CN101577305A - 氮化物半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供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方的有源层；和形成在所述有源层上方的δ掺杂第二氮化物半导体层。根据本发明，提高了氮化物半导体发光器件的光功率，改善了光功率下降现象并提高了抗ESD(静电放电)的可靠性。

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12月5日、申请号为200580040963.3、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，并且涉及可以通过增加对电极接触层中的电导率有贡献的空穴载流子浓度以增加电子和空穴的结合概率从而增加光功率并提高可靠性的氮化物半导体发光器件及其制造方法。
背景技术
现在将描述常规氮化物半导体发光器件的示意性叠层结构及其制造方法。
图1是常规氮化物半导体发光器件的示意图。
参照图1，传统的氮化物半导体发光器件包括衬底101、缓冲层103、n-GaN层105、有源层107和p-GaN层109。这里，衬底101可以用蓝宝石衬底来举例说明。
现在将描述氮化物半导体发光器件的制造方法。为了使由于衬底101和n-GaN层105的晶格常数和热膨胀系数差异所引起的晶体缺陷的发生最小化，在低温下形成具有无定形相的GaN基氮化物或AlN基氮化物作为缓冲层103。
在高温下形成以掺杂浓度为1018/cm3的硅掺杂的n-GaN层105作为第一电极接触层。此后，降低生长温度并形成有源层107。此后，再次升高生长温度，形成厚度范围为0.1～0.5μm的镁(Mg)掺杂p-GaN层作为第二电极接触层。具有上述叠层结构的氮化物半导体发光器件形成为p-/n-结型结构，其使用n-GaN层105作为第一电极接触层并使用p-GaN层109作为第二电极接触层。
而且，形成在第二电极接触层上的第二电极材料受第二电极接触层的掺杂类型限制。例如，为了降低第二接触材料和具有高电阻组分的p-GaN层109之间的接触电阻并提高电流扩散，使用Ni/Au合金的薄透射电阻材料作为第二电极材料。
为了形成用作第二电极接触层的p-GaN层109，使用氮化物半导体的p-/n-结型发光器件采用Cp2Mg或DMZn掺杂源。在DMZn的情况下，由于Zn处于p-GaN层109内的“深能级”并且具有非常高的活化能，因此当施加偏压时起载流子作用的空穴载流子浓度限制在约1×1017/cm3。因此，使用具有低活化能的Cp2MgMO(金属有机物)作为掺杂源。
而且，当使用相同流量的Cp2Mg掺杂源或者通过顺序改变Cp2Mg的流量来生长具有0.1～0.5μm厚度范围的Mg掺杂p-GaN层时，合并从掺杂源中分离出的氢(H)气和NH3载气以在p-GaN层109中形成Mg-H络合物，其显示出大于约106Ω的高电阻绝缘特性。因此，为了在有源层107中的空穴和电子的再结合过程期间发射光，基本上需要活化过程以破坏Mg-H络合物的键。由于Mg掺杂p-GaN层109具有高电阻，因此其在没有任何改变的情况下无法使用。在600～800℃的温度范围和N2，N2/O2环境下通过退火过程来实施活化过程。然而，由于存在于p-GaN层109中的Mg具有低活化效率，因此其与用作第一电极接触层的n-GaN层105相比具有相对高的电阻值。在实际情况下，在活化过程之后，p-GaN层109中的Mg原子浓度在1019/cm3～1020/cm3的范围内，并且对纯载流子电导率有贡献的空穴载流子浓度在1017/cm3～1018/cm3的范围内，这相当于最大103倍的差异。另据报道空穴迁移率为10cm2/vsec，这是非常低的值。图2是示出传统的Mg掺杂p-GaN层的截面结构和在实施活化过程之后Mg掺杂p-GaN层内部的Mg分布曲线。参照图2，可以看出Mg原子浓度和空穴载流子浓度显示出最大103倍的差异。
同时，在没有完全活化的情况下，p-GaN层109中残留的Mg原子浓度引起许多问题。例如，由有源层向表面发射的光被捕获从而降低光功率，或者当施加高电流时由于相对高的电阻值而产生热，使得发光器件的使用寿命被缩短，从而对可靠性产生致命的影响。具体而言，在使用倒装晶片技术的大尺寸/高功率的1mm×1mm发光器件的情况下，由于施加远高于20mA常规电流的350mA电流，所以在结表面产生高于100℃的结温度，其对器件的可靠性具有致命的影响并使将来的产品应用受限制。由于残留在用作第二电极接触层的p-GaN层109中的Mg原子浓度没有被活化为载流子而引起的电阻组分增加和由于电阻组分增加而引起的粗糙表面特性，因而导致大量生热。
