專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里說明的實(shí)施例一般而言涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
諸如氮化鎵(GaN)的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體具有寬帶隙。利用該特征，可以將其應(yīng)用于發(fā)射紫外光到藍(lán)/綠光的具有高亮度的發(fā)光二極管(LED)以及發(fā)射藍(lán)紫光到藍(lán)光的激光二極管(LD)。
這些發(fā)光器件具有以下結(jié)構(gòu)。例如，在藍(lán)寶石襯底上，依次層疊η型半導(dǎo)體層、包括量子阱層和勢(shì)壘層的發(fā)光層、以及P型半導(dǎo)體層。
在這樣的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，存在同時(shí)實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓和高發(fā)光效率的需求。
通過減薄勢(shì)壘層，驅(qū)動(dòng)電壓傾向于降低。然而，減薄勢(shì)壘層導(dǎo)致結(jié)晶性劣化，這降低了發(fā)光效率。另一方面，量子阱由例如InGaN構(gòu)成。這里，不均勻的In組成比和晶格常數(shù)差異會(huì)在量子阱層中引起晶格應(yīng)變。結(jié)果，在晶體中產(chǎn)生缺陷。此外，由應(yīng)變誘發(fā)的壓電場(chǎng)會(huì)調(diào)制有源層的帶結(jié)構(gòu)并降低發(fā)光效率。
為了提高光發(fā)射輸出功率、降低正向電壓、并改善靜電擊穿電壓，在JP-3424629 中描述了一種氮化物半導(dǎo)體器件。該氮化物半導(dǎo)體器件包括位于η型氮化物半導(dǎo)體層與ρ 型氮化物半導(dǎo)體層之間的有源層。η型氮化物半導(dǎo)體層包括η型接觸層和具有超晶格結(jié)構(gòu)的η型多膜層。此外，在η型接觸層與η型多膜層之間插入具有100?；蚋蟮哪ず穸鹊奈磽诫s的GaN層。然而，雖然存在這樣的常規(guī)技術(shù)，但仍存在為實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓和高發(fā)光效率而進(jìn)行改進(jìn)的空間。

發(fā)明內(nèi)容
總體而言，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件包括包含氮化物半導(dǎo)體的η 型半導(dǎo)體層、包含氮化物半導(dǎo)體的P型半導(dǎo)體層、發(fā)光部、以及層疊體。所述發(fā)光部被設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層與所述P型半導(dǎo)體層之間并包括勢(shì)壘層和阱層。所述勢(shì)壘層包含InbGai_bN(0 ^b <1)并具有層厚度tb(納米)。所述阱層與所述勢(shì)壘層層疊，包含 InwGai_wN (0 <w< l,b<w)并具有層厚度tw (納米)。所述層疊體被設(shè)置在所述發(fā)光部與所述η型半導(dǎo)體層之間并包括第一層和第二層。所述第一層包含IrixGai_xN(0彡χ < 1)并具有層厚度tx(納米)。所述第二層與所述第一層層疊，包含InyGai_yN(0<y< 1，x<y <w)并具有層厚度ty (納米)。所述層疊體的平均In組成比高于所述發(fā)光部的平均In組成比的0. 4倍，假設(shè)所述發(fā)光部的所述平均In組成比為(wXtw+bXtb)/(tw+tb)，所述層疊體的所述平均In組成比為(xXtx+yXty)/(tx+ty)。所述勢(shì)壘層的所述層厚度tb為IOnm或更小。
根據(jù)另一實(shí)施例，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底、η型半導(dǎo)體層、層疊體、發(fā)光部、 以及P型半導(dǎo)體層。所述η型半導(dǎo)體層被設(shè)置在所述襯底上并包含氮化物半導(dǎo)體。所述層疊體被設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層上并包括第一層和第二層。所述發(fā)光部被設(shè)置在所述層疊體上并包括勢(shì)壘層和阱層。所述P型層被設(shè)置在所述發(fā)光部上并包含氮化物半導(dǎo)體。所述勢(shì)壘層包含InbGai_bN (0^b<l)并具有層厚度tb (納米)。所述阱層與所述勢(shì)壘層層疊，包含InwGai_wN (0 <w< l,b <w)并具有層厚度tw (納米)。所述第一層包含InxGai_xN(0彡χ
<1)并具有層厚度tx(納米)。所述第二層與所述第一層層疊，包含InyGai_yN(0<y<l， χ < y < w)并具有層厚度ty(納米)。所述層疊體的平均In組成比高于所述發(fā)光部的平均In組成比的0. 4倍，假設(shè)所述發(fā)光部的所述平均In組成比為(wX tw+bX tb)/(tw+tb)，所述層疊體的所述平均In組成比為(xXtx+yXty)/(tx+ty)。所述勢(shì)壘層的所述層厚度tb為 IOnm或更小。
根據(jù)又一實(shí)施例，公開了一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。所述方法可以包括在襯底上形成包含氮化物半導(dǎo)體的η型半導(dǎo)體層。所述方法可以包括在所述η型半導(dǎo)體層上形成包括第一層和第二層的層疊體。所述方法可以包括在所述層疊體上形成包括勢(shì)壘層和阱層的發(fā)光部。所述方法可以包括在所述發(fā)光部上形成P型半導(dǎo)體層。所述形成所述層疊體包括在所述η型半導(dǎo)體層上形成具有層厚度、納米的厚度的包含IrixGai_xN (0 ^ χ < 1) 的所述第一層；以及在所述第一層上形成具有層厚度ty納米的厚度的包含InyGai_yN(0 < y
<1, x<y)的所述第二層。所述形成所述發(fā)光部包括在所述層疊體上形成具有層厚度 tb納米的包含InbGai_bN(0彡b < l，b < w)的所述勢(shì)壘層，所述層厚度tb具有10納米或更小的值；以及在所述勢(shì)壘層上形成具有層厚度tw納米的厚度的包含InwGai_wN (0 <w< l,y <w)的所述阱層。執(zhí)行所述形成所述層疊體和所述形成所述發(fā)光部中的至少一個(gè)步驟，以便所述層疊體的平均In組成比高于所述發(fā)光部的平均In組成比的0. 4倍，假設(shè)所述層疊體的所述平均In組成比為(xXtx+yXty)/(tx+ty)，并且所述發(fā)光部的所述平均In組成比為(wXtw+bxtb)/(tw+tb)。


圖1為示例出半導(dǎo)體發(fā)光器件的一部分的配置的示意性截面視圖； 圖2為示例出半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面視圖； 圖3到8為示例出與半導(dǎo)體發(fā)光器件有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；以及 圖9為示例出制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考

本發(fā)明的實(shí)施例。
