CN1943048A - 磷化硼基半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
一种磷化硼基半导体发光器件包括：硅单晶衬底；第一立方磷化硼基半导体层，设置在所述衬底的表面上，且包含双晶；发光层，由六角III族氮化物半导体构成，且设置在所述第一立方磷化硼基半导体层上；以及第二立方磷化硼基半导体层，设置在所述发光层上，包含双晶，且其导电类型与所述第一立方磷化硼基半导体层的导电类型不同。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是基于35U.S.C§111(a)提交的申请，根据35U.S.C§119(e)(1)，要求根据35U.S.C§111(b)于2004年3月17日提交的临时申请No.60/553,531的优先权。
技术领域
本发明涉及一种磷化硼基半导体发光器件，其具有呈现宽带隙的磷化硼基半导体层，尽管该器件存在晶格失配结构，但仍可发射出高强度的光。
背景技术
常规地，n型或p型磷化硼(BP)基半导体层已经用于制造发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。例如，JP-A HEI 5-283744公开了由这样的半导体结构来制造蓝色LED，该半导体结构包括硅衬底以及依次形成在衬底上的n型BP层和氮化铝镓(AlGaN)层，其中对n型BP层故意添加硅(Si)。现有技术也公开了将镁(Mg)掺杂的p型BP层用作接触层，用来制造LED(参见现有技术中第[0023]段)。
如上所述，室温下呈现2.0eV带隙的磷化硼与III族氮化物半导体例如AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)结合使用，用于制造化合物半导体发光器件(例如，参见JP-A HEI 2-288388)。在上述发射波长对应于该宽带隙的蓝光的LED中，具体地说，磷化硼层作为其上生长III族氮化物半导体层的底层(base layer)，而不是作为覆层或类似的层(参见JP-A HEI 5-283744中第[0013]段)。
在晶体衬底例如硅单晶衬底上形成作为底层的磷化硼层的情况下，已知外延生长的磷化硼层表层的平面取向根据衬底表面的晶面取向来确定。例如，JP-A HEI 5-283744在第[0025]段中公开了在硅衬底的(100)晶面上生长(100)磷化硼层，以及在(100)磷化硼层的(100)晶面上生长立方AlGaInN层。另一方面，已知在硅衬底的(111)晶面上生长(111)磷化硼层，以及在(111)磷化硼层的(111)晶面上生长六角AlGaInN层。
立方AlGaInN是发光层或类似层的有希望的备选者，但是其晶体结构不如六角III族氮化物半导体的晶体结构稳定(参见JP-A HEI 5-283744中第[0002]段)。由此，与六角III族氮化物半导体相比，立方半导体不能以稳定态形成，这是有问题的。
如上所述，已经努力在形成于硅衬底(111)晶面上的磷化硼(111)晶面上生长具有更加稳定的晶体结构的六角AlGaInN层。然而，仅在从与磷化硼底层的结界面至小于50nm的厚度的有限部分中，形成了不包含立方晶体的六角晶体层中的部分(参见JP-A HEI 5-283744中第[0025]段)。
换句话说，即使有意在具有(111)硅衬底的磷化硼基半导体层上形成足够厚度的六角III族氮化物半导体层，但成问题地很难实际形成半导体层。
鉴于此，实现了本发明。由此，本发明的一个目的是提供一种磷化硼基半导体发光器件，其中在设置于硅衬底上的磷化硼基半导体层上形成足够厚度的高结晶度六角III族半导体层，由此呈现高发射强度。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供了一种磷化硼基半导体发光器件，所述器件包括：硅单晶衬底；第一立方磷化硼基半导体层，设置在所述衬底的表面上，且包含双晶；发光层，由六角III族氮化物半导体构成，且设置在所述第一立方磷化硼基半导体层上；以及第二立方磷化硼基半导体层，设置在所述发光层上，包含双晶，且其导电类型与所述第一立方磷化硼基半导体层的导电类型不同。
