專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體而言，涉及一種具有 隧道結(jié)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
關(guān)于在其作為光輸出側(cè)的一側(cè)含有p型氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo) 體發(fā)光二極管器件而言，通常需要形成在p型氮化物半導(dǎo)體層上的p側(cè)電 極滿足以下三個條件。
第一個條件是p側(cè)電極具有關(guān)于從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件發(fā)出 的光的高透射率。第二個條件是p側(cè)電極具有允許注入電流在發(fā)光層的平 面內(nèi)充分?jǐn)U散的電阻和厚度。第三個條件是p側(cè)電極具有相關(guān)于p型氮化 物半導(dǎo)體層的低的接觸電阻。
在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的p型氮化物半導(dǎo)體層的一側(cè)為光輸 出側(cè)的情況下，形成在p型氮化物半導(dǎo)體層上的p側(cè)電極通常是半透明的 金屬電極，該金屬電極形成為比如鈀或鎳的厚度為約幾nm至10nm的金屬 膜并且形成在p型氮化物半導(dǎo)體層的整個表面上。然而，這樣的半透明金 屬電極具有關(guān)于從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件發(fā)出的光的約50 %的低透 射率，并由此降低了光輸出效率，導(dǎo)致難以獲得高亮度氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 二極管器件的問題。
因此，取代以比如鈀或鎳的金屬膜形成的半透明金屬電極，制造了具 有透明導(dǎo)電膜的高亮度氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，所述透明導(dǎo)電膜由 ITO (氧化銦錫)制成并形成在p型氮化物半導(dǎo)體層的整個表面上，從而改 善了光輸出效率。關(guān)于其中形成有這樣的透明導(dǎo)電膜的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 二極管器件而言，通過熱處理等來改善透明導(dǎo)電膜與p型氮化物半導(dǎo)體層之間的接觸電阻的問題。
專利文件l(日本特開公報No.2002-319703 )^^開了一種具有形成在襯 底上的III族氮化物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，所述 多層結(jié)構(gòu)至少含有第一n型III族氮化物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)、p型m族氮化物 半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)和第二 n型III族氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)。在第一 n型III 族氮化物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中的n型III族氮化物半導(dǎo)體層設(shè)置有負電極，在 第二 n型III族氮化物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中的n型III族氮化物半導(dǎo)體層設(shè)置 有正電極，并且通過第二 n型III族氮化物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中的n型III族 氮化物半導(dǎo)體層和p型III族氮化物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中的p型III族氮化物 半導(dǎo)體層形成了隧道結(jié)。
在專利文件1中公開的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，正電極形成 在第二 n型III族氮化物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中的n型III族氮化物半導(dǎo)體層處， 并且與p型III族氮化物半導(dǎo)體相比，n型III族氮化物半導(dǎo)體具有易于增大
的載流子密度。因此，與其正電極形成在p型in族氮化物半導(dǎo)體層處的常 規(guī)結(jié)構(gòu)相比，能夠減小接觸電阻，驅(qū)動電壓降低，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更大的輸 出驅(qū)動。此外，由于減小了作為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的故障因素 之一的正電極的發(fā)熱，所以可以認為該二極管器件能夠具有改善的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
然而，由ITO制成的透明導(dǎo)電膜具有在高溫下光學(xué)特性不可逆轉(zhuǎn)地改 變的問題，導(dǎo)致了關(guān)于可見光的減小的透射率。此外，在使用由ITO制成 的透明導(dǎo)電膜的情況下，因為要防止關(guān)于可見光的透射率降低，所以存在 形成由ITO制成的透明導(dǎo)電膜之后的工藝的溫度范圍受限的問題。此外， 存在由ITO制成的透明導(dǎo)電膜因大電流操作而劣化并由此變黑的問題。
關(guān)于在專利文件1的實例中公開的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件而言， 其In (銦)含量比率大致等于發(fā)光層的In含量比率的p型InGaN層和n型 InGaN層形成了隧道結(jié)，并且相應(yīng)的膜厚度為每個50nm。
如在專利文件1的實例中所公開的那樣，為了以固相的形式充分地供 應(yīng)In,有必要將生長溫度降低到大約800°C。然而，在低溫下難以得到具有 lxlO,cn^或更高的高載流子密度的p型InGaN層。因此，不能減小隧道結(jié) 處的電壓損失，導(dǎo)致了驅(qū)動電壓增大的問題此外，關(guān)于專利文件1中公開的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，與正 電極的接觸電阻能夠被減小，然而由于隧道結(jié)處電壓損失所致的可靠性是 需要關(guān)注的問題。
例如，在專利文件1的實例1中，公開了具有載流子密度為lxl019/cm3 的p型Ino.!6Ga。.84N層和載流子密度為lxl02°/cm3的n型Inai6Gao.84N層的隧 道結(jié)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。在以大電流密度來驅(qū)動如此構(gòu)造的 氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的情況下，由于InGaN的氮化物半導(dǎo)體層的 高密度摻雜雜質(zhì)和晶格缺陷等導(dǎo)致了劣化，這是可靠性劣化的原因。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠減小其驅(qū)動電壓的氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光器件。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種能夠改善其可靠性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 器件。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述器 件包括襯底，以及形成在所述襯底上的第一n型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光層、 第一p型氮化物半導(dǎo)體層、第二p型氮化物半導(dǎo)體層、p型氮化物半導(dǎo)體隧 道結(jié)層、n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和第二n型氮化物半導(dǎo)體層，所述p型 氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層形成了隧道結(jié)， 并且所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層具有比所述第二 p型氮化物半導(dǎo)體層 的銦含量比率更高的銦含量比率。
此處，關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，"所述p型氮 化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層具有銦含量比率，，中的"銦含量比率"意味著In原子 的數(shù)目與包括在p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的III族元素(Al、 Ga和In) 的原子總數(shù)目的比率。"第二p型氮化物半導(dǎo)體層的In含量比率"意味著In 原子的數(shù)目與包括在第二 p型氮化物半導(dǎo)體層中的III族元素(Al、 Ga和 In)的原子總數(shù)目的比率。這里，Al表示鋁，Ga表示鎵，In表示銦。
關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選第二 p型氮化 物半導(dǎo)體層具有不小于2nm的厚度。
關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選第二 p型氮化 物半導(dǎo)體層具有不小于臨界厚度的厚度。
關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選第二 p型氮化 物半導(dǎo)體層摻雜有摻雜密度不小于1 x 1019/cm3的p型雜質(zhì)。關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述p型氮化
物半導(dǎo)體隧道結(jié)層具有不大于5nm的厚度。
關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述p型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層摻雜有摻雜密度不小于lxlO,cmS的p型雜質(zhì)。
關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述第一 p型 氮化物半導(dǎo)體層的帶隙大于所述第二 p型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙，且所述 第二 p型氮化物半導(dǎo)體的帶隙大于所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層的帶隙。
