专利名称：氮化物半导体发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种氮化物半导体发光器件及其制造方法，更具体 涉及一种抑制氮化物半导体发光器件的晶体缺陷、改善电性能以及 提高发光效率的氮化物半导体发光器件及其制造方法。
背景技术：
通常，GaN基半导体被用于光器件领域，例如蓝色/绿色发光器 件(LED )、高速开关元件例如MESFET (金属半导体场效应晶体管)、 HEMT(高电子迁移率晶体管)等，以及作为高功率器件的电子器件。
在一般类型的GaN基半导体LED中，GaN基半导体LED通过 以下方法来制造，该方法包括在低生长温度下在衬底(例如，蓝宝 石衬底或SiC衬底)上生长多晶薄膜作为緩沖层，在高生长温度下在 緩冲层上形成n-GaN层，以及在緩沖层上形成镁(Mg )掺杂的p-GaN 层。发光有源层夹在n-GaN层和p-GaN层之间。
同时，在传统的pn结LED及其制造方法中，由于在蓝宝石衬 底和GaN半导体之间的晶格常数的差异和热膨胀系数的差异，可能产 生晶体缺陷。为了抑制这样的晶格缺陷产生，采用了低温GaN基或 A1N基緩沖层，获得晶体缺陷尺寸为约108/ 113的GaN半导体。在下 文中，将描述晶体缺陷的发生途径以及用于抑制该晶体缺陷的传统方 法。
简言之，如果无定形GaN基或A1N基緩冲层在低温下形成，然后 在高温下重结晶，则形成类多晶体(poly-like crystal),其表面状态非 常粗糙并且平整度不良。然而，随着晶体生长继续进行，优选在第一阶段进行垂直生长，然后优选在第二阶段进行二维生长，从而可以获 得优质的氮化物半导体。
此时，在对应于最初生长阶段的垂直生长期间，晶体缺陷发生在
GaN岛的熔合边界。晶体缺陷以各种形式产生，例如，被传播至LED 的表面的"穿透位错(threading dislocation)"、"螺位错(screw dislocation)"、"线位错"、"点缺陷"、或上述缺陷的混合物。最后， 晶体缺陷严重地影响器件的可靠性。具体地，当"穿透位错，，从蓝宝石 衬底传播至LED表面时，该"穿透位错"穿过发光有源层。将来，"穿 透位错，，用作漏电流等的电流通路，因此，当瞬间施加例如ESD的高 压时，有源层被破坏或光功率(light power)降低，这成为严重影响 可靠性的主要原因。
在这种情况下，为了进一步提高LED的光功率和抗外界因素例如 ESD(静电放电)等的运行可靠性，需要生长具有较少晶体缺陷的GaN 半导体。
为了解决该问题，已采用了各种生长技术，例如，利用绝缘体或 难熔金属的"横向过生长(lateral overgrowth )"、"悬空生长 (pendeo-growth)，，等，以将晶体缺陷减少到至多约107/cm3。然而， 传统制造方法存在工艺复杂的问题。并且，虽然传统制造方法可以有 效地抑制晶体缺陷，但是在成本方面是不利的，因此为了满足批量生 产的可能性仍需要继续进行技术开发。
因此，为了有效地提高LED的光功率和可靠性，必然需要一种可 以使从衬底传播的晶体缺陷最小化的晶体生长技术
发明内容
[技术问题
提供本发明以基本消除由传统技术的局限和缺点引起的一种或多 种问题，并且本发明的一个目的是提供一种可以提高构成氮化物半导 体LED的有源层的结晶度、光功率和可靠性的氮化物半导体LED及 其制造方法。
5[技术方案l
为了实现以上目的，提供一种氮化物半导体发光器件，包括一 个或多个AlInN层；形成在AlInN层上方的In掺杂的氮化物半导体 层；形成在In掺杂的氮化物半导体层上方的第一电极接触层；形成在 第一电极接触层上方的有源层；以及形成在有源层上方的p型氮化物 半导体层。
在本发明的另一个方面，提供一种氮化物半导体发光器件，包括 超晶格层，其具有选自InGaN/InGaN超晶格结构、InGaN/GaN超晶 格结构、InGaN/AlGaN超晶格结构、以及InGaN/AlInGaN超晶格结 构中的一种；形成在超晶格层上方的In掺杂的氮化物半导体层；形成 在In掺杂的氮化物半导体层上方的第一电极接触层；形成在第一电极 接触层上方的有源层；以及形成在有源层上方的p型氮化物半导体层。