附圖是示例性或概念性的；并且，例如，每一部分的厚度與寬度之間的關(guān)系以及各部分間的尺寸比例不必與其實(shí)際值相同。此外，根據(jù)不同的附圖，相同的部分可能被以不同尺寸或比率示出。
在本說明書和附圖中，與參考之前的附圖而在先描述的要素相似的要素用相似的參考標(biāo)號(hào)來標(biāo)記，并且在適當(dāng)時(shí)略去了對(duì)其的詳細(xì)說明。
第一實(shí)施例 圖1為示例出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的一部分的配置的示意性截面圖。
圖2為示例出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配置的示意性截面圖。
如圖2所示，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件110包括η型半導(dǎo)體層20、ρ型半導(dǎo)體層50、在η型半導(dǎo)體層20與ρ型半導(dǎo)體層50之間設(shè)置的發(fā)光部40、以及在發(fā)光部40與 η型半導(dǎo)體層20之間設(shè)置的層疊體30。
η型半導(dǎo)體層20和ρ型半導(dǎo)體層50包含氮化物半導(dǎo)體。
發(fā)光部40為例如有源層。層疊體30為例如超晶格層。
在半導(dǎo)體發(fā)光器件110中，在由例如藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底10的主表面(例如，C表面)上設(shè)置例如緩沖層11。在緩沖層11上設(shè)置例如未摻雜的GaN基底層(foundation layer) 21和η型GaN接觸層22。η型GaN接觸層22被包括在η型半導(dǎo)體層20中。為了方便起見，可以將GaN基底層21視為包括在η型半導(dǎo)體層20中。
在η型GaN接觸層22上設(shè)置層疊體30。在層疊體30中，例如，交替層疊第一層 31和第二層32。稍后描述第一層31和第二層32的詳細(xì)配置。
在層疊體30上設(shè)置發(fā)光部40 (有源層)。發(fā)光部40具有例如多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。也就是，發(fā)光部40包括其中交替地并重復(fù)地層疊多個(gè)勢(shì)壘層41和多個(gè)阱層42的結(jié)構(gòu)。 稍后描述勢(shì)壘層41和阱層42的詳細(xì)配置。
在發(fā)光部40上，依次設(shè)置ρ型AlGaN層51、ρ型(例如Mg摻雜的)GaN層52以及 P型GaN接觸層53。ρ型AlGaN層51作為電子溢流防止層。ρ型AlGaN層51、Mg摻雜的 GaN層52以及ρ型GaN接觸層53被包括在ρ型半導(dǎo)體層50中。此外，在ρ型GaN接觸層 53上設(shè)置透明電極60。
去除構(gòu)成η型半導(dǎo)體層20的η型GaN接觸層22的一部分，以及對(duì)應(yīng)于該部分的層疊體30、發(fā)光部40和ρ型半導(dǎo)體層50。在η型GaN接觸層22上設(shè)置η側(cè)電極70。η側(cè)電極70由例如Ti/Pt/Au的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成。另一方面，在透明電極60上設(shè)置ρ側(cè)電極80。
因此，根據(jù)該實(shí)施例的該實(shí)例的半導(dǎo)體發(fā)光器件110為發(fā)光二極管(LED)。
如圖1所示，發(fā)光部40包括勢(shì)壘層41和與勢(shì)壘層41層疊的阱層42。在該實(shí)例中，勢(shì)壘層41被設(shè)置為多個(gè)，并且阱層42被設(shè)置為多個(gè)。每個(gè)阱層42被設(shè)置在多個(gè)勢(shì)壘層41之間。
勢(shì)壘層41和阱層42包含氮化物半導(dǎo)體。阱層42由包含In的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。 勢(shì)壘層41具有大于阱層42的帶隙能量。
勢(shì)壘層41包含InbGai_bN(0彡b < 1)。勢(shì)壘層41的厚度為層厚度tb (納米)。另一方面，阱層42包含InwGai_wN (0 < w < 1)。阱層42的厚度為層厚度tw (納米)。
這里，阱層42的In組成比w高于勢(shì)壘層41的In組成比b，即，b < W。勢(shì)壘層41 的In組成比b可以為零。例如，勢(shì)壘層41可以由GaN構(gòu)成。另一方面，阱層42的In組成比w大于零，阱層42包含InGaN。
在勢(shì)壘層41包含In的情況下，勢(shì)壘層41的In組成比b小于阱層42的In組成比W。由此，阱層42具有小于勢(shì)壘層41的帶隙能量。
勢(shì)壘層41和阱層42可以包含痕量的Al等等。
在該實(shí)例中，設(shè)置了多個(gè)勢(shì)壘層41和多個(gè)阱層42。首先，為了描述的簡單，假設(shè)所述多個(gè)勢(shì)壘層41具有相等的In組成比b，且還具有相等的厚度。相似地，假設(shè)所述多個(gè)阱層42具有相等的In組成比w，且還具有相等的厚度。
另一方面，如圖1所示，層疊體30包括第一層31和第二層32。層疊體30具有其中交替地層疊第一層31和第二層32的結(jié)構(gòu)。這里，層疊體30僅僅需要是這樣的結(jié)構(gòu)，其中，層疊了至少一對(duì)第一層31和第二層32。
第一層31包含InxGai_xN (0彡χ < 1)。第一層31的厚度為層厚度tx (納米)。另一方面，第二層32包含InyGai_yN(0 < y彡1)。第二層32的厚度為層厚度ty (納米)。
在該實(shí)例中，設(shè)置了多個(gè)第一層31和多個(gè)第二層32。首先，為了描述的簡單，假設(shè)所述多個(gè)第一層31具有相等的In組成比X，且還具有相等的厚度。相似地，假設(shè)蘇搜狐多個(gè)第二層32具有相等的In組成比y，且還具有相等的厚度。
這里，第二層32的In組成比y高于第一層31的In組成比X，即，χ < y。第一層 31的In組成比χ可以為零。例如，第一層31可以由GaN構(gòu)成。另一方面，第二層32的In 組成比y大于零，第二層32包含InGaN。
這里，第二層32的In組成比y小于阱層42的In組成比w，即，y < W。因此，第一層31的In組成比χ同樣小于阱層42的In組成比w，即，χ < W。這抑制了從發(fā)光部40 發(fā)射的光在第一層31和第二層32中的吸收，由此提高了光提取效率。也就是，提高了發(fā)光效率。
也就是，上述勢(shì)壘層41、阱層42、第一層31、以及第二層32的In組成比滿足b < w 以及χ < y < w。
此外，勢(shì)壘層41的In組成比b和第一層31的In組成比χ是任意的，只要稍后描述的“平均In組成比”滿足稍后描述的關(guān)系即可。
在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件110中，勢(shì)壘層41的層厚度tb為10納米(nm) 或更小那么薄。結(jié)果，半導(dǎo)體發(fā)光器件110的驅(qū)動(dòng)電壓降低到實(shí)際需要的水平。
