專利名稱：化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過利用低電阻的p型磷化硼基半導(dǎo)體層而呈現(xiàn)低的正向電壓的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造技術(shù)。
本申請要求2004年4月28日提交的日本專利申請No.2004-133515以及2004年5月11日提交的美國臨時申請No.60/569649的優(yōu)先權(quán)，在此引入其內(nèi)容作為參考。
背景技術(shù)：
迄今，具有包含V族組成元素如氮(元素符號N)的III-V族化合物半導(dǎo)體(例如，III族氮化物半導(dǎo)體)發(fā)光層的發(fā)光二極管(簡寫為LED)和激光二極管(簡寫為LD)公知作為用于主要發(fā)射藍色到綠色光的發(fā)光器件(參見例如專利文件1)。常規(guī)地，發(fā)射短波長可見光的這種LED包括通常由氮化鎵銦混合晶體(組分分子式GaYInZN(0≤Y，Z≤1，Y+Z＝1))層構(gòu)成的發(fā)光層(參見例如專利文件2)。
(專利文件1)日本專利申請公開(公開)No.49-19783(專利文件2)日本專利公開(公告)No.55-3834(專利文件3)日本專利申請公開(公開)No.2-288388(專利文件4)日本專利申請公開(公開)No.2-275682(非專利文件1)
由Isamu AKASAKI撰寫并編輯的書，“Group III-V CompoundSemiconductors”Baifukan Co.Ltd.出版，第一版，第13章，(1995)。
一般地，接合由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的n型發(fā)光層以形成與覆層的異質(zhì)結(jié)，其中覆層用于提供引起輻射復(fù)合的載流子(電子和空穴)以在發(fā)光層中發(fā)光(參見例如非專利文件1)。常規(guī)地，用于將空穴提供到發(fā)光層的p型覆層通常由氮化鋁鎵(AlXGaYN0≤X，Y≤1，X+Y＝1)構(gòu)成(參見非專利文件1)。
用于制造發(fā)光器件的另一已知技術(shù)包括在p型AlXGaYN(0≤X，Y≤1，X+Y＝1)層上，提供用作用于在其上形成歐姆電極的接觸層的p型磷化硼(BP)層，該BP層用p型雜質(zhì)元素如鎂(元素符號Mg)摻雜(參見例如專利文件3)。例如，通過提供用作接觸層的Mg摻雜的p型BP層來制造激光二極管(LD)，其中該接觸層接合到由閃鋅礦結(jié)構(gòu)的Mg摻雜的磷化硼層和Ga0.4Al0.5N層構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)層(參見例如專利文件4)。
磷化硼基半導(dǎo)體(典型地磷化硼)晶體通常具有閃鋅礦晶形。由于這種立方晶體具有簡并的價帶，因此與六角晶體相比很容易形成p導(dǎo)電類型結(jié)晶層(日本專利申請公開(公開)No.2-275682，參見前述專利文件4)。但是，用II族雜質(zhì)元素摻雜磷化硼基III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶層不總是導(dǎo)致形成具有低的且恒定的電阻率的低電阻的p型導(dǎo)電層。而且，Mg可用作相對于磷化硼的施主雜質(zhì)，并且在一些情況下，通過Mg摻雜可形成高電阻或n導(dǎo)電類型的磷化硼基半導(dǎo)體層。
例如，在專利文件3中所公開的具有設(shè)置于Mg摻雜的p型GaAlBNPIII族氮化物半導(dǎo)體混合晶體層上的p型BP層的層疊結(jié)構(gòu)的制造中，即使用Mg故意摻雜BP層，也不能可靠地形成低電阻的p型BP層。因此，包括p型磷化硼基半導(dǎo)體層的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件(如LED)不能獲得低的正向電壓(Vf)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是在使用形成在常規(guī)六角III族氮化物半導(dǎo)體層如AlXGaYN(0≤X，Y≤1，X+Y＝1)上的p型磷化硼基半導(dǎo)體層制造pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件時，提供一種用于穩(wěn)定地提供具有高的空穴濃度(即，低電阻)的p型磷化硼基半導(dǎo)體層的層疊結(jié)構(gòu)，由此提供一種呈現(xiàn)低正向電壓的發(fā)光器件如LED。
為實現(xiàn)前述目的，本發(fā)明采用下面的方式。