在本发明的另一个方面，提供一种制造氮化物半导体发光器件的 方法，该方法包括以下步骤在衬底上方形成緩冲层；在緩沖层上方 形成一个或多个AlInN层；在AlInN层上方形成In掺杂的氮化物半 导体层；在In掺杂的氮化物半导体层上方形成第一电极接触层；在第 一电极接触层上方形成有源层；以及在有源层上方形成p型氮化物半 导体层。
在本发明的另一个方面，提供一种制造氮化物半导体发光器件的 方法，该方法包括以下步骤在衬底上方形成緩沖层；在緩沖层上方 形成超晶格层，该超晶格层具有选自InGaN/InGaN超晶格结构、 InGaN/GaN超晶格结构、InGaN/AlGaN超晶格结构、以及 InGaN/AlInGaN超晶格结构中的一种；在超晶格层上方形成In掺杂 的氮化物半导体层；在In掺杂的氮化物半导体层上形成第 一 电极接触 层；在第一电极接触层上方形成有源层；以及在有源层上方形成p型 氮化物半导体层。
在本发明的另一个方面，提供一种氮化物半导体发光器件，包括 应变控制层，其提供为两个或多个AlInN层或超晶格层；在应变控制 层上方形成的In掺杂的氮化物层；在In掺杂的氮化物层上方形成的第一电极接触层；在第一电极接触层上方形成的有源层；以及在有源 层上方形成的p型氮化物半导体层。 本发明提供下列技术方案。
1. 一种氮化物半导体发光器件，包含 一个或多个AlInN层；形 成在所述AlInN层上方的In掺杂的氮化物半导体层；形成在所述In掺 杂的氮化物半导体层上方的第 一电极接触层；形成在所述第 一电极接触 层上方的有源层；和形成在所述有源层上方的p型氮化物半导体层。
2. 根据条款l的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述AlInN 层下方的緩冲层。
3. 根据条款2的氮化物半导体发光器件，其中所述緩沖层具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGal國x画yN/InzGal画zN/GaN的叠层结 构。
4. 根据条款1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述In掺 杂的氮化物半导体层下方的含In氮化物半导体层。
5. 根据条款1的氮化物半导体发光器件，其中构成所述AlInN层 的每一层在不同温度下生长。
6. 根据条款1的氮化物半导体发光器件，其中生长构成所述AlInN 层的每一层，使得In含量线性减少。
7. 根据条款1的氮化物半导体发光器件，其中生长构成所述AlInN 层的每一层，使得In含量线性减少并且所述AlInN层的最上层为AIN。
8. 根据条款1的氮化物半导体发光器件，其中所述AlInN层包含 第一 AlInN下层和第二 AlInN上层。
9. 根据条款1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述第一 电极接触层上方的n-InGaN层。
10. 根据条款1的氮化物半导体发光器件，其中所述第一电极接触 层是n型半导体层。
11. 根据条款l的氮化物半导体发光器件，其中所述第一电极接触 层是Si和In共掺杂的氮化物半导体层。
12. 根据条款1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述p型
7氮化物半导体层上方的第二电极接触层。
13. 根据条款12的氮化物半导体发光器件，其中所述第二电极接触 层是具有In含量逐渐变化的超梯度结构的n型氮化物半导体层。
14. 根据条款12的氮化物半导体发光器件，其中所述第二电极接 触层是由于掺杂浓度不同而具有超晶格结构的超重叠结构的p-GaN 层。
15. 根据条款12的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述第 二电极接触层上方的电极层。
