專利名稱：使用氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光器件和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于氮化物的3-5族(group)化合物半導(dǎo)體。更具體地說，本發(fā)明涉及基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件和其制造方法，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件能夠減少由基底和在其上生長(zhǎng)的GaN基單晶層之間的熱膨脹系數(shù)失配和晶格常數(shù)失配所致的晶體缺陷，提高GaN基單晶層的結(jié)晶性，以改善發(fā)光器件的性能，確保其可靠性。
背景技術(shù)：
GaN基半導(dǎo)體通常應(yīng)用于光學(xué)器件，如藍(lán)/綠LED和高速開關(guān)和諸如金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MESFET)和高電子遷移晶體管(HEMT)的高功率電子器件。具體地說，藍(lán)/綠LED最近已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)，并且其在全世界的需求正急劇增加。
GaN基半導(dǎo)體發(fā)光器件典型地生長(zhǎng)在藍(lán)寶石或SiC基底上。然后，低生長(zhǎng)溫度下AlyGa1-yN多晶層作為過渡層生長(zhǎng)于藍(lán)寶石或SiC基底上。在高溫下，在過渡層上生長(zhǎng)未摻雜的GaN層和Si摻雜的n型GaN層或其混合結(jié)構(gòu)，以提供n型GaN層作為第一電極接觸層。然后，在其上形成Mg摻雜的p型層作為第二電極接觸層，以生成基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。另外，(多量子阱結(jié)構(gòu)的)活性層位于n型第一電極接觸層和p型第二電極接觸層之間。
在這種結(jié)構(gòu)的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，基底和過渡層之間界面中的晶體缺陷具有非常高的約108/cm3的值。結(jié)果，這降低了基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的電學(xué)性質(zhì)，更具體地說，增加反偏置條件下的漏電流，從而對(duì)發(fā)光器件的可靠性產(chǎn)生重大影響。
另外，在基底和過渡層之間界面中產(chǎn)生的晶體缺陷降低活性層的結(jié)晶性，從而不利地降低基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率。
其間，為了改善GaN基半導(dǎo)體發(fā)光器件的性能和可靠性，已經(jīng)研究新的過渡層，并研究了GaN基半導(dǎo)體的各種制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件和其制造方法，所述的發(fā)光器件能夠減少GaN基單晶層的晶體缺陷，并提高其結(jié)晶性，以改善其性能和可靠性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件和其制造方法，所述的發(fā)光器件能夠在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)來自僅有單量子阱結(jié)構(gòu)的活性層的高亮度性能。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)上述目的的一個(gè)方面，提供了一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括基底；在基底上形成的過渡層；在過渡層上形成的第一In摻雜的GaN層；在第一In摻雜的GaN層上形成的InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層；在InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層上形成的第一電極接觸層；在第一電極接觸層上形成的、起發(fā)光作用的活性層；第二In摻雜的GaN層；在第二In摻雜的GaN層上形成的GaN層；和在GaN層上形成的第二電極接觸層。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的另一個(gè)方面，提供了一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括基底；在基底上形成的過渡層；在過渡層上形成的第一In摻雜的GaN層；在第一In摻雜的GaN層上形成的第一電極接觸層；在第一電極接觸層上形成的、起發(fā)光作用的活性層；在活性層上形成的GaN層；和在GaN層上形成的第二電極接觸層。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)上述目的的另一個(gè)方面，提供了一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括基底；在基底上形成的過渡層；在GaN過渡層上形成的第一電極接觸層；在第一電極接觸層上形成的活性層，包括低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層、InyGa1-yN阱層和InzGa1-zN阻擋層；在活性層上形成的GaN層；和在GaN層上形成的第二電極接觸層。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)上述目的的另一個(gè)方面，提供了一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，該方法包括在基底上形成過渡層；在過渡層上形成第一In摻雜的GaN層；在第一In摻雜的GaN層上形成第一電極接觸層；在第一電極接觸層上形成發(fā)光的活性層；在活性層上形成GaN層；并且在GaN層上形成第二電極接觸層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是減少GaN基單晶層的晶體缺陷，并提高其結(jié)晶性，從而改善其性能和可靠性。
作為另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)來自僅有單量子阱結(jié)構(gòu)的活性層的高亮度性能。


圖1說明了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
圖2說明了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
