CN109768139B - Iii族氮化物半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了这样的III族氮化物半导体发光器件及其制造方法：所述III族氮化物半导体发光器件表现出提高的光提取效率，并且降低由Al的组成变化所引起的在AlGaN层中出现p型导电部和n型导电部的极化的影响。第一p型接触层是p型AlGaN层。第二p型接触层是p型AlGaN层。第一p型接触层中的Al的组成随距发光层的距离而减小。第二p型接触层中的Al的组成随距发光层的距离而减小。第二p型接触层中的Al的组成低于第一p型接触层中的Al的组成。第二p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率高于第一p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率。

Description

III族氮化物半导体发光器件及其制造方法
技术领域
本申请的技术涉及用于发射紫外光的III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。
背景技术
半导体发光器件通过在发光层的阱层中电子与空穴的复合而发光。通常，优选增大阱层中电子和空穴的浓度以提高发光效率。
在用于发射紫外光的III族氮化物半导体发光器件中，常常使用AlGaN层。这是因为GaN层有效地吸收波长为365nm或更小的光。在AlGaN层中，受体(例如Mg)具有高电离能。因此，在具有高Al的组成的AlGaN层中几乎不产生空穴。
因此，已经开发了用于向紫外发光器件的发光层中有效地注入空穴的技术。专利文献1公开了其中有源层103介于第一组成渐变AlGaN层102与第二组成渐变AlGaN层104之间的结构(参见专利文献1的第[0016]段和图1)。因此，空穴存在于有源层103的附近(专利文献1的第[0025]至[0028]段和图4)。
专利文献1：日本专利申请特许公开(kokai)第2015-002324号
非专利文献1：Applied Physics Express 10,025502(2017)
本发明人发现了这样的问题：当形成组成渐变AlGaN层时，在AlGaN层中出现p型导电部和n型导电部(非专利文献1的图5(b))。也就是说，在AlGaN层中发生极化。因此，发光器件的电阻增大，从而阻碍电流在发光器件中流动。
低Al的组成的区域中的AlGaN层在一定程度上吸收波长为365nm或更小的光。因此，考虑到光吸收，需要研究光提取效率的提高。
发明内容
已构想出本申请的技术以用于解决常规技术中涉及的上述问题。因此，本申请的技术的一个目的是提供这样的III族氮化物半导体发光器件及其制造方法：所述III族氮化物半导体发光器件表现出提高的光提取效率，并且降低了由Al的组成变化所引起的在AlGaN层中出现p型导电部和n型导电部的极化的影响。
在本申请的技术的第一方面中，提供了如下III族氮化物半导体发光器件，其包括：基底；基底上的n型半导体层；n型半导体层上的发光层；以及发光层上的p型半导体层。III族氮化物半导体发光器件的发光波长为380nm或更小。p型半导体层具有第一p型接触层和第二p型接触层。第一p型接触层布置在第二p型接触层与发光层之间。第一p型接触层是p型AlGaN层。第二p型接触层是p型AlGaN层。第一p型接触层中的Al的组成随距发光层的距离而减小。第二p型接触层中的Al的组成随距发光层的距离而减小。第二p型接触层中的Al的组成低于第一p型接触层中的Al的组成。第二p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率大于第一p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率。
III族氮化物半导体发光器件具有第一p型接触层和第二p型接触层的两个层。第一p型接触层和第二p型接触层中的Al的组成随距发光层的距离而减小。由此，空穴浓度增加。第二p型接触层的厚度小于第一p型接触层的厚度。第二p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率比第一p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率更陡。因此，可以尽可能小地缩小p型接触层中的n型导电部。也就是说，可以尽可能多地消除由Al的组成单调减小的Al的组成渐变层所引起的极化的影响。因此，由Al的组成渐变层引起的电阻增大在III族氮化物半导体发光器件中被抑制。
