CN101656288A - 氮化物半导体led - Google Patents

Abstract

本发明涉及氮化物半导体LED。根据本发明的一种氮化物半导体发光二极管，包含：第一导电半导体层；在所述第一导电半导体层上的有源层；在所述有源层上的第二导电半导体层；和部分突出在所述第二导电半导体层上的第四半导体层。根据本发明的另一种氮化物半导体发光二极管，包含：第一导电半导体层；在所述第一导电半导体层上的有源层；在所述有源层上的第二导电半导体层；和铟含量顺序变动的超梯度半导体层。

Description

氮化物半导体LED

本申请是申请日为2005年7月6日、申请号为200580039804.1、发明名称为“氮化物半导体LED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二极管(LED)及其制造方法。

背景技术

通常，GaN-基氮化物半导体被应用于蓝绿发光二极管(LED)的光学器件和作为高速开关和高功率器件例如MESFET和HEMT的电子器件。特别地，蓝绿LED被大规模生产，并且其全球销量正在呈指数增长。

这种GaN-基氮化物半导体发光二极管主要生长在蓝宝石衬底或SiC衬底上。接着，在蓝宝石衬底或SiC衬底上于低生长温度下生长多晶Al_yGa_1-yN薄膜作为缓冲层。之后，在高温下在缓冲层上形成未掺杂的GaN层、硅(Si)掺杂的N-GaN层或具有其组合结构的N-GaN层。在GaN层上形成镁(Mg)掺杂的P-GaN层以完成氮化物半导体发光二极管。发光层(多量子阱结构的有源层)夹在N-GaN层和P-GaN层之间。

P-GaN层通过在其晶体生长中掺杂镁(Mg)原子而形成。掺杂的Mg原子应该替代镓(Ga)，由此使GaN层能够用作P-GaN层，但是其与从载气和源释放的氢气结合，从而在GaN结晶层中形成Mg-H组合物并成为具有约10MΩ的高电阻的材料。

因此，为了在形成PN结发光二极管之后分离Mg-H组合物和用镓(Ga)替代Mg原子，需要后续活化过程。然而，该发光二极管的缺点在于在活化过程中对发光有贡献的载流子数目为约10¹⁷/cm³，这大大低于10¹⁹/cm³以上的Mg原子浓度，因此很难形成电阻接触。

为了改善这一缺点，提出一种使用极薄的抗透射金属材料来降低接触电阻的方法，由此提高电流注入的效率。然而，用于降低接触电阻的薄抗透射金属通常具有约75％到80％的光透射率，其余成为损失。此外，为了提高内部量子效率，如果不改进发光二极管的设计以及发光层和P-GaN层的结晶度，则在氮化物半导体自身的晶体生长中对于提高光输出存在限制。

此外，在上述发光二极管的结构中，当对N-GaN层和P-Gan层施加偏压电压时，电子和空穴被注入N-型和P-型氮化物半导体层中，并在发光层中重新结合，由此发光。在此，缺点在于发光二极管发射的光在P-GaN层和接触层的边界处再次被部分反射回内部，由此降低光输出。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种具有在结晶度、光输出和可靠性上得到改善的有源层的氮化物半导体发光二极管及其制造方法。

技术方案

为了实现这些和其它优点并符合本发明的目的，如所具体而广泛描述的，提供一种氮化物半导体发光二极管，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In-掺杂的GaN层；形成在所述In-掺杂的GaN层上的第一电极层；形成在所述第一电极层上的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第一P-GaN层；形成在所述第一P-GaN层上的第二电极层；部分突出在所述第二电极层上的第二P-GaN层；和形成在所述第二P-GaN层上的第三电极层。

所述第二和第三电极层利用其铟含量顺序变动的超梯度(supergrading)In_xGa_1-xN层、InGaN/InGaN超晶格结构层、或InGaN/AlInGaN超晶格结构层形成。

第二电极层和/或第三电极层还具有被施加偏压电压的透明电极。

所述透明电极由透明金属氧化物或抗透射金属形成，并且选自氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铱(IrO_x)、氧化钌(RuO_x)、氧化镍(NiO)和含镍的金(Au)合金。

