DE112004001447B4

DE112004001447B4 - Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung

Info

Publication number: DE112004001447B4
Application number: DE112004001447T
Authority: DE
Inventors: Suk-Hun Lee
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: Suzhou Lekin Semiconductor Co Ltd Taicang Cn
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: CA2528719A1; US7429756B2; WO2005038937A1; JP2006527500A; DE112004001447T5; CN1802757A; CN100466307C; US20060192195A1; KR20050036721A; KR100641989B1; CA2528719C

Abstract

Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung, die folgendes aufweist:
eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht;
eine Verspannungssteuerschicht, die über der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist;
eine aktive Schicht, die oberhalb der Verspannungssteuerschicht gebildet ist;
eine SiN_a-Clusterschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet ist;
eine p-Typ Nitridhalbleiterschicht, die oberhalb der SiN_a-Clusterschicht gebildet ist; und
eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der p-Typ Nitridhalbleiterschicht gebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Nitridhalbleiter, und insbesondere auf eine Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung zum Verbessern einer Lichtausgabe und einer Zuverlässigkeit.
Hintergrundtechnik
Im Allgemeinen wird ein GaN-basierter Nitridhalbleiter an eine optischen Einrichtung, wie z. B. eine blaue/grüne LED, und eine elektronische Einrichtung mit einer Charakteristik bzw. Kennlinie eines Schaltens mit hoher Geschwindigkeit und einer hohen Ausgabe in ihrem Anwendungsfeld, wie z. B. einen Metallhalbleiterfeldeffekttransistor (MESFET; Metal Semiconductor Field Effect Transistor) und Hochelektronmobilitätstransistor (HEMT; High Electron Mobility Transistor), angewendet. Genauer befindet sich die blaue/grüne LED in der Massenproduktion und ihr weltweiter Verkauf nimmt exponentiell zu. Eine derartige GaN-basierte Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung wird hauptsächlich auf einem Saphirsubstrat oder einem SiC-Substrat gewachsen. Zusätzlich wird eine polykristalline dünne Schicht bzw. Film einer Al_yGa_1-yN-Schicht als eine Pufferschicht auf dem Saphirsubstrat oder dem SiC-Substrat bei einer niedrig Wachstumstemperatur gewachsen. Danach wird eine undotierte GaN-Schicht, eine Si-dotierte n-GaN-Schicht oder eine Kombination davon auf der Pufferschicht bei einer hohen Temperatur gewachsen, um die Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung mit einer n-GaN-Schicht, die als eine erste Elektrodenkontaktschicht funktioniert, und einer Magnesium-dotierten p-GaN-Schicht, die über der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist, um als eine zweite Elektrodenkontaktschicht zu funktionieren, herzustellen. Ferner ist eine Licht-emittierende Schicht eine PN-Übergangsdiode mit einer Sandwichstruktur, in welcher eine aktive Schicht mit einer Multi- bzw. Vielfach- bzw. Mehrfachquantentopfstruktur zwischen der ersten Elektrodenkontaktschicht und der zweiten Elektrodenkontaktschicht dazwischen angeordnet bzw. dazwischengesetzt ist.
Jedoch besitzt die oben aufgebaute Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung einen Nachteil dahingehend, dass ein sehr hoher Kristalldefekt von ungefähr 10⁸ cm³ bei einer Grenzfläche bzw. Interface des Substrats und der Pufferschicht erzeugt wird, und demzufolge eine elektrische Charakteristik bzw. Kennlinie der Nitridhalbleiter-Licht-emittierenden Einrichtung, und speziell, ein Leckstrom unter einem Zustand einer Vorspannung (Biss) in Gegenrichtung erhöht wird, wodurch man einen kritischen Einfluss auf eine Zuverlässigkeit der Einrichtung hat.
Ferner besitzt die Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung einen Nachteil dahingehend, dass sie aufgrund einer niedrigen Luminanz bzw. Leuchtdichte nicht auf eine Einrichtung mit einem großen Schirm, die eine hohe Luminanz erfordert, anwendbar ist. Deshalb wird eine Lösung zum Verbessern der Zuverlässigkeit der Licht-emittierenden Einrichtung und zum Erhöhen der Luminanz bzw. Leuchtdichte kontinuierlich studiert.
Zum Stand der Technik wird auf die japanische Patentveröffentlichung JP 09232629 A hingewiesen, aus welcher ein Halbleiterelement bekannt ist. Dabei ist eine n-GaN-Schicht vom kubischen Kristalltyp mit einer Wachstumsoberfläche auf einem Saphirsubstrat gebildet und mit einer deformierten Übergitterstruktur, auf der eine n-GaN-Schicht und eine n-H1GaN-Schicht alternierend in kritischer Schichtdicke oder weniger gewachsen sind, falls darauf gebildet. Eine n-GaN-Schicht, eine Überzugsschicht, eine aktive Schicht, eine Überzugsschicht und eine Kontaktschicht werden sukzessive darauf gewachsen.