(1)一種pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括結(jié)晶襯底；n型發(fā)光層，由六角n型III族氮化物半導(dǎo)體形成，并設(shè)置在所述結(jié)晶襯底上；p型層(p型III族氮化物半導(dǎo)體層)，由六角p型III族氮化物半導(dǎo)體形成，并設(shè)置在所述n型發(fā)光層上；p型磷化硼(BP)基半導(dǎo)體層，具有閃鋅礦晶體類型，并設(shè)置在所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層上；以及薄膜層，由形成在所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層上的未摻雜的六角III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，其中所述p型磷化硼(BP)基半導(dǎo)體層接合到由未摻雜的六角III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的所述薄膜層。
(2)如上面(1)所述的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層由包含鋁(元素符號Al)作為必需的組成元素并具有通過組分分子式AlXGaYN(0＜X≤1，0≤Y＜1，以及X+Y＝1)表示的組分的纖鋅礦氮化鋁鎵層形成。
(3)如上面(1)或(2)所述的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中設(shè)置在所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層的表面上的所述p型磷化硼(BP)基半導(dǎo)體層是未摻雜的結(jié)晶層。
(4)如上面(1)至(3)所述的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層具有(0001)晶面的表面，并且設(shè)置在所述表面上的所述p型磷化硼基半導(dǎo)體層是具有與所述(0001)晶面的a軸對準的[110]方向的(111)結(jié)晶層。
根據(jù)第一發(fā)明，在包括具有閃鋅礦晶體類型的p型磷化硼基半導(dǎo)體層的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，將p型磷化硼基半導(dǎo)體層接合到由未摻雜的六角III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成并形成在用作例如p型覆層的p型III族氮化物半導(dǎo)體層上的薄膜層。由此，可防止由添加到p型III族氮化物半導(dǎo)體層的p型雜質(zhì)元素的熱擴散引起的不能可靠地形成p型磷化硼基半導(dǎo)體層的問題，從而可以可靠形成適于形成p型歐姆電極的低電阻p型磷化硼基半導(dǎo)體層。因此，可提供呈現(xiàn)低正向電壓的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。
根據(jù)第二發(fā)明，由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的薄膜層由包含鋁作為必需的組成元素的六角纖鋅礦氮化鋁鎵(組分分子式AlXGaYN，0＜X≤1，0≤Y＜1，以及X+Y＝1)層形成。由此，可以更可靠地防止添加到p型III族氮化物半導(dǎo)體層的p型雜質(zhì)元素擴散和遷移到p型磷化硼基半導(dǎo)體層，由此可以可靠地形成低電阻p型磷化硼基半導(dǎo)體層。因此，可以提供呈現(xiàn)低正向電壓的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。
根據(jù)第三發(fā)明，設(shè)置在由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的薄膜層的表面上的p型磷化硼基半導(dǎo)體層由未摻雜的結(jié)晶層形成。由此，可減少p型雜質(zhì)從p型磷化硼基半導(dǎo)體層向例如發(fā)光層的擴散。因此，可以提供呈現(xiàn)小的發(fā)射波長變化的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。