本说明书中公开的本申请的技术提供了这样的III族氮化物半导体发光器件及其制造方法：所述III族氮化物半导体发光器件表现出提高的光提取效率，并且降低了由Al的组成变化所引起的在AlGaN层中出现p型导电部和n型导电部的极化的影响。
附图说明
当结合附图考虑时，本申请的技术的各种其他目的、特征和许多附带优点由于其参考优选实施方案的以下详细描述变得被更好地理解而将被更容易地认识，在所述附图中：
图1是根据第一实施方案的半导体发光器件的结构的示意图；
图2是示出在根据第一实施方案的半导体发光器件的p型半导体层中厚度与AlN摩尔分数之间的关系的图；
图3是示出在根据第一实施方案的半导体发光器件的p型半导体层中厚度与Mg浓度之间的关系的图；
图4是示出在根据第一实施方案的半导体发光器件的AlGaN层中AlN摩尔分数渐变时的净极化电荷浓度的图；
图5示出实施例中发光器件的沉积结构；
图6示出比较例中发光器件的沉积结构；
图7是示出在发光器件中流动的电流与光输出之间的关系的图；
图8是示出实施例的发光器件的光输出与比较例的发光器件的光输出之比的图；以及
图9是示出第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度与透光率之间的关系的图。
具体实施方式
下面将参照附图将III族氮化物半导体发光器件及其制造方法的具体实施方案作为实例进行详细描述。然而，该实施方案不应被解释为将该技术限制于此。下面描述的电极结构和半导体发光器件的层的沉积结构仅为说明性目的而给出，并且还可以采用与其不同的其他沉积结构。附图中所示各个层的厚度不是实际值，而是概念值。在本说明书中，紫外光是指波长为10nm至380nm的光。
第一实施方案
1.半导体发光器件
图1示出根据第一实施方案的发光器件100的结构的示意图。发光器件100是倒装芯片型发光器件。发光器件100的发光波长为10nm至380nm。发光器件100具有复数个III族氮化物半导体层。如图1所示，发光器件100包括基底110、缓冲层120、n型半导体层130、发光层140、电子阻挡层150、第一p型接触层160、第二p型接触层170、透明电极TE1、分布式布拉格反射器DBR1、p电极P1、和n电极N1。
在基底110的第一表面110a上，缓冲层120、n型半导体层130、发光层140、电子阻挡层150、第一p型接触层160和第二p型接触层170按此顺序形成。n电极N1形成在n型半导体层130上。p电极P1形成为与透明电极TE1接触。
n型半导体层130是n型半导体层。n型半导体层是第一导电型第一半导体层。电子阻挡层150、第一p型接触层160和第二p型接触层170是p型半导体层。p型半导体层是第二导电型第二半导体层。n型半导体层和p型半导体层可以部分包括非掺杂的层。因此，发光器件100具有n型半导体层、n型半导体层上的发光层、发光层上的p型半导体层、p型半导体层上的透明电极TE1、透明电极TE1上的p电极P1、n型半导体层上的n电极N1、透明电极TE1上的分布式布拉格反射器DBRl。
基底110是用于支撑半导体层的基底。基底110具有第一表面110a和第二表面110b。基底110的第一表面110a是用于生长半导体层的主表面。基底110的第一表面110a可以是平坦的或者可以具有不平坦形状。基底110的第二表面110b是用于将来自发光层140的光提取到外部的光提取表面。基底110可以由除蓝宝石之外的任何其他材料(例如AlGaN、Si、SiC和ZnO)制成。毋庸赘言，基底110可以是生长基底。
缓冲层120是在一定程度上借用基底110的主表面条件并充当n型半导体层130的生长核的层。缓冲层120是低温生长AlN层、高温生长AlN层或AlGaN层中的一者。或者，缓冲层120可以包括复数个这些层。缓冲层120可以包含除上述之外的III-V族化合物。
n型半导体层130是例如掺杂有Si的n型AlGaN层。n型半导体层130形成在缓冲层120上。也就是说，n型半导体层130布置在基底上方。n型半导体层130具有n型接触层。n型接触层与n电极N1接触。n型半导体层130可以具有其中Al的组成(即，AlN摩尔分数)在沉积方向上渐变的n型AlGaN层。
发光层140通过电子和空穴的复合而发光。发光层140形成在n型半导体层130上。发光层140具有复数个势垒层和阱层。阱层可以是例如AlGaN层。势垒层可以是例如AlGaN层。势垒层的Al的组成高于阱层的Al的组成。这些仅是示例，并且可以使用AlInGaN层。发光层140具有多量子阱结构。然而，发光层可以具有单量子阱结构。