關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述n型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層包括銦。
關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述n型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層摻雜有摻雜密度不小于lxlO,cn^的n型雜質(zhì)。
關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述n型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層具有不大于10nm的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述器 件包括襯底，以及相繼形成在所述襯底上的第一 n型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā) 光層、p型氮化物半導(dǎo)體層、p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層、n型氮化物半導(dǎo) 體隧道結(jié)層和第二 n型氮化物半導(dǎo)體層，所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層 和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層形成了隧道結(jié)，并且所述p型氮化物半 導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的至少一個包括鋁。
此處，關(guān)于本發(fā)明第二方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，可以在從所 述襯底與所述第一 n型氮化物半導(dǎo)體層之間的部分、所述第一 n型氮化物 半導(dǎo)體層與所述發(fā)光層之間的部分、所述發(fā)光層與所述p型氮化物半導(dǎo)體 隧道結(jié)層之間的部分、及所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層與所述第二 n型層。
關(guān)于本發(fā)明第二方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述p型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的至少一個的鋁含 量為不小于1原子百分比且不大于5原子百分比。
關(guān)于本發(fā)明第二方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，表示A1含量的"原 子百分比，，指的是在Al包括在p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中而不包括在n 型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的情況下，所包括的Al原子數(shù)目相對于包括在p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的III族元素(Al、 Ga和In )的原子總數(shù)目的 比率(％ )。在Al包括在n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中而不包括在p型氮 化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的情況下，表示A1含量的"原子百分比"指的是所 包括的Al原子數(shù)目相對于包括在n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的III族元 素(A1、 Ga和In)的原子總數(shù)目的比率(％ )。在Al包括在n型氮化物半 導(dǎo)體隧道結(jié)層和p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層兩者中的情況下，表示Al含量 的"原子百分比"指的是所包括的Al原子數(shù)目相對于包括在p型氮化物半 導(dǎo)體隧道結(jié)層中的III族元素(Al、 Ga和In)的原子總數(shù)目的比率(％ ) 和所包括的Al原子數(shù)目相對于包括在n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的III 族元素(A1、 Ga和In)的原子總數(shù)目的比率(％ )中的至少一個。
關(guān)于本發(fā)明第二方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述p型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層包括鋁和銦，并且銦含量高于鋁含量。
關(guān)于本發(fā)明第二方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述n型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層包括鋁和銦，并且銦含量高于鋁含量。
關(guān)于本發(fā)明第二方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述p型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層摻雜有摻雜密度不小于&1019/0113的p型雜質(zhì)。
關(guān)于本發(fā)明第二方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述n型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層摻雜有摻雜密度不小于Ixl019/cm4々n型雜質(zhì)。
關(guān)于本發(fā)明第一方面中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，優(yōu)選所述n型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層具有不大于lOnm的厚度。
關(guān)于本發(fā)明，"p型雜質(zhì)的摻雜密度"指的是包括在氮化物半導(dǎo)體中的 p型雜質(zhì)原子的密度，"n型雜質(zhì)的摻雜密度"指的是包括在氮化物半導(dǎo)體 中的n型雜質(zhì)原子的密度，并且所述p型雜質(zhì)的摻雜密度和所述n型雜質(zhì) 的摻雜密度中的每一個可以通過例如SIMS (二次離子質(zhì)量光譜)來定量的計算。
根據(jù)本發(fā)明的第 一方面，能夠提供可減小驅(qū)動電壓的氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光器件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，能夠提供可改善可靠性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 器件。
通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的以下詳細描述，本發(fā)明的以上和其他目的、 特征、方面和優(yōu)點將變得更加明了。


圖1是作為本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件一個實例的氮化物半導(dǎo)體
發(fā)光二極管器件的優(yōu)選實例的示意性剖面圖2是實例1至2中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性剖面圖； 圖3示出了實例1中氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的驅(qū)動電壓和p型
InGaN層的厚度之間的關(guān)系；
圖4示出了實例2中氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的驅(qū)動電壓和p型
隧道結(jié)層的厚度之間的關(guān)系；
圖5示出了實例2中氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的光輸出和p型隧
道結(jié)層的厚度之間的關(guān)系；
圖6是實例3中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性剖面圖； 圖7是比較實例1中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性剖面圖； 圖8是作為本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件一個實例的氮化物半導(dǎo)體
發(fā)光二極管器件的優(yōu)選實例的示意性剖面圖9是實例4至6中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性剖面圖； 圖10示出了實例4中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的擊穿電流密度
與n型隧道結(jié)層和p型隧道結(jié)層的Al含量之間的關(guān)系；以及
圖11示出了實例4中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的驅(qū)動電壓與n
型隧道結(jié)層和p型隧道結(jié)層的Al含量之間的關(guān)系。
具體實施例方式
以下，將描述本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的附圖中，相同的附圖標(biāo)記 表示相同或相應(yīng)的元件。 第一實施例
圖1示出了作為本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件一個實例的氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的優(yōu)選實例的示意性剖面圖。此處，圖1所示的氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件構(gòu)造為包括襯底1，以及相繼沉積在襯底1上的第 一n型氮化物半導(dǎo)體層2、發(fā)光層3、第一p型氮化物半導(dǎo)體層4、第二p 型氮化物半導(dǎo)體層5、 p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6、 n型氮化物半導(dǎo)體隧 道結(jié)層7、 n型氮化物半導(dǎo)體蒸發(fā)減少層(n-type nitride semiconductorvaporization reduction layer) 8和第二 n型氮化物半導(dǎo)體層9，并具有形成在 第一 n型氮化物半導(dǎo)體層2上的n側(cè)電極10和形成在第二 n型氮化物半導(dǎo) 體層9上的p側(cè)電極11。