在本发明的另一方面，提供一种氮化物半导体发光二极管，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In-掺杂的GaN层；形成在所述In-掺杂的GaN层上的第一电极层；形成在所述第一电极层上的第一In_xGa_1-xN层；形成在所述第一In_xGa_1-xN层上的有源层；形成在所述有源层上的P-GaN层；和形成在所述P-GaN层上并具有顺序变动的铟含量的超梯度第二N-In_xGa_1-xN层。

在本发明的又一方面，提供一种氮化物半导体发光二极管，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In-掺杂的GaN层；形成在所述In-掺杂的GaN层上的第一电极层；形成在所述第一电极层上的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层；和形成在所述P-GaN层上的InGaN/AlInGaN超晶格结构层。

在本发明的再一方面，提供一种制造氮化物半导体发光二极管的方法，该方法包括：在衬底上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成In-掺杂的GaN层；在所述In-掺杂的GaN层上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成第一In_xGa_1-xN层；在所述第一In_xGa_1-xN层上形成有源层；在所述有源层上形成第一P-GaN层；在所述第一P-GaN层上形成第二电极层；和在所述第二电极层上形成部分突出的第二P-GaN层和第三电极层。

本发明还涉及以下技术方案。

1.一种氮化物半导体发光二极管，包含：

衬底；

形成在所述衬底上的缓冲层；

形成在所述缓冲层上的In-掺杂的GaN层；

形成在所述In-掺杂的GaN层上的第一电极层；

形成在所述第一电极层上的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第一P-GaN层；

形成在所述第一P-GaN层上的第二电极层；

部分突出在所述第二电极层上的第二P-GaN层；和

形成在所述第二P-GaN层上的第三电极层。

2.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中利用AlInN/GaN分层结构、InGaN/GaN超晶格结构、In_xGa_1-xN/GaN分层结构和Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN分层结构中的所选其一来形成所述缓冲层。

3.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述第一电极层是硅和铟共掺杂的GaN层。

4.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中在所述In_xGa_1-xN层之下和之上还分别形成第一SiN_x簇层和第二SiN_x簇层。

5.根据技术方案4的氮化物半导体发光二极管，其中所述第一和第二SiN_x簇层形成为具有原子尺度的厚度。

6.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述有源层具有由In_yGa_1-yN阱层/In_zGa_1-zN势垒层构成的多量子阱结构或单量子阱结构。

7.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述有源层具有由阱层和势垒层构成的单量子阱结构或多量子阱结构，还在构成所述有源层的所述阱层和所述势垒层之间形成SiN_x簇层。

8.根据技术方案6的氮化物半导体发光二极管，其中还在构成所述有源层的所述In_yGa_1-yN阱层和所述In_zGa_1-zN势垒层之间形成SiN_x簇层。

9.根据技术方案6的氮化物半导体发光二极管，其中还在构成所述有源层的所述In_yGa_1-yN阱层和所述In_zGa_1-zN势垒层之间形成GaN覆盖层。

10.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中还在所述有源层和所述第一P-GaN层之间形成SiN_x簇层。

11.根据技术方案7的氮化物半导体发光二极管，其中所述SiN_x簇层形成为具有原子尺度的厚度。

12.根据技术方案8的氮化物半导体发光二极管，其中所述SiN_x簇层形成为具有原子尺度的厚度。

13.根据技术方案10的氮化物半导体发光二极管，其中所述SiN_x簇层形成为具有原子尺度的厚度。

14.根据技术方案6的氮化物半导体发光二极管，其中掺杂到所述In_yGa_1-yN阱层/所述In_zGa_1-zN势垒层的铟含量和掺杂到所述In_xGa_1-xN层中的铟含量分别具有0＜x＜0.1、0＜y＜0.35和0＜z＜0.1的值。

15.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述第一P-GaN层具有掺杂在其中的镁(Mg)。

16.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述第二电极层和/或所述第三电极层是其铟含量顺序变动的超梯度In_xGa_1-xN层。