16. 根据条款15的氮化物半导体发光器件，其中所述电极层由选自 透光氧化物以及含Ni金属的Au合金的透光金属中的一种形成，所述透 光氧化物包括ITO(In國SnO) 、 IZO(In-ZnO) 、 ZGO (Ga國ZnO)、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In-GaZnO)、 AGZO(Al國Ga ZnO)、 ZnO、 IrOx 和RuOx。
17. —种氮化物半导体发光器件，包含超晶格层，所^晶格层具 有选自InGaN/InGaN超晶格结构、InGaN/GaN超晶格结构、 InGaN/AlGaN超晶格结构以及InGaN/AlInGaN超晶格结构中的一种； 形成在所述超晶格层上方的In掺杂的氮化物半导体层；形成在所述In 掺杂的氮化物半导体层上方的第一电极接触层；形成在所述第一电极 接触层上方的有源层；和形成在所述有源层上方的p型氮化物半导体 层。
18. 根据条款17的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述超 晶格层下方的緩冲层。
19. 根据条款18的氮化物半导体发光器件，其中所述緩冲层具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGal-x-yN/InzGal-zN/GaN的叠层结
构o
20. 根据条款17的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述In 掺杂的氮化物半导体层下方的含In氮化物半导体层。
21. 根据条款17的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述第 一电极接触层上方的n-InGaN层。22. 根据条款17的氮化物半导体发光器件，其中所述第一电极接 触层是n型半导体层。
23. 根据条款17的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述p 型氮化物半导体层上方的第二电极接触层。
24. 根据条款23的氮化物半导体发光器件，其中所述第二电极接 触层是In含量逐渐变化的具有超梯度结构的n型氮化物半导体层。
25. 根据条款23的氮化物半导体发光器件，其中所述第二电极接 触层是由于掺杂浓度不同而具有超晶格结构的超重叠结构的p-GaN 层。
26. 根据条款23所述的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所 述第二电极接触层上方的电极层。
27. 根据条款26的氮化物半导体发光器件，其中所述电极层由选 自透光氧化物以及含Ni金属的Au合金的透光金属中的一种形成，所 述透光氧化物包括ITO(In-SnO)、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga-ZnO)、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In画GaZnO)、 AGZO(Al-Ga ZnO)、 ZnO、 IrOx 和RuOx。
28. —种制造氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括以下步 骤在衬底上方形成緩冲层；在所述緩沖层上方形成一个或多个AlInN 层；在所述AlInN层上方形成In掺杂的氮化物半导体层；在所述In 掺杂的氮化物半导体层上方形成第一电极接触层；在所述第一电极接 触层上方形成有源层；和在所述有源层上方形成p型氮化物半导体层。
29. 根据条款28的方法，其中所述緩沖层具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGa^-yN/InzGaLzN/GaN的叠层结构。
30. 根据条款28的方法，其中生长构成所述AlInN层的每一层， 使得生长温度在每一 步骤都变化。
31. 根据条款28的方法，其中生长构成所述AlInN层的每一层， 使得In含量线性减少。
32. 根据条款28的方法，其中所述AlInN层提供为双层结构，所 述双层结构的上层加速生长。33. 根据条款28的方法，其中所述AlInN层的最上层由A1N层形成。
