氮化物半导体发光器件以及制造其的方法

专利名称：氮化物半导体发光器件以及制造其的方法
技术领域：
本发明涉及氮化物半导体发光器件以及制造其的方法。
背景技术：
含氮的III-V族化合物半导体(此后称作“氮化物半导体”)具有对应于具有在红外区域至紫外区域中的波长的光的能量的带隙能量。因此，氮化物半导体可用作发光器件的材料，或用作光接受器件的材料，该发光器件发射出具有从红外区域至紫外区域的波长的光，该光接受器件接收具有从红外区域至紫外区域的波长的光。此外，构成氮化物半导体的原子之间的键联强，氮化物半导体的介质击穿电压高，且氮化物半导体的饱和电子速度高。由于这些因素，氮化物半导体可用作诸如耐高温和高输出高频晶体管的电子器件的材料。·此外，氮化物半导体将基本不危害环境，且因此作为易处理材料吸引注意力。在使用该种氮化物半导体的氮化物半导体发光器件中，通常使用量子阱结构作为发光层。当施加电压时，在发光层中的讲层内电子和空穴复合，且作为结果，产生光。发光层可具有单量子阱结构，或可以具有其中阱层和势垒层交替堆叠的多量子阱(MQW)结构。同时，已知在使用氮化物半导体的氮化物半导体发光器件中存在缺陷，其表现为所谓的V表面坑(V形表面坑)、V缺陷、或倒六棱锥(inverted hexagonal pyramid)缺陷。例如，日本专利公开No. 2005-277423公开了ー种结构，其中在LED芯片的表面中形成了“六棱锥空洞”。因为V表面坑是缺陷，通常认为通过阻止V表面坑的产生将改进LED的特征。在另一万 _，在 A. Hangleiter, F. Hitzel, C. Netzel, D. Fuhrmann, U. Rossow, G. Ade, and P. Hinze在 Physical Review Letters 95, 127402 (2005)中的“在 GalnN/GaN 量子阱中通过 V 形表面坑抑制无辐射复合产生了发光效率的大幅増加”中，报道了在MQW发光层中V表面坑(V形表面坑)的操作。有据于此，当在MQW发光层中存在V表面坑时，V表面坑的倾斜表面中的量子阱宽度是窄的。因此，注入量子阱中的电子或空穴被阻止到达穿透位错(其为V表面坑中的晶体缺陷)，且作为結果，MQff发光层中的非发光复合被抑制。在M. Shiojiri, C. C. Chu。，J. T. Hsu, J. R. Yang and H. Saijo 在 JOURNAL OFAPPLIED PHYSICS 99，073505 (2006)的“在多个InGaN/GaN量子阱层中的V缺陷的结构和形成机制”中，报道了 V表面坑的顶角理想地为56°。作为用导电杂质对发光层进行掺杂的技术，日本专利申请公开No. 2005-109425公开通过顺序堆叠非掺杂GaN势垒层和n型杂质掺杂InGaN量子阱层形成有源层(对应于本申请中的发光层)。同时该公开公开在非掺杂GaN势垒层和前述InGaN量子阱层接触的界面处设置有防扩散膜，且该防扩散膜包含的n型杂质的浓度低于InGaN量子阱层中的n型杂质的浓度。日本专利申请公开No.2000-349337公开有源层含有n型杂质，且有源层中的n型杂质浓度在n层侧中较在p层侧中要高。同时该公开公开由于有源层中n型杂质浓度在n层侧中较在p层侧中要高，能够从n层侧提供施主至有源层，且获得具有高发光输出的氮化物半导体器件。

发明内容
当根据传统技术制造氮化物半导体发光器件、且产生的氮化物半导体发光器件在高温下或以高的电流被驱动时，可能会发生发光效率的劣化。由此，也可能会导致单位功率的发光效率(功率效率)的劣化。本发明意图计入对此点的考量，且本发明的目的是提供一种实现优异的功率效率的氮化物半导体发光器件，这是因为即使在高温或大电流下驱动时发光效率的劣化都被抑制。根据本发明的第一氮化物半导体发光器件，包括按以下顺序设置的n型氮化物半导体层、V表面坑产生层、中间层、多量子阱发光层和p型氮化物半导体层。该多量子阱发·光层是通过交替堆叠势垒层和具有低于势垒层的带隙能量的阱层所形成的层。V表面坑部分地形成于多量子阱发光层中，且V表面坑的开始点的平均位置位于中间层中。根据本发明的第二氮化物半导体发光器件，包括按以下顺序形成的n型氮化物半导体层、V表面坑产生层、中间层、下部多量子阱发光层、上部多量子阱发光层和p型氮化物半导体层。该上部多量子阱发光层是通过交替堆叠上部势垒层和具有低于上部势垒层的带隙能量的上部阱层所形成的层。该下部多量子阱发光层是通过交替堆叠下部势垒层和具有低于下部势垒层的带隙能量的下部阱层所形成的层，且至少下部势垒层掺杂有n型杂质。下部多量子阱发光层的平均n型掺杂浓度高于上部多量子阱发光层的平均n型掺杂浓度。V表面坑部分地形成于上部多量子阱发光层中，且V表面坑的开始点的平均位置位于中间层中或位于下部多量子阱发光层中。优选地，V表面坑产生层中的n型掺杂浓度显著地大于n型氮化物半导体层的最上表面中的n型掺杂浓度，且优选地大于或等于5 X IO18CnT3。优选地，V表面坑产生层中的In成分比例大于n型半导体层的最上表面中的In成分比例。此时，V表面坑产生层优选地包括n型杂质，且V表面坑产生层的组成优选地是InxGahN (0. I < x < 0. 2)。优选地，V表面坑产生层的厚度大于或等于5nm。优选地，中间层的厚度大于或等于40nm。优选地，中间层是通过交替堆叠宽带隙层和具有低于宽带隙层的带隙能量的窄带隙层而形成的层。优选地，上部多量子阱发光层中势垒层的数量大于或等于4。一种根据本发明的用于制造氮化物半导体发光器件的第一方法，包括第一步骤，形成n型氮化物半导体层；第二步骤，在n型氮化物半导体层上形成中间层；第三步骤(该步骤在第一步骤之后和第二步骤之前进行)，停止对形成有n型氮化物半导体层的晶片提供源气体，并在向晶片提供显著地包括作为运载气体的H2气体的气体时降低晶片的温度；以及第四步骤，在中间层上顺序地形成多量子阱发光层和P型氮化物半导体层。优选地，显著地包括H2气体的气体包括体积上大于或等于20%且小于或等于80%的H2气体。
优选地，第三步骤将晶片的温度降低大于或等于50°C。通过执行第三步骤，优选地，V表面坑部分地形成于多量子阱发光层中，且V表面坑的开始点的平均位置位于中间层中。形成多量子阱发光层的步骤优选地包括在中间层上交替地堆叠下部势垒层和具有较下部势垒层低的带隙能量的下部阱层，并使用n型杂质掺杂至少下部势垒层，以形成下部多量子阱发光层的步骤，以及在下部多量子阱发光层上交替地堆叠上部势垒层和具有较上部势垒层低的带隙能量的上部阱层，以形成具有比下部多量子阱发光层低的平均n型掺杂浓度的上部多量子阱发光层的步骤。通过进行第三步骤，优选地，在多量子阱发光层中部分地形成V表面坑，且V表面坑的开始点的平均位置位于中间层中或位于下部多量子阱发光层中。 根据本发明的用于制造氮化物半导体发光器件的第二方法，包括在显著低于n型氮化物半导体层的温度的温度上在n型氮化物半导体层上形成V表面坑产生层的步骤，以及在V表面坑产生层上顺序地形成中间层、多量子阱发光层、和p型氮化物半导体层的步骤。优选地，形成V表面坑产生层的步骤在低于或等于920°C的温度上形成V表面坑产生层。通过形成V表面坑产生层，优选地，V表面坑部分地形成于多量子阱发光层中，且V表面坑的开始点的平均位置位于中间层中。形成多量子阱发光层的步骤优选地包括在中间层上交替地堆叠下部势垒层和具有较下部势垒层低的带隙能量的下部阱层，并使用n型杂质掺杂至少下部势垒层，以形成下部多量子阱发光层的步骤，以及在下部多量子阱发光层上交替地堆叠上部势垒层和具有较上部势垒层低的带隙能量的上部阱层，以形成具有比下部多量子阱发光层中的平均n型掺杂浓度低的平均n型掺杂浓度的上部多量子阱发光层的步骤。通过形成V表面坑产生层，优选地，V表面坑在多量子阱发光层中部分地形成，且V表面坑的开始点的平均位置位于中间层中或位于下部多量子阱发光层中。优选地，形成V表面坑产生层的步骤形成厚度大于或等于5nm的V表面坑产生层。优选地，形成中间层的步骤形成具有大于或等于40nm厚度的中间层。优选地，形成中间层的步骤通过交替堆叠宽带隙层和具有低于宽带隙层的带隙能量的窄带隙层而形成中间层。优选地，形成上部多量子阱发光层的步骤形成上部多量子阱发光层，从而上部势鱼层的数量大于或等于4。根据本发明的氮化物半导体发光器件，即使在高温或在大电流下驱动吋，也阻止发光效率劣化，从而功率效率优良。本发明的前述以及其他目标、特征、方面和优势将在结合附图时从本发明的以下详细描述而变得更明显。


