制備m面氮化物基發(fā)光二極管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氮化物基發(fā)光二極管（氮化物基LED)，其具有氮化物半導(dǎo)體形成的發(fā) 光結(jié)構(gòu)。氮化物基半導(dǎo)體也稱為氮化物基III-V族元素化合物半導(dǎo)體，氮化鎵（GaN)基半 導(dǎo)體，等等，和由通式AlxGaylrih-yP'KOl，0<y< 1，且 0<x+y< 1)，（Al,Ga,In)N 表示的化合物半導(dǎo)體，等等。眾所周知，半導(dǎo)體具有屬于六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)。典型的氮化 物基LED具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)類型的發(fā)光結(jié)構(gòu)，且包括有源層，其為多量子阱層，具有通過(guò)交替 疊置InGaN阱層和（In)GaN阻擋層得到的多層膜結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 關(guān)于通過(guò)使用m面GaN襯底（對(duì)于其來(lái)說(shuō)已經(jīng)賦予了至少大約10°的斜角）得到 氮化物基LEDs的方面已經(jīng)有很多研宄和進(jìn)展，其為非極性襯底，并且在六方晶體的m軸方 向上疊置了n型層、有源層、和p型層以形成雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這樣不會(huì)引起量子限制斯塔克效 應(yīng)（QCSE)(非專利文獻(xiàn)1)。
[0003] 已經(jīng)提出一種制備m面氮化物基LED的方法，為了提高發(fā)光效率，所述方法的一個(gè) 基本點(diǎn)在于P型氮化物半導(dǎo)體層形成于有源層上，生長(zhǎng)溫度低于900°C，通過(guò)此抑制了有源 層的熱損傷（專利文獻(xiàn)3)。
[0004] 在將采用C面藍(lán)寶石襯底的氮化物基LEDs投入實(shí)際使用的過(guò)程中，出于優(yōu)化的目 的進(jìn)行了研宄，例如，包括接觸層的P型層（氮化物半導(dǎo)體層，在其表面上形成歐姆電極） 的晶體結(jié)構(gòu)，摻雜的雜質(zhì)的種類和濃度，和層厚度，以降低正向電壓為目的（專利文獻(xiàn)1)。
[0005] 對(duì)長(zhǎng)時(shí)間忽略退火以激活P型雜質(zhì)進(jìn)行了嘗試，例如Mg(鎂）和Zn(鋅），摻雜到 氮化物半導(dǎo)體（在晶片從外延生長(zhǎng)爐中取出后使用RTA裝置或類似裝置實(shí)施退火）并且從 而提高了制備氮化物基LEDs的效率。關(guān)于此目的，已經(jīng)提出各種想法，是關(guān)于從氮化物基 LED的p型層的生長(zhǎng)結(jié)束（在外延生長(zhǎng)步驟的最后形成）之后緊接著到襯底溫度降低到或 低于400°C時(shí)的期間內(nèi)控制襯底的溫度，和關(guān)于控制生長(zhǎng)爐內(nèi)的氣氛（專利文獻(xiàn)2)。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)No.H10-242587
[0009] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)No. 2005-235960
[0010] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)No. 2010-245444
[0011] 非專利文獻(xiàn)
[0012] 非專利文獻(xiàn) 1:MathewC.Schmidt等，《JapaneseJournalofAppliedPhysics》， 第 46 卷，第 7 期，2007 年，L126-L128 頁(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明所要解決的課題
[0014] 為了減少使用LEDs的照明裝置或顯示裝置的功率消耗，減少LEDs的正向電壓 (即操作電壓）是很重要的。期待在不久的將來(lái)幾乎所有的白熾燈泡和熒光燈都被LED照 明器代替。這種情況下，每個(gè)LED的正向電壓的僅0.IV的差異會(huì)大大的影響全社會(huì)的耗電 量。