在提及的第一器件中，所述衬底是具有(111)晶面的(111)硅单晶衬底，以及所述第一立方磷化硼基半导体层设置在所述(111)晶面上。
在提及的第二器件中，所述第一立方磷化硼基半导体层具有与所述硅单晶的[110]方向对准的[110]方向。
在提及的第二或第三器件中，所述第一立方磷化硼基半导体层在与所述(111)硅单晶衬底的(111)晶面接触的结区域中包含(111)双晶，所述(111)双晶具有用作双晶面的(111)晶面。
在提及的第一至第四器件中的任何一者中，所述第一立方磷化硼基半导体层是未对其故意添加杂质元素的未掺杂层。
在提及的第一至第五器件中的任何一者中，所述发光层具有与所述第一立方磷化硼基半导体层的所述[110]方向对准的[-2110]方向，且具有用作前表面的(0001)晶面。
在提及的第一至第六器件中的任何一者中，所述发光层具有沿厚度方向从其底部逐渐降低的磷原子浓度分布。
在提及的第六器件中，所述第二立方磷化硼基半导体层具有与所述发光层的所述[-2110]方向对准的[110]方向。
在提及的第六至第八器件中的任何一者中，所述第二立方磷化硼基半导体层在与所述发光层的所述(0001)晶面接触的结区域中包含(111)双晶，所述(111)双晶具有用作双晶面的(111)晶面。
在提及的第六至第九器件中的任何一者中，所述第二立方磷化硼基半导体层是未对其故意添加杂质元素的未掺杂层。
在提及的第一至第十器件中的任何一者中，所述第一和第二立方磷化硼基半导体层呈现大于等于2.8eV的室温带隙。
在提及的第一至第十一器件中的任何一者中，所述第一和第二立方磷化硼基半导体层设置为用作覆层。
在提及的第一至第十一器件中的任何一者中，所述第二立方磷化硼基半导体层设置为用作窗口层，所述窗口层允许从所述发光层发射的光传送到外面。
在提及的第一至第十一器件中的任何一者中，所述第二立方磷化硼基半导体层设置为用作电流扩散层，所述电流扩散层允许器件工作电流扩散。
在提及的第一至第十一器件中的任何一者中，所述第二立方磷化硼基半导体层设置为用作形成电极的接触层。
根据本发明的磷化硼基半导体发光器件包括：硅单晶衬底；第一立方磷化硼基半导体层，设置在所述硅单晶衬底的表面上，且包含双晶；发光层，由六角III族氮化物半导体构成，且设置在所述第一立方磷化硼基半导体层上；以及第二立方磷化硼基半导体层，设置在所述发光层上，且包含双晶。换句话说，当第一立方磷化硼基半导体层在与其高度晶格失配的硅单晶衬底上生长时，在第一立方磷化硼基半导体层的结区域中引入双晶，由此，可以减轻该层与衬底之间的晶格失配。接着，在其晶格失配已减轻的第一立方磷化硼基半导体层上设置六角III族氮化物半导体发光层。所以，由此形成的发光层具有优良的结晶度，且可以有足够的层厚，从而获得高发射强度。
当在六角III族氮化物半导体发光层上生长第二立方磷化硼基半导体层时，在第二立方磷化硼基半导体层的结区域中引入双晶，从而可以减轻发光层与第二立方磷化硼基半导体层之间的晶格失配，由此降低第二立方磷化硼基半导体层的晶格失配。由此，可制造呈现优良阻断电压(blockingvoltage)特性而很少有局部击穿的发光层。
下面，由在此参考附图的说明，对于本领域的技术人员来说，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明用于制造LED的具有双异质(DH)结结构的层叠结构的示意性截面图。
具体实施方式
下面，将详细说明用于实施本发明的实施例。
用于本发明中的磷化硼基半导体包含作为主要元素的硼(B)和磷(P)。其实例包括BαAlβGaγIn1-α-β-γP1-δAsδ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)、BαAlβGaγIn1-α-β-γP1-δNδ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)、一磷化硼(BP)、磷化硼、磷化镓铟硼(BαGaγIn1-α-γP(0＜α≤1，0≤γ＜1))以及包含多种V族元素的混合晶体化合物，例如氮磷化硼(BP1-δNδ(0≤δ＜1))和砷磷化硼(BαP1-δAsδ(0≤α≤1，0≤δ≤1))。