Aus der US-Patentschrift US 5 929 466 A ist eine Halbleitereinrichtung bekannt, die ein Einkristallsubstrat aufweist. Darauf ist eine Kernbildungspufferschicht und eine Laminierungsschicht gebildet. Die Laminierungsschicht weist eine Vielzahl von Al_1-x-yGa_xIn_yN (0 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1, x + y ≤ 1) Schichten auf, die oberhalb der Kernbildungspufferschicht laminiert sind. Die Kernbildungsschicht ist aus Al_1-s-tGa_sIn_tN (0 ≤ s ≤ 1, 0 ≤ t ≤ 1, s + t ≤ 1) gebildet und ist auf einer Oberfläche des Substrats derart gebildet, dass die Kernbildungspufferschicht eine Anzahl von kleinen Löchern zur Steuerung der Polarität und Bildung der Kerne besitzt.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 13 395 A1 ist eine Indium enthaltende Glättungsstruktur zwischen einem Substrat und dem aktiven Gebiet einer Licht emittierenden III-Nitrid-Anordnung gebildet, um die Oberflächeneigenschaften der Schichten der Anordnung zu verbessern. Bei manchen Ausführungsformen ist dabei die Glättungsstruktur eine einzelne Schicht, die von dem aktiven Gebiet durch eine Spacerschicht getrennt ist, die typischerweise kein Indium enthält. Die Glättungsschicht enthält einen Anteil Indium der niedriger ist als der des aktiven Gebiets, und wird typischerweise bei höherer Temperatur als das aktive Gebiet aufgebracht.
Aus der internationalen Patentveröffentlichung WO 02/103814 A1 ist eine Licht emittierende Diode bekannt. Die Diode weist folgendes auf: ein Siliziumkarbidsubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine erste Galliumnitridschicht oberhalb des SiC-Substrats mit demselben Leitfähigkeitstyp wie das Substrat, ein Übergitter auf der GaN-Schicht gebildet aus einer Vielzahl von sich wiederholenden Sätzen von alternierenden Schichten, die aus GaN, InGaN, und AlInGaN ausgewählt werden, eine zweite GaN-Schicht auf dem Übergitter mit demselben Leitfähigkeitstyp wie die erste GaN-Schicht, einen mehrfachen Quantentopf auf der zweiten GaN-Schicht, eine dritte GaN-Schicht auf dem mehrfachen Quantentopf, eine Kontaktstruktur auf der dritten GaN-Schicht mit dem entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu dem Substrat und der ersten GaN-Schicht, einen Ohmschen Kontakt zu dem SiC-Substrat und einen Ohmschen Kontakt zu der Kontaktstruktur.
Aus der koreanischen Patentveröffentlichung KR 10 2002 00 79 659 A ist eine AlGaInN-Halbleiter LED bekannt. Die AlGaInN-Halbleiter LED ist vorgesehen, um eine externe Quanteneffizienz zu verbessern, indem eine n-InGaN-Schicht auf p-GaN gebildet wird und ein vorbestimmter Teil des n-InGaN geätzt wird. Dabei ist eine Pufferschicht, eine n-GaN-Schicht, eine InGaN/GaN aktive Schicht, eine p-GaN-Schicht und eine n-InGaN-Kristallschicht auf der Oberseite eines Substrats in einer aufeinanderfolgenden Ordnung gebildet.
In der nachveröffentlichten internationalen Patentveröffentlichung WO 2004/114421 A1 ist eine Licht-emittierende Einrichtung unter Verwendung eines Nitridhalbleiters und ein Herstellungsverfahren derselben beschrieben. Die Licht-emittierende Einrichtung weist dabei folgendes auf: ein Substrat; eine Pufferschicht, die oberhalb des Substrats gebildet ist; eine erste In-dotierte GaN-Schicht, die oberhalb der Pufferschicht gebildet ist; eine In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht, die oberhalb der ersten In-dotierten GaN-Schicht gebildet ist; eine erste Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht gebildet ist; eine aktive Schicht, die oberhalb der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist und funktioniert, um Licht zu emittieren; eine zweite In-dotierte GaN-Schicht; eine GaN-Schicht, die oberhalb der zweiten In-dotierten GaN-Schicht gebildet ist; und eine zweite Elektrodenschicht, die oberhalb der GaN-Schicht gebildet ist.
Offenbarung
Technisches Problem
Demzufolge bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Nitridhalbleiter-Lichtemittierende Einrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben, das eines oder mehrere der Probleme aufgrund von Beschränkungen und Nachteilen der verwandten Technik wesentlich vermeidet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Nitridhalbleiter-Lichtemittierende Einrichtung vorzusehen, bei der eine aktive Schicht eine verbesserte Kristallinität, und eine verbesserte Lichtausgabe und Zuverlässigkeit besitzen kann.