34. 根据条款28的方法，还包括在所述p型氮化物半导体层上方 形成第二电极接触层的步骤。
35. 根据条款34的方法，其中所述第二电极接触层是In含量逐渐 变化的超梯度结构的n型氮化物半导体层，或由于掺杂浓度不同而具 有超晶格结构的超重叠结构的p-GaN层。
36. 根据条款34的方法，其中所述电极层由选自透光氧化物以及 含M金属的Au合金的透光金属中的一种在所述第二电极接触层上方 形成，所述透光氧化物包括ITO(In-SnO) 、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga-ZnO)、 AZO(Al國ZnO)、 IGZO(In-Ga ZnO)、 AGZO(Al画Ga ZnO)、 ZnO、 IrOx和RuOx。
37. —种制造氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括以下步 骤在衬底上方形成緩冲层；在所述緩沖层上方形成超晶格层，所述 超晶格层具有选自InGaN/InGaN超晶格结构、InGaN/GaN超晶格结 构、InGaN/AlGaN超晶格结构以及InGaN/AlInGaN超晶格结构中的 一种；在所述超晶格层上方形成In掺杂的氮化物半导体层；在所述In 掺杂的氮化物半导体层上方形成第一电极接触层；在所述第一电极接 触层上方形成有源层；和在所述有源层上方形成p型氮化物半导体层。
38. 根据条款37的方法，其中所述緩冲层具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGal-x-yN/InzGal國zN/GaN的叠层结 构。
39. 根据条款37的方法，还包括在所述p型氮化物半导体层上方 形成第二电极接触层的步骤。
40. 根据条款39的方法，其中，所述第二电极接触层是In含量逐 渐变化的超梯度结构的n型氮化物半导体层，或由于掺杂浓度不同而 具有超晶格结构的超重叠结构的p-GaN层。
41. 根据条款39的方法，其中所述电极层由选自透光氧化物以及 含M金属的Au合金的透光金属中的一种在所述第二电极接触层上方形成，所述透光氧化物包括ITO(In-SnO) 、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga-ZnO)、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In-Ga ZnO)、 AGZO(Al-Ga ZnO)、 ZnO、 IrO>RuOx。
42.—种氮化物半导体发光器件，包含应变控制层，揭_供为两个或 多个AlInN层或超晶格层；在所述应变控制层上方形成的In掺杂的氮化 物层；在所述In掺杂的氮化物层上方形成的第一电极接触层；在所述 第一电极接触层上方形成的有源层；和在所述有源层上方形成的p型 氮化物半导体层。 [有益效果
根据所提供本发明，可以提高构成氮化物半导体LED的有源层的 结晶度，并且可以提高LED的光功率和可靠性。
通过附图将更容易理解本发明的精神，在附图中 图1是根据本发明第一实施方案的氮化物半导体LED的叠层结构 的示意图2和图3是通过传统技术生长的氮化物半导体的AFM(原子力 显微镜)表面照片；
图4和图5是通过根据本发明的制造氮化物半导体的方法生长的 氮化物半导体的AFM表面照片；
图6是示出用于比较根据本发明实施方案的氮化物半导体的结晶 度的DC-XRD结果的曲线图7是示出根据本发明第三实施方案的氮化物半导体LED的结构的 示意图；以及
图8是图解说明根据本发明实施方案在氮化物半导体LED中形成 的超重叠(super-overlapped)氮化物半导体结构的示意图。
具体实施方式
[最佳方式在下文中，将参照附图描述本发明的实施方案。 <第一实施方案>
图1是才艮据本发明第一具体实施方式
的氮化物半导体LED的叠层 结构的示意图。