图I是示出了根据本发明的一个实施例的氮化物半导体发光器件的构造的剖视图。
图2是示出了根据本发明的一个实施例的氮化物半导体发光器件的构造的俯视图。图3是示意地示出了在形成根据本发明的一个实施例的氮化物半导体发光器件的氮化物半导体层中的带隙能量Eg的大小的能量图。图4是示出了在本发明的一个示例中的电流密度和外量子效率之间的关系的图表。图5A是通过在AFM (原子力显微镜)下观察ー个对比示例中的V表面坑评估结构的上表面而获得的图像。图5B是通过一个示例中的V表面坑评估结构的上表面的AFM观察所获得的图像。
图6A是示出了在本发明的一个示例中的V表面坑直径Wv和V表面坑的累计发生 率之间的关系的图表。图6B是示出了基于图6A的结果获得的V表面坑直径Wv和V表面坑深度dv之间的关系的图表。图6C是示出了基于图6A中示出的结果确定的V表面坑产生层和V表面坑开始点之间的位置关系的剖视图。图7是示出了根据本发明的一个实施例的氮化物半导体发光器件的构造的剖视图。图8是示出了根据本发明的一个实施例的氮化物半导体发光器件的构造的剖视图。图9是示出了在本发明的一个示例中的上部MQW发光层中的势垒层的数量和外量子效率之间的关系的图表。图10是示出了根据本发明的一个实施例的氮化物半导体发光器件的构造的剖视图。图IlA是通过一个比较示例中的V表面坑评估结构的上表面的AFM观察所获得的图像。图IlB是通过一个示例中的V表面坑评估结构的上表面的AFM观察所获得的图像。
具体实施例方式在下文中，将參照附图对本发明的实施例进行描述。在下文中，“势垒层”标示夹在阱层之间的层。没有被夹在阱层之间的层标示为“第ー势垒层”或“最后势垒层”，以区别于夹在阱层之间的层。在下文的实施例中，图I的下侧中示出的部分有时表述为“下”，而图I的上侧中示出的部分有时表述为“上”，以标示位置关系，但是，该措辞出于简明的目的，而不同于相对于重力方向限定的“上”和“下”。在下文中，使用术语“掺杂浓度”和术语“载体浓度”，其表示和使用n型杂质或p型杂质掺杂相关联地产生的电子或空穴的浓度，且将在下文中描述它们之间的关系。“运载气体”是ー气体，其不同于III族元素的源气体、V族元素的源气体、以及导电杂质的源气体。形成运载气体的原子将不会被吸收入膜或相似物中。本发明不限于下文中示出的实施例。此外，在本发明的附图中，诸如长度、宽度、和厚度的尺寸关系为了附图的清晰和简明而被恰当地改动，而不代表实际的尺寸关系。<第一实施例>图I和图2分别示出了根据本发明的第一实施例的氮化物半导体发光器件I的剖视图和俯视图。沿图2中示出的线I-I截取的剖视图对应于图I。而且，图3是示意地示出了图I中示出的氮化物半导体发光器件I中从n型氮化物半导体层9至p型氮化物半导体层16的带隙能量Eg的大小的能量图。图3中的垂直方向是图I中示出的层的上下方向，而图3中的水平轴的Eg示意地代表各个成分中的带隙能量的大小。在图3中，将掺杂有n型杂质的层涂上阴影。<氮化物半导体发光器件>在根据本实施例的氮化物半导体发光器件I中，在衬底3的上表面上，依以下顺序堆叠缓冲层5、基层7、n型氮化物半导体层8、9、V表面坑产生层10、作为布置在V表面坑产生层10和MQW发光层14之间的中间层的超晶格层12、 MQW发光层14、以及p型氮化物半导体层16、17、18，以形成台面部分30。在台面部分30之外，n型氮化物半导体层9的上表面的一部分未覆盖有V表面坑产生层10以及类似物，并被曝露，且在该曝露的部分上，设置有n侧电极21。在p型氮化物半导体层18上，设置有p侧电极25，透明电极23夹置在P型氮化物半导体层18和p侧电极25之间。几乎整个氮化物半导体发光器件I的上表面都设置有透明保护膜27，从而将p侧电极25和n侧电极21曝露在外。在氮化物半导体发光器件中，在超高倍率STEM (扫描透射电子显微镜)下观察到的横截面示出了不可避免的V表面坑的产生，但是，在本实施例中，通过插入V表面坑产生层10来控制V表面坑15的产生，如在下文中描述的。< 衬底 >衬底3可为由诸如蓝宝石等制成的绝缘衬底，或可为由GaN、SiC、ZnO等制成的导电衬底。优选地，生长时衬底3的厚度例如为900 ii m至1200 u m。优选地，氮化物半导体发光器件I的衬底3的厚度例如大于或等于50 ii m且小于或等于300 u m,且不限于120 u m。衬底3的上表面可为平坦的，或可具有包括如图I中示出的凸起部3A以及凹陷部3B的凹凸形状。<缓冲层>缓冲层5优选地例如为AlstlGattlN (0彡s0彡1，0彡t0彡1，s0+t0幸0)层，且更优选地为AlN层或GaN层。少量N (0.5至2%)可由氧替代。結果，缓冲层5形成为在衬底3的生长面的法线方向中延伸，且因此获得由具有均匀晶粒的柱状晶体集合构成的缓冲层5。缓冲层5的厚度未被特别地限制，且优选地大于或等于3nm，且小于或等于lOOnm，并更优选地大于或等于5nm,且小于或等于50nm。< 基层 >基层7优选地例如为AlslGatlInulN(0彡si彡1，0彡tl彡1，0彡ul彡1，sl+tl+ul幸0)层，且更优选地为AlslGatlN (0彡Si彡1，0彡tl彡I, sl+tl关0)层，且进ー步优选地为GaN层。结果，存在于缓冲层5中的晶体缺陷(诸如位错)更倾向于在缓冲层5与基层7之间的界面附近成环，且因此能够阻止晶体缺陷从缓冲层5传播到基层7中。基层7可包括n型杂质。但是，当基层7不包括n型杂质时，可保持基层7的优异的晶体性(crystallinity)。因此,优选的是基层7不包括n型杂质。通过增加基层7的厚度，減少了基层7中的缺陷。但是，如果基层7的厚度増加至一定程度之上，则减少基层7中缺陷的效应呈现饱和。由此，基层7的厚度优选地大于或等于I Ii m并小于或等于8 u m。<n型氮化物半导体层>N型氮化物半导体层8、9优选地例如为掺杂有n型杂质的Als2Gat2Inu2N (0彡s2(1，0彡t2彡1，0彡u2彡I，s2+t2+u2~ I)层，且更优选地为掺杂有n型杂质的Als2Gah2N(0彡s2彡1，优选地0彡s2彡0. 5，更优选地0彡s2彡0. I)层。n型杂质不被特别地限制，且优选地为Si、P、As、Sb等，且更优选地为Si。这也适
用于稍后描述的单个层。n型氮化物半导体层8、9中的n型掺杂浓度不被特别地限制，且优选地小于或等于·I X IO19Cm 3O由于n型氮化物半导体层8、9的厚度越大，其阻抗降低越多，所以n型氮化物半导体层8、9的厚度优选地更大。但是，随着n型氮化物半导体层8、9的厚度的増加，成本升高。有介于此，从实用的立场出发，n型氮化物半导体层8、9的厚度优选地但不特别限定为大于或等于I U m且小于或等于10 u m。在下文中将描述的示例I中，通过两个生长步骤(即中断一次n型GaN层的生长，且随后允许相同的n型GaN层再次生长)来形成n型氮化物半导体层8、9。但是，n型氮化物半导体层的构造不被特别地限制。例如，通过持续地形成n型氮化物半导体层8和n型氮化物半导体层9，n型氮化物半导体层可形成为单层、或n型氮化物半导体层可具有大于或等于3层的层片结构。n型氮化物半导体层8、9可具有相同的成分，或不同的成分。而且，n型氮化物半导体层8、9可具有相同的厚度，或不同的厚度。〈V表面坑产生层〉V表面坑产生层10是用于形成V表面坑15的层,从而V表面坑15的开始点的平均位置位于处在n型氮化物半导体层9侧上的层中(在本实施例中为超晶格层12)，而非位于有效地运行作为发光层的层中(在本实施例中为MQW发光层14)。此处,V表面坑15的开始点指的是V表面坑15的底部，且在图6C中示出为“VS”，如下文将描述的。V表面坑15的开始点的平均位置指的是通过将沿氮化物半导体发光器件的厚度方向、形成于MQW发光层14中的V表面坑15的开始点的位置进行平均所获得的位置。作为ー个示例，V表面坑产生层10是厚度为25nm的高度掺杂n型GaN层。此处，措辞“高度掺杂”指的是n型掺杂浓度较位于V表面坑产生层10之下的n型氮化物半导体层9而言显著要高(例如，大于或等于I. I倍、优选地大于或等于I. 4倍、且更优选地大于或等于I. 8倍)。具体地，V表面坑产生层10中的n型掺杂浓度优选地大于或等于5X1018cm_3，更优选地大于或等于7 X 1018cm_3，且进ー步优选地大于或等于I X 1019cm_3。