而且，在常规p-/n-结型发光器件中，用作第一电极接触层的n-GaN层105可以容易地将空穴浓度控制在5～6×1018/cm3的范围内并且控制在临界厚度内，所述临界厚度确保结晶度与随SiH4或Si2H6的流量增加而增加的硅掺杂浓度成比例，同时在用作第二电极接触层的p-GaN层109内，主要起载流子作用的空穴浓度被限制在1～9×1017/cm3的范围内，尽管Cp2Mg的流量增加并且掺杂大于最大值约1020/cm3的Mg原子。为此，传统的发光器件被制成具有不对称掺杂分布的p-/n-结型结构。
如上所述，用作第二电极接触层的p-GaN层109的低载流子浓度和高电阻组分导致发光效率降低。
为了解决以上问题，已经提出了通过采用具有良好透射性和低接触电阻的Ni/Au TM(透明薄金属)来增加光功率的传统方法。然而，当应用于大尺寸/高功率的发光器件时，传统方法严重地影响器件的可靠性。在使用GaN半导体的发光器件中，这种问题仍悬而未决。
发明内容
技术问题
本发明提供一种可以提高构成氮化物半导体发光器件的p-GaN层性能的氮化物半导体发光器件及其制造方法。
而且，本发明提供一种可以提高光功率和可靠性的氮化物半导体发光器件及其制造方法。
另外，本发明提供一种的氮化物半导体发光器件及其制造方法，该氮化物半导体发光器件可以克服由用作第二电极接触层的Mg掺杂p-GaN层的的低载流子浓度和迁移率以及在p-GaN层中保持完全未活化的Mg原子浓度的高电阻组分(包括Mg-H络合物)所引起的各种问题，并提高光功率和可靠性。
技术方案
提供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方的有源层；和形成在所述有源层上方的δ掺杂第二氮化物半导体层。
在本发明的另一个方面，提供一种氮化物半导体发光器件，包括：缓冲层；形成在所述缓冲层上方的第一氮化物半导体层；形成在所述第一氮化物半导体层上方的第一电极接触层；形成在所述第一氮化物半导体层上方的由阱层和势垒层组成的单量子阱结构或多量子阱结构的有源层；和形成在所述有源层上方的δ掺杂第二氮化物半导体层。
在本发明的另一个方面，提供一种制造氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括：在衬底上方形成缓冲层；在所述缓冲层上方形成第一氮化物半导体层；在所述第一氮化物半导体层上方形成有源层；和在所述有源层上方形成δ掺杂第二氮化物半导体层。
本发明还涉及以下技术方案。
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方的有源层；和
形成在所述有源层上方的δ掺杂第二氮化物半导体层。
2.根据技术方案1的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述δ掺杂第二氮化物半导体层上方的第三氮化物半导体层。
3.根据技术方案2的氮化物半导体发光器件，其中所述第三氮化物半导体层由具有铟含量逐渐变化的SG(超梯度)结构的n-InGaN层或n-InGaN/InGaN超晶格结构层构成。
4.根据技术方案2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层和所述δ掺杂第二氮化物半导体层之间的Si-掺杂GaN层。
5.根据技术方案2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层上方的透明电极。
6.根据技术方案5的氮化物半导体发光器件，其中所述透明电极由选自ITO、IZO(In-ZnO)、GZO(Ga-ZnO)、AZO(Al-ZnO)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(In-Ga ZnO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、和Ni/IrOx/Au/ITO中的一种形成。
7.根据技术方案1的氮化物半导体发光器件，还包括：
位于所述第一氮化物半导体层下方的缓冲层；和
位于所述缓冲层下方的衬底。
8.根据技术方案7的氮化物半导体发光器件，还包括位于所述缓冲层上方的应变控制层。
9.根据技术方案7的氮化物半导体发光器件，其中所述缓冲层具有选自AlInN/GaN叠层结构、InGaN/GaN超晶格结构、InxGa1-xN/GaN叠层结构和AlxInyGa1-(x+y)N/InxGa1-xN/GaN叠层结构的结构。
10.根据技术方案1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有源层之间并且具有1～5％铟含量的低摩尔含铟氮化物层。
