[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并且涉及制造该第III族氮化物半导体发光器件的方法。更具体地，本发明涉及其中使发光层中产生的压电场弛豫的第III族氮化物半导体发光器件，并且涉及制造该第III族氮化物半导体发光器件的方法。

背景技术

通常，第III族氮化物半导体发光器件通过从生长衬底外延生长第III族氮化物半导体来制造。在该过程中，形成具有不同晶格常数的多个第III族氮化物半导体层。由于晶格常数差，在相关的半导体层中产生应力。应力产生使发光层的量子阱的电势倾斜的压电场，由此使电子与空穴在空间上分离。结果，发光层中的电子和空穴之间复合的概率减小。在该情况下，半导体发光器件的发光效率下降。

为了抵消发光层中产生的压电场，已经开发了一些技术。日本专利申请公开（特开）第2007—305965号公开了形成与作为阱层的InGaN层相邻的掺杂Si的GaN层的技术（参照图6）。GaN层在沿着与压电场相反的方向产生电场，并且使作为阱层的InGaN层的应变弛豫。

然而，当GaN层掺杂有Si时，GaN层的结晶质量相对劣化。形成在GaN层上的阱层继承了劣化的结晶质量。因而，结晶质量由于掺杂Si的GaN层的形成而劣化，致使发光效率的降低。换句话说，抵消压电场的作用与实现高结晶质量为折衷关系。

本发明人发现通过形成具有小的In组成比的掺杂Si的InGaN层而不是掺杂Si的GaN层可以在防止结晶质量劣化的同时抵消压电场。在具有小的In组成比的InGaN层中，In原子即使在低温下也容易移动。因此，结晶质量没有通过Si掺杂而太过劣化。

发明内容

实现本发明来解决在常规技术中遇到的上述问题。因此，本发明的一个目标在于提供一种其中使发光层中产生的压电场弛豫而未使发光层的结晶质量劣化的第III族氮化物半导体发光器件，以由此得到高发光效率。另一个目标在于提供一种制造第III族氮化物半导体发光器件的方法。

因此，在本发明的第一方面中，提供了包括具有至少一个层单元的发光层、n型半导体层、以及p型半导体层的第III族氮化物半导体发光器件。层单元具有至少阱层和势垒层。阱层具有第一半导体层，以及布置在阱层的n型半导体层侧上的第二半导体层。第一半导体层为包含至少In和Ga的第III族氮化物半导体层。第二半导体层为包含至少In和Ga的掺杂Si的第III族氮化物半导体的n型半导体层。

在第III族氮化物半导体发光器件中，从第二半导体层的掺杂的Si释放电子。因此，可以削弱发光层的阱层中产生的压电场。因而，减小了发光层的能带结构中的价带和导带的电势倾斜（即，量子限制斯塔克效应（QCSE））。在阱层中电子和空穴的波函数的重叠增加。就是说，提高了电子和空穴的复合，并且发光器件的发光效率高于常规发光器件的发光效率。结晶质量的劣化的程度小，原因是掺杂有Si的层为包含In的层。

本发明的第二方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中第二半导体层布置为与第一半导体层相邻。

本发明的第三方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中第一半导体层为非掺杂的InGaN层，以及第二半导体层为n型InGaN层。结晶质量的劣化的程度小，原因是掺杂有Si的层为InGaN层。

本发明的第四方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中阱层具有布置在第一半导体层与第二半导体层之间的第三半导体层。第三半导体层为包含至少In和Ga的第III族氮化物半导体的层。第三半导体层的In组成比等于或低于第一半导体层的In组成比，并且随着更靠近第一半导体层而逐渐增加。因此，施加到阱层的应力更加小。因而，自身的压电场与常规发光器件的压电场相比较小。

本发明的第五方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中第一半导体层为非掺杂InGaN层，第二半导体层为n型InGaN层，第三半导体层为非掺杂InGaN层。结晶质量的劣化的程度较小，原因是掺杂有Si的层为InGaN层。

本发明的第六方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中在层单元不包括第三半导体层的情况下，第二半导体层沿着厚度方向的平均In组成比Y落在第一半导体层的In组成比X的0.5%至50%的范围内；以及在层单元包括第三半导体层的情况下，第二半导体层的In组成比Y落在第一半导体层的In组成比X的0.5%至50%的范围内。因而，第二半导体层的In组成比低于第一半导体层的In组成比。