17.根据技术方案16的氮化物半导体发光二极管，其中所述超梯度In_xGa_1-xN层具有0＜x＜0.2的范围。

18.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述第二电极层和/或所述第三电极层具有InGaN/InGaN或InGaN/AlInGaN超晶格结构。

19.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述第二电极层和/或所述第三电极层具有掺杂在其中的硅(Si)。

20.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述In_xGa_1-xN层是具有低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层。

21.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述电极层是N-型氮化物半导体。

22.根据技术方案1的氮化物半导体发光二极管，其中所述第二电极层和/或所述第三电极层还具有电极。

23.根据技术方案22的氮化物半导体发光二极管，其中所述电极由透射金属氧化物或抗透射金属形成。

24.根据技术方案23的氮化物半导体发光二极管，其中所述透射金属氧化物由氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铱(IrO_x)、氧化钌(RuO_x)和氧化镍(NiO)中的所选其一形成。

25.根据技术方案23的氮化物半导体发光二极管，其中所述抗透射金属由含镍(Ni)的金(Au)合金形成。

26.根据技术方案22的氮化物半导体发光二极管，其中所述电极形成在所述第二电极层和所述第三电极层上。

27.一种氮化物半导体发光二极管，包含：

衬底；

形成在所述衬底上的缓冲层；

形成在所述缓冲层上的In-掺杂的GaN层；

形成在所述In-掺杂的GaN层上的第一电极层；

形成在所述第一电极层上的第一In_xGa_1-xN层；

形成在所述第一In_xGa_1-xN层上的有源层；

形成在所述有源层上的P-GaN层；和

形成在所述P-GaN层上并具有顺序变动的铟含量的超梯度第二N-In_xGa_1-xN层。

28.根据技术方案27的氮化物半导体发光二极管，其中利用AlInN/GaN分层结构、InGaN/GaN超晶格结构、In_xGa_1-xN/GaN分层结构和Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN分层结构中的所选其一来形成所述缓冲层。

29.根据技术方案27的氮化物半导体发光二极管，其中所述In_xGa_1-xN层是具有低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层。

30.根据技术方案27的氮化物半导体发光二极管，其中所述第一电极层是硅和铟共掺杂的GaN层。

31.根据技术方案27的氮化物半导体发光二极管，其中在所述In_xGa_1-xN层之下和之上还分别形成第一SiN_x簇层和第二SiN_x簇层。

32.根据技术方案27的氮化物半导体发光二极管，其中所述有源层具有由In_yGa_1-yN阱层/In_zGa_1-zN势垒层构成的多量子阱结构或单量子阱结构。

33.根据技术方案27的氮化物半导体发光二极管，其中所述有源层具有由阱层和势垒层构成的单量子阱结构或多量子阱结构，还在构成所述有源层的所述阱层和所述势垒层之间形成SiN_x簇层。

34.根据技术方案32的氮化物半导体发光二极管，其中还在构成所述有源层的所述In_yGa_1-yN阱层和所述In_zGa_1-zN势垒层之间形成GaN覆盖层。

35.根据技术方案27的氮化物半导体发光二极管，其中还在所述有源层和所述P-GaN层之间形成SiN_x簇层。

36.根据技术方案32的氮化物半导体发光二极管，其中掺杂到所述In_yGa_1-yN阱层/所述In_zGa_1-zN势垒层的铟含量和掺杂到所述第一In_xGa_1-xN层中的铟含量分别具有0＜x＜0.1、0＜y＜0.35和0＜z＜0.1的值。

37.一种氮化物半导体发光二极管，包含：

衬底；

形成在所述衬底上的缓冲层；

形成在所述缓冲层上的In-掺杂的GaN层；

形成在所述In-掺杂的GaN层上的第一电极层；

形成在所述第一电极层上的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层；和

形成在所述P-GaN层上的InGaN/AlInGaN超晶格结构层。

38.根据技术方案37的氮化物半导体发光二极管，其中利用AlInN/GaN分层结构、InGaN/GaN超晶格结构、In_xGa_1-xN/GaN分层结构和Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN分层结构中的所选其一来形成所述缓冲层。

