CN101425556B - 氮化物半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氮化物半导体发光器件及其制造方法。根据本发明的氮化物半导体发光器件包括：形成在第一氮化物半导体层上的有源层；形成在有源层上的第二氮化物半导体层；具有AlIn的第三氮化物半导体层，该层形成在第二氮化物半导体层上。及氮化物半导体发光器件包括，第一氮化物半导体层；形成在第一氮化物半导体层上的n-AlInN覆盖层；形成在n-AlInN覆盖层上的n-InGaN层；形成在n-InGaN层上的有源层；形成在有源层上的p-InGaN层；形成在p-InGaN层上的p-AlInN覆盖层；形成在p-AlInN覆盖层上的第二氮化物半导体层。

Description

氮化物半导体发光器件及其制造方法

本申请是申请日为2005年8月19日，申请号为200580032507.4，发明名称为“氮化物半导体发光器件及其制造方法”的中国专利申请的分案申请。

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。

背景技术

通常，GaN基氮化物半导体应用领域为电子器件(如，高速开关和高输出器件)诸如：蓝/绿光LED(发光二极管)光学器件，MESFET(金属半导体场效应晶体管)和HEMT(高电子迁移率晶体管)。

GaN基氮化物半导体发光器件生长在蓝宝石衬底或SiC衬底上。接着作为缓冲层的AlyGal-yN多晶薄膜在低生长温度下生长在蓝宝石衬底或SiC衬底上。随后非掺杂GaN层，Si掺杂n-GaN层或这两种结构的组合在高温下生长在缓冲层上来形成n-GaN层。此外，Mg掺杂p-GaN层形成为上层以制造氮化物半导体发光器件。发光层(多量子阱结构的有源层)插入到n-GaN层和p-GaN层之间。

现有技术中，p-GaN层通过在晶体生长过程中掺杂Mg原子形成。这需要在晶体生长过程中，作为掺杂源注入的Mg原子替代Ga位形成p-GaN层。Mg原子与从溶解在载气中的氢气结合成为在GaN结晶层中形成Mg-H络合物的源，导致了约

的高阻抗材料。

因此，pn结发光器件形成之后，需要后续的激活过程来解离Mg-H络合物并用Mg原子替换Ga位。然而，该发光器件中，在激活过程中对发光有贡献的载流子的数量为约该数量大大低于

或更高的Mg的原子浓度，因此，存在很难形成欧姆接触(resistivecontact)的缺点。

此外，残存在p-GaN氮化物半导体中没有被激活为载流子的Mg原子成为俘获从与有源层界面发出的光的中心，大大减小了光输出。为了改善这个问题，已经采用了通过用非常薄的透明欧姆接触金属来增加电流注入效率的方法来降低接触电阻的方法。

然而，用于降低接触电阻的薄透明欧姆接触金属通常透过75到80％的光，该透过值以外的光损失掉了。特别是，由于高接触电阻，在减小操作电压方面存在限制。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供氮化物半导体发光器件及其制造方法，其中，构成氮化物半导体发光器件的有源层的晶体性能可得到改善，并且光输出和可靠性也可得到改善。

技术解决方案

为了实现上述目的，根据本发明第一实施方式的氮化物半导体发光器件包括，第一氮化物半导体层；形成在第一氮化物半导体层上的有源层；形成在有源层上的第二氮化物半导体层；含有AlIn的第三氮化物半导体层，该层形成在第二氮化物半导体层上。

此外，为了实现上述目的，根据本发明第二实施方式的氮化物半导体发光器件包括，衬底；形成在衬底上的缓冲层；掺杂In的第一GaN基的层，该第一GaN基的层形成在缓冲层上；掺杂Si和In的第二GaN基的层，该第二GaN基的层形成在第一GaN基的层上；形成在第二GaN基的层上的InxGal-xN层；形成在InxGal-xN层上的有源层；形成在有源层上的p-GaN基的层；形成在p-GaN基的层上的n-AlInN层或p-AlInN层。

此外，为了实现上述目的，根据本发明第三实施方式的氮化物半导体发光器件包括，第一氮化物半导体层；形成在第一氮化物半导体层上的n-AlInN覆盖层；形成在n-AlInN覆盖层上的n-InGaN层；形成在n-InGaN层上的有源层；形成在有源层上的p-InGaN层；形成在p-InGaN层上的p-AlInN覆盖层；形成在p-AlInN覆盖层上的第二氮化物半导体层。

此外，为了实现上述目的，根据本发明第四实施方式的氮化物半导体发光器件包括，第一氮化物半导体层；形成在第一氮化物半导体层上的n-AlInN覆盖层；形成在n-AlInN覆盖层上的有源层；形成在有源层上的p-AlInN覆盖层；形成在p-AlInN覆盖层上的第二氮化物半导体层。