與正電極形成在常規(guī)p型氮化物半導(dǎo)體層處的常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，如此構(gòu) 造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可具有更小的接觸電阻，還可具有減小的驅(qū)動 電壓，而要關(guān)注的問題是在隧道結(jié)處怎樣能夠減小電壓損失，所述隧道結(jié) 是p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6與n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7之間的結(jié)。
通常由以下表達式(1)來表示隧道結(jié)的隧穿幾率Tt。
Tt = exp((-87t(2me)1/2Eg3/2)/(3qhe)) ...(l)
在以上表達式(1 )中，Tt表示隧穿幾率，me表示導(dǎo)帶電子(conduction electron)的有效質(zhì)量，Eg表示能隙，q表示電子的電荷，h表示普朗克常 數(shù)，s表示施加到隧道結(jié)的電場。
為了減小氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動電壓，所需的是增大該隧穿幾 率Tt。從以上表達式(1)可以看出，增大隧穿幾率Tt的可能的方法是減 小隧道結(jié)處的能隙Eg并增大施加到隧道結(jié)的電場s。
為了減小隧道結(jié)處的能隙Eg，優(yōu)選的是p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6 和n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7每一個都含有In并且In含量比率較高。如 果p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6的In含量比率高于發(fā)光層3的In含量比率， 則發(fā)光層3發(fā)出的光被隧道結(jié)吸收，這是光輸出效率劣化的原因。因此， 優(yōu)選的是p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6的厚度較小。
N型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7含有高活化比率(activation ratio)的n型雜 質(zhì)并由此能夠?qū)崿F(xiàn)高的載流子密度。因此，能夠減小被驅(qū)動時隧道結(jié)的n 側(cè)上耗盡層的寬度。在改善光輸出效率方面，優(yōu)選的是n型氮化物半導(dǎo)體 隧道結(jié)層7的厚度等于或小于p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6的厚度。
然而，如上所述，在固相的In要充分地進入p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié) 層6的情況下，生長溫度不得不降低到大約800°C,并且難以增大p型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6的載流子密度。
因此，本發(fā)明具有以下特征，即，p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6中的In 含量比率高于第二p型氮化物半導(dǎo)體層5中的In含量比率。由于這種結(jié)構(gòu)， p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6相對于第二p型氮化物半導(dǎo)體層5具有晶格失 配，并且由于這些層的界面處或界面附近第二 p型氮化物半導(dǎo)體層5與p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6之間的電子親和勢的差異產(chǎn)生了電場，因此，p
型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6的空穴被吸引到界面及其附近并產(chǎn)生了二維電
子氣。由于所產(chǎn)生的二維電子氣的效應(yīng)，能夠在p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)
層6 —側(cè)的界面附近局部地增大載流子密度。因此，能夠增大隧道結(jié)的隧 穿幾率Tt。因而，能夠減小隧道結(jié)處的電壓損失。
為了增大施加到隧道結(jié)的電場s，可以增大p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層 6和n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7的相應(yīng)的離子化雜質(zhì)密度。此處，由于優(yōu) 選的是p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6的離子化雜質(zhì)密度為1><1018/^113或更 大，所以優(yōu)選的是p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6中p型雜質(zhì)的摻雜密度為 lxlO"/cn^或更大。作為本發(fā)明的p型雜質(zhì)，可以使用例如Mg (鎂)和/或 Zn (鋅)用于摻雜。
由于優(yōu)選的是n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7的離子化雜質(zhì)密度為 lxlO^/cn^或更大，所以優(yōu)選的是n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7中n型雜質(zhì) 的摻雜密度為lxlO"/cn^或更大。作為本發(fā)明的n型雜質(zhì)，可以使用例如 Si (硅)和/或Ge (鍺)用于摻雜。
增大隧穿幾率Tt的另 一方法是形成中間能級。形成中間能級的一個方 法例如是形成位錯。為了形成位錯，第二 p型氮化物半導(dǎo)體層5優(yōu)選相對 于下面的第一p型氮化物半導(dǎo)體層4具有晶格失配，并優(yōu)選具有2nm或更 大的厚度，所述厚度優(yōu)選為臨界厚度或更大。在如此形成位錯的情況下， 位錯導(dǎo)致了隧道結(jié)的中間能級。載流子也能夠隧穿通過中間能級，由此能 夠增大隧穿幾率Tt,并有可能減小驅(qū)動電壓。
臨界厚度通常由以下表達式(2)表示。
hc = (ae / (21/27if)) x ((l畫v/4) / (l+v)) x (In (hc21/2/ae) +1) …(2)
在表達式(2 )中，he表示第二p型氮化物半導(dǎo)體層5的臨界厚度，ae表 示第二 p型氮化物半導(dǎo)體層5的晶格常數(shù)，f表示(as-ae)/ae的絕對值的最大 值，v表示第二p型氮化物半導(dǎo)體層5的泊松比。此外，as表示第一p型氮 化物半導(dǎo)體層4的晶格常數(shù)。
作為襯底l,例如可以使用藍寶石襯底、硅襯底、碳化硅襯底或氧化鋅 村底等等。
作為第一 p型氮化物半導(dǎo)體層2,例如可以使用摻雜有n型雜質(zhì)的氮化 物半導(dǎo)體晶體。作為發(fā)光層3,例如可以生長具有單量子阱(SQW)結(jié)構(gòu)或多量子阱 (MQW)結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體晶體。特別是，優(yōu)選的是使用含有多量子阱 結(jié)構(gòu)的發(fā)光層，所述多量子阱結(jié)構(gòu)包括由以下組成式表示的氮化物半導(dǎo)體 晶體
Ala!InwGa"(純)N ( 0 S a1^1， 0￡ b" 1， l-(al+bl) ^ 1 )
在所述組成式中，al表示Al的含量比率，bl表示In的含量比率， l-(al+bl)表示Ga的含量比率。
作為第一 p型氮化物半導(dǎo)體層4，可以使用摻雜有p型雜質(zhì)的氮化物半 導(dǎo)體晶體。例如，可以使用其上生長p型GaN層的含Al的p型氮化物半導(dǎo) 體層，或者在其上生長有p型GaN層的含Al的p型氮化物半導(dǎo)體層上進一 步生長含In的p型氮化物半導(dǎo)體層。
作為第二 p型氮化物半導(dǎo)體層5 ，可以使用摻雜有p型雜質(zhì)的氮化物半 導(dǎo)體晶體。在第二 p型氮化物半導(dǎo)體層5相對于第一 p型氮化物半導(dǎo)體層4 的最上層具有晶格失配的情況下，優(yōu)選在超過臨界厚度的階段形成位錯。 此外，在p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6的厚度足夠小、例如5nm或更小時， 在第二 p型氮化物半導(dǎo)體層5中也形成耗盡層，優(yōu)選可以使用摻雜有p型 雜質(zhì)的通過組成式InxGa^N ( x〈l)表示的氮化物半導(dǎo)體晶體層。在以上 組成式中，xl表示In含量比率，而1-xl表示Ga含量比率。優(yōu)選地，第 二p型氮化物半導(dǎo)體層5的p型雜質(zhì)的摻雜密度為lxlO,cn^或更高。在第 二 p型氮化物半導(dǎo)體層5的p型雜質(zhì)的摻雜密度小于lxio19/cm3的情況下， 第二 p型氮化物半導(dǎo)體層5的電阻增大，可能導(dǎo)致增大的驅(qū)動電壓。
例如，在第一 p型氮化物半導(dǎo)體層4為其上生長有p型GaN層的p型 AlGaN層的情況下，第二 p型氮化物半導(dǎo)體層5優(yōu)選為摻雜有p型雜質(zhì)的 通過組成式Ii^GawN(OSxl <1)表示的氮化物半導(dǎo)體晶體層。在第一p型 氮化物半導(dǎo)體層4的最上層是p型AlGaN層的情況下，第二 p型氮化物半 導(dǎo)體層5可以是p型GaN層。此外，為了防止光輸出效率降低，第二p型 氮化物半導(dǎo)體層5的帶隙能量可以等于或大于對應(yīng)于發(fā)光層3發(fā)出的光波 長的能量。
此外，如上所述，優(yōu)選p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6為含In的氮化物 半導(dǎo)體，并且優(yōu)選p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6的離子化雜質(zhì)密度為 lxlO,cm3或更高。對于第一 p型氮化物半導(dǎo)體層4、第二 p型氮化物半導(dǎo)體層5和p型氮
化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6之間的帶隙的關(guān)系，優(yōu)選的是第一 p型氮化物半導(dǎo) 體層4的帶隙大于第二p型氮化物半導(dǎo)體層5的帶隙，并且第二p型氮化 物半導(dǎo)體層5的帶隙大于p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6的帶隙。在第二 p 型氮化物半導(dǎo)體層5的帶隙大于第一 p型氮化物半導(dǎo)體層4的帶隙的情況 下，p型摻雜劑具有增大的活化能從而引起減小的載流子密度，可能導(dǎo)致增 大的驅(qū)動電壓。
