[发明专利]III族氮化物半导体发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种在不增加驱动电压的情况下呈现提高的发光效率的III族氮化物半导体发光器件，并且更具体地涉及一种特征在于与发光层的n侧相接触的层的III族氮化物半导体发光器件。

背景技术

日本专利申请公开(kokai)No.H10-173231(专利文献1)公开了一种用于提高III族氮化物半导体发光器件的发光效率的方法，其中，n覆层中的更靠近发光层的区域具有较低的载流子浓度。该专利文献1示出了具有两层结构的n覆层的示例，其中，具有1×10¹⁹/cm³的载流子浓度和3.5μm的厚度的n-GaN层以及具有1×10¹⁸/cm³的载流子浓度和0.5μm的厚度的n-GaN层依次沉积在衬底上。

日本专利申请公开(kokai)No.H11-214746(专利文献2)公开了一种III族氮化物半导体发光器件，其中，第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层以及第三氮化物半导体层形成于衬底和发光层之间并且依次沉积在衬底上，并且第三氮化物半导体层具有1×10¹⁷/cm³或更小的n型杂质浓度以及10nm至150nm的厚度。当第三氮化物半导体层具有这样的n型杂质浓度时，第三氮化物半导体层的结晶度提高了并且形成于其上的发光层的结晶度也提高了，从而提高了发光效率。当第三氮化物半导体层具有在上面的范围内的厚度时，可以成功地降低驱动电压。

日本专利申请公开(kokai)No.2000-232236(专利文献3)公开了一种III族氮化物半导体发光器件，其中，n覆层形成为与发光层的n侧接触并且具有其中第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层交替地并且重复地沉积的超晶格结构。该专利文献描述了：n覆层优选地具有至的厚度。当厚度落入这样的范围内时，可以提高结晶度，从而提高发光效率。也描述了：第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层可以掺杂有n型杂质或者是未掺杂的。

在III族氮化物半导体中，由于电子的有效质量比空穴的有效质量低，因此，电子的迁移率比空穴的迁移率大。因此，当与发光层的n侧相接触的层的n型杂质浓度增大时，发光层中的电子空穴对在p侧集中并且饱和，或者电子穿过发光层并且溢出到p侧。

相反地，如专利文献1至3，即使与发光层的n侧相接触的层的n型杂质浓度减小，但是，当低杂质浓度层厚时，发光层中的电子和空穴分布也是不平衡的。因此，空穴穿过发光层并且溢出到n侧，从而引起发光效率降低的问题。此外，当与发光层的n侧相接触的层未掺杂时，驱动电压增加。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的一个目的是提供一种在不增加驱动电压的情况下呈现提高的发光效率的III族氮化物半导体发光器件。

在本发明的第一方面中，提供了一种具有发光层和在发光层上的p覆层(cladding layer)的III族氮化物半导体发光器件，其中，高杂质浓度层形成在发光层的与p覆层侧的相反一侧并且掺杂有n型杂质，低杂质浓度层在高杂质浓度层与发光层之间形成为与发光层接触并且具有比高杂质浓度层的n型杂质浓度低的n型杂质浓度，低杂质浓度层的n型杂质浓度为p覆层的p型杂质浓度的1/1000至1/100，并且，低杂质浓度层的厚度为至

低杂质浓度层可以为n覆层。此外，高杂质浓度层也可以为n覆层。低杂质浓度层或高杂质浓度层可以新形成为与n覆层相分离，此外，低杂质浓度层和高杂质浓度层可以具有超晶格结构，或者可以包括不具有超晶格结构的单个层或多个层。在超晶格结构的情况下，例如，可以使用如下结构，其中：多个层单元重复沉积，每个层单元包括由未掺杂或掺杂有n型杂质的InGaN以及未掺杂或掺杂有n型杂质的GaN制成的至少两个层。

发光层或p覆层可以具有任意传统已知的结构。发光层例如可以具有由InGaN/GaN制成的MQW结构。p覆层例如可以具有由p-InGaN/p-AlGaN或p-GaN/p-AlGaN制成的超晶格结构或由p-AlGaN制成的单层。

在本发明中，高杂质浓度层和低杂质浓度层的n型杂质浓度或p覆层的p型杂质浓度表示各整个层的平均浓度。因此，即使沿层的厚度方向具有浓度梯度，或者当层包括多个层时一些层不满足在本发明指出的浓度范围，但是，只要整个层的平均浓度满足本发明中指出的范围，都是可接受的。

虽然Si通常被用作n型杂质，但是，可以使用Ge、C和其他物质。虽然Mg通常用作p型杂质，但是，可以使用Zn和其他物质。