的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述In 摻雜的氮化物半導體層下方的含In氮化物半導體層。
21. 根據(jù)條款17的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述第 一電極接觸層上方的n-InGaN層。22. 根據(jù)條款17的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第一電極接 觸層是n型半導體層。
23. 根據(jù)條款17的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述p 型氮化物半導體層上方的第二電極接觸層。
24. 根據(jù)條款23的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第二電極接 觸層是In含量逐漸變化的具有超梯度結構的n型氮化物半導體層。
25. 根據(jù)條款23的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第二電極接 觸層是由于摻雜濃度不同而具有超晶格結構的超重疊結構的p-GaN 層。
26. 根據(jù)條款23所述的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所 述第二電極接觸層上方的電極層。
27. 根據(jù)條款26的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述電極層由選 自透光氧化物以及含Ni金屬的Au合金的透光金屬中的一種形成，所 述透光氧化物包括ITO(In-SnO)、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga-ZnO)、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In畫GaZnO)、 AGZO(Al-Ga ZnO)、 ZnO、 IrOx 和RuOx。
28. —種制造氮化物半導體發(fā)光器件的方法，所述方法包括以下步 驟在襯底上方形成緩沖層；在所述緩沖層上方形成一個或多個AlInN 層；在所述AlInN層上方形成In摻雜的氮化物半導體層；在所述In 摻雜的氮化物半導體層上方形成第一電極接觸層；在所述第一電極接 觸層上方形成有源層；和在所述有源層上方形成p型氮化物半導體層。
29. 根據(jù)條款28的方法，其中所述緩沖層具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGa^-yN/InzGaLzN/GaN的疊層結構。
30. 根據(jù)條款28的方法，其中生長構成所述AlInN層的每一層， 使得生長溫度在每一 步驟都變化。
31. 根據(jù)條款28的方法，其中生長構成所述AlInN層的每一層， 使得In含量線性減少。
32. 根據(jù)條款28的方法，其中所述AlInN層提供為雙層結構，所 述雙層結構的上層加速生長。33. 根據(jù)條款28的方法，其中所述AlInN層的最上層由A1N層形成。
34. 根據(jù)條款28的方法，還包括在所述p型氮化物半導體層上方 形成第二電極接觸層的步驟。
35. 根據(jù)條款34的方法，其中所述第二電極接觸層是In含量逐漸 變化的超梯度結構的n型氮化物半導體層，或由于摻雜濃度不同而具 有超晶格結構的超重疊結構的p-GaN層。
36. 根據(jù)條款34的方法，其中所述電極層由選自透光氧化物以及 含M金屬的Au合金的透光金屬中的一種在所述第二電極接觸層上方 形成，所述透光氧化物包括ITO(In-SnO) 、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga-ZnO)、 AZO(Al國ZnO)、 IGZO(In-Ga ZnO)、 AGZO(Al畫Ga ZnO)、 ZnO、 IrOx和RuOx。