当V表面坑产生层10中的n型掺杂浓度过高吋，V表面坑产生层10的膜质量劣化，且形成于V表面坑产生层10上的MQW发光层14中的发光效率也可能劣化。因此，V表面坑产生层10中的n型掺杂浓度优选地小于或等于n型氮化物半导体层9中的n型掺杂浓度的10倍，且更优选地小于或等于其的3倍。优选地，V表面坑产生层10的n型掺杂浓度显著高于n型氮化物半导体层9的最上表面中的n型掺杂浓度(例如，大于或等于I. I倍、优选地大于或等于I. 4倍、且更优选地大于或等于I. 8倍)。作为另ー不例，V表面坑产生层10优选地为掺杂有n型杂质的Als3Gat3Inu3N (0 (s3^1,0^t3^1,0^u3^1, s3+t3+u3 ^ I)层，且更优选地为掺杂有n型杂质的Inu3Ga^u3N(0 ^ u3 ^ 1，优选地0 < u3 ^ 0. 5，更优选地0 < u3 ^ 0. 15)层。如上所述，当V表面坑产生层10含In时，V表面坑产生层10中的In成分比例优选地比n型氮化物半导体层9中的In成分比例高。这将在下面的第二实施例中进行描述。该V表面坑产生层10优选地具有大于或等于5nm的厚度，且更优选地具有大于或等于IOnm的厚度。由此，实现了对于穿透位错的数量允许更多的V表面坑的产生的效应。〈中间层(超晶格层)>中间层设置在V表面坑产生层10和MQW发光层14之间，且在本实施例中，中间层 为超晶格层12。本说明书中的超晶格层指的是由通过交替堆叠非常薄的晶体层而具有比基础单元晶格更长的周期结构的晶体晶格构成的层。如图3所示，在超晶格层12中，宽带隙层12A和窄带隙层12B被交替地堆叠以形成超晶格结构，且其周期性结构比构成宽带隙层12A的半导体材料的基础单元晶格以及构成窄带隙层12B的半导体材料的基础单元晶格长。此处，超晶格层12可通过顺序地交替堆叠不同于宽带隙层12A和窄带隙层12B的ー个或多个半导体层、宽带隙层12A、和窄带隙层12B而形成超晶格结构。而且，超晶格层12的ー个周期的长度(宽带隙12A的层厚度和窄带隙12B的层厚度的和)小于下文中描述的MQW发光层14的ー个周期的长度，且具体地大于或等于Inm且小于或等于10nm。每ー个宽带隙层12A优选地例如为AlaGabIn (1_a_b)N (0彡a<l, 0〈b彡I)层，且更优选地为GaN层。每ー个窄带隙层12B需要具有例如小于宽带隙层12A的带隙能量，且大于下文描述的阱层14W的相应的带隙能量的带隙能量。窄带隙层12B优选地为AlaGabIn (1_a_b)N(0 彡 a〈l，0〈b 彡 1)，且更优选地为 GabIn (1_b)N (0〈b 彡 I)。优选地，每ー个宽带隙层12A和每ー个窄带隙层12B中的至少ー个包含n型杂质。这是因为如果宽带隙层12A和窄带隙层12B都未掺杂时，氮化物半导体发光器件的驱动电压增加。宽带隙层12A和窄带隙层12B的层的相应数量可例如为2至50，尽管图3中示出的为20。超晶格层12是设置用于改进MQW发光层14的特征的层，且并非氮化物半导体发光器件I的必要成分。但是，当超晶格层12设置在V表面坑产生层10和MQW发光层14之间时，V表面坑产生层10和MQW发光层14可彼此间隔开，从而能够使得V表面坑15的开始点的平均位置不存在于MQW发光层14中(至少在MQW发光层14的上部部分中)。因此，在本发明中，优选地将超晶格层12设置在V表面坑产生层10和MQW发光层14之间。优选地，超晶格层12的厚度大于或等于40nm，更优选地，超晶格层12的厚度大于或等于50nm，且更优选地，超晶格层12的厚度大于或等于60nm。<MQff发光层(多量子阱发光层)>V表面坑15部分地形成在MQW发光层14中。此处，措辞“V表面坑15部分地形成”指的是在AFM下被观察的V表面坑15为位于MQW发光层14的上表面上的点状图案，且表面未完全被V表面坑覆盖。优选地，V表面坑层15的数量密度大于或等于I X IO8Cm-2并小于或等于IXKTchT2。而且在传统的情形中，V表面坑形成在MQW发光层中，但是，在该情形中，MQW发光层的上表面上的V表面坑的数量密度大约小于IX 108cm_2。如在图3中所示，MQW发光层14具有ー结构，其中通过交替地堆叠阱层14W和势垒层 14A，势垒层 14A (14A1, 14A2,…，14A7)被夹在阱层 14W (14W1, 14W2,，14W8)之间，且MQW发光层14设置在超晶格层12上而第一势垒层14A'插入在二者之间。在阱层14W中最靠近P型氮化物半导体层16的位置处的阱层14W1上，设置有最后的势垒层14A0。为了识别每ー个势垒层14A和每ー个阱层14W，这些层被从p型氮化物半导体层16朝向超晶格层12编号，且被标示为阱层14W1、势垒层14A1、阱层14W2、势垒层14A2等。MQff发光层14可通过顺序堆叠不同于势垒层14A和阱层14W的一个或多个半导体层、势垒层14A和阱层14W而形成。示例性地，MQW发光层14的ー个周期的长度(势垒层14A的厚度和阱层14W的厚度的和)优选地大于或等于5nm，且小于或等于lOOnm。每ー个阱层14W的成分依照根据本实施例的氮化物半导体发光器件所需要的发射波长而调节，且其优选地例如为AleGadIn (1_c_d)N (0 ^ c<l, 0〈d ^ I)层，且更优选地为不含Al的InejGate0N(0〈e彡I)层。但是示例性地,当进行小于或等于375nm的紫外发射时，Al通常被恰当地包含，以增加带隙能量。阱层14W的成分优选地是相同的，且由此，可使得通过在阱层14W中复合电子和空穴而发射的光的波长相同，并且因此，氮化物半导体发光器件I的发射谱宽度被有利地收窄。此外，示例性地，上部侧上的每ー个阱层14W优选地尽可能不包含导电杂质(在生长时不引入导电杂质的源材料)，且在该情形中，每ー个阱层14W中的非发光复合不太可能发生，而发光效率优异。同时，下部侧中的每ー个阱层14W可包含n型杂质，且由于此，氮化物半导体发光器件的驱动电压趋向于降低。阱层14W的厚度优选地但不限于彼此相同。当阱层14W的厚度相同时，量子能级也是相同的，且通过在每ー个阱层中电子和空穴的复合以相同的波长发射光，从而有利地使得氮化物半导体发光器件I的发光谱宽度小。在另一方面，通过故意地使阱层14W的成分或厚度彼此不相同，可以使得氮化物半导体发光器件I的发光谱宽度为宽的，且这对于诸如用于照明的氮化物半导体发光器件的特定用途而言是优选的。每ー个阱层14W的厚度优选地大于或等于Inm并小于或等于7nm。如果每ー个阱层14W的厚度都位于此范围之外，氮化物半导体发光器件的发光效率趋向于降低。每ー个势垒层14A(图3中示出的14A1至14A7)、第一势垒层14A’、以及最后的势垒层14A0的相应的成分优选地具有比每ー个阱层14W大的带隙能量，并且具体地，AlfGagIn (1-f-g)N (0彡f〈l，0〈g彡I)是优选的，且不含Al的InhGa(1_h)N (0〈h彡I)或具有和阱层14W实质上相同的晶格常数的AlfGagIn (1_f_g)N (0彡f〈l，0〈g彡I)是更优选的。每ー个势垒层14A的厚度优选地大于或等于lnm，且小于或等于10nm，并更优选地大于或等于3nm，且小于或等于7nm。每ー个势垒层14A的厚度越小，氮化物半导体发光器件的驱动电压降低的越多，且当使每ー个壁垒层14A的厚度极端小时，氮化物半导体发光器件的发光效率趋向于劣化。最后的势垒层14A0的厚度优选地大于或等于Inm并小于或等于40nm。每ー个势垒层14A (图3中示出的14A1至14A7)以及第一势垒层14A’中的n型掺杂浓度不被特别地限制。优选地，在多个势垒层14A中，下部势垒层14A发生n型掺杂，而上部势垒层14A发生较低浓度的n型掺杂，或不掺杂。每ー个势垒层14A(图3中示出的14A1至14A7)、第一势垒层14A’、以及最后的势垒层14A0可发生故意的n型掺杂，或可通过P型氮化物半导体层16、p型氮化物半导体层17、以及p型半导体层18的生长时的热扩散而含有P型杂质。尽管阱14W的数量未被特别地限制，其可以例如大于或等于2且小于或等于20，优选地大于或等于3且小于或等于15，且更优选地大于或等于4且小于或等于12。〈P型氮化物半导体层>在图I中示出的构成中，尽管p型氮化物半导体层具有由p型AlGaN层16、p型GaN层17、以及高浓度p型GaN层18构成的三层结构，该构成仅为ー示例，且通常，p型氮化物半导体层16、17、18优选地例如为掺杂有p型杂质的Als4Gat4Inu4N(0彡s4彡1，0彡t4彡I， 彡u4彡1，s4+t4+u4幸0)层，且更优选地为掺杂有p型杂质的Als4Gai_s4N(0〈s4 ( 0. 