圖4說明了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
當(dāng)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案在參考附圖加以描述的同時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看出本發(fā)明的原理不但不受所公開的實(shí)施方案的限制，還可以通過增加、改變和省略一些部分而修改為各種替換方式。
第一實(shí)施方案圖1說明了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件具有包括下述的橫截面結(jié)構(gòu)在基底102上生長(zhǎng)的過渡層104、由n型GaN層(共摻雜有Si和In)組成的第一電極接觸層108和InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)的第二電極接觸層120。這里，第一和第二電極接觸層108和120在下面的加工步驟中分別提供有電極(未示出)，以便可以通過電極向其施加外部電壓。
本發(fā)明的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件還具有量子阱結(jié)構(gòu)的活性層116，其置于第一電極接觸層108和第二電極接觸層120之間，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)?；钚詫?16包括低摩爾In摻雜的GaN層110、InxGa1-yN阱層112和InxGa1-xN阻擋層114。
另外，基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件還具有形成于過渡層104和第一電極接觸層108之間的In摻雜的GaN層106，和形成于InxGa1-xN阻擋層114和第二電極接觸層120之間的p型GaN層118。
本發(fā)明的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法如下所述首先，低生長(zhǎng)溫度下在藍(lán)寶石基底102上形成GaN過渡層104。然后，低生長(zhǎng)溫度下GaN基半導(dǎo)體的過渡層104可以生長(zhǎng)成InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)和InxGa1-xN/GaN與AlxInyGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN結(jié)構(gòu)。
如上所述在基底102上形成的過渡層104可以有效地限制由基底102和在基底102上生長(zhǎng)的GaN基單晶層之間的熱膨脹系數(shù)失配和晶格常數(shù)失配所致的晶體缺陷，從而生成高質(zhì)量的GaN基半導(dǎo)體。
更具體地說，在生長(zhǎng)GaN過渡層104的加工步驟中，在約500-700℃的溫度下供給H2與N2載氣；TMGa、TMIn與TMAl源和NH3氣體，以生長(zhǎng)GaN過渡層104。
然后，高的生長(zhǎng)溫度下在過渡層104上生長(zhǎng)In摻雜的GaN層106和其中包含Si和In共摻雜的GaN層108。這里Si/In共摻雜的GaN層108用作第一電極接觸層。
更具體地說，在生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體的GaN基單晶層的加工步驟中，通過在約900-1100℃的溫度下供給MOCVD設(shè)備TMGa、TMIn和TMAl源來生長(zhǎng)GaN基單晶層，其中SiH4氣體可以用作Si摻雜源，TMIn可以用作In摻雜源。
發(fā)射所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的活性層116包括單量子阱。更具體地說，活性層116的低摩爾In摻雜的GaN層110生長(zhǎng)在10-500的范圍內(nèi)。更優(yōu)選的，低摩爾In摻雜的GaN層110生長(zhǎng)至50-300范圍的厚度。低摩爾In摻雜的GaN層的含量可以表示為InxGa1-xN(0＜x≤0.2)。然后，InyGa1-yN阱層112的量子阱層和不同In含量的InzGa1-zN阻擋層114在低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層110上生長(zhǎng)形成活性層。
在生長(zhǎng)活性層116的單量子阱結(jié)構(gòu)的加工步驟中，通過在NH3氣氛中在N2或H2+N2載氣上流動(dòng)TMGa、TMIn和TMAl源，生長(zhǎng)低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層110、InyGa1-yN阱層112(0＜y≤0.35)和InzGa1-zN阻擋層114(0＜z≤0.2)。在這種情況下，低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層110具有約10-500的厚度，并且其表面以螺旋模式均勻生長(zhǎng)。另外，在約700-800℃的表面生長(zhǎng)溫度下，發(fā)光的InGaN阱層112生長(zhǎng)至5-30的厚度，InGaN阻擋層114生長(zhǎng)至50-500的厚度。
另外，為了實(shí)現(xiàn)高亮度發(fā)光器件性能，有必要從低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層110表面到InGaN阻擋層114維持均勻的螺旋模式。如果滿足上述生長(zhǎng)條件，可以通過形成具有單量子阱結(jié)構(gòu)以及具有多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層來制造實(shí)用的高亮度發(fā)光器件。當(dāng)然，在其他部分相同的情況下可以采用多量子阱結(jié)構(gòu)。
其間，低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層110、InyGa1-yN阱層112和InzGa1-zN阻擋層114中摻雜物的含量分布可以調(diào)整如下低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層110的In含量調(diào)整至低于InzGa1-zN阻擋層114的In含量。摻雜的In含量x、y和z可以表示為0＜x＜0.05、0＜y＜0.3和0＜z＜0.1。
根據(jù)所述加工步驟生長(zhǎng)發(fā)光的活性層之后，升高溫度，在H2、N2和H2+N2氣體中、NH3氣氛下生長(zhǎng)Mg摻雜的p型GaN基單晶層118。在約900-1020℃的生長(zhǎng)溫度下p型GaN層118生長(zhǎng)至厚度約500-5000。
