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 能夠減少由襯底和在其上生長的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)光器件典型地生長在藍(lán)寶石或SiC襯底上。然后，低生長溫度 下AlyGapyN多晶層作為緩沖層生長于藍(lán)寶石或SiC襯底上。在高溫下，在緩沖層上 生長未摻雜的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)有源層 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，襯底和緩沖層之 間界面中的晶體缺陷具有非常高的約108/ 113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， 從而對發(fā)光器件的可靠性產(chǎn)生重大影響。
另外，在襯底和緩沖層之間界面中產(chǎn)生的晶體缺陷降低有源層的結(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)研究了新的緩沖 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)的有源層的 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，其包括襯底；在襯底上形成的緩沖層；在緩沖層上形成的第 一 In摻雜的GaN層；在第一 In摻雜的GaN層上形成的InxGakN/InyGa^N超晶格 結(jié)構(gòu)層；在lnxGaLxN/InyGaLyN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)光作用的有源層；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:襯底；在襯底上形成的緩沖層；在緩沖層上形成的第 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)光作用的有源層；在有源層上形成的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，其包括襯底；在襯底上形成的緩沖層；在GaN緩沖層上形 成的第一電極接觸層；在第一電極接觸層上形成的有源層，包括低摩爾In摻雜的 InxGaLxN層、InyGai.yN阱層和InzGai.zN勢壘層；在有源層上形成的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，該方法包括在襯底上形成緩沖層；在緩沖層上 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)光的有源層；在有源層上形成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)的有源層的 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)在襯底102上生長的緩沖層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InxGaLxN/InyGaLyN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)的有源 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)。 有源層116包括低摩爾In摻雜的GaN層110、 InxGai_yN阱層112和InxGai.xN勢壘 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緩沖層104和 第一電極接觸層108之間的In摻雜的GaN層106，和形成于InxGai_xN勢壘層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，低生長溫度下在藍(lán)寶石襯底102上形成GaN緩沖層104。然后，低生長 溫度下GaN基半導(dǎo)體的緩沖層104可以生長成InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)和 InxGai-xN/GaN與AlxInyGa^yN/InxGaLxN/GaN結(jié)構(gòu)。
如上所述在襯底102上形成的緩沖層104可以有效地限制由襯底102和在襯底 102上生長的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GaN緩沖層104的加工步驟中，在約500-700"C的溫度下 供給H2與N2載氣；TMGa、 TMIn與TMAl源和NH3氣體，以生長GaN緩沖層104。
然后，高的生長溫度下在緩沖層104上生長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GaN基半導(dǎo)體的GaN基單晶層的加工步驟中，通過在約 900-1100°C的溫度下供給MOCVD設(shè)備TMGa、 TMIn和TMAl源來生長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)射所需波長范圍內(nèi)的光的有源層116包括單量子阱。更具體地說，有源層116 的低摩爾In摻雜的GaN層110生長在10-500A的范圍內(nèi)。更優(yōu)選的，低摩爾In摻
雜的GaN層110生長至50-300A范圍的厚度。低摩爾In摻雜的GaN層的含量可以 表示為InxGai.xN (0<xS0.2)。然后，InyGai- yN阱層112的量子阱層和不同In含量 的InzGai_zN勢壘層114在低摩爾In摻雜的InxGai-xN層110上生長形成有源層。
在生長有源層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TMA1源，生長低摩爾In摻雜的InxGai.xN層110、 IriyGa,—yN阱層112 (0<y《0.35)禾tHnzGa!-zN勢壘層114 ((Kz幼.2)。在這種情況下， 低摩爾In摻雜的InxGai.xN層110具有約10-500A的厚度，并且其表面以螺旋模式 均勻生長。另外，在約700-80(TC的表面生長溫度下，發(fā)光的InGaN阱層112生長 至5-30A的厚度，InGaN勢壘層114生長至50-500A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InxGai-xN層 110表面到InGaN勢壘層114維持均勻的螺旋模式。如果滿足上述生長條件，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)的有源層來制造實(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InxGai.xN層110、 InyGai—yN阱層112和InzGai.zN勢壘 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InxGai—xN層110的In 含量調(diào)整至低于InzGai.zN勢壘層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)所述加工步驟生長發(fā)光的有源層之后，升高溫度，在H2、 N2和H2+N2氣體