11.根据技术方案1的氮化物半导体发光器件，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层生长为10～
Figure A20091014303800081
的厚度。
12.根据技术方案1的氮化物半导体发光器件，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层在选自未掺杂GaN/δ掺杂p-GaN、未掺杂AlGaN/δ掺杂p-GaN、未掺杂InGaN/δ掺杂p-GaN、未掺杂GaN/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN、和未掺杂InGaN/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN结构中的一种结构中重复生长。
13.根据技术方案1的氮化物半导体发光器件，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层形成为具有由掺杂剂量变化的层组成的至少一个周期，其中在所述δ掺杂第二氮化物半导体层中重复生长所述周期。
14.根据技术方案1的氮化物半导体发光器件，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层包含选自Mgδ掺杂GaN层，Mg-Alδ掺杂GaN层和Mg-Al-Inδ掺杂GaN层中的一种。
15.根据技术方案1的氮化物半导体发光器件，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层在一个周期中重复生长至少两次，所述一个周期选自未掺杂GaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂AlGaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂InGaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂GaN层/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN层、和未掺杂InGaN层/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN层结构中的一种，使得构成所述一个周期的选定层具有不同的厚度。
16.根据技术方案15的氮化物半导体发光器件，其中所述未掺杂AlGaN层生长为10～的厚度并具有0.01～0.02的Al组成。
17.根据技术方案15的氮化物半导体发光器件，其中所述未掺杂InGaN层生长为10～
Figure A20091014303800092
的厚度并具有0.01～0.02的In组成。
18.根据技术方案15的氮化物半导体发光器件，其中所述未掺杂AlGaN覆盖层生长为5～的厚度并具有0.01～0.02的Al组成。
19.根据技术方案1的氮化物半导体发光器件，其中所述第一氮化物半导体层是通过在1～9×1019/cm3的掺杂浓度范围内和1～4μm的厚度范围内同时掺杂Si-In而形成的n-GaN层。
20.根据技术方案1的氮化物半导体发光器件，其中所述第一氮化物半导体层通过使一个周期中的未掺杂AlGaN/掺杂GaN超晶格结构重复生长至少两次而形成为总厚度小于2μm。
21.根据技术方案20的氮化物半导体发光器件，其中所述未掺杂AlGaN层形成为10～
Figure A20091014303800094
的厚度并具有0.05～0.3的Al组成，并且所述掺杂GaN层形成为200～
Figure A20091014303800095
的厚度。
22.一种氮化物半导体发光器件，包括：
缓冲层；
形成在所述缓冲层上方的第一氮化物半导体层；
形成在所述第一氮化物半导体层上方的第一电极接触层；
在所述第一氮化物半导体层上方形成为由阱层和势垒层组成的单量子阱结构或多量子阱结构的有源层；和
形成在所述有源层上方的Mg-δ掺杂第二氮化物半导体层。
23.根据技术方案22的氮化物半导体发光器件，其中所述Mg-δ掺杂第二氮化物半导体层是第二电极接触层。
24.根据技术方案22的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述Mg-δ掺杂第二氮化物半导体层上方的n型第二电极接触层。
25.根据技术方案22的氮化物半导体发光器件，其中在所述阱层和所述势垒层之间进一步插入SiNx簇层。