参照图1，本发明的氮化物半导体LED包括衬底21和形成在衬 底21上的緩沖层23。衬底21可以是蓝宝石衬底或SiC衬底。緩冲层 23可以具有AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlxInyGa^.yN/InzGaLzN/GaN 的叠层结构。
并且，两个或多个AlInN层形成在緩沖层23上。在图1中，示出 了形成第一 AlInN层25和第二 AlInN层27的实施例。在4艮据本发明 的氮化物半导体LED的制造方法中，无定形AlInN基緩冲层23在低 生长温度下生长在衬底21上，然后在高生长温度下再结晶。此后，降 低生长温度，接着随着阶段继续进行再逐渐升高温度，由此生长第一 AlInN层25和第二 AlInN层27。
并且，根据本发明的氮化物半导体LED包括形成在第二AlInN 层27上的In掺杂的GaN层29,以及形成在In掺杂的GaN层29上 的第一电极接触层。图1示出了 n-GaN层，即第一电极接触层31的 一个实例。另外，在该制造方法中，再次升高生长温度以生长In掺杂 的GaN层29和硅(Si )和铟(In )共掺杂的氮化物半导体层作为n-GaN 层31，该n-GaN层31为第一电极接触层。
并且，根据本发明的氮化物半导体LED包括形成在作为第一电 极接触层的n-GaN层31上的有源层33以及形成在有源层33上的 p-GaN层35。发射期望波段(wavelength band )的光的有源层33可 以形成为具有InxGai.xN/InyGai.yN结构的单量子阱或多量子阱，所述 单量子阱或多量子阱具有作为一个周期的阱层/势垒层。通过提高生长 温度在有源层33上生长p-GaN层35。
此后，第二电极接触层形成在p-GaN层35上。在图1中，作为 一个实施例，生长超梯度(super grading)的n-IUxGa^N层37,该 层具有In含量顺序受控制从而调节能带隙的结构。
12同时，在具有上述结构的npn结LED的第二电极接触层中形成施 加电功率的透明电极。用于该透明电极的材料由所形成的GaN基半导 体的掺杂相或能带隙差确定。由于LED具有超梯度结构，在所述结构 中为了增加电流注入效应，In含量线性变化以控制能带隙，因此用于 该透明电极的材料可以从以下材料中选择。
换句话说，该透明电极可以由选自透光金属氧化物例如 ITO(In-SnO) 、 IZO(In画ZnO) 、 ZGO (Ga國ZnO) 、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In-GaZnO)、 AGZO(Al國Ga ZnO)、 ZnO、 IrOx和RuOx以及透 光电阻金属例如含M金属的Au合金中的一种来形成。
与传统的氮化物半导体LED相比，具有上述结构的氮化物半导体 LED可以使光功率增加30-50%,并且还可以提高可靠性。
在下文中，将更详细地描述根据上述实施方案的氮化物半导体 LED的特征。
在本实施方案中，随着阶段进行，通过改变生长温度，在低温緩 冲层23和高温GaN基半导体层29、 31之间形成第一 AlInN层25和 第二 AlInN层27。通过这样做，可以有效地抑制GaN基半导体层29、 31中的晶体缺陷的发生以提高LED的性能，这是本发明的一个特征。
以下将更详细地描述AlInN层25和27抑制GaN基半导体层29、 31中晶体缺陷发生的机制。
首先，为了生长GaN基半导体，使緩沖层23在高生长温度下再 结晶，以使緩冲层从无定形相转变为多晶相。生长在经历相转变的緩 冲层上的GaN半导体通过岛之间的熔合而实现晶体生长。此时，根据 随緩冲层生长温度而变化的厚度，在高温再结晶过程中緩冲层相变类 型改变，从而产生表面应变和平整度的差异。GaN基半导体的最初生 长模式由上述差异确定。在GaN基半导体的最初生长模式中，在岛熔 合过程中优选实施垂直生长模式，并且随着厚度的增加，优选实施水 平生长模式。
如上所述，在初始的岛熔合过程中，优选实施垂直生长模式。此 时，晶体缺陷例如"穿越位错"在熔合的边界处产生，并穿过有源层，