在生長(zhǎng)p型GaN層118時(shí)，InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)(0＜x≤0.2和0＜y≤0.2)的第二電極接觸層120在p型GaN層118上生長(zhǎng)。InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)賦予傳播到第二電極接觸層120的有效電流。第二電極接觸層的電極可以從與第一電極接觸層108相同的電極金屬有利地獲得。
根據(jù)該實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，第一電極接觸層108由n型電極接觸層形成，并且第二電極接觸層120由n-型電極接觸層形成。由于在具有n型和p型電極接觸層形式的第一和第二電極接觸層的常規(guī)基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，高接觸阻抗緣于用作第二電極接觸層的p型GaN層的低Mg摻雜效率，因此該實(shí)施方案可以克服高接觸阻抗，除去所產(chǎn)生的電流傳播層。
至于和p型GaN層118的關(guān)系，可以表示為第一電極接觸層108、p型GaN層118和第二電極接觸層120具有n-p-n連接。
這里，第二電極接觸層120在2-50的厚度下彼此交替，并且第二電極接觸層120具有小于200的最大厚度。另外，在700-850℃的生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)，通過供給N2、N2+H2與NH3氣體和TMGa與TMIn源，以生長(zhǎng)具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高亮度發(fā)光器件，其在內(nèi)部量子效率和工作電壓性質(zhì)方面是優(yōu)異的。
第二實(shí)施方案圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的如圖2所示的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方案的基本相同，除了在第一電極接觸層212之下還置有InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層210以形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以便使由基底202和Si/In摻雜的GaN基單晶層212之間的晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)失配所致的晶體缺陷最小。
該結(jié)構(gòu)可以減小從基底202和低溫過渡層204傳播的位錯(cuò)密度，以提高發(fā)光器件的反擊穿電壓Vbr，從而提高其可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)將簡(jiǎn)要描述如下過渡層204在基底202上生長(zhǎng)，第一電極接觸層212由n型GaN(共摻雜有Si和In)組成，第二電極接觸層224生長(zhǎng)成具有InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)。在下面的加工步驟中第一和第二電極接觸層212、224分別提供有電極(未示出)，以便可以通過電極向其施加外部電壓。
本發(fā)明的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件還具有單量子阱結(jié)構(gòu)的活性層220，其位于第一電極接觸層212和第二電極接觸層224之間，以形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)?；钚詫?20包括低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層214、InxGa1-yN阱層216和InxGa1-xN阻擋層218。
另外，基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件還具有In摻雜的GaN層206和未摻雜的GaN層208，位于過渡層204和第一電極接觸層212之間。在InxGa1-xN阻擋層218和第二電極接觸層224之間還形成p型GaN層222。
具有上述結(jié)構(gòu)的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法和第一實(shí)施方案類似，因此將不再進(jìn)一步描述。
這種結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施方案可以減小從基底202和過渡層204傳播的位錯(cuò)密度，以提高發(fā)光器件的反擊穿電壓Vbr，從而提高其可靠性。
第三實(shí)施方案圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，該實(shí)施方案與第一實(shí)施方案基本類似，除了在p型GaN層320和InzGa1-zN阻擋層314之間還置有In摻雜的GaN層318，以形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
額外的In摻雜的GaN層318可以限制在p型GaN層320中用作摻雜物的Mg原子的向內(nèi)擴(kuò)散(in-diffusion)，從而改善其特征。In摻雜的GaN層318生長(zhǎng)至100?；蚋〉暮穸?。
下面將描述第三實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法。在基底302上生長(zhǎng)過渡層304，第一電極接觸層308由n型GaN(共摻雜有Si和In)制成，第二電極接觸層322由InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)形成。這里，在下面的加工步驟中第一和第二電極接觸層308、322分別提供有電極(未示出)，以便可以通過電極向其施加外部電壓。
本發(fā)明的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件還具有單量子阱結(jié)構(gòu)的活性層316，其位于第一電極接觸層308和第二電極接觸層322之間，以形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。活性層316包括低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層310、InxGa1-yN阱層312和InxGa1-xN阻擋層314。