26.根据技术方案25的氮化物半导体发光器件，其中所述SiNx簇层用Si-δ掺杂方法生长。
27.一种制造氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括：
在衬底上方形成缓冲层；
在所述缓冲层上方形成第一氮化物半导体层；
在所述第一氮化物半导体层上方形成有源层；和
在所述有源层上方形成δ掺杂第二氮化物半导体层。
28.根据技术方案27的方法，其中所述缓冲层具有选自AlInN/GaN叠层结构、InGaN/GaN超晶格结构、InxGa1-xN/GaN叠层结构和AlxInyGa1-(x+y)N/InxGa1-xN/GaN叠层结构的结构。
29.根据技术方案27的方法，在形成所述有源层之前，还包括形成具有1～5％的铟含量的低摩尔氮化物半导体层。
30.根据技术方案27的方法，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层包括选自Mgδ掺杂GaN层、Mg-Alδ掺杂GaN层和Mg-Al-Inδ掺杂GaN层中的一种。
31.根据技术方案27的方法，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层利用Cp2Mg或者DMZn MO(金属有机物)源生长为10～
Figure A20091014303800101
的厚度。
32.根据技术方案27的方法，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层在选自未掺杂GaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂AlGaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂InGaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂GaN层/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN层、和未掺杂InGaN层/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN层结构中的一种结构中重复生长至少一次。
33.根据技术方案27的方法，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层形成为具有由掺杂剂量改变的层组成的至少一个周期，其中在所述δ掺杂第二氮化物半导体层中重复生长所述周期。
34.根据技术方案27的方法，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层具有Cp2Mg和DMZn MO中的任何一种的掺杂源或TMAl和TMIn MO中的任何一种以及Cp2Mg和DMZn MO中的任何一种的掺杂源。
35.根据技术方案27的方法，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层在一个周期中重复生长至少两次，所述一个周期选自未掺杂GaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂AlGaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂InGaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂GaN层/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN层、和未掺杂InGaN层/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN层结构中的一种，使得构成所述一个周期的选定层具有不同的厚度。
36.根据技术方案35的方法，其中所述未掺杂AlGaN层生长为10～
Figure A20091014303800111
的厚度并且具有0.01～0.02的Al组成。
37.根据技术方案35的方法，其中所述未掺杂InGaN层生长为10～
Figure A20091014303800112
的厚度并且具有0.01～0.02的In组成。
38.根据技术方案35的方法，其中所述未掺杂AlGaN覆盖层生长为5～
Figure A20091014303800113
的厚度并且具有0.01～0.02的Al组成。
39.根据技术方案27的方法，还包括在所述第二氮化物半导体层上方形成第三氮化物半导体层。