电子阻挡层150形成在发光层140上。电子阻挡层150是用于阻止电子扩散到p型接触层160侧的层。电子阻挡层150通过沉积复数个p型AlGaN层来形成。在第一p型AlGaN层与第二p型AlGaN层之间，Al的组成和Mg浓度可以不同。下文中，将第一p型AlGaN层和第二p型AlGaN层中的AlN摩尔分数、Al摩尔分数或Al的组成比称为Al的组成。电子阻挡层150可以具有其中Al的组成在沉积方向上渐变的p型AlGaN层。
第一p型接触层160形成在电子阻挡层150上。第一p型接触层160布置在第二p型接触层170与发光层140之间。第一p型接触层160与第二p型接触层170接触。第一p型接触层160不与p电极P1直接接触。第一p型接触层160是例如掺杂有Mg的p型AlGaN层。
第二p型接触层170形成在第一p型接触层160上。第二p型接触层170与透明电极TE1接触。第二p型接触层170经由透明电极TE1电连接至p电极P1。第二p型接触层170是例如掺杂有Mg的p型AlGaN层。第二p型接触层170的在与第一p型接触层160相反的侧具有与透明电极TE1接触的接触表面171。
透明电极TE1形成在第二p型接触层170上。透明电极TE1与第二p型接触层170的接触表面171接触。透明电极TE1由ITO制成。除ITO之外，可以使用透明导电氧化物，例如IZO、ICO、ZnO、TiO2、NbTiO2和TaTiO2。
p电极P1形成在透明电极TE1上。p电极P1经由透明电极TE1电连接至第二p型接触层170。p电极P1是由诸如Ni、Au、Ag、Co和In的金属制成的金属电极。
n电极N1形成在n型半导体层130上。n电极N1与n型半导体层130接触。n电极N1是由诸如Ni、Au、Ag、Co和In的金属制成的金属电极。
2.第一p型接触层和第二p型接触层
2-1.Al的组成
图2是示出在p型半导体层中厚度与Al的组成之间的关系的图。在图2中，横轴表示从发光层140与电子阻挡层150之间的界面到第二p型接触层170与透明电极TE1之间的界面的厚度。在图2中，纵轴表示Al的组成。
如图2所示，电子阻挡层150具有恒定Al的组成。所述Al的组成优选为0.5至0.95。在第一p型接触层160中，Al的组成随距发光层140的距离而单调减小。Al的组成的减小率几乎恒定。在第二p型接触层170中，Al的组成随距发光层140的距离而单调减小。Al的组成的减小率几乎恒定。因此，在第一p型接触层160和第二p型接触层170中，Al的组成连续且单调变化。
如图2所示，第二p型接触层170中的Al的组成低于第一p型接触层160中的Al的组成。第二p型接触层170中的Al的组成的倾斜度大于第一p型接触层160中的Al的组成的倾斜度。也就是说，第二p型接触层170中相对单位厚度的Al的组成的减少量大于第一p型接触层160中相对单位厚度的Al的组成的减少量。第二p型接触层170中相对单位厚度的Al的组成变化率比第一p型接触层160中相对单位厚度的Al的组成变化率更陡。第一p型接触层160中的Al的组成变化率优选为2×10-3/nm至8×10-3/nm。第二p型接触层170中的Al的组成变化率优选为8×10-3/nm至8×10-2/nm。
如图2所示，在第二p型接触层170的电极侧的接触表面171中，Al的组成为0至0.01，优选为0.001或更少。也就是说，在接触表面171处Al的组成几乎为零。
2-2.Mg浓度
图3是示出在p型半导体层中厚度与Mg浓度之间的关系的图。在图3中，横轴表示从发光层140与电子阻挡层150之间的界面到第二p型接触层170与透明电极TE1之间的界面的厚度。在图3中，纵轴表示Mg浓度。
如图3所示，电子阻挡层150具有恒定Mg浓度。在第一p型接触层160中，Mg浓度随距发光层140的距离而单调增加。在第二p型接触层170中，Mg浓度随距发光层140的距离而单调增加。在图3中，Mg浓度线性增加，但是实际上，Mg浓度的增加被绘成曲线。
如图3所示，第二p型接触层170中的Mg掺杂量大于第一p型接触层160中的Mg掺杂量。第二p型接触层170中Mg浓度的倾斜度大于第一p型接触层160中Mg浓度的倾斜度。也就是说，第二p型接触层170中相对单位厚度的Mg浓度增加量大于第一p型接触层160中相对单位厚度的Mg浓度增加量。第二p型接触层170中相对单位厚度的Mg掺杂量变化率比第一p型接触层160中相对单位厚度的Mg掺杂量变化率更陡。
