CN103748698A - 电流扩散效果优秀的氮化物半导体发光器件及其制备方法 - Google Patents

电流扩散效果优秀的氮化物半导体发光器件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种利用包含电流扩散用杂质的电流扩散部来实现优秀的电流扩散效果的氮化物半导体发光器件及其制备方法。本发明的氮化物半导体发光器件包括：n型氮化物层，电流扩散部，其由包含电流扩散用杂质的氮化物形成在上述n型氮化物层上，活性层，其形成在上述电流扩散部上，以及p型氮化物层，其形成在上述活性层上；上述电流扩散用杂质包含碳（C）。

Description

电流扩散效果优秀的氮化物半导体发光器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氮化物半导体发光器件及其制备方法，特别是，涉及利用包含电流扩散用杂质的电流扩散部来实现优秀的电流扩散效果的氮化物半导体发光器件及其制备方法。
背景技术
以往的氮化物半导体器件能够以氮化镓（GaN）类氮化物半导体器件为例，该氮化镓类氮化物半导体发光器件在其应用领域中应用于蓝色或绿色发光二极管（LED）的发光器件、金属半导体场效应晶体管（MESFET）和高电子迁移率晶体管（HEMT）等的高速开关和高功率器件等。
如图1所示，像这种以往的氮化镓类氮化物半导体发光器件能够以具有多量子阱结构的活性层15的氮化物半导体发光器件10为例。以往的氮化物半导体发光器件10包括蓝宝石基板11、n型氮化物层12、活性层15及p型氮化物层17。另一方面，在p型氮化物层17的上部面依次形成透明电极层18和p侧电极19b，在n型氮化物半导体层12的暴露的一面依次形成n侧电极19a。
这种以往的氮化镓类氮化物半导体发光器件在活性层15中注入电子和空穴，并通过结合该电子和空穴的方式发光，如韩国公开专利公报第2010-0027410（2010.03.11）中记载的内容，为了提高这种活性层13的发光效率，正实行着提高n型氮化物层12的n型掺杂剂或者p型氮化物层17的p型掺杂剂的含量来增多流入到活性层13的电子或者空穴的量的方案。
但是，如上所述地提高n型氮化物层12的n型掺杂剂或者p型氮化物层17的p型掺杂剂的含量的以往的氮化物半导体器件，因电流扩散（current spreading）不均匀，而导致发光效率大大降低。
具体地，由于多个电子从n型氮化物层12中过度地流入到活性层15的一部分区域，并在p型氮化物层17中生成的多个空穴不能顺畅地流入到活性层15，因而，活性层15的一部分区域具有高电流密度，相反，活性层15的另一区域中具有低电流密度。
因此，就以往的氮化镓类氮化物半导体发光器件而言，针对活性层15整体实现均匀的电流扩散来提高发光效率的必要性日益增加。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供通过利用包含电流扩散用杂质的电流扩散部来提高电流扩散的方式提高发光效率的氮化物半导体发光器件。
本发明的再一目的在于提供一种能够容易制备上述的氮化物半导体发光器件的方法。
解决问题的手段
用于达成上述一个目的的本发明实施例的氮化物半导体发光器件，其特征在于，包括：n型氮化物层，电流扩散部，其由包含电流扩散用杂质的氮化物形成在上述n型氮化物层上，活性层，其形成在上述电流扩散部上，以及p型氮化物层，其形成在上述活性层上；并且，上述电流扩散用杂质包含碳（C）。
用于达成上述一个目的的本发明的再一实施例的氮化物半导体发光器件，其特征在于，包括：n型氮化物层，电流扩散部，其由包含电流扩散用杂质的氮化物形成在上述n型氮化物层上，活性层，其形成在上述电流扩散部上，以及p型氮化物层，其形成在上述活性层上；上述电流扩散用杂质包含碳（C）；上述电流扩散部作为自由空穴（free hole）的浓度为1×1013～5×1016/cm3的氮化物层，是对流入到上述活性层的空穴进行引导的层。
用于达成上述一个目的的本发明的另一实施例的氮化物半导体发光器件，其特征在于，包括：n型氮化物层，电流扩散部，其形成在上述n型氮化物层上，活性层，其形成在上述电流扩散部上，以及p型氮化物层，其形成在上述活性层上；上述电流扩散部为包含高于其他层的碳浓度的碳的氮化物层。
用于达成上述一个目的的本发明的又一实施例的氮化物半导体发光器件，其特征在于，包括：n型氮化物层，电流扩散部，其包含电流扩散用杂质和硅（Si）掺杂剂形成在上述n型氮化物层上，活性层，其形成在上述电流扩散部上，以及p型氮化物层，其形成在上述活性层上；上述电流扩散用杂质包含碳（C）；上述电流扩散部形成为上述碳（C）的浓度高于上述硅（Si）的浓度的层和上述硅（Si）的浓度高于上述碳（C）的浓度的层被交替层压的多层结构。
用于达成上述再一目的的本发明实施例的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，在基板上形成n型氮化物层的步骤，在上述n型氮化物层上形成电流扩散部的步骤，在上述电流扩散部上形成活性层的步骤，以及在上述活性层上形成p型氮化物层的步骤；由包含电流扩散用杂质的氮化物形成上述电流扩散部；上述电流扩散用杂质包含碳（C）。
用于达成上述另一目的的本发明实施例的氮化物半导体发光器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤，在基板上形成n型氮化物层的步骤，在上述n型氮化物层上形成包含电流扩散用杂质和硅（Si）掺杂剂的多层结构的电流扩散部的步骤，在上述电流扩散部上形成活性层的步骤，以及在上述活性层上形成p型氮化物层的步骤；上述电流扩散用杂质包含碳（C），通过交替层压上述碳（C）的浓度高于上述硅（Si）的浓度的层和上述硅（Si）的浓度高于上述碳（C）的浓度的层的方式形成上述电流扩散部。
有利的效果