根據(jù)第四發(fā)明，p型磷化硼基半導(dǎo)體層設(shè)置在III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層的(0001)晶面表面上，并由具有與(0001)晶面的a軸對準的[110]方向的(111)結(jié)晶層形成。由此，可以形成與III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層高度晶格匹配的p型磷化硼基半導(dǎo)體層。因此，可以提供呈現(xiàn)無局部擊穿的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的LED的示意性截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的LED的示意性截面圖。
具體實施例方式
用于本發(fā)明中的磷化硼基半導(dǎo)體包含作為必需的組成元素的組分硼(B)和磷(P)。實例包括BαAlβGaγIn1-α-β-γP1-δAsδ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)和BαAlβGaγIn1-α-β-γP1-δNδ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)。在它們中，在本發(fā)明中優(yōu)選采用具有較少組成元素且容易形成的半導(dǎo)體，實例包括一磷化硼(BP)；磷化硼鎵銦(組分分子式BαGaγIn1-α-γP(0＜α≤1，0≤γ＜1))；以及包含多種V族元素的混合晶體化合物如氮磷化硼(組分分子式BP1-δNδ(0≤δ＜1))以及砷磷化硼(組分分子式BP1-δAsδ)。
通過氣相生長方法如鹵素方法、氫化物方法或MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)形成磷化硼基半導(dǎo)體層。也可采用分子束外延(參見J.SolidState Chem.，133(1997)，p.269-272)。例如，可以通過大氣壓力(接近大氣壓力)或減壓的MOCVD，利用三乙基硼(分子式(C2H5)3B)和磷化氫(分子式PH3)作為源，形成p型一磷化硼(BP)層。優(yōu)選在1,000℃至1,200℃下形成該p型BP層。當以未摻雜狀態(tài)(即不添加雜質(zhì))形成p型磷化硼層時，源供給比率(V/III濃度比率；例如，PH3/(C2H5)3B)優(yōu)選為10至50。
本發(fā)明的p型磷化硼基半導(dǎo)體層由用于形成發(fā)光層的III族氮化物半導(dǎo)體材料和其帶隙寬于III-V族化合物半導(dǎo)體材料的帶隙的材料形成。例如，當采用在室溫下具有2.7eV帶隙的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的藍色發(fā)光層時，采用在室溫下具有2.8eV至5.0eV帶隙的磷化硼基半導(dǎo)體層。p型磷化硼基半導(dǎo)體層和由單晶層或具有量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層的阱層構(gòu)成的發(fā)光層之間的足夠的帶隙差是0.1eV或更大。當該差是0.1eV或更大時，從發(fā)光層發(fā)射的光充分傳輸?shù)酵饷?。可以基于光子能?＝h·v)對吸收的依賴關(guān)系或基于光子能量對折射率(n)和消光系數(shù)(k)的乘積(＝2·n·k)的依賴關(guān)系來確定帶隙。
通過精確控制生長速率以及形成溫度和V/III比率，可形成呈現(xiàn)寬帶隙的p型磷化硼基半導(dǎo)體層。當將MOCVD期間的生長速率控制為2nm/min至30nm/min的范圍時，可制造出在室溫下呈現(xiàn)2.8eV或更大帶隙的一磷化硼層(參見日本專利申請No.2001-158282)。具體地，優(yōu)選將在室溫下具有2.8eV至5.0eV帶隙的磷化硼基半導(dǎo)體層用作接觸層，該接觸層也用作通過其傳輸發(fā)射的光的窗口層。
盡管本發(fā)明的p型磷化硼基半導(dǎo)體層可由故意摻雜有鈹(元素符號Be)而不是Mg的p型層形成，但是優(yōu)選不摻雜該p型磷化硼基半導(dǎo)體層。例如，優(yōu)選采用在未摻雜狀態(tài)下具有高于1019cm-3的空穴濃度的低電阻一磷化硼(BP)層。由于未摻雜的磷化硼基半導(dǎo)體不包含對其添加的p型雜質(zhì)元素，因此減少了向設(shè)置在磷化硼基半導(dǎo)體層之下的p型III族氮化物半導(dǎo)體層或發(fā)光層的雜質(zhì)擴散。因此，可防止發(fā)光層的載流子濃度的改變以及由添加到磷化硼基半導(dǎo)體層的p型雜質(zhì)元素的擴散引起的導(dǎo)電類型的改變的問題，這些問題將導(dǎo)致正向電壓(Vf)偏離希望的值或發(fā)射波長偏離預(yù)定值。
通過由n型或p型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的并形成在例如用作覆層的p型III族氮化物半導(dǎo)體層上的薄膜層的媒介作用，在發(fā)光層上設(shè)置本發(fā)明的p型磷化硼基半導(dǎo)體層。當薄膜層由其帶隙寬于形成發(fā)光層的III族氮化物半導(dǎo)體的帶隙的III族氮化物半導(dǎo)體形成時，從發(fā)光層發(fā)射的光有利地提取到外面。