2-3.厚度
第二p型接触层170的厚度小于第一p型接触层160的厚度。第一p型接触层160的厚度为50nm至200nm。第二p型接触层170的厚度为5nm至50nm，优选为10nm至40nm，更优选为15nm至35nm。
3.组成渐变的问题(常规结构的问题)
图4是示出在AlGaN层中Al的组成渐变时的净极化电荷浓度的图。在图4中，横轴表示在厚度方向上距离AlGaN层的表面的深度(nm)。在图4中，纵轴表示净极化电荷浓度(cm-3)。在图4中的纵轴的上部，示出了在各个深度处的Al的组成(AlN摩尔分数)。也就是说，图4示出AlGaN层(样品)的理论计算结果，其中Al的组成在0nm的深度处为0，并且Al的组成在100nm的深度处为0.65。该AlGaN层(样品)未掺杂有杂质。
如图4所示，正极化电荷集中在深度为0nm至30nm的区域中。为了抵消正极化电荷的浓度，电子倾向于集中在深度为0nm至30nm的区域中。也就是说，在深度为0nm至30nm的区域中，AlGaN层表现出n型导电性。
反之，负极化电荷集中在深度为30nm至100nm的区域中。为了抵消负极化电荷的浓度，空穴倾向于集中在深度为30nm至100nm的区域中。也就是说，在深度为30nm至100nm的区域中，AlGaN层表现出p型导电性。
以这种方式，具有渐变Al的组成的AlGaN层被极化。极化程度足够大。在一些情况下，这使得难以通过掺杂杂质来中和n型导电性和p型导电性。这样的极化的发生使电阻增大。随着电阻增大，发光效率劣化。
4.极化
下面描述极化研究的结果。正极化电荷满足以下等式。
N＝x×5×1013/d
N：正极化电荷浓度(cm-3)
x：Al的组成渐变层中的Al的组成差(0≤x≤1)
d：Al的组成渐变层的厚度(cm)
Al的组成差x是Al的组成渐变层的第一表面的Al的组成与Al的组成渐变层的第二表面的Al的组成之差。例如，当Al的组成渐变层的第一表面的Al的组成为0.2，而Al的组成渐变层的第二表面的Al的组成为0时，Al的组成差x为0.2。
例如，当x＝0.2且d＝30×10-7cm时，N＝3.3×1018cm-3。当x＝0.5且d＝10×10-7cm时，N＝2.5×1019cm-3。因此，通过添加浓度等于电荷浓度N的Mg来中和第二p型接触层170的正极化电荷浓度。第二p型接触层170掺杂有浓度等于电荷浓度N的Mg。由此，第二p型接触层170表现出p型导电性。
在本实施方案中，在第二p型接触层170中Al的组成急剧变化而增加空穴浓度。第二p型接触层170的厚度减小而抑制光的吸收。在这种情况下，极化程度(即，正极化电荷浓度)大于常规发光器件中的极化程度。因此，Mg掺杂浓度必须显著增加，例如，为正常Mg掺杂浓度的两倍或更多。
5.实施方案的效果
5-1.空穴浓度的增加
在该实施方案的发光器件100中，p型接触层具有第一p型接触层160和第二p型接触层170的两个层。在第一p型接触层160和第二p型接触层170中，Al的组成随距发光层140的距离而减小。由此，空穴浓度增加(参见专利文献1的第0025至0028段和图4)。
5-2.极化的影响的消除(电阻增大的抑制)
使第二p型接触层170的厚度小于第一p型接触层160的厚度。第二p型接触层170中相对单位厚度的Al的组成变化率高于第一p型接触层160中相对单位厚度的Al的组成变化率。因此，可以使p型接触层中的n型导电部(电子集中区)尽可能小地最小化。也就是说，可以消除由Al的组成单调减小的Al的组成渐变层所引起的极化的影响。由此，在该实施方案的发光器件100中，由Al的组成渐变层引起的电阻增大被抑制。
N型导电性的程度可以通过用Mg掺杂第二p型接触层170来适当地抑制。特别地，在第二p型接触层170中，越靠近电极侧的接触表面171，Mg浓度急剧增加。由此，p型接触层中的n型导电区可以表现出p型导电性。因此，可以尽可能多地消除由Al的组成单调减小的Al的组成渐变层所引起的极化的影响。
5-3.晶格弛豫和空穴浓度
在第二p型接触层170的接触表面171侧，Al的组成为0至0.2。在Al的组成渐变层的Al的组成为0至0.2的区域中，发生晶格弛豫(非专利文献1的图5(a))。在发生晶格弛豫的区域中可以通过在Al的组成减小时增加Mg掺杂浓度来产生更多的空穴。
5-4.紫外光的吸收的抑制
第一p型接触层160和第二p型接触层170都是p型AlGaN层。发光器件100不具有GaN层。具有低Al的组成的AlGaN层的厚度足够小。因此，发光器件100的半导体层不吸收那么多紫外光。