13继续前进至LED的表面。为了有效地抑制和减少初始晶体缺陷，本发 明的緩冲层在高温下再结晶，且通过在高于緩冲层生长温度的生长温 度范围内线性地改变生长温度来生长作为应变控制层的两个或多个 AlInN半导体层。因此，可以改善具有低水平平整度和粗糙多晶相的 緩冲层表面，并可抑制经受"拉伸应变"的GaN基半导体的应力，从而 生长具有优质结晶相的GaN基半导体LED。
将参照图2至图5详细地描述通过上述制造方法制造的本发明的 氮化物半导体LED的特性。
图2和图3是通过传统技术生长的氮化物半导体的AFM(原子力 显微镜)表面照片，图4和图5是通过根据本发明的制造氮化物半导 体的方法生长的氮化物半导体的AFM表面照片。在上述AFM表面照 片中，图2和图4是lnmxlpm区域的表面照片，图3和图5是5nmx5pm 区域的表面照片。并且，在本实施方案的情况下，采用蓝宝石衬底和 AlInN/GaN/AlInN/GaN緩沖层，通过根据生长阶段改变它们的生长温 度，使第一 AlInN层和第二 AlInN层在緩冲层上形成，然后在第二 AlInN层上形成In掺杂的GaN层。
参照图2和图3，通过传统制造方法生长的GaN半导体的表面具 有被许多"位错，，缺陷和"凹坑(pit)，，分割的阶梯形状(terrace shape )。 并且，正如从黑点所看到的，已知GaN半导体的生长结束于穿越位错， 即"螺位错"的一种。然而，如图4和图5所示，与传统技术制造的氮 化物半导体相比，通过本发明的制造方法生长的氮化物半导所具有的 位错和凹坑的数量大大减少，并具有均匀的阶梯形状。
并且，可以证实，通过本实施方案的制造方法生长的氮化物半导 体具有约1.8A的表面平整度，与传统表面平整度2.7A相比其对应于 大幅改进值。
另外，在评价通过本实施方案的制造方法生长的氮化物半导体的 电性能时，发现室温下迁移率增加至2倍或更多，从250cm2/Vsec至 500cm2/Vsec。电性能的提高与AFM表面分析一致。从上述结果可以 证实，利用生长温度逐步变化而生长的AlInN层已经有效地抑制了AlInN层中晶体缺陷的发生。
图6是表示对根据本发明实施方案的氮化物半导体实施的用于结 晶度比较的DC-XRD (双晶体X-射线衍射)结果的曲线图，其中，附 图标记(a )是根据本发明的氮化物半导体的分析结果，而附图标记(b ) 是根据传统技术的氮化物半导体的分析结果。
参照图5,根据本发明具有两个或多个AlInN层的氮化物半导体 在(0002)方向上具有190弧秒(arcsec)的结晶度，其相当于传统 氮化物半导体结晶度250弧秒值的两倍或更高。上述结果也与AFM 表面分析和电性能一致。
并且，在根据本发明的氮化物半导体LED中，例如，具有单量子 阱结构的ITO电极/npn-结LED中，其电性能在20mA的电流下使用 积分球(integral sphere)通过未封装的蓝色LED芯片进行测量，获 得6.3mW的光功率、3.1V的工作电压以及460nm的中心波长(core wavelength),这对应于非常好的值。
通过上述描述，显而易见的是根据本发明的氮化物半导体LED可 以抑制有源层的晶体缺陷、提高电性能、增加光功率并提高运行可靠 性。
<第二实施方案>
除了通过线性改变第二 AlInN层的生长温度，例如从IOOO'C至 1500。C,加速生长第二 AlInN层以便更有效地控制第一和第二 AlInN 层的应变以外，第二实施方案与第一实施方案相同。
根据本实施方案，当生长温度升高时，铟(In)含量线性降低， 然后过程转变为A1N层具有优良结晶度的生长模式。由于AIN半导体 在表面粗糙度和平整度方面优良，因此其具有的优点是在GaN半导体 初始岛熔合期间水平生长先于垂直生长。因此，A1N半导体被转变为 水平生长先于垂直生长的晶体生长模式，以有效地抑制晶体缺陷，由 此生长优质的GaN半导体。
15<第三实施方案>
图7是示出根据本发明第三实施方案的氮化物半导体LED的结构 的示意图。
除了进一步包括InGaN层61和n-InGaN层63夕卜，图7所示的 氮化物半导体LED与第 一实施方案的氮化物半导体LED相同。