另外，基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件還具有位于過渡層304和第一電極接觸層308之間的In摻雜的GaN層306，并且p型GaN層320和In摻雜的GaN層318置于InzGa1-zN阻擋層314與第二電極接觸層322之間。
如上所述，該實(shí)施方案的額外GaN層318可以限制在p型GaN層320中用作摻雜物的Mg原子的向內(nèi)擴(kuò)散。該實(shí)施方案可以改善發(fā)光器件的特征。
第四實(shí)施方案圖4說明了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
第四實(shí)施方案的許多部分都和第三實(shí)施方案相同，除了額外提供In摻雜的GaN層406、InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層408、In摻雜的GaN層412和InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層414。InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層408、In摻雜的GaN層412和InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層414的作用是使來自基底402的晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)失配的晶體缺陷最小化。另外，InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層408還可以減小從基底402和低溫過渡層404傳播的位錯(cuò)密度，從而提高發(fā)光器件的反擊穿電壓Vbr。
下面將參照?qǐng)D4來詳細(xì)描述該實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法。
低的生長(zhǎng)溫度下在藍(lán)寶石基底402上生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體過渡層404。在低的生長(zhǎng)溫度下，GaN基半導(dǎo)體的過渡層404可以由InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)和InxGa1-xN/GaN與AlxInyGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN的結(jié)構(gòu)形成。
如上所述在基底402上形成的過渡層404可以有效地限制由基底402和在基底402上生長(zhǎng)的GaN基單晶層之間的熱膨脹系數(shù)失配和晶格常數(shù)失配所致的晶體缺陷，從而生成高質(zhì)量的GaN基半導(dǎo)體。
然后，高的生長(zhǎng)溫度下在過渡層404上生長(zhǎng)In摻雜的GaN層406，在In摻雜的GaN層406上還形成InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層408，從而使來自基底402的晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)失配的晶體缺陷最小化。
該結(jié)構(gòu)可以減小從基底402和低溫過渡層404傳播的位錯(cuò)密度，以提高發(fā)光器件的反擊穿電壓Vbr，從而提高其可靠性。
另外，在InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層408上還形成In摻雜的GaN層412和InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層414，以進(jìn)一步減小晶體缺陷。
然后，在InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層414上生長(zhǎng)Si/In共摻雜的GaN層416。Si/In共摻雜的GaN層416用作第一電極接觸層。
隨后，在活性層424中形成單量子阱層，用于發(fā)射所需波長(zhǎng)范圍的光。更具體地說，低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層418(0＜x≤0.2)首先在活性層424中生長(zhǎng)，以提高活性層424的內(nèi)部量子效率。在低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層418上生長(zhǎng)包括InyGa1-yN阱層420和不同In含量的InzGa1-zN阻擋層422的量子阱結(jié)構(gòu)，即得活性層。
在生長(zhǎng)步驟中，通過在NH3氣氛中供給N2與H2+N2氣體和TMGa、TMIn與TMAl源，生長(zhǎng)單量子阱結(jié)構(gòu)的活性層424，其包括低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層418、InyGa1-yN阱層420(0＜y≤0.35)和InzGa1-zN阻擋層422(0＜z≤0.2)。低摩爾InxGa1-xN層418具有約10-500的厚度，其表面以螺旋模式均勻生長(zhǎng)。
在約700-800℃的生長(zhǎng)溫度下，發(fā)光的InGaN阱層420生長(zhǎng)至厚度為10-40，InGaN阻擋層422生長(zhǎng)至厚度為50-500。另外，為了實(shí)現(xiàn)高亮度發(fā)光器件性能，有必要維持從低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層418表面到InzGa1-zN阻擋層422的均勻螺旋模式。如果滿足上述生長(zhǎng)條件，可以通過形成具有單量子阱結(jié)構(gòu)和具有多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層來制造實(shí)用的高亮度發(fā)光器件。
生長(zhǎng)發(fā)光活性層后，生長(zhǎng)In摻雜的GaN層426和Mg摻雜的p型GaN GaN基單晶層428。在約900-1020℃的生長(zhǎng)溫度下，p型GaN層428生長(zhǎng)至厚度約為500-5000。
然后，生長(zhǎng)p型GaN層428后，在p型GaN層428上生長(zhǎng)InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)(0＜x≤0.2，且0＜y≤0.2)的第二電極接觸層430。有利的是，InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)可以完成第二電極接觸層430的電流傳播，第二電極接觸層的電極可以從與第一電極接觸層416相同的電極金屬獲得。