5-5.p型接触层的接触电阻
在第二p型接触层170的接触表面171中，Al的组成几乎为零。因此，第二p型接触层170适当地与透明电极TE1欧姆接触。
6.用于制造半导体发光器件的方法
所述制造方法包括以下步骤：在基底上形成n型半导体层；在n型半导体层上形成发光层；以及在发光层上形成p型半导体层。p型半导体层形成步骤包括以下步骤：从发光层侧形成第一p型接触层，以及在第一p型接触层上形成第二p型接触层。
所采用的载气的实例包括氢气(H2)、氮气(N2)以及氢气和氮气的混合物(H2+N2)。在随后描述的步骤中，除非另有说明，否则可以采用这些载气中的任一者。使用氨气(NH3)作为氮源。三甲基镓(Ga(CH3)3：“TMG”)作为镓源。使用三甲基铝(AL(CH3)3：“TMA”)作为铝源。使用硅烷(SiH4)作为n型掺杂气体，以及使用双环戊二烯基镁(Mg(C5H5)2)作为p型掺杂气体。
6-1.基底准备步骤
首先，准备基底110。例如，将基底110布置在MOCVD炉的室中的基座上。
6-2.基底洗涤步骤
随后，将基底温度加热至1000℃或更高的温度。向室中供给氢气。由此，洗涤并还原基底110的主表面。
6-3.缓冲层形成步骤
随后，在基底110上形成缓冲层120。缓冲层120是例如低温生长AlN层、高温生长AlN层和AlGaN层中的一者。或者，缓冲层120可以包括复数个这些层。缓冲层120可以包含除上述之外的III-V族化合物。
6-4.n型半导体层形成步骤
在缓冲层120上形成n型半导体层130。该过程中的基底温度在900℃至1200℃的范围内。在该过程中，形成n型接触层。可以形成从基底110到发光层140具有不同Al的组成的Al的组成渐变层。
6-5.发光层形成步骤
通过在n型半导体层130上交替沉积阱层和势垒层来形成发光层140。也就是说，发光层形成步骤包括形成复数个势垒层的势垒层形成步骤和形成复数个阱层的阱层形成步骤。基底温度在900℃至1200℃的范围内。
6-6.电子阻挡层形成步骤
在发光层140的势垒层上形成电子阻挡层150。电子阻挡层150是例如p型AlGaN层。基底温度在900℃至1200℃的范围内。
6-7.第一p型接触层形成步骤
在电子阻挡层150上形成第一p型接触层160。第一p型接触层160是p型AlGaN层。在形成p型AlGaN层时，TMA供给量朝向上层减少。也就是说，在第一p型接触层160中，Al的组成随距发光层140的距离而减小。TMG供给量优选随TMA供给量的减少而增加。
作为p型掺杂气体的双(环戊二烯基)镁(Mg(C5H5)2)的供给量朝向上层增加。基底温度在800℃至1200℃的范围内。
6-8.第二p型接触层形成步骤
在第一p型接触层160上形成第二p型接触层170。第二p型接触层170是p型AlGaN层。在形成p型AlGaN层时，TMA供给量朝向上层减少。也就是说，在第二p型接触层170中，Al的组成随距发光层的距离而减少。TMG供给量优选随TMA供给量的减少而增加。
使第二p型接触层170中的Al的组成低于第一p型接触层160中的Al的组成的最小值。使第二p型接触层170中相对单位厚度的Al的组成变化率高于第一p型接触层160中相对单位厚度的Al的组成变化率。也就是说，形成第二p型接触层170时相对单位小时TMA供给量的减少率高于形成第一p型接触层160时相对单位小时TMA供给量的减少率。
作为p型掺杂气体的双(环戊二烯基)镁(Mg(C5H5)2)的供给量朝向上层增加。可以供给至少氢气作为载气。由此，第二p型接触层170的表面平坦度提高。基底温度在800℃至1200℃的范围内。
6-9.透明电极形成步骤
在第二p型接触层170上形成透明电极TE1。形成的技术可以是溅射或气相沉积。
6-10.电极形成步骤
通过激光辐射或蚀刻从第二p型接触层170侧部分地除去半导体层，以由此使n型半导体层130的一部分暴露。然后，在由此暴露的区域上形成n电极N1。在透明电极TE1上形成具有重复的SiO2和TiO2膜对的分布式布拉格反射器DBR1。蚀刻分布式布拉格反射器DBR1的部分以制造窗。使p电极P1在分布式布拉格反射器DBR1上形成为经由窗与透明电极TE1接触。可以首先进行p电极P1形成步骤和n电极N1形成步骤中的任一者。
6-11.其他步骤
除上述步骤之外，还可以进行附加步骤，例如用绝缘膜覆盖元件的步骤和热处理步骤。以这种方式，制造图1所示的发光器件100。
7.实验
7-1.实施例的结构