此外，为了实现上述目的，根据本发明第五实施方式的氮化物半导体发光器件包括，第一氮化物半导体层；形成在第一氮化物半导体层上的有源层；形成在有源层上的p-InGaN层；形成在p-InGaN层上的p-AlInN覆盖层；形成在p-AlInN覆盖层上的第二氮化物半导体层。

此外，为了实现上述目的，根据本发明第一实施方式的制造氮化物半导体发光器件的方法包括，在衬底上形成缓冲层；在缓冲层上形成GaN基的层；在GaN基的层上形成第一电极层；在第一电极层上形成InxGa_1-xN层；在InxGa_1-xN层上形成有源层；在有源层上形成p-GaN基的层；在p-GaN基的层上形成n-AlInN层或p-AlInN层。

此外，为了实现上述目的，根据本发明第二实施方式的制造氮化物半导体发光器件的方法包括，在衬底上形成缓冲层；在缓冲层上形成被掺杂进铟(In)的In掺杂GaN基的层；在In掺杂GaN基的层上形成第一电极层；在第一电极层上形成n-AlInN覆盖层；在n-AlInN覆盖层上形成有源层；在有源层上形成p-AlInN覆盖层；在p-AlInN覆盖层上形成p-GaN基的层；在p-GaN基的层上形成第二电极层。

此外，为了实现上述目的，根据本发明第三实施方式的制造氮化物半导体发光器件的方法包括，在衬底上形成缓冲层；在缓冲层上形成被掺杂进铟(In)的In掺杂GaN基的层；在In掺杂GaN基的层上形成第一电极层；在第一电极层上形成发光的有源层；在有源层上形成p-InGaN层；在p-InGaN层上形成p-AlInN覆盖层；在p-AlInN覆盖层上形成p-GaN基的层；在p-GaN基的层上形成第二电极层。

本发明还涉及以下方面：

1.一种氮化物半导体发光器件，包括：

第一氮化物半导体层；

形成在所述第一氮化物半导体层上的有源层；

形成在所述有源层上的第二氮化物半导体层；和

形成在所述第二氮化物半导体层上，含有AlIn的第三氮化物半导体层。

2.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，其中，在第一氮化物半导体层下还形成衬底和形成在所述衬底上的缓冲层。

3.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一氮化物半导体层包括：

掺杂In或不掺杂In的GaN基的层；

形成在所述GaN基的层上的第一电极层；和

形成在所述第一电极层上的In_xGa_1-xN层。

4如项目2所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述缓冲层具有AlInN/GaN叠层结构、InGaN/GaN超晶格结构、In_xGa_1-xN/GaN叠层结构和Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN叠层结构中的一种。

5.如项目3所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一电极层是同时掺杂有硅和铟的GaN基的层。

6.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，其中，在包含于所述第一氮化物半导体层中的所述In_xGa_1-xN层的上表面和下表面还分别形成第一SiNx团簇层和第二SiNx团簇层。

7.如项目6所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一SiNx团簇层和所述第二SiNx团簇层形成为具有原子尺度厚度。

8.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述有源层具有单量子阱结构或由In_yGa_1-yN势阱层/In_zGa_1-zN势垒层形成的多量子阱结构。

9.如项目8所述的氮化物半导体发光器件，还包括在形成所述有源层的所述In_yGa_1-yN势阱层和所述In_zGa_1-zN势垒层之间形成SiNx团簇层。

10.如项目8所述的氮化物半导体发光器件，还包括在形成所述有源层的所述In_yGa_1-yN势阱层和所述In_zGa_1-zN势垒层之间形GaN基的盖帽层。

11.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，还包括在所述有源层和所述第二氮化物半导体层之间形成SiNx团簇层。

12.如项目8所述的氮化物半导体发光器件，其中，掺杂到所述In_yGa_1-yN势阱层中的铟含量，掺杂到所述In_zGa_1-zN势垒层中的铟含量，和掺杂到所述In_xGa_1-xN层中的铟含量分别具有以下值：0<x<0.1，0<y<0.35和0<z<0.1。

13.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二氮化物半导体层掺杂有镁。

14.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第三氮化物半导体层掺杂有硅或镁。

15.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，其中，在所述第三氮化物半导体层的上表面还形成具有铟含量连续改变的超梯度结构的或具有含有In或Al的超晶格结构的第四氮化物半导体层。

16.如项目15所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述超梯度结构具有In_xGa_1-xN层。

17.如项目15所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述超晶格结构是InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层。

18.如项目15所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第四氮化物半导体层掺杂有硅。

19.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，其中，在第三氮化物半导体层的下表面还形成具有铟含量连续改变的超梯度结构的或具有含有In或Al的超晶格结构的第四氮化物半导体层。

20.如项目19所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述超梯度结构是In_xGa_1-xN层(0<x<0.2)。

21.如项目19所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述超晶格结构是InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层。

22.如项目1所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第三氮化物半导体上的透明电极。

23.如项目22所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述透明电极用透明导电氧化物或透明欧姆接触材料形成。

