制备m面氮化物基发光二极管的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及氮化物基发光二极管（氮化物基LED)，其具有氮化物半导体形成的发 光结构。氮化物基半导体也称为氮化物基III-V族元素化合物半导体，氮化镓（GaN)基半 导体，等等，和由通式AlxGaylrih-yP'KOl，0<y< 1，且 0<x+y< 1)，（Al,Ga,In)N 表示的化合物半导体，等等。众所周知，半导体具有属于六方晶系的晶体结构。典型的氮化 物基LED具有双异质结构类型的发光结构，且包括有源层，其为多量子阱层，具有通过交替 叠置InGaN阱层和（In)GaN阻挡层得到的多层膜结构。
【背景技术】
[0002] 关于通过使用m面GaN衬底（对于其来说已经赋予了至少大约10°的斜角）得到 氮化物基LEDs的方面已经有很多研宄和进展，其为非极性衬底，并且在六方晶体的m轴方 向上叠置了n型层、有源层、和p型层以形成双异质结构，这样不会引起量子限制斯塔克效 应（QCSE)(非专利文献1)。
[0003] 已经提出一种制备m面氮化物基LED的方法，为了提高发光效率，所述方法的一个 基本点在于P型氮化物半导体层形成于有源层上，生长温度低于900°C，通过此抑制了有源 层的热损伤（专利文献3)。
[0004] 在将采用C面蓝宝石衬底的氮化物基LEDs投入实际使用的过程中，出于优化的目 的进行了研宄，例如，包括接触层的P型层（氮化物半导体层，在其表面上形成欧姆电极） 的晶体结构，掺杂的杂质的种类和浓度，和层厚度，以降低正向电压为目的（专利文献1)。
[0005] 对长时间忽略退火以激活P型杂质进行了尝试，例如Mg(镁）和Zn(锌），掺杂到 氮化物半导体（在晶片从外延生长炉中取出后使用RTA装置或类似装置实施退火）并且从 而提高了制备氮化物基LEDs的效率。关于此目的，已经提出各种想法，是关于从氮化物基 LED的p型层的生长结束（在外延生长步骤的最后形成）之后紧接着到衬底温度降低到或 低于400°C时的期间内控制衬底的温度，和关于控制生长炉内的气氛（专利文献2)。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本专利申请早期公开No.H10-242587
[0009] 专利文献2 :日本专利申请早期公开No. 2005-235960
[0010] 专利文献3 :日本专利申请早期公开No. 2010-245444
[0011] 非专利文献
[0012] 非专利文献 1:MathewC.Schmidt等，《JapaneseJournalofAppliedPhysics》， 第 46 卷，第 7 期，2007 年，L126-L128 页。
【发明内容】
[0013] 发明所要解决的课题
[0014] 为了减少使用LEDs的照明装置或显示装置的功率消耗，减少LEDs的正向电压 (即操作电压）是很重要的。期待在不久的将来几乎所有的白炽灯泡和荧光灯都被LED照 明器代替。这种情况下，每个LED的正向电压的仅0.IV的差异会大大的影响全社会的耗电 量。
[0015] 特别地，氮化物基LEDs包括GaN衬底，在其上形成了具有很少的晶体缺陷的和高 热阻的发光结构，且因此，可以用于对每个LED芯片施加高电流的情况。施加到每个LED上 的电流越高，产生的热量越多，伴随着正向电压的甚至是轻微差异的变化。因此，降低正向 电压是更重要的目标。假使产生的热量可以被减少，用于冷却LEDs的必须的吸热设备可以 具有减缩的容量，这样在设计使用LEDs的装置时带来高自由度。
[0016] 然而，已经做了很多关于通过减少正向电压来优化p型层的研宄，主要仅关注c面 氮化物基LEDs。而关于m面氮化物基LEDs的相似研宄还没有充分展开。
[0017] 本发明的达成是考虑到这些情况，并且其主要目的是提供一种理想的制备m面氮 化物基LED的方法，所述方法能够得到具有降低的正向电压的m面氮化物基LED。
[0018] 解决课题的方式
[0019] 本发明的实施例包括如下制备m面氮化物基发光二极管的方法。
[0020] (1) 一种制备m面氮化物基发光二极管的方法，所述方法包括（i)形成有源层的步 骤，所述有源层包括覆盖n型氮化物半导体层的氮化物半导体，其中在厚度方向和六方晶 系的m轴方向之间的角为10度以下，（ii)形成覆盖有源层的掺杂了p型杂质的AlGaN层 的步骤，（iii)形成包括InGaN的接触层的步骤，其形成于AlGaN层的表面上，和（iv)在接 触层的表面上形成电极的步骤。
[0021] (2)根据上述（1)的制备方法，其中所述接触层的厚度为20nm或更少。
[0022] (3)根据上述⑴或⑵的制备方法，其包括，在形成AlGaN层之前，在有源层上形 成电子阻挡层的步骤，所述电子阻挡层具有50nm或更小的厚度，且包括氮化物半导体，其 具有比AlGaN层更高的禁带宽度。