39.根据技术方案37的氮化物半导体发光二极管，其中所述In_xGa_1-xN层是具有低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层。

40.根据技术方案37的氮化物半导体发光二极管，其中所述第一电极层是硅和铟共掺杂的GaN层。

41.根据技术方案37的氮化物半导体发光二极管，其中在所述In_xGa_1-xN层之下和之上还分别形成第一SiN_x簇层和第二SiN_x簇层。

42.根据技术方案37的氮化物半导体发光二极管，其中所述有源层具有由In_yGa_1-yN阱层/In_zGa_1-zN势垒层构成的多量子阱结构或单量子阱结构。

43.根据技术方案37的氮化物半导体发光二极管，其中所述有源层具有由阱层和势垒层构成的单量子阱结构或多量子阱结构，还在构成所述有源层的所述阱层和所述势垒层之间形成SiN_x簇层。

44.根据技术方案42的氮化物半导体发光二极管，其中还在构成所述有源层的所述In_yGa_1-yN阱层和所述In_zGa_1-zN势垒层之间形成GaN覆盖层。

45.根据技术方案37的氮化物半导体发光二极管，其中还在所述有源层和所述P-GaN层之间形成SiN_x簇层。

46.根据技术方案42的氮化物半导体发光二极管，其中掺杂到所述In_yGa_1-yN阱层/所述In_zGa_1-zN势垒层的铟含量和掺杂到所述第一In_xGa_1-xN层中的铟含量分别具有0＜x＜0.1、0＜y＜0.35和0＜z＜0.1的值。

47.一种制造氮化物半导体发光二极管的方法，该方法包括：

在衬底上形成缓冲层；

在所述缓冲层上形成In-掺杂的GaN层；

在所述In-掺杂的GaN层上形成第一电极层；

在所述第一电极层上形成第一In_xGa_1-xN层；

在所述第一In_xGa_1-xN层上形成有源层；

在所述有源层上形成第一P-GaN层；

在所述第一P-GaN层上形成第二电极层；和

在所述第二电极层上形成部分突出的第二P-GaN层和第三电极层。

48.根据技术方案47的方法，其中所述第一电极层是硅和铟共掺杂的GaN层。

49.根据技术方案47的方法，还包括：在形成所述第一In_xGa_1-xN层之前和之后分别形成第一SiN_x簇层和第二SiN_x簇层。

50.根据技术方案47的方法，其中所述有源层具有由In_yGa_1-yN阱层/In_zGa_1-zN势垒层构成的多量子阱结构或单量子阱结构。

51.根据技术方案47的方法，其中所述有源层具有由阱层和势垒层构成的单量子阱结构或多量子阱结构，还包括：在形成构成所述有源层的所述阱层和所述势垒层的步骤之间形成SiN_x簇层。

52.根据技术方案50的方法，还包括：在形成构成所述有源层的所述In_yGa_1-yN阱层和所述In_zGa_1-zN势垒层的步骤之间形成GaN覆盖层。

53.根据技术方案47的方法，还包括：在形成所述有源层和所述P-GaN层的步骤之间形成SiN_x簇层。

54.根据技术方案47的方法，其中所述第二电极层和/或所述第三电极层是其铟含量顺序变动的超梯度In_xGa_1-xN层。

55.根据技术方案47的方法，其中所述第二电极层和/或所述第三电极层具有InGaN/InGaN或InGaN/AlInGaN超晶格结构。

56.根据技术方案55的方法，其中所述第二电极层和/或所述第三电极层具有掺杂在其中的硅(Si)。

57.根据技术方案47的方法，其中形成所述第二P-GaN层和所述第三电极层包括：

在所述第二电极层上部分形成绝缘膜，并且部分暴露出所述第二电极层；

在暴露的所述第二电极层上形成P-GaN层和第三电极层；和

移除所述绝缘膜。

58.根据技术方案47的方法，还包括：在形成所述第二P-GaN层和所述第三电极层之后，在所述第二电极层上形成电极。

59.根据技术方案58的方法，其中所述电极有透射金属氧化物或抗透射金属形成。

60.根据技术方案59的方法，其中所述透射金属氧化物由氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铱(IrO_x)、氧化钌(RuO_x)和氧化镍(NiO)中的所选其一形成。

