TW201308659A - 電流擴散效果優秀的氮化物半導體發光器件及其製備方法 - Google Patents

電流擴散效果優秀的氮化物半導體發光器件及其製備方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種利用包含電流擴散用雜質的電流擴散部來實現優秀的電流擴散效果的氮化物半導體發光器件及其製備方法。本發明的氮化物半導體發光器件包括：n型氮化物層，電流擴散部，其由包含電流擴散用雜質的氮化物形成在上述n型氮化物層上，活性層，其形成在上述電流擴散部上，以及p型氮化物層，其形成在上述活性層上；上述電流擴散用雜質包含碳(C)。

Description

電流擴散效果優秀的氮化物半導體發光器件及其製備方法
本發明涉及一種氮化物半導體發光器件及其製備方法，特別是，涉及利用包含電流擴散用雜質的電流擴散部來實現優秀的電流擴散效果的氮化物半導體發光器件及其製備方法(NITRIDE BASED LIGHT EMITTING DIODE WITH EXCELLENT CURRENT SPREADING EFFECT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF)。
以往的氮化物半導體器件能夠以氮化鎵(GaN)類氮化物半導體器件為例，該氮化鎵類氮化物半導體發光器件在其應用領域中應用於藍色或綠色發光二極體(LED)的發光器件、金屬半導體場效應電晶體(MESFET)和高電子遷移率電晶體(HEMT)等的高速開關和高功率器件等。
如圖1所示，像這種以往的氮化鎵類氮化物半導體發光器件能夠以具有多量子井結構的活性層15的氮化物半導體發光器件10為例。以往的氮化物半導體發光器件10包括藍寶石基板11、n型氮化物層12、活性層15及p型氮化物層17。另一方面，在p型氮化物層17的上部面依次形成透明電極層18和p側電極19b，在n型氮化物半導體層12的暴露的一面依次形成n側電極19a。
這種以往的氮化鎵類氮化物半導體發光器件在活性層15中注入電子和空穴，並通過結合該電子和空穴的方式發光，如 韓國公開專利公報第2010-0027410(2010.03.11)中記載的內容，為了提高這種活性層13的發光效率，正實行著提高n型氮化物層12的n型摻雜劑或者p型氮化物層17的p型摻雜劑的含量來增多流入到活性層13的電子或者空穴的量的方案。
但是，如上所述地提高n型氮化物層12的n型摻雜劑或者p型氮化物層17的p型摻雜劑的含量的以往的氮化物半導體器件，因電流擴散(current spreading)不均勻，而導致發光效率大大降低。
具體地，由於多個電子從n型氮化物層12中過度地流入到活性層15的一部分區域，並在p型氮化物層17中生成的多個空穴不能順暢地流入到活性層15，因而，活性層15的一部分區域具有高電流密度，相反，活性層15的另一區域中具有低電流密度。
因此，就以往的氮化鎵類氮化物半導體發光器件而言，針對活性層15整體實現均勻的電流擴散來提高發光效率的必要性日益增加。
本發明的目的在於提供通過利用包含電流擴散用雜質的電流擴散部來提高電流擴散的方式提高發光效率的氮化物半導體發光器件。
本發明的再一目的在於提供一種能夠容易製備上述的氮化物半導體發光器件的方法。
用於達成上述一個目的的本發明實施例的氮化物半導體發光器件，其特徵在於，包括：n型氮化物層，電流擴散部，其由包含電流擴散用雜質的氮化物形成在上述n型氮化物層上，活性層，其形成在上述電流擴散部上，以及p型氮化物層，其形成在上述活性層上；並且，上述電流擴散用雜質包含碳(C)。
用於達成上述一個目的的本發明的再一實施例的氮化物半導體發光器件，其特徵在於，包括：n型氮化物層，電流擴散部，其由包含電流擴散用雜質的氮化物形成在上述n型氮化物層上，活性層，其形成在上述電流擴散部上，以及p型氮化物層，其形成在上述活性層上；上述電流擴散用雜質包含碳(C)；上述電流擴散部作為自由空穴(free hole)的濃度為1×1013~5×1016/cm3的氮化物層，是對流入到上述活性層的空穴進行引導的層。
用於達成上述一個目的的本發明的另一實施例的氮化物半導體發光器件，其特徵在於，包括：n型氮化物層，電流擴散部，其形成在上述n型氮化物層上，活性層，其形成在上述電流擴散部上，以及p型氮化物層，其形成在上述活性層上；上述電流擴散部為包含高於其他層的碳濃度的碳的氮化物層。
用於達成上述一個目的的本發明的又一實施例的氮化物半導體發光器件，其特徵在於，包括：n型氮化物層，電流擴散部，其包含電流擴散用雜質和矽(Si)摻雜劑形成在上述n 型氮化物層上，活性層，其形成在上述電流擴散部上，以及p型氮化物層，其形成在上述活性層上；上述電流擴散用雜質包含碳(C)；上述電流擴散部形成為上述碳(C)的濃度高於上述矽(Si)的濃度的層和上述矽(Si)的濃度高於上述碳(C)的濃度的層被交替層壓的多層結構。