24.如项目23所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述透明导电氧化物由ITO，ZnO，IrOx，RuOx和NiO材料之一形成。

25.如项目23所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述透明欧姆接触材料采用含Ni金属的金合金层形成。

26.如项目15所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第四氮化物半导体层上的透明电极。

27一种制造氮化物半导体发光器件的方法，该方法包括：

在衬底上形成缓冲层；

在所述缓冲层上形成GaN基的层；

在所述GaN基的层上形成第一电极层；

在所述第一电极层上形成In_xGa_1-xN层；

在所述In_xGa_1-xN层上形成有源层；

在所述有源层上形成p-GaN基的层；和

在所述p-GaN基的层上形成n-AlInN层或p-AlInN层。

28.如项目27所述的方法，还包括在所述p-GaN基的层上形成其铟含量连续改变的超梯度结构n-In_xGa_1-xN层或InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层的步骤。

29.如项目27所述的方法，其中，所述缓冲层具有AlInN/GaN叠层结构、InGaN/GaN超晶格结构、In_xGa_1-xN/GaN叠层结构和Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN叠层结构中的一种。

30.如项目27所述的方法，其中，所述第一电极层是同时掺杂有硅和铟的GaN基的层。

31.如项目27所述的方法，还包括在所述形成In_xGa_1-xN层的步骤之前或之后分别形成第一SiNx团簇层和第二SiNx团簇层的步骤。

32.如项目27所述的方法，还包括在所述有源层和所述p-GaN基的层之间形成SiNx团簇层的步骤。

33.如项目27所述的方法，还包括在所述n-AlInN层或所述p-AlInN层上形成其铟含量连续改变的超梯度结构n-In_xGa_1-xN层或InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层的步骤。

34.如项目27所述的方法，还包括在所述n-AlInN层或所述p-AlInN层上形成透明电极的步骤。

35.如项目33所述的方法，还包括在所述超梯度结构或所述超晶格结构层上形成透明电极的步骤。

36.一种氮化物半导体发光器件，包括：

衬底；

形成在所述衬底上的缓冲层；

形成在所述缓冲层上的掺杂In的第一GaN基的层；

形成在所述第一GaN基的层上的掺杂Si和In的第二GaN基的层；

形成在所述第二GaN基的层上的In_xGa_1-xN层；

形成在所述In_xGa_1-xN层上的有源层；

形成在所述有源层上的p-GaN基的层；和

形成在所述p-GaN基的层上的n-AlInN层或p-AlInN层。

37.如项目36所述的氮化物半导体发光器件，其中，在所述n-AlInN层或所述p-AlInN层之下还形成具有其铟含量连续改变的超梯度结构的或具有含有In或Al的超晶格结构的氮化物半导体层。

38.如项目36所述的氮化物半导体发光器件，其中，在所述n-AlInN层或所述p-AlInN层上还形成具有其铟含量连续改变的超梯度结构的或具有含有In或Al的超晶格结构的氮化物半导体层。

39.如项目36所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第二GaN基的层和所述p-GaN基的层之间的多个SiNx团簇层。

40.如项目36所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述n-AlInN层或所述p-AlInN层上的透明电极。

41.如项目38所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述超梯度结构的或所述超晶格结构的所述氮化物半导体层上的透明电极。

42.一种氮化物半导体发光器件，包括：

第一氮化物半导体层；

形成在所述第一氮化物半导体层上的n-AlInN覆盖层；

形成在所述n-AlInN覆盖层上的n-InGaN层；

形成在所述n-InGaN层上的有源层；

形成在有源层上的p-InGaN层；

形成在所述p-InGaN层上的p-AlInN覆盖层；和

形成在所述p-AlInN覆盖层上的第二氮化物半导体层。

43.如项目42所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第二氮化物半导体层上的第二电极层。

44.如项目42所述的氮化物半导体发光器件，其中，在第一氮化物半导体层之下还形成衬底和形成在所述衬底上的缓冲层。

45.如项目42所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一氮化物半导体层包括掺杂In的In掺杂GaN基的层和形成在所述In掺杂GaN基的层上的第一电极层。

46.如项目45所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一电极层是同时掺杂硅和铟的GaN基的层。

47.如项目42所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在n-InGaN层和有源层之间的In_xGa_1-xN层。

48.如项目42所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第一氮化物半导体层和所述p-AlInN覆盖层之间的多个SiNx团簇层。

49.如项目43所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层是铟含量连续改变的超梯度结构或含In的超晶格结构。