61.根据技术方案59的方法，其中所述抗透射金属由含镍(Ni)的金(Au)合金形成。

62.根据技术方案58的方法，其中所述电极形成在所述第二电极层和所述第三电极层上。

有益的效果

根据本发明，优点在于氮化物半导体发光二极管的有源层可以在结晶度、光输出和可靠性方面得到改善。

附图说明

图1示意性说明根据本发明第一实施方案的氮化物半导体发光二极管的分层结构；

图2示意性说明根据本发明第二实施方案的氮化物半导体发光二极管的分层结构；和

图3示意性说明根据本发明第三实施方案的氮化物半导体发光二极管的分层结构。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施方案。

图1示意性说明根据本发明第一实施方案的氮化物半导体发光二极管的分层结构。

在本发明的氮化物半导体发光二极管1中，如图1所示，在衬底2上形成缓冲层4。缓冲层4可以形成为具有AlInN/GaN分层结构、In_xGa_1-xN/GaN分层结构和Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN分层结构中的任意其一。

在缓冲层4上形成In-掺杂的GaN层6，并且在In-掺杂的GaN层6上形成N-型第一电极层。N-型第一电极层可采用其中同时掺杂硅(Si)和铟(In)的Si-In共掺杂的GaN层8。

此外，在Si-In共掺杂的GaN层8上形成具有低铟含量的低摩尔第一In_xGa_1-xN层10，并且在第一In_xGa_1-xN层10上形成发光有源层12。有源层12可以提供为具有InGaN阱层/InGaN势垒层的多量子阱结构或单量子阱结构。其分层结构将随后参考图3来更详细地描述。

之后，在有源层12上形成第一P-GaN层14。第一P-GaN层14可具有掺杂在其中的镁。

在第一P-GaN层14上形成N-型第二电极层。N-型第二电极层可采用其能带隙通过顺序改变铟组成来控制的超梯度N-In_xGa_1-xN层16。超梯度N-In_xGa_1-xN层16可形成为具有0到0.2的组成范围(x)。

考虑到第一电极层8和第二电极层16均由N-型GaN形成，并且其间插入有第一GaN层14，因此本发明的氮化物半导体发光二极管可被分析为具有不同于相关技术的PN结发光二极管的NPN结发光二极管结构。

第二P-GaN层18部分形成在超梯度N-In_xGa_1-xN层16上，具有突出的凸起形状，并且作为第三电极层的N-In_xGa_1-xN层20形成在第二P-GaN层18上。第二P-GaN层18和第三电极层20与第一P-GaN层14和第二电极层具有相同的或相似的结构，并且可以通过以下制造方法形成。

换言之，首先，在超梯度N-In_xGa_1-xN层16上部分形成绝缘膜以部分暴露出超梯度N-In_xGa_1-xN层16。之后，在暴露的超梯度N-In_xGa_1-xN层16上形成第二P-GaN层18和N-In_xGa_1-xN层20。接着，移除所述绝缘膜。

此时，利用各种类型的绝缘膜选择性实施掩蔽，并且可以再次在第二电极层16上生长N/P氮化物半导体20和18以具有各种类型的尺寸、形状和深度。根据本发明，可以通过选择性移除用绝缘膜掩蔽的部分并在发光二极管表面上形成锯齿状部分(凸起部分)来提高外部量子效率。

在相关技术的PN结发光二极管中，其表面被部分蚀刻和形成锯齿形状(凸起形状)。这种蚀刻技术的缺点在于导致P-GaN表面损伤，并因此增大接触电阻，从而降低电流注入效率和降低光输出。此外，其缺点在于当施加大电流时，高接触电阻导致生热，因而导致对器件可靠性的严重影响。