Technische Lösung
Um diese und andere Vorteile zu erreichen und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie sie ausgeführt und in breitem Umfang beschrieben wird, ist eine Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist: eine n-Typ Nitridhalbleiterschicht; eine In-enthaltende Super- bzw. Übergitterstrukturschicht, die oberhalb der n-Typ Nitridhalbleiterschicht gebildet ist; eine erste Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der Übergitterstrukturschicht gebildet ist; eine erste Clusterschicht, die oberhalb der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist; eine erste In-enthaltende Galliumnitridschicht, die oberhalb der ersten Clusterschicht gebildet ist; eine zweite Clusterschicht, die oberhalb der ersten Inenthaltenden Galliumnitridschicht gebildet ist; eine aktive Schicht, die oberhalb der zweiten Clusterschicht gebildet ist, um Licht zu emittieren; eine p-Typ Nitridhalbleiterschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet ist; und eine zweite Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der p-Typ Nitridhalbleiterschicht gebildet ist.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nitridhalbleiter-Lichtemittierende Einrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist: eine erste Elektrodenkontaktschicht; eine erste Clusterschicht, die oberhalb der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist; eine erste In-enthaltende Galliumnitridschicht, die oberhalb der ersten Clusterschicht gebildet ist; eine zweite Clusterschicht, die oberhalb der ersten In-enthaltenden Galliumnitridschicht gebildet ist; eine aktive Schicht, die oberhalb der zweiten Clusterschicht gebildet ist; und eine p-Typ Nitridhalbleiterschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet ist.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nitridhalbleiter-Lichtemittierende Einrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist; eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht; eine erste SiN_a-Clusterschicht, die oberhalb der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist; eine erste In-enthaltende Galliumnitridschicht, die oberhalb der ersten SiN_a-Clusterschicht gebildet ist; eine zweite SiN_a-Clusterschicht, die oberhalb der ersten Inenthaltenden Galliumnitridschicht gebildet ist; eine aktive Schicht, die oberhalb der zweiten SiN_a-Clusterschicht gebildet ist, um Licht zu emittieren; eine p-Typ Galliumnitridschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet; und eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der p-Typ Galliumnitridschicht gebildet ist.
In einem anderen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist: eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht; eine Verspannungs- bzw. Strainsteuerschicht, die über der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist; eine aktive Schicht, die über der Verspannungssteuerschicht gebildet ist, um Licht zu emittieren, um eine In_yGa_1-yN-Topfschicht, eine SiN_a- Clusterschicht mit einer Dicke von atomarer Skala, und eine In_zGa_1-zN-Barrierenschicht zu besitzen; eine p-Typ Galliumnitridschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet ist; und eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der p-Typ Galliumnitridschicht gebildet ist.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist: eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht; eine Verspannungs- bzw. Strainsteuerschicht, die über der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist; eine aktive Schicht, die über der Verspannungssteuerschicht gebildet ist; eine SiN_a-Clusterschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet; eine p-Typ Nitridhalbleiterschicht, die oberhalb der SiN_a-Clusterschicht gebildet ist; und eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der p-Typ Nitridhalbleiterschicht gebildet ist.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist: eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht; eine Verspannungs- bzw. Strainsteuerschicht, die über der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet; eine aktive Schicht, die über der Verspannungssteuerschicht gebildet ist, um eine erste Quantentopfschicht, eine zweite Quantentopfschicht, und eine In_xGa_1-x-N-Schicht, die zwischen der ersten Quantentopfschicht und der zweiten Quantentopfschicht angeordnet ist, zu besitzen; eine p-Typ Nitridhalbleiterschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet; und eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der p-Typ Nitridhalbleiterschicht gebildet ist.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist: eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht; eine aktive Schicht, die über der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist, um Licht zu emittieren; eine p-Typ Nitridhalbleiterschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet; und eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der p-Typ Nitridhalbleiterschicht gebildet ist, um eine In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstruktur zu besitzen.
Vorteilhafte Effekte
Die Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung und das Verfahren zur Herstellung derselben besitzen einen Vorteil dahingehend, dass die Licht-emittierende Schicht der Nitridhalbleiter-Licht-emittierenden Einrichtung eine verbesserte Kristallinität, und die verbesserte Lichtausgabe und Zuverlässigkeit besitzen kann.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die eine Schichtstruktur einer Nitridhalbleiter-Licht-emittierenden Einrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Ansicht, die eine Schichtstruktur einer Nitridhalbleiter-Licht-emittierenden Einrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine Ansicht, die eine Stromcharakteristik bzw. -kennlinie einer Nitridhalbleiter-Licht-emittierenden Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beste Art
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist eine Ansicht, die eine Schichtstruktur einer Nitridhalbleiter-Licht-emittierenden Einrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 1 besitzt die Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Pufferschicht 104, die auf einem Substrat 102 gebildet ist. Hier kann die Pufferschicht 104 gebildet sein, um eine AlInN-Struktur, eine InGaN/GaN-Übergitterstruktur, eine In_xGa_1-xN/GaN-geschichtete Struktur, eine Al_xIn_yGa_1-xN/In_zGa_1-zN/GaN-geschichtete Struktur oder eine AlInN/GaN-geschichtete Struktur besitzen. Zusätzlich ist eine In-dotierte GaN-Schicht 106 auf der Pufferschicht 104 gebildet und eine In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 108 ist auf der In-dotierten GaN-Schicht 106 gebildet. Ferner ist eine In-dotierte GaN-Schicht 110 auf der In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 108 gebildet und eine In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 112 ist zusätzlich auf der in In-dotierten GaN-Schicht 110 gebildet. Hier können die In-dotierte GaN-Schicht und die In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht ebenfalls zusätzlich wiederholt und in einer Mehr- bzw. Vielzahl gebildet sein.