50.如项目43所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层用n-AlInN层形成。

51.如项目43所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层掺杂有硅。

52.如项目42所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第二氮化物半导体层上的透明电极。

53.如项目43所述的氮化物半导体发光器件，形成在所述第二电极层上的透明电极。

54.一种氮化物半导体发光器件，包括：

第一氮化物半导体层；

形成在所述第一氮化物半导体层上的n-AlInN覆盖层；

形成在所述n-AlInN覆盖层上的有源层；

形成在所述有源层上的p-AlInN覆盖层；和

形成在所述p-AlInN覆盖层上的第二氮化物半导体层。

55.如项目54所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第二氮化物半导体层上的第二电极层。

56.如项目54所述的氮化物半导体发光器件，其中，在所述第一氮化物半导体层之下还形成衬底和形成在所述衬底上的缓冲层。

57.如项目54所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一氮化物半导体层包括掺杂In的In掺杂GaN基的层和形成在所述In掺杂GaN基的层上的第一电极层。

58.如项目57所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一电极层是同时掺杂硅和铟的GaN基的层。

59.如项目54所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述n-AlInN覆盖层和所述有源层之间的In_xGa_1-xN层。

60.如项目54所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第一氮化物半导体层和所述p-AlInN覆盖层之间的多个SiNx团簇层。

61.如项目55所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层是铟含量连续改变的超梯度结构或含In的超晶格结构。

62.如项目55所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层用n-AlInN层形成。

63.如项目55所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层被掺杂硅。

64.如项目54所述的氮化物半导体发光器件，其中，还包括形成在所述第二氮化物半导体层上的透明电极。

65.如项目55所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第二电极层上的透明电极。

66.如项目54所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述有源层和所述p-AlInN覆盖层之间的p-InGaN层。

67.一种氮化物半导体发光器件，包括：

第一氮化物半导体层；

形成在所述第一氮化物半导体层上的有源层；

形成在所述有源层上的p-InGaN层；

形成在所述p-InGaN层上的p-AlInN覆盖层；和

形成在所述p-AlInN覆盖层上的第二氮化物半导体层。

68.如项目67所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第二氮化物半导体层上的第二电极层。

69.如项目67所述的氮化物半导体发光器件，其中，在所述第一氮化物半导体层之下还形成衬底和形成在所述衬底上的缓冲层。

70.如项目67所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一氮化物半导体层包括掺杂In的In掺杂GaN基的层和形成在所述In掺杂GaN基的层上的第一电极层。

71.如项目70所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一电极层是同时掺杂硅和铟的GaN基的层。

72.如项目67所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第一电极层和所述有源层之间的In_xGa_1-xN层。

73.如项目67所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第一氮化物半导体层和所述p-AlInN覆盖层上的多个SiNx团簇层。

74.如项目68所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层是铟含量连续改变的超梯度结构或含In的超晶格结构。

75.如项目68所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层用n-AlInN层形成。

76.如项目68所述的氮化物半导体发光器件，其中所述第二电极层掺杂有硅。

77.如项目67所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第二氮化物半导体层上的透明电极。

78.如项目68所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述第二电极层上的透明电极。

79.一种制造氮化物半导体发光器件的方法，该方法包括：

在衬底上形成缓冲层；

在所述缓冲层上形成掺杂铟(In)的In掺杂GaN基的层；

在所述In掺杂的GaN基的层上形成第一电极层；

在所述第一电极层上形成n-AlInN覆盖层；

在所述n-AlInN覆盖层上形成有源层；

在所述有源层上形成p-AlInN覆盖层；

在所述p-AlInN覆盖层上形成p-GaN基的层；和

在所述p-GaN基的层上形成第二电极层。

80.如项目79所述的方法，其中，所述第一电极层是硅和铟同时掺杂的GaN基的层。

81.如项目79所述的方法，还包括在所述n-AlInN覆盖层和所述有源层之间形成n-InGaN层的步骤。

82.如项目81所述的方法，还包括在所述n-InGaN层和所述有源层之间形成In_xGa_1-xN层的步骤。

83.如项目79所述的方法，还包括在所述n-AlInN覆盖层和所述有源层之间形成In_xGa_1-xN层的步骤。

84.如项目83所述的方法，还包括在所述In_xGa_1-xN层表面下、在In_xGa_1-xN层和p-AlInN覆盖层之间形成多个SiNx团簇层的步骤。

85.如项目79所述的方法，其中，所述第二电极层是铟含量连续改变的超梯度结构的n-In_xGa_1-xN层、InGaN/InGaN超晶格结构层、InGaN/AlInGaN超晶格结构层和n-AlInN层中的一种。