III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層可用例如硅(元素符號Si)或鍺(元素符號Ge)以及II族元素如鈹(Be)摻雜而形成。然而，優(yōu)選不包含用于確定導(dǎo)電類型的n型或p型雜質(zhì)元素的未摻雜的薄膜層。該III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層優(yōu)選具有20nm或更小的厚度以便充分獲得隧道效應(yīng)。從另一方面，III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層優(yōu)選具有1nm或更大的厚度。為完全覆蓋用作底層(base layer)的例如由氮化鋁鎵(AlXGaYN0≤X，Y≤1，X+Y＝1)構(gòu)成的p型覆層的整個表面，要求薄膜層具有1nm或更大的厚度。
該III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層可防止添加到p型III族氮化物半導(dǎo)體層的p型雜質(zhì)元素擴散到p型磷化硼基半導(dǎo)體層。例如，III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層有效地防止添加到p型氮化鎵(GaN)覆層的大量Mg(摻雜劑)遷移到磷化硼基半導(dǎo)體層中。由此，通過III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層的媒介作用，可以可靠地形成呈現(xiàn)p導(dǎo)電類型的磷化硼基半導(dǎo)體層。具體地，在薄膜的表面處具有5×108cm-3或更小的Mg(通常用于形成p型III族氮化物半導(dǎo)體層)濃度的III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層對于在其上可靠地形成呈現(xiàn)p導(dǎo)電類型的磷化硼基半導(dǎo)體層是有效的。在III族氮化物半導(dǎo)體層表面上或內(nèi)部的p型雜質(zhì)元素濃度可通過二次離子質(zhì)譜(簡稱SIMS)或俄歇電子能譜確定。
一般地，通過由在較高溫度下生長的p型III族氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成的底層的媒介作用，可以在相對低的溫度(700℃至800℃)下生長的發(fā)光層上形成具有高結(jié)晶度的p型磷化硼基半導(dǎo)體層。例如，在1,000℃至1,200℃的高溫下生長的六角纖鋅礦(0001)III族氮化物半導(dǎo)體層的表面有利于在其上生長具有(111)晶面并獲得優(yōu)良晶格匹配的p型磷化硼基半導(dǎo)體層，在該(111)晶面中，[110]方向與六角底部結(jié)晶格子的a軸對準。具體地，在氮化鋁鎵(AlXGaYN0≤X，Y≤1，X+Y＝1)層的(0001)表面上，通過關(guān)于晶格間距的優(yōu)良匹配，可形成具有很少錯配位錯的高質(zhì)量p型(111)磷化硼基半導(dǎo)體層。可通過X射線衍射方法或電子衍射方法分析由此生長的p型磷化硼基半導(dǎo)體層的晶向。
具體地，與包含銦(元素符號In)的III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層相比，由包含鋁(元素符號Al)作為組成元素的AlXGaYN(0＜X，Y＜1，X+Y＝1)構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層易于獲得更優(yōu)良的表面平坦度。例如，可以可靠地形成由AlXGaYN(0＜X，Y＜1，X+Y＝1)構(gòu)成的并具有平坦光滑的表面(即，表面粗糙度(rms)為0.5nm或更小)的III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層。由此，有利地可靠形成p型低電阻(111)磷化硼基半導(dǎo)體層。例如，在具有0.3nm(rms)的表面粗糙度的Al0.1Ga0.9N層(鋁(Al)組分比例(X)0.1)的(0001)表面上，可以可靠地形成具有5×10-2Ω·cm電阻率的低電阻p型磷化硼基半導(dǎo)體層。
