[发明专利]氮化物半导体发光器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光器件及其制造方法，并且涉及可以通过增加对电极接触层中的电导率有贡献的空穴载流子浓度以增加电子和空穴的结合概率从而增加光功率并提高可靠性的氮化物半导体发光器件及其制造方法。

背景技术

现在将描述常规氮化物半导体发光器件的示意性叠层结构及其制造方法。

图1是常规氮化物半导体发光器件的示意图。

参照图1，传统的氮化物半导体发光器件包括衬底101、缓冲层103、n-GaN层105、有源层107和p-GaN层109。这里，衬底101可以用蓝宝石衬底来举例说明。

现在将描述氮化物半导体发光器件的制造方法。为了使由于衬底101和n-GaN层105的晶格常数和热膨胀系数差异所引起的晶体缺陷的发生最小化，在低温下形成具有无定形相的GaN基氮化物或AlN基氮化物作为缓冲层103。

在高温下形成以掺杂浓度为10¹⁸/cm³的硅掺杂的n-GaN层105作为第一电极接触层。此后，降低生长温度并形成有源层107。此后，再次升高生长温度，形成厚度范围为0.1～0.5μm的镁(Mg)掺杂p-GaN层作为第二电极接触层。具有上述叠层结构的氮化物半导体发光器件形成为p-/n-结型结构，其使用n-GaN层105作为第一电极接触层并使用p-GaN层109作为第二电极接触层。

而且，形成在第二电极接触层上的第二电极材料受第二电极接触层的掺杂类型限制。例如，为了降低第二接触材料和具有高电阻组分的p-GaN层109之间的接触电阻并提高电流扩散，使用Ni/Au合金的薄透射电阻材料作为第二电极材料。

为了形成用作第二电极接触层的p-GaN层109，使用氮化物半导体的p-/n-结型发光器件采用Cp₂Mg或DMZn掺杂源。在DMZn的情况下，由于Zn处于p-GaN层109内的“深能级”并且具有非常高的活化能，因此当施加偏压时起载流子作用的空穴载流子浓度限制在约1×10¹⁷/cm³。因此，使用具有低活化能的Cp₂MgMO(金属有机物)作为掺杂源。

而且，当使用相同流量的Cp₂Mg掺杂源或者通过顺序改变Cp₂Mg的流量来生长具有0.1～0.5μm厚度范围的Mg掺杂p-GaN层时，合并从掺杂源中分离出的氢(H)气和NH₃载气以在p-GaN层109中形成Mg-H络合物，其显示出大于约10⁶Ω的高电阻绝缘特性。因此，为了在有源层107中的空穴和电子的再结合过程期间发射光，基本上需要活化过程以破坏Mg-H络合物的键。由于Mg掺杂p-GaN层109具有高电阻，因此其在没有任何改变的情况下无法使用。在600～800℃的温度范围和N₂，N₂/O₂环境下通过退火过程来实施活化过程。然而，由于存在于p-GaN层109中的Mg具有低活化效率，因此其与用作第一电极接触层的n-GaN层105相比具有相对高的电阻值。在实际情况下，在活化过程之后，p-GaN层109中的Mg原子浓度在10¹⁹/cm³～10²⁰/cm³的范围内，并且对纯载流子电导率有贡献的空穴载流子浓度在10¹⁷/cm³～10¹⁸/cm³的范围内，这相当于最大10³倍的差异。另据报道空穴迁移率为10cm²/vsec，这是非常低的值。图2是示出传统的Mg掺杂p-GaN层的截面结构和在实施活化过程之后Mg掺杂p-GaN层内部的Mg分布曲线。参照图2，可以看出Mg原子浓度和空穴载流子浓度显示出最大10³倍的差异。