中、NHs氣氛下生長Mg摻雜的p型GaN基單晶層118。在約900-1020'C的生長溫 度下p型GaN層118生長至厚度約500-5000A。
在生長p型GaN層118時(shí)，InxGai-xN/IriyGapyN超晶格結(jié)構(gòu)(0〈x幼.2和0<y^0.2) 的第二電極接觸層120在p型GaN層118上生長。InxGai-xN/InyGai-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2-50A的厚度下彼此交替，并且第二電極接觸層 120具有小于200A的最大厚度。另外，在700-850'C的生長溫度范圍內(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InxGai-xN/InyGai-yN 超晶格結(jié)構(gòu)層210以形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以便使由襯底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)可以減小從襯底202和低溫緩沖層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)將簡要描述如下
緩沖層204在襯底202上生長，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生長成具有InxGa^N/InyGapyN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)的有 源層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)。有源層220包括低摩爾In摻雜的InxGa^N層214、InxGai-yN阱層216和InxGai.xN 勢壘層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，位于緩沖層204和第一電極接觸層212之間。在InxGai_xN 勢壘層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)施方案可以減小從襯底202和緩沖層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 InzGai-zN勢壘層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-diffiasion)，從而改善其特征。In摻雜的GaN層318生長至IOOA
或更小的厚度。
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。在襯底302上生長緩 沖層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InxGa^N/InyGaLyN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)的有 源層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)。有源層316包括低摩爾In摻雜的InxGai-xN層310、InxGai-yN阱層312和InxGai-xN 勢壘層314。
另外，基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件還具有位于緩沖層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InzGai.zN勢壘層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、 InxGaLxN/InyGa^yN超晶格結(jié)構(gòu)層408 、 In摻雜的GaN層412和 InxGa^N/InyGat-yN超晶格結(jié)構(gòu)層414。 InxGa^N/InyGa!-yN超晶格結(jié)構(gòu)層408、 In摻 雜的GaN層412和InxGa^N/InyGai—yN超晶格結(jié)構(gòu)層414的作用是使來自襯底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。另夕卜，I^Ga^N/InyGaLyN超 晶格結(jié)構(gòu)層408還可以減小從襯底402和低溫緩沖層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。
下面將參照圖4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。
低的生長溫度下在藍(lán)寶石襯底402上生長GaN基半導(dǎo)體緩沖層404。在低的生 長溫度下，GaN基半導(dǎo)體的緩沖層404可以由InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)和 ItixGa!—xN/GaN與AlxInyGa^yN/InxGa^N/GaN的結(jié)構(gòu)形成。
如上所述在襯底402上形成的緩沖層404可以有效地限制由襯底402和在襯底 402上生長的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，高的生長溫度下在緩沖層404上生長In摻雜的GaN層406，在In摻雜 的GaN層406上還形成InxGakN/InyGa^N超晶格結(jié)構(gòu)層408，從而使來自襯底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)可以減小從襯底402和低溫緩沖層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。
另夕卜，在lnxGa!.xN/InyGa!.yN超晶格結(jié)構(gòu)層408上還形成In慘雜的GaN層412 和InxGa^N/InyGaLyN超晶格結(jié)構(gòu)層414，以進(jìn)一步減小晶體缺陷。
然后，在InxGa卜xN/InyGaLyN超晶格結(jié)構(gòu)層414上生長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，在有源層424中形成單量子阱層，用于發(fā)射所需波長范圍的光。更具體 地說，低摩爾In摻雜的InxGai-xN層418 ((Kx幼.2)首先在有源層424中生長，以 提高有源層424的內(nèi)部量子效率。在低摩爾In摻雜的InxGai_xN層418上生長包括 In.yGai-yN阱層420和不同In含量的InzGai_zN勢壘層422的量子阱結(jié)構(gòu)，即得有源 層。