4，优选地0. I彡s4彡0. 3)层。p型杂质例如为镁，但不是特别限于为镁。·p型氮化物半导体层17、18中的载体浓度优选地大于或等于IX 1017cm_3。此处，由于P型杂质的活化比为约0. 01，p型氮化物半导体层17、18中的P型掺杂浓度(不同于载体浓度)优选地大于或等于I X IO1W30然而，靠近MQW发光层14的p型半导体层16中的p型掺杂浓度可低于此。p型氮化物半导体层16、17和18的总厚度优选地但不限于大于或等于50nm且小于或等于300nm。通过降低p型氮化物半导体层16、17、18的厚度，能够降低生长时的加热时间，且抑制P型杂质进入MQW发光层14中的扩散。<n侧电极、透明电极、p侧电极>n侧电极21和p侧电极25是向氮化物半导体发光器件I提供驱动电カ的电极。n侧电极21和p侧电极25排他地包括图2中的垫电极部分，但是，用于电流扩散的细长的凸起部(分支电极)可连接至n侧电极21和p侧电极25。而且在p侧电极25下，可设置有用于停止电流注入的绝缘层，且由此，由P侧电极25遮蔽的光发射的量被降低。n侧电极21例如可由按照以下顺序堆叠的钛层、铝层、和金层构成，且优选地具有约Ium的厚度，这是基于在导电线键合至n侧电极21时足够的假设。p侧电极25例如可优选地由按照以下顺序堆叠的镍层、铝层、钛层和金层构成，且优选地具有约I U m的厚度。n侧电极21和p侧电极25的成分可相同。透明电极23优选地为诸如ITO (铟锡氧化物)、或IZO (铟锌氧化物)的透明导电膜，且优选地具有大于或等于20nm且小于或等于200nm的厚度。〈V表面坑的开始点>在根据本实施例的氮化物半导体发光器件I中，如由将在下文中描述的图6C中示出的V表面坑P所示，大部分V表面坑的开始点VS不存在于MQW发光层14中。S卩，从图6A中示出的V表面坑直径的分布估计出的V表面坑的开始点的位置具有图6B中示出的分布P，且因此，大部分V表面坑15的开始点被期待存在于超晶格层12中。由于V表面坑15的产生被认为是由于穿透位错TD，可期待在V表面坑15中存在许多穿透位错。如此，注入MQW发光层14中的电子和空穴被阻止到达V表面坑15内。因此，推想非发光复合的发生被抑制，这是因为电子和空穴被穿透位错TD捕获。因此，能够阻止氮化物半导体发光器件的发光效率的劣化。这在高温或大电流下驱动时值得注意。更明确地，由于进入MQW发光层中的注入载体(空穴或电子)的转移在高温下是活跃的，从而注入载体到达穿透位错TD的概率增加。然而，在根据本实施例的氮化物半导体发光器件I中，由于许多存在于MQW发光层14中的穿透位错TD被V表面坑15覆盖(因为许多穿透位错存在于V表面坑15内)，穿透位错TD中的非发光复合被抑制。因此，可阻止高温下发光效率的劣化。此外，由于V表面坑15的开始点位于MQW发光层14的下部侧上，能够通过增加未掺杂势垒层的数量来増加对发光有所贡献的MQW发光层14的体积。因此，可阻止以大电流驱动时的发光效率的劣化。<载体浓度和掺杂浓度>载体浓度指的是电子或空穴的浓度，且不仅通过n型杂质的量或p型杂质的量而被确定。该载体浓度根据氮化物半导体发光器件I的电容对电压特性的结果而计算出，且表示载体浓度处在电流未被注入的状况中，以及为从离子化杂质产生的载体、作为施主的晶体缺陷、或作为受体的晶体缺陷的和。
但是，n型载体浓度可视作和n型掺杂浓度几乎相同，这是因为作为n型杂质的Si等的活化比高。而且，n型掺杂浓度可通过由SMS (二次离子质谱法)测量沿深度方向的浓度分布而方便地确定。此外，掺杂浓度的相对关系(比例)和载体浓度的相对关系(比例)实质地相同。由此，在本发明的主张中，通过实际上易于测量的掺杂浓度进行定义。随后，通过平均由测量获得的n型掺杂浓度，能够获得平均n型掺杂浓度。〈制造氮化物半导体发光器件的方法〉在衬底3上，顺序地形成缓冲层5、基层7、n型氮化物半导体层8、n型氮化物半导体层9、V表面坑产生层10、超晶格层12、MQW发光层14、p型氮化物半导体层16、p型氮化物半导体层17、以及p型氮化物半导体层18。继而，p型氮化物半导体层18、p型氮化物半导体层17、p型氮化物半导体层16、MQW发光层14、超晶格层12、V表面坑产生层10、和n型氮化物半导体层9被部分地蚀刻，从而将n型氮化物半导体层9的一部分曝露在外。在通过该蚀刻曝露的n型氮化物半导体层9的上表面上，形成n侧电极21。同样在p型氮化物半导体层18的上表面上，透明电极23和p侧电极25被顺序地堆叠。随后，形成透明保护膜27以覆盖透明电极23以及如上所述通过蚀刻曝露在外的每ー层的横向表面。每ー个层的成分、厚度等在前文中〈氮化物半导体发光器件 > 中被描述。<准备V表面坑产生层的方法>作为ー示例，陈述了一种允许V表面坑产生层10以比用于n型氮化物半导体层9的温度低的温度生长的方法。具体地，降低生长温度的程度优选地大于或等于50°C，且更优选地大于或等于100°C。换句话说，V表面坑产生层10的生长温度优选地小于或等于920°C，更优选地小于或等于860°C，且进ー步优选地小于或等于820°C。优选地，生长温度大于或等于600°C，且更优选地大于或等于700°C。因此，在V表面坑产生层10中形成V表面坑的效应增加，且在MQW发光层14中形成V表面坑15。当V表面坑产生层10的生长温度过低吋，V表面坑产生层10的膜质量降低，从而形成于V表面坑产生层10上的MQW发光层14中的发光效率可被劣化。因此，降低生长温度的程度优选地小于或等于400°C，且更优选地小于或等于300°C。作为另ー示例，陈述了ー种通过将n型掺杂浓度设置为比n型氮化物半导体层9中的要高来准备V表面坑产生层10的方法。n型掺杂浓度的増加程度和前文〈V表面坑产生层〉中描述的相同。
在下文中,将示出当前实施例的具体示例。本实施例不限于下文中示出的示例。<示例I中的氮化物半导体发光器件和V表面坑评估结构>在下文中，根据示例I的氮化物半导体发光器件I以及为其检测所准备的V表面坑评估机构将沿着制造步骤被描述。尽管在V表面坑评估结构的制造条件和示例I中的氮化物半导体发光器件的制造条件之间存在细微差別，仍将在下文中示意地描述氮化物半导体发光器件I的制造条件。首先，准备从直径为IOOmm的蓝宝石衬底3形成的晶片，该蓝宝石衬底3具有一上表面，该上表面被凹凸处理过，以具有凸起部3A和凹陷部3B。在平面中，突起部3A布置在间隔为2 的重复的正三角形的顶点的位置处。在其上表面上，AlN形成的缓 冲层5通过溅射方法形成。此后，晶片被置入第一 MOCVD装置中，且由未掺杂GaN形成的基层7被允许通过MOCVD方法生长，且随后，由Si掺杂n型GaN形成的n型氮化物半导体层8被允许生长。此时，基层7的厚度为4 y m，n型氮化物半导体层8的厚度为3 y m，且n型氮化物半导体层8中的n型掺杂浓度为6 X 1018cm_3。从第一 MOCVD装置中取出的晶片被置入第二 MOCVD装置中，且晶片的温度设定为1050°C (由辐射温度计测得的值)且n型氮化物半导体层9被允许生长。n型氮化物半导体层9由掺杂浓度为6 X IO18CnT3的n型GaN形成,且厚度为I. 5 y m。此后，晶片的温度设定为820°C，且V表面坑产生层10被允许生长。具体地，厚度为25nm的Si掺杂GaN层被允许生长，从而n型掺杂浓度为I X 1019cnT3。此后，在晶片温度为820°C时，作为中间层的超晶格层12被允许生长。具体地，由Si掺杂GaN形成的宽带隙层12A和由Si掺杂InGaN形成的窄带隙层12B被交替地允许以20个周期生长。每ー个宽带隙层12A的厚度为I. 75nm，而每ー个宽带隙层12A的n型掺杂浓度为I X IO19Cm 3O每ー个窄带隙层12B的厚度为I. 75nm，而每ー个窄带隙层12B的n型掺杂浓度为I X IO19Cm-30此外，由于TMI的流速被调节为使得通过光致发光从阱层发射的光的波长为375nm，每ー个窄带隙层的成分都为InyGa^yN (y=0. 04)。此后，晶片的温度降低至770°C，且MQW发光层14被允许生长。具体地，參见图3，通过允许势垒层14A和由InGaN形成的阱层14W的交替生长而生长8层阱层14W。每ー个势垒层14A的厚度为4. 6nm，第一势垒层14A’以及势垒层14A7中的n型掺杂浓度为4. 3 X 1018cnT3，且其他势垒层14A6, 14A5，…，14A1未掺杂。作为阱层14W，未掺杂InxGahN层(x=0. 20)被允许使用氮气作为运载气体而生长。姆ー个讲层14W的厚度为3. 25nm。而且,通过调节TMI的流速来设定In的成分x,从而通过光致发光从讲层14W发出的光的波长为448nm。此后，在最上方的阱层14W1上，由未掺杂GaN层形成的最后的势垒层14A0的IOnm被允许生长。对于将在下文中描述的V表面坑评估结构，生长在此时停止，且表面状况被评估。此后，晶片的温度升至1000°C，且在最后的势垒层14A0的上表面上，p型Alai8Gaa82N层16，p型GaN层17以及p型接触层18被允许生长。