根据Grimm-Sommerfeld定律(见Lecture of Basic IndustrialChemistry 5，Inorganic Industrial Chemistry，Asakura Shoten出版，6thedition，p.220，Feb.25(1973))，由III族元素，例如铝(Al)或镓(Ga)和V族元素，例如磷(P)或砷(As)构成的III-V族化合物半导体可以产生立方的闪锌矿晶形或六角的纤锌矿晶形。常规地，六角磷化硼用作生长III族氮化物半导体层的底层(见上述JP-A HEI 5-283744)。然而，根据本发明，磷化硼基半导体发光器件由立方闪锌矿晶形的磷化硼半导体层制造。在立方闪锌矿半导体晶体中，价带侧的能级简并。所以，与纤锌矿晶体相比，立方闪锌矿半导体晶体容易提供适合覆层或类似层的p型导体层。
为了确保形成立方闪锌矿晶形的磷化硼基半导体层，本发明采用这样的硅单晶衬底，其具有与立方闪锌矿晶形的磷化硼基半导体层的晶体结构相同的金刚石型晶体结构。在硅(Si)晶体衬底上，磷化硼基半导体层通过卤素方法、氢化物方法、MOCVD(金属有机化学气相沉积)或类似的方法形成。可选地，也可以采用分子束外延。在示例性的工序中，一磷化硼层通过采用三乙基硼烷((C2H5)3B)和磷化氢(PH3)的MOCVD形成。
在通过上述气相生长方法生长磷化硼基半导体层期间，即使硅单晶衬底表面具有除了(111)之外的晶面取向(例如，(100)或(110))，当膜形成时的源供给比率(即V/III比率)增大时，容易形成具有层叠的(111)晶面结构的(111)磷化硼基半导体层。然而，如果从开始就采用(111)硅单晶衬底，那么即使在低的V/III比率下，也可以生长(111)磷化硼基半导体层。所以，在本发明中，采用其表面具有(111)晶面的(111)硅单晶作为衬底。(111)硅单晶具有第一导电类型。当制造用于发光器件的层叠结构时，在第一导电类型的硅单晶衬底上沉积具有第一导电类型的磷化硼基半导体层。
通过采用其表面具有(111)晶面的(111)硅单晶衬底，即使在低的V/III比率下，也可生长(111)磷化硼基半导体层。单晶衬底有利于在未掺杂状态下形成p型BP层。例如，即使在低达10至50的V/III比率(PH3/(C2H5)3B供给比率)下进行MOCVD时，也可容易地在1,000℃至1,200℃下生长p型(111)磷化硼基半导体层。除了生长温度和V/III比率之外，还可通过精确控制生长速率，在(111)硅单晶衬底上形成具有宽带隙的(111)磷化硼基半导体层。生长速率适当地控制在2至30nm/min。
在(111)硅单晶衬底上气相生长(111)磷化硼基半导体层(例如，一磷化硼层)期间，当最初生长阶段的生长速率增加时，在与衬底的结附近的区域中有效地产生双晶。在相对于硅单晶的晶格失配度较大的情况下，在不极大地增加生长速率的条件下，在与衬底接触的结区域中容易地产生双晶。例如，在硅单晶(晶格常数＝5.4309)和磷化硼(晶格常数＝4.5383)(即晶格失配度约为16.4％)的结区域中，可以以20nm/min的生长速率和约5×1011cm-2的面密度产生双晶。双晶的面密度从磷化硼基半导体层的底部沿厚度方向减小。通过例如计算在透射电子显微镜下捕获的截面TEM图像中预定区域中的双晶数量，可确定双晶的面密度。
在结区域中产生的双晶可以减轻硅单晶衬底与磷化硼基半导体层之间的晶格失配，由此提供具有优良结晶度的磷化硼基半导体层。在立方闪锌矿磷化硼基半导体层中，双晶优选具有用作双晶面的(111)晶面。在双晶中，对于减轻(111)硅单晶衬底与磷化硼基半导体层之间的晶格失配，(111)双晶尤其有效。基于电子束衍射图像中的反常衍射斑，可以观察到在磷化硼半导体层中是否存在(111)双晶。
在化合物半导体发光器件中可以采用通过(111)双晶的产生提高了其结晶度且呈现宽带隙的(111)磷化硼基半导体层作为势垒层，例如覆层。特别地，优选采用呈现出大于等于2.8eV，希望地为大于等于3.5eV的室温带隙的磷化硼基半导体层。例如，覆层优选由这样的低电阻磷化硼基半导体层形成，室温下该层的载流子浓度大于等于1×1019cm-3，电阻率小于等于5×10-2Ω·cm。优选用于形成覆层的p型磷化硼基半导体层的厚度为50至5,000nm。