此外，如上所述，為了增大隧穿幾率Tt，優(yōu)選的是n型氮化物半導(dǎo)體 隧道結(jié)層7為含In的氮化物半導(dǎo)體，并且優(yōu)選n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層 7的離子化雜質(zhì)密度為lxlO,cn^或更高。此處，由于n型氮化物半導(dǎo)體隧 道結(jié)層7的離子化雜質(zhì)密度能夠高于p型氮化物半導(dǎo)體層的離子化雜質(zhì)密 度，所以n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7可以為例如不含In的氮化物半導(dǎo)體， 比如GaN。
由于n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7具有低的施主能級和高的活化比率， 所以離子化雜質(zhì)密度可以更高，例如lxlO,ciT^或更高。鑒于隧道結(jié)耗盡層 朝向n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7的小的擴展并鑒于從發(fā)光層3發(fā)出的光 被吸收量的減少，優(yōu)選n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7的厚度為10nm或更小。
N型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7可以與n型雜質(zhì)一起摻雜有p型雜質(zhì)。 在這種情況下，可以預(yù)期的是，例如，來自p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6 的p型雜質(zhì)的擴散被限制并且在耗盡層內(nèi)部形成了中間能級，這例如能夠 有助于隧穿幾率的改善。
P型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層6和n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7可以分別 含有相反導(dǎo)電類型的層和/或未摻雜的層。相反導(dǎo)電類型的層和未摻雜層的 相應(yīng)厚度可以是允許載流子在隧道結(jié)中隧穿的厚度(例如2nm或更小)。
此外，由于形成了 n型氮化物半導(dǎo)體蒸發(fā)減少層8,所以在p型氮化物 半導(dǎo)體隧道結(jié)層6和/或n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層7含有In的情況下，能 夠抑制In從這些層蒸發(fā)。
此處，作為n型氮化物半導(dǎo)體蒸發(fā)減少層8，可以使用摻雜有n型雜質(zhì) 的通過組成式Alc麵Ga!-(c關(guān))N ( 0 S cl S 1, dlS 1， 0$ l-(cl+dl) ^ 1 )表示 的氮化物半導(dǎo)體晶體層，尤其優(yōu)選使用n型GaN。在以上組成式中，cl表 示A1含量比率，dl表示In含量比率，1- (cl+dl)表示Ga含量比率。通過形成第二 n型氮化物半導(dǎo)體層9,能夠使從形成在第二 n型氮化物 半導(dǎo)體層9上的p側(cè)電極11注入的電流擴散。
此處，作為第二n型氮化物半導(dǎo)體層9，優(yōu)選可以使用摻雜有n型雜質(zhì) 的氮化物半導(dǎo)體晶體，尤其優(yōu)選低電阻層。特別是，所需的是其由具有 lxlO,cmS或更高的載流子密度的GaN形成。
此外，作為形成在第一n型氮化物半導(dǎo)體層2上的n側(cè)電極IO和形成 在第二n型氮化物半導(dǎo)體層9上的p側(cè)電極11,例如，優(yōu)選可以使用從Ti (鈦)、Hf (鉿)和A1 (鋁)構(gòu)成的組中選取的至少一種金屬來形成電極以 便形成歐姆接觸。
此處，可以在如上所述生長第二 n型氮化物半導(dǎo)體層9之后從晶片的 第二氮化物半導(dǎo)體層9 一側(cè)通過蝕刻來暴露第一 n型氮化物半導(dǎo)體層2的 一部分并在暴露的表面上形成電極，來形成n側(cè)電極10。
可選地，對于單獨制備的導(dǎo)電支撐襯底，可以將生長第二n型氮化物 半導(dǎo)體層9之后晶片的第二 n型氮化物半導(dǎo)體層9的那側(cè)進行附著。這樣， 第一 n型氮化物半導(dǎo)體層2 —側(cè)是光輸出側(cè)，而第二 n型氮化物半導(dǎo)體層9 一側(cè)是支撐襯底側(cè)。可以在支撐襯底側(cè)上形成高反射率的從Al、 Pt和Ag 構(gòu)成的組中選取的至少一種金屬。由此，可以制造具有頂部和底部電極結(jié) 構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。
對于具有頂部和底部電極結(jié)構(gòu)的這樣的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器 件，第二 n型氮化物半導(dǎo)體層9可以具有比常^見的p型氮化物半導(dǎo)體層更 高的載流子密度。因此，與金屬的功函數(shù)無關(guān)，更易于實現(xiàn)通過載流子隧 穿得到的歐姆特性。因此，可以在第二 n型氮化物半導(dǎo)體層9上形成如上 所述的高反射率金屬，表現(xiàn)出光輸出效率改善的趨勢。
第二實施例
圖2示出了作為本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件一個實例的氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的優(yōu)選實例的示意性剖面圖。此處，圖2所示的氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件構(gòu)造為包括襯底21,以及相繼沉積在襯底21上的 第一n型氮化物半導(dǎo)體層22、發(fā)光層23、 p型氮化物半導(dǎo)體層24、 p型氮 化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25、 n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26、 n型氮化物半導(dǎo) 體蒸發(fā)減少層27和第二 n型氮化物半導(dǎo)體層28,并具有形成在第一 n型氮 化物半導(dǎo)體層22上的n側(cè)電極29和形成在第二 n型氮化物半導(dǎo)體層28上的p側(cè)電極30。
與正電極形成在常規(guī)p型氮化物半導(dǎo)體層處的常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，如此構(gòu) 造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可具有更小的接觸電阻，還可具有減小的驅(qū)動 電壓，而要關(guān)注的問題是在隧道結(jié)處怎樣能夠減小電壓損失，所迷隧道結(jié)
是p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25與n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26之間的 處
,口 o
通常由以上表達式(1)來表示該隧道結(jié)的隧穿幾率Tt。
為了減小氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動電壓，所需的是增大該隧穿幾 率Tt。從以上表達式(1 )可以看出，增大隧穿幾率Tt的可能的方法是減 小隧道結(jié)處的能隙Eg并增大施加到隧道結(jié)的電場s。
對于例如在專利文件1中公開的構(gòu)造成具有p型InGaN層與n型InGaN 層之間的隧道結(jié)的常規(guī)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，作為減小隧道結(jié)的 能隙Eg的方法，可以想到增大p型InGaN層的In含量和n型InGaN層的 In含量。作為增大施加到隧道結(jié)的電場s的方法，可以想到增大p型InGaN 的離子化雜質(zhì)密度和n型InGaN層的離子化雜質(zhì)密度。
然而，對于專利文件1中公開的常規(guī)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件， 必須在900。C或更^氐的^^溫下生長p型InGaN層并生長n型InGaN層，以 允許In以固相被包含，這導(dǎo)致了這些層結(jié)晶度的劣化。此外，由于p型InGaN 層和n型InGaN層每一個都是三重混合晶體，所以存在比如點缺陷和線缺 陷的非常多的晶格缺陷。此外，為了增大離子化雜質(zhì)密度，進行高密度雜 質(zhì)摻雜。由于這些因素，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二級管器件具有劣化的可靠性。
因此，本發(fā)明的發(fā)明者全面研究并發(fā)現(xiàn)了通過使形成隧道結(jié)的p型氮 化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25和n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26中的至少一個含 有Al,即使在p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25和n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層 26在低溫下生長的情況下或者在為增大離子化雜質(zhì)濃度而進行高密度雜質(zhì) ^慘雜的情況下，也可以改善可靠性，并由此實現(xiàn)了本發(fā)明，
此處，在p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25和/或n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié) 層26含有A1的情況下，在抑制驅(qū)動電壓增大方面，優(yōu)選的是Al含量為l 原子百分比或更高以及5原子百分比或更低。例如，優(yōu)選的是將通過對組 成式Alx2lny2Ga)-(x2+y2)N ( 0.01< x2 ^ 0.05, 0< y2<l, x2< y2 )表示的四元混合 晶體的氮化物半導(dǎo)體晶體摻雜p型雜質(zhì)和/或n型雜質(zhì)制備的材料用作p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25和/或n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26。在以上組 成式中，x2表示Al含量比率，y2表示In含量比率，1 - (x2+y2)表示Ga含
量比率。
為了減小驅(qū)動電壓，優(yōu)選的是p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25的離子化 雜質(zhì)密度為lxlO,cn^或更高。因此，優(yōu)選的是p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層 25的p型雜質(zhì)的摻雜密度為"1019/0113或更高。對于本發(fā)明而言，作為p 型雜質(zhì)，可以使用例如Mg (鎂)和/或Zn (鋅)用于摻雜。
此外，為了減小驅(qū)動電壓，優(yōu)選的是n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26的 離子化雜質(zhì)密度為lxlO,cmS或更高。因此，優(yōu)選的是n型氮化物半導(dǎo)體隧 道結(jié)層26的n型雜質(zhì)的摻雜密度為lxlO"/cr^或更高。對于本發(fā)明而言， 作為n型雜質(zhì)，可以使用例如Si (硅)和/或Ge (鍺)用于摻雜。
