[发明专利]第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及第III族氮化物半导体发光器件，由于通过在n型层上形成凹坑而在发光层中发生的应力松弛，所述III族氮化物半导体发光器件表现出改进的发射性能和高的静电击穿电压，其中AlGaN被用作发光层的势垒层。

背景技术

作为第III族氮化物半导体发光器件，如下结构是已知的：在n型层上形成凹坑(pit)，并形成发光层但不掩埋所述凹坑。

例如，日本专利申请公开(kokai)No.2007-180495公开了在n接触层上设置静电放电(ESD)层，所述ESD层包括两个层：i-GaN层和n-GaN层，在i-GaN层上形成凹坑，并且控制n-GaN层的硅浓度和膜厚以使其落在规定的范围内，由此获得高的静电击穿电压。还公开了发光层具有多量子阱(MQW)结构，在所述MQW结构中AlGaN用作势垒层。

日本专利申请公开(kokai)No.2007-201424公开了一种第III族氮化物半导体发光器件，其中在n型层上形成有中间层，所述中间层具有凹坑，所述凹坑具有0.05μm或更大的顶径；并且在中间层上形成发光层但不掩埋所述凹坑，由此在电流流动时抑制反向电流。还公开了所述发光层具有MQW结构，在所述MQW结构中交替地沉积GaN和InGaN。

日本专利申请公开(kokai)No.1999-220169描述了在生长衬底与发光层之间形成具有凹坑的层，由此松弛发光层中的应力以及改进发射性能。

已经尝试通过使用AlGaN作为势垒层来改进发射性能，使得电子被更有效地限制在第III族氮化物半导体发光器件的具有MQW结构的发光层中。但是，当在n型层上形成凹坑并且将AlGaN用作发光层的势垒层时，存在以下问题。当凹坑的直径过小时，在发光层中的应力没有被充分地松弛，导致光输出减少。另一方面，当凹坑的直径过大时，载流子没有被充分地限制，导致发射性能下降。

日本专利申请公开(kokai)No.2007-180495公开了将AlGaN用作发光层的势垒层，但是对于凹坑的直径没有考虑。在日本专利申请公开(kokai)No.2007-201424中，在将GaN用作发光层的势垒层的情况下对凹坑的直径进行了研究，但是没有提到在使用AlGaN的情况下凹坑的直径。

发明内容

鉴于前面所提到的，本发明的一个目的在于通过松弛发光层中的应力和增加载流子在发光层中的限制率来提高发射性能，且同时在第III族氮化物半导体发光器件中实现高的静电击穿电压，其中在n型层上形成凹坑并且将AlGaN用作具有MQW结构的发光层的势垒层。

在本发明的第一方面中，提供了一种第III族氮化物半导体发光器件，所述器件包括依次沉积的n型层、发光层和p型层，所述n型层具有凹坑，其中所述凹坑在发光层与n型层之间的界面处的直径为110nm至150nm，并且所述发光层具有MQW结构，在所述MQW结构中交替地沉积AlGaN势垒层和InGaN阱层。

如文中所用的，“第III族氮化物半导体”涵盖以式Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1，0≤x，y，z≤1)表示的半导体；在这样的半导体中Al、Ga或In的一部分被另一种第13族元素(即，B或者Tl)取代，或者N的一部分被另一种第15族元素(即，P、As、Sb或Bi)取代。所述第III族氮化物半导体的具体实例包括至少包含Ga的那些，例如GaN、InGaN、AlGaN以及AlGaInN。通常，Si用作n型杂质，Mg用作p型杂质。

当形成凹坑时，可以通过第III族氮化物半导体的生长温度来控制在发光层与n型层之间的界面处的凹坑直径。例如，当生长温度被控制在850℃与920℃之间时，所述凹坑直径为110nm至150nm。

优选地，势垒层相对于AlGa具有3摩尔％至7摩尔％的Al组成比。也就是说，当势垒层的半导体被描述为Al_xGa_1-xN时，x为在0.03至0.07范围内的任意值。这加强了载流子在发光层中的限制并且减少了溢流，因而提高了发射性能。

本发明的第二方面涉及根据第一方面的第III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中势垒层相对于AlGa具有3摩尔％至7摩尔％的Al组成比，即Al_xGa_1-xN的x为0.03至0.07。