用於達成上述再一目的的本發明實施例的氮化物半導體發光器件的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟，在基板上形成n型氮化物層的步驟，在上述n型氮化物層上形成電流擴散部的步驟，在上述電流擴散部上形成活性層的步驟，以及在上述活性層上形成p型氮化物層的步驟；由包含電流擴散用雜質的氮化物形成上述電流擴散部；上述電流擴散用雜質包含碳(C)。
用於達成上述另一目的的本發明實施例的氮化物半導體發光器件製備方法，其特徵在於，包括如下步驟，在基板上形成n型氮化物層的步驟，在上述n型氮化物層上形成包含電流擴散用雜質和矽(Si)摻雜劑的多層結構的電流擴散部的步驟，在上述電流擴散部上形成活性層的步驟，以及在上述活性層上形成p型氮化物層的步驟；上述電流擴散用雜質包含碳(C)，通過交替層壓上述碳(C)的濃度高於上述矽(Si)的濃度的層和上述矽(Si)的濃度高於上述碳(C)的濃度的層的方式形成上述電流擴散部。
本發明的氮化物半導體發光器件形成包含電流擴散用雜 質的電流擴散部，從而使電子和空穴順暢地擴散並流入到活性層，並通過上述的電流擴散來增大發光面積，由此能夠提高發光效率。
本發明的氮化物半導體發光器件的製備方法，具有調節電流擴散用雜質的濃度和矽(Si)摻雜劑濃度的同時容易形成電流擴散部，由此能夠獲得通過電流擴散來增大發光面積，並且發光效率得到提高的氮化物半導體發光器件的效果。
下面，參照附圖對本發明的實施例進行詳細說明。在此，本發明的範圍不局限於下面所要說明的實施形態，本發明的實施形態可變形為多種其他形態。
如圖2所示，本發明第一實施例的氮化物半導體發光器件100在基板110的上部方向上包括緩衝層120、n型氮化物層130、電流擴散部140、活性層150、p型氮化物層160、透明電極層170、p側電極181及n側電極182。
緩衝層120可選擇性地形成，以便解除基板110和n型氮化物層130之間的晶格不匹配，例如，能夠形成為氮化鋁(AlN)或氮化鎵(GaN)。
n型氮化物層130形成在基板110或緩衝層120的上部面。在此，n型氮化物層130為第一層和第二層交替形成的層壓結構，上述第一層由摻雜有Si的n型氮化鋁鎵(AlGaN)構成，上述第二層由無摻雜的氮化鎵(GaN)構成。當然，也可使n 型氮化物層130生長為單層的n型氮化物層，但是，使n型氮化物層130形成為第一層和第二層的層壓結構來用作無裂縫的結晶性優秀的載體限制層。
電流擴散部140作為形成在n型氮化物層130和活性層150之間的層，能夠形成為包含電流擴散用雜質的氮化物層，以使流入到活性層150的電子或空穴擴散，而不是集中在特定區域。在此，電流擴散部140的電流擴散用雜質包括用作用於電流擴散的絕緣體的碳(C)，能夠單獨地包含碳，或者能夠一同包含鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)等的14族元素中的一種以上元素和碳。這種電流擴散用雜質在電流擴散部140中可單獨摻雜。並且，電流擴散用雜質可與矽(Si)摻雜劑一同摻雜。此時，矽(Si)摻雜劑有可能是經過德爾塔(Delta)摻雜的具有矽摻雜劑的濃度週期性地發生變化的形態的摻雜劑。
具體地，例如，在電流擴散部140形成為如同包含碳(C)作為電流擴散用雜質的氮化鎵：碳(GaN：C)的碳氮化物層的情況下，碳(C)的濃度為1×1016~1×1018atoms/cm3，電流擴散部140的總厚度與碳(C)的濃度成反比例，可優選地形成為500 Å~5000Å的厚度。
並且，電流擴散部140的碳(C)的濃度除了上述範圍以外，還能以比p型氮化物層160和活性層150中所包含的碳(C)的濃度更高的濃度形成。
這種電流擴散部140的厚度與上述碳(C)的濃度成反比 例，隨著碳(C)的濃度上升，電流擴散部140的厚度有可能變小。
特別是，如果以碳(C)的濃度為基準，電流擴散部140超過上述範圍具有小於500Å的厚度，則不能執行電流擴散的功能。並且，如果以上述碳(C)的濃度為基準，電流擴散部140的厚度大於5000Å，則用作高電阻層，從而導致需要將施加電壓提高為0.4V以上的問題。
如上所述地形成的電流擴散部140對於流入到活性層150中的電子，能夠防止電子向一部分區域過度地流入的現象，空穴能夠用作向活性層150誘導更多的空穴的p型氮化物層。P型氮化物層相當於具有弱的p型特性的(略P型，slightly p-type)層，自由空穴(free hole)可成為濃度大約為1×1013~5×1016/cm3的氮化物層。