在生長步驟中，通過在NH3氣氛中供給N2與Hb+N2氣體和TMGa、 TMIn與 TMA1源，生長單量子阱結(jié)構(gòu)的有源層424，其包括低摩爾In摻雜的InxGai_xN層 418、 IiiyGa!-yN阱層420 (0〈y幼.35)和InzGa!-zN勢壘層422 (0<z《0.2)。低摩爾 InxGai.xN層418具有約10-500A的厚度，其表面以螺旋模式均勻生長。
在約700-80(TC的生長溫度下，發(fā)光的InGaN阱層420生長至厚度為10-40A， InGaN勢壘層422生長至厚度為50-500A。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InxGai.xN層418表面到InzGai.zN勢壘層422的均勻 螺旋模式。如果滿足上述生長條件，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)的有源層來制造實(shí)用的高亮度發(fā)光器件。
生長發(fā)光有源層后，生長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。C的生長溫度下，p型GaN層428生長至厚度約為 500-5000A。
然后，生長p型GaN層428后，在p型GaN層428上生長InxGa^xN/InyGaLyN 超晶格結(jié)構(gòu)(0<x^0.2，且0<yS0.2)的第二電極接觸層430 。有利的是， InxGai—xN/InyGaLyN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 2-50A的厚度下彼此交替，并且第二電極接觸層430具有小于200A的最大厚度。另 夕卜，在700-85(TC的生長溫度范圍內(nèi)，通過供給N2、 N2+H2與NHs氣體和TMGa與 TMIn源進(jìn)行生長步驟，以生長具有異質(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， 可以有效地限制由襯底如藍(lán)寶石和在其上生長的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，從而生長高質(zhì)量的GaN基半導(dǎo)體。具體 是，InxGai-xN/InyGaLyN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InxGakN，以提高有源層的內(nèi)部量子效率，從而均勻 地控制量子阱的生長模式。由于InxGai.xN/InyGai.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GaNGaN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，包含第一GaN型層；所述第一GaN型上的有源層；和所述有源層上的第二GaN型層，其中所述第一GaN型層或所述第二GaN型層包含至少一個(gè)InxGa1-xN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的器件，還包含 襯底；和所述襯底上的緩沖層，其中所述緩沖層包含選自InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)、InxGai-xN/GaN結(jié)構(gòu)、和 AlxInyGa^yN/IrixGai-xN/GaN結(jié)構(gòu)的其中之一。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述第一 GaN型層包含第一 InxGai-xN/InyGai-yN超晶格結(jié)構(gòu)層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其中所述第一GaN型層包含 第一In摻雜的GaN層；和所述第一 In摻雜的GaN層上的第一電極接觸層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其中所述第一 InxGai-xN/InyGai-yN超晶格結(jié)構(gòu)層形成在 所述第一 In摻雜的GaN層和所述第一電極接觸層之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其中所述第一電極接觸層包含Si/In共摻雜的GaN層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的器件，其中所述第一 In摻雜的GaN層和其上形成的所述第一 InxGai-xN/InyGai-yN超晶格結(jié)構(gòu)層多次重復(fù)層疊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的器件，其中所述第一 GaN型層還包含在所述第一 In摻雜的 GaN層和所述第一 InxGa^N/InyGaLyN超晶格結(jié)構(gòu)層之間的未摻雜GaN層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l的器件，其中所述有源層包含單或多量子阱結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的器件，其中所述有源層包含低摩爾In摻雜的InxGai.xN層和 InyGai-yN阱層和InzGai.zN勢壘層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的器件，其中所述低摩爾In摻雜的InxGai.xN層具有小于所述 InzGai.zN勢壘層的In含量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的器件，其中所述低摩爾In摻雜的InxGai.xN層和InyGai-yN阱 層和InzGa!.zN勢壘層具有的In含量分別表示為0<x<0.05、 0<y<0.3和0<z<0.1 。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的器件，其中所述低摩爾In摻雜的InxGa^N層具有以螺旋模 式生長的表面構(gòu)形。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10的器件，其中所述低摩爾In摻雜的InxGai_xN層具有以螺旋模 式生長的表面構(gòu)形，并且其中所述螺旋模式延伸至所述InzGai.zN勢壘層的表面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述第二 GaN型層包含第二 InxGaLxN/IiiyGa!-yN超晶格結(jié)構(gòu)層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中所述第二 InxGai-xN/InyGai-yN超晶格結(jié)構(gòu)層包含n 型電極接觸層的第二電極接觸層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中所述第二 GaN型層還包含在所述有源層和第二 I^GakN/InyG^yN超晶格結(jié)構(gòu)層之間的GaN層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的器件，其中所述第二 GaN型層還包含在所述有源層和所述 GaN層之間的第二 In摻雜的GaN層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述第一 GaN型層和所述第二 GaN型層分別包含 第一 InxGa^N/InyGaLyN超晶格結(jié)構(gòu)層和第二 IrixGa^N/InyGaLyN超晶格結(jié)構(gòu)層。