Zusätzlich ist eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht auf der In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 112 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung verwendet eine Si-In-kodotierte GaN-Schicht 114 als die erste Elektrodenkontaktschicht. Das Kodotieren von Silizium und Indium kann einen niedrigen Kontaktwiderstand verursachen und kann die Verrin gerung der Kristallinität abhängig von der Zunahme einer dotierten Menge von Silizium unterdrücken.
Zusätzlich wird eine erste SiN_a-Clusterschicht 116 („a” bezeichnet irgendeinen Wert, der Null übersteigt, und er ist derselbe im Folgenden) auf der Si-In kododierten GaN-Schicht 114 gebildet und eine erste In_zGa_1-zN-Schicht 118, die weniger dotiertes Indium enthält, auf der ersten SiN_a-Clusterschicht 116. Eine zweite SiN_a-Clusterschicht 120 wird erneut auf der ersten In_zGa_1-zN-Schicht 118 gebildet. Zu dieser Zeit werden die erste SiN_a-Clusterschicht 116 und die zweite SiN_a-Clusterschicht 120 gebildet, um Dicken von atomarer Skala zu besitzen.
Eine aktive Schicht wird auf der zweiten SiN_a-Clusterschicht 120 gebildet, um Licht zu emittieren. In der vorliegenden Erfindung ist die aktive Schicht gebildet, um eine einzige bzw. einzelne Quantentopfstruktur oder eine Vielfach- bzw. Mehrfach- bzw. Multiquantentopfstruktur, die eine In_xGa_1-xN-Topfschicht/In_yGa_1-yN-Barrierenschicht aufweist, zu besitzen. Die SiN_a-Clusterschicht ist jeweils zwischen der In_xGa_1-xN-Topfschicht 122 und der In_yGa_1-yN-Barrierenschicht 126 gebildet.
Anders ausgedrückt kann die aktive Schicht gebildet sein, um die einzige Quantentopfstruktur zu besitzen, welche die In_xGa_1-xN-Topfschicht/SiN_a-Clusterschicht/In_yGa_1-yN-Barrierenschicht 122, 124 und 126 aufweist. Zusätzlich kann die Vielfachquantentopfstruktur, welche die In_xGa_1-xN-Topfschicht/SiN_a-Clusterschicht/In_yGa_1-yN-Barrierenschicht 128, 130 und 132 besitzt, ebenfalls über der Quantentopfstruktur gebildet sein, welche die In_xGa_1-xN-Topfschicht/SiN_a-Clusterschicht/In_yGa_1-yN-Barrierenschicht 122, 124 und 126 besitzt. Detaillierte Zusammensetzungsverhältnisse der Topfschicht, der Clusterschicht und der Barrierenschicht können ebenfalls bei jeder Schicht unterschiedlich sein.
Ferner ist eine p-GaN-Schicht 136 auf der oben aufgebauten bzw. strukturierten aktiven Schicht gebildet und eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht ist auf der p-GaN-Schicht 136 gebildet. In der vorliegenden Erfindung ist die zweite Elektrodenkontaktschicht gebildet, um eine Silizium-dotierte In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht, eine In_xGa_1-xN-Schicht einer Über- bzw. Superstufenstruktur bzw. Supergradingstruktur, wo eine Indiumzusammensetzung variiert wird, um eine Energiebandlücke zu steuern, oder eine (In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitter)/n-GaN-geschichtete Strukturschicht zu besitzen. Ferner ist eine SiN_a-Clusterschicht 134 zusätzlich zwischen der aktiven Schicht und der p-GaN-Schicht 136 gebildet. Zu dieser Zeit ist die SiN_a-Clusterschicht 134 gebildet, um eine Dicke von atomarer Skala zu besitzen.