图5示出实施例的发光器件的沉积结构。如图5所示，实施例的发光器件具有其中顺序地沉积以下的结构：c面蓝宝石基底、AlN缓冲层、非掺杂的Al0.99Ga0.01N层、n型渐变AlxGa1-xN层、n型Al0.6Ga0.4N层、AlGaN发光层、p型Al0.8Ga0.2N层、第一p型渐变AlxGa1-xN层和第二p型渐变AlxGa1-xN层。
n型渐变AlxGa1-xN层的Al的组成从非掺杂的Al0.99Ga0.01N层到n型Al0.6Ga0.4N层从1单调减小至0.6。
AlGaN发光层具有AlGaN阱层和AlGaN势垒层。势垒层的Al的组成高于阱层的Al的组成。阱层具有三个层。
第一p型渐变AlxGa1-xN层对应于第一p型接触层160。第一p型渐变AlxGa1-xN层的Al的组成从p型Al0.8Ga0.2N层到第二p型渐变AlxGa1-xN层从0.8单调减小到0.4。第一p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为100nm。
第二p型渐变AlxGa1-xN层对应于第二p型接触层170。第二p型渐变AlxGa1-xN层的Al的组成随距第一p型渐变AlxGa1-xN层的距离而从0.4单调减小到0。第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为30nm。
7-2.比较例的结构
图6示出比较例的发光器件的沉积结构。在图6中比较例的发光器件和图5中实施例的发光器件之间只有p型接触层不同。在比较例的发光器件中，p型接触层是单个p型GaN层。
7-3.光输出的电流相关性
图7是示出在发光器件中流动的电流与光输出之间的关系的图。在图7中，横轴表示在发光器件中流动的电流(mA)。在图7中，纵轴表示发光器件的光输出(a.u.，任意单位)。如图7所示，在等于或小于50mA的电流值下，实施例的发光器件的光输出大于比较例的发光器件的光输出。
图8是示出实施例的发光器件的光输出与比较例的发光器件的光输出之比的图。在图8中，横轴表示在发光器件中流动的电流(mA)。在图8中，纵轴表示实施例的发光器件的光输出与比较例的发光器件的光输出之比。在图8中，在电流等于或小于10mA的区域中省略了绘图。如图8所示，在10mA至50mA的电流值下，实施例的发光器件的亮度是比较例的发光器件的亮度的1.4倍。当电流值为10mA时，实施例的发光器件的亮度为比较例的发光器件的亮度的约1.8倍。
因此，实施例的发光器件的光输出充分大于比较例的发光器件的光输出。
7-4.透射率的波长相关性
用具有不同波长的光照射图5所示实施例的结构并测量光的透射率。为此目的，制备其中第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为0nm、25nm、50nm和100nm的样品。下文中，0nm是指其中未形成第二p型渐变AlxGa1-xN层的样品。第二p型渐变AlxGa1-xN层的表面(其上形成有透明电极)中的Al的组成为0。在第一p型渐变AlxGa1-xN层和第二p型渐变AlxGa1-xN层之间的界面处的Al的组成为0.4。
图9是示出在第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为参数时具有图5的结构的发光二极管的光透光率与波长之间的关系的图。在图9中，横轴表示光波长。在图9中，纵轴表示光透射率。第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为0nm、25nm、50nm和100nm的情况分别由实线、虚线、交替的长短虚线、以及交替的一长两短虚线示出。
如图9所示，存在第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度越大透光率越低的趋势。例如，将描述波长为300nm的情况。当第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为0nm时，光透射率为约65％。当第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为25nm时，光透射率为约48％。当第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为50nm时，透光率为约33％。当第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为100nm时，光透射率为约18％。
