Iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及用于生產(chǎn)III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法可以提供平坦發(fā)光層。
【背景技術(shù)】
[0002]III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件均具有經(jīng)由電子和空穴的重組來(lái)發(fā)光的發(fā)光層。發(fā)光層具有阱層和勢(shì)皇層。勢(shì)皇層的帶隙大于阱層的帶隙。一些半導(dǎo)體發(fā)光器件具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，其中重復(fù)淀積阱層和勢(shì)皇層。
[0003]因此，這種發(fā)光層通常具有多個(gè)淀積半導(dǎo)體層。由于在發(fā)光層具有高平坦度時(shí)實(shí)現(xiàn)阱層的有利電位分布，因此形成發(fā)光層的半導(dǎo)體層優(yōu)選地是平坦的。在這種平坦的發(fā)光層中，電子和空穴在阱層中更高效地重組。就是說(shuō)，發(fā)光層的平坦度越高，則采用該發(fā)光層的發(fā)光器件的亮度就越高。
[0004]為了形成平坦的發(fā)光層，已開(kāi)發(fā)了一些用于改進(jìn)發(fā)光層的諸如結(jié)晶度的性質(zhì)的技術(shù)。例如，專利文獻(xiàn)I公開(kāi)了在阱層和勢(shì)皇層的生長(zhǎng)中斷期間將氫添加到半導(dǎo)體生長(zhǎng)系統(tǒng)，用于抑制In的分離，從而提高所生長(zhǎng)的半導(dǎo)體的結(jié)晶度(參見(jiàn)專利文獻(xiàn)I的
[0006]段)。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)公布(kokai)N0.2010-141242
[0006]如專利文獻(xiàn)I中所述，通過(guò)將氫添加到用于形成發(fā)光層的半導(dǎo)體生長(zhǎng)系統(tǒng)能夠抑制In的分離。然而，氫有時(shí)經(jīng)由其刻蝕效應(yīng)而去除In。在該情況下，發(fā)光層中包括的阱層的In濃度變化。結(jié)果，在一些情況，發(fā)光器件發(fā)射的光的亮度下降，并且所發(fā)射的光的波長(zhǎng)移位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決傳統(tǒng)技術(shù)中牽涉的前述問(wèn)題而設(shè)想了本技術(shù)。因而，本技術(shù)的目的在于提供一種用于生產(chǎn)III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法(以下可被稱為III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件生產(chǎn)方法)，該方法旨在在不減小發(fā)光層的In濃度的情況下生長(zhǎng)平坦的發(fā)光層。
[0008]在本技術(shù)的第一方面，提供了一種用于生產(chǎn)III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法包括:n型半導(dǎo)體層形成步驟，在襯底上形成η型半導(dǎo)體層；發(fā)光層形成步驟，在η型半導(dǎo)體層上形成發(fā)光層；以及P型半導(dǎo)體層形成步驟，在發(fā)光層上形成P型半導(dǎo)體層。η型半導(dǎo)體層形成步驟包括形成η側(cè)超晶格層的η側(cè)超晶格層形成步驟。在η側(cè)超晶格層形成步驟中，重復(fù)地形成至少InGaN層、InGaN層上的第一半導(dǎo)體層、第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層。在InGaN層的形成中，供給氮?dú)庾鳛檩d氣。在第二半導(dǎo)體層的形成中，供給氮?dú)夂蜌錃庑纬傻牡谝换旌蠚怏w作為載氣。第一混合氣體中的氫氣的體積比率大于0%并且小于或等于75%。
[0009]在III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件生產(chǎn)方法中，通過(guò)外延生長(zhǎng)形成具有高平坦度的η側(cè)超晶格層。因此，發(fā)光層的構(gòu)成層(component layer)可以在平坦?fàn)顟B(tài)下在η側(cè)超晶格層上生長(zhǎng)。在發(fā)光層的生長(zhǎng)中，由于氫氣可能刻蝕發(fā)光層中包含的In，因此不需要將氫氣并入載氣。因而，在發(fā)光層的生長(zhǎng)中不米用氫氣作為載氣時(shí)，發(fā)光器件的輸出增加。在該生產(chǎn)方法中，在發(fā)光層的生長(zhǎng)中可以在不采用氫氣作為載氣的情況下形成平坦的發(fā)光層。