37. —種制造氮化物半導體發(fā)光器件的方法，所述方法包括以下步 驟在襯底上方形成緩沖層；在所述緩沖層上方形成超晶格層，所述 超晶格層具有選自InGaN/InGaN超晶格結構、InGaN/GaN超晶格結 構、InGaN/AlGaN超晶格結構以及InGaN/AlInGaN超晶格結構中的 一種；在所述超晶格層上方形成In摻雜的氮化物半導體層；在所述In 摻雜的氮化物半導體層上方形成第一電極接觸層；在所述第一電極接 觸層上方形成有源層；和在所述有源層上方形成p型氮化物半導體層。
38. 根據(jù)條款37的方法，其中所述緩沖層具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGal-x-yN/InzGal國zN/GaN的疊層結 構。
39. 根據(jù)條款37的方法，還包括在所述p型氮化物半導體層上方 形成第二電極接觸層的步驟。
40. 根據(jù)條款39的方法，其中，所述第二電極接觸層是In含量逐 漸變化的超梯度結構的n型氮化物半導體層，或由于摻雜濃度不同而 具有超晶格結構的超重疊結構的p-GaN層。
41. 根據(jù)條款39的方法，其中所述電極層由選自透光氧化物以及 含M金屬的Au合金的透光金屬中的一種在所述第二電極接觸層上方形成，所述透光氧化物包括ITO(In-SnO) 、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga-ZnO)、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In-Ga ZnO)、 AGZO(Al-Ga ZnO)、 ZnO、 IrO>RuOx。
42.—種氮化物半導體發(fā)光器件，包含應變控制層，揭_供為兩個或 多個AlInN層或超晶格層；在所述應變控制層上方形成的In摻雜的氮化 物層；在所述In摻雜的氮化物層上方形成的第一電極接觸層；在所述 第一電極接觸層上方形成的有源層；和在所述有源層上方形成的p型 氮化物半導體層。 [有益效果
根據(jù)所提供本發(fā)明，可以提高構成氮化物半導體LED的有源層的 結晶度，并且可以提高LED的光功率和可靠性。


通過附圖將更容易理解本發(fā)明的精神，在附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的氮化物半導體LED的疊層結構 的示意圖2和圖3是通過傳統(tǒng)技術生長的氮化物半導體的AFM(原子力 顯微鏡)表面照片；
圖4和圖5是通過根據(jù)本發(fā)明的制造氮化物半導體的方法生長的 氮化物半導體的AFM表面照片；
圖6是示出用于比較根據(jù)本發(fā)明實施方案的氮化物半導體的結晶 度的DC-XRD結果的曲線圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的氮化物半導體LED的結構的 示意圖；以及
圖8是圖解說明根據(jù)本發(fā)明實施方案在氮化物半導體LED中形成 的超重疊(super-overlapped)氮化物半導體結構的示意圖。
具體實施方式
[最佳方式在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實施方案。 <第一實施方案>
圖1是才艮據(jù)本發(fā)明第一具體實施方式
的氮化物半導體LED的疊層 結構的示意圖。
參照圖1，本發(fā)明的氮化物半導體LED包括襯底21和形成在襯 底21上的緩沖層23。襯底21可以是藍寶石襯底或SiC襯底。緩沖層 23可以具有AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGa^.yN/InzGaLzN/GaN 的疊層結構。
并且，兩個或多個AlInN層形成在緩沖層23上。在圖1中，示出 了形成第一 AlInN層25和第二 AlInN層27的實施例。在4艮據(jù)本發(fā)明 的氮化物半導體LED的制造方法中，無定形AlInN基緩沖層23在低 生長溫度下生長在襯底21上，然后在高生長溫度下再結晶。此后，降 低生長溫度，接著隨著階段繼續(xù)進行再逐漸升高溫度，由此生長第一 AlInN層25和第二 AlInN層27。
并且，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導體LED包括形成在第二AlInN 層27上的In摻雜的GaN層29,以及形成在In摻雜的GaN層29上 的第一電極接觸層。圖1示出了 n-GaN層，即第一電極接觸層31的 一個實例。另外，在該制造方法中，再次升高生長溫度以生長In摻雜 的GaN層29和硅(Si )和銦(In )共摻雜的氮化物半導體層作為n-GaN 層31，該n-GaN層31為第一電極接觸層。