由于n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26具有低的施主能級和高的活化比 率，所以離子化雜質(zhì)密度可以較高，例如1><1019/0113或更高。鑒于隧道結(jié)耗 盡層朝向n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26的小的擴展并鑒于從發(fā)光層23發(fā) 出的光被吸收量的減少，優(yōu)選n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26的厚度為10nm 或更小。
N型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26可以與n型雜質(zhì)一起摻雜有p型雜質(zhì)。 在這種情況下，可以預(yù)期的是，例如，來自p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25 的p型雜質(zhì)的擴散被限制并且在耗盡層內(nèi)部形成了中間能級，這能夠有助 于隧穿幾率的改善。
P型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25和n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26可以分 別含有相反導(dǎo)電類型的層和/或未摻雜的層。相反導(dǎo)電類型的層和未摻雜層 的相應(yīng)厚度可以是允許載流子在隧道結(jié)中隧穿的厚度(例如2nm或更小)。
作為襯底21,例如可以使用硅襯底、碳化硅襯底或氧化鋅襯底。
作為第一n型氮化物半導(dǎo)體層22,例如可以使用摻雜有n型雜質(zhì)的氮 化物半導(dǎo)體晶體。
作為發(fā)光層23，例如可以生長具有單量子阱(SQW)結(jié)構(gòu)或多量子阱 (MQW)結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體晶體。特別是，優(yōu)選的是使用含有多量子阱 結(jié)構(gòu)的發(fā)光層，所述多量子阱結(jié)構(gòu)包括由以下組成式表示的氮化物半導(dǎo)體 晶體
Ala2lnb2GaL(a2+b2)N ( 0 S a2 ^ 1,b2^ 1, 0$ l-(a2+b2) ^ 1 )在所述組成式中，a2表示Al的含量比率，b2表示In的含量比率， l-(a2+b2)表示Ga的含量比率。
作為p型氮化物半導(dǎo)體層24,例如可以使用摻雜有p型雜質(zhì)的氮化物 半導(dǎo)體晶體。特別是，可以使用其上生長有p型GaN層的具有含Al的p 型覆層的氮化物半導(dǎo)體層。
由于形成了 n型氮化物半導(dǎo)體蒸發(fā)減少層27，所以在p型氮化物半導(dǎo) 體隧道結(jié)層25和/或n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層26含有In的情況下，能夠 抑制In從這些層蒸發(fā)。
此處，作為n型氮化物半導(dǎo)體蒸發(fā)減少層27,可以使用摻雜有n型雜 質(zhì)的通過組成式Alc2lnd2GaL(c2+d2)N ( 0 S c2 ^ 1, d2^ 1, l-(c2+d2) ^ 1 )表 示的氮化物半導(dǎo)體晶體層，尤其優(yōu)選使用n型GaN。在以上組成式中，c2 表示A1含量比率，d2表示In含量比率，1- (c2 + d2)表示Ga含量比率。 此外，優(yōu)選在大約等于用于P型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層25和/或n型氮化物 半導(dǎo)體隧道結(jié)層26的溫度下生長n型氮化物半導(dǎo)體蒸發(fā)減少層27。
通過形成第二 n型氮化物半導(dǎo)體層28,能夠使從形成在第二 n型氮化 物半導(dǎo)體層28上的p側(cè)電4及30注入的電流擴散。
此處，作為第二n型氮化物半導(dǎo)體層28，優(yōu)選可以使用摻雜有n型雜 質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體晶體，尤其優(yōu)選低電阻層。特別是，理想的是具有 lxlO"/cn^或更高的載流子密度的GaN。
作為形成在第一 n型氮化物半導(dǎo)體層22上的n側(cè)電極29和形成在第 二 n型氮化物半導(dǎo)體層28上的p側(cè)電極30，例如，優(yōu)選可以使用從Ti(鈦)、 Hf (鉿)和A1 (鉛)構(gòu)成的組中選取的至少一種金屬從而形成歐姆接觸。
此處，可以在如上所述生長第二n型氮化物半導(dǎo)體層28之后從晶片的 第二氮化物半導(dǎo)體層28 —側(cè)通過蝕刻來暴露第一 n型氮化物半導(dǎo)體層22 的一部分并在暴露的表面上形成電極，來形成n側(cè)電極29。
供選地，對于單獨制備的導(dǎo)電支撐襯底，可以將生長第二n型氮化物 半導(dǎo)體層28之后晶片的第二 n型氮化物半導(dǎo)體層28的那側(cè)進行附著。這 樣，第一n型氮化物半導(dǎo)體層22—側(cè)是光輸出側(cè)，而第二n型氮化物半導(dǎo) 體層28—側(cè)是支撐襯底側(cè)。可以在支撐襯底側(cè)上形成高反射率的從Al、 Pt 和Ag構(gòu)成的組中選耳又的至少 一種金屬。由此，可以制造具有頂部和底部電 極結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。對于具有頂部和底部電極結(jié)構(gòu)的這樣的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器
件，第二n型氮化物半導(dǎo)體層28可以具有比常規(guī)的p型氮化物半導(dǎo)體層更 高的載流子密度。因此，與金屬的功函數(shù)無關(guān)，更易于實現(xiàn)通過載流子隧 穿得到的歐姆特性。因此，可以在第二n型氮化物半導(dǎo)體層28上形成如上 所述的高反射率金屬，表現(xiàn)出光輸出效率改善的趨勢。 實例1
在實例1中，制造如圖3的示意性剖面圖中所示構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體 發(fā)光二極管器件。此處，實例1中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件構(gòu)造為 包括在藍寶石襯底101上按以下順序沉積的GaN緩沖層102、 n型GaN下 層103、 n型GaN接觸層104、發(fā)光層105、 p型AlGaN覆層106、 p型GaN 接觸層107、 p型InGaN層108、 p型隧道結(jié)層109、 n型隧道結(jié)層110、 n 型GaN蒸發(fā)減少層111和n型GaN層112,并具有形成在n型GaN層112 表面上的襯墊電極(pad electrode ) 113和形成在n型GaN接觸層104表面 上的4t墊電一及114。
首先，在MOCVD設(shè)備的反應(yīng)器中設(shè)置藍寶石襯底101。在將氫施加 到反應(yīng)器中時，藍寶石襯底101的溫度增大到1050。C以清潔藍寶石村底101 的表面(c平面)。
接著，將藍寶石襯底101的溫度下降到510°C，并將氫作為載氣以及將 氨和TMG(三甲基鎵)作為源材料氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD 在藍寶石襯底101的表面(c平面)上生長GaN緩沖層102至約20nm的厚度。
然后，將藍寶石襯底101的溫度升高到1050°C,并將氫作為載氣、將
通過MOCVD在GaN緩沖層102上生長纟參雜Si的n型GaN下層103(載流 子密度lxl018/cm3)至6jim的厚度。
然后，除了進行Si摻雜以提供5xl0"/cm3的載流子密度之外，以和n 型GaN下層103類似的方式，通過MOCVD在n型GaN下層103上生長n 型GaN接觸層104至0.5(im.的厚度。
然后，將藍寶石襯底101的溫度下降到700°C,并將氫作為載氣，將氨、 TMG和TMI (三曱基銦)作為源材料氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過 MOCVD在n型GaN接觸層104上以交替的6個循環(huán)生長2.5nm厚的In0.25Ga。.75N層和18nm的GaN層，由此在n型GaN接觸層104上形成具有 多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層105。顯而易見的是，在形成發(fā)光層105的工藝中， 在生長GaN層時TMI沒有施加到反應(yīng)器中。
然后，將藍寶石襯底101的溫度升高到950°C，并將氫作為載氣，將氨、 TMG和TMA (三曱基鋁)作為源材料氣體以及將CP2Mg (環(huán)戊二烯鎂， cyclopentadienyl magnesium )作為雜質(zhì)氣體施力口到反應(yīng)器中，乂人而通過 MOCVD在發(fā)光層105上生長摻雜有密度為lxl0,cm3的鎂的Alai5Ga。.85N 構(gòu)成的p型AlGaN覆層106至約30nm的厚度。
然后，將藍寶石襯底101的溫度保持在95(TC，并將氫作為載氣，將氨 和TMG作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從 而通過MOCVD在p型AlGaN覆層106上生長摻雜有密度為lxl0，cm3的 鈸的GaN構(gòu)成的p型GaN接觸層107至0.1pm的厚度。
然后，將藍寶石襯底101的溫度降低到700°C，并將氮作為載氣，將氨、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中， 從而通過MOCVD在p型GaN接觸層107上生長p型InGaN層108至0至 50nm范圍內(nèi)的預(yù)定厚度，所述p型InGaN層108是摻雜有密度為1 x 102G/cm3 的鎂的InQ.25Gaa75N構(gòu)成的第二 p型氮化物半導(dǎo)體層。
然后，將藍寶石襯底101的溫度降低到670°C,并將氮作為載氣，將氨、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中， 從而通過MOCVD在p型InGaN層108上生長摻雜有密度為lxl02Q/cm3的 鎂的Ina3GGaa7()N構(gòu)成的p型隧道結(jié)層109至2nm的厚度。
之后，將藍寶石襯底101的溫度保持在670°C，并將氮作為載氣，將氨、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將硅烷作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從 而通過MOCVD在p型隧道結(jié)層109上生長4參雜有Si的Incu()Ga().7oN構(gòu)成的 n型隧道結(jié)層110 (載流子密度5xl019/cm3)至4nm的厚度。
然后，將藍寶石襯底101的溫度保持在670°C，并將氮作為載氣，將氨、 和TMG作為源材料氣體以及將硅烷作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而在 n型隧道結(jié)層IIO上生長摻雜有Si的GaN構(gòu)成的n型GaN蒸發(fā)減少層111 (載流子密度5xl019/cm3)至15nm的厚度。