Die oben beschriebene Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung besitzt einen n-/p-/n-Übergang. Der n-/p-/n-Übergang weist die Si-In kodotierte GaN-Schicht 114, die als die erste Elektrodenkontaktschicht funktioniert, und die Si-dotierte n-In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 138, die als die zweite Elektrodenkontaktschicht funktioniert, auf. Hier sind (nicht gezeigte) Elektroden jeweils unter Verwendung der ersten Elektrodenkontaktschicht und der zweiten Elektrodenkontaktschicht in einem sequenziellen Prozess gebildet und eine Spannung wird durch die Elektroden angelegt.
Ferner, um eine Lichtausgabe und eine Zuverlässigkeit der Nitridhalbleiter-Licht-emittierenden Einrichtung zu verbessern, bevor die aktive Schicht gewachsen wird, werden die SiN_a-Clusterschichten 116 und 120 von atomarer Skala gewachsen, und zwar vor und nachdem die niedermole In_zGa_1-zN-Schicht 118 gewachsen wird, um einen niedrigen Indiumgehalt zu besitzen (SiN_a/niedermoles In_xGa_1-xN/SiN_a). Der obige Aufbau erlaubt der niedermolen In_zGa_1-zN-Schicht 118 eine Verspannung bzw. Beanspruchung bzw. Strain der aktiven Schicht zu steuern und gestattet, dass eine interne Quanteneffizienz der aktiven Schicht verbessert wird. Ferner können die SiN_a-Clusterschichten 116 und 120 eine präzise Steuerung der Verspannung gestatten.
Außerdem, sogar wenn die aktive Schicht gebildet wird, werden die SiN_a-Clusterschichten 124 und 130 erneut zwischen den In_xGa_1-xN-Topfschichten 122 und 128 und den In_yGa_1-yN-Barrierenschichten 126 und 132 in derselben Art dazwischengesetzt (In_xGa_1-xN/SiN_a/In_yGa_1-yN). Durch Dazwischenanordnen bzw. -setzen der SiN_a-Clusterschichten 124 und 130 kann die interne Quanteneffizienz der aktiven Schicht verbessert werden.
Ferner, um ein Eindiffundieren von Magnesium aus einer Magnesium-dotierten P-GaN-Schicht 136 zu der aktiven Schicht zu unterdrücken, wird die SiN_a-Clusterschicht 134 von atomarer Skala gebildet, nachdem die letzte In_xGa_1-x-Barrierenschicht 132 gewachsen wird. Deshalb kann ein Nachteil eines hohen Kontaktwiderstands, der durch eine niedrige Magnesiumdotierungseffizienz der p-GaN-Schicht 136, die als eine herkömmliche zweite Elektrodenschicht verwendet wird, und ein Nachteil einer Zuverlässigkeit, die durch ihre folgende Stromanhäufung, die bei einem Umfang oder Peripherie der Elektrode erzeugt wird, vollkommen gelöst werden, und zwar durch Verwendung einer n-In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht als die zweite Elektrodenkontaktschicht. Anders ausgedrückt wird ein Stromspreizen effektiv aufgrund einer n⁺-Schicht durchgeführt, um eine Betriebsspannung zu regulieren und demzufolge eine Lebensdauer der Licht-emittierenden Einrichtung wirksam zu erhöhen. Genauer besitzt eine derartige Struktur der Licht-emittierenden Einrichtung, die den n-/p-/n-Übergang besitzt, einen Vorteil dahingehend, dass sie wirksam einer Licht- emittierenden Einrichtung mit großen Fläche und großer Ausgabe, die viel Wärme erzeugt, entsprechen kann.
Um die interne Quanteneffizienz zu verbessern, und um die Lichtausgabe zu erhöhen, bildet die vorliegende Erfindung die niedermole In_zGa_1-zN-Schicht 118 mit dem niedrigen Indiumgehalt, um die Verspannung bzw. Strain der aktiven Schicht zu steuern. Ferner, um die Lichtausgabe und einen Leckstrom in Gegenrichtung bzw. Sperrrichtung, der durch Indiumfluktuation verursacht wird, zu verbessern, werden die SiN_a-Clusterschichten 116 und 120 gebildet, um die Dicken von atomarer Skala zu besitzen, und zwar vor und nach dem Wachsen der niedermolen In_xGa_1-xN-Schicht 118. Durch den obigen Prozess wird eine Verspannungssteuerschicht, welche die SiN_a-Clusterschicht 116/niedercoole In_xGa_1-xN 118/SiN_a-Clusterschicht 120 besitzt, gewachsen.
Zusätzlich, nachdem die Verspannungssteuerschicht gewachsen ist, besitzt die eine gewünschte Lichtwellenlänge emittierende aktive Schicht den einzelnen Quantentopf oder den Vielfach- bzw. Mehrfach- bzw. Multiquantentopf mit der In_xGa_1-xN-Topfschicht/SiN_a-Clusterschicht/In_yGa_1-yN-Barrierenschicht als eine Einheitsstruktur.
