专利名称：氮化物半导体发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氮化物半导体发光装置，更具体地讲，本发明涉及一种具有改善的发光效率和电可靠性的氮化物半导体发光装置。
背景技术：
氮化物半导体发光装置是一种根据其组成比率而能够覆盖宽范围的波长(包括蓝光段波长和绿光段波长)的光源，近来氮化物半导体发光装置已经引起了越来越多的兴趣，并且氮化物半导体发光装置已经被广泛用于全色显示器、图像扫描器、各种信号系统和光通信装置。如此，为了在实际中广泛地应用氮化物半导体发光装置的过程中得到提高的光效率和可靠性，对氮化物半导体发光装置的研发已经增多。作为实现这一目标的方法，已经考虑降低阈值电压Vf的方案。可以预期的是通过减小热值量来获得提高的可靠性和延长的寿命，同时可以通过降低发光二极管(LED)的阈值电压来提高光效率。在这个方案中，可以用高浓度(例如，lX102°/cm3或者更高)P型杂质(例如，Mg)来掺杂P-GaN层，从而以关于电极具有高逸出功的p-GaN接触层形成欧姆接触层。这样掺杂的高杂质浓度由于其缺陷而会引起接触层的晶体性质劣化及透光率劣化。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种氮化物半导体发光装置，所述氮化物半导体发光装置能够提供与P侧电极的欧姆接触，同时通过改善的晶体性质来提高透光率。根据本发明的一个方面，提供了一种氮化物半导体发光装置，所述氮化物半导体发光装置包括发光结构，具有P型氮化物半导体层、η型氮化物半导体层和形成在它们之间的活性层；Ρ侧电极和η侧电极，分别电连接至P型氮化物半导体层和η型氮化物半导体层；以及接触层，设置在P型氮化物半导体层和P侧电极之间，并包括具有第一杂质浓度以与P侧电极形成欧姆接触的第一 P型氮化物层和具有第二杂质浓度的第二 P型氮化物层，第二杂质浓度低于第一杂质浓度。第一 P型氮化物层和第二 P型氮化物层均可以具有范围为5nm至40nm的厚度。第二杂质浓度可以低于P型氮化物半导体层中接触接触层的区域的杂质浓度。第一杂质浓度可以是第二杂质浓度的10倍以上大。例如，第一 P型氮化物层的第一杂质浓度可以是lX102°/cm3以上，第二 P型氮化物层的第二杂质浓度可以是5 X IO16
IXlO1Vcm3O作为具体的示例，接触层还可以包括设置在第二 P型氮化物层和P型氮化物半导体层之间的附加的第一 P型氮化物层。
此外，作为另一个具体的示例，接触层还可以包括在第二 P型氮化物层和P型氮化物半导体层之间交替布置的至少一个附加的第一P型氮化物层和至少一个附加的第二P型氮化物层。附加的第一 P氮化物层和附加的第二 P型氮化物层可以具有范围为5nm至40nm
的厚度。根据本实施例的另一个方面，提供了一种氮化物半导体发光装置，所述氮化物半导体发光装置包括发光结构，包括P型氮化物半导体层、η型氮化物半导体层和形成在它们之间的活性层；Ρ侧电极和η侧电极，分别电连接至P型氮化物半导体层和η型氮化物半导体层；以及接触层，设置在P型氮化物半导体层和P侧电极之间，并包括P型氮化物层和电流扩散层，P型氮化物层具有杂质浓度从而与P侧电极形成欧姆接触，电流扩散层形成在P型氮化物层和P型氮化物半导体层之间并由η型氮化物层和SiC层中的至少一层形成。
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其他方面、特征以及其他优点将被更加清楚地理解，在附图中图I是示出根据本发明实施例的氮化物半导体发光装置的侧面剖视图；图2是示出根据本发明实施例的第一变型示例的氮化物半导体发光装置的侧面首丨J视图;图3是将根据本发明的示例和比较例的氮化物半导体发光装置的光输出进行比较的图；图4是将根据本发明的示例和比较例的氮化物半导体发光装置中的ESD缺陷率进行比较的图；图5是示出根据本发明实施例的第二变型示例的氮化物半导体发光装置的侧面剖视图；以及图6是根据本发明另一个实施例的氮化物半导体发光装置的侧面剖视图。