此外，用作第二和第三电极层的N-型氮化物半导体(例如，超梯度N-In_xGa_1-xN层16和20)具有比相关技术的P-GaN接触层更低的电阻，因此可以降低其接触电阻，由此使电流注入最大化。此外，第二和第三电极层可以采用所有透光电极和不透光电极作为施加偏压电压的电极。透光电极可以采用具有电流分布最大化和优异的透光性的抗透射金属层或透射金属-氧化物层，从而使光输出最大化。该材料可采用氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铱(IrO_x)、氧化钌(RuO_x)、氧化镍(NiO)或含镍(Ni)的金(Au)合金。可以在第二电极层16和第三电极层20上形成电极。

图2示意性说明根据本发明第二实施方案的氮化物半导体发光二极管的分层结构。

在本发明的氮化物半导体发光二极管21中，只有第二和第三电极层不同于氮化物半导体发光二极管1中的第二和第三电极层。因此，以下将只描述第二和第三电极层。

换言之，在本发明的氮化物半导体发光二极管21中，第一和第二InGaN/AlInGaN超晶格结构层26和30形成为第二和第三电极层。InGaN/AlInGaN超晶格结构层还可以具有掺杂在其中的硅。

通过形成上述分层结构，可以实现N/P/N发光二极管。N/P/N发光二极管在其表面上利用绝缘膜来选择性掩蔽，只有N/P氮化物半导体再次生长，并且随后移除所述选择性掩蔽的绝缘膜，由此完成具有凸起(锯齿)形状的发光二极管。

虽然没有在附图中示出，但是第一和第二InGaN/InGaN超晶格结构也可以形成为第二和第三电极层，并且也可以具有掺杂在其中的硅。

因此，将参考图3详细描述在根据本发明的氮化物半导体发光二极管31中采用的有源层的结构。图3示意性说明根据本发明第三实施方案的氮化物半导体发光二极管的分层结构。在图3的分层结构中，将省略图1的层(相同的附图标记指示)的描述。

如图3所示，本发明的氮化物半导体发光二极管31具有含用于控制有源层应变的低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层10，以便提高外部量子效率。此外，本发明的氮化物半导体发光二极管31在低摩尔In_xGa_1-xN层10之下和之上还包括被控制在原子尺度上的第一SiN_x簇层33和第二SiN_x簇层35，以便改善由于铟波动导致的背面漏电流和光输出。

此外，发射光的有源层可以形成为具有由In_yGa_1-yN阱层/In_zGa_1-zN势垒层构成的多量子阱结构或单量子阱结构。

图3示出具有多量子阱结构的发光二极管的实施例，所述多量子阱结构还包括分别夹在In_yGa_1-yN阱层37和43与In_zGa_1-zN势垒层41和47之间的SiN_x簇层39和45。在此，In_yGa_1-yN阱层/SiN_x簇层/In_zGa_1-zN势垒层还可以被控制成具有0＜y＜0.35和0＜z＜0.1的组成比，从而提高有源层的发光效率。考虑到与具有低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层10的关系，掺杂到In_yGa_1-yN阱层37和43/In_zGa_1-zN势垒层41和47中的铟含量和掺杂到低摩尔In_xGa_1-xN层10中的铟含量可以被控制成具有0＜x＜0.1、0＜y＜0.35和0＜z＜0.1的值。

虽然在附图中没有示出，但是还可以在构成有源层的In_yGa_1-yN阱层和In_zGa_1-zN势垒层之间形成用于控制In_yGa_1-yN阱层的In波动量的GaN覆盖层。在此，发射光的阱层和势垒层可以分别具有提供In_yGa_1-yN(0＜y＜0.35)/GaN覆盖层/In_zGa_1-zN(0＜z＜0.1)构造的铟含量。

在生长具有单量子阱结构或多量子阱结构的有源层的最后一层之后，再次在原子尺度厚度上生长SiN_x层，由此抑制第一P-GaN层14的镁(Mg)扩散到有源层中。

图3示出第二电极层采用超梯度N-In_xGa_1-xN层16的情况，但是第二电极层还可以采用InGaN/AlInGaN超晶格结构层或InGaN/InGaN超晶格结构层。