[0015] 特別地，氮化物基LEDs包括GaN襯底，在其上形成了具有很少的晶體缺陷的和高 熱阻的發(fā)光結(jié)構(gòu)，且因此，可以用于對(duì)每個(gè)LED芯片施加高電流的情況。施加到每個(gè)LED上 的電流越高，產(chǎn)生的熱量越多，伴隨著正向電壓的甚至是輕微差異的變化。因此，降低正向 電壓是更重要的目標(biāo)。假使產(chǎn)生的熱量可以被減少，用于冷卻LEDs的必須的吸熱設(shè)備可以 具有減縮的容量，這樣在設(shè)計(jì)使用LEDs的裝置時(shí)帶來(lái)高自由度。
[0016] 然而，已經(jīng)做了很多關(guān)于通過(guò)減少正向電壓來(lái)優(yōu)化p型層的研宄，主要僅關(guān)注c面 氮化物基LEDs。而關(guān)于m面氮化物基LEDs的相似研宄還沒(méi)有充分展開(kāi)。
[0017] 本發(fā)明的達(dá)成是考慮到這些情況，并且其主要目的是提供一種理想的制備m面氮 化物基LED的方法，所述方法能夠得到具有降低的正向電壓的m面氮化物基LED。
[0018] 解決課題的方式
[0019] 本發(fā)明的實(shí)施例包括如下制備m面氮化物基發(fā)光二極管的方法。
[0020] (1) 一種制備m面氮化物基發(fā)光二極管的方法，所述方法包括（i)形成有源層的步 驟，所述有源層包括覆蓋n型氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體，其中在厚度方向和六方晶 系的m軸方向之間的角為10度以下，（ii)形成覆蓋有源層的摻雜了p型雜質(zhì)的AlGaN層 的步驟，（iii)形成包括InGaN的接觸層的步驟，其形成于AlGaN層的表面上，和（iv)在接 觸層的表面上形成電極的步驟。
[0021] (2)根據(jù)上述（1)的制備方法，其中所述接觸層的厚度為20nm或更少。
[0022] (3)根據(jù)上述⑴或⑵的制備方法，其包括，在形成AlGaN層之前，在有源層上形 成電子阻擋層的步驟，所述電子阻擋層具有50nm或更小的厚度，且包括氮化物半導(dǎo)體，其 具有比AlGaN層更高的禁帶寬度。
[0023] (4)根據(jù)以上⑴到⑶的任一項(xiàng)的制備方法，其中所述AlGaN層包括 AlxGai_xN(0. 01 ^ x ^ 0. 05)〇
[0024] (5)根據(jù)以上⑴到⑷的任一項(xiàng)的制備方法，其中所述有源層包括阱層和阻擋 層，且接觸層的禁帶寬度大于阱層的禁帶寬度。
[0025] (6)根據(jù)以上⑴到（5)的任一項(xiàng)的制備方法，其中所述電極包括導(dǎo)電氧化物。
[0026] (7)根據(jù)以上（6)的制備方法，其中所述導(dǎo)電氧化物包括ITO(氧化銦錫）。
[0027] (8)根據(jù)以上⑴到（7)的任一項(xiàng)的制備方法，其中所述有源層包括InGaN阱層和 阻擋層，且所述InGaN講層的厚度為6到12nm。
[0028] (9)根據(jù)以上⑴到⑶的任一項(xiàng)的制備方法，其中所述接觸層以2到3nm/min的 生長(zhǎng)速度形成。
[0029] (10)根據(jù)以上⑴到（10)的任一項(xiàng)的制備方法，其中所述接觸層以40, 000到 50, 000 的NH3/TMG比生長(zhǎng)。
[0030] (11)根據(jù)以上⑴到（11)的任一項(xiàng)的制備方法，其中步驟（ii)和（iii)在相同 的MOVPE生長(zhǎng)爐中進(jìn)行，且所述AlGaN層在從步驟（11)的結(jié)尾到步驟（iii)的開(kāi)始的期間 內(nèi)不從MOVPE生長(zhǎng)爐中取出。
[0031] (12)根據(jù)以上（11)的制備方法，其中所述AlGaN層和所述接觸層在從步驟（iii) 的結(jié)尾到步驟（iv)的開(kāi)始的期間內(nèi)不進(jìn)行退火。
[0032] 氮化物半導(dǎo)體層，其中在厚度方向和六方晶系的m軸之間的角為10度或更小，根 據(jù)以上的（1)，其為氮化物半導(dǎo)體層，其中，當(dāng)其表面是平面時(shí)，在平面與m面之間的角為10 度或更少。在氮化物半導(dǎo)體層在斜角為10度或更小的m面GaN襯底上外延生長(zhǎng)時(shí)，厚度方 向和m軸之間的角通常為10度或更小。
[0033] 發(fā)明效果