具体实施例方式现在将参照附图详细地描述本发明的实施例，使得本发明所属领域的技术人员可以容易地实施本发明的实施例。然而，在描述本发明的实施例的过程中，将省略对公知功能或结构的详细描述，以避免用不必要的细节使本发明的描述变得模糊。 此外，在整个附图中，相同的标记指示相同的元件。除非明确地进行相反的描述，否则词语“包括”将被理解为意味着包括所述元件，但不排除其他元件。在下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施例。图I是示出根据本发明实施例的氮化物半导体发光装置的侧面剖视图。根据本发明实施例的氮化物半导体发光装置10可以包括发光结构，该发光结构包括P型氮化物半导体层16、η型氮化物半导体层14及形成在它们之间的活性层15。如图I中所示，为了允许生长好质量的晶体，可以在诸如蓝宝石基底的氮化物单晶生长基底11上另外地形成缓冲层12。氮化物半导体发光装置10可以包括分别连接至P型氮化物半导体层16和η型氮化物半导体层14的P侧电极19和η侧电极18。ρ型氮化物半导体层16和ρ侧电极19可以在它们之间具有接触P侧电极19的接触层17。接触层17可以包括具有不同杂质浓度的第一 P型氮化物层17a和第二 ρ型氮化物层17b。例如，第一 ρ型氮化物层17a和第二 ρ型氮化物层17b可以是具有不同杂质浓度的P型GaN层。第一 ρ型氮化物层17a可以设置为直接接触ρ侧电极19的区域。通常，在电极材料中，很少提供这样的情况，即，电极材料具有高逸出功足以与诸如P型GaN的P型氮化物形成欧姆接触。因此，在带离散发生的时候，为了形成基于向着杂质水平的载流子运动的欧姆接触，P型杂质浓度可以被确定为具有足够高的浓度。用于上述欧姆接触的杂质浓度(在下文中，被称为“第一杂质浓度”)可以是相对高的浓度，例如，I X IO2Vcm3或者更高。然而，如上所述，高杂质浓度会不利地影响薄膜中的晶体性质。即，用于欧姆接触的P型杂质浓度会由于由此产生的大量缺陷以及大大劣化的晶体性质而降低透光率水平。为了消除上述缺陷，如图I所示，在具有足以与P侧电极19形成欧姆接触的第一杂质浓度的第一 P型氮化物层17a的下部上，接触层17可以包括具有第二杂质浓度的第二P型氮化物层17b，第二杂质浓度具有低于第一杂质浓度的杂质浓度。此外，第二 ρ型氮化物层17b的浓度可以低于ρ型氮化物半导体层16中与接触层17接触的区域的浓度。因为第二 ρ型氮化物层17b是具有相对低杂质浓度的薄膜，所以可以通过提高透光率来提闻売度，同时提供相对闻的晶体性质。另外，因为第_■ P型氣化物层17b的电阻闻于第一 P型氮化物层17a的电阻，所以可以提高电流扩散特性，因此可以有效地保护装置免受浪涌(surge)和静电放电(ESD)的影响。这样的第一 ρ型氮化物层17a和第二 ρ型氮化物层17b可以分别具有范围为5nm至40nm的厚度ta和tb。第一 ρ型氮化物层17a的第一杂质浓度可以是第二 ρ型氮化物层17b的第二杂质浓度的10倍或者更多倍的浓度，但不限于此。例如，第一杂质浓度可以是I X IO2Vcm3或者更高，第二杂质浓度可以是5 X IO16 I X 1019/cm3。尽管通过举例的方式以包括一个高浓度P型氮化物层和一个低浓度P型氮化物层的形式提供根据本发明实施例采用的接触层，但与这种情况不同，可以以包括设置在两个高浓度P型氮化物层之间的低浓度P型氮化物层的方式实现接触层，或者可以以其中包括多个相应的高浓度P型氮化物层和低浓度P型氮化物层并使它们交替堆叠的超晶格结构形式实现接触层。如此，当按照与上述实施例的方式相似的方式，通过插入至少一个低浓度ρ型氮化物层来实现接触层时，可以改善晶体性质，因此增加了透光率并且还改善电流扩散功能，由此可以大大增大装置的可靠性。图2是根据本发明另一个实施例的具有接触层的氮化物半导体发光装置的侧面剖视图，其中，以相对低浓度的氮化物层被插入到相对高浓度的氮化物层中的形式提供该接触层。根据本发明实施例的氮化物半导体发光装置30可以包括发光结构，所述发光结构包括P型氮化物半导体层36、η型氮化物半导体层34和形成在它们之间的活性层35。如图2中所示，为了得到在诸如蓝宝石基底的氮化物单晶生长基底31上生长的高质量晶体，可以形成缓冲层32。氮化物半导体发光装置30可以包括分别连接至ρ型氮化物半导体层36和η型氮化物半导体层34的ρ侧电极39和η侧电极38。P型氮化物半导体层36可以包括ρ型GaN层36a和用作电子阻挡层(EBL)的AlGaN层36b，氮化物半导体发光装置30还可以包括与ρ侧电极39接触的接触层37。