[0010]本技術(shù)的第二方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件生產(chǎn)方法的一個(gè)具體實(shí)施例，其中，在η側(cè)超晶格層形成步驟中，在第一半導(dǎo)體層的形成中供給氮?dú)庾鳛檩d氣。
[0011]本技術(shù)的第三方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件生產(chǎn)方法的一個(gè)具體實(shí)施例，其中，在η側(cè)超晶格層形成步驟中，在第一半導(dǎo)體層的形成中供給由氮?dú)夂蜌錃庑纬傻牡诙旌蠚怏w作為載氣。第二混合氣體具有大于O %并且小于或等于75%的氫氣體積比率。
[0012]本技術(shù)的第四方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件生產(chǎn)方法的一個(gè)具體實(shí)施例，其中，在η側(cè)超晶格層形成步驟中，生長(zhǎng)η側(cè)超晶格層，使得滿足如下條件:
[0013]0<A ^ 0.75
[0014]0.167ΧΒ+0.033 彡 Α，以及
[0015]A彡0.167 XΒ+0.350，其中A表示載氣中的氫氣比率，并且B表示半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)速率(nm/s)。
[0016]本技術(shù)的第五方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件生產(chǎn)方法的一個(gè)具體實(shí)施例，其中，在發(fā)光層形成步驟中，供給氮?dú)舛菤錃庾鳛檩d氣。
[0017]在說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的本技術(shù)提供了 III族半導(dǎo)體發(fā)光器件生產(chǎn)方法，該方法旨在在不減小發(fā)光層的In濃度的情況下生長(zhǎng)平坦的發(fā)光層。
【附圖說(shuō)明】
[0018]通過(guò)在結(jié)合附圖考慮時(shí)參照下面的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本技術(shù)的各種其他目的、特征以及許多隨之而來(lái)的優(yōu)點(diǎn)變得更好理解，從而將容易被認(rèn)識(shí)到，在附圖中:
[0019]圖1是一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光器件的配置的示意圖；
[0020]圖2是該實(shí)施例的發(fā)光器件的半導(dǎo)體層淀積結(jié)構(gòu)的視圖；
[0021]圖3是示出該實(shí)施例中采用的η側(cè)超晶格層的形成中的載氣的成分比率的時(shí)序圖；
[0022]圖4是示出該實(shí)施例中的半導(dǎo)體層的形成中的生長(zhǎng)速率和載氣的氫氣比率之間的關(guān)系的曲線圖；
[0023]圖5是示出發(fā)光器件生產(chǎn)方法的實(shí)施例的視圖(I);
[0024]圖6是示出發(fā)光器件生產(chǎn)方法的實(shí)施例的視圖(2);
[0025]圖7是示出在η側(cè)超晶格層形成步驟中采用的載氣的氫氣比率和通過(guò)生產(chǎn)方法的實(shí)施例生產(chǎn)的發(fā)光器件的輸出之間的關(guān)系的曲線圖；
[0026]圖8是示出在發(fā)光層形成步驟中采用的載氣的氫氣比率和通過(guò)生產(chǎn)方法的實(shí)施例生產(chǎn)的發(fā)光器件的輸出之間的關(guān)系的曲線圖；以及
[0027]圖9是示出在實(shí)施例的修改方案中采用的η側(cè)超晶格層的形成中的載氣的成分比率的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]參照附圖，接下來(lái)將詳細(xì)描述作為示例的用于生產(chǎn)半導(dǎo)體發(fā)光器件的生產(chǎn)方法的具體實(shí)施例。然而，該實(shí)施例不應(yīng)被解釋為將本技術(shù)限于其中。下面描述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的層的淀積配置和電極結(jié)構(gòu)僅被給出用于說(shuō)明的目的，并且也可以采用不同于其的其他結(jié)構(gòu)。圖中所示的每個(gè)層的厚度不是實(shí)際值，而是概念值。