Hier ist jeder der Indiumgehalte der Topfschicht und der Barrierenschicht folgendermaßen: In_xGa_1-xN (0 < x < 0,35)/SiN_a/In_yGa_1-yN (0 < y < 0,1). Zusätzlich ist die aktive Schicht, welche die Quantentopfstruktur besitzt, unter Verwendung von TMGa, TMIn, SiH₄ und Si₂H₆-Quellen in einer Atmosphäre von N₂, H₂ + N₂-Trägergas und NH₃ gewachsen.
Ferner kann die niedermole In_zGa_1-zN-Schicht 118 den Indiumgehalt von 0 < x < 0,1 besitzen. Zusätzlich ist die niedermole In_zGa_1-zN-Schicht 118 gebildet, um eine Dicke von 1–30 nm zu besitzen, und die Topfschicht bzw. die Barrierenschicht sind gebildet, um Dicken von 1–3 nm und 5–25 nm bei einer Wachstumstemperatur von 730–770°C zu besitzen. Zu dieser Zeit wird die niedermole In_zGa_1-zN-Schicht 118 gesteuert, um ihrer Oberflächenform zu gestatten, in einer Spiral- bzw. Schraubenart bzw. -modus bzw. -betriebsart zu wachsen, und die gewachsene Schraubenart wird gesteuert und hinauf zu einer Oberfläche der aktiven Schicht verbunden. Zusätzlich werden die SiN_a-Clusterschichten 124 und 130, die zwischen der Topfschicht und der Barrierenschicht dazwischengesetzt bzw. -positioniert sind, in einer atomaren Skala gesteuert und deren Charakteristiken bzw. Kennlinien können unter Verwendung einer Strömung von SiH₄, Si₂H₆ und NH₃ für eine vorbestimmte Zeit gesteuert werden.
Nach dem Wachsen der aktiven Schicht, welche die Struktur der SiN_a-Clusterschicht/niedermole In_xGa_1-xN-Schicht/SiN_a-Clusterschicht/Topfschicht/SiN_a-Clusterschicht/Barrierenschicht/SiN_a-Clusterschicht besitzt, wird die Wachstumstemperatur erhöht, um die Magnesium-dotierte p-GaN-Schicht 136 in einer Gasatmosphäre von H₂, N₂, H₂ + N₂ und NH₃ zu wachsen.
Zu dieser Zeit wird die p-GaN-Schicht 136 mit Magnesium dotiert, um eine Vielzahl von Schichten zu besitzen, in denen eine dotierte Menge von Magnesium sequentiell erhöht ist. In einem bevorzugten Beispiel besitzt die p-GaN-Schicht 136 eine dreischichtige Struktur, in welcher die dotierte Menge an Magnesium sequentiell erhöht ist. Die p-GaN-Schicht 136 besitzt eine Dicke von 50–250 nm und eine Wachstumstemperatur von 900–1020°C.
Nachdem die p-GaN-Schicht 136 gewachsen ist, wird die n-In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 138 auf der p-GaN-Schicht 136 gewachsen. Silizium ist übermäßig bzw. exzessiv nur in die In_yGa_1-yN-Schicht (0 < y < 0,1) mit dem niedrigen Indiumgehalt dotiert, um den Kontaktwiderstand zu verringern, wodurch der Tunneleffekt durch Steuern einer Gesamtdicke vorgesehen wird. Demzufolge wird die n-In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN (Si)-Übergitterstrukturschicht 138 als die zweite Elektrodenkontaktschicht verwendet und führt wirksam bzw. effektiv das Stromspreizen durch. Hier ist die n-In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 138 aufgebaut, um jeweils und alternierend bzw. abwechselnd eine Dicke von 0,2–5 nm und eine Dicke von weniger als 20 nm zum Maximum zu besitzen.
Demzufolge kann die Licht-emittierende Einrichtung hergestellt werden, um eine hohe Leuchtdichte bzw. Luminanz und eine exzellente Zuverlässigkeit der n-/p-/n-Übergangsstruktur zu besitzen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel sind Indizes, wie zum Beispiel „x”, „y”, „z” und „n” gemischt und in jeder der Schichten verwendet, aber derartige Beschränkungen der Indizes werden nur auf eine entsprechende Schicht angewendet. Der Index, welcher das Zusammensetzungsverhältnis von irgendeiner Schicht beschränkt, beschränkt unabhängige Zusammensetzungsverhältnisse von anderen Schichten. Dies ist dasselbe wie in dem folgenden zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Zweites Ausführungsbeispiel
2 ist eine Ansicht, die eine Schichtstruktur einer Nitridhalbleiter-Licht-emittierenden Einrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine In_xGa_1-xN-Schicht mit einem niedrigen dotierten Indiumgehalt zusätzlich zwischen einem Paar von Quantentopfschichten gebildet, die eine Topfschicht und eine Barrierenschicht aufweisen, so dass eine Verspannungscharakteristik bzw. -kennlinie der Quantentopfschicht, die auf der InxGa1-xN-Schicht gebildet ist, gesteuert wird, um effektiv eine Durchbruchspannung in Gegen- bzw. Sperrrichtung zu verbessern und die Lichtausgabe zu erhöhen, wodurch eine Zuverlässigkeit der Licht-emittierenden Einrichtung verbessert wird.