40.根据技术方案39的方法，其中所述第三氮化物半导体层由具有铟含量逐渐改变的SG(超梯度)结构的n-InGaN层或n-InGaN/InGaN超晶格层构成。
41.根据技术方案39的方法，还包括在所述第三氮化物半导体层和所述δ掺杂第二氮化物半导体层之间形成Si掺杂GaN层。
42.根据技术方案27的方法，还包括在形成所述缓冲层之后形成铟掺杂氮化物半导体层。
43.根据技术方案27的方法，其中所述有源层提供为单量子阱结构或多量子阱结构，所述单量子阱结构由阱层/SiNx簇层/势垒层组成。
44.根据技术方案43的方法，其中所述SiNx簇层通过使用SiH4或SiH6作为掺杂源的Si-δ掺杂生长。
有益效果
根据本发明，提高构成氮化物半导体发光器件的p-GaN层的特性，提高氮化物半导体发光器件的光功率，改善光功率下降现象，并且提高抗ESD(静电放电)的可靠性。
附图说明
通过附图将更容易理解本发明的实质。在附图中：
图1是示出常规氮化物半导体发光器件的叠层结构的示意图；
图2是示出传统的Mg-掺杂p-GaN层的截面结构和在实施活化过程之后Mg掺杂p-GaN层内部的Mg分布的示意图；
图3是说明根据生长时间的Cp2Mgδ掺杂流量的示意图；
图4是示出在Cp2Mgδ掺杂p-GaN晶体生长完成之后，在后续的活化过程之前和之后的Mg掺杂分布的视图；
图5是示出在Cp2Mgδ掺杂p-GaN层的后续活化过程完成之后的电场分布的视图；
图6是示出根据本发明第一实施方案的氮化物半导体发光器件的叠层结构的示意图；和
图7是示出根据本发明第二实施方案的氮化物半导体发光器件的叠层结构的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述根据本发明实质的实施方案。
本发明的特征在于氮化物半导体的制造方法，实施Cp2Mgδ掺杂过程以生长p-GaN层，将参照图3至图5描述Cp2Mgδ掺杂过程。
图3是说明根据生长时间的Cp2Mgδ掺杂流量的示意图。
参照图3，在生长发光有源层之后，生长小于
Figure A20091014303800121
的未掺杂GaN层，以便保护在有源层生长期间形成的“V”凹坑缺陷，并且在10～
Figure A20091014303800122
的厚度范围内将Cp2Mg的流量从0cc调节到1000cc，以形成δ掺杂GaN层。图3示出通过连续重复由未掺杂GaN层/δ掺杂GaN层组成的一个周期而生长的Mg-δ掺杂GaN。在上面的晶体生长方法中，仅改变Cp2Mg的流量，生长温度固定在1000℃，并且固定其它条件，以便保持结晶度。
在生长Mg-δ掺杂GaN层时，可以改变构成一个周期的未掺杂GaN层和δ掺杂GaN层中的每一个的厚度。并且，在重复生长未掺杂GaN层/δ掺杂GaN层的一个周期时，可以改变每一周期的用量。同时，可以在10～
Figure A20091014303800131
的厚度范围内调节形成一个周期的两个层的总厚度。
图4是示出在Cp2Mgδ掺杂p-GaN的晶体生长完成之后，在后续活化过程之前和之后的Mg掺杂分布的视图。
参照图4，当在后续活化过程之前在恒定周期重复相同量的Cp2Mgδ掺杂时，可以在未掺杂GaN层之间的边界处获得具有陡峭的Mg掺杂分布曲线的δ掺杂GaN层。此后，当实施后续活化过程时，Mg扩散到两侧未掺杂GaN层内，以便获得宽的Mg掺杂分布。通过以上的后续活化过程，p-GaN层整体上具有均匀的Mg掺杂分布。
通常，当向未掺杂GaN层施加正向偏压时，可以看到工作电压增加。在本发明中，可以通过控制Cp2Mgδ掺杂p-GaN层的厚度和未掺杂GaN层的厚度将工作电压有效地降低至小于3.5V(20mA)，以增加发光器件的光功率。
图5是示出在Cp2Mgδ掺杂p-GaN层的后续活化过程完成之后的电场分布的视图。
参照图5，可以看到，在周期性重复的Cp2Mgδ掺杂区内空穴载流子浓度分布是相对高的。因此，在Cp2Mgδ掺杂区域内，电势增加，以形成电场掺杂。因此，如在HEMT结构中利用能带差(AlGaN/GaN结)用作高速开关器件的2DEG(二维电子阱层)一样，可以形成势阱，从而均匀和有效地控制空穴的流动，以及同样有效地控制电子的二维流动。总之，可见通过势阱能增加空穴注入率。
如从上面描述所看到的，通过传统技术生长的p-GaN层的问题在于，当施加正向偏压时，其高电阻组分急剧降低与从电极接触表面到其上表面的距离成反比的电流，同时在本发明中，势阱层可以更有效地增加电流密度以提高发光器件的光功率。
而且，通过Cp2Mgδ掺杂，由于掺杂元素以相对非常小的量被均匀地、重复地和周期性地掺杂，然后优化并实施用于p-GaN层的活化过程，因此可以降低其中存在的Mg、Mg-H络合物等的原子浓度，以尽可能地抑制电阻组分。换句话说，本发明增加完全贡献于电子电导率的空穴载流子浓度，从而增加其与电子再结合的概率，并且最终有效地增加光功率。因此，本发明提供一种可以减少电阻组分从而提高发光器件可靠性的高水平晶体生长技术。