86.如项目79所述的方法，还包括在有源层和p-AlInN覆盖层之间形成p-InGaN层的步骤。

87.如项目79所述的方法，还包括在第二电极层形成透明电极的步骤。

88一种制造氮化物半导体发光器件的方法，该方法包括：

在衬底上形成缓冲层；

在所述缓冲层上形成掺杂铟(In)的In掺杂GaN基的层；

在所述In掺杂的GaN基的层上形成第一电极层；

在所述第一电极层上形成发光的有源层；

在所述有源层上形成p-InGaN层；

在所述p-InGaN层上形成p-AlInN覆盖层；

在所述p-AlInN覆盖层上形成p-GaN基的层；和

在所述p-GaN基的层上形成第二电极层。

89.如项目88所述的方法，其中，所述第一电极层是硅和铟同时掺杂的GaN基的层。

90.如项目88所述的方法，还包括在所述第一电极层和所述有源层之间形成In_xGa_1-xN层的步骤。

91.如项目90所述的方法，还包括在所述In_xGa_1-xN层表面下、所述In_xGa_1-xN层和所述p-AlInN覆盖层之间形成多个SiNx团簇层的步骤。

92.如项目88所述的方法，其中，所述第二电极层是铟含量连续改变的超梯度结构的n-In_xGa1-_xN层、InGaN/InGaN超晶格结构层、InGaN/AlInGaN超晶格结构层和n-AlInN层中的一种。

93.如项目88所述的方法，还包括在所述有源层和所述p-AlInN覆盖层之间形成p-InGaN层的步骤。

94.如项目88所述的方法，还包括在所述第二电极层形成透明电极的步骤。

有益效果

根据本发明，构成氮化物半导体发光器件的有源层的晶体性能可得到改善，并且光输出和可靠性也可得到改善。

附图说明

图1是一幅图，示意地示出了根据本发明第一实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图2是一幅图，示意地示出了根据本发明第二实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图3是一幅图，示意地示出了根据本发明第三实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图4是一幅图，示意地示出了根据本发明第四实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图5是一幅图，示意地示出了根据本发明第五实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图6是一幅图，示意地示出了根据本发明第六实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图7是一幅图，示意地示出了根据本发明第七实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图8是一幅图，示意地示出了根据本发明第八实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图9是一幅图，示意地示出了根据本发明第九实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图10是一幅图，示意地示出了根据本发明第十实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

图11是一幅图，示意地示出了根据本发明第十一实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

具体实施方式

下面将参考附图结合具体实施方式详细描述本发明。

图1是一幅图，示意地示出了根据本发明第一实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

根据本发明所述的氮化物半导体发光器件1，如图1所示，包括形成在衬底2上的缓冲层4。在此情况中，缓冲层4可具有AlInN/GaN叠层结构，InGaN/GaN超晶格结构，In_xGa_1-xN/GaN叠层结构，Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN叠层结构(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)中的一种。

接着，被掺杂铟的In掺杂GaN层6形成在缓冲层4上。在In掺杂GaN层6上形成n型第一电极层。在此情况中，同时掺杂有硅和铟的Si-In共掺GaN层8可被用作n型第一电极层。

具有低铟含量的In_xGa_1-xN层10也形成在Si-In共掺GaN层8上。发光的有源层12形成在In_xGa_1-xN层10上。有源层12可具有单量子阱结构或由InGaN势阱层/InGaN势垒层形成的多量子阱结构。一个叠层结构的例子将在随后参考图3进行更为详尽的描述。

随后，p-GaN层14形成在有源层12上。此时，该p-GaN层14可以被掺杂镁形成。

接下来，n型第二电极层形成在p-GaN层14上。在此情况中，n-AlInN层16可以被用作该n型第二电极层。此时，可形成可能掺杂硅的n-AlInN层16。

根据本发明所述的氮化物半导体发光器件中，该Si-In共掺GaN层8(即，第一电极层)和n-AlInN层16(即，第二电极层)均使用n型氮化物形成，而p-GaN层14形成在该Si-In共掺GaN层8和n-AlInN层16之间。考虑到上面所述，可认为根据本发明的氮化物半导体发光器件具有n/p/n结发光器件结构，这不同于现有技术中所述的p/n结发光器件结构。

如上所述，本发明可提供一种方案，其中，可解决由现有技术中的p/n结发光器件结构和p-GaN氮化物半导体本身的低Mg掺杂效率造成的低载流子浓度，及取决于相应的接触电阻增大所导致的电流拥塞(current crowding)问题。

更特别的是，通过在上面的面上形成n-AlInN氮化物半导体，透明导电氧化物，如具有不低于95％光透过率的ITO可被用作透明电极。也就是，用于向n-AlInN层施加偏压的透明电极可以包括透明欧姆接触材料(resistive material)或透明导电氧化物，它们可使电流扩展最大化，因而使光输出最大化，并且具有很好的光透过率。ITO，ZnO，RuOx，IrOx，NiO或含Ni的金合金可以被用作这样的材料。因此，与现有技术的p/n结相比，通过应用透明电极，实现光输出50％或更高是可能的。

此外，本发明由于减低了接触电阻可减低操作电压并且相应的提高了器件的可靠性。更特别的是，使用倒装方法的高输出发光器件，当被施加大面积电流300mA或更高电流时，需要低的操作电压。如果发光器件本身的接触电阻较高，为施加相同的电流，操作电压将增加。因此，发光器件自身会产生100℃或更高的热量。内部产生的热量对于可靠性有决定性的影响。