TMG (三甲基镓)被用作Ga的源气体，其为上述的每ー个层的MOCVD生长中的III族源气体，TMA (三甲基铝)被用作Al的源气体，TMI (三甲基铟)被用作In的源气体，NH3被用作N的源气体，其为V族源气体，SiH4被用作Si的源气体，其为导电杂质的源气体，且Cp2Mg被用作Mg的源气体，然而，也可将其他源材料用于M0CVD，而不局限于以上所述。具体地，TEG (三こ基镓)可被用作Ga的源材料，TEA (三こ基铝)可用作Al的源气体，TEI (三こ基铟)可用作In的源气体，诸如DMHy (ニ甲基肼)的有机氮化合物可用作N的源气体，且Si2H6或有机硅可用作Si的源气体。继而，p型接触层18、p型GaN层17、p型AlGaN层16、MQW发光层14、超晶格层12、V表面坑产生层10、和n型氮化物半导体层9被部分地蚀刻，从而将n型氮化物半导体层9的一部分曝露在外。在通过该蚀刻曝露的n型氮化物半导体层9的上表面上，形成由Au制成的n侧电极21。而且，在p型接触层18的上表面上，由ITO制成的透明电极23和由Au制成的P侧电极25被顺序地形成。而且，形成由SiO2制成的透明保护膜27以大部分地覆盖透明电极23以及通过上述蚀刻曝露在外的每ー层的横向表面。
晶片被分割成380 X 420 大小的芯片，且获得根据示例I的氮化物半导体发光器件。获得的氮化物半导体发光器件被安装在T0-18管座上，且光输出在不进行树脂密封的情形下被測量。当以30mA在25°C的环境中驱动氮化物半导体发光器件时，在3. OV的驱动电压上获得光输出P (25)=41. 4mff (主波长450nm)。当该器件以30mA在80°C的环境中被驱动时，获得光输出P (80)=41. lmW。P (80)/P (25) =99. 2%，且不论温度怎样，光输出大致恒定。进ー步地，当该氮化物半导体发光器件被以85mA (大电流)在25°C的环境中驱动时，在3. 24V的驱动电压上获得光输出P (25)=101. 8mff (主波长450nm)。当该器件以85mA在80°C的环境中被驱动时，获得光输出P (80) =101. 5mW。P (80)/P (25) =99. 7%，且即使在被以大电流驱动时，光输出大致恒定，而不论温度怎样。出于比较的目的，除了没有形成V表面坑产生层10之外，氮化物半导体发光器件(在下文中，称作比较示例I中的氮化物半导体发光器件)根据和示例I的氮化物半导体发光器件相同的方法准备。针对比较示例I中的氮化物半导体发光器件以及针对示例I中的氮化物半导体发光器件，图4示出了关于在横轴上的电流密度J的在竖轴上标出的外量子效率nex的結果。在电流密度64A/cm2处进行比较，根据示例I的氮化物半导体发光器件I的外量子效率nex (图4中的实心菱形，L41)以及比较示例I中的氮化物半导体发光器件I的外量子效率nex (图4中的实心三角形，L42)之间的差值在25°C处小。在另一方面，在80°C处，根据示例I的氮化物半导体发光器件I的外量子效率nex(图4中的空心菱形，L43)和比较示例I中的氮化物半导体发光器件的外量子效率nex (图4中的空心三角形，L44)之间的差值大。根据示例I的氮化物半导体发光器件I中的外量子效率的温度相关性(实心菱形vs空心菱形)较比较示例I中的氮化物半导体发光器件中的温度相关性(实心三角形vs空心三角形)要小。而且，根据示例I的氮化物半导体发光器件I中的外量子效率nex峰值处的电流密度上的外量子效率nex的差值(A nex (I))较比较示例I中的氮化物半导体发光器件中的差值(A nex (2))要小。
作为实现本发明的基础实验，本发明的发明者准备了 V表面坑评估结构(示例I中的V表面坑评估结构)，其中生长终止于MQW发光层14，且P型AlGaN层16，p型GaN层17以及P型接触层18不被允许生长，以观察V表面坑15的状況，并使用该V表面坑评估结构检测V表面坑产生层10的存在与否以及V表面坑15的状況。出于比较的目的，其中V表面坑产生层10的准备被忽略的V表面坑评估结构(t匕较示例I中的V表面坑评估结构)被准备。随后，示例I的V表面坑评估结构的每ー个的最上方表面和比较示例I的V表面坑评估结构在AFM下被观察。图5A是由比较示例I的V表面坑评估结构的最上方表面的AFM观察获得的图像，而图5B是由示例I的V表面坑评估结构的最上方表面的AFM观察获得的图像。AFM观察的区域在两个情形中都是由长和宽都为5 y m的正方形限定的区域。在图5B中观察到较图5A中的数量要多的黒点。这些黑点是V表面坑15，且可看见由于V表面坑产生层10，V表面坑15的数量显著增加。作为V表面坑产生层10的形成条件，本发明的发明者在上述的示例I中使用 了下列两个措施(i)将n型掺杂浓度设定为较n型氮化物半导体层9要高(n型氮化物半导体层9中的n型掺杂浓度是6 X 1018cnT3，而V表面坑产生层10中的n型掺杂浓度是IXlO19Cm-3),以及(ii)设定较n型氮化物半导体层9要低的生长温度(n型氮化物半导体层9的生长温度是1050°C，而V表面坑产生层10的生长温度是820°C)。但是，本发明的的发明者发现与V表面坑产生层10 —祥的效果仅通过上述的措施(i )和(i i )中的一项而实现。具体地，上述(i)如在上文中〈V表面坑产生层)中所描述的一祥，而上述(ii)如在上文中〈准备V表面坑产生层的方法)中所描述的一祥。本发明的发明者还测量了 V表面坑评估结构的表面中的V表面坑直径，并基于测量结果检测了 V表面坑产生层10和V表面坑15的开始点之间的位置关系。结果，发现V表面坑15的开始点不存在于V表面坑产生层10中。有介于此，将參照图6A至6C进行描述。在图6A中，水平轴线代表V表面坑直径Wv (nm)而垂直轴线代表V表面坑的累计发生率(％)，且V表面坑直径Wv和V表面坑的累计发生率之间的关系被针对结构P(V表面坑产生层10插入其中的结构(示例I))和结构N(其中V表面坑产生层10被忽略的结构(t匕较示例I))制图。在图6A中，画出了通过V表面坑的累计发生率为10%的点以及发生率为90%的点的垂直线。如图6A所示，结构N的Wv (V表面坑的累计发生率为10%至90%)大于或等于25nm,且小于或等于60nm,而结构P的Wv (V表面坑的累计发生率为10%至90%)大于或等于82nm，且小于或等于95nm。这表示结构P中的V表面坑直径Wv较结构N而言要显著的大，且结构P中V表面坑的直径的变动较结构N而言要小得多。此外，使用图6B，使用V表面坑直径Wv确定V表面坑深度dv。此处，当V表面坑的开始点中的顶角(在图6C中示出为0)为56°时，通过使用V表面坑直径(Wv)和V表面坑的深度(dv)满足Wv/2=dvXTan (56° /2)的关系确定V表面坑的深度dv (在JOURNALOF APPLIED PHYSICS 99，073505 (2006)中 M. Shiojiri, C. C. Chuo, J. T. Hsu, J. R. Yang and