虽然在以上实施方案中(图1到3)没有示出，但是在部分蚀刻直至氮化物半导体的第一电极层之后，在第一电极层上形成第一电极层的电极(电极垫)，并且可以在第二或第三电极层上形成的透明电极上也形成电极垫。

如上所述，在本发明的氮化物半导体发光二极管中，可以应用N/P/N结发光二极管结构以降低操作电压，同时改善电流注入，由此改善由于在相关技术的P/N结发光二极管中用作P-型电极层的P-GaN层自身的高接触电阻导致的电流集中现象。只有N/P结层利用绝缘膜再次选择性生长，并且在发光二极管表面上形成锯齿状部分(凸起部分)，由此提高外部量子效率。

本发明的氮化物半导体发光二极管是(N/P)/N/P/N结发光二极管，用于减少发生在部分蚀刻的相关技术的P-GaN层中的表面损伤以及其操作电压、提高发光二极管的外部量子效率、通过再生长提供优异的结晶度、和根本改善外部量子效率。

此外，本发明的氮化物半导体发光二极管具有包含由N-型氮化物半导体形成的第一电极层和第二电极层的结构，并且尤其是改善第二电极层的接触电阻，由此提高光输出。

工业实用性

在根据本发明的氮化物半导体发光二极管及其制造方法中，构成氮化物半导体发光二极管的有源层在结晶度、光输出和可靠性方面得到改善。

Claims (38)

1.一种氮化物半导体发光二极管，包含：

第一导电半导体层；

在所述第一导电半导体层上的有源层；

在所述有源层上的第二导电半导体层；和

部分突出在所述第二导电半导体层上的第四半导体层。

2.根据权利要求1的氮化物半导体发光二极管，其中所述第二导电半导体层和所述第四半导体层是p-型半导体层。

3.根据权利要求1的氮化物半导体发光二极管，包含在所述第二导电半导体层上形成的所述第四半导体层下的第三导电半导体层。

4.根据权利要求3的氮化物半导体发光二极管，其中所述第三导电半导体层是其铟含量顺序变动的超梯度In_xGa_1-xN层。

5.根据权利要求3的氮化物半导体发光二极管，包含在所述第四半导体层上的第五半导体层。

6.根据权利要求5的氮化物半导体发光二极管，其中所述第五半导体层形成为与所述第三导电半导体层接触并包含掺杂于其中的N-型掺杂剂。

7.根据权利要求1的氮化物半导体发光二极管，其中所述第一导电半导体层是硅和铟共掺杂的GaN层。

8.根据权利要求1的氮化物半导体发光二极管，包含在所述第一导电半导体层和所述有源层之间的In_xGa_1-xN层。

9.根据权利要求1的氮化物半导体发光二极管，包含在所述第一导电半导体层下的In-掺杂的半导体层。

10.根据权利要求1的氮化物半导体发光二极管，包含在所述第一导电半导体层下的衬底和缓冲层中的至少一个。

11.根据权利要求10的氮化物半导体发光二极管，其中利用选自AlInN/GaN分层结构、InGaN/GaN超晶格结构、In_xGa_1-xN/GaN分层结构和Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN分层结构中的一种来形成所述缓冲层。

12.根据权利要求8的氮化物半导体发光二极管，包含在所述In_xGa_1-xN层之下和之上分别形成的第一SiN_x簇层和第二SiN_x簇层。

13.根据权利要求1的氮化物半导体发光二极管，其中所述有源层包含：阱层、在所述阱层上的势垒层、以及在所述阱层和所述势垒层之间形成的第三SiN_x簇层，

所述阱层和所述势垒层具有包含In_yGa_1-yN阱层/In_zGa_1-zN势垒层的多量子阱结构或单量子阱结构。

14.根据权利要求13的氮化物半导体发光二极管，包含在所述In_yGa_1-yN阱层和所述In_zGa_1-zN势垒层之间形成的GaN覆盖层。

15.根据权利要求13的氮化物半导体发光二极管，其中掺杂到所述In_yGa_1-yN阱层/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0＜x＜0.1、0＜y＜0.35和0＜z＜0.1的值。