与本发明的上述实施例相似，接触层37可以包括具有不同杂质浓度的第一ρ型氮化物层37a和第二 ρ型氮化物层37b，且可以包括位于ρ型GaN层36a和第二 ρ型氮化物层37b之间的附加的第一 ρ型氮化物层37c。接触ρ侧电极39的第一 ρ型氮化物层37a可以具有用于形成上述欧姆接触的第一杂质浓度，在其下部上，可以设置具有低于第一杂质浓度的第二杂质浓度的第二 P型氮化物层37b。第二 ρ型氮化物层37b可以由相对低杂质浓度的薄膜形成。此外，附加的第一 ρ型氮化物层37c的杂质浓度可以与第一 P型氮化物层37a的 情况类似，高于第二 P型氮化物层37b的杂质浓度，且附加的第一 P型氮化物层37c的杂质浓度可以与第一 P型氮化物层37a的杂质浓度基本相同。如上所述，在根据本发明实施例的接触层37的情况下，可以理解的是，接触层37具有一种结构，在这种结构中，用于改善晶体性质的低杂质浓度氮化物层37b被插入用于提供欧姆接触的高杂质浓度的氮化物层37a和37c中。第一 ρ型氮化物层37a和第二 ρ型氮化物层37b均可以具有范围为5nm至40nm的厚度。第一 P型氮化物层37a的杂质浓度可以是第二 ρ型氮化物层37b的杂质浓度的10倍或更多倍大。附加的第一 P型氮化物层37c的杂质浓度可以高于第二 ρ型氮化物层37b的杂质浓度，并且在特定的示例中，附加的第一 P型氮化物层37c的杂质浓度可以与第一 ρ型氮化物层37a的杂质浓度相似。在具体示例中，第一 ρ型氮化物层37a和附加的第一 ρ型氮化物层37c均可以具有I X IO2Vcm3或更高的杂质浓度，并且具体地，第一 ρ型氮化物层37a和附加的第一 ρ型氮化物层37c可以具有基本相同的杂质浓度。此外，第二 ρ型氮化物层37b可以具有5 X IO16 I X IO1Vcm3的杂质浓度。在下文中，将详细地描述根据本发明具体实施例的操作和效果。(实施例)通过使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备，将具有3 X IO1Vcm3杂质浓度的第一 η型GaN层和具有5 X IO2Vcm3杂质浓度的第二 η型GaN层形成在蓝宝石基底上，并将包括六对Ina2Gaa8N量子阱层和GaN量子垒层的活性层形成在其上。然后，将作为ρ型氮化物层的P型Ala2Gaa8N电子阻挡层(EBL)和具有I X 102°/cm3杂质浓度的ρ型GaN层形成在其上。然后，根据本发明实施例(具体地，图2中示出的结构)形成接触层，使得低浓度的第二 P型氮化物层设置在两个高浓度的第一 P型氮化物层之间。第一 P型氮化物层形成为具有大约20nm的厚度和5X 102°/cm3的杂质浓度，第二 ρ型氮化物层形成为具有大约30nm的厚度和5 X IO1Vcm3的杂质浓度。(比较例)在与根据本发明上述实施例的条件相同的条件下，制造氮化物半导体发光装置，但是只就接触层结构而言，形成了单个高浓度P型氮化物层。即，根据本比较例的接触层形成为具有大约80nm的厚度和5 X IO2tVcm3的杂质浓度。如上所述，对于根据上述实施例和比较例得到的氮化物半导体发光装置，研究了ESD缺陷率和光输出，将其结果示出在图3和图4的图中。首先，参照图3，与根据比较例的氮化物半导体发光装置相比，在根据本发明示例制造的氮化物半导体发光装置的情况下，光输出已经从26. 2mff提高至27. 6mW,提高了约5%。在比较例中，高杂质浓度导致接触层中的晶体性质变差，并且透光率相对减小，然而在根据示例的接触层中，通过引入能够确保相对低的杂质浓度和高质量晶体的第二 P型氮化物层，改善了接触层中的晶体性质，由此提高了透光率。
此外，通过引入电阻高于第一 P型氮化物层电阻的第二 P型氮化物层，可以期望产生电流扩散效应，并且如图4中所示，还可以确定的是已经显著改善了由于ESD导致的缺陷率。具体地讲，在5kV的高ESD电平下，明显展现出改善。如此，接触P侧电极的区域可以确保相对高的杂质浓度，从而形成欧姆接触，与此同时，可以通过引入低浓度氮化物层以防止晶体中的缺陷导致透光率劣化来改善亮度。另夕卜，通过改善该装置的电流扩散特性，可以有效地保护该装置免受电源浪涌和ESD的影响。在本发明的实施例中，由于不同的杂质浓度而具有不同导电率水平的两层可以交替层叠，因此，可以进一步增强装置可靠性，同时显著改善其电流扩散特性。在图5中示出这个变化示例。