另一方面，在半導(dǎo)體發(fā)光器件110中，使層疊體30的層疊體平均In組成比ρ高于發(fā)光部40的發(fā)光部平均In組成比q的0. 4倍。這抑制了施加到阱層42的應(yīng)變并改善了結(jié)晶性。此外，這可以抑制壓電場(chǎng)的影響，由此提高了發(fā)光效率。也就是，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓和高發(fā)光效率。
這里，發(fā)光部40的發(fā)光部平均In組成比q被如下定義。
假設(shè)阱層42包含InwGai_wN并具有層厚度tw (納米)，并且勢(shì)壘層41包含InbGai_bN 并具有層厚度tb (納米)。那么，發(fā)光部平均In組成比q被定義為(WXtw+bXtb)/(tw+tb)。
層疊體30的層疊體平均In組成比ρ被如下定義。
假設(shè)第一層31包含InxGahN并具有層厚度tx(納米)，并且第二層32包含 InyGa1^yN并具有層厚度ty (納米)。那么，層疊體平均In組成比ρ被定義為(χ X tx+y X ty) / (tx+ty)。
在上述的包括發(fā)光部40和層疊體30的半導(dǎo)體發(fā)光器件110中，施加到發(fā)光部40 的晶格應(yīng)變低于沒有上述發(fā)光部40和層疊體30的情況。因此，半導(dǎo)體發(fā)光器件110實(shí)現(xiàn)了高發(fā)光效率和低驅(qū)動(dòng)電壓。
通常，在由InGaN構(gòu)成的阱層42中，由于晶格常數(shù)差異，很可能發(fā)生晶格應(yīng)變，因此很可能發(fā)生晶體缺陷。此外，帶能量受由晶格應(yīng)變導(dǎo)致的壓電場(chǎng)的調(diào)制，因此很可能降低發(fā)光效率。在減薄勢(shì)壘層41的厚度以降低驅(qū)動(dòng)電壓的情況下，很可能會(huì)劣化結(jié)晶性。同時(shí)， 上述施加到阱層42的應(yīng)變?cè)龃?。這進(jìn)一步妨礙了發(fā)光效率的提高。
比較而言， 在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件中110，在發(fā)光部40與η型半導(dǎo)體層 20之間插入層疊體30。使層疊體30的平均In組成比ρ高于發(fā)光部40的發(fā)光部平均In 組成比q的0.4倍。這弛豫了上述應(yīng)變。因此，即使在減薄勢(shì)壘層41的厚度以降低驅(qū)動(dòng)電壓的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)高發(fā)光效率。
如果層疊體30的平均In組成比ρ等于或低于發(fā)光部40的平均In組成比q的 0. 4倍，則不能充分地實(shí)現(xiàn)弛豫上述應(yīng)變的效果。
這里，如果層疊體30的平均In組成比ρ等于發(fā)光部40的發(fā)光部平均In組成比 q，則從發(fā)光部40朝向η型半導(dǎo)體層20發(fā)射的光在層疊體30的第一層31和第二層32中被吸收。因此，在該實(shí)施例中，使平均In組成比ρ低于平均In組成比q。這可以抑制上述吸收并提高發(fā)光效率。
通常，認(rèn)為可以通過減薄勢(shì)壘層41的層厚度tb來降低驅(qū)動(dòng)電壓。然而，如果減薄了勢(shì)壘層41的層厚度tb，則傾向于劣化發(fā)光部40的結(jié)晶性。例如，如果勢(shì)壘層41的層厚度tb為IOnm或更低，則由于發(fā)光部40的劣化的結(jié)晶性，發(fā)光效率會(huì)降低。
作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了通過將勢(shì)壘層41的層厚度tb減小到IOnm或更小而允許提高發(fā)光效率并同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)電壓的上述條件。
以下將說明作為發(fā)現(xiàn)上述條件的基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
在這些實(shí)驗(yàn)中，改變發(fā)光部40的配置(勢(shì)壘層41的厚度和In組成比以及阱層42 的厚度和In組成比)以及層疊體30的配置(第一層31的厚度和In組成比以及第二層32 的厚度和In組成比)，以制造半導(dǎo)體發(fā)光器件。評(píng)估了這些半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf 和光輸出功率Po。
第一實(shí)驗(yàn) 在第一實(shí)驗(yàn)中，如下制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的樣品。
首先，對(duì)例如C表面藍(lán)寶石襯底10進(jìn)行有機(jī)清潔和酸清潔。將襯底10引入到 MOCVD裝置的反應(yīng)爐中。在反應(yīng)爐的基座上，將襯底10加熱到約1100°C。由此，去除在襯底10的表面上的氧化物膜。
接下來，在襯底10的主表面(C表面)上，將緩沖層11生長到30nm的厚度。此外， 在緩沖層11上，將未摻雜的GaN基底層21生長到3微米(μ m)的厚度。此外，在GaN基底層21上，將由Si摻雜的GaN構(gòu)成的η型GaN接觸層22生長到2 μ m的厚度。
接下來，在η型GaN接觸層22上，交替地層疊30個(gè)周期的由InxGai_xN構(gòu)成的第一層31和由InyGai_yN構(gòu)成的第二層32以形成層疊體30。
這里，第一層31的In組成比χ為零，且其厚度為lnm。第二層32的In組成比y 為0. 08，且其厚度為2. 5nm。
接下來，在層疊體30上，交替地層疊8周期的勢(shì)壘層41和阱層42。
在該實(shí)驗(yàn)中，勢(shì)壘層41的In組成比b為零，阱層42的In組成比w為0. 15。
勢(shì)壘層41的層厚度在三個(gè)值當(dāng)中變化5nm、10nm和20歷。另一方面，阱層42的厚度被固定為2. 5nm。這些樣品被指定為樣品xl、樣品x2以及樣品x3。也就是，在樣品xl、x2和x3中勢(shì)壘層41的厚度分別為5nm、10nm和20nm。
在所有樣品xl、x2和x3中，在最后的阱層42上，生長具有5nm層厚度的由GaN構(gòu)成的勢(shì)壘層41作為最后的勢(shì)壘層41。
此外，在該勢(shì)壘層41上，生長具有0. 003的Al組成比和5nm的層厚度的AlGaN層。 隨后，層疊具有0. 1的Al組成比和5nm的層厚度的Mg摻雜的AlGaN層51、具有SOnm的層厚度的Mg摻雜的ρ型GaN層52 (Mg濃度為2 X IO19CnT3)、以及具有約IOnm的層厚度的Mg重?fù)诫s的GaN層53 (Mg濃度為1 X 1021cm_3)。隨后，從MOCVD裝置的反應(yīng)爐取出在其上生長了上述晶體的襯底10。
接下來，將上述多層膜結(jié)構(gòu)的一部分干法蝕刻到η型GaN接觸層22的中途。由此， 暴露η型GaN接觸層22。在其上形成由Ti/Pt/Au構(gòu)成的η側(cè)電極70。此外，在Mg重?fù)诫s的GaN層53的表面上形成由ITO (銦錫氧化物)構(gòu)成的透明電極60。在透明電極60的一部分上形成具有例如80 μ m的直徑的由Ni/Au構(gòu)成的ρ側(cè)電極80。
由此，制成樣品xl-x3。如此制成的樣品xl-x3的半導(dǎo)體發(fā)光器件為發(fā)射450nm的主波長的藍(lán)光LED。
圖3為示例出與半導(dǎo)體發(fā)光器件有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