通過在前述的低電阻p型磷化硼基半導(dǎo)體層上設(shè)置p型歐姆電極(正電極)，制造本發(fā)明的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。在p型磷化硼基半導(dǎo)體層上，p型歐姆電極可由鎳(Ni)(元素符號Ni)(參見DE(西德)專利No.1162486)、鎳合金、金(元素符號Au)-鋅(Zn)合金、金(Au)-鈹(Be)合金等形成。當形成具有多層結(jié)構(gòu)的歐姆電極時，最上層優(yōu)選由金(Au)或鋁(Al)形成，以便于接合。在形成具有三層結(jié)構(gòu)的歐姆電極的情況下，設(shè)置在底部和最上層之間的中間層可由過渡金屬(例如，鈦(元素符號Ti)或鉬(元素符號Mo)或鉑(元素符號Pt))形成。同時，可在n型襯底或形成在襯底上的n型層上設(shè)置n型歐姆電極(負電極)。
(效果)用作用于在其上形成p型磷化硼基半導(dǎo)體層的底層的III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層可以可靠地提供低電阻p型磷化硼基半導(dǎo)體層。
具體地，由包含鋁(元素符號Al)作為必需的組成元素并具有高的表面平坦度和光滑度的AlXGaYN(＜X≤1，0≤Y＜1，X+Y＝1)構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層可以可靠地提供有利于設(shè)置p型歐姆電極的低電阻p型磷化硼基半導(dǎo)體層。
實例(實例1)接下來以具有接合到未摻雜的III族氮化物半導(dǎo)體層的p型磷化硼基化合物半導(dǎo)體層的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體LED的制造作為實例，詳細描述本發(fā)明。
圖1示意性示出了具有雙異質(zhì)(DH)結(jié)結(jié)構(gòu)的LED 10的截面圖。圖2是LED 10的示意性平面圖。
該LED 10由在(0001)藍寶石(α-Al2O3單晶)襯底100上依序生長的下述層(1)至(6)形成的層疊結(jié)構(gòu)制造而成。
(1)由未摻雜的GaN構(gòu)成的緩沖層101(厚度(t)15nm)(2)由硅(Si)摻雜的n型GaN層構(gòu)成的下覆層102(載流子濃度(n)＝7×1018cm-3，t＝3μm)(3)具有由未摻雜的n型Ga0.86In0.14N層構(gòu)成的阱層的發(fā)光層103(4)由鎂(Mg)摻雜的p型Al0.15Ga0.85N層構(gòu)成的上覆層104(載流子濃度(p)＝4×1017cm-3，t＝9nm)(5)由未摻雜的n型Al0.10Ga0.90N層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層105(n＝7×1016cm-3，t＝8nm)(6)由未摻雜的p型磷化硼(BP)構(gòu)成的p型磷化硼基半導(dǎo)體層106(載流子濃度(p)＝2×1019cm-3，t＝350nm)發(fā)光層103具有包括用作勢壘層的Si摻雜的n型GaN層(t＝12nm)的多量子阱結(jié)構(gòu)。該發(fā)光層103的多量子阱結(jié)構(gòu)包括五個層疊循環(huán)，其中接合到n型下覆層102的層和接合到p型上覆層104的層的每個都用作阱層。在750℃下生長發(fā)光層103。在高于形成發(fā)光層103的阱層和勢壘層形成的溫度(750℃)的1,100℃下生長由p型Al0.15Ga0.85N層構(gòu)成的上覆層104。
通過常規(guī)的二次離子質(zhì)譜(SIMS)，確定由未摻雜的Al0.10Ga0.90N層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層105內(nèi)部的鎂(Mg)原子濃度。結(jié)果表明，從Al0.10Ga0.90N層與Mg摻雜的p型Al0.15Ga0.85N上覆層104之間的結(jié)界面向III族氮化物半導(dǎo)體層105的上表面，鎂(Mg)原子濃度降低。發(fā)現(xiàn)在層105的上表面處的Mg濃度為4×1017cm-3。
通過利用三乙基硼(分子式(C2H5)3B)作為硼(B)源和磷化氫(分子式PH3)作為磷(P)源的大氣壓力(接近大氣壓力)的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)方法，在III族氮化物半導(dǎo)體薄膜層105上形成未摻雜的p型磷化硼(BP)層106。在1,050℃下形成該p型磷化硼(BP)層106。將p型磷化硼層106的氣相生長期間的V/III比率(＝PH3/(C2H5)3B的濃度比率)調(diào)整為15。將以25nm/min的生長速率生長的p型磷化硼層106的厚度調(diào)整為350nm。
通過使用常規(guī)的偏振光橢圓率測量儀確定p型磷化硼層106的折射率和消光系數(shù)，并且由所確定的折射率和消光系數(shù)計算的p型磷化硼層106的帶隙在室溫下約為3.1eV。發(fā)現(xiàn)該未摻雜的p型磷化硼層106具有通過常規(guī)的電解C-V(電容-電壓)方法而確定的2×1019cm-3的受主濃度。