图5中示出的氮化物半导体发光装置50可以包括发光结构，该发光结构包括P型氮化物半导体层56、η型氮化物半导体层54和形成在它们之间的活性层55。如图5中所示，可以在诸如蓝宝石基底的氮化物单晶生长基底51上形成缓冲层52。氮化物半导体发光装置50可以包括分别连接至P型氮化物半导体层56和η型氮化物半导体层54的P侧电极59和η侧电极58。 氮化物半导体发光装置50可以包括形成在P型氮化物半导体层56上且与P侧电极59接触的接触层57。与上述实施例中的情况相似，接触层57可以包括第一 P型氮化物层57a和具有不同杂质浓度的第二 P型氮化物层57b，但是在本实施例中，应用多个相应的第一 P型氮化物层和第二 P型氮化物层，以具有它们交替堆叠的结构。可以参照图I和图2中描述的相应的第一 P型氮化物层和第二 P型氮化物层来理解应用在本实施例中的第一 P型氮化物层和第二 P型氮化物层。在本实施例中，接触P侧电极的区域可以确保相对高的杂质浓度，从而可在形成欧姆接触的同时通过改善晶体性质来防止透光率劣化，另外，与根据上述实施例预期的效果相比，可以预期的是更加增强的装置可靠性效果(增强了 ESD特性)。根据本发明的另一个实施例，可以设置一种结构，在这种结构中，构成接触层的多个元件中的一部分(即，对应于低浓度层的元件)被不同的单晶层替代，而不是P型氮化物层。替代性的单晶层可以是能够通过提供优异的晶体性质而确保相对高水平的透光率同时通过引起相对高的电阻而提供电流扩散效果的单晶，而不是提供接触区域的高浓度P型氮化物层。图6中示出的氮化物半导体发光装置70可以包括分别与P型氮化物半导体层76和η型氮化物半导体层74接触的P侧电极79和η侧电极78。氮化物半导体发光装置70可以包括形成在P型氮化物半导体层76上且接触P侧电极79的接触层77。在本实施例中，接触层77可以包括直接接触P侧电极79的p型氮化物层77a和设置在P型氮化物层77a与P型氮化物半导体层76之间的电流扩散层77b。为形成欧姆接触，可以确定P型氮化物层77a具有足够高的P型杂质浓度，并且如上所述，其浓度可以是lX102°/cm3或者更高。根据本实施例的电流扩散层77b可以是单晶层(构成接触层77的部分元件)，其具有高于P型氮化物层77a的电阻的电阻，但是具有相对优异的晶体性质，因此电流扩散层77b具有相对高的透光率。电流扩散层77b可以是SiC层和η型氮化物层中的至少一个。BP, SiC层和η型氮化物层可以被设置成单个的，但是可以设置两层组合的双层形式。在η型氮化物层作为电流扩散层77b被引入的情况下，即使与P型杂质的浓度相比允许η型氮化物层具有相对高的η型杂质浓度，η型氮化物层也可以保持其晶体性质。例如，η型氮化物层的杂质浓度可以在5 X IO16 5 X 1019/cm3的范围内。 同时，可以使用SiC单晶层作为电流扩散层77b。在这种情况下，因为该层可以具有与相同晶体结构类似的晶格常数，所以可以将该层设置为具有优异的晶体性质和基于不同于氮化物层的电特性的改善了的电可靠性。P型氮化物层77a和电流扩散层77b可以分别具有范围为5nm至40nm(例如，20nm至40nm)的厚度ta和tb。作为示例，可以将根据本实施例应用的接触层设置为具有一个高浓度的P型氮化物层和一个电流扩散层，但是和这种情况不一样，如图2的结构中所示，可以以将电流扩散层设置在两个高浓度P型氮化物层之间的形式实现接触层，或者可以将接触层实现为具有超晶格结构，在这种超晶格结构中，通过包括多个相应的高浓度P型氮化物层和电流扩散层，多个相应的高浓度P型氮化物层和电流扩散层交替堆叠。在这个实施例中，通过改善仅由高浓度氮化物层形成的现有接触层导致的相对低的晶体性质，也可以增大透光率，此外，可以通过改善电流扩散功能来增强装置的可靠性。如上所述，根据本发明实施例，可以通过将至少一个低浓度掺杂的P型氮化物层插入到高浓度掺杂的接触层中来改善接触层晶体性质，因此改善了由此产生的缺陷导致的降低的透光率水平。此外，由于在低浓度掺杂的氮化物层中相对低的导电率，所以电流扩散特性可以得到改善，并且通过减轻电源浪涌和ESD的影响，可增强装置的电特性和装置可靠性。尽管在实施例中已经结合实施例示出和描述了本发明，但本领域技术人员将清楚的是，在不脱离由权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出修改和改变。