更具體而言，圖3示例出其中勢(shì)壘層41的層厚度變化的樣品xl-x3的驅(qū)動(dòng)電壓Vf 的變化。在圖3中，水平軸表示勢(shì)壘層41的層厚度tb(nm)。垂直軸表示半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf。這里，驅(qū)動(dòng)電壓Vf被表示為相對(duì)值，其中當(dāng)勢(shì)壘層41的層厚度tb為IOnm時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓為1。
如圖3所示，半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf隨勢(shì)壘層41的層厚度tb(nm)的減小而降低。
從驅(qū)動(dòng)電壓Vf具有實(shí)際適用性的角度出發(fā)，勢(shì)壘層41的層厚度tb優(yōu)選為IOnm或更小。更優(yōu)選地，勢(shì)壘層41的層厚度tb為5nm或更小。
第二實(shí)驗(yàn) 在第二實(shí)驗(yàn)中，改變比率p/q，即，層疊體30的平均In組成比ρ與發(fā)光部40的平均In組成比q的比率。
特別地，與第一實(shí)驗(yàn)一樣，勢(shì)壘層41的In組成比b為零。阱層42的In組成比w 為0. 1。勢(shì)壘層41的層厚度為5nm。阱層42的層厚度為2. 5nm。
與在第一實(shí)驗(yàn)中一樣，層疊體30的第一層31的In組成比χ為零，其厚度為lnm。 層疊的層的數(shù)目為30對(duì)。第二層32的厚度為2. 5nm。第二層32的In組成比y被改變?yōu)?0.04和0.08。此外，制成不具有層疊體30的樣品。不具有層疊體的樣品被指定為樣品yl。 將第二層32的In組成比y為0. 04的樣品指定為樣品y2。將第二層32的In組成比y為 0. 08的樣品指定為樣品y3。
在樣品yl中，p/q為零。在樣品y2中，p/q為0. 25。在樣品y3中，p/q為0. 5。
樣品yl、y2和y3為發(fā)射400nm的主波長的近紫外LED。
圖4和圖5為示例出與半導(dǎo)體發(fā)光器件有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
更具體而言，圖4示例出樣品yl、y2和y3的半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf的變化。在圖4中，水平軸表示p/q，垂直軸表示半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf。這里，垂直軸被表示為相對(duì)值。
圖5示例出樣品yl、y2和y3的半導(dǎo)體發(fā)光器件的光輸出功率Po的變化。在圖5 中，水平軸表示p/q，垂直軸以毫瓦(mW)表示半導(dǎo)體發(fā)光器件的光輸出功率Po。這里，垂直軸被表示為相對(duì)值。
如圖4所示，半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf隨p/q的增大而降低。更具體地，對(duì)于超過0. 4的p/q，驅(qū)動(dòng)電壓Vf的降低更顯著。
另一方面，如圖5所示，半導(dǎo)體發(fā)光器件的光輸出功率Po隨p/q的增大而增大。更具體地，對(duì)于超過0. 4的p/q，光輸出功率Po顯著增大。
從圖4和5，為了降低驅(qū)動(dòng)電壓Vf且增大光輸出功率Po，發(fā)現(xiàn)高p/q是優(yōu)選的。從實(shí)施角度，p/q優(yōu)選高于0.4。
第三實(shí)驗(yàn) 在第三實(shí)驗(yàn)中，阱層42的In組成比w被設(shè)定為0.15，并改變比率p/q，即，層疊體 30的平均In組成比ρ與發(fā)光部40的平均In組成比q的比率。
具體地，勢(shì)壘層41的In組成比b為零。勢(shì)壘層41的層厚度為5nm。在另一方面， 阱層42的In組成比w為0. 15。阱層42的厚度為2. 5nm。
此外，層疊體30的第一層31的In組成比χ為零。第二層32的厚度為2. 5nm。
然后，通過改變第二層32的In組成比y或第一層31的層厚度tx，制造具有七個(gè)不同的p/q值的樣品ζ。這里，層疊體30的厚度S貞被調(diào)整為保持基本上恒定(約105nm)。 樣品ζ為發(fā)射450nm的主波長的藍(lán)光LED。
圖6和7為示例出與半導(dǎo)體發(fā)光器件相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖6示例出樣品ζ的半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf的變化。在圖6中，水平軸表示p/q，垂直軸表示半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf。這里，垂直軸被表示為相對(duì)值。
圖7示例出樣品ζ的半導(dǎo)體發(fā)光器件的光輸出功率Po的變化。在該圖中，水平軸表示p/q，垂直軸以毫瓦(mW)表示半導(dǎo)體發(fā)光器件的光輸出功率Po。這里，垂直軸被表示為相對(duì)值。
如圖6所示，同樣對(duì)于近紫外光LED，半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf隨p/q增大至超過0.4而降低。
另一方面，如圖7所示，對(duì)于樣品z，雖然p/q變化，但總體上維持大光輸出功率 Po。也就是，對(duì)于高于0. 4的p/q，獲得了良好的光輸出。
如上所述，對(duì)于勢(shì)壘層41的小層厚度tb，驅(qū)動(dòng)電壓Vf降低。從實(shí)施角度出發(fā)，勢(shì)壘層41的層厚度tb優(yōu)選為IOnm或更小。此外，對(duì)于高p/q，驅(qū)動(dòng)電壓Vf降低，并且光輸出功率Po增大。特別地，對(duì)于高于0. 4的p/q，驅(qū)動(dòng)電壓Vf的降低以及光輸出功率Po的增大是顯著的。
在基于氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，阱層42 (量子阱層)由InGaN構(gòu)成。在這樣的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，包含InGaN的阱層42與用于晶體生長的襯底和在其上層疊的各種半導(dǎo)體層(例如，GaN層)之間具有大的晶格常數(shù)差異。因此，在阱層42中很可能發(fā)生晶格應(yīng)變。此外，因?yàn)榫鶆虻腎n組成比，也會(huì)增大阱層42與勢(shì)壘層41之間的應(yīng)變。如果層疊大數(shù)目的阱層42和勢(shì)壘層41，該應(yīng)變會(huì)積累到大的程度。由此，施加到阱層42的晶格應(yīng)變也同樣增大。
施加到阱層42的過量的晶格應(yīng)變很可能引起由晶格弛豫導(dǎo)致的缺陷。此外，如果在沿C軸生長的六方氮化物半導(dǎo)體中發(fā)生沿C軸方向的應(yīng)變，壓電場(chǎng)會(huì)調(diào)制有源層的帶結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致發(fā)光效率的降低。