本发明的氮化物半导体发光器件形成包含电流扩散用杂质的电流扩散部，从而使电子和空穴顺畅地扩散并流入到活性层，并通过上述的电流扩散来增大发光面积，由此能够提高发光效率。
本发明的氮化物半导体发光器件的制备方法，具有调节电流扩散用杂质的浓度和硅（Si）掺杂剂浓度的同时容易形成电流扩散部，由此能够获得通过电流扩散来增大发光面积，并且发光效率得到提高的氮化物半导体发光器件的效果。
附图说明
图1是表示以往的氮化物半导体发光器件的剖视图。
图2是表示本发明第一实施例的水平型氮化物半导体发光器件的剖视图。
图3至图7是用于说明本发明第一实施例的水平型氮化物半导体发光器件的制备方法的工序剖视图。
图8是表示本发明第二实施例的垂直型氮化物半导体发光器件的剖视图。
图9是表示本发明第三实施例的水平型氮化物半导体发光器件的剖视图。
图10至图13是用于说明本发明第三实施例的水平型氮化物半导体发光器件的制备方法的工序剖视图。
图14是用于说明本发明第三实施例的电流扩散部的浓度分布的曲线图。
图15是表示本发明第四实施例的垂直型氮化物半导体发光器件的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。在此，本发明的范围不局限于下面所要说明的实施形态，本发明的实施形态可变形为多种其他形态。
如图2所示，本发明第一实施例的氮化物半导体发光器件100在基板110的上部方向上包括缓冲层120、n型氮化物层130、电流扩散部140、活性层150、p型氮化物层160、透明电极层170、p侧电极181及n侧电极182。
缓冲层120可选择性地形成，以便解除基板110和n型氮化物层130之间的晶格不匹配，例如，能够形成为氮化铝（AlN）或氮化镓（GaN）。
n型氮化物层130形成在基板110或缓冲层120的上部面。在此，n型氮化物层130为第一层和第二层交替形成的层压结构，上述第一层由掺杂有Si的n型氮化铝镓（AlGaN）构成，上述第二层由无掺杂的氮化镓（GaN）构成。当然，也可使n型氮化物层130生长为单层的n型氮化物层，但是，使n型氮化物层130形成为第一层和第二层的层压结构来用作无裂缝的结晶性优秀的载体限制层。
电流扩散部140作为形成在n型氮化物层130和活性层150之间的层，能够形成为包含电流扩散用杂质的氮化物层，以使流入到活性层150的电子或空穴扩散，而不是集中在特定区域。在此，电流扩散部140的电流扩散用杂质包括用作用于电流扩散的绝缘体的碳（C），能够单独地包含碳，或者能够一同包含锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）等的14族元素中的一种以上元素和碳。这种电流扩散用杂质在电流扩散部140中可单独掺杂。并且，电流扩散用杂质可与硅（Si）掺杂剂一同掺杂。此时，硅（Si）掺杂剂有可能是经过德尔塔（Delta）掺杂的具有硅掺杂剂的浓度周期性地发生变化的形态的掺杂剂。
具体地，例如，在电流扩散部140形成为如同包含碳（C）作为电流扩散用杂质的氮化镓：碳（GaN：C）的碳氮化物层的情况下，碳（C）的浓度为1×1016～1×1018atoms/cm3，电流扩散部140的总厚度与碳（C）的浓度成反比例，可优选地形成为的厚度。
并且，电流扩散部140的碳（C）的浓度除了上述范围以外，还能以比p型氮化物层160和活性层150中所包含的碳（C）的浓度更高的浓度形成。
这种电流扩散部140的厚度与上述碳（C）的浓度成反比例，随着碳（C）的浓度上升，电流扩散部140的厚度有可能变小。
特别是，如果以碳（C）的浓度为基准，电流扩散部140超过上述范围具有小于
Figure BDA0000464458040000062
的厚度，则不能执行电流扩散的功能。并且，如果以上述碳（C）的浓度为基准，电流扩散部140的厚度大于
Figure BDA0000464458040000063
则用作高电阻层，从而导致需要将施加电压提高为0.4V以上的问题。
如上所述地形成的电流扩散部140对于流入到活性层150中的电子，能够防止电子向一部分区域过度地流入的现象，空穴能够用作向活性层150诱导更多的空穴的p型氮化物层。P型氮化物层相当于具有弱的p型特性的（略P型，slightly p-type）层，自由空穴（free hole）可成为浓度大约为1×1013～5×1016/cm3的氮化物层。
活性层150在电流扩散部140和p型氮化物层160之间能够由单量子阱结构或者多量子阱结构构成。在此，活性层150作为多量子阱结构，量子势垒层作为包含Al的氮化物层，即氮化铝镓铟（AlGaInN）层，例如，量子阱层由氮化铟镓（InGaN）构成。这种反复形成量子势垒层和量子阱层的结构的活性层150能够抑制因所产生的应力和变形而导致的自发性的分极。
例如，P型氮化物层160能够形成为由第一层和第二层交替地层压的结构，上述第一层由掺杂有Mg的p型氮化铝镓（AlGaN）形成，上述第二层由掺杂有Mg的p型氮化镓（GaN）形成。并且，p型氮化物层160像n型氮化物层130一样，能够生长为单层的p型氮化物层，但是，也能够用作形成为层压结构并无裂缝的结晶性优秀的载体限制层。
透明电极层170为设置在p型氮化物层160的上部面的层。这种透明电极层170由透明导电性氧化物形成，其材质包含In、Sn、Al、Zn、Ga等的元素，例如，能够由氧化铟锡（ITO，Indium Tin Oxide）、铜铟氮化物（CIO，copper Indium oxide）、氧化锌（ZnO）、氧化镍（NiO）及In2O3等形成。
根据这种本发明一实施例的氮化物半导体发光器件100在n型氮化物层130和活性层150之间形成电流扩散部140，在n型氮化物层130和电流扩散部140之间的接口电阻值低于根据垂直方向的n型氮化物层130和电流扩散部140之间的电阻值。此时，根据电子向低电阻流的特性，从n型氮化物层130流入的电子沿着n型氮化物层130和电流扩散部140之间的接口而扩散（current spreading）的同时流入到活性层150。