之后，將藍寶石襯底101的溫度升高到950°C,并將氫作為載氣，將氨過MOCVD在n型GaN蒸發(fā)減少層111上生長摻雜有密度為Ixl019/cm4々 Si的GaN構(gòu)成的n型GaN層112至0.2|am的厚度。
然后，將藍寶石襯底101的溫度降低到700°C，并將氮作為載氣施加到 反應(yīng)器中以進行退火。
從反應(yīng)器移開退火之后的晶片，在晶片最上層、即n型GaN層112的 表面上，形成圖案化的掩模。通過RIE (反應(yīng)性離子蝕刻)，從n型GaN層 112—側(cè)蝕刻晶片的一部分從而暴露n型GaN接觸層104的一部分表面。
然后，在n型GaN層112的表面上，形成襯墊電極113,并在n型GaN 接觸層104上，形成襯墊電極114。此處，通過在n型GaN層112和n型 GaN接觸層104的相應(yīng)表面上相繼沉積Ti層和Al層來同時形成襯墊電極 113和襯墊電極114。之后，將晶片分成多個芯片從而制造具有圖3中示意 性剖面圖所示結(jié)構(gòu)的實例1中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。
圖4示出了實例1中氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的驅(qū)動電壓和p型 InGaN層108的厚度之間的關(guān)系。在圖4中，縱軸表示當(dāng)注入20mA的電流 時的驅(qū)動電壓(V )，橫軸表示p型InGaN層108的厚度(nm )。
如圖4所示，驅(qū)動電壓隨著p型InGaN層108厚度的增大而減小，直 至到達p型InGaN層108的20nm的厚度。在作為第二 p型氮化物半導(dǎo)體層 的p型InGaN層108的厚度為10nm或更小時，可以確定的是驅(qū)動電壓顯著 減小。
實例2
在與實例i相同的條件下并且通過與實例1相同的方法制造氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，直至生長p型GaN接觸層107的步驟。
將藍寶石村底101的溫度降低到700°C,并將氮作為載氣，將氨、TMG 和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而 通過MOCVD在p型GaN接觸層107上生長p型InGaN層108至20nm的 厚度，所述p型InGaN層108是摻雜有密度為1 x 102Q/cm3的鎂的Ina25Ga ).75N 構(gòu)成的第二 p型氮化物半導(dǎo)體層。
然后，將藍寶石襯底101的溫度降低到670°C,并將氮作為載氣，將氨、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中， 從而通過MOCVD在p型InGaN層108上生長摻雜有密度為lxl02G/cm3的 鎂的Ino.3oGao.7oN構(gòu)成的p型隧道結(jié)層109至0至10nm范圍內(nèi)的預(yù)定厚度。之后，在與實例1相同的條件下并且通過與實例1相同的方法，制造 實例2中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。
圖5示出了實例2中氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的驅(qū)動電壓和p型 隧道結(jié)層109的厚度之間的關(guān)系。在圖5中，縱軸表示當(dāng)注入20mA的電 流時的驅(qū)動電壓(V)，橫軸表示p型隧穿層109的厚度(nm)。
如圖5所示，在p型隧道結(jié)層109的厚度為5nm或更小的情況下，驅(qū) 動電壓降低。在p型隧道結(jié)層109的厚度為lnm或更大以及3nm或更小的 情況下，驅(qū)動電壓尤為降低。
圖6示出了實例2中氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的光輸出與p型隧 道結(jié)層109的厚度之間的關(guān)系。在圖6中，縱軸表示光輸出(.a.u)而橫軸 表示p型隧道結(jié)層109的厚度(nm)。
如圖6所示，可以確定的是光輸出隨著p型隧道結(jié)層109厚度的減小 而增大。
從圖5和6的結(jié)果中，可以確定的是，在減小驅(qū)動電壓和改善光輸出 方面，優(yōu)選的是p型隧道結(jié)層109的厚度為5nm或更小，更優(yōu)選地為lnm 或更大及3nm或更小。
實例3
在實例3中，制造如圖7的示意性剖面圖所示構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光二極管器件。此處，實例3中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件構(gòu)造為包 括在導(dǎo)電襯底55上相繼沉積的歐姆接觸層56、第一接合金屬層(first bonding metal layer) 57、第二接合金屬層54、阻擋層53、反射層52、 n型 GaN層112、 n型GaN蒸發(fā)減小層111、 n型隧道結(jié)層110、 p型隧道結(jié)層 109、 p型InGaN層108、 p型GaN接觸層107、 p型AlGaN覆層106、發(fā)光 層105、 n型GaN接觸層104、 n型GaN下層103和襯墊電極58。
在實例3中，以和實例1類似的方式制造二極管器件直至生長p型GaN 接觸層107的步驟。
然后，將藍寶石村底101的溫度降低到700°C，并將氮作為載氣，將氨、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中， 從而通過MOCVD在p型GaN接觸層107上生長p型InGaN層108至20nm 的厚度，所述p型InGaN層108是摻雜有密度為lxlO,cm3的鎂的 Ina25Ga。.75N構(gòu)成的第二 p型氮化物半導(dǎo)體層。然后，將藍寶石襯底101的溫度降低到670°C，并將氮作為載氣，將氨、TMG和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在p型InGaN層108上生長摻雜有密度為lxl02°/cm3的鎂的Ino.3oGao.7oN構(gòu)成的p型隧道結(jié)層109至2nm的厚度。
之后，將藍寶石村底101的溫度保持在670°C，并將氮作為載氣，將氨、TMG和TMI作為源材料氣體以及將硅烷作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在p型隧道結(jié)層109上生長摻雜有Si的In。.3。Gao.7。N構(gòu)成的n型隧道結(jié)層110 (載流子密度5xl019/cm3)至4nm的厚度。
然后，將藍寶石襯底101的溫度保持在670°C，并將氮作為載氣，將氨、和TMG作為源材料氣體以及將硅烷作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而在n型隧道結(jié)層110上生長#^雜有Si的GaN構(gòu)成的n型GaN蒸發(fā)減少層111(載流子密度5xl019/cm3)至15nm的厚度。
之后，將藍寶石襯底101的溫度升高到950°C,并將氫作為載氣，將氨
過MOCVD在n型GaN蒸發(fā)減少層111上生長摻雜有密度為Ixl019/cm4々Si的GaN構(gòu)成的n型GaN層112至0.2pm的厚度。
然后，將藍寶石襯底101的溫度降低到700°C,并將氮作為載氣施加到反應(yīng)器中以進行退火。
在退火之后，在n型GaN層112的表面上，通過EB(電子束)氣相沉積按以下順序形成厚度為150nm的Ag層形成的反射層52、厚度為50nm的Mo層形成的阻擋層53以及厚度為3pm的Au層形成的第二接合金屬層54。
然后，在單獨制備的厚度為120(am的由導(dǎo)電Si形成的導(dǎo)電襯底55上，使用EB氣相沉積按以下順序沉積含有按以下順序沉積的厚度為15nm的Ti層和厚度為150nm的Al層的歐姆電極層56，以及含有按以下順序沉積的厚度為lOOnm的Au層和厚度為3(xm的AuSn層的第一接合金屬層57。
然后，將位于第一接合金屬層57最表面層的AuSn層和位于第二接合金屬層54最表面層的Au層設(shè)置為彼此相對。使用共晶結(jié)合方法來結(jié)合第一接合金屬層57和第二接合金屬層54。共晶結(jié)合工藝中的溫度設(shè)置在290 °C。
然后，利用YAG激光輻射的三次諧波(波長355nm)來輻射被鏡面
'口到反應(yīng)器中，從而通拋光的藍寶石村底101的后表面?zhèn)龋瑥亩剐纬稍谒{寶石襯底101上的GaN緩沖層102與n型GaN下層103之間的界面部分熱分解，從而去除藍寶石襯底101和GaN緩沖層102。
之后，在因去除藍寶石襯底101和GaN緩沖層102而暴露的n型GaN下層103的表面上，順序沉積Ti層和Au層，從而形成襯墊電極58。將形成襯墊電極5 8之后的晶片分成多個芯片以制造如圖7的示意性剖面圖中所示構(gòu)造的實例3中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。對于實例3中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，為了減小n型GaN下層103和襯墊電極58之間的接觸電阻，將n型GaN下層103的載流子密度設(shè)置為5xl018/cm3。
可以確認的是，對于實例3中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，在注入20mA的電流時驅(qū)動電壓為4.0V，這4氐于具有以下所述的頂部和底部電極結(jié)構(gòu)的常規(guī)半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件(比較實例1中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件)。
比舉支實例1
在比較實例1中，制造如圖8的示意性剖面圖所示構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。此處，比較實例1中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件構(gòu)造為包括在導(dǎo)電襯底55上相繼沉積的歐姆接觸層56、第一結(jié)合金屬層57、第二結(jié)合金屬層54、阻擋層53、反射層52、 p型GaN接觸層107、 p型AlGaN覆層106、發(fā)光層105、 n型GaN接觸層104、 n型GaN下層103和襯墊電極58。
除了 n型GaN層112、 n型GaN蒸發(fā)減小層111、 n型隧道結(jié)層110、 p型隧道結(jié)層109、 p型InGaN層108之外，比較實例1中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件被構(gòu)造為與實例3中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件相同。
對于比較實例1中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，在注入20mA的電流時驅(qū)動電壓為6.0V。可以確i人的是，該驅(qū)動電壓高于在注入20mA的電流時實例3中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的驅(qū)動電壓。 一個原因在于由Ag層形成的反射層52與p型GaN接觸層107之間的接觸電阻較高。