H.Saijo的“多InGaN/GaN量子阱层中V缺陷的结构和形成机制”中被描述)。该关系和通过STEM测得的实际值相符。由图6B确定的dv代表的V表面坑P和V表面坑N的示意图示出在图6C中。尽管V表面坑P和V表面坑N不出为其形成于图6C中的相同不例中，V表面坑P和V表面坑N实际上将不形成于相同示例中，而是形成在不同示例中。在图6C中，TD标示穿透位错，0标示V表面坑的顶角(56° ), VS标示V表面坑的开始点，12标示中间层,且14标示MQW发光层。当V表面坑产生层10存在吋，V表面坑P的开始点VS存在于由Pichxi代表的范围中，即位于V表面坑产生层10的上表面之上约30至50nm的位置处，且用另ー种方式表达，存在于超晶格层12中。在另一方面，当V表面坑产生层10不存在吋，V表面坑N的开始点VS存在于由Nltl,所代表的范围中，即在MQW发光层14中或位于超晶格层12的下表面之上约60至95nm的位置处。如刚才描述的，当V表面坑产生层10存在时，可形成深的V表面坑15。由此，优选地设置V表面坑产生层10，且使得作为中间层的超晶格层12的厚度大于或等于40nm，这是因为V表面坑15的开始点VS的平均位置存在于超晶格层12中。超晶格层12的厚度的范围如在上文〈中间层(超晶格层)> 中描述的一祥。
本发明的发明者假设通过设置V表面坑产生层10产生的特征的改进的机制如下所示。当插入V表面坑产生层10吋，V表面坑15的开始点VS形成在超晶格层12中，或在其中n型杂质掺杂在MQW发光层14的下侧上的势垒层14A中。从底部至顶部穿透MQW发光层14的穿透位错TD被发光层14中的V表面坑15覆盖，或位于其中未掺杂的势垒层14A的部分中。在高温下，进入MQW发光层14中的注入载体(空穴或电子)的转移变得活跃，从而注入载体到达穿透位错TD的概率增加。然而，在具有V表面坑产生层10的结构中，由于MQff发光层14中的许多穿透位错TD如上所述地被V表面坑15覆盖，穿透位错TD中的非发光复合被抑制。因此，改进了高温特质(阻止了高温下发光效率的劣化)。V表面坑产生层10的构造不限于本实施例中的构造，且可示例性地为在下列的第ニ实施例中描述的构造。同样在该情形中，可获得和本实施例相同的效果。MQff发光层14的构造不限于本实施例中的构造，且可示例性地为在下列的第三实施例中描述的构造。同样在该情形中，可获得和本实施例相同的效果。而且，如在下列的第四实施例中所示，本实施例中的V表面坑15可形成在MQW发光层14中，而不形成V表面坑产生层10。〈第二实施例〉图7是根据本发明的第二实施例的氮化物半导体发光器件50的示意性剖视图。在下文中，将主要描述和上面的第一实施例的不同。如图7所示，根据本实施例的氮化物半导体发光器件50通过在形成有在上表面中的凸起部3A和凹陷部3B的衬底3的上表面上依照下列次序堆叠缓冲层5、基层7、n型氮化物半导体层8、9、作为V表面坑产生层的下部超晶格层51、作为中间层的上部超晶格层52、MQW发光层14、以及p型氮化物半导体层16、17、18以形成台面部分30。在台面部分30之夕卜，n型氮化物半导体层9的上表面的一部分被曝露，且在该曝露的部分上，设置有n侧电极21。在p型氮化物半导体层18上，设置有p侧电极25，透明电极23设置插入在两者之间。几乎整个氮化物半导体发光器件50的上表面都设置有透明保护膜27，如此使得p侧电极25和n侧电极21曝露在外。和氮化物半导体发光器件I类似的构成部分由相同的附图称:记标不出。作为V表面坑产生层的下部超晶格层51通过交替堆叠宽带隙层和窄带隙层而配置。宽带隙层和窄带隙的相应成分不被特别地限制，且其满足宽带隙层的带隙能量大于窄带隙层的带隙能量。例如，其满足宽带隙层由n型GaN形成，而窄带隙层由n型InyGai_yN(0〈y< I)形成。具体地，下部超晶格层51通过以三个周期(包括三个窄带隙层)交替堆叠由n型GaN形成的宽带隙层(厚度I. 75nm)和由n型InyGa^yN形成的窄带隙层(厚度I. 75nm,y的值将在下文中描述)而形成。优选地，窄带隙层中的In成分比例大于n型半导体层9中的In成分比例。結果，作为V表面坑产生层的下部超晶格层51的操作増加。因此，V表面坑部分地形成在MQW发光层14中，且V表面坑15的开始点的平均位置存在于上部超晶格层52中。优选地，超晶格层51的窄带隙层具有较n型氮化物半导体层9的最上方的表面要高的In的成分比例。作为制造该下部超晶格层51的方法，可采用ー种变动In源材料的流速的方法，从而较n型氮化物半导体层9而言，下部超晶格层51的窄带隙层中的In成分比例要高，或可采用ー种在较n型氮化物半导体层9而言更低的温度上形成而不变动In源材料的流速的方法，如在下文中将描述的。 尽管下部超晶格层51在上文的描述中由多个窄带隙层制成，其可由为单个窄带隙层的 n 型 InyGa1^yN (0. I : y ^ 0. 2)形成。其满足下部超晶格层51的厚度大于或等于I. 75nm，更优选地大于或等于5. 25nm，且进ー步优选地大于或等于8. 75nm。通过交替堆叠宽带隙层和窄带隙层而配置上部超晶格层52。宽带隙层和窄带隙层的相应成分不被特别地限制，且其满足宽带隙层的带隙能量大于窄带隙层的带隙能量。具体地，上部超晶格层52通过以17个周期交替堆叠由Si掺杂GaN形成的宽带隙层(厚度
I.75nm)和由Si掺杂InGaN形成的窄带隙层(厚度I. 75nm)而形成。在下文中，将描述当前实施例的具体示例。应注意本实施例不限于下文描述的示例。<示例2-1至2-2中的V表面坑评估结构>在根据示例I中示出的方法准备n型氮化物半导体层9之后，准备下部超晶格层51。尽管在示例2-1、示例2-2和比较示例2中作为In的源材料的TMI的流速没有变动，在示例2-1中在755°C准备下部超晶格层51，在示例2-2中在705°C准备下部超晶格层51，且在比较示例2中在835°C准备下部超晶格层51。結果，窄带隙层的In成分y在示例2_1中为0. 24，在示例2-2中为0. 36，且在比较示例2中为0. 04。y的值也从光发射波长的很少的光吸收以及V表面坑15的产生的角度而被选定。这样的话，当光发射波长大于或等于440nm且小于或等于460nm吋，认为上述y优选地大于或等于0. 02且小于或等于0. 2，且更优选地大于或等于0. 05且小于或等于0. 15。继而，根据示例I中的中间层(超晶格层)12的准备方法准备上部超晶格层52，且根据示例I中描述的方法准备MQW发光层14。以这样的方式，V表面坑评估架构在示例2-1、示例2-2和比较示例2中获得，且在AFM下观察到获得的V表面坑评估结构的上表面。结果，和比较示例2中长度为5iim宽度为16 y m的AFM观测区域(6. 4X 107cm_2)中的V表面坑的数量相比，上述区域中的V表面坑的数量在示例2-1 (超晶格层51的生长温度为755°C)中为96 (3. 8X 108cm_2)，且上述区域中的V表面坑的数量在示例2-2 (超晶格层51的生长温度为705°C)中为106 (4. 2 X 108cnT2)，且确定在示例2-1和示例2-2中V表面坑15的数量密度较比较示例2有所增加。这也由(示例2-1和示例2-2中的)TEM观察确定，V表面坑15的开始点几乎位于上部超晶格层52的上侧面上。〈第三实施例〉图8是根据本发明的第三实施例的氮化物半导体发光器件100的示意性剖视图。在下文中，将主要描述和上述的第一实施例的不同。如图8所示，根据本实施例的氮化物半导体发光器件100通过在在上表面中形成有凸起部3A和凹陷部3B的衬底3的上表面上，依以下顺序堆叠缓冲层5、基层7、n型氮化物半导体层8、9、V表面坑产生层10、作为中间层的超晶格层112、下部MQW发光层113、上部MQW发光层114以及p型氮化物半导体层16、17、18，以形成台面部分30 而形成。在台面部分30之外，n型氮化物半导体层9的上表面的一部分是曝露的，而未覆盖有V表面坑产生层10和超晶格层112，且在该曝露的部分上，设置有n侧电极21。在p型氮化物半导体层18上，设置有p侧电极25，透明电极23插入在两者之间。几乎整个氮化物半导体发光器件100的上表面都设置有透明保护膜27，如此使得p侧电极25和n侧电极21曝露在外。和氮化物半导体发光器件I中类似的构成部分由相同的附图标记标示出。如在上文的第一实施例中所述，超晶格层112通过堆叠宽带隙层和窄带隙层而形成。尽管下部MQW发光层113和上部MQW发光层114相比对发光贡献较少，但其成为了保持上部MQW发光层114的晶体质量的层，且通过堆叠下部势垒层和下部阱层而形成。下部势垒层和下部阱层的相应成分不被特别地限制，且其满足下部阱层的带隙能量小于下部势垒层的带隙能量。而且，下部势垒层优选地掺杂有n型杂质，且下部阱层可掺杂有n型杂质或可未掺杂。此外，下部MQW发光层113的平均n型掺杂浓度优选地高于上部MQW发光层114的平均n型掺杂浓度。上部MQW发光层114成为了主要的发光区域，且通过堆叠上部势垒层和上部阱层而形成。