并且，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導體LED包括形成在作為第一電 極接觸層的n-GaN層31上的有源層33以及形成在有源層33上的 p-GaN層35。發(fā)射期望波段(wavelength band )的光的有源層33可 以形成為具有InxGai.xN/InyGai.yN結構的單量子阱或多量子阱，所述 單量子阱或多量子阱具有作為一個周期的阱層/勢壘層。通過提高生長 溫度在有源層33上生長p-GaN層35。
此后，第二電極接觸層形成在p-GaN層35上。在圖1中，作為 一個實施例，生長超梯度(super grading)的n-IUxGa^N層37,該 層具有In含量順序受控制從而調節(jié)能帶隙的結構。
12同時，在具有上述結構的npn結LED的第二電極接觸層中形成施 加電功率的透明電極。用于該透明電極的材料由所形成的GaN基半導 體的摻雜相或能帶隙差確定。由于LED具有超梯度結構，在所述結構 中為了增加電流注入效應，In含量線性變化以控制能帶隙，因此用于 該透明電極的材料可以從以下材料中選擇。
換句話說，該透明電極可以由選自透光金屬氧化物例如 ITO(In-SnO) 、 IZO(In畫ZnO) 、 ZGO (Ga國ZnO) 、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In-GaZnO)、 AGZO(Al國Ga ZnO)、 ZnO、 IrOx和RuOx以及透 光電阻金屬例如含M金屬的Au合金中的一種來形成。
與傳統(tǒng)的氮化物半導體LED相比，具有上述結構的氮化物半導體 LED可以使光功率增加30-50%,并且還可以提高可靠性。
在下文中，將更詳細地描述根據(jù)上述實施方案的氮化物半導體 LED的特征。
在本實施方案中，隨著階段進行，通過改變生長溫度，在低溫緩 沖層23和高溫GaN基半導體層29、 31之間形成第一 AlInN層25和 第二 AlInN層27。通過這樣做，可以有效地抑制GaN基半導體層29、 31中的晶體缺陷的發(fā)生以提高LED的性能，這是本發(fā)明的一個特征。
以下將更詳細地描述AlInN層25和27抑制GaN基半導體層29、 31中晶體缺陷發(fā)生的機制。
首先，為了生長GaN基半導體，使緩沖層23在高生長溫度下再 結晶，以使緩沖層從無定形相轉變?yōu)槎嗑?。生長在經歷相轉變的緩 沖層上的GaN半導體通過島之間的熔合而實現(xiàn)晶體生長。此時，根據(jù) 隨緩沖層生長溫度而變化的厚度，在高溫再結晶過程中緩沖層相變類 型改變，從而產生表面應變和平整度的差異。GaN基半導體的最初生 長模式由上述差異確定。在GaN基半導體的最初生長模式中，在島熔 合過程中優(yōu)選實施垂直生長模式，并且隨著厚度的增加，優(yōu)選實施水 平生長模式。
如上所述，在初始的島熔合過程中，優(yōu)選實施垂直生長模式。此 時，晶體缺陷例如"穿越位錯"在熔合的邊界處產生，并穿過有源層，
13繼續(xù)前進至LED的表面。為了有效地抑制和減少初始晶體缺陷，本發(fā) 明的緩沖層在高溫下再結晶，且通過在高于緩沖層生長溫度的生長溫 度范圍內線性地改變生長溫度來生長作為應變控制層的兩個或多個 AlInN半導體層。因此，可以改善具有低水平平整度和粗糙多晶相的 緩沖層表面，并可抑制經受"拉伸應變"的GaN基半導體的應力，從而 生長具有優(yōu)質結晶相的GaN基半導體LED。
將參照圖2至圖5詳細地描述通過上述制造方法制造的本發(fā)明的 氮化物半導體LED的特性。
圖2和圖3是通過傳統(tǒng)技術生長的氮化物半導體的AFM(原子力 顯微鏡)表面照片，圖4和圖5是通過根據(jù)本發(fā)明的制造氮化物半導 體的方法生長的氮化物半導體的AFM表面照片。在上述AFM表面照 片中，圖2和圖4是lnmxlpm區(qū)域的表面照片，圖3和圖5是5nmx5pm 區(qū)域的表面照片。并且，在本實施方案的情況下，采用藍寶石襯底和 AlInN/GaN/AlInN/GaN緩沖層，通過根據(jù)生長階段改變它們的生長溫 度，使第一 AlInN層和第二 AlInN層在緩沖層上形成，然后在第二 AlInN層上形成In摻雜的GaN層。