因此，根据本发明一实施例的氮化物半导体发光器件100根据由包含碳（C）的氮化物层形成的电流扩散部140，来使电子和空穴顺畅地扩散并流入到活性层140，并能够通过所述的电流扩散来增大发光面积，由此能够提高发光效率。
下面，参照图3至图7，对根据本发明第一实施例的氮化物半导体发光器件100的制备方法进行具体说明。
如图3所示，根据本发明第一实施例的氮化物半导体发光器件100的制备方法，首先在基板110的上部面依次生长缓冲层120和n型氮化物层130。
缓冲层120还能够选择性地形成在基板110的上部面，以便能够解除基板110和n型氮化物层130之间的晶格不匹配。在此，例如，缓冲层120还能够利用氮化铝（AlN）或氮化镓（GaN）来形成。
n型氮化物层130可形成为n-氮化镓（GaN）层。n型氮化物层130的形成方法如下。例如，通过供给包含NH3、三甲基镓（TMG）及Si等n型掺杂剂的硅烷气体来使n-氮化镓（GaN）生长成n型氮化物层。
如图4所示，形成n型氮化物层130之后，由包含电流扩散用杂质的氮化物形成的电流扩散部140形成在n型氮化物层130的上部面。
具体地，电流扩散部140作为电流扩散用杂质能够形成为包含碳的氮化物，并能够利用原子层外延（ALE，atomic layer epitaxy）、常压化学气相沉积（APCVD，atmospheric pressure chemical vapour deposition）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD，Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition）、快速热化学气相沉积（RTCVD，rapid thermal chemical vapordeposition）、超高真空化学气相沉积（UHVCVD，ultrahigh vacuumchemical vapor deposition）、低压化学气相沉积（LPCVD，low pressurechemical vapor deposition）及金属有机化学气相沉积（MOCVD，Metalorganic Chemical Vapor Deposition）等的气相外延生长方法来形成。
例如，电流扩散部140优选地形成为包含碳（C）作为电流扩散用杂质的氮化物层，通过金属有机化学气相沉积（MOCVD，Metal organicChemical Vapor Deposition）方法，能够利用NH3、三甲基镓（TMG）及二甲基肼（DMHY，dimethylhydrazine）来形成为包含氮化镓：碳（GaN：C）等碳的氮化物层。这种电流扩散用杂质能够在电流扩散部140中单独掺杂，或者可与硅（Si）掺杂剂一同掺杂。此时，硅（Si）掺杂剂能够以德尔塔掺杂形态进行掺杂。
在此，在由氮化镓：碳（GaN：C）等碳掺杂氮化物形成电流扩散部的情况下，碳（C）的浓度为1×1016～1×1018atoms/cm3，电流扩散部140的总厚度与碳（C）的浓度成反比例，能够优选地形成在
Figure BDA0000464458040000081
的厚度范围。并且，电流扩散部140中的碳（C）浓度除了上述范围以外，能够以比包含在n型氮化物层130和活性层150的碳的浓度更高的浓度形成。
如图5所示，形成电流扩散部140之后，活性层150、p型氮化物层160及透明电极层170能够依次地形成在电流扩散部140的上部面。
活性层150能够被设置成单量子阱结构或者交替地层压多个量子阱层和多个量子势垒层的多量子阱结构。在此，活性层150由多量子阱结构形成，但是，例如，量子势垒层为包含Al的氮化铝镓铟（AlGaInN）的四元系氮化物层，例如，量子阱层能够由氮化铟镓（InGaN）形成。
例如，p型氮化物层160能够形成为交替地层压第一层和第二层的结构，上述第一层由掺杂有Mg的p型氮化铝镓（AlGaN）形成，上述第二层由掺杂有Mg的p型氮化镓（GaN）形成。并且，p型氮化物层160像n型氮化物层130一样，也能生长为单层的p型氮化物层。
透明电极层170由透明导电性氧化物形成，其材质包括铟（In）、锡（Sn）、铝（Al）、锌（Zn）及镓（Ga）等的元素，例如，能够由在氧化铟锡（ITO，Indium Tin Oxide）、铜铟氮化物（CIO，copper Indiumoxide）、氧化锌（ZnO）、氧化镍（NiO）及氧化铟（In2O3）中的任一种形成。
如图6所示，如此形成透明电极层170之后，能够对从透明电极层170到n型氮化物层130的一个区域为止进行微影蚀刻法（lithographyetching），来使n型氮化物层130的一个区域暴露。
如图7所示，如果n型氮化物层130一个区域暴露，则p侧电极181形成在透明电极层170的上部面，并形成在n侧电极182被暴露的n型氮化物层130的一个区域。
如上所述的根据本发明第一实施例的氮化物半导体发光器件100的制备方法，能够利用气相外延生长方法来使具有电流扩散用杂质浓度的电流扩散部140的厚度形成为所需的厚度。
因此，根据本发明第一实施例的氮化物半导体发光器件100的制备方法能够容易形成具有电流扩散用杂质的浓度和所需的厚度的电流扩散部140。
下面，参照图8来对根据本发明第二实施例的垂直型氮化物半导体发光器件进行说明。图8是表示本发明第二实施例的垂直型氮化物半导体发光器件的截面的剖视图。在此，在判断为对于垂直型氮化物半导体发光器件的相关公知结构或者功能的具体说明使本发明的要旨不清楚的情况下，省略对其的详细说明。
如图8所示，根据本发明第二实施例的垂直型氮化物发光器件在p侧电极支撑层280的上部面方向上包括反射层272、奥姆接触层271、p型氮化物层260、活性层250、电流扩散部240、n型氮化物层230及n侧电极290。