当第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度为0nm时，第一p型渐变AlxGa1-xN层具有与透明电极接触的接触表面。第一p型渐变AlxGa1-xN层中的接触表面的Al的组成为0.4。因此，第一p型渐变AlxGa1-xN层几乎无法获得与透明电极的适当欧姆接触。因此，第二p型渐变AlxGa1-xN层的厚度优选为5nm至50nm。
8.变化方案
8-1.面朝上型发光器件
该实施方案的发光器件100是倒装芯片型半导体发光器件。然而，可替选地，本申请的技术还可以应用于面朝上型半导体发光器件。
8-2.n型半导体层
n型半导体层可以具有除上述实施方案的结构之外的任何沉积结构。例如，n型半导体层130可以包括非掺杂的半导体层或Al的组成渐变层。
8-3.p型半导体层
p型半导体层可以具有除上述实施方案的结构之外的任何沉积结构。例如，p型半导体层可以包括非掺杂的半导体层或Al的组成渐变层。
8-4.反射层
在发光器件100中，分布式布拉格反射器DBR1和p电极P1将从发光层140发出的光反射到光提取表面侧。然而，发光器件可以具有除上述之外的反射层。
8-5.组合方案
上述变化方案可以没有任何限制地彼此组合。
9.实施方案的概述
如上所述，该实施方案的发光器件100具有第一p型接触层160和第二p型接触层170。在第一p型接触层160和第二p型接触层170中，Al的组成随距发光层140的距离而减小。由此，空穴浓度增加。第二p型接触层170的厚度小于第一p型接触层160的厚度，并且第二p型接触层170的组成变化率更陡。因此，可以尽可能多地消除由Al的组成渐变层引起的极化的影响。
A.注：
在本申请的技术的第一方面中，提供了III族氮化物半导体发光器件，其包括：基底；基底上的n型半导体层；n型半导体层上的发光层；以及发光层上的p型半导体层。III族氮化物半导体发光器件的发光波长为380nm或更小。p型半导体层具有第一p型接触层和第二p型接触层。第一p型接触层布置在第二p型接触层与发光层之间。第一p型接触层是p型AlGaN层。第二p型接触层是p型AlGaN层。第一p型接触层中的Al的组成随距发光层的距离而减小。第二p型接触层中的Al的组成随距发光层的距离而减小。第二p型接触层中的Al的组成低于第一p型接触层中的Al的组成。第二p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率高于第一p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率。
本申请的技术的第二方面涉及III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中第一p型接触层中的Mg掺杂量随距发光层的距离而增加。第二p型接触层中的Mg掺杂量随距发光层的距离而增加。第二p型接触层中的Mg掺杂量大于第一p型接触层中的Mg掺杂量。第二p型接触层中相对单位厚度的Mg掺杂量变化率高于第一p型接触层中相对单位厚度的Mg掺杂量变化率。
本申请的技术的第三方面涉及III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中第二p型接触层的厚度小于第一p型接触层的厚度。由于易于吸收光的第二p型接触层的厚度比较小，因此光提取效率高。
本申请的技术的第四方面涉及III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中第二p型接触层的厚度为5nm至50nm。当易于吸收光的第二p型接触层的厚度在该范围内时，光提取效率高。
本申请的技术的第五方面涉及III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中第二p型接触层上具有透明电极。第二p型接触层在与第一p型接触层相反的侧具有与透明电极接触的接触表面。接触表面中的Al的组成为0至0.01。