基于通過常規(guī)的透射電子顯微鏡(簡稱TEM)捕獲的選定區(qū)域的電子衍射(簡稱SAD)圖形，研究由未摻雜的Al0.10Ga0.90N層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體層105和p型磷化硼層106的層疊特征。對SAD圖形的分析表明Al0.10Ga0.90N III族氮化物半導(dǎo)體層105是六角結(jié)晶層并且p型磷化硼106是立方結(jié)晶層。從Al0.10Ga0.90N層105的(0001)面獲得的衍射斑以及從p型磷化硼層106的(111)面獲得的衍射斑出現(xiàn)在相同的線上。該結(jié)果表明p型磷化硼層106層疊在Al0.10Ga0.90N III族氮化物半導(dǎo)體層的(0001)面上，從而(0001)面和p型磷化硼層106的(111)結(jié)晶面沿同一方向?qū)省?br> 在p型磷化硼層106的表面上，通過常規(guī)的真空蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)，設(shè)置p型歐姆電極107，該歐姆電極107由其中以網(wǎng)格狀圖形排列層疊的金(Au)膜和鎳(Ni)氧化物膜的電極(網(wǎng)格形狀電極)構(gòu)成(參見圖2)。在p型磷化硼層106的周圍部分處的p型歐姆電極107上，設(shè)置由金(Au)膜構(gòu)成的接合襯墊(bonding pad)電極108，以便與p型歐姆接觸電極接觸。同時，在由n型GaN層構(gòu)成的下覆層102的表面上設(shè)置也用作襯墊電極的n型歐姆電極109，該表面通過常規(guī)等離子體蝕刻方法的選擇性蝕刻而暴露。隨后，將層疊結(jié)構(gòu)11切成正方形(400μm×400μm)LED芯片10。
當正向工作電流(20mA)在p型歐姆電極107和n型歐姆電極109之間流動時，評價LED芯片10的發(fā)射特性。發(fā)現(xiàn)該LED芯片10發(fā)射具有460nm的中心波長的藍色光。通過典型積分球確定的在樹脂模塑之前的每個芯片的發(fā)射輸出高達5mW。
由于在設(shè)置于未摻雜的III族氮化物半導(dǎo)體層105上的低電阻磷化硼層106上形成p型歐姆電極107，該歐姆電極呈現(xiàn)出低接觸電阻，其中正向電壓(Vf)為3.5V。發(fā)現(xiàn)在10μA的反向電流下的反向電壓高于10V，表明提供了呈現(xiàn)優(yōu)良反向擊穿電壓的LED 10。具體地，由于用于在其上設(shè)置p型歐姆電極107的p型磷化硼基半導(dǎo)體層106由形成在六角(0001)晶面上并獲得高度晶格匹配的(111)結(jié)晶層形成，因此，提供了呈現(xiàn)很少局部擊穿的LED 10。
(實例2)接下來以具有接合到未摻雜的III族氮化物半導(dǎo)體層的p型磷化硼鋁層的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體LED的制造作為實例，詳細描述本發(fā)明。
在實例1中所述的藍寶石襯底上，形成與用于實例1中的相同組成層；即緩沖層、n型下覆層、發(fā)光層、p型上覆層、以及未摻雜的Al0.10Ga0.90N層。隨后，設(shè)置未摻雜的p型磷化硼鋁(組分分子式B0.98Al0.02P)層，以便接合到由未摻雜的Al0.10Ga0.90N層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體層。用作p型磷化硼基半導(dǎo)體層的B0.98Al0.02P層形成為具有約7×1017cm-3的載流子濃度和200nm的厚度。
通過對電子衍射圖形的分析，發(fā)現(xiàn)所有的n型下覆層、發(fā)光層、p型上覆層、以及未摻雜的Al0.10Ga0.90N層都是六角結(jié)晶層。發(fā)現(xiàn)每個層都具有(0001)晶向?；诔霈F(xiàn)的電子衍射斑的相對位置，發(fā)現(xiàn)未摻雜的B0.98Al0.02P層立方(111)結(jié)晶層，其<110>方向沿與Al0.10Ga0.90N層的(0001)晶面的a軸相同的方向?qū)省?br> 在實例2中，設(shè)置在六角III族氮化物半導(dǎo)體層上的p型磷化硼基半導(dǎo)體層由包含鋁(Al)作為組成元素的p型磷化硼基半導(dǎo)體層材料(B0.98Al0.02P)形成。因此，提供了具有優(yōu)良的表面平坦度的低電阻p型磷化硼基半導(dǎo)體層。