另一方面，在減薄勢(shì)壘層41的厚度以降低驅(qū)動(dòng)電壓的情況下，結(jié)晶質(zhì)量劣化。同時(shí)，施加到阱層42的上述應(yīng)變?cè)龃蟆＿@傾向于進(jìn)一步妨礙發(fā)光效率的提高。
相比而言， 根據(jù)上述第一到第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，雖然勢(shì)壘層41的厚度為IOnm或更小，例如，5nm，但如果p/q被設(shè)定為高于0. 4，那么可以在降低驅(qū)動(dòng)電壓Vf的同時(shí)增大光輸出功率Po。
更具體而言，在發(fā)光部40與η型半導(dǎo)體層20之間插入層疊體30。使層疊體30的層疊體平均In組成比P高于發(fā)光部40的發(fā)光部平均In組成比q的0. 4倍。這使得施加到發(fā)光部40的應(yīng)變弛豫，并可以充分地改善結(jié)晶性。由此，即使在減薄勢(shì)壘層41的層厚度的情況下，發(fā)光部40的充分的結(jié)晶性也使得可以在提高發(fā)光效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓的降低。
應(yīng)注意，沒有人曾經(jīng)關(guān)注過發(fā)光部40和層疊體30的平均In組成比。在分析上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過程中，注意到了發(fā)光部40和層疊體30的平均In組成比的比率(p/q)。這導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓Vf的降低和光輸出功率Po的增大的技術(shù)。
典型地，在包含氮化物半導(dǎo)體的層疊體30中，例如，第一層31具有0. 03的In組成比χ和2. 5nm的層厚度tx。第二層32具有零In組成比y和2. 5nm的層厚度ty。層疊體 30的厚度S總為例如50nm。在發(fā)光部40中，例如，勢(shì)壘層41具有零In組成比b和20nm的層厚度tb。阱層42具有0. 4的In組成比w和3nm的層厚度tw。發(fā)光部40的厚度T貞為例如 112nm。
在該情況下，p/q為0. 34。在該情況下，如參考圖4到7所述，降低驅(qū)動(dòng)電壓Vf和增大光輸出功率Po的效果低于p/q高于0. 4的情況。在該條件下，S&/T總為0. 45。
第四實(shí)驗(yàn) 在第四實(shí)驗(yàn)中，阱層42的In組成比w被設(shè)定為0. 15，并改變層疊體30的厚度S 總與發(fā)光部40的厚度T總的比率。
具體地，勢(shì)壘層41的In組成比b為零。勢(shì)壘層41的層厚度為lOnm。另一方面， 阱層42的In組成比w為0. 15。阱層42的厚度為2. 5nm。
此外，層疊體30的第一層31的In組成比χ為零，其厚度為lnm。第二層32的In 組成比y為0. 08，其厚度為2. 5nm。
然后，通過固定層疊的阱層42的數(shù)目并改變層疊體30中的層疊的層的數(shù)目，將樣品xll、xl2和xl3制造為具有層疊體30的厚度S總與發(fā)光部40的厚度T總的比率(R = S總 /T總)的三個(gè)不同值。樣品xll、xl2和xl3為在450nm的主波長處發(fā)光的藍(lán)光LED。
更具體而言，樣品xll具有0. 7的層厚度比率WT總。樣品xl2具有1. 1的層厚度比率S,eyT,e、。樣品xl3具有1. 5的層厚度比率S,e、/T總。
圖8為示例出與半導(dǎo)體發(fā)光器件有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖8示例出樣品xll、xl2和xl3的半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf的變化。在該圖中，水平軸表示S & (nm) /T & (nm)，垂直軸表示半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf。這里，垂直軸表示相對(duì)值，其中當(dāng)Sg/Tg為1. 1時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓Vf為1。
如圖8所示，當(dāng)層厚度比率S總/T總為1或更大時(shí)，即當(dāng)層疊體30的厚度等于或大于發(fā)光部40的厚度T貞時(shí)，半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓Vf急劇降低。
實(shí)例 根據(jù)實(shí)例的半導(dǎo)體發(fā)光器件具有圖1和2中所示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件110的配置。
勢(shì)壘層41的In組成比b為零。勢(shì)壘層41的層厚度為5nm。另一方面，阱層42的 In組成比w為0. 1。阱層42的層厚度為2. 5nm。
層疊體30的第一層31的In組成比χ為零，其厚度為lnm。第二層32的In組成比y為0. 08，其厚度為2. 5nm。
層疊的阱層42的數(shù)目為八對(duì)(阱層42的數(shù)目為八，且勢(shì)壘層41的數(shù)目為八)。 層疊體30中的層的數(shù)目為30 (第一層31的數(shù)目為30，且第二層32的數(shù)目為30)。
在該實(shí)例的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，發(fā)光部40的平均In組成比q為q = 0. 032。層疊體30的平均In組成比ρ為ρ = 0. 02。因此，p/q為0. 63。發(fā)光部40的厚度T總為T總= 60nm(除了最后的勢(shì)壘層41的厚度之外)。層疊體30的總厚度S總為S總=lOOnm。因此，S 總/T總為1.6。通過全光通量測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量該半導(dǎo)體發(fā)光器件。于是，光發(fā)射波長為407nm， 驅(qū)動(dòng)電壓為3.2伏(V)，并且光輸出功率為17mW。壁插效率(wall plug efficiency)為 26%。
比較例 除了層疊體30的第二層32的In組成比y為0. 04之外，比較例的半導(dǎo)體發(fā)光器件與上述實(shí)例的半導(dǎo)體發(fā)光器件相同。在比較例的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，P/q為0.32。此外， Sg/Tg為1.6。在比較例的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，驅(qū)動(dòng)電壓為3. 3V，光輸出功率為14mW。壁插效率為21%。
由此，通過將p/q設(shè)定為高于0.4，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓Vf的降低和光輸出功率的增大。
以下描述半導(dǎo)體發(fā)光器件110的實(shí)例配置。
在發(fā)光部40中，例如，交替地層疊具有層厚度tw(nm)的阱層42和具有層厚度 tb(nm)的勢(shì)壘層41。