p侧电极支撑层280作为导电性支撑部件，应起p侧电极作用的同时充分地发散出发光器件工作时产生的热。特别是，p侧电极支撑层280具有机械强度，从而应在包括划片（scribing）工序或者阻断（breaking）工序的制备过程中支撑上部面方向的多个层。
因此，p侧电极支撑层280能够由金（Au）、铜（Cu）、银（Ag）及铝（Al）等的热传导率优秀的金属形成。或者，p侧电极支撑层280因与这种金属的结晶结构及晶格常数类似，而能够在合金时使内部应力的发生最小化，并能够由具有机械强度的合金材质形成。例如，优选地由包括镍（Ni）、钴（Co）、铂（Pt）及钯（Pd）等的轻金属的合金形成。
反射层272能够选择性地形成在p侧电极支撑层280的上部面，并能够由使从活性层250发散的光向上部方向反射的反射率高的金属材质形成。
奥姆接触层271在反射层272的上部面形成为由镍（Ni）或者金（Au）的金属或者由包含这种金属的氮化物形成的层，来形成具有低电阻的奥姆接触（Ohmic Contact）。在此，在利用镍（Ni）或者金（Au）的金属来形成奥姆接触层271的情况下，由于奥姆接触层271能够执行反射功能，因而，无需形成反射层272。
电流扩散部240作为在n型氮化物层230的下部面方向上包含电流扩散用杂质的氮化物层，包含碳和硅掺杂剂。
此时，在电流扩散部240中，电流扩散用杂质能够以1×1016～1×1018atoms/cm3的浓度范围包含碳。
与图2的电流扩散部140相同，这种电流扩散部240能够改善根据n型氮化物层230和电流扩散部240之间的接口的电流分布，即水平方向的电流分布。
如果水平方向的电流分布得到改善，则垂直型氮化物半导体发光器件使流入到活性层250的电流密度均匀并增大发光面积，从而能够提高发光效率。
这种垂直型氮化物半导体发光器件能够通过普通的垂直型氮化物半导体发光器件的制备方法形成。此时，能够利用气相外延生长方法来在相同的气相外延生长用设备（未图示）中形成，上述气相外延生长方法利用包含碳（C）的气体和包含硅（Si）的气体的混合气体。
此时，垂直型氮化物发光器件的电流扩散部240能够与根据本发明第一实施例的电流扩散部140的形成过程相同地形成。
因此，本发明的第二实施例能够提供一种根据电流扩散部140使电子和空穴顺畅地扩散并流入到活性层250，并根据如上所述的电流扩散来使发光面积增大，从而能够提高发光效率的垂直型氮化物发光器件。
下面，参照图9来对本发明的第三实施例的水平型氮化物半导体发光器件300进行说明。
如图9所示，本发明第三实施例的氮化物半导体发光器件300在基板310的上部方向上包括缓冲层320、n型氮化物层330、层压结构的电流扩散部340、活性层350、p型氮化物层360、透明电极层370、p侧电极382及n侧电极381。
缓冲层320能够选择性地形成，例如，能够由氮化铝（AlN）或者氮化镓（GaN）形成，以便解除基板310和n型氮化物层330之间的晶格不匹配。
n型氮化物层330形成在基板310或者缓冲层320的上部面。在此，n型氮化物层330有可能是交替地层压第一层和第二层而形成的层压结构，上述第一层由掺杂有Si的n型氮化铝镓（AlGaN）形成，上述第二层由无掺杂的氮化镓（GaN）形成。当然，n型氮化物层130也能够生长成单层的n型氮化物层，但是，如果形成为第一层和第二层的层压结构，则能够用作无裂缝的且结晶性优秀的载体限制层。
电流扩散部340作为形成在n型氮化物层330和活性层350之间的层压结构，能够执行使流入到活性层350的电子或空穴扩散，而不集中在特定区域的电流扩散（current spreading）的功能。
这种电流扩散部340为在n型氮化物层330的上部面方向上包含电流扩散用杂质的层压结构。如图9所示，电流扩散部340为例如反复层压三次第一扩散层341及第二扩散层342的层压结构，上述第一扩散层341由碳（C）的浓度高于硅（Si）的浓度的氮化物层形成，上述第二扩散层342的硅（Si）的浓度高于碳（C）的浓度。
当然，电流扩散部340的层压结构能够形成为层压一次第一扩散层341和第二扩散层342的层压结构，或者也可形成为多次反复层压第一扩散层341和第二扩散层342的层压结构。
此时，电流扩散部340的碳（C）的含量为1×1016～1×1018atoms/cm3，例如，电流扩散部340的总厚度为
Figure BDA0000464458040000131
在此，电流扩散部340的第一扩散层341和第二扩散层342，如果以碳（C）的浓度及总厚度为基准，具有低于上述浓度范围的浓度或者具有小于上述厚度范围的厚度，则不能执行电流扩散的功能。并且，如果第一扩散层341和第二扩散层342的碳（C）的浓度高于上述浓度的范围或大于上述厚度范围，则用作高电阻层，从而存在需要将施加电压提高到3.4V以上的问题。
如上所述，本发明的特征在于，第一扩散层341和第二扩散层342的层压结构在碳（C）的浓度和硅（Si）掺杂剂的浓度中交替地具有差异，即，具有碳（C）的浓度高于硅（Si）的浓度的第一扩散层341和硅（Si）的浓度高于碳（C）的浓度的第二扩散层342被交替层压。由此，从电流扩散部340向活性层350，基于上部方向的电阻值随着碳（C）的浓度高的第一扩散层341的数量来成正比例地增加。
但是，第一扩散层341和第二扩散层342之间的接口电阻值低于从电流扩散部140向活性层150基于上部垂直方向的电阻值。此时，根据电子朝向低电阻方向流的特性，从n型氮化物层330流入的电子沿着第一扩散层341和第二扩散层342之间的接口扩散（current spreading）的同时流入到活性层350。
因此，能够改善沿着第一扩散层341和第二扩散层342之间的接口来扩散电子的效率，即水平方向的电流扩散效率。随着水平方向的电流扩散效率得到改善，能够使电子均匀地流入到活性层350。由于随着电子均匀地流入到活性层350而使发光面积增大，因而能够提高发光效率。