Wie in 2 gezeigt ist, besitzt die Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Pufferschicht 204, die auf einem Substrat 202 gebildet ist. Hier kann die Pufferschicht 204 gebildet sein, um eine AlInN-Struktur, eine AlInN/GaN-geschichtete Struktur, eine InGaN/GaN-Übergitterstruktur, eine In_xGa_1-xN/GaN-geschichtete Struktur oder eine Al_xInyGa_1-xN/In_yGa_1-yN/GaN-geschichtete Struktur, zu besitzen.
Zusätzlich ist eine In-dotierte GaN-Schicht 206 auf der Pufferschicht 204 gebildet und eine In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 208 ist auf der In-dotierten GaN-Schicht 206 gebildet. Ferner ist eine In-dotierte GaN-Schicht 210 auf der In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 208 gebildet und eine In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 212 ist zusätzlich auf der In-dotierten GaN-Schicht 210 gebildet. Hier kann die In-dotierte GaN-Schicht und die In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht ebenfalls zusätzlich wiederholt und in einer Viel- bzw. Mehrzahl gebildet sein.
Zusätzlich ist eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht auf der In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht 212 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung verwendet eine Si-In-kodotierte GaN-Schicht 214 als die erste Elektrodenkontaktschicht.
Zusätzlich ist eine erste SiN_a-Clusterschicht 216 auf der Si-In-kodotierten GaN-Schicht 214 gebildet und eine erste In_zGa_1-zN-Schicht 218, die weniger dotiertes Indium enthält, auf der ersten SiN_a-Clusterschicht 216. Eine zweite SiN_a-Clusterschicht 220 ist erneut auf der ersten In_zGa_1-zN-Schicht 218 gebildet. Zu dieser Zeit wird die niedermole In_zGa_1-zN-Schicht 218 gesteuert, um ihre Oberflächenform zu gestatten, in einer Spiral- bzw. Schraubenart gewachsen zu werden, und die erste SiN_a-Clusterschicht 216 und die zweite SiN_a-Clusterschicht 220 sind gebildet, um eine Dicke von atomarer Skala zu besitzen.
Eine erste Quantentopfschicht ist auf der zweiten SiN_a-Clusterschicht 220 gebildet, um eine Struktur von In_xGa_1-xN-Topfschicht/In_yGa_1-yN-Barrierenschicht 222 und 224 zu besitzen. Ferner ist eine In_zGa_1-zN-Schicht 226 mit einem niedrigen dotierten Indiumgehalt auf der ersten Quantentopfschicht gebildet und eine Vielfach- bzw. Multiquantentopfschicht ist auf der In_zGa_1-zN-Schicht 226 gebildet, um eine Struktur von wenigstens einer von In_xGa_1-xN-Topfschicht 228/In_yGa_1-yN-Barrierenschicht 230 zu besitzen.
Hier wird die In_zGa_1-zN-Schicht 226 mit dem niedrigen dotierten Indiumgehalt gewachsen, um eine Dicke von 30–200 tun zu besitzen. Die Licht-emittierende Einrichtung steu ert die Verspannung der einzelnen Quantentopfschicht oder der Vielfach- bzw. Multiquantentopf-(MQW)-Schicht, die auf der In_zGa_1-zN-Schicht 226 gebildet ist, um wirksam die Lichtausgabe und den Leckstrom in Sperr- bzw. Gegenrichtung zu unterdrücken. Zu dieser Zeit ist der dotierte Indiumgehalt der In_zGa_1-zN-Schicht 226 niedriger als der dotierte Indiumgehalt der Barrierenschicht.
3 stellt eine Veränderung bzw. Variation der Durchbruchspannung in Sperr- bzw. Gegenrichtung in dem Fall, in welchem eine Bulk-InGaN-MQW-Schicht gewachsen wird, um die In_zGa_1-zN-Schicht 226 zu besitzen, und in dem Fall, in welchem die Multiquantentopfschicht gewachsen wird, um die In_zGa_1-zN-Schicht 226 nicht zu besitzen, dar.
Unter Bezugnahme auf 3 im Fall, in welchem die Bulk-InGaN-MQW-Schicht mit der In_zGa_1-zN-Schicht 226 gebildet ist, wird die Durchbruchspannung verbessert, um die Zuverlässigkeit der Licht-emittierenden Einrichtung im Vergleich zu einer normalen MQW-Schicht zu erhöhen.
Ferner ist eine p-GaN-Schicht 232 auf der oben aufgebauten aktiven Schicht gebildet und eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht 234 ist auf der p-GaN-Schicht 232 gebildet. Eine Silizium-dotierte In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht ist als die zweite Elektrodenkontaktschicht gebildet.