上部势垒层和上部阱层的相应成分不被特别地限制，且其满足上部阱层的带隙能量小于上部势垒层的带隙能量。在该氮化物半导体发光器件100中，设置有V表面坑产生层10。因此，V表面坑115部分地形成在上部MQW发光层114中，且V表面坑115的开始点的平均位置存在于超晶格层112中或在下部MQW发光层113中。因此，可能获得和上述的第一实施例大约相同的效果。在下文中，将示出当前实施例的具体示例。本发明不限于下文中示出的示例。<根据示例3的V表面坑评估结构>在根据示例I中示出的方法准备V表面坑产生层10之后，(以10个周期)堆叠由n型GaN形成的宽带隙层(厚度I. 75nm)和由n型InGaN形成的窄带隙层(厚度I. 75nm)。结果，获得总厚度为35nm的超晶格层112。随后，由GaN形成的下部势垒层(厚度4. 6nm)和由InGaN形成的下部阱层(厚度3. 25nm)被堆叠(2个周期)，以获得总厚度为83nm的下部MQW发光层113。尽管下部势垒层掺杂有n型杂质,下部讲层是未掺杂层。随后，由GaN形成的上部势垒层(厚度4. 6nm)和由InGaN形成的上部阱层(厚度3. 25nm)被堆叠(5个周期)，以获得上部MQW发光层114。上部势垒层和上部阱层两者都是未掺杂层。以这样的方式，获得示例3的V表面坑评估结构，且根据示例I中描述的方法测量V表面坑直径，且从获得的V表面坑直径确定V表面坑115的开始点的平均位置。結果，发现V表面坑115的开始点的平均位置存在于下部MQW发光层113中。此外，在上部势垒层的数量和下部势垒层的数量的总数量以及上部阱层的数量和下部阱层的数量的总数量分别是恒定的情况下，上部MQW发光层114的势垒层的数量(Si未掺杂势垒层)被改变，且上部MQW发光层114的势垒层的数量和高温特性之间的关系被检測。结果示出在图9中。在图9中，水平轴线代表构成上部MQW发光层114的势垒层(未掺杂势垒层)的数量，左边的垂直轴线代表在80mA的驱动电流上在80°C的环境中的发光效率[n (80°C，80mA)]，且右边的垂直轴线代表在25°C上的光输出P (25)和在80°C上的光输出 P (80)之间的比例[P (80)/P (25)]。如图9所示，发现在示例3的结构中，和比较示例3的结构相比(该结构未设置有V表面坑产生层10)，当上部MQW发光层114的势垒层(Si未掺杂势垒层)的数量大于或等于4且小于或等于6时，温度特性P (80)/P (25)被特别地改进。而且，通过对预期的温度特 征线(图9中的上侧上的虚线)的推断，估计即使当上部MQW发光层114的势垒层(Si未掺杂势垒层)的数量在7至9时也可获得优异的温度特征。〈第四实施例〉图10是根据本发明的第四实施例的氮化物半导体发光器件200的示意性剖视图。在下文中，将主要描述和上述的第一实施例的不同。如图10所示，在根据本实施例的氮化物半导体发光器件200中，通过控制n型氮化物半导体层209的表面210的状况代替设置V表面坑产生层10而产生V表面坑215。在形成为具有位于上表面中的凸起部3A和凹陷部3B的衬底3的上表面上，顺序堆叠缓冲层5、基层7、n型氮化物半导体层8、209、作为中间层的超晶格层12、MQW发光层14、以及p型氮化物半导体层16、17、18,以形成台面部分30。在台面部分30之外,n型氮化物半导体层209的上表面的一部分是曝露的，而未覆盖有超晶格层12，且在该曝露的部分上，设置有n侧电极21。在p型氮化物半导体层18上，设置有p侧电极25，透明电极23插入在两者之间。几乎整个氮化物半导体发光器件200的上表面都设置有透明保护膜27，如此使得p侧电极25和n侧电极21曝露在外。和氮化物半导体发光器件I中类似的构成部分由相同的附图标记标示出。〈制造氮化物半导体发光器件的方法〉在在衬底3上顺序形成缓冲层5、基层7、n型氮化物半导体层8和n型氮化物半导体层209之后，停止用于准备n型氮化物半导体层209的源气体的供应。結果，n型氮化物半导体层209的生长停止。随后，晶片的温度降低，而形成有n型氮化物半导体层209等的晶片被供应显著包括氢气作为运载气体的气体。結果，n型氮化物半导体层209的上表面210的表面状况改变。因此，如在上文第一实施例中所示，包括位于超晶格层12中的开始点的平均位置的V表面坑215可形成在MQW发光层14中。此处，显著包括氢气的气体优选地包括体积上大于或等于10%的氢气，且更优选地包括体积上大于或等于20%且小于或等于80%的氢气。当包含体积上小于10%的氢气吋，可能不能充分地改变n型氮化物半导体层209的上表面210的表面状況。在另一方面，当包含有体积上超过90%的氢气吋，n型氮化物半导体层209的上表面210的表面状况可能过度改变，从而可造成MQW发光层14中的发光效率劣化的困扰。显著包括氢气的气体优选地在氢气之外包含氮气和诸如氩气的稀有气体中的ー种。降低晶片的温度的程度优选地大于或等于50°C，更优选地大于或等于100°C，且进ー步优选地大于或等于200°C。这是因为当降低晶片的温度的程度低于50°C吋，n型氮化物半导体层209的上表面210的表面状况可能不能充分地改变。在另一方面，当降低晶片的温度的程度过高吋，n型氮化物半导体层209的上表面210的表面状况可过度改变，从而可造成MQW发光层14中的发光效率劣化的困扰。因此，降低晶片温度的程度优选地小于或等于400°C，且更优选地小于或等于300°C。此后，根据上文第一实施例中描述的方法，顺序形成超晶格层12、MQff发光层14、P型氮化物半导体层16、p型氮化物半导体层17、和p型氮化物半导体层18，且在进行预定的蚀刻后，形成n侧电极21、透明电极23、p侧电极25、和透明保护膜27。
如上所述，在本实施例中，在n型氮化物半导体层209形成之后、超晶格层12形成之前的阶段中，进行劣化n型氮化物半导体层209的上表面210上的晶体的质量的处理。因此，MQW发光层14的晶体性劣化。因此，V表面坑215形成在MQW发光层14中，且V表面坑215的开始点的平均位置位于超晶格层12中。结果，能够获得和上文中第一实施例中相同的效果，而不设置V表面坑产生层。在下文中,将示出当前实施例的具体示例。本实施例不限于下文中示出的示例。<示例4中的V表面坑评估结构>在根据示例I中描述的方法准备n型氮化物半导体层8之后，晶片的温度设定为1050°C (由辐射温度计测得的值)且n型氮化物半导体层209被允许生长。n型氮化物半导体层209由掺杂浓度为6. 5 X IO18CnT3的n型GaN形成，且厚度为1.5iim。此处，作为运载气体，使用了 N2 H2=42%:58% (体积比)。在n型氮化物半导体层209生长之后，氮化物半导体发光器件200的生长被中断，且温度被降低。此处，传统地，从由氢气在n型氮化物半导体层的表面上的蚀刻考虑，在停止氢气流之后中断了氮化物半导体发光器件的生长并降低了温度。与此相对地，在本实例中，作为n型氮化物半导体层209的源气体的TMG和SiH4的供应被中断，且使运载气体的成分为队H2=59% 41% (在降低温度开始时)，而NH3被保持流动，且晶片的温度设定降低至820°C。但是，需要约450秒的时间以使得晶片的温度实际达到设定值(820°C)。在晶片温度达到设定值后，晶片被继续保持1350秒，且生长被打断一共1800秒。由此获得的n型氮化物半导体层209的表面210在AFM下被观察。图IlA是其中晶片的温度被降低而不提供氢气(比较示例4)的情形的结果，而图IlB为示例4的結果。图IlA至图IlB中示出的结果是评估用示例的结果，其通过打断氮化物半导体发光器件的生长，并在n型氮化物半导体层209的生长之后降低温度，且然后降低温度至常温，随后从MOCVD装置移除而获得。在示例4中，和比较示例4相比，在优异晶体生长时出现的台阶结构消失，且观察到作为V表面坑215起源的孔。在n型氮化物半导体层209的表面210上，作为中间层的超晶格层12以及MQW发光层14被允许生长，以准备V表面坑评估结构，且V表面坑评估结构的上表面中的V表面坑215的密度通过AFM方法评估。在示例4中，长度和宽度为5 ii m的AFM观察区域中的表面坑的数量为130 (5. 2X IO8CnT2)，而在比较示例4中，上述区域中的表面坑的数量为16(6. 4X10W)o V表面坑215的数量密度在示例4中较在比较示例4中显著地增加。在示例4中V表面坑直径也被測量，且V表面坑215的开始点的平均位置位于超晶格层12中。而且，V表面坑评估结构使用了四级的运载气体中的H2分压(H2/N2+H2)=41%，58%，65%，70%准备，且比较MQW发光层14的表面中的V表面坑直径。结果，当H2分压为58%时V表面坑直径最大。尽管已对本发明的实施例和示例进行了描述，但是起初计划恰当地组合单个实施例和示例的构造。尽管已详尽地对本发明进行了描述和示意，应清楚地了解其仅为示意和示例的方式，而不应被视作限制，本发明的范围应通过所附的权利要求的条款而被解释。·