并且，如果在电流扩散部340中改善水平方向的电流扩散，则能够使氮化物半导体发光器件300的工作电压从3.4V降低到3.1V。
并且，电流扩散部340能够对于流入到活性层350的电子，防止电子向一部分区域过度地流入的现象，在空穴的方面来说，可用作将更多的空穴引向活性层350的层。
活性层350可在电流扩散部340的上部面形成为单量子阱结构或者多量子阱结构。在此，活性层350作为多量子阱结构，量子势垒层350a为包含Al的氮化物层，即氮化铝镓铟（AlGaInN）层，例如，量子阱层350b能够由氮化铟镓（InGaN）形成。通过反复层压这种量子势垒层350a和量子阱层350b而形成的结构的活性层350能够抑制所产生的应力和变形引起的自发性的分极。
p型氮化物层360可形成为通过交替地层压掺杂有Mg的p型氮化铝镓（AlGaN）的第一层和由掺杂有Mg的p型氮化镓（GaN）形成的第二层的层压结构。并且，与n型氮化物层330一样，也能够使p型氮化物层360生长成单层的p型氮化物层，但是，如果形成为层压结构，则能够用作无裂缝的且结晶性优秀的载体限制层。
透明电极层370为设置在p型氮化物层360的上部面的层。这种透明电极层370由透明导电性化合物形成，其材质可包含铟（In）、锡（Sn）、铝（Al）、锌（Zn）及镓（Ga）等的元素。例如，这种透明电极层370可由在氧化铟锡（ITO，Indium Tin Oxide）、铜铟氮化物（CIO，copperIndium oxide）、氧化锌（ZnO）、氧化镍（NiO）及氧化铟（In2O3）中的任一种形成。
这种根据本发明第三实施例的氮化物半导体发光器件300可在n型氮化物层330和活性层350之间形成电流扩散部340，来执行使流入到活性层350的电流扩散，而不向特定区域集中的功能。
因此，本发明第三实施例的氮化物半导体发光器件300利用由碳（C）的浓度高的第一扩散层341和硅（Si）掺杂剂的浓度高的第二扩散层342形成的层压结构的电流扩散部340，来使电子和空穴顺畅地流入到活性层350。通过据此的电流扩散来使氮化物半导体发光器件300的发光面积增大，从而能够提高发光效率。
下面，参照图10至图13对本发明第三实施例的氮化物半导体发光器件300的制备方法进行说明。
如图10所示，本发明第三实施例的氮化物半导体发光器件300的制备方法，首先在基板310的上部面使缓冲层320和n型氮化物层330依次生长。
缓冲层320能够选择性地形成在基板310的上部面，以便解除基板310和n型氮化物层330之间的晶格不匹配。在此，例如，缓冲层320还能够利用氮化铝（AlN）或者氮化镓（GaN）形成。
n型氮化物层330可形成为n-氮化镓（GaN）层。例如，n型氮化物层330的形成方法可通过供给包含NH3、三甲基镓（TMG）及硅（Si）等n型掺杂剂的硅烷气体，来使n-氮化镓（GaN）层生长为n型氮化物层。
如图11所示，形成n型氮化物层330之后，使第一扩散层341和第二扩散层342多次反复的层压结构的电流扩散部340形成在n型氮化物层330的上部面。
电流扩散部340含有包含碳的电流扩散用杂质，能够通过使第一扩散层341和第二扩散层342交替地反复多次的方式形成总厚度为
Figure BDA0000464458040000151
的电流扩散部340，上述第一扩散层341由碳的浓度高于硅（Si）掺杂剂的浓度的氮化物层形成，上述第二扩散层342由碳的浓度低于硅（Si）掺杂剂的浓度的氮化物层形成。
在此，第一扩散层341和第二扩散层342可利用原子层外延（ALE，atomic layer epitaxy）、常压化学气相沉积（APCVD，atmospheric pressurechemical vapour deposition）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）、快速热化学气相沉积（RTCVD,rapid thermal chemical vapor deposition）、超高真空化学气相沉积（UHVCVD，ultrahigh vacuum chemical vapor deposition）、低压化学气相沉积（LPCVD，low pressure chemical vapor deposition）及金属有机化学气相沉积（MOCVD，Metal organic Chemical Vapor Deposition）等的气相外延生长方法，来在相同的气相外延生长用设备（未图示）中形成在原位（in-situ）。
图14是用于说明本发明第三实施例的电流扩散部的浓度分布的曲线图。
如图14所示，第一扩散层341和第二扩散层342作为电流扩散用杂质，各个层形成为包含碳（C）及硅掺杂剂的氮化物层。这种第一扩散层341及第二扩散层342包含NH3、三甲基镓（TMG）及二甲基肼（DMHY，dimethylhydrazine），可通过利用包含碳（C）的气体和包含硅（Si）的气体的混合气体的金属有机化学气相沉积（MOCVD）来形成。并且，第一扩散层341和第二扩散层342可形成在原位（in-situ）。
并且，参照图14，在电流扩散部中，硅掺杂剂可成为浓度周期性地发生变化的形态，即德尔塔（Delta）掺杂形态。
此时，要调整混合气体的碳（C）含量和硅（Si）含量，必须通过提高碳（C）含量来先形成碳（C）的浓度高的第一扩散层341。接着，在形成第一扩散层341的最后过程中，提高混合气体的硅（Si）含量来使硅（Si）的浓度高于碳（C）浓度的第二扩散层342形成在原位。
具体地，第一扩散层341以1×1016～1×1018atoms/cm3的浓度范围包含碳（C），并能够形成为0.04μm～0.08μm的厚度。
选择性地，调整碳（C）的浓度和硅（Si）的浓度的方法，除了上述的金属有机化学气相沉积（MOCVD）以外，可利用离子注入方法（IonImplantation）来调整碳（C）的注入量和硅（Si）的注入量的同时也可在原位反复执行。