根據(jù)該實(shí)施方案的基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，第一電極接觸層416由n型電極接觸層形成，并且第二電極接觸層430由n型電極接觸層形成。由于在具有n型和p型電極接觸層形式的第一和第二電極接觸層的常規(guī)基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，高接觸阻抗緣于用作第二電極接觸層的p型GaN層的低Mg摻雜效率，因此該實(shí)施方案可以克服高接觸阻抗，除去所產(chǎn)生的電流傳播層。
至于和p型GaN層428的關(guān)系，可以表示為第一電極接觸層416、p型GaN層428和第二電極接觸層430具有n-p-n連接。第二電極接觸層430的超晶格結(jié)構(gòu)層在2-50的厚度下彼此交替，并且第二電極接觸層430具有小于200的最大厚度。另外，在700-850℃的生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)，通過供給N2、N2+H2與NH3氣體和TMGa與TMIn源進(jìn)行生長(zhǎng)步驟，以生長(zhǎng)具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高亮度發(fā)光器件，其在內(nèi)部量子效率和工作電壓性質(zhì)方面是優(yōu)異的。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明的上述基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，可以有效地限制由基底如藍(lán)寶石和在其上生長(zhǎng)的GaN GaN基單晶層之間的熱膨脹系數(shù)失配與晶格常數(shù)失配所致的晶體缺陷，從而生長(zhǎng)高質(zhì)量的GaN基半導(dǎo)體。具體是，InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)置于Si-In共摻雜的GaN層之下用作第一電極接觸層，從而進(jìn)一步限制晶體缺陷。
另外，加入了低摩爾In摻雜的InxGa1-xN，以提高活性層的內(nèi)部量子效率，從而均勻地控制量子阱的生長(zhǎng)模式。由于InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)用作第二電極接觸層，可以減小工作電壓。結(jié)果，本發(fā)明可以有利地減小基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的晶體缺陷，并提高GaN GaN基單晶層的結(jié)晶性，從而提高基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的性能和可靠性。
權(quán)利要求
1.一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括基底；在基底上形成的過渡層；在過渡層上形成的第一In摻雜的GaN層；在第一In摻雜的GaN層上形成的InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層；在InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層上形成的第一電極接觸層；在第一電極接觸層上形成的、起發(fā)光作用的活性層；第二In摻雜的GaN層；在第二In摻雜的GaN層上形成的GaN層；和在GaN層上形成的第二電極接觸層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中第二電極接觸層是n型電極接觸層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中過渡層包含選自下列結(jié)構(gòu)的一種InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)、InxGa1-xN/GaN結(jié)構(gòu)和AlxInyGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中第一電極接觸層包含Si/In共摻雜的GaN層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中活性層包含單或多量子阱結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中活性層包含單或多量子阱結(jié)構(gòu)，包括低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層、InyGa1-yN阱層和InzGa1-zN阻擋層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層具有小于InzGa1-zN阻擋層的In含量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層、InyGa1-yN阱層和InzGa1-zN阻擋層具有的In含量分別表示為0＜x＜0.05、0＜y＜0.3和0＜z＜0.1。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層具有以螺旋模式生長(zhǎng)的表面構(gòu)形。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層具有以螺旋模式生長(zhǎng)的表面構(gòu)形，且其中所述的螺旋模式延伸至InzGa1-zN阻擋層的表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中第二電極接觸層包含InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層和其上形成的InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層多次重復(fù)層疊。