16.根据权利要求1的氮化物半导体发光二极管，包含在所述有源层和所述第二导电半导体层之间形成的SiN_x簇层。

17.根据权利要求4的氮化物半导体发光二极管，其中所述超梯度In_xGa_1-xN层具有0＜x＜0.2的范围。

18.根据权利要求5的氮化物半导体发光二极管，其中所述第三半导体和/或所述第五半导体层具有InGaN/InGaN或InGaN/AlInGaN超晶格结构。

19.根据权利要求8的氮化物半导体发光二极管，其中所述In_xGa_1-xN层是具有低铟含量的低摩尔In_xGa_1-xN层。

20.根据权利要求1的氮化物半导体发光二极管，包含在所述第四半导体层上的电极。

21.根据权利要求20的氮化物半导体发光二极管，其中所述电极由透射金属氧化物或抗透射金属形成。

22.根据权利要求21的氮化物半导体发光二极管，其中所述透射金属氧化物是选自氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铱(IrO_x)、氧化钌(RuO_x)和氧化镍(NiO)中的一种。

23.根据权利要求21的氮化物半导体发光二极管，其中所述抗透射金属是含镍(Ni)的金(Au)合金。

24.一种氮化物半导体发光二极管，包含：

第一导电半导体层；

在所述第一导电半导体层上的有源层；

在所述有源层上的第二导电半导体层；和

铟含量顺序变动的超梯度半导体层。

25.根据权利要求24的氮化物半导体发光二极管，其中所述超梯度半导体层是具有0＜x＜0.2的范围的In_xGa_1-xN层并包含掺杂于其中的n-型掺杂剂。

26.根据权利要求24的氮化物半导体发光二极管，包含部分突出在所述超梯度半导体层上的第四半导体层和在所述第四半导体层上的第五半导体层。

27.根据权利要求26的氮化物半导体发光二极管，其中所述第二导电半导体层和所述第五半导体层是其中掺杂p-型掺杂剂的。

28.根据权利要求26的氮化物半导体发光二极管，其中所述第一导电半导体层、所述超梯度半导体层和所述第五半导体层是其中掺杂n-型掺杂剂的。

29.根据权利要求16的氮化物半导体发光二极管，其中所述第一导电半导体层、所述超梯度半导体层和所述第五半导体层是其中掺杂n-型掺杂剂的。

30.根据权利要求26的氮化物半导体发光二极管，包含在所述超梯度半导体层、所述第四半导体层和所述第五半导体层中的至少一个上形成的电极。

31.根据权利要求26的氮化物半导体发光二极管，包含在所述超梯度半导体层、所述第四半导体层和所述第五半导体层中的至少一个上形成的电极。

32.根据权利要求26的氮化物半导体发光二极管，其中所述超梯度半导体层和所述第五半导体层中的至少一个具有InGaN/InGaN或InGaN/AlInGaN超晶格结构。

33.根据权利要求26的氮化物半导体发光二极管，其中所述InGaN/InGaN或InGaN/AlInGaN超晶格结构具有掺杂于其中的n-型掺杂剂。

34.根据权利要求26的氮化物半导体发光二极管，包含在所述第一导电半导体层和所述有源层之间的In_xGa_1-xN层。

35.根据权利要求26的氮化物半导体发光二极管，包含在所述第一导电半导体层和所述有源层之间的In_xGa_1-xN层。

36.根据权利要求35的氮化物半导体发光二极管，其中所述第一导电半导体层是硅和铟共掺杂的半导体层。

37.根据权利要求24的氮化物半导体发光二极管，其中所述有源层包含形成为具有原子尺度的厚度的SiN_x簇层。

38.根据权利要求24的氮化物半导体发光二极管，包含在所述第一导电半导体层下的In-掺杂的半导体层、缓冲层和衬底中的至少一个。

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