如此，形成第一扩散层341和第二扩散层342的过程，可通过在金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备中调整碳（C）的浓度和硅（Si）的浓度的方式在原位反复执行。据此，电流扩散部340可形成为使第一扩散层341和第二扩散层342多次反复的层压结构。
如图12所示，形成层压结构的电流扩散部340之后，活性层350、p型氮化物层360及透明电极层370依次形成在电流扩散部340的上部面。
活性层350可设置成单量子阱结构或者使量子阱层和量子势垒层交替地多次层压的多量子阱结构。在此，活性层350由多量子阱结构形成，例如，量子势垒层350a为包含铝（Al）的氮化铝镓铟（AlGaInN）的四元系氮化物层，例如，量子阱层350b可由氮化铟镓（InGaN）形成。
例如，p型氮化物层360可通过交替地层压掺杂有Mg的p型氮化铝镓（AlGaN）的第一层和由掺杂有Mg的p型氮化镓（GaN）形成的第二层形成为层压结构。并且，与n型氮化物层330一样，也能够使p型氮化物层360生长成单层的p型氮化物层。
例如，透明电极层370能够由在氧化铟锡（ITO，Indium Tin Oxide）、铜铟氮化物（CIO，copper Indium oxide）、氧化锌（ZnO）、氧化镍（NiO）及氧化铟（In2O3）中的任一种的透明导电性化合物形成。
如图13所示，如此形成透明电极层370之后，能够对从透明电极层370到n型氮化物层330的一个区域进行曝光蚀刻，来使n型氮化物层330的一个区域暴露。
如果n型氮化物层330的一个区域被暴露，则p侧电极382形成在透明电极层370的上部面，而n侧电极381形成在暴露的n型氮化物层330的一个区域。
如上所述的本发明的第三实施例的氮化物半导体发光器件300的制备方法，能够容易地将第一扩散层341和第二扩散层342反复的层压结构的电流扩散部340形成在原位。特别是，本发明的第三实施例的氮化物半导体发光器件300的制备方法，能够调整碳（C）的浓度和硅（Si）杂质浓度，并能够将第一扩散层341和第二扩散层342形成在原位。
因此，本发明第三实施例的氮化物半导体发光器件的制备方法，能够容易获得具有电流扩散部340的氮化物半导体发光器件300，上述电流扩散部340能够使电流扩散，而不是使电流集中在特定区域。
下面，参照图15对本发明第四实施例的垂直型氮化物发光器件进行说明。图15是表示本发明第四实施例的垂直型氮化物半导体发光器件的剖视图。在此，在判断为对于垂直型氮化物半导体发光器件的相关公知结构或者功能的具体说明有可能使本发明的要旨不清楚的情况下，省略对其的详细说明。
如图15所示，本发明第四实施例的垂直型氮化物发光器件与图8所示的垂直型氮化物半导体发光器件类似地，在p侧电极支撑层480的上部面方向上包括反射层472、奥姆接触层471、p型氮化物层460、活性层450、电流扩散部440、n型氮化物层430及n侧电极490，但是存在电流扩散部440形成为由第一扩散层241和第二扩散层242构成的层压结构的差别。
p侧电极支撑层480作为导电性支撑部件，起p侧电极的作用，并充分地发散出在发光器件工作时所产生的热，并具有机械强度，在包括划片（scribing）工序或者阻断（breaking）工序的制备过程中需要支撑上部面方向的多个层。
因此，p侧电极支撑层480可由金（Au）、铜（Cu）、银（Ag）及铝（Al）等的热传导率优秀的金属形成。或者，由于p侧电极支撑层480与这种金属结晶结构及晶格常数类似，因此，能够在合金时使内部应力的产生最小化，并能够形成为具有机械强度的合金材质。例如，优选地由包含镍（Ni）、钴（Co）、铂（Pt）及钯（Pd）等的轻金属的合金形成。
反射层472能够选择性地形成在p侧电极支撑层480的上部面，并能够由将从活性层450发散的光向上部方向反射的反射率高的材质形成。
奥姆接触层471在反射层472的上部面形成为由镍（Ni）或金（Au）的金属，或者包含这种金属的氮化物形成的层，来形成具有低电阻的奥姆接触（Ohmic Contact）。在此，在利用镍（Ni）或者金（Au）的金属来形成奥姆接触层471的情况下，由于奥姆接触层471能够执行反射功能，因而无需形成反射层472。
电流扩散部440为在n型氮化物层230的下部面方向上多次层压第一扩散层241和第二扩散层242的结构，上述第一扩散层241由碳（C）的浓度高于硅（Si）掺杂剂浓度的氮化物层形成，上述第二扩散层由碳（C）的浓度低于硅（Si）掺杂剂的浓度的氮化物层形成。这种电流扩散部440的层压结构例如为反复三次的层压结构。
在此，电流扩散部440的厚度可形成为
Figure BDA0000464458040000191
。特别是，第一扩散层441能够以0.04μm～0.08μm的厚度范围形成在电流扩散部440。
当然，电流扩散部440的层压结构可形成为由第一扩散层441和第二扩散层442形成的层压结构，或者也可形成为多次反复第一扩散层441和第二扩散层442的层压结构。
此时，电流扩散部440的电流扩散用杂质作为用于电流扩散的绝缘体，可包含碳。优选的是，电流扩散用杂质以1×1016～1×1018atoms/cm3的浓度范围包含碳。
如此，由第一扩散层441和第二扩散层442形成的电流扩散部440的特征在于，在碳（C）浓度和硅（Si）掺杂剂浓度中交替地存在差异。因这种特征而导致第一扩散层441和第二扩散层442之间的接口电阻低于从电流扩散部440朝向活性层450的基于垂直方向的电阻。
因此，本发明第四实施例的垂直型氮化物发光器件能够在电流扩散部440中改善根据第一扩散层441和第二扩散层442之间的接口的电流分布，即水平方向的电流分布。
如果水平方向的电流分布得到改善，则垂直型氮化物半导体发光器件使流入到活性层450的电流密度均匀并增大发光面积，从而可提高发光效率。