對于比較實例1中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，為了減小驅(qū)動電壓，可以使用比如Pd或Ni的具有高功函數(shù)的金屬在p型GaN接觸層107和由Ag層形成的反射層52之間形成約幾nm的薄膜。然而，在這種情況下，由于Pd和Ni的低反射率，來自發(fā)光層105的光可能被吸收從而減小了光輸出。實例4
在實例4中，制造如圖9的示意性剖面圖中所示構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體
發(fā)光二極管器件。此處，實例4中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件構(gòu)造為包括在藍寶石襯底201上按以下順序沉積的GaN緩沖層202、 n型GaN下層203 、 n型GaN接觸層204、發(fā)光層205 、 p型AlGaN覆層206、 p型GaN接觸層207、 p型隧道結(jié)層208、 n型隧道結(jié)層209、 n型GaN蒸發(fā)減少層210和n型GaN層211,并具有形成在n型GaN層211表面上的襯墊電極212和形成在n型GaN接觸層204表面上的村墊電極213。
首先，在MOCVD設(shè)備的反應(yīng)器中設(shè)置藍寶石襯底201。在將氬施加到反應(yīng)器中時，藍寶石襯底201的溫度增大到1050。C以清潔藍寶石襯底201的表面(c平面)。
接著，將藍寶石襯底201的溫度下降到51(TC，并將氫作為載氣以及將氨和TMG(三曱基鎵)作為源材料氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在藍寶石襯底201的表面(c平面)上形成GaN緩沖層202至約20nm的厚度。
然后，將藍寶石襯底201的溫度升高到1050°C，并將氫作為載氣、將氨和TMG作為源材料氣體以及將硅烷作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在GaN緩沖層202上生長摻雜Si的n型GaN下層203(載流子密度lxl018/cm3)至6pm的厚度。
然后，除了進行Si摻雜以提供5xlO"/cmS的載流子密度之外，以和n型GaN下層203類似的方式，通過MOCVD在n型GaN下層203上生長n型GaN接觸層204至0.5pm的厚度。
然后，將藍寶石襯底201的溫度下降到700°C，并將氫作為載氣，將氨、TMG和TMI (三曱基銦)作為源材料氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在n型GaN接觸層204上以交替的6個循環(huán)生長2.5nm厚的In0.25Ga。.75N層和18nm厚的GaN層，由此在n型GaN接觸層204上形成具有多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層205。顯而易見的是，在形成發(fā)光層205的工藝中，在生長GaN層時TMI沒有施加到反應(yīng)器中。
然后，將藍寶石村底201的溫度升高到950°C,并將氫作為載氣，將氨、TMG和TMA (三甲基鋁)作為源材料氣體以及將CP2Mg (環(huán)戊二烯鎂，cyclopentadienyl magnesium )作為雜質(zhì)氣體施力口到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在發(fā)光層205上生長摻雜有密度為^102()/0113的鎂的Al。.15Ga。.85N構(gòu)成的p型AlGaN覆層206至約30nm的厚度。
然后，將藍寶石襯底201的溫度保持在95(TC，并將氫作為載氣，將氨和TMG作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在p型AlGaN覆層206上生長摻雜有密度為lxl02G/cm3的鎂的GaN構(gòu)成的p型GaN接觸層207至0.1pm的厚度。
然后，將藍寶石襯底201的溫度降低到700°C,并將氮作為載氣，將氨、TMA 、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在p型GaN接觸層207上生長摻雜有密度為1 xl020/cm3的Mg的AlJnyGawx+力N ( 0^x^).05,y=0.25 )構(gòu)成的p型隧道結(jié)層208至20nm的厚度。
之后，將藍寶石襯底201的溫度保持在700°C，并將氮作為載氣，將氨、TMA、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將硅烷作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在p型隧道結(jié)層208上生長摻雜有Si的AlxInyGa,^+y)N( 0^^0.05,y=0.25 )構(gòu)成的的n型隧道結(jié)層209(載流子密度5xl019/cm3)至4nm的厚度。在n型隧道結(jié)層209中，Al的含量與p型隧道結(jié)層208中Al的含量相同。
顯而易見的是，在p型隧道結(jié)層208和n型隧道結(jié)層209不含Al的情)兄下(即x=0 )，不施力口 TMA。
然后，將藍寶石襯底201的溫度保持在70(TC,并將氮作為載氣，將氨
n型隧道結(jié)層209上生長摻雜有Si的GaN構(gòu)成的n型GaN蒸發(fā)減少層210(載流子密度:5xl019/cm3)至15nm的厚度。
之后，將藍寶石襯底201的溫度升高到950°C,并將氫作為載氣，將氨和TMG作為源材料氣體以及將硅烷作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而在n型GaN蒸發(fā)減少層210上生長摻雜有密度為lxl019/cm3的Si的GaN構(gòu)成的n型GaN層211至0.2|mi的厚度。
然后，將藍寶石襯底201的溫度降低到700°C,并將氮作為載氣施加到反應(yīng)器中以進行退火。
從反應(yīng)器移開退火之后的晶片，在晶片最上層、即n型GaN層211的表面上，形成以預(yù)定形狀構(gòu)圖的掩模。通過RIE (反應(yīng)性離子蝕刻)，從n型GaN層211 —側(cè)蝕刻晶片的一部分從而暴露n型GaN接觸層204的一部分表面。
然后，在n型GaN層211的表面上，形成襯墊電才及212,并在n型GaN接觸層204上，形成襯墊電極213。此處，通過在n型GaN層211和n型GaN接觸層204的相應(yīng)表面上相繼沉積Ti層和Al層來同時形成襯墊電極212和村墊電極213。之后，將晶片分成多個芯片從而制造具有圖9中示意性剖面圖所示結(jié)構(gòu)的實例4中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。
圖10示出了實例4中氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的擊穿電流密度與p型隧道結(jié)層208和n型隧道結(jié)層209的Al含量之間的關(guān)系。擊穿電流密度指的是當(dāng)隧道結(jié)被擊穿從而停止發(fā)光時注入電流的密度。在圖10中，縱軸表示擊穿電流密度(A/cm2),橫軸表示p型隧道結(jié)層208和n型隧道結(jié)層209的Al含量(原子百分比)。
如圖10所示，在p型隧道結(jié)層208和n型隧道結(jié)層209的Al含量在不小于1原子百分比且不大于5原子百分比的范圍內(nèi)的情況下，與Al含量超過不小于1原子百分比且不大于5原子百分比的范圍的情況相比，擊穿電流密度顯著增大。
圖11示出了實例4中氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的驅(qū)動電壓與p型隧道結(jié)層208和n型隧道結(jié)層209的Al含量之間的關(guān)系。在圖11中，縱軸表示當(dāng)注入20mA的電流時的驅(qū)動電壓(V)，橫軸表示p型隧道結(jié)層208和n型隧道結(jié)層209的Al含量(原子百分比)。
如圖11所示，從p型隧道結(jié)層208和n型隧道結(jié)層209的Al含量超過5百分比的點，驅(qū)動電壓急劇增大。因此，優(yōu)選的是，p型隧道結(jié)層208和n型隧道結(jié)層209的Al含量為5原子百分比或更小。
因此，從以上結(jié)果看出，優(yōu)選的是p型隧道結(jié)層208和n型隧道結(jié)層209的Al含量為1原子百分比或更大以及5原子百分比或更小。
實例5
在與實例4相同的條件下并且通過與實例4相同的方法制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，直至生長p型GaN接觸層207的步驟。
在生長p型GaN接觸層207之后，將藍寶石襯底201的溫度降低到700。C，并將氮作為載氣，將氨、TMA、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在p型GaN接觸 層207上生長摻雜有密度為lxl02Q/cm3的鎂的Alo.o2lno.2sGao.73N構(gòu)成的p型 隧道結(jié)層208至20nrn的厚度。
之后，將藍寶石襯底201的溫度保持在700。C,并將氮作為載氣，將氨、
而通過MOCVD在p型隧道結(jié)層208上生長^^雜有Si的Ino.25Ga。.75N構(gòu)成的 n型InGaN隧道結(jié)層209 (載流子密度5xl019/cm3)至4nm的厚度。
之后，在與實例4相同的條件下并且通過與實例4相同的方法，制造 實例5中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。
評估實例5中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的擊穿電流密度。發(fā)現(xiàn) 該擊穿電流密度高于以下所述的比較實例2中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管 器件的擊穿電流密度，由此使可靠性較高。
實例6
在與實例4相同的條件下并且通過與實例4相同的方法制造氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，直至生長p型GaN接觸層207的步驟。
在生長p型GaN接觸層207之后，將藍寶石襯底201的溫度降低到700 。C，并將氮作為載氣，將氨、TMG和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg 作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在p型GaN接觸層207 上生長摻雜有密度為1 x 102Q/cm3的鎂的Ino.25Gaa75N構(gòu)成的p型隧道結(jié)層208 至20nrn的厚度。
之后，將藍寶石襯底201的溫度保持在700°C，并將氮作為載氣，將氨、 TMA、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將珪烷作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng) 器中，/人而通過MOCVD在p型隧道結(jié)層208上生長4參雜有Si的 Alo.o2Ino.25Gaa73N構(gòu)成的n型InGaN隧道結(jié)層209(載流子密度5xl019/cm3) 至4nm的厚度。