InGaN层61沉积在第二 AlInN层27和In掺杂的GaN层29之 间，以进一步抑制晶体缺陷的发生。n-InGaN层63沉积在n-GaN层 31和有源层33之间，并且形成为具有低铟含量的低摩尔InxGal-xN 层，以提高有源层33的内量子效率。
当然，第三实施方案的氮化物半导体LED也具有形成在緩冲层 23上的两个或多个AlInN层25和27。
<第四实施方案>
在根据本发明精神的另一实施方案中，提供具有氮化物半导体超 晶格结构而不是生长在緩沖层23上的两个或多个AlInN层25和27 的氮化物半导体LED,根据第四实施方案的氮化物半导体LED也改 善源于晶体缺陷的性能。
氮化物半导体的超晶格结构可由选自InGaN/InGaN超晶格结构、 InGaN/GaN超晶格结构、InGaN/AlGaN超晶格结构以及 InGaN/AlInGaN超晶格结构中的一种形成。
<第五实施方案>
除了第二电极接触层具有不同的结构外，第五实施方案的氮化物 半导体LED与第一实施方案的氮化物半导体LED相同。
具体而言，图1至图7所示的氮化物半导体LED采用超梯度 n-InGaN层37作为施加电功率的透明电极的第二电极接触层。超梯度 n-InGaN层37具有通过逐渐控制In含量而控制的带隙。
本发明的氮化物半导体LED釆用超重叠结构的p-GaN层作为 第二电极接触层来代替超梯度n-InGaN层37。超重叠结构的p-GaN
16层(SOV p-GaN层)表示通过改变掺杂浓度而形成的具有超晶格结构的p-GaN，如图8所示。
图8是示出在根据本发明实施方案的氮化物半导体LED中形成的SOV氮化物半导体结构的示意图，并描述了带隙随p-GaN掺杂浓度的变化。在图8中，附图标记71表示具有低掺杂浓度的p-GaN层的带隙，而附图标记73表示具有高掺杂浓度的p-GaN层的带隙。SOVp-GaN层表示具有低掺杂浓度的p-GaN层/具有高掺杂浓度的p-GaN层的超晶格结构的层。在一个实施例中，具有低掺杂浓度的p-GaN层的Cp2Mg流可以在0SXSl000pmo1 (其中X是Mg含量)的条件下生长，而具有高掺杂浓度的p-GaN层的Cp2Mg流可以在50^XSl0000nmo1 (其中X是Mg含量)的条件下生长。
因此，可以增加p-GaN载流子浓度，并使透明电极例如ITO、IZO等可以施加在SOV p-GaN层上。
如上所述,在根据本发明的氮化物半导体LED及其制造方法中，可以提高构成氮化物半导体LED的有源层的结晶度，以及可以提高LED的光功率和可靠性。
<试验实施例>
根据本发明的精神，对具有ITO/n-InGaN层/p-GaN层/(InGaN/InGaN)SQW层/n+國GaN(Si-In)层/ GaN(In)层/(第二 AlInN层/第一 AlInN层)/(GaN/AlInN/GaN/AlInN)緩冲层/蓝宝石衬底结构的单量子阱LED的性能进行了测试，获得以下结果。此处，n+-GaN(Si-In)层是第一电极接触层，而n-InGaN层是第二电极接触层。
在20mA电流下，可以获得例如460nm的中心波长、6.3mW的光功率、3.1V的工作电压(VF)的电性能。在人体模式中，ESD值至少为-lKV，可以在2英寸的整个蓝宝石衬底上获得该值的90%或更高。这里，测量值是利用蓝色LED芯片测量的，尤其是光功率是利用积分球来测量的。[发明模式
虽然根据上述实施方案的氮化物半导体LED表示并描述了仅有第一 AlInN层25和第二 AlInN层27的两个AlInN层的实施例，但本发明并不局限于此。换句话说，在本发明的其它实施方案中，可以采用三个或多个AlInN层，但可以获得相同的或改进的效果。
[工业适用性I
根据本发明，可以提高构成氮化物半导体LED的有源层的结晶度，并且可以提高光功率和可靠性。而且，可以增加氮化物半导体LED的产率并且可以改善电性能。
权利要求
1.一种氮化物半导体发光器件，包含超晶格层，所述超晶格层具有选自InGaN/InGaN超晶格结构、InGaN/GaN超晶格结构、InGaN/AlGaN超晶格结构以及InGaN/AlInGaN超晶格结构中的一种；形成在所述超晶格层上方的In掺杂的氮化物半导体层；形成在所述In掺杂的氮化物半导体层上方的第一电极接触层；形成在所述第一电极接触层上方的有源层；形成在所述有源层上方的p型氮化物半导体层；和形成在所述p型氮化物半导体层上方的第二电极接触层；其中所述第二电极接触层包括In含量逐渐变化的具有超梯度结构的n型氮化物半导体层或由于掺杂浓度不同而具有超晶格结构的超重叠结构的p-GaN层。