根据本发明的n/p/n结发光器件，当施加同样的电流时，由于低接触电阻，该器件可被相对低的操作电压驱动并且器件内产生的热量也低。因此，可提供高可靠性的发光器件。

此外，图2是一幅图，示意地示出了根据本发明第二实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

根据本发明第二实施方式的氮化物半导体发光器件21的叠层结构示出了这样的情形，与如图1所示的氮化物半导体发光器件1相比较时，在n-AlInN层16上，还形成其能带隙通过连续改变铟成份控制的超梯度(super grading)n-In_xGa_1-xN层24时的情况。此时，超梯度的n-In_xGa_1-xN层24可被形成具有0<x<0.2的成分。此时，超梯度的n-In_xGa_1-xN层24可以被掺杂硅。

具有这种叠层结构的氮化物半导体发光器件21可被视为n/n/p/n结发光器件。此外，在具有这种叠层结构的氮化物半导体发光器件21中，用于施加偏压的透明电极可形成在超梯度的n-In_xGa_1-xN层24中。

而且，尽管没有在附图中示出，InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层，而不是超梯度的n-In_xGa_1-xN层24，可形成在n-AlInN层16上。在此情况中，InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层可以掺杂硅。

根据本发明的应用于氮化物半导体发光器件31的有源层的结构将参考图3进行更为详尽的描述。图3是一幅图，示意地示出了根据本发明第三实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。将不再描述图3所示的叠层结构中、参考图1已经描述过的层(以相同的参考数字给出)。

在根据本发明第三实施方式的氮化物半导体发光器件31中，为了增加内量子效率，如图3所示，形成了控制有源层应变的具有低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层10。此外，为了改善铟的波动引起的反向漏电流和光输出，还分别在低摩尔In_xGa_1-xN层10的上表面和下表面形成了控制在原子尺度形态的SiNx团簇层33，35。

此外，发光的有源层可具有单量子阱结构或由In_yGa_1-yN势阱层/In_zGa_1-zN势垒层形成的多量子阱结构。

图3示出了一个具有多量子阱结构的发光器件的实例，该器件中，在作为有源层的In_yGa_1-yN势阱层37，43和In_zGa_1-zN势垒层41，47之间还提供了SiNx团簇层39，45。在此情况中，为了提高有源层的发光效率，组成比率可被控制到In_yGa_1-yN势阱层(0<y<0.35)/SiNx团簇层/In_zGa_1-zN势垒层(0<z<0.1)。此外，当考虑到与低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层10的关系时，掺杂到In_yGa_1-yN势阱层37，43中的铟含量，掺杂到In_zGa_1-zN势垒层41，47中的铟含量，和掺杂到低摩尔In_xGa_1-xN层10的铟含量可分别控制到具有0<x<0.1，0<y<0.35和0<z<0.1。

此外，尽管没有在附图中示出，还可在形成有源层的In_yGa_1-yN势阱层和In_zGa_1-zN势垒层之间形成控制In_yGa_1-yN势阱层中铟含量波动的GaN盖帽层。此时，发光的势阱层和势垒层中的各铟含量可用In_yGa_1-yN(0<y<0.35)/CaN盖帽层/In_zGa_1-zN(0<z<0.1)来构建。

此外，具有单量子阱结构或多量子阱结构的有源层的最后一层生长之后，生长原子尺度厚度的SiNx团簇层140，从而可以阻止p-GaN层100中的Mg原子内部扩散进有源层。

此外，图4是一幅图，示意地示出了根据本发明第四实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。将不再描述图4所示的叠层结构中、参考图1已经描述过的层(以相同的参考数字给出)。

根据本发明第四实施方式的氮化物半导体发光器件51还包括在p-GaN层14上再形成超梯度n-In_xGa_1-xN层52，该层的能带隙可通过改变铟成分来控制。图4示出了在超梯度的n-In_xGa_1-xN层52上还形成n-AlInN层54的情况。

具有这种叠层结构的氮化物半导体发光器件51可被认为是n/n/p/n结发光器件。而且，在具有这种叠层结构的氮化物半导体发光器件51中，用于施加偏压的透明电极可以形成在n-AlInN层54中。

此外，尽管图4示出了超梯度n-In_xGa_1-xN层52形成在p-GaN层15上的情况，但，InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层可代替超梯度n-In_xGa_1-xN层52形成在p-GaN层15上。

此外，图5是一幅图，示意地示出了根据本发明第五实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。将不再描述图5所示的叠层结构中、参考图1已经描述过的层(以相同的参考数字给出)。

根据本发明第五实施方式的氮化物半导体发光器件61具有p-AlInN层66形成在p-GaN层16上的特征。在此情况中，p-AlInN层66可以掺杂镁。

具有这种叠层结构的氮化物半导体发光器件61可被认为是p/n结发光器件，但是，通过p-AlInN层66的物理特性，该器件可提供与其它实施方式相似的发光效率。此外，在具有这种叠层结构的氮化物半导体发光器件61中，用于施加偏压的透明电极可以形成在p-AlInN层66之中。