这种垂直型氮化物半导体发光器件能够通过普通的垂直型氮化物半导体发光器件的制备方法形成。此时，能够利用气相外延生长方法来在相同的气相外延生长用设备（未图示）中形成，上述气相外延生长方法利用包含碳（C）的气体和包含硅（Si）的气体的混合气体。
此时，垂直型氮化物发光器件的电流扩散部440能够与本发明第三实施例的电流扩散部340的形成过程相同地形成。
因此，本发明的第四实施例能够将由碳（C）的浓度高的第一扩散层441和硅（Si）掺杂剂浓度高的第二扩散层442形成的层压结构的电流扩散部440形成在原位。包括如上所述地形成在原位的电流扩散部440的垂直型氮化物发光器件能够根据电流扩散部440来使电流密度均匀且能够提高发光效率。
根据上述优选实施例对本发明的技术思想进行了具体说明，但是，应当注意，上述实施例仅用于其说明，而不是用于其限制。
并且，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，应当理解在本发明的技术思想的范围内能够进行多种实施。

Claims (37)

1.一种氮化物半导体发光器件，其特征在于，
包括：
n型氮化物层，
电流扩散部，其由包含电流扩散用杂质的氮化物形成在上述n型氮化物层上，
活性层，其形成在上述电流扩散部上，以及
p型氮化物层，其形成在上述活性层上；
上述电流扩散用杂质包含碳（C）。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部单独掺杂上述电流扩散用杂质而形成。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部一同掺杂上述电流扩散用杂质和硅掺杂剂而形成。
4.根据权利要求3所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述硅掺杂剂以德尔塔掺杂形态被掺杂。
5.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部的厚度与上述电流扩散用杂质的浓度成反比例。
6.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，
上述电流扩散用杂质的浓度为1×1016～1×1018atoms/cm3；
上述电流扩散部的厚度为
Figure FDA0000464458030000011
7.一种氮化物半导体发光器件，其特征在于，
包括：
n型氮化物层，
电流扩散部，其由包含电流扩散用杂质的氮化物形成在上述n型氮化物层上，
活性层，其形成在上述电流扩散部上，以及
p型氮化物层，其形成在上述活性层上；
上述电流扩散用杂质包含碳（C）；
上述电流扩散部作为自由空穴的浓度为1×1013～5×1016/cm3的氮化物层，是对流入到上述活性层的空穴进行引导的层。
8.根据权利要求7所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部单独掺杂上述电流扩散用杂质而形成。
9.根据权利要求7所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部一同掺杂上述电流扩散用杂质和硅掺杂剂而形成。
10.根据权利要求9所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述硅掺杂剂以德尔塔掺杂形态被掺杂。
11.根据权利要求9所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部的厚度与上述电流扩散用杂质的浓度成反比例。
12.根据权利要求9所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部的厚度为
Figure FDA0000464458030000021
13.一种氮化物半导体发光器件，其特征在于，
包括：
n型氮化物层，
电流扩散部，其形成在上述n型氮化物层上，
活性层，其形成在上述电流扩散部上，以及
p型氮化物层，其形成在上述活性层上；
上述电流扩散部为包含高于其他层的碳浓度的碳的氮化物层。
14.根据权利要求13所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部单独掺杂上述电流扩散用杂质而形成。
15.根据权利要求13所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部一同掺杂上述电流扩散用杂质和硅掺杂剂而形成。
16.根据权利要求14所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述硅掺杂剂以德尔塔掺杂形态被掺杂。
17.根据权利要求13所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部为包含高于上述活性层的碳浓度或者上述n型氮化物层的碳浓度的碳的氮化物层。
18.根据权利要求13所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于
上述电流扩散部的碳浓度为1×1016～1×1018atoms/cm3；
上述电流扩散部的总厚度为
Figure FDA0000464458030000031
19.根据权利要求13所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部的厚度与上述电流扩散用杂质的浓度成反比例。
20.一种氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，
包括如下步骤：
在基板上形成n型氮化物层的步骤，
在上述n型氮化物层上形成电流扩散部的步骤，