參照圖2和圖3，通過傳統(tǒng)制造方法生長的GaN半導體的表面具 有被許多"位錯，，缺陷和"凹坑(pit)，，分割的階梯形狀(terrace shape )。 并且，正如從黑點所看到的，已知GaN半導體的生長結束于穿越位錯， 即"螺位錯"的一種。然而，如圖4和圖5所示，與傳統(tǒng)技術制造的氮 化物半導體相比，通過本發(fā)明的制造方法生長的氮化物半導所具有的 位錯和凹坑的數(shù)量大大減少，并具有均勻的階梯形狀。
并且，可以證實，通過本實施方案的制造方法生長的氮化物半導 體具有約1.8A的表面平整度，與傳統(tǒng)表面平整度2.7A相比其對應于 大幅改進值。
另外，在評價通過本實施方案的制造方法生長的氮化物半導體的 電性能時，發(fā)現(xiàn)室溫下遷移率增加至2倍或更多，從250cm2/Vsec至 500cm2/Vsec。電性能的提高與AFM表面分析一致。從上述結果可以 證實，利用生長溫度逐步變化而生長的AlInN層已經有效地抑制了AlInN層中晶體缺陷的發(fā)生。
圖6是表示對根據(jù)本發(fā)明實施方案的氮化物半導體實施的用于結 晶度比較的DC-XRD (雙晶體X-射線衍射)結果的曲線圖，其中，附 圖標記(a )是根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導體的分析結果，而附圖標記(b ) 是根據(jù)傳統(tǒng)技術的氮化物半導體的分析結果。
參照圖5,根據(jù)本發(fā)明具有兩個或多個AlInN層的氮化物半導體 在(0002)方向上具有190弧秒(arcsec)的結晶度，其相當于傳統(tǒng) 氮化物半導體結晶度250弧秒值的兩倍或更高。上述結果也與AFM 表面分析和電性能一致。
并且，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導體LED中，例如，具有單量子 阱結構的ITO電極/npn-結LED中，其電性能在20mA的電流下使用 積分球(integral sphere)通過未封裝的藍色LED芯片進行測量，獲 得6.3mW的光功率、3.1V的工作電壓以及460nm的中心波長(core wavelength),這對應于非常好的值。
通過上述描述，顯而易見的是根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導體LED可 以抑制有源層的晶體缺陷、提高電性能、增加光功率并提高運行可靠 性。
<第二實施方案>
除了通過線性改變第二 AlInN層的生長溫度，例如從IOOO'C至 1500。C,加速生長第二 AlInN層以便更有效地控制第一和第二 AlInN 層的應變以外，第二實施方案與第一實施方案相同。
根據(jù)本實施方案，當生長溫度升高時，銦(In)含量線性降低， 然后過程轉變?yōu)锳1N層具有優(yōu)良結晶度的生長模式。由于AIN半導體 在表面粗糙度和平整度方面優(yōu)良，因此其具有的優(yōu)點是在GaN半導體 初始島熔合期間水平生長先于垂直生長。因此，A1N半導體被轉變?yōu)?水平生長先于垂直生長的晶體生長模式，以有效地抑制晶體缺陷，由 此生長優(yōu)質的GaN半導體。
15<第三實施方案>
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的氮化物半導體LED的結構 的示意圖。
除了進一步包括InGaN層61和n-InGaN層63夕卜，圖7所示的 氮化物半導體LED與第 一實施方案的氮化物半導體LED相同。
InGaN層61沉積在第二 AlInN層27和In摻雜的GaN層29之 間，以進一步抑制晶體缺陷的發(fā)生。n-InGaN層63沉積在n-GaN層 31和有源層33之間，并且形成為具有低銦含量的低摩爾InxGal-xN 層，以提高有源層33的內量子效率。
當然，第三實施方案的氮化物半導體LED也具有形成在緩沖層 23上的兩個或多個AlInN層25和27。
<第四實施方案>