勢(shì)壘層41的厚度為例如5nm或更大且IOnm或更小。阱層42的厚度為例如2nm 或更大且3nm或更小。以6-8周期的重復(fù)結(jié)構(gòu)層疊這樣的勢(shì)壘層41和阱層42。勢(shì)壘層41 由例如GaN構(gòu)成。對(duì)于在450nm的波長處發(fā)光的藍(lán)光LED，阱層42由具有約0. 15的In組成比w的InGaN構(gòu)成。對(duì)于在400nm波長處發(fā)光的近紫外光LED，阱層42由具有約0. 1的 In組成比w的InGaN構(gòu)成。
具有這樣的結(jié)構(gòu)的發(fā)光部40的厚度(除了最后的勢(shì)壘層41之外)為例如50nm 或更大且IlOnm或更小。對(duì)于藍(lán)光LED，發(fā)光部40的發(fā)光部平均In組成比q被設(shè)定為約 0. 035或更大且0. 056或更小。對(duì)于近紫外光LED，發(fā)光部40的發(fā)光部平均In組成比q被設(shè)定為約0. 023或更大且0. 038或更小。這提供了希望的發(fā)射光的波長、希望的低驅(qū)動(dòng)電壓以及高發(fā)光效率。
在層疊體30中，例如，交替地層疊具有層厚度tx(nm)的第一層31和具有層厚度 ty(nm)的第二層 32。
如上所述，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，層疊體30的層疊體平均In組成比P被設(shè)定為高于發(fā)光部40的發(fā)光部平均In組成比q的0. 4倍。
此外，使得層疊體30的厚度(nm)等于或大于發(fā)光部40的厚度(nm)。
如上所述，對(duì)于藍(lán)光LED，發(fā)光部平均In組成比q為例如0. 035或更大且0. 056或更小。層疊體平均In組成比ρ被設(shè)定為高于發(fā)光部平均In組成比q的該值的0. 4倍。
對(duì)于近紫外光LED，發(fā)光部平均In組成比q為例如約0. 023或更大且0. 038或更小。層疊體平均In組成比ρ被設(shè)定為高于發(fā)光部平均In組成比q的該值的0. 4倍。
從結(jié)晶性的觀點(diǎn)，在層疊體30中所包括的第一層31 (InxGa1^xN)的In組成比χ優(yōu)選在零或更大且小于0.2的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，例如，In組成比χ為零。
第二層32(InyGai_yN)的In組成比y優(yōu)選在大于零且小于0. 2的范圍內(nèi)(其中y 大于X)。更優(yōu)選地，例如，In組成比y在0.08或更大且小于0. 15的范圍內(nèi)。
第一層31的層厚度、優(yōu)選大于lnm。更優(yōu)選地，例如，層厚度tx在大于Inm且小于3nm的范圍內(nèi)。
第二層32的層厚度、優(yōu)選大于Onm且小于2nm。更優(yōu)選地，例如，層厚度ty在Inm 或更大且1.5nm或更小的范圍內(nèi)。
發(fā)明人已確認(rèn)，將第一層31和第二層32的對(duì)的數(shù)目設(shè)定為30對(duì)或更多對(duì)對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光器件的高光輸出功率和低驅(qū)動(dòng)電壓是有效的。這里，將對(duì)的數(shù)目設(shè)定為30對(duì)或更多對(duì)與使層疊體30的厚度S總(nm)等于或大于發(fā)光部40的厚度(nm)是一致的。
在包括上述的層疊體30和發(fā)光部40的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，可以充分地減小施加到發(fā)光部40的晶格應(yīng)變。由此，半導(dǎo)體發(fā)光器件實(shí)現(xiàn)了在高發(fā)光效率與低驅(qū)動(dòng)電壓之間的兼容性。
此外，在該實(shí)施例中，層疊體30的厚度S總(nm)等于或大于發(fā)光部40的厚度T總 (nm) ο 由此，通過層疊體30，可以使施加到發(fā)光部40的變形應(yīng)力充分地弛豫。因此，實(shí)現(xiàn)了發(fā)光效率的提高和驅(qū)動(dòng)電壓的降低。
在上述實(shí)例中，發(fā)光部40具有MQW配置，其中交替地重復(fù)勢(shì)壘層41和阱層42。然而，發(fā)光部40可以具有SQW(單量子阱)配置，其中阱層42被夾在一對(duì)勢(shì)壘層41之間。
在其中交替地層疊有多個(gè)第一層31和多個(gè)第二層32的層疊體30中，可以從任一對(duì)的第一層31和第二層32或者從所有的第一層31和第二層32來確定平均In組成比ρ。
在其中阱層42被設(shè)置在多個(gè)勢(shì)壘層41之間的發(fā)光部40中，可以從任一對(duì)的勢(shì)壘層41和阱層42或者從所有的勢(shì)壘層41和阱層42來確定平均In組成比q。
在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，僅僅需要使從上述方式之一確定的平均In 組成比P大于從上述方式之一確定的平均In組成比q的0. 4倍。
這里，假設(shè)層疊體30包括M(M為2或更大的整數(shù))個(gè)第一層31和M個(gè)第二層32。 在該情況下，從η型半導(dǎo)體層20觀察，第j (j為1或更大且M或更小的整數(shù))個(gè)第一層31 被標(biāo)記為“第一層31廣。此外，從η型半導(dǎo)體層20觀察，第j個(gè)第二層32被標(biāo)記為“第二層32/’。假設(shè)第一層31」在第二層32」的η型半導(dǎo)體層20側(cè)與第二層32」相鄰。
在該標(biāo)記法中，第一層31」包含InxjGai_xjN(0 ( xj < 1)并具有層厚度txj。第二層32」包含InyjGai_yjN (0 < yj彡1)并具有層厚度tyJ。
這里，可以從j為任意的第一層31」和第二層32」確定層疊體30的平均In組成比P。
更具體而言，該情況下的層疊體30的平均In組成比ρ被確定為 (xj X txJ+yj X tyJ) / (txJ+tyJ)。將由此確定的平均In組成比指定為ρ (j)。
此外，可以從M個(gè)第一層第二層SZ1-SZm確定層疊體30的平均In組成比P。
更具體而言，該情況下的層疊體30的平均In組成比ρ被確定為 Σ (xjXtXJ+yjXtyJ)/ Σ (tXJ+tyJ)。這里，Σ表示對(duì)j = 1，·..，M求和。將由此確定的平均In組成比P指定為Ρ( Σ )。
另一方面，假設(shè)發(fā)光部40包括Ν(Ν為2或更大的整數(shù))個(gè)勢(shì)壘層41和N個(gè)阱層 42。在該情況下，從η型半導(dǎo)體層20觀察，第i (i為1或更大且N或更小的整數(shù))個(gè)勢(shì)壘層41被標(biāo)記為“勢(shì)壘層41廣。此外，從η型半導(dǎo)體層20觀察，第i個(gè)阱層42被標(biāo)記為“阱層42/’。假設(shè)勢(shì)壘層Mi在阱層彳〗』々!!型半導(dǎo)體層20側(cè)與阱層42i相鄰。這里，最后的勢(shì)壘層41，即，勢(shì)壘層41n+1被設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層50與距該ρ型半導(dǎo)體層50最近的阱層 42N之間。
在該標(biāo)記法中，勢(shì)壘層叫包含InbiGai_biN(0 ^ bi < 1)并具有層厚度tbi。阱層 42,包含 IriwiGai_wiN(0 < wi < 1)并具有層厚度 twi。
這里，可以從i為任意的勢(shì)壘層Mi和阱層42i確定發(fā)光部40的平均In組成比q。