當使正向工作電流(20mA)在以與實例1的類似的方式形成的p型歐姆電極和n型歐姆電極之間流動時，評價LED芯片的發(fā)射特性。發(fā)現(xiàn)該LED芯片發(fā)射具有460nm的中心波長的藍色光。與實例1類似，由于p型磷化硼基半導(dǎo)體層由未摻雜的層形成，因此，從p型磷化硼基半導(dǎo)體層擴散到發(fā)光層或其它層的p型雜質(zhì)元素的量減少。由此，即使p型磷化硼基半導(dǎo)體層由與實例1的半導(dǎo)體材料不同的半導(dǎo)體材料形成，LED的發(fā)射波長也不會改變。通過典型積分球確定的在樹脂模塑之前的每個芯片的發(fā)射輸出是5mW。
由于采用包含鋁(Al)作為組成元素(即，B0.98Al0.02P層)并具有高表面平坦度的未摻雜的磷化硼基半導(dǎo)體參層，因此形成了呈現(xiàn)低接觸電阻的p型歐姆電極。該正向電壓(Vf)低達3.4V。相反，發(fā)現(xiàn)在10μA的反向電流下的反向電壓高于15V，表明提供了呈現(xiàn)相當優(yōu)良的反向擊穿電壓的LED。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明，可以防止由添加到p型III族氮化物半導(dǎo)體層的p型雜質(zhì)元素的熱擴散引起的不能可靠地形成p型磷化硼基半導(dǎo)體層的問題，由此可以可靠地形成適于形成p型歐姆電極的低電阻p型磷化硼基半導(dǎo)體層。因此，可以提供呈現(xiàn)低正向電壓的pn結(jié)化合物發(fā)光二極管。
權(quán)利要求
1.一種pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括結(jié)晶襯底；n型發(fā)光層，由六角n型III族氮化物半導(dǎo)體形成，并設(shè)置在所述結(jié)晶襯底上；p型III族氮化物半導(dǎo)體層，由六角p型III族氮化物半導(dǎo)體形成，并設(shè)置在所述n型發(fā)光層上；p型磷化硼基半導(dǎo)體層，具有閃鋅礦晶體類型，并設(shè)置在所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層上；以及薄膜層，由形成在所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層上的未摻雜的六角III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，其中所述p型磷化硼基半導(dǎo)體層接合到由未摻雜的六角III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的所述薄膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層由包含鋁作為必需的組成元素并具有通過組分分子式AlXGaYN(0＜X≤l，0≤Y＜1，以及X+Y＝1)表示的組分的纖鋅礦氮化鋁鎵層形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中設(shè)置在所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層的表面上的所述p型磷化硼基半導(dǎo)體層是未摻雜的結(jié)晶層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層具有(0001)晶面的表面，并且設(shè)置在所述表面上的所述p型磷化硼基半導(dǎo)體層是具有與所述(0001)晶面的a軸對準的[110]方向的(111)結(jié)晶層。
全文摘要
該pn結(jié)化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括結(jié)晶襯底；n型發(fā)光層，由六角n型III族氮化物半導(dǎo)體形成，并設(shè)置在所述結(jié)晶襯底上；p型III族氮化物半導(dǎo)體層，由六角p型III族氮化物半導(dǎo)體形成，并設(shè)置在所述n型發(fā)光層上；p型磷化硼基半導(dǎo)體層，具有閃鋅礦晶體類型，并設(shè)置在所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層上；以及薄膜層，由形成在所述p型III族氮化物半導(dǎo)體層上的未摻雜的六角III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，其中所述p型磷化硼基半導(dǎo)體層接合到由未摻雜的六角III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的所述薄膜層。
文檔編號H01L33/16GK1947268SQ20058001307
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者宇田川隆 申請人:昭和電工株式會社