此外，图6是一幅图，示意地示出了根据本发明第六实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

当与图5所示的氮化物半导体发光器件61相比较时，根据本发明第六实施方式的氮化物半导体发光器件71示出了还在p-AlInN层66上形成能带隙通过改变铟成分来控制的超梯度n-In_xGa_1-xN层74的情况。此时，超梯度的n-In_xGa_1-xN层74可以被形成具有0<x<0.2的组成。此时，超梯度的n-In_xGa_1-xN层74可以掺杂硅。

具有这种叠层结构的氮化物半导体发光器件71可被认为是n/p/p/n结发光器件。此外，在具有这种叠层结构的氮化物半导体发光器件71中，施加偏压的透明电极可以形成在超梯度的n-In_xGa_1-xN层74之中。

此外，尽管没有在附图中示出，但，InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层可代替超梯度的n-In_xGa_1-xN层74形成在n-AlInN层66上。在此情况中，InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层可以掺杂硅。

同时，图7是一幅图，示意地示出了根据本发明第七实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。

如图7所示，根据本发明所述的氮化物半导体发光器件81包括形成在衬底82上的缓冲层84。在此情况中，缓冲层84可以具有AlInN/GaN叠层结构，InGaN/GaN超晶格结构，In_xGa_1-x/GaN叠层结构或Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN叠层结构。

此外，被掺杂铟的In掺杂GaN层86形成在缓冲层84上。n型第一电极层形成在In掺杂GaN层86上。在此情况中，硅和铟同时掺杂的Si-In共掺的GaN层88可被用作n型第一电极层。

此外，n-AlInN覆盖层90形成在Si-In共掺GaN层88上。n-InGaN层92形成在n-AlInN覆盖层90上。发光的有源层94也形成在n-InGaN层92上。有源层94可以具有单量子阱结构或多量子阱结构。一个构成有源层94的叠层结构的实例将在随后参考图9进行更为详尽的描述。另外，根据本发明的有源层94，即使该有源层94具有单量子阱结构，也存在可实现足够的光效率的优势。

其后，p-InGaN层96形成在有源层94上。p-AlInN覆盖层98形成在p-InGaN层96上。此外，p-GaN层100形成在p-AlInN覆盖层98上。此时，p-GaN层100可以掺杂镁(Mg)。

另外，n型第二电极层形成在p-GaN层100上。在此情况中，通过连续改变铟成分来控制能带隙的超梯度n-In_xGa_1-xN层102可用作n型第二电极层。此时，超梯度n-In_xGa_1-xN层102的组成可被控制到0<x<0.2。此外，超梯度的n-In_xGa_1-xN层102可以掺杂硅。

如上所述，根据本发明所述的氮化物半导体发光器件，第一电极层88和第二电极层102均由n型氮化物半导体形成，而p-GaN层100形成在它们之间。因此，考虑到上述结构，可认为本发明所述的氮化物半导体发光器件具有npn结发光器件结构，与现有技术中的pn结发光器件结构不同。

此外，用作第二电极层的n型氮化物半导体(例如，超梯度的n-In_xGa_1-xN层102)的电阻低于现有的p-GaN接触层的电阻。因此，可减小接触电阻并可使电流注入最大化。另外，向第二电极层施加偏压的透明电极可包括透明欧姆接触材料或透明导电氧化物，它们可使电流扩展最大化以使光输出最大化并且具有好的光透过性。ITO，ZnO，RuOx，IrOx，NiO或含Ni的金合金可以用作这样的材料。

在此情况中，尽管没有在附图中示出，第二电极层可以具有InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层。此外，InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层可以掺杂硅。

此外，尽管没有在附图中示出，n-AlInN层可以用作第二电极层。

根据本发明如上所述的所构建氮化物半导体发光器件81，n-AlInN覆盖层90和p-AlInN覆盖层98被各自插入到有源层94的下/上面。因此，内量子效率可通过阻止有源层94中的载流子注入效率和电流溢出来提高。

此外，图8是一幅图，示意地示出了根据本发明第八实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。将不再描述图8所示的叠层结构中、参考图7已经描述过的层(以相同的参考数字给出)。

根据本发明第八实施方式的氮化物半导体发光器件111不同于图7所示的根据第七实施方式的氮化物半导体发光器件81，区别在于，In_xGa_1-xN层114具有低的铟含量。

即，根据本发明第八实施方式的氮化物半导体发光器件111，在n-InGaN层92和有源层94之间还形成具有低铟含量的In_xGa_1-xN层114。其原因是，为了提高内量子效率，进一步形成具有低铟含量的In_xGa_1-xN层114以便它可以控制有源层94的应变。