在下文中，将详细描述根据本发明的氮化物半导体发光器件的实施方案。
图6是示出根据本发明第一实施方案的氮化物半导体发光器件的叠层结构的示意图。
参照图6，根据本实施方案的氮化物半导体发光器件包括衬底401、缓冲层403、In掺杂GaN层405、n-GaN层407、低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层409、有源层411和Mg-δ掺杂p-GaN层413。已经参照图3至图5详细地描述了Mgδ掺杂p-GaN层413。
在下文中，将更详细地描述制造根据第一实施方案的氮化物半导体发光器件的方法。
首先，在本实施方案中，在高温下仅将H2载气供应至蓝宝石衬底401上，以清洗蓝宝石衬底401。此后，在将生长温度降低至540℃的步骤中，供应NH3源气，以实施蓝宝石衬底401的氮化(nitridation)，例如持续7分钟。
此后，使具有第一AlInN/第一GaN/第二AlInN/第二GaN结构的缓冲层403生长至约的厚度。这里，缓冲层403可以形成为选自AlInN/GaN叠层结构、InGaN/GaN超晶格结构、InxGa1-xN/GaN叠层结构和AlxInyGa1-(x+y)N/InxGa1-xN/GaN叠层结构的结构。然后，将生长温度增加至1060℃持续6分钟，低温缓冲层403在NH3气源和H2载气的混合气氛下再结晶2分钟，并且在同样的生长温度下，将具有约2μm厚度的铟掺杂GaN层405生长为单晶。
此后，将生长温度降低至1050℃，然后在同样的生长温度下将硅和铟共掺杂n-GaN层407生长至2μm厚度。使用n-GaN层407作为第一电极层。
而且，为了调节有源层411的应变，在750℃下，使具有5％铟含量的低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层409(波长：480nm)生长至
Figure A20091014303800142
的厚度。铟含量可以在1～5％范围内调节。低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层409被有意地控制为具有均匀分布的“螺旋生长模式”。这里，在低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层409中，随着有意识控制的“螺旋密度”的增加，有源层411的面积增加。因此，低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层409可以起增加发光效率的作用。
此后，在相同的生长温度下，生长具有未掺杂InGaN/InGaN结构的单量子阱(SQW)的有源层411。在生长的有源层411中，势垒层具有小于5％的铟含量和约
Figure A20091014303800151
的厚度。此时，有源层411可以形成为多量子阱层。
此后，再次将生长温度升高至1000℃，将总厚度固定至0.1μm，也固定TMGa的流量，并且仅Cp2Mg的流量从0cc至1000cc被接通/切断，由此完成δ掺杂过程。为了有效地实施Cp2Mgδ掺杂，在生长发光有源层411后，首先将未掺杂GaN层生长为10～
Figure A20091014303800152
的厚度范围，以完全保护有源层411，使得Mg原子不内部地扩散进入形成在有源层411表面上的“V”凹坑晶体内，然后在10～的厚度范围内实施Cp2Mgδ掺杂过程。Cp2Mgδ掺杂过程将未掺杂GaN/δ掺杂GaN结构设置为一个周期，并在0.1μm的总厚度内连续重复该一个周期，以形成具有p-/n-结型结构的发光器件，使得在活化后通过Mg原子浓度(包括Mg原子和Mg-H络合物)来减少电阻组分并且获得均匀的载流子浓度。
在通过上述方法制成氮化物半导体发光器件后，利用ICP蚀刻装置实施台面蚀刻(mesa etching)，并将氮化物半导体发光器件制成330μm×205μm的尺寸。分析并观察制成的氮化物半导体发光器件的电性能变化以检验其性能。结果，在正向偏压中的工作电压(20mA)低于3.4V，这与传统技术的值相同，但光功率增加50～100％。
光功率增加的原因在于进入到形成在发光有源层的表面的“V”凹坑缺陷中的内部扩散被抑制，以及通过低于传统技术的Mg掺杂分布而降低在后续活化过程之后残留在所述层内的Mg原子(包括Mg-H络合物)的绝对量，但是对电子电导率有贡献的空穴载流子浓度增加。
图7示出根据本发明第二实施方案的氮化物半导体发光器件。