由(111)磷化硼基半导体构成且形成在(111)硅单晶衬底上的覆层或类似层对于在其上形成六角纤锌矿III族氮化物半导体层是有效的。在其表面具有(111)晶面的磷化硼基半导体层上，可生长具有(0001)晶面取向的发光层，例如氮化镓铟(GaXIn1-XN(0≤X≤1))或氮磷化镓(GaN1-YPY(0≤Y≤1))。其中平面晶格的[-2110]方向(a轴)与(111)磷化硼基半导体层的[110]方向对准的GaXIn1-XN(0≤X≤1)或类似的半导体适于形成发光层。当GaXIn1-XN具有包括不同铟含量(＝1-X)的多种相的多相结构时，可以有效地制造呈现较高发射强度的磷化硼基半导体发光器件。
当形成III族氮化物半导体的发光层时，磷原子浓度沿从第一立方磷化硼基半导体层(在衬底上)至第二立方磷化硼基半导体层(在发光层上)的方向降低，所形成的发光层呈现出对第一立方磷化硼基半导体层的优良的附着力，并发射出高强度的光。例如，在完成第一磷化硼基半导体层的气相生长后，用于生长的磷(P)源气体缓慢释放到生长系统外部，而用于生长用作发光层的III族氮化物半导体层的氮源气体缓慢供给到生长系统中，从而可以形成具有渐变磷原子浓度的发光层。在这种情况下，用于将磷源释放到生长系统外部的时间持续很长，发光层中磷原子浓度的降低分布变得平缓。从两层之间的附着力的观点，发光层底部(在第一磷化硼基半导体层侧)的磷原子浓度优选为5×1018cm-3至2×1020cm-3。从发射强度的观点，优选将发光层顶部(在第二磷化硼基半导体层侧)的磷原子浓度控制为5×1019cm-3或更低。通过二次离子质谱分析(SIMS)或类似的方法，可以确定发光层中的磷原子浓度分布。
具有上述取向条件的纤锌矿III族氮化物半导体层的(0001)晶面对于在其上形成(111)立方磷化硼基半导体层是有效的。当采用(0001)IH族氮化物半导体层(例如，具有(0001)表面的GaN层)时，以“双定位”的方式可以容易地生长(111)磷化硼基半导体层(见P.HIRSCH et al.，“ELECTRON MICROSCOPY OF THIN CRYSTAL，”Krieger Pub.Com.(1977，U.S.A.)，P.306)。其中[110]方向与[-2110]方向对准的(111)磷化硼基半导体层呈现出较小的晶格应变，且有效地用作覆层或窗口层，该窗口层允许可见光(蓝光、绿光等)传送到发光器件的外面。
在(0001)III族氮化物半导体层表面上生长(111)磷化硼基半导体层时，当结区域中引入(111)双晶时，可形成具有相当优良结晶度的(111)磷化硼基半导体层。为了在结区域中形成双晶，改变(111)磷化硼基半导体层的生长速率。具体地说，与其中在(111)硅单晶衬底上生长(111)磷化硼基半导体层的情况相比，降低最初生长阶段的生长速率。例如，该生长速率优选2至10nm/min。随着层厚度的增加，逐渐提高生长速率(例如，提高至20至30nm/min)，由此在短时间内生长磷化硼基半导体层，防止了高挥发性元素例如磷(P)的损失，从而可获得具有所关心的导电类型和载流子浓度的磷化硼基半导体层。
设置在(0001)III族氮化物半导体层上的呈现出宽带隙的(111)磷化硼基半导体层可以用作覆层、窗口层或接触层。当带隙大于约5eV时，半导体层与发光层之间的能级间隔过度增大，且削弱呈现低正向电压或低阈值电压的磷化硼基半导体发光器件的生产，即使这有利于传输发射的光。可以基于折射率和消光系数的波长可分散性确定带隙。无论层的类型(即，覆层、窗口层或接触层)如何，未对其故意添加杂质元素的未掺杂的磷化硼基半导体层可以有效地防止由掺杂的杂质元素的扩散所引起的其它层的不期望的改性。
通过在均由包含上述双晶的磷化硼基半导体层构成的覆层、窗口层或接触层的表面上设置第一极性的欧姆电极和在硅单晶衬底或类似层的背面上设置第二极性的欧姆电极，制造本发明的磷化硼基半导体发光器件。在n型磷化硼基半导体层上，可以由金-锗(Au-Ge)合金或类似的材料形成n型欧姆电极，而在p型磷化硼基半导体层上，可以由金-锌(Au-Nn)合金、金-铍(Au-Be)合金或镍(Ni)合金形成p型欧姆电极。当制造具有500μm或更长边长的宽面积LED时，在磷化硼基半导体层表面的宽区域内设置多个小的圆形(例如，直径：20至50μm)欧姆电极是有效的，这些电极相互电连接。通过采用该电极结构，器件工作电流可以在宽的层表面内扩散，这有利于制造呈现高发射强度或具有宽发射面积的LED。