[0023] (4)根据以上⑴到⑶的任一项的制备方法，其中所述AlGaN层包括 AlxGai_xN(0. 01 ^ x ^ 0. 05)〇
[0024] (5)根据以上⑴到⑷的任一项的制备方法，其中所述有源层包括阱层和阻挡 层，且接触层的禁带宽度大于阱层的禁带宽度。
[0025] (6)根据以上⑴到（5)的任一项的制备方法，其中所述电极包括导电氧化物。
[0026] (7)根据以上（6)的制备方法，其中所述导电氧化物包括ITO(氧化铟锡）。
[0027] (8)根据以上⑴到（7)的任一项的制备方法，其中所述有源层包括InGaN阱层和 阻挡层，且所述InGaN讲层的厚度为6到12nm。
[0028] (9)根据以上⑴到⑶的任一项的制备方法，其中所述接触层以2到3nm/min的 生长速度形成。
[0029] (10)根据以上⑴到（10)的任一项的制备方法，其中所述接触层以40, 000到 50, 000 的NH3/TMG比生长。
[0030] (11)根据以上⑴到（11)的任一项的制备方法，其中步骤（ii)和（iii)在相同 的MOVPE生长炉中进行，且所述AlGaN层在从步骤（11)的结尾到步骤（iii)的开始的期间 内不从MOVPE生长炉中取出。
[0031] (12)根据以上（11)的制备方法，其中所述AlGaN层和所述接触层在从步骤（iii) 的结尾到步骤（iv)的开始的期间内不进行退火。
[0032] 氮化物半导体层，其中在厚度方向和六方晶系的m轴之间的角为10度或更小，根 据以上的（1)，其为氮化物半导体层，其中，当其表面是平面时，在平面与m面之间的角为10 度或更少。在氮化物半导体层在斜角为10度或更小的m面GaN衬底上外延生长时，厚度方 向和m轴之间的角通常为10度或更小。
[0033] 发明效果
[0034] 通过使用以上所述的根据本发明的实施例的制备方法，可以得到具有降低的正向 电压的m面氮化物基发光二极管。
【附图说明】
[0035] 图1为显不了从上表面侧观察的m面氣化物基LED的系列图，图1 (a)为其不意图， 图1 (b)为其显微照片（照片作为图的替代）。
[0036] 图2为显示了由实验1-1和实验3-6制备的m面氮化物基LEDs的外延层结构的 示意图。
[0037] 图3为显示了由实验1-2到实验1-3、实验2-1到实验2-3、和实验3-1到实验3-5 制备的m面氮化物基LEDs的外延层结构的示意图。
[0038] 图4为显不了从上表面侧观察的m面氣化物基LED的系列图，图4 (a)为其不意图， 图4(b)为其显微照片（照片作为图的替代）。
[0039] 图5为显示了由实验4实验性制备的m面氮化物基LEDs的外延层结构的示意图。
[0040] 图6为显示了外延晶片的表面附近的Al、In和Mg的浓度的深度-方向分布的曲线 图，通过SMS(次级离子质谱）得到。对于各元素，实线表示在具有设置在其上的InGaN接 触层的外延晶片上的浓度分布，虚线表示在其上未设置InGaN的外延晶片上的浓度分布。 [0041] 图7为经受了RIE的m面GaN衬底的背面的SEM图（照片作为图的替代）。
[0042] 图8为m面氮化物基LED的发光光谱。
[0043] 图9为显示了m面氮化物基LED的I-L特性的图。
[0044] 图10为显示了与m面氮化物基LED的外量子效率相关的电流密度的图。
[0045] 图11为m面GaN衬底的斜角的阐释图。
[0046] 图12为显示了根据本发明的m面氮化物基LED的结构示例的截面图。
【具体实施方式】
[0047] 在本说明书中，术语"InGaN"表示InN和GaN的混合晶体，且"AlGaN"表示A1N和 GaN的混合晶体。另外，术语"InAlGaN"表示InN、A1N、和GaN的混合晶体。
[0048] 在本说明书中，经常提到斜角m面GaN衬底。m面GaN衬底的斜角，如图11所示， 是[10-10]和衬底的主要生长表面（用于外延生长的主要表面）的法向矢量之间的角小。 m面GaN衬底的+c方向斜角巾。是在[10-10]和将主要生长表面的法向矢量在a面（垂直 于[11-20]的面）投射得到的投影之间的角巾。。当投影具有[0001]分量（+c分量），小。 的值为和。相反，当投影具有[000-1]分量（-c分量），巾。的值为差。
[0049] 根据本发明的优选实施例的制备m面氮化物基发光二极管的方法包括以下四个 步骤：
[0050] (i)步骤其中由氮化物半导体构成的有源层形成于n型氮化物半导体层上，其中 厚度方向和六方晶系的m轴之间的角为10度或更小；
[0051] (ii)步骤其中掺杂了p型杂质的AlGaN层形成在所述有源层上；
[0052] (iii)步骤其中由InGaN形成的接触层形成于所述AlGaN层上；和
[0053] (iv)步骤其中电极形成于所述接触层的表面上。
[0054] 图12显示了通过该制备方法得到的m面氮化物基发光二极管的结构示例。图12 为截面图，且m面氮化