更具體而言，該情況下的發(fā)光部40的平均In組成比q被確定為 (wi X twi+bi X tbi) / (twi+tbi)。將由此確定的平均In組成比q指定為q⑴。
此外，可以從N個(gè)勢(shì)壘層41i_41N和阱層42i_42N確定發(fā)光部40的平均In組成比 q。
更具體而言，該情況下的發(fā)光部40的平均In組成比q被確定為 Σ (wiXtwi+biXtbi)/ Σ (twi+tbi)。這里，Σ表示對(duì)i = 1，· · ·，N求和。將由此確定的平均In組成比q指定為q( Σ )。
在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，僅需要使得平均In組成比p(i)和ρ( Σ ) 之一高于平均In組成比q(i)和q( Σ )之一的0.4倍。
第二實(shí)施例 第二實(shí)施例涉及制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。
圖9為示例出根據(jù)第二實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的流程圖。
如圖9所示，該制造方法包括以下形成步驟。
該制造方法包括在襯底10上形成包含氮化物半導(dǎo)體的η型半導(dǎo)體層20的步驟 (步驟Sl 10)、在η型半導(dǎo)體層20上形成包括第一層31和第二層32的層疊體30的步驟(步驟S120)、在層疊體30上形成包括勢(shì)壘層41和阱層42的發(fā)光部40的步驟(步驟S130)、 以及在發(fā)光部40上形成ρ型半導(dǎo)體層50的步驟(步驟S140)。
所述形成層疊體30的步驟包括在η型半導(dǎo)體層20上形成具有層厚度tx納米的厚度的包含IrixGai_xN (0 ^ χ < 1)的第一層31的步驟、以及在第一層31上形成具有層厚度 ty納米的厚度的包含InyGai_yN(0 <y< l,x<y)的第二層32的步驟。
所述形成發(fā)光部40的步驟包括在層疊體30上形成具有10納米或更小的值的層厚度tb納米的包含InbGai_bN(0彡b < 1，b < w)的勢(shì)壘層41的步驟、以及在勢(shì)壘層41上形成具有層厚度tw納米的厚度的包含InwGai_wN (O <w< l,y <w)的阱層42的步驟。
執(zhí)行所述形成層疊體30的步驟和所述形成發(fā)光部40的步驟中的至少一個(gè)步驟， 以便層疊體30的平均In組成比高于發(fā)光部40的平均In組成比的0. 4倍，其中層疊體30 的平均In組成比(層疊體平均In組成比P)為(xXtx+yXty)/(tx+ty)，并且發(fā)光部40的平均In組成比(發(fā)光部平均In組成比q)為(w X tw+b X tb) / (tw+tb)。
這使得可以制造具有提高的發(fā)光效率和降低的驅(qū)動(dòng)電壓的半導(dǎo)體發(fā)光器件。此夕卜，可以實(shí)現(xiàn)高的壁插效率。
在上述說明中，膜形成方法示例性地基于MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)。然而， 還可以應(yīng)用其他方法，例如分子束外延(MBE)和鹵化物氣相外延(HVPE)。
這里所稱的“氮化物半導(dǎo)體”包括具有由化學(xué)式BxInyAlzGai_x_y_zN(0彡χ彡1， O^y^ Ι,Ο^ζ^ l,x+y+z ( 1)表示的任何組合物的半導(dǎo)體，其中組成比x、y和ζ在各自的范圍內(nèi)變化。此外，“氮化物半導(dǎo)體”還包括這樣的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體由上述化學(xué)式表示且進(jìn)一步包含除了 N(氮)之外的任何V族元素、進(jìn)一步包含為控制諸如導(dǎo)電類型的各種材料特性而添加的各種元素中的任何元素，以及進(jìn)一步包含各種非故意添加的元素中的任何元素。
上文中，參考實(shí)例描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明并不受這些實(shí)例的限制。 例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光器件中所包括的各要素(例如η型半導(dǎo)體層、P 型半導(dǎo)體層、有源層、阱層、勢(shì)壘層、電極、襯底、以及緩沖層)的各種具體配置進(jìn)行在形狀、 尺寸、材料和布局方面的各種修改。只要本領(lǐng)域技術(shù)人員通過從常規(guī)已知配置中適當(dāng)?shù)剡x擇這樣的配置而可以類似地實(shí)施本發(fā)明且獲得類似的效果，則這樣的修改也被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
此外，只要在技術(shù)上可行，可以使實(shí)例的任何兩個(gè)或多個(gè)要素彼此組合。只要這樣的組合落在本發(fā)明的精神內(nèi)，則它們也被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以適當(dāng)?shù)匦薷牟?shí)施在本發(fā)明的實(shí)施例中的上述半導(dǎo)體發(fā)光器件。只要由此修改后的半導(dǎo)體發(fā)光器件落在本發(fā)明的精神內(nèi)，則所有這些修改后的半導(dǎo)體發(fā)光器件也被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以構(gòu)思在本發(fā)明的精神內(nèi)的各種修改和改變。應(yīng)理解， 這樣的修改和改變也被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
雖然描述了特定的實(shí)施例，但是這些實(shí)施例僅僅以實(shí)例的方式給出，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，這里描述的新穎實(shí)施例可以被具體化為各種其他的形式；此夕卜，可以進(jìn)行這里描述的實(shí)施例的形式上的各種省略、替換和改變而不背離本發(fā)明的精神。 所附權(quán)利要求及其等價(jià)物旨在覆蓋落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的這樣的形式或修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括η型半導(dǎo)體層，其包含氮化物半導(dǎo)體； P型半導(dǎo)體層，其包含氮化物半導(dǎo)體；發(fā)光部，其被設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層與所述P型半導(dǎo)體層之間并包括勢(shì)壘層，其包含InbGa1^bN (O≤b < 1)并具有層厚度tb (納米)；以及阱層，其與所述勢(shì)壘層層疊，包含InwGai_wN (0<w<l,b<w)并具有層厚度tw (納米)；以及層疊體，其被設(shè)置在所述發(fā)光部與所述η型半導(dǎo)體層之間并包括 第一層，其包含InxGai_xN(0<X< 1)并具有層厚度tx (納米)；以及第二層，其與所述第一層層疊，包含InyGai_yN(0<y< 1，x<y<w)并具有層厚度 ty (納米)，所述層疊體的平均In組成比高于所述發(fā)光部的平均In組成比的0. 