参照图7，根据本发明第二实施方案的氮化物半导体发光器件包括衬底401、缓冲层403、In掺杂GaN层405、n-GaN层407、低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层409、有源层411、Mg-δ掺杂p-GaN层413和n-InGaN层515。
与第一实施方案相比，上面的第二实施方案具有的区别在于，氮化物半导体发光器件还包括n-InGaN层515，因此，将仅额外描述n-InGaN层515，而其它元件的描述将参考第一实施方案。
为了制造n-/p-/n-结型结构的发光器件，除了p-/n-结型结构的发光器件外，本发明的第二实施方案还生长Mg-δ掺杂p-GaN层416，然后生长n-InGaN层515，以用作第二电极接触层。
在低至800℃的生长温度下，在NH3源气和N2载气的混合气体气氛下将用作第二电极接触层的n-InGaN层515生长至
Figure A20091014303800161
厚度并掺杂硅。此时，n-InGaN层515被用作第二电极接触层并被设计成具有超梯度(SG)结构，其中铟含量被调节以控制整个能带分布。通过上述方法，可以获得n-/p-/n-结型结构的氮化物半导体发光器件。
发明模式
除了上述实施方案之外，可以基于相同的实质提供多个其它实施例。
首先，可以在n-InGaN层515上进一步形成透明电极。该透明电极可以由选自ITO、IZO(In-ZnO)、GZO(Ga-ZnO)、AZO(Al-ZnO)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(In-Ga ZnO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、和Ni/IrOx/Au/ITO中的一种形成。
并且，当第二实施方案说明n-InGaN层515形成为第二电极接触层时，n-InGaN/InGaN超晶格结构可以形成为第二电极接触层。作为替代方案，可以在n-InGaN/InGaN超晶格层和Mgδ掺杂p-GaN层413之间进一步形成Si掺杂GaN层。
此外，第一和第二实施方案说明Mg在δ掺杂过程中被δ掺杂。然而，尽管过程类似，但是Mg-Al，Mg-Al-In等以及Mg可以被δ掺杂。此时，可以使用TMAl，TMInMO(金属有机物)作为掺杂源。
此外，δ掺杂p-GaN层可以形成为具有由未掺杂AlGaN/δ掺杂p-GaN结构组成的一个周期，构成该一个周期的两层可以重复生长至少两次，未掺杂AlGaN层在10～
Figure A20091014303800171
的厚度范围内生长为具有Al组成范围为0.01～0.02。
此外，δ掺杂p-GaN层可以形成为具有由未掺杂InGaN/δ掺杂p-GaN结构组成的一个周期，构成该一个周期的两层可以重复生长至少两次，未掺杂InGaN层在10～
Figure A20091014303800172
的厚度范围内生长为具有Al组成范围为0.01～0.1。
而且，δ掺杂p-GaN层可以形成为具有由未掺杂GaN/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN结构组成的一个周期，构成该一个周期的三层可以重复生长至少两次，未掺杂AlGaN覆盖层在5～的厚度范围内生长为具有Al组成范围为0.01～0.02。
此外，δ掺杂p-GaN层可以形成为具有由未掺杂InGaN/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN结构组成的一个周期，构成该一个周期的三层可以重复生长至少两次，未掺杂AlGaN覆盖层在5～
Figure A20091014303800174
的厚度范围内生长为具有Al组成范围为0.01～0.02。
而且，在第一和第二实施方案中，用作第一电极接触层的n-GaN层可以是由Si和In共掺杂形成的n-GaN层，并且可以形成为1～9×1019/cm3的掺杂浓度和1～4μm的厚度范围。
此外，第一电极接触层可以形成为具有由未掺杂AlGaN/掺杂GaN超晶格结构组成的一个周期，构成该一个周期的两层可以重复生长至少两次，具有1～2μm的总厚度和0.05～0.3的Al组成。掺杂GaN层形成为200～
Figure A20091014303800175
的厚度范围。
此外，有源层可以制成由阱层/SiNx簇层/势垒层组成的单量子阱结构或多量子阱结构，而且SiNx簇层可以通过Si-δ掺杂方法生长。可以利用单独的SiH4掺杂源或SiH6通过Si-δ掺杂来生长SiNx簇层。
工业适用性
根据本发明提供的氮化物半导体发光器件及其制造方法，提高光功率，改善功率下降现象，并且提高抗ESD(静电放电)的可靠性。