根据本发明在氮化物半导体发光器件121中使用的有源层的结构将会参考图9进行更为详尽的描述。图9是一幅图，示意地示出了根据本发明第九实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。将不再描述图9所示的叠层结构中、参考图7已经描述过的层(以相同的参考数字给出)。

根据本发明第九实施方式的氮化物半导体发光器件121，包括控制有源层应变的具有低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层122，以便提高内量子效率，如图9所示。此外，为了改善由铟的波动所引起的反向漏电流和光输出，还在低摩尔In_xGa_1-xN层122的上表面和下表面形成控制在原子尺度形态的SiNx团簇层132，134。

此外，发光的有源层可以具有单量子阱结构或用In_yGa_1-yN势阱层/In_zGa_1-zN势垒层形成的多量子阱结构。

图9示出了一个具有多量子阱结构的发光器件的实例，该器件中，在作为有源层的In_yGa_1-yN势阱层124，128和In_zGa_1-zN势垒层126，130之间还提供了SiNx团簇层136，138。在此情况中，为了提高有源层的发光效率，成分比率可被控制到In_yGa_1-yN势阱层(0<y<0.35)/SiNx团簇层/In_zGa_1-zN势垒层(0<z<0.1)。此外，当考虑到与低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层122的关系时，掺杂到In_yGa_1-yN势阱层124，128中的铟含量，掺杂到In_zGa_1-zN势垒层126，130中的铟含量，和掺杂到低摩尔In_xGa_1-xN层122的铟含量可分别控制到具有0<x<0.1，0<y<0.35和0<z<0.1。

此外，尽管没有在附图中示出，还可在形成有源层的In_yGa_1-yN势阱层和In_zGa_1-zN势垒层之间形成控制In_yGa_1-yN势阱层中铟含量波动的GaN盖帽层。此时，发光的势阱层和势垒层的每一个中的铟含量可用In_yGa_1-yN(0<y<0.35)/CaN盖帽层/In_zGa_1-zN(0<z<0.1)来构建。

此外，具有单量子阱结构或多量子阱结构的有源层的最后一层生长之后，生长原子尺度厚度的SiNx团簇层140，以便可以阻止p-GaN层100中的Mg原子内部扩散进有源层。

同时，图10是一幅图，示意地示出了根据本发明第十实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。将不再描述图10所示的叠层结构中、参考图7已经描述过的层(以相同的参考数字给出)。

根据本发明第十实施方式的氮化物半导体发光器件141包括形成在n-AlInN覆盖层90上的有源层94和形成在有源层94上的p-AlInN覆盖层98。

也就是，根据本发明第十实施方式的氮化物半导体发光器件141具有变化的叠层结构，该器件与图7所示的根据第七实施方式的氮化物半导体发光器件81相比较，并没有形成n-InGaN层92和p-InGaN层96。

此外，图11是一幅图，示意地示出了根据本发明第十一实施方式的氮化物半导体发光器件的叠层结构。将不再描述图11所示的叠层结构中、参考图7已经描述过的层(以相同的参考数字给出)。

根据本发明第十一实施方式的氮化物半导体发光器件151包括形成在Si-In共掺GaN层88(如，第一电极层)上的有源层94，并且p-InGaN层96和p-AlInN覆盖层98均形成在有源层94上。

也就是，根据本发明第十一实施方式的氮化物半导体发光器件151具有变化的叠层结构，该器件与图7所示的根据第七实施方式的氮化物半导体发光器件81相比较，并没有形成n-AlInN覆盖层90和n-InGaN层92。

工业应用

根据与本发明所述一致的氮化物半导体发光器件及其制造方法，具有可改善其中构成氮化物半导体发光器件有源层的晶体性能并且改善光输出和可靠性的优势。

Claims (7)

1.一种氮化物半导体发光器件，包括：

n型第一氮化物半导体层；

形成在所述第一氮化物半导体层上的n-AlInN覆盖层；

形成在所述n-AlInN覆盖层上的n-InGaN层；

形成在所述n-InGaN层上的有源层；

形成在有源层上的p-InGaN层；

形成在所述p-InGaN层上的p-AlInN覆盖层；

形成在所述p-AlInN覆盖层上的p型第二氮化物半导体层；和

形成在所述p型第二氮化物半导体层上的第二电极层，

其中所述第二电极层是铟含量连续改变的n-型超梯度结构。

2.如权利要求1所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述n型第一氮化物半导体层包括掺杂In的In掺杂GaN基的层和形成在所述In掺杂GaN基的层上的第一电极层。

3.如权利要求2所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第一电极层是同时掺杂硅和铟的GaN基的层。

4.如权利要求1所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在n-InGaN层和有源层之间的In_xGa_1-xN层。

5.如权利要求1所述的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述n-型第一氮化物半导体层和所述p-AlInN覆盖层之间的多个SiNx团簇层。

6.如权利要求1所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层用n-AlInN层形成。

7.如权利要求1所述的氮化物半导体发光器件，其中，所述第二电极层掺杂有硅。

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