在本申请的技术的第六方面中，提供了用于制造III族氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括以下步骤：在基底上形成n型半导体层；在n型半导体层上形成发光层；以及在发光层上形成p型半导体层。III族氮化物半导体发光器件的发光波长为380nm或更小。p型半导体层形成步骤包括以下步骤：从发光层侧形成第一p型接触层，以及在第一p型接触层上形成第二p型接触层。在第一p型接触层形成步骤中，形成p型AlGaN层作为第一p型接触层，并且第一p型接触层中的Al的组成随距发光层的距离而减小。在第二p型接触层形成步骤中，形成p型AlGaN层作为第二p型接触层，并且第二p型接触层中的Al的组成随距发光层的距离而减小。第二p型接触层中的Al的组成低于第一p型接触层中的Al的组成，并且第二p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率高于第一p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率。

Claims (8)

1.一种III族氮化物半导体发光器件，包括：
基底；
所述基底上的n型半导体层；
所述n型半导体层上的发光层；以及
所述发光层上的p型半导体层，其中
发光波长为380nm或更小；
所述p型半导体层具有第一p型接触层和第二p型接触层；
所述第一p型接触层布置在所述第二p型接触层与所述发光层之间；
所述第一p型接触层是p型AlGaN层；
所述第二p型接触层是p型AlGaN层；
所述第一p型接触层中的Al的组成随距所述发光层的距离的增加而减小；
所述第二p型接触层中的Al的组成随距所述发光层的距离的增加而减小；
所述第二p型接触层中的所述Al的组成低于所述第一p型接触层中的所述Al的组成；以及
所述第二p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率高于所述第一p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中
所述第一p型接触层中的Mg掺杂浓度随距所述发光层的距离的增加而增加；
所述第二p型接触层中的Mg掺杂浓度随距所述发光层的距离的增加而增加；
所述第二p型接触层中的所述Mg掺杂浓度大于所述第一p型接触层中的所述Mg掺杂浓度；以及
所述第二p型接触层中相对单位厚度的Mg掺杂浓度变化率高于所述第一p型接触层中相对单位厚度的Mg掺杂浓度变化率。
3.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述第二p型接触层的厚度小于所述第一p型接触层的厚度。
4.根据权利要求2所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述第二p型接触层的厚度小于所述第一p型接触层的厚度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述第二p型接触层的厚度为5nm至50nm范围内的任意值。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的III族氮化物半导体发光器件，
其中所述器件还包括在所述第二p型接触层上的透明电极；
所述第二p型接触层具有与所述透明电极接触的接触表面；并且
所述接触表面中的Al的组成为0至0.01。
7.根据权利要求5所述的III族氮化物半导体发光器件，
其中所述器件还包括在所述第二p型接触层上的透明电极，
所述第二p型接触层具有与所述透明电极接触的接触表面；并且
所述接触表面中的Al的组成为0至0.01。
8.一种用于制造III族氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括：
在基底上形成n型半导体层；
在所述n型半导体层上形成发光层；以及
在所述发光层上形成p型半导体层，其中
所述III族氮化物半导体发光器件的发光波长为380nm或更小，
所述形成p型半导体层包括：
从所述发光层侧形成第一p型接触层；以及
在所述第一p型接触层上形成第二p型接触层；
在所述形成第一p型接触层中，
形成p型AlGaN层作为所述第一p型接触层；并且
所述第一p型接触层中的Al的组成随距所述发光层的距离的增加而减小；
在所述形成第二p型接触层中，
形成p型AlGaN层作为所述第二p型接触层；
所述第二p型接触层中的Al的组成随距所述发光层的距离的增加而减小，
所述第二p型接触层中的所述Al的组成低于所述第一p型接触层中的所述Al的组成；以及
所述第二p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率高于所述第一p型接触层中相对单位厚度的Al的组成变化率。
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