实例：
下面，将参考这样的磷化硼基LED的制造详细说明本发明，该磷化硼基LED包括形成在(111)硅单晶衬底上的(111)磷化硼(BP)层和形成(111)BP层上的(0001)氮化镓铟发光层。
图1示意性示出了根据本发明用于制造LED的具有双异质(DH)结结构的层叠结构的截面图。图1中，提供了用于制造LED芯片10的层叠结构11。
层叠结构11通过在磷掺杂的n型(111)硅(Si)单晶衬底101上顺序层叠未掺杂的n型(111)磷化硼下覆层102、多量子阱结构发光层103和未掺杂的p型(111)磷化硼上覆层104而形成，其中多量子阱结构发光层103包括重复(3次)层叠的n型(0001)氮化镓铟(Ga0.90In0.10N)阱层和(0001)氮化镓势垒层。
与下覆层102接触的在发光层103中的底层是阱层，并且在该阱层上，顺序层叠势垒层、阱层、势垒层、阱层和势垒层。最上面的势垒层与上覆层104接触。
利用三乙基硼烷((C2H5)3B)作为硼源以及磷化氢(PH3)作为磷源，通过常压(接近大气压)金属有机气相外延(MOVPE)方法，形成未掺杂的n型(111)磷化硼层(下覆层102)和未掺杂的p型(111)磷化硼层(上覆层104)。分别在925℃和1,025℃下形成n型(111)磷化硼层(下覆层102)和p型(111)磷化硼层(上覆层104)。在800℃下，通过三甲基镓((CH3)3Ga/NH3/H3)反应大气压MOCVD方法形成发光层103。形成阱层的上述氮化镓铟层具有多相结构，该多相结构包括具有不同铟含量的多种相。发现铟的平均含量为0.10(＝10％)。每个阱层的厚度为5nm，以及每个势垒层的厚度为10nm。
在(111)硅单晶衬底101上生长用作下覆层102的(111)磷化硼层的最初阶段中，将生长速率控制在25nm/min。直到层厚度达到50nm，生长均在同一速率下进行。接着，将生长速率降低至20nm/min，继续进行生长，直至总的层厚度达到600nm。另一方面，在由(0001)III族氮化物半导体构成的发光层103上生长上覆层104的最初阶段中，将生长速率控制在10nm/min，接着生长速率升至20nm/min，由此生长出总厚度为200nm的p型上覆层104。以10nm/min的低生长速率生长出的层的部分具有25nm的厚度。
发现用作下覆层102的未掺杂的n型(111)磷化硼层的载流子(空穴)浓度为6×1019cm-3，室温下的电阻率为8×10-3Ω·cm。发现用作上覆层104的未掺杂的p型(111)磷化硼层的载流子(空穴)浓度为2×1019cm-3，室温下的电阻率为5×10-2Ω·cm。
根据光子能量对折射率(n)和消光系数(k)的乘积(＝n·k)的两倍值(＝2n·k)的依赖性，确定室温下的带隙。结果，发现用作下覆层102的n型(111)磷化硼层的带隙为3.1eV，用作上覆层104的p型(111)磷化硼层的带隙为4.2eV。由此，由p型磷化硼构成的上覆层104可以视为p型覆层的候选，也可以作为窗口层，用于传输从发射层103发射的光。
从与(111)硅单晶衬底101和下覆层102之间的结区域相对应的n型(111)磷化硼层的内部部分(即从与衬底101的结界面至n型磷化硼层的50nm厚度的部分)获得的选择区域电子束衍射(SAD)图形包含由(111)双晶引起的反常衍射斑。这些反常斑规则地分布在{111}衍射斑之间，其间距为{111}衍射斑间距的1/3，表明这些双晶是(111)双晶。
从与(0001)III族氮化物半导体发光层103和上覆层104之间的结区域相对应的p型(111)磷化硼层的内部部分(即从与多量子阱结构发光层103的结界面至p型磷化硼层的25nm厚度的部分)获得的另一选择区域电子束衍射(SAD)图形也包含由双晶引起的反常衍射斑。由此，在两个结区域中都观察到(111)双晶。