13.一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括基底；在基底上形成的過渡層；在過渡層上形成的第一In摻雜的GaN層；在第一In摻雜的GaN層上形成的第一電極接觸層；在第一電極接觸層上形成的、起發(fā)光作用的活性層；在活性層上形成的GaN層；和在GaN層上形成的第二電極接觸層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其中第二電極接觸層是n型電極接觸層。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其還包括在活性層和p型GaN層之間形成的第二In摻雜的GaN層。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其還包括在第一In摻雜的GaN層和第一電極接觸層之間形成的InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其還包括在第一In摻雜的GaN層和第一電極接觸層之間形成的InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)和未摻雜的GaN層。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其中過渡層包含選自下列結(jié)構(gòu)的一種InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)、InxGa1-xN/GaN結(jié)構(gòu)和AlxInyGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其中第一電極接觸層包含Si/In共摻雜的GaN層。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其中活性層包含單或多量子阱結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其中活性層包含單或多量子阱結(jié)構(gòu)，包括低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層、InyGa1-yN阱層和InzGa1-zN阻擋層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層具有小于InzGa1-zN阻擋層的In含量。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層、InyGa1-yN阱層和InzGa1-zN阻擋層具有的In含量分別表示為0＜x＜0.05、0＜y＜0.3和0＜z＜0.1。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層具有以螺旋模式生長(zhǎng)的表面構(gòu)形。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層具有以螺旋模式生長(zhǎng)的表面構(gòu)形，且其中所述的螺旋模式延伸至InzGa1-zN阻擋層的表面。
26.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其中第二電極接觸層包含InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)。
27.一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，包括在基底上形成過渡層；在過渡層上形成第一In摻雜的GaN層；在第一In摻雜的GaN層上形成第一電極接觸層；在第一電極接觸層上形成發(fā)光的活性層；在活性層上形成GaN層；并且在GaN層上形成第二電極接觸層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，其中所述的第二電極接觸層是n型電極接觸層。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，其中所述的第一電極接觸層包含Si/In共摻雜的GaN層。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，其中所述的第二電極接觸層包含InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，其中所述的活性層包含單或多量子阱結(jié)構(gòu)，包括低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層、InyGa1-yN阱層和InzGa1-zN阻擋層。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的制造方法，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層生長(zhǎng)成螺旋模式的表面構(gòu)形。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的制造方法，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層生長(zhǎng)成螺旋模式的表面構(gòu)形，且其中所述的螺旋模式延伸至InzGa1-zN阻擋層的表面。
34.一種基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括基底；在基底上形成的過渡層；在GaN過渡層上形成的第一電極接觸層；在第一電極接觸層上形成的活性層，包括低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層、InyGa1-yN阱層和InzGa1-zN阻擋層；在活性層上形成的GaN層；和在GaN層上形成的第二電極接觸層。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中所述的第二電極接觸層是n型電極接觸層。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層具有小于InzGa1-zN阻擋層的In含量。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層、InyGa1-yN阱層和InzGa1-zN阻擋層具有的In含量分別表示為0＜x＜0.05、0＜y＜0.3和0＜z＜0.1。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層具有以螺旋模式生長(zhǎng)的表面構(gòu)形。
39.根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中低摩爾In摻雜的InxGa1-xN層具有以螺旋模式生長(zhǎng)的表面構(gòu)形，且其中所述的螺旋模式延伸至InzGa1-zN阻擋層的表面。
全文摘要
基于氮化物的3－5族(group)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括基底；在基底上形成的過渡層；在過渡層上形成的第一In摻雜的GaN層；在第一In摻雜的GaN層上形成的In
文檔編號(hào)H01L33/00GK1698212SQ200480000328
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月25日
發(fā)明者李昔憲 申請(qǐng)人:Lg伊諾特有限公司