权利要求
1.一种氮化物半导体发光器件，包括按以下顺序设置的η型氮化物半导体层、V表面坑产生层、中间层、多量子阱发光层和P型氮化物半导体层，其中 所述多量子阱发光层是通过交替堆叠势垒层和阱层所形成的层，该阱层的带隙能量低于势垒层的带隙能量， V表面坑部分地形成于所述多量子阱发光层中，且 所述V表面坑的开始点的平均位置位于所述中间层中。
2.一种氮化物半导体发光器件，包括按以下顺序设置的η型氮化物半导体层、V表面坑产生层、中间层、下部多量子阱发光层、上部多量子阱发光层和P型氮化物半导体层，其中 所述上部多量子阱发光层是通过交替堆叠上部势垒层和上部阱层所形成的层，该上部阱层的带隙能量低于所述上部势垒层的带隙能量， 所述下部多量子阱发光层是通过交替堆叠下部势垒层和下部阱层所形成的层，该下部阱层的带隙能量低于下部势垒层的带隙能量，且至少所述下部势垒层掺杂有η型杂质， 所述下部多量子阱发光层的平均η型掺杂浓度高于所述上部多量子阱发光层的平均η型掺杂浓度， V表面坑部分地形成于所述上部多量子阱发光层中，且 所述V表面坑的开始点的平均位置位于所述中间层中或在所述下部多量子阱发光层中。
3.根据权利要求I或2所述的氮化物半导体发光器件，其中所述V表面坑产生层中的η型掺杂浓度显著高于所述η型氮化物半导体层中的最上表面中的η型掺杂浓度。
4.根据权利要求3所述的氮化物半导体发光器件，其中所述V表面坑产生层中的η型掺杂浓度大于或等于5 X 1018cm_3。
5.根据权利要求I或2所述的氮化物半导体发光器件，其中所述V表面坑产生层中的In成分比例高于所述η型氮化物半导体层的最上表面中的In成分比例。
6.根据权利要求5所述的氮化物半导体发光器件，其中 所述V表面坑产生层含有η型杂质，且 所述V表面坑产生层具有InxGahN (O. I ^ x ^ O. 2)的组成。
7.根据权利要求I或2所述的氮化物半导体发光器件，其中所述V表面坑产生层的厚度大于或等于5nm。
8.根据权利要求I或2所述的氮化物半导体发光器件，其中所述中间层的厚度大于或等于40nm。
9.根据权利要求I或2所述的氮化物半导体发光器件，其中所述中间层是通过交替堆叠宽带隙层和窄带隙层而形成的层，该窄带隙层的带隙能量低于宽带隙层的带隙能量。
10.根据权利要求2所述的氮化物半导体发光器件，其中所述上部多量子阱发光层中的势鱼层的数量大于或等于4。
11.一种用于制造氮化物半导体发光器件的方法，包括 第一步骤，形成η型氮化物半导体层； 第二步骤，在所述η型氮化物半导体层上形成中间层； 第三步骤，在所述第一步骤之后且在所述第二步骤之前，停止向形成有所述η型氮化物半导体层的晶片供应源气体，并在向晶片供应显著包含H2气体作为运载气体的气体的同时降低晶片的温度；和 第四步骤，在所述中间层上顺序形成多量子阱发光层和P型氮化物半导体层。
12.根据权利要求11所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中显著包括H2气体的所述气体包括体积上大于或等于20%且小于或等于80%的H2气体。
13.根据权利要求11所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中所述第三步骤将所述晶片的温度降低了大于或等于50°C。
14.根据权利要求11所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中通过进行所述第三步骤，在所述多量子阱发光层中部分地形成V表面坑，且所述V表面坑的开始点的平均位置位于所述中间层中。
15.根据权利要求11所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中所述形成多量子阱发光层的步骤包括 在所述中间层上交替堆叠下部势垒层和下部阱层，并使用η型杂质掺杂至少所述下部势垒层，以形成下部多量子阱发光层的步骤，下部阱层的带隙能量低于下部势垒层的带隙倉tfi， 在所述下部多量子阱发光层上交替地堆叠上部势垒层和上部阱层以形成上部多量子阱发光层的步骤，上部阱层的带隙能量低于上部势垒层的带隙能量，上部多量子阱发光层的平均η型掺杂浓度低于所述下部多量子阱发光层的平均η型掺杂浓度，和 通过进行第三步骤，在所述多量子阱发光层中部分地形成V表面坑，且所述V表面坑的开始点的平均位置位于所述中间层中或位于所述下部多量子阱发光层中。
16.一种用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其包括的步骤有 在比所述η型氮化物半导体层的温度显著低的温度，在η型氮化物半导体层上形成V表面坑产生层；和 在所述V表面坑产生层上顺序形成中间层、多量子阱发光层、和P型氮化物半导体层。
17.根据权利要求16所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中形成所述V表面坑产生层的所述步骤在小于或等于920°C的温度形成所述V表面坑产生层。
18.根据权利要求16所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中通过形成所述 V表面坑产生层，在所述多量子阱发光层中部分地形成V表面坑，且所述V表面坑的开始点的平均位置位于所述中间层中。
19.根据权利要求16所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中所述形成所述多量子阱发光层的步骤包括 在所述中间层上交替堆叠下部势垒层和下部阱层，并使用η型杂质掺杂至少所述下部势垒层，以形成下部多量子阱发光层的步骤，下部阱层的带隙能量低于所述下部势垒层的带隙能量， 在所述下部多量子阱发光层上交替地堆叠上部势垒层和上部阱层，以形成上部多量子阱发光层的步骤，上部阱层的带隙能量低于所述上部势垒层的带隙能量，上部多量子阱发光层的平均η型掺杂浓度低于所述下部多量子阱发光层的平均η型掺杂浓度，和 通过所述V表面坑产生层的形成，在所述多量子阱发光层中部分地形成V表面坑，且所述V表面坑的开始点的平均位置位于所述中间层中或位于所述下部多量子阱发光层中。
20.根据权利要求16所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中形成所述V表面坑产生层的所述步骤形成厚度大于或等于5nm的V表面坑产生层。
21.根据权利要求11或16所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中形成中间层的所述步骤形成厚度大于或等于40nm的中间层。
22.根据权利要求11或16所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中形成中间层的所述步骤通过交替地堆叠宽带隙层和窄带隙层形成所述中间层，窄带隙层的带隙能量低于宽带隙层的带隙能量。
23.根据权利要求15或19所述的用于制造氮化物半导体发光器件的方法，其中形成上部多量子阱发光层的所述步骤形成所述上部多量子阱发光层，使得所述上部势垒层的数量大于或等于4。
全文摘要
一种氮化物半导体发光器件，包括按以下顺序设置的n型氮化物半导体层、V表面坑产生层、中间层、多量子阱发光层和p型氮化物半导体层。该多量子阱发光层是通过交替堆叠势垒层和具有低于势垒层的带隙能量的阱层所形成的层。V表面坑部分地形成于多量子阱发光层中，且V表面坑的开始点的平均位置位于中间层中。
文档编号H01L33/00GK102956769SQ20121028690
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月13日 优先权日2011年8月12日
发明者竹冈忠士, 谷善彦, 荒木和也, 上田吉裕 申请人:夏普株式会社