4倍，假設(shè)所述發(fā)光部的所述平均In組成比為(wXtw+bXtb)/(tw+tb)，所述層疊體的所述平均In組成比為 (xXtx+yXty)/(tx+ty)，并且所述勢(shì)壘層的所述層厚度tb為IOnm或更小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述層疊體的厚度等于或大于所述發(fā)光部的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述第一層被設(shè)置為多個(gè)， 所述第二層被設(shè)置為多個(gè)，并且所述多個(gè)第一層和所述多個(gè)第二層交替地層疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述勢(shì)壘層被設(shè)置為多個(gè)，且所述多個(gè)勢(shì)壘層彼此層疊，并且所述阱層被設(shè)置為多個(gè)，且所述多個(gè)阱層中的每一個(gè)位于所述多個(gè)勢(shì)壘層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中包含In的所述勢(shì)壘層具有的In組成比低于所述阱層的In組成比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述第二層具有的In組成比高于所述第一層的In組成比。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述第二層具有的In組成比低于所述阱層的In組成比。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述第一層具有的In組成比低于所述阱層的In組成比。
9.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括 襯底；η型半導(dǎo)體層，其被設(shè)置在所述襯底上并包含氮化物半導(dǎo)體；層疊體，其被設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層上并包括第一層和第二層；發(fā)光部，其被設(shè)置在所述層疊體上并包括勢(shì)壘層和阱層；以及P型半導(dǎo)體層，其被設(shè)置在所述發(fā)光部上并包含氮化物半導(dǎo)體，所述勢(shì)壘層包含InbGai_bN(0 ≤b <1)并具有層厚度tb (納米)，所述阱層與所述勢(shì)壘層層疊，包含InwGanN(0 < w < 1, b < w)并具有層厚度tw(納米)，所述第一層包含InxGai_xN (O ^ χ < 1)并具有層厚度tx (納米)；以及所述第二層與所述第一層層疊，包含InyGai_yN(0 <y < 1, x<y<w)并具有層厚度 ty (納米)，所述層疊體的平均In組成比高于所述發(fā)光部的平均In組成比的0. 4倍，假設(shè)所述發(fā)光部的所述平均In組成比為(wXtw+bXtb)/(tw+tb)，所述層疊體的所述平均In組成比為 (xXtx+yXty)/(tx+ty)，并且 所述勢(shì)壘層的所述層厚度tb為IOnm或更小。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的器件，其中所述層疊體的厚度等于或大于所述發(fā)光部的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的器件，其中所述第一層被設(shè)置為多個(gè)， 所述第二層被設(shè)置為多個(gè)，并且所述多個(gè)第一層和所述多個(gè)第二層交替地層疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的器件，其中所述勢(shì)壘層被設(shè)置為多個(gè)，且所述多個(gè)勢(shì)壘層彼此層疊，并且所述阱層被設(shè)置為多個(gè)，且所述多個(gè)阱層中的每一個(gè)位于所述多個(gè)勢(shì)壘層之間。
13.一種用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括以下步驟 在襯底上形成包含氮化物半導(dǎo)體的η型半導(dǎo)體層； 在所述η型半導(dǎo)體層上形成包括第一層和第二層的層疊體； 在所述層疊體上形成包括勢(shì)壘層和阱層的發(fā)光部； 在所述發(fā)光部上形成P型半導(dǎo)體層；所述形成所述層疊體包括在所述η型半導(dǎo)體層上形成具有層厚度tx納米的厚度的包含IrixGai_xN (0彡χ < 1)的所述第一層；以及在所述第一層上形成具有層厚度ty納米的厚度的包含InyGai_yN(0 < y < l，x < y)的所述第二層，所述形成所述發(fā)光部包括在所述層疊體上形成具有層厚度tb納米的包含InbGai_bN(0彡b < l，b < w)的所述勢(shì)壘層，所述層厚度tb具有10納米或更小的值；以及在所述勢(shì)壘層上形成具有層厚度tw納米的厚度的包含InwGai_wN(0 < w < l，y < w)的所述阱層，執(zhí)行所述形成所述層疊體和所述形成所述發(fā)光部中的至少一個(gè)，以便所述層疊體的平均In組成比高于所述發(fā)光部的平均In組成比的0. 4倍，假設(shè)所述層疊體的所述平均In組成比為(χ X tx+y X ty) / (tx+ty)，并且所述發(fā)光部的所述平均 In 組成比為(wXtw+bXtb)/(tw+tb)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述層疊體的厚度等于或大于所述發(fā)光部的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述第一層被設(shè)置為多個(gè)， 所述第二層被設(shè)置為多個(gè)，并且所述多個(gè)第一層和所述多個(gè)第二層交替地層疊。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中 所述勢(shì)壘層被設(shè)置為多個(gè)，且所述多個(gè)勢(shì)壘層彼此層疊，并且所述阱層被設(shè)置為多個(gè)，且所述多個(gè)阱層中的每一個(gè)位于所述多個(gè)勢(shì)壘層之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件包括包含氮化物半導(dǎo)體的n型半導(dǎo)體層、包含氮化物半導(dǎo)體的p型半導(dǎo)體層、發(fā)光部以及層疊體。所述發(fā)光部被設(shè)置在所述n型半導(dǎo)體層與所述p型半導(dǎo)體層之間并包括勢(shì)壘層和阱層。所述阱層與所述勢(shì)壘層層疊。所述層疊體被設(shè)置在所述發(fā)光部與所述n型半導(dǎo)體層之間并包括第一層和第二層。所述第二層與所述第一層層疊。所述層疊體的平均In組成比高于所述發(fā)光部的平均In組成比的0.4倍。所述勢(shì)壘層的層厚度tb為10nm或更小。
文檔編號(hào)H01L33/32GK102194942SQ201010275579
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者木村重哉, 名古肇, 岡俊行, 橘浩一, 彥坂年輝, 布上真也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