之后，在與實例4相同的條件下并且通過與實例4相同的方法，制造 實例6中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。
評估實例6中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的擊穿電流密度。該擊 穿電流密度高于以下所述的比較實例2中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件 的擊穿電流密度，由此使可靠性較高。
比專交實例2在與實例4相同的條件下并且通過與實例4相同的方法制造氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，直至生長p型GaN接觸層207的步驟。
在生長p型GaN接觸層207之后，將藍寶石襯底201的溫度降低到700 °C,并將氮作為載氣，將氨、TMG和TMI作為源材料氣體以及將CP2Mg 作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從而通過MOCVD在p型GaN接觸層207 上生長摻雜有密度為1 x 102Q/cm3的鎂的Ina25GaQ.75N構(gòu)成的p型隧道結(jié)層208 至20nm的厚度。
之后，將藍寶石襯底201的溫度保持在700°C,并將氮作為載氣，將氨、 TMG和TMI作為源材料氣體以及將硅烷作為雜質(zhì)氣體施加到反應(yīng)器中，從 而通過MOCVD在p型隧道結(jié)層208上生長摻雜有Si的Ina25GaQ.75N構(gòu)成的 n型InGaN隧道結(jié)層209 (載流子密度5xl019/cm3)至4nm的厚度。
之后，在與實例4相同的條件下并且通過與實例4相同的方法，制造 比較實例2中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。
比較實例2中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的擊穿電流密度低于實 例5和6中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的相應(yīng)的擊穿電流密度，由此 使可靠性較低。
根據(jù)本發(fā)明，能夠降低氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動電壓，該氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光器件比如是具有隧道結(jié)并發(fā)射藍光(波長例如430nm或更大 以及490nm或更小)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。
根據(jù)本發(fā)明，能夠改善氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的可靠性，該氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光器件比如是具有隧道結(jié)并發(fā)射藍光(波長例如430nm或更大以 及490nm或更小)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。
盡管已經(jīng)描述并詳細示出了本發(fā)明，但應(yīng)清楚理解的是，僅通過圖解 和實例的方式而非通過限制的方式表示本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利 要求的條款來解釋。
本非臨時申請基于分別于2006年11月22日和2006年12月4日在曰 本專利局提交的日本專利申請No.2006-315298和2006-327124,其全部內(nèi)容 在此引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底；形成在所述襯底上的第一n型氮化物半導(dǎo)體層；形成在所述第一n型氮化物半導(dǎo)體層上的發(fā)光層；形成在所述發(fā)光層上的p型氮化物半導(dǎo)體層；形成在所述p型氮化物半導(dǎo)體層上的p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層；形成在所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層上的n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層；以及形成在所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層上的第二n型氮化物半導(dǎo)體層；以及其中所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層形成隧道結(jié)，并且所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的至少一個包括鋁；其中所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的至少一個的鋁含量為不小于1原子百分比且不大于5原子百分比。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述p型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層包括鋁和銦，并且銦含量高于鋁含量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述n型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層包括鋁和銦，并且銦含量高于鋁含量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述p型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層摻雜有摻雜密度不小于lxl019/cm3的p型雜質(zhì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述n型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層摻雜有摻雜密度不小于lxlO力cr^的n型雜質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述n型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層具有不大于10nm的厚度。
7. —種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括 襯底；形成在所述襯底上的第一 n型氮化物半導(dǎo)體層；形成在所述第一 n型氮化物半導(dǎo)體層上的發(fā)光層，所述發(fā)光層發(fā)射具有430 nm到490 nm的波長的藍光；形成在所述發(fā)光層上的p型氮化物半導(dǎo)體層；形成在所述p型氮化物半導(dǎo)體層上的p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層；形成在所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層上的n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層；以及形成在所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層上的第二 n型氮化物半導(dǎo)體層；以及其中所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié) 層形成隧道結(jié)，并且所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半 導(dǎo)體隧道結(jié)層中的至少 一個包括鋁。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述p型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的至少一個的鋁含 量為不小于1原子百分比且不大于5原子百分比。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述p型氮化 物半導(dǎo)體隧道結(jié)層包括鋁和銦，并且銦含量高于鋁含量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述n型氮 化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層包括鋁和銦，并且銦含量高于鋁含量。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述p型氮 化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層摻雜有摻雜密度不小于Ixl019/cm4々p型雜質(zhì)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述n型氮 化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層摻雜有摻雜密度不小于lxlO,cmS的n型雜質(zhì)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述n型氮 化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層具有不大于10nm的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述器件包括襯底，以及形成在所述襯底上的第一n型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光層、第一p型氮化物半導(dǎo)體層、第二p型氮化物半導(dǎo)體層、p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層、n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和第二n型氮化物半導(dǎo)體層，所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層形成了隧道結(jié)，并且所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層具有比所述第二p型氮化物半導(dǎo)體層的銦含量比率更高的銦含量比率。所述p型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層和所述n型氮化物半導(dǎo)體隧道結(jié)層中的至少一個包括鋁。
文檔編號H01L33/32GK101593805SQ20091014997
公開日2009年12月2日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者駒田聰 申請人:夏普株式會社