通过常规截面TEM技术，捕获上述各结区域的晶格图像，并从图像中计数出(111)双晶的数量。发现在(111)硅单晶衬底101和n型下覆层102之间的结界面附近的区域中的(111)双晶的面密度为约6×1011cm-2。(111)双晶的面密度沿厚度方向逐渐减小，并发现在n型下覆层102表面附近的区域中面密度为7×108cm-2。
发现与(0001)III族氮化物半导体发光层103和上覆层104之间的结区域相对应的p型(111)磷化硼层中的(111)双晶的面密度为约2×1010cm-2。(111)双晶的面密度大幅减小，并发现在上覆层表面附近的区域中面密度约为5×107cm-2。
通过在常规透射电子显微镜(TEM)下的观察，研究各外延生长层102至104的取向特性。具体地说，捕获关于与(111)硅单晶衬底101的[110]方向相平行的入射电子束的TED图形。从用作下覆层102的n型磷化硼层，获得了关于(110)晶面的反转晶格(reverse lattice)图形，这表明n型(111)磷化硼层的[110]方向与硅单晶衬底101的[110]方向对准。TED图形还表明，p型(111)磷化硼层(上覆层104)如此生长，以使[110]方向与六角III族氮化物半导体发光层103的[-2110]方向对准。
下覆层102的生长完成后，逐渐降低对生长系统的用于生长下覆层102的磷化氢(PH3)气体的供给，在五秒钟内其流速由430cc/min降至0cc/min，而不是立即停止供给。为了研究发光层103中上述操作对磷原子浓度分布的影响，通过常规SIMS分析沿厚度方向发光层103中磷原子浓度的分布。结果，与下覆层102最邻近的阱层的平均磷原子浓度为约9×1019cm-3。存在于发光层103中部的阱层的平均磷原子浓度为约2×1019cm-3。
与上覆层104最邻近的阱层的平均磷原子浓度为约6×1018cm-3，这表明磷原子浓度沿发光层103的厚度方向降低。
在用作上覆层104并用作通过其提取发射的光的窗口层的p型磷化硼层的整个表面上，通过常规真空气相沉积，顺序沉积金-锗(Au-Ge)合金膜、镍(Ni)膜和金(Au)膜。随后，通过公知的光刻技术选择性地构图金属膜，以使其底层由Au-Ge合金膜形成的上述三层电极仅保留在上覆层104的中心部分，在该中心部分将要设置还用作引线接合的衬垫电极的p型欧姆电极105。除了设置p型欧姆电极105的区域外，通过蚀刻去除金属膜，以便露出上覆层104的表面。去除光致抗蚀剂材料后，再次选择性地构图覆层，以提供用于将结构切割成芯片的网格图形的沟槽。此后，采用含氯的卤素混合气体，通过等离子体干法蚀刻仅仅去除由此形成的上覆层104的网格图形，从而形成用于将结构切割成芯片的沟槽。
在硅单晶衬底101的整个背面上，通过常规气相衬底技术沉积金(Au)膜，并由该金膜形成n型欧姆电极106。沿上述窄条状沟槽解理该结构，由此产生方形(350μm×350μm)LED芯片10，其中该沟槽具有50μm线宽，并设置为平行于与硅单晶衬底101的(111)表面垂直的[110]方向。
当使正向器件工作电流(20mA)在p型欧姆电极105和n型欧姆电极106之间流动时，评价LED芯片10的发射特性。发现LED芯片10发射波长为440nm的蓝光。发现在发射光谱中观察到的发射峰值半宽为220meV。通过典型积分球确定的树脂模塑前从各芯片发射的光的亮度为10mcd。发现在正向电流为20mA时，正向电压(Vf)低达3.1V，而在反向电流为10μA时，反向电压高达9.5V。事实上，没有观察到局部击穿。
工业适用性：
如上所述，根据本发明，在由生长在高度晶格失配的硅单晶衬底上的磷化硼基半导体层制造磷化硼基半导体发光器件的情况下，使由(0001)III族氮化物半导体构成的发光层与包含(111)双晶的(111)磷化硼基半导体层结合，该双晶减轻与硅衬底或类似材料的晶格失配。由此，可生产出具有高结晶度的发光层，并且由该发光层制造的磷化硼基半导体发光器件可发射高强度的光。
此外，由包含(111)双晶的低晶格应变(111)磷化硼半导体层形成上覆层，其中上覆层与由(0001)III族氮化物半导体构成的发光层结合并且还用作窗口层，包含(111)双晶的低晶格应变(111)磷化硼半导体层如此取向，以使[110]方向与发光层的[-2110]方向对准。由此，可提供呈现优良阻断电压特性而很少有局部击穿的磷化硼基半导体LED和类似器件。