[0029]1.半導(dǎo)體發(fā)光器件
[0030]圖1是實(shí)施例的發(fā)光器件100的配置的示意圖。圖2是發(fā)光器件100的半導(dǎo)體層淀積結(jié)構(gòu)的視圖。發(fā)光器件100是面向上類型的半導(dǎo)體發(fā)光器件。發(fā)光器件100具有由III族氮化物半導(dǎo)體形成的多個(gè)半導(dǎo)體層。
[0031]如圖1中所示，發(fā)光器件100具有襯底110、低溫緩沖層120、n型接觸層130、n側(cè)靜電擊穿防止層140、η側(cè)超晶格層150、發(fā)光層160、P型覆層170、ρ型接觸層180、透明電極190、η電極NI和ρ電極Ρ1。低溫緩沖層120、η型接觸層130、η側(cè)靜電擊穿防止層140、η側(cè)超晶格層150、發(fā)光層160、ρ型覆層170和ρ型接觸層180形成半導(dǎo)體層Epl。η型接觸層130、η側(cè)靜電擊穿防止層140和η側(cè)超晶格層150是η型半導(dǎo)體層。ρ型覆層170和P型接觸層180是P型半導(dǎo)體層。
[0032]在襯底110的主表面上形成半導(dǎo)體層Epl，其中低溫緩沖層120、η型接觸層130、η側(cè)靜電擊穿防止層140、η側(cè)超晶格層150、發(fā)光層160、ρ型覆層170和ρ型接觸層180以該順序連續(xù)形成。η電極NI形成在η型接觸層130上，并且ρ電極Pl形成在透明電極190上。
[0033]襯底110是生長(zhǎng)襯底。在襯底的主表面上，通過(guò)MOCVD形成前述半導(dǎo)體層?？梢允挂r底的主表面變粗糙。襯底110由藍(lán)寶石制成。除了藍(lán)寶石之外，可以采用諸如SiC、ZnO、Si和GaN的材料。
[0034]低溫緩沖層120接受來(lái)自襯底110的結(jié)晶度并且被設(shè)置用于在其上形成上層。因而，低溫緩沖層120被布置在襯底110的主表面上。低溫緩沖層120由例如AlN或GaN制成。
[0035]η型接觸層130被設(shè)置用于建立與η電極NI的歐姆接觸。η型接觸層130被布置在低溫緩沖層120上。在η型接觸層130上布置η電極NI。η型接觸層130由η型GaN形成并且具有I X 1isVcm3或更大的Si濃度。替選地，η型接觸層130可以由具有不同的載流子濃度的多個(gè)層形成，用于增強(qiáng)與η電極NI的歐姆接觸。η型接觸層130具有例如Iym至5 μπι的厚度。毋庸贅言，對(duì)該厚度沒(méi)有特別的限制。
[0036]η側(cè)靜電擊穿防止層140用作用于防止半導(dǎo)體層的靜電擊穿的靜電擊穿防止層。η側(cè)靜電擊穿防止層140形成在η型接觸層130上。η側(cè)靜電擊穿防止層140是通過(guò)淀積非摻雜1-GaN層和η型GaN層形成的半導(dǎo)體層。η側(cè)靜電擊穿防止層140具有例如300nm的厚度。
[0037]η側(cè)超晶格層150是用于釋放施加到發(fā)光層160的應(yīng)力的應(yīng)力釋放層。更具體地，η側(cè)超晶格層150具有超晶格結(jié)構(gòu)。η側(cè)超晶格層150布置在η側(cè)靜電擊穿防止層上。如圖2中所示，通過(guò)重復(fù)淀積堆疊單元來(lái)形成η側(cè)超晶格層150，每個(gè)堆疊單元是通過(guò)淀積InGaN層151、GaN層152和η型GaN層153而形成的。對(duì)于淀積的重復(fù)次數(shù)沒(méi)有特別限制，并且其通常是10至20。
[0038]GaN層152用作布置在InGaN層151上的第一半導(dǎo)體層。η型GaN層153用作布置在第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層。InGaN層151的厚度是0.3nm至1，OOOnm。GaN層152的厚度是0.3nm至10nm。η型GaN層153的厚度是0.3nm至lOOnm。
[0039]發(fā)光層160通過(guò)電子與空穴的重組來(lái)發(fā)光。發(fā)光層160形成在η側(cè)超晶格層150上。通過(guò)重復(fù)地淀積堆疊單元來(lái)形成發(fā)光層160，每個(gè)堆疊單元是通過(guò)淀積勢(shì)皇層161和阱層162而形成的。就是說(shuō)，發(fā)光層160具有其中重復(fù)淀積這些堆疊單元的多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。
[0040]淀積的重復(fù)次數(shù)是例如5。然而，無(wú)需贅言，對(duì)重復(fù)次數(shù)沒(méi)有特別限制。勢(shì)皇層161是例如含In的InAlGaN層，并且阱層162是例如InGaN層。基本上，阱層162包含In。除了含In的