Die Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann gebildet sein, um den n-/p-/n-Übergang zu besitzen. Der n-/p-/n-Übergang besitzt die Si-In-kodotierte GaN-Schicht 214, die als die erste Elektrodenkontaktschicht funktioniert, und die In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN (Si-dotierte) Übergitterstrukturschicht 234, die als die zweite Elektrodenkontaktschicht funktioniert. Hier sind (nicht gezeigte) Elektroden jeweils gebildet unter Verwendung der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenkontaktschicht in einem sequentiellen Prozess und die Spannung wird durch die Elektroden angelegt.
Ein Herstellungsverfahren der Nitridhalbleiter-Licht-emittierenden Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ähnlich zu dem Herstellungsverfahren, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Anzeigeeinrichtung mit großem Schirm anwendbar, und zwar durch Erhöhen der Luminanz bzw. Leuchtdichte der Licht-emittierenden Einrichtung.

Claims

Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung, die folgendes aufweist: eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht; eine Verspannungssteuerschicht, die über der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist; eine aktive Schicht, die oberhalb der Verspannungssteuerschicht gebildet ist; eine SiN_a-Clusterschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet ist; eine p-Typ Nitridhalbleiterschicht, die oberhalb der SiN_a-Clusterschicht gebildet ist; und eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der p-Typ Nitridhalbleiterschicht gebildet ist.
Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die SiN_a-Clusterschicht eine Dicke von atomarer Skala besitzt.
Nitridhalbleiter-Licht-emittierende Einrichtung, die folgendes aufweist: eine n-Typ erste Elektrodenkontaktschicht; eine Verspannungssteuerschicht, die über der ersten Elektrodenkontaktschicht gebildet ist; eine aktive Schicht, die über der Verspannungssteuerschicht gebildet ist, um Licht zu emittieren, um eine In_yGa_1-yN-Topfschicht, eine SiN_a-Clusterschicht mit einer Dicke von atomarer Skala und eine In_zGa_1-zN-Barrierenschicht zu besitzen; eine p-Typ Galliumnitridschicht, die oberhalb der aktiven Schicht gebildet ist; und eine n-Typ zweite Elektrodenkontaktschicht, die oberhalb der p-Typ Galliumnitridschicht gebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die aktive Schicht eine einzelne Quantentopfstruktur oder eine Vielfachquantentopfstruktur besitzt, die eine In_xGa_1-xN-Topfschicht/In_yGa_1-yN-Barrierenschicht ist oder besitzt.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die InxGa1-xN-Topfschicht/InyGa1-yN-Barrierenschicht Indiumgehalte von 0 < x < 0,35 bzw. 0 < y < 0,1 besitzen.
Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, die ferner eine SiN_a-Clusterschicht aufweist, die zwischen der In_xGa_1-xN-Topfschicht und der In_yGa_1-yN-Barrierenschicht der aktiven Schicht gebildet ist, um eine Dicke von atomarer Skala zu besitzen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Elektrodenkontaktschicht eine Si-In-kodotierte Galliumnitridschicht ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Elektrodenkontaktschicht folgendes aufweist: eine In-dotierte GaN-Schicht; eine In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht, die oberhalb der In-dotierten GaN-Schicht gebildet ist; und eine Si-In kodotierte GaN-Schicht, die oberhalb der In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstrukturschicht gebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweite Elektrodenkontaktschicht eine In-enthaltende Übergitterstruktur besitzt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite Elektrodenkontaktschicht gebildet ist, um eine aus folgenden ausgewählten zu besitzen: eine In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitterstruktur, eine In_xGa_1-xN-Überstufenstruktur und (In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Übergitter)/n-GaN-geschichtete Struktur.
Einrichtung nach Anspruch 10, wobei In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Schichten der zweiten Elektrodenkontaktschicht eine Dicke von 0,2–5 mm besitzen, und zwar jeweils und alternierend.
Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN-Schichten der zweiten Elektrodenkontaktschicht eine Gesamtdicke von weniger als 20 nm besitzen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die zweite Elektrodenkontaktschicht ein dotiertes Silizium besitzt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die p-Typ Nitridhalbleiterschicht gebildet ist, um eine vielfach geschichtete Struktur zu besitzen, in welcher eine dotierte Menge von Magnesium sequentiell erhöht ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die ferner eine unterhalb der n-Typ ersten Elektrodenkontaktschicht gebildete Pufferschicht und ein unterhalb der Pufferschicht gebildetes Substrat aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei die Pufferschicht eine aus folgenden ausgewählte Struktur besitzt: eine AlInN-Struktur, eine AlInN/GaN-geschichtete Struktur, eine InGaN/GaN-Übergitterstruktur, eine In_xGa_1-xN/GaN-geschichtete Struktur und eine Al_xIn_yGa_1-x-yN/In_zGa_1-zN/GaN-geschichtete Struktur.