Claims (15)
1.一种磷化硼基半导体发光器件，包括：
硅单晶衬底；
第一立方磷化硼基半导体层，设置在所述衬底的表面上，且包含双晶；
发光层，由六角III族氮化物半导体构成，且设置在所述第一立方磷化硼基半导体层上；以及
第二立方磷化硼基半导体层，设置在所述发光层上，包含双晶，且其导电类型与所述第一立方磷化硼基半导体层的导电类型不同。
2.根据权利要求1的磷化硼基半导体发光器件，其中所述衬底是具有(111)晶面的(111)硅单晶衬底，以及所述第一立方磷化硼基半导体层设置在所述(111)晶面上。
3.根据权利要求2的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第一立方磷化硼基半导体层具有与所述硅单晶的[110]方向对准的[110]方向。
4.根据权利要求2或3的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第一立方磷化硼基半导体层在与所述(111)硅单晶衬底的(111)晶面接触的结区域中包含(111)双晶，所述(111)双晶具有用作双晶面的(111)晶面。
5.根据权利要求1至4中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第一立方磷化硼基半导体层是未对其故意添加杂质元素的未掺杂层。
6.根据权利要求1至5中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述发光层具有与所述第一立方磷化硼基半导体层的所述[110]方向对准的[-2110]方向，且具有用作前表面的(0001)晶面。
7.根据权利要求1至6中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述发光层具有沿厚度方向从其底部逐渐降低的磷原子浓度分布。
8.根据权利要求6的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第二立方磷化硼基半导体层具有与所述发光层的所述[-2110]方向对准的[110]方向。
9.根据权利要求6至8中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第二立方磷化硼基半导体层在与所述发光层的所述(0001)晶面接触的结区域中包含(111)双晶，所述(111)双晶具有用作双晶面的(111)晶面。
10.根据权利要求6至9中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第二立方磷化硼基半导体层是未对其故意添加杂质元素的未掺杂层。
11.根据权利要求1至10中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第一和第二立方磷化硼基半导体层呈现大于等于2.8eV的室温带隙。
12.根据权利要求1至11中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第一和第二立方磷化硼基半导体层设置为用作覆层。
13.根据权利要求1至11中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第二立方磷化硼基半导体层设置为用作窗口层，所述窗口层允许从所述发光层发射的光传送到外面。
14.根据权利要求1至11中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第二立方磷化硼基半导体层设置为用作电流扩散层，所述电流扩散层允许器件工作电流扩散。
15.根据权利要求1至11中任何一项的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第二立方磷化硼基半导体层设置为用作形成电极的接触层。
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