权利要求
1.一种氮化物半导体发光装置，所述氮化物半导体发光装置包括 发光结构，具有P型氮化物半导体层、η型氮化物半导体层以及形成在P型氮化物半导体层与η型氮化物半导体层之间的活性层； P侧电极和η侧电极，P侧电极电连接至P型氮化物半导体层，η侧电极电连接至η型氮化物半导体层；以及 接触层，设置在P型氮化物半导体层和P侧电极之间，并包括具有第一杂质浓度以与P侧电极形成欧姆接触的第一P型氮化物层和具有第二杂质浓度的第二P型氮化物层，第二杂质浓度低于第一杂质浓度。
2.根据权利要求I所述的装置，其中，第一P型氮化物层和第二 P型氮化物层具有范围为5nm至40nm的厚度。
3.根据权利要求I所述的装置，其中，第二杂质浓度低于P型氮化物半导体层中接触接触层的区域的杂质浓度。
4.根据权利要求I所述的装置，其中，第一杂质浓度是第二杂质浓度的10倍以上大。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，第一P型氮化物层的第一杂质浓度是IX102°/cm3以上，第二 P型氮化物层的第二杂质浓度是5 X IO16 I X 1019/cm3。
6.根据权利要求I所述的装置，其中，所述接触层还包括设置在第二P型氮化物层和P型氮化物半导体层之间的附加的第一 P型氮化物层。
7.根据权利要求I所述的装置，其中，所述接触层还包括在第二P型氮化物层和P型氮化物半导体层之间交替布置的至少一个附加的第一 P型氮化物层和至少一个附加的第二 P型氮化物层。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述附加的第一P型氮化物层和所述附加的第二P型氮化物层具有范围为5nm至40nm的厚度。
9.一种氮化物半导体发光装置，所述氮化物半导体发光装置包括 发光结构，包括P型氮化物半导体层、η型氮化物半导体层以及形成在P型氮化物半导体层与η型氮化物半导体层之间的活性层； P侧电极和η侧电极，P侧电极电连接至P型氮化物半导体层，η侧电极电连接至η型氮化物半导体层；以及 接触层，设置在P型氮化物半导体层和P侧电极之间，并包括P型氮化物层和电流扩散层，P型氮化物层具有杂质浓度从而与P侧电极形成欧姆接触，电流扩散层形成在P型氮化物层和P型氮化物半导体层之间并由η型氮化物层和SiC层中的至少一层形成。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，P型氮化物层和电流扩散层均具有范围为5nm至40nm的厚度。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，P型氮化物层具有IX102°/cm3以上的杂质浓度，电流扩散层由η型氮化物形成，所述η型氮化物具有5 X IO16 5Χ 1019/cm3的杂质浓度。
12.根据权利要求9所述的装置，其中，所述接触层还包括设置在电流扩散层和P型氮化物半导体层之间的附加的P型氮化物层。
13.根据权利要求9所述的装置，其中，所述接触层还包括在电流扩散层和P型氮化物半导体层之间交替布置的至少一个附加的P型氮化物层和至少一个附加的电流扩散层。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述附加的P型氮化物层和所述附加的电流扩散层均具有范围为5nm至40nm的 厚度。
全文摘要
提供了一种氮化物半导体发光装置，所述氮化物半导体发光装置包括发光结构，具有p型氮化物半导体层、n型氮化物半导体层和形成在它们之间的活性层；p侧电极和n侧电极，分别电连接至p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层；以及接触层，设置在p型氮化物半导体层和p侧电极之间，并包括具有第一杂质浓度以与p侧电极形成欧姆接触的第一p型氮化物层和具有第二杂质浓度的第二p型氮化物层，第二杂质浓度低于第一杂质浓度。
文档编号H01L33/14GK102867894SQ201210082249
公开日2013年1月9日 申请日期2012年3月26日 优先权日2011年7月6日
发明者沈炫旭, 李东柱, 申东益, 金荣善, 浅井诚, 孙俞利 申请人:三星电子株式会社