2. 根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述超 晶格层下方的緩冲层。
3. 根据权利要求2的氮化物半导体发光器件，其中所述緩沖层具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlInGaN/InGaN/GaN的叠层结构。
4. 根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述In 掺杂的氮化物半导体层下方的InGaN层。
5. 根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述第 一电极接触层上方的n-InGaN层。
6. 根据权利要求l的氮化物半导体发光器件，其中所述第一电极接触 层是n型半导体层。
7. 根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述第二 电极接触层上方的电极层。
8. 根据权利要求7的氮化物半导体发光器件，其中所述电极层由选 自透光氧化物以及作为透光金属的含Ni金属的Au合金中的一种形 成，所述透光氧化物包括ITO(In-SnO) 、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga画ZnO)、 AZO(Al國ZnO)、 IGZO(In画Ga ZnO)、 AGZO(Al-GaZnO)、 ZnO、 IrO和RuO。
9. 一种制造氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括以下步骤 在衬底上方形成緩沖层；在所述緩沖层上方形成超晶格层，所述超晶格层具有选自 InGaN/InGaN超晶格结构、InGaN/GaN超晶格结构、InGaN/AlGaN 超晶格结构以及InGaN/AlInGaN超晶格结构中的一种； 在所述超晶格层上方形成In掺杂的氮化物半导体层； 在所述In摻杂的氮化物半导体层上方形成第一电极接触层； 在所述第一电极接触层上方形成有源层； 在所述有源层上方形成p型氮化物半导体层；和 在所述p型氮化物半导体层上方形成第二电极接触层； 其中所述第二电极接触层是In含量逐渐变化的具有超梯度结构的 n型氮化物半导体层或由于掺杂浓度不同而具有超晶格结构的超重叠 结构的p-GaN层。
10. 根据权利要求9的方法，其中所述緩冲层具有 AlInN/GaN/AlInN/GaN或AlInGaN/InGaN/GaN的叠层结构。
11. 根据权利要求9的方法，还包括在所述第二电极接触层上方形成 电极层的步骤。
12. 根据权利要求ll的方法，其中所述电极层由在所述第二电极接触 层上方的选自透光氧化物以及作为透光金属的含Ni金属的Au合金中 的一种所形成，所述透光氧化物包括ITO(In-SnO)、 IZO(In-ZnO)、 ZGO(Ga-ZnO)、 AZO(Al-ZnO)、 IGZO(In-Ga ZnO)、 AGZO(Al匪Ga ZnO)、 ZnO、 IrO和RuO 。
全文摘要
本发明披露了一种氮化物半导体发光器件，包括一个或多个AlInN层；形成在该AlInN层上方的In掺杂的氮化物半导体层；形成在该In掺杂的氮化物半导体层上方的第一电极接触层；形成在该第一电极接触层上方的有源层；以及形成在该有源层上方的p型氮化物半导体层。根据所述氮化物半导体发光器件，有源层的晶体缺陷被抑制，使得氮化物半导体发光器件的可靠性增加，并使得光输出增大。
文档编号H01L33/32GK101552315SQ200910132659
公开日2009年10月7日 申请日期2005年10月6日 优先权日2004年10月19日
发明者孙孝根, 李昔宪 申请人:Lg伊诺特有限公司