在根據(jù)本發(fā)明精神的另一實施方案中，提供具有氮化物半導體超 晶格結構而不是生長在緩沖層23上的兩個或多個AlInN層25和27 的氮化物半導體LED,根據(jù)第四實施方案的氮化物半導體LED也改 善源于晶體缺陷的性能。
氮化物半導體的超晶格結構可由選自InGaN/InGaN超晶格結構、 InGaN/GaN超晶格結構、InGaN/AlGaN超晶格結構以及 InGaN/AlInGaN超晶格結構中的一種形成。
<第五實施方案>
除了第二電極接觸層具有不同的結構外，第五實施方案的氮化物 半導體LED與第一實施方案的氮化物半導體LED相同。
具體而言，圖1至圖7所示的氮化物半導體LED采用超梯度 n-InGaN層37作為施加電功率的透明電極的第二電極接觸層。超梯度 n-InGaN層37具有通過逐漸控制In含量而控制的帶隙。
本發(fā)明的氮化物半導體LED釆用超重疊結構的p-GaN層作為 第二電極接觸層來代替超梯度n-InGaN層37。超重疊結構的p-GaN
16層(SOV p-GaN層)表示通過改變摻雜濃度而形成的具有超晶格結構的p-GaN，如圖8所示。
圖8是示出在根據(jù)本發(fā)明實施方案的氮化物半導體LED中形成的SOV氮化物半導體結構的示意圖，并描述了帶隙隨p-GaN摻雜濃度的變化。在圖8中，附圖標記71表示具有低摻雜濃度的p-GaN層的帶隙，而附圖標記73表示具有高摻雜濃度的p-GaN層的帶隙。SOVp-GaN層表示具有低摻雜濃度的p-GaN層/具有高摻雜濃度的p-GaN層的超晶格結構的層。在一個實施例中，具有低摻雜濃度的p-GaN層的Cp2Mg流可以在0SXSl000pmo1 (其中X是Mg含量)的條件下生長，而具有高摻雜濃度的p-GaN層的Cp2Mg流可以在50^XSl0000nmo1 (其中X是Mg含量)的條件下生長。
因此，可以增加p-GaN載流子濃度，并使透明電極例如ITO、IZO等可以施加在SOV p-GaN層上。
如上所述,在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導體LED及其制造方法中，可以提高構成氮化物半導體LED的有源層的結晶度，以及可以提高LED的光功率和可靠性。
<試驗實施例>
根據(jù)本發(fā)明的精神，對具有ITO/n-InGaN層/p-GaN層/(InGaN/InGaN)SQW層/n+國GaN(Si-In)層/ GaN(In)層/(第二 AlInN層/第一 AlInN層)/(GaN/AlInN/GaN/AlInN)緩沖層/藍寶石襯底結構的單量子阱LED的性能進行了測試，獲得以下結果。此處，n+-GaN(Si-In)層是第一電極接觸層，而n-InGaN層是第二電極接觸層。
在20mA電流下，可以獲得例如460nm的中心波長、6.3mW的光功率、3.1V的工作電壓(VF)的電性能。在人體模式中，ESD值至少為-lKV，可以在2英寸的整個藍寶石襯底上獲得該值的90%或更高。這里，測量值是利用藍色LED芯片測量的，尤其是光功率是利用積分球來測量的。[發(fā)明模式
雖然根據(jù)上述實施方案的氮化物半導體LED表示并描述了僅有第一 AlInN層25和第二 AlInN層27的兩個AlInN層的實施例，但本發(fā)明并不局限于此。換句話說，在本發(fā)明的其它實施方案中，可以采用三個或多個AlInN層，但可以獲得相同的或改進的效果。
[工業(yè)適用性I
根據(jù)本發(fā)明，可以提高構成氮化物半導體LED的有源層的結晶度，并且可以提高光功率和可靠性。而且，可以增加氮化物半導體LED的產率并且可以改善電性能。
權利要求
1.一種氮化物半導體發(fā)光器件，包含超晶格層，所述超晶格層具有選自InGaN/InGaN超晶格結構、InGaN/GaN超晶格結構、InGaN/AlGaN超晶格結構以及InGaN/AlInGaN超晶格結構中的一種；形成在所述超晶格層上方的In摻雜的氮化物半導體層；形成在所述In摻雜的氮化物半導體層上方的第一電極接觸層；形成在所述第一電極接觸層上方的有源層；形成在所述有源層上方的p型氮化物半導體層；和形成在所述p型氮化物半導體層上方的第二電極接觸層；其中所述第二電極接觸層包括In含量逐漸變化的具有超梯度結構的n型氮化物半導體層或由于摻雜濃度不同而具有超晶格結構的超重疊結構的p-GaN層。
2. 根據(jù)權利要求1的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述超 晶格層下方的緩沖層。