在上述电流扩散部上形成活性层的步骤，以及
在上述活性层上形成p型氮化物层的步骤；
由包含电流扩散用杂质的氮化物形成上述电流扩散部；
上述电流扩散用杂质包含碳（C）。
21.根据权利要求20所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，上述电流扩散部单独掺杂上述电流扩散用杂质而形成。
22.根据权利要求20所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，上述电流扩散部一同掺杂上述电流扩散用杂质和硅掺杂剂而形成。
23.根据权利要求22所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，上述硅掺杂剂以德尔塔掺杂形态被掺杂。
24.根据权利要求20所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，在形成上述电流扩散部的步骤中，上述电流扩散部的碳浓度高于上述活性层的碳浓度或者上述n型氮化物层的碳浓度。
25.根据权利要求20所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，在形成上述电流扩散部的步骤中，上述电流扩散部的碳浓度高于其他层的碳浓度。
26.根据权利要求20所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，在形成上述电流扩散部的步骤中，上述电流扩散部的厚度与上述电流扩散用杂质的浓度成反比例。
27.根据权利要求20所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，
在形成上述电流扩散部的步骤中，上述电流扩散用杂质的浓度为1×1016～1×1018atoms/cm3；
上述电流扩散部的厚度为
Figure FDA0000464458030000041
28.一种氮化物半导体发光器件，其特征在于，
包括：
n型氮化物层，
电流扩散部，其包含电流扩散用杂质和硅（Si）掺杂剂形成在上述n型氮化物层上，
活性层，其形成在上述电流扩散部上，以及
p型氮化物层，其形成在上述活性层上；
上述电流扩散用杂质包含碳（C）；
上述电流扩散部形成为上述碳（C）的浓度高于上述硅（Si）的浓度的层和上述硅（Si）的浓度高于上述碳（C）的浓度的层被交替层压的多层结构。
29.根据权利要求28所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部的厚度与上述电流扩散用杂质的浓度成反比例。
30.根据权利要求28所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，
上述电流扩散用杂质为碳（C）；
以1×1016～1×1018atoms/cm3的浓度范围包含上述碳（C）。
31.根据权利要求28所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，上述电流扩散部的总厚度为
Figure FDA0000464458030000051
32.根据权利要求28所述的氮化物半导体发光器件，其特征在于，从上述n型氮化物层导出的电子沿上述n型氮化物层和上述电流扩散部之间的接口而扩散，并流入到上述活性层。
33.一种氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，
包括如下步骤：
在基板上形成n型氮化物层的步骤，
在上述n型氮化物层上形成包含电流扩散用杂质和硅（Si）掺杂剂的多层结构的电流扩散部的步骤，
在上述电流扩散部上形成活性层的步骤，以及
在上述活性层上形成p型氮化物层的步骤；
上述电流扩散用杂质包含碳（C）；
通过交替层压上述碳（C）的浓度高于上述硅（Si）的浓度的层和上述硅（Si）的浓度高于上述碳（C）的浓度的层的方式形成上述电流扩散部。
34.根据权利要求33所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，
在形成上述电流扩散部的步骤中，上述电流扩散用杂质为碳（C），以1×1016～1×1018atoms/cm3的浓度范围包含上述碳（C）。
35.根据权利要求33所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，形成上述电流扩散部的步骤包括：
通过利用包含上述碳（C）的气体和包含上述硅（Si）掺杂剂的气体的混合气体的气相外延生长方法来形成上述碳（C）的浓度高于上述硅（Si）掺杂剂的浓度的氮化物层的步骤，以及
在上述碳（C）的浓度高于硅（Si）掺杂剂的浓度的氮化物层上，利用上述气相外延生长方法来形成上述碳（C）的浓度低于上述硅（Si）掺杂剂的浓度的氮化物层的步骤；
形成上述电流扩散部的步骤，以原位方式一次以上交替形成。
36.根据权利要求33所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，形成上述电流扩散部的步骤包括：
利用离子注入方法来调整上述碳（C）的注入量和上述硅（Si）掺杂剂的注入量，从而在氮化物层上形成上述碳（C）的浓度高于上述硅（Si）掺杂剂的浓度的氮化物层，以及
利用上述离子注入法来在上述碳（C）的浓度高于上述硅（Si）掺杂剂的浓度的氮化物层上形成上述碳（C）的浓度低于上述硅（Si）掺杂剂的浓度的氮化物层；
形成上述电流扩散部的步骤，以原位的方式一次以上交替形成。
37.根据权利要求33所述的氮化物半导体发光器件的制备方法，其特征在于，上述电流扩散部的总厚度为
Figure FDA0000464458030000061
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