20. —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 形成第一GaN型層；在所述第一GaN型層上形成有源層；和 在所述有源層上形成第二 GaN型層，其中所述第一 GaN型層或所述第二 GaN型層包含至少一個(gè)InxGai.xN/InyGai.yN超晶格結(jié)構(gòu)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，還包括 形成襯底；和 在所述襯底上形成緩沖層，其中所述緩沖層包含選自InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)、InxGai-xN/GaN結(jié)構(gòu)、和 AlxInyGa!.x,yN/InxGai-xN/GaN結(jié)構(gòu)的其中之一 。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述第一 GaN型層包含第一 InxGai-xN/InyGai_yN超晶格結(jié)構(gòu)層.。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中形成所述第一GaN型層包括 形成第一In摻雜的GaN層；和在所述第一 In摻雜的GaN層上形成第一電極接觸層。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述第一 InxGa^N/InyGai.yN超晶格結(jié)構(gòu)層形成 在所述第一 In摻雜的GaN層和所述第一電極接觸層之間。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述第一電極接觸層包含Si/In共摻雜的GaN層。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24的器件，其中所述第一In摻雜的GaN層和其上形成的所述第一 InxGai_xN/InyGai-yN超晶格結(jié)構(gòu)層多次重復(fù)層疊。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24的器件，其中所述第一GaN型層還包含在所述第一In摻雜的 GaN層和所述第一 InxGai-xN/InyGai-yN超晶格結(jié)構(gòu)層之間的未摻雜GaN層。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述有源層包含單或多量子阱結(jié)構(gòu)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的器件，其中所述有源層包含低摩爾In摻雜的InxGa^N層和 InyGai-yN阱層和InzGai-zN勢壘層的其中之一。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29的器件，其中所述低摩爾In摻雜的InxGai.xN層具有小于所述 InzGai.zN勢壘層的In含量。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29的器件，其中所述低摩爾In摻雜的InxGai.xN層和InyGai.yN阱 層和InzGai.zN勢壘層具有的In含量分別表示為0<x<0.05、 0<y<0.3和0<z<0.1 。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29的器件，其中所述低摩爾In摻雜的InxGai.xN層具有以螺旋模 式生長的表面構(gòu)形。
33. 根據(jù)權(quán)利要求29的器件，其中所述低摩爾In摻雜的InxGai—xN層具有以螺旋模 式生長的表面構(gòu)形，并且其中所述螺旋模式延伸至所述InzGai.zN勢壘層的表面。
34. 根據(jù)權(quán)利要求20的器件，其中所述第二 GaN型層包含第二 InxGai.xN/InyGai.yN超晶格結(jié)構(gòu)層。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中所述第二 InxGai-xN/InyGai-yN超晶格結(jié)構(gòu)層包含n 型電極接觸層的第二電極接觸層。
36. 根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中所述第二 GaN型層還包含在所述有源層和所述第二 InxGa^xN/InyGaLyN超晶格結(jié)構(gòu)層之間形成的GaN層。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中所述第二 GaN型層還包含在所述有源層和所述 GaN層之間形成的第二 In摻雜的GaN層。
38. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述第一 GaN型層和所述第二 GaN型層分別包 含第一 InxGa!-xN/InyGai.yN超晶格結(jié)構(gòu)層和第二 InxGa!-xN/InyGaLyN超晶格結(jié)構(gòu)層。
全文摘要
本發(fā)明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，其包含第一GaN型層；所述第一GaN型上的有源層；和所述有源層上的第二GaN型層，其中所述第一GaN型層或所述第二GaN型層包含至少一個(gè)In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN超晶格結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠減少基于氮化物的3-5族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的晶體缺陷，提高GaN、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。
文檔編號H01L33/12GK101179106SQ20071019658
公開日2008年5月14日 申請日期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 申請人:Lg伊諾特有限公司