而且，本发明可以应用于需要高光功率和高可靠性的照明装置。

Claims (14)

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方的有源层；和
形成在所述有源层上方的δ掺杂第二氮化物半导体层，
其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层形成为具有由掺杂剂量变化的层组成的至少一个周期，
其中在所述δ掺杂第二氮化物半导体层中重复生长所述周期。
2.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层在选自未掺杂GaN/δ掺杂p-GaN、未掺杂AlGaN/δ掺杂p-GaN、未掺杂InGaN/δ掺杂p-GaN、未掺杂GaN/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN、和未掺杂InGaN/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN结构中的一种结构中重复生长。
3.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层包含选自Mgδ掺杂GaN层，Mg-Alδ掺杂GaN层和Mg-Al-Inδ掺杂GaN层中的一种。
4.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述δ掺杂第二氮化物半导体层在一个周期中重复生长至少两次，所述一个周期选自未掺杂GaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂AlGaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂InGaN层/δ掺杂p-GaN层、未掺杂GaN层/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN层、和未掺杂InGaN层/未掺杂AlGaN覆盖层/δ掺杂p-GaN层结构中的一种，使得构成所述一个周期的选定层具有不同的厚度。
5.根据权利要求4的氮化物半导体发光器件，其中所述未掺杂AlGaN层生长为10～
Figure A2009101430380002C1
的厚度并具有0.01～0.02的Al组成。
6.根据权利要求4的氮化物半导体发光器件，其中所述未掺杂InGaN层生长为10～
Figure A2009101430380002C2
的厚度并具有0.01～0.02的In组成。
7.根据权利要求4的氮化物半导体发光器件，其中所述未掺杂AlGaN覆盖层生长为5～
Figure A2009101430380002C3
的厚度并具有0.01～0.02的Al组成。
8.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述第一氮化物半导体层是通过在1～9×1019/cm3的掺杂浓度范围内和1～4μm的厚度范围内同时掺杂Si-In而形成的n-GaN层。
9.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述第一氮化物半导体层通过使一个周期中的未掺杂AlGaN/掺杂GaN超晶格结构重复生长至少两次而形成为总厚度小于2μm。
10.根据权利要求9的氮化物半导体发光器件，其中所述未掺杂AlGaN层形成为10～
Figure A2009101430380003C1
的厚度并具有0.05～0.3的Al组成，所述掺杂GaN层形成为200～
Figure A2009101430380003C2
的厚度。
11.一种氮化物半导体发光器件，包括：
缓冲层；
形成在所述缓冲层上方的第一氮化物半导体层；
形成在所述第一氮化物半导体层上方的第一电极接触层；
在所述第一氮化物半导体层上方形成为由阱层和势垒层组成的单量子阱结构或多量子阱结构的有源层；和
形成在所述有源层上方的Mg-δ掺杂第二氮化物半导体层，
其中在所述阱层和所述势垒层之间进一步插入有SiNx簇层。
12.根据权利要求11的氮化物半导体发光器件，其中所述Mg-δ掺杂第二氮化物半导体层是第二电极接触层。
13.根据权利要求11的氮化物半导体发光器件，还包括形成在所述Mg-δ掺杂第二氮化物半导体层上方的n型第二电极接触层。
14.根据权利要求11的氮化物半导体发光器件，其中所述SiNx簇层是用Si-δ掺杂方法生长的。
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