3. 根據(jù)權利要求2的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述緩沖層具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlInGaN/InGaN/GaN的疊層結構。
4. 根據(jù)權利要求1的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述In 摻雜的氮化物半導體層下方的InGaN層。
5. 根據(jù)權利要求1的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述第 一電極接觸層上方的n-InGaN層。
6. 根據(jù)權利要求l的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第一電極接觸 層是n型半導體層。
7. 根據(jù)權利要求1的氮化物半導體發(fā)光器件，還包含形成在所述第二 電極接觸層上方的電極層。
8. 根據(jù)權利要求7的氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述電極層由選 自透光氧化物以及作為透光金屬的含Ni金屬的Au合金中的一種形 成，所述透光氧化物包括ITO(In-SnO) 、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga畫ZnO)、 AZO(Al國ZnO)、 IGZO(In畫Ga ZnO)、 AGZO(Al-GaZnO)、 ZnO、 IrO和RuO。
9. 一種制造氮化物半導體發(fā)光器件的方法，所述方法包括以下步驟 在襯底上方形成緩沖層；在所述緩沖層上方形成超晶格層，所述超晶格層具有選自 InGaN/InGaN超晶格結構、InGaN/GaN超晶格結構、InGaN/AlGaN 超晶格結構以及InGaN/AlInGaN超晶格結構中的一種； 在所述超晶格層上方形成In摻雜的氮化物半導體層； 在所述In摻雜的氮化物半導體層上方形成第一電極接觸層； 在所述第一電極接觸層上方形成有源層； 在所述有源層上方形成p型氮化物半導體層；和 在所述p型氮化物半導體層上方形成第二電極接觸層； 其中所述第二電極接觸層是In含量逐漸變化的具有超梯度結構的 n型氮化物半導體層或由于摻雜濃度不同而具有超晶格結構的超重疊 結構的p-GaN層。
10. 根據(jù)權利要求9的方法，其中所述緩沖層具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlInGaN/InGaN/GaN的疊層結構。
11. 根據(jù)權利要求9的方法，還包括在所述第二電極接觸層上方形成 電極層的步驟。
12. 根據(jù)權利要求ll的方法，其中所述電極層由在所述第二電極接觸 層上方的選自透光氧化物以及作為透光金屬的含Ni金屬的Au合金中 的一種所形成，所述透光氧化物包括ITO(In-SnO)、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga-ZnO)、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In-Ga ZnO)、 AGZO(Al匪Ga ZnO)、 ZnO、 IrO和RuO 。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種氮化物半導體發(fā)光器件，包括一個或多個AlInN層；形成在該AlInN層上方的In摻雜的氮化物半導體層；形成在該In摻雜的氮化物半導體層上方的第一電極接觸層；形成在該第一電極接觸層上方的有源層；以及形成在該有源層上方的p型氮化物半導體層。根據(jù)所述氮化物半導體發(fā)光器件，有源層的晶體缺陷被抑制，使得氮化物半導體發(fā)光器件的可靠性增加，并使得光輸出增大。
文檔編號H01L33/32GK101552315SQ200910132659
公開日2009年10月7日 申請日期2005年10月6日 優(yōu)先權日2004年10月19日
發(fā)明者孫孝根, 李昔憲 申請人:Lg伊諾特有限公司