[0034] 通過(guò)使用以上所述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制備方法，可以得到具有降低的正向 電壓的m面氮化物基發(fā)光二極管。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為顯不了從上表面?zhèn)扔^察的m面氣化物基LED的系列圖，圖1 (a)為其不意圖， 圖1 (b)為其顯微照片（照片作為圖的替代）。
[0036] 圖2為顯示了由實(shí)驗(yàn)1-1和實(shí)驗(yàn)3-6制備的m面氮化物基LEDs的外延層結(jié)構(gòu)的 示意圖。
[0037] 圖3為顯示了由實(shí)驗(yàn)1-2到實(shí)驗(yàn)1-3、實(shí)驗(yàn)2-1到實(shí)驗(yàn)2-3、和實(shí)驗(yàn)3-1到實(shí)驗(yàn)3-5 制備的m面氮化物基LEDs的外延層結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0038] 圖4為顯不了從上表面?zhèn)扔^察的m面氣化物基LED的系列圖，圖4 (a)為其不意圖， 圖4(b)為其顯微照片（照片作為圖的替代）。
[0039] 圖5為顯示了由實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)性制備的m面氮化物基LEDs的外延層結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0040] 圖6為顯示了外延晶片的表面附近的Al、In和Mg的濃度的深度-方向分布的曲線 圖，通過(guò)SMS(次級(jí)離子質(zhì)譜）得到。對(duì)于各元素，實(shí)線表示在具有設(shè)置在其上的InGaN接 觸層的外延晶片上的濃度分布，虛線表示在其上未設(shè)置InGaN的外延晶片上的濃度分布。 [0041] 圖7為經(jīng)受了RIE的m面GaN襯底的背面的SEM圖（照片作為圖的替代）。
[0042] 圖8為m面氮化物基LED的發(fā)光光譜。
[0043] 圖9為顯示了m面氮化物基LED的I-L特性的圖。
[0044] 圖10為顯示了與m面氮化物基LED的外量子效率相關(guān)的電流密度的圖。
[0045] 圖11為m面GaN襯底的斜角的闡釋圖。
[0046] 圖12為顯示了根據(jù)本發(fā)明的m面氮化物基LED的結(jié)構(gòu)示例的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)"InGaN"表示InN和GaN的混合晶體，且"AlGaN"表示A1N和 GaN的混合晶體。另外，術(shù)語(yǔ)"InAlGaN"表示InN、A1N、和GaN的混合晶體。
[0048] 在本說(shuō)明書(shū)中，經(jīng)常提到斜角m面GaN襯底。m面GaN襯底的斜角，如圖11所示， 是[10-10]和襯底的主要生長(zhǎng)表面（用于外延生長(zhǎng)的主要表面）的法向矢量之間的角小。 m面GaN襯底的+c方向斜角巾。是在[10-10]和將主要生長(zhǎng)表面的法向矢量在a面（垂直 于[11-20]的面）投射得到的投影之間的角巾。。當(dāng)投影具有[0001]分量（+c分量），小。 的值為和。相反，當(dāng)投影具有[000-1]分量（-c分量），巾。的值為差。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的制備m面氮化物基發(fā)光二極管的方法包括以下四個(gè) 步驟：
[0050] (i)步驟其中由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的有源層形成于n型氮化物半導(dǎo)體層上，其中 厚度方向和六方晶系的m軸之間的角為10度或更??；
[0051] (ii)步驟其中摻雜了p型雜質(zhì)的AlGaN層形成在所述有源層上；
[0052] (iii)步驟其中由InGaN形成的接觸層形成于所述AlGaN層上；和
[0053] (iv)步驟其中電極形成于所述接觸層的表面上。
[0054] 圖12顯示了通過(guò)該制備方法得到的m面氮化物基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示例。圖12 為截面圖，且m面氮化