活性層150在電流擴散部140和p型氮化物層160之間能夠由單量子井結構或者多量子井結構構成。在此，活性層150作為多量子井結構，量子勢壘層作為包含Al的氮化物層，即氮化鋁鎵銦(AlGaInN)層，例如，量子井層由氮化銦鎵(InGaN)構成。這種反復形成量子勢壘層和量子井層的結構的活性層150能夠抑制因所產生的應力和變形而導致的自發性的分極。
例如，P型氮化物層160能夠形成為由第一層和第二層交替地層壓的結構，上述第一層由摻雜有Mg的p型氮化鋁鎵(AlGaN)形成，上述第二層由摻雜有Mg的p型氮化鎵(GaN) 形成。並且，p型氮化物層160像n型氮化物層130一樣，能夠生長為單層的p型氮化物層，但是，也能夠用作形成為層壓結構並無裂縫的結晶性優秀的載體限制層。
透明電極層170為設置在p型氮化物層160的上部面的層。這種透明電極層170由透明導電性氧化物形成，其材質包含In、Sn、Al、Zn、Ga等的元素，例如，能夠由氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)、銅銦氮化物(CIO，copper Indium oxide)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎳(NiO)及In2O3等形成。
根據這種本發明一實施例的氮化物半導體發光器件100在n型氮化物層130和活性層150之間形成電流擴散部140，在n型氮化物層130和電流擴散部140之間的介面電阻值低於根據垂直方向的n型氮化物層130和電流擴散部140之間的電阻值。此時，根據電子向低電阻流的特性，從n型氮化物層130流入的電子沿著n型氮化物層130和電流擴散部140之間的介面而擴散(current spreading)的同時流入到活性層150。
因此，根據本發明一實施例的氮化物半導體發光器件100根據由包含碳(C)的氮化物層形成的電流擴散部140，來使電子和空穴順暢地擴散並流入到活性層140，並能夠通過所述的電流擴散來增大發光面積，由此能夠提高發光效率。
下面，參照圖3a至圖3e，對根據本發明第一實施例的氮化物半導體發光器件100的製備方法進行具體說明。
如圖3a所示，根據本發明第一實施例的氮化物半導體發光 器件100的製備方法，首先在基板110的上部面依次生長緩衝層120和n型氮化物層130。
緩衝層120還能夠選擇性地形成在基板110的上部面，以便能夠解除基板110和n型氮化物層130之間的晶格不匹配。在此，例如，緩衝層120還能夠利用氮化鋁(AlN)或氮化鎵(GaN)來形成。
n型氮化物層130可形成為n-氮化鎵(GaN)層。n型氮化物層130的形成方法如下。例如，通過供給包含NH3、三甲基鎵(TMG)及Si等n型摻雜劑的矽烷氣體來使n-氮化鎵(GaN)生長成n型氮化物層。
如圖3b所示，形成n型氮化物層130之後，由包含電流擴散用雜質的氮化物形成的電流擴散部140形成在n型氮化物層130的上部面。
具體地，電流擴散部140作為電流擴散用雜質能夠形成為包含碳的氮化物，並能夠利用原子層外延(ALE，atomic layer epitaxy)、常壓化學氣相沉積(APCVD，atmospheric pressure chemical vapour deposition)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)、快速熱化學氣相沉積(RTCVD，rapid thermal chemical vapor deposition)、超高真空化學氣相沉積(UHVCVD，ultrahigh vacuum chemical vapor deposition)、低壓化學氣相沉積(LPCVD，low pressure chemical vapor deposition)及金屬有 機化學氣相沉積(MOCVD，Metal organic Chemical Vapor Deposition)等的氣相外延生長方法來形成。
例如，電流擴散部140優選地形成為包含碳(C)作為電流擴散用雜質的氮化物層，通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD，Metal organic Chemical Vapor Deposition)方法，能夠利用NH3、三甲基鎵(TMG)及二甲基肼(DMHY，dimethylhydrazine)來形成為包含氮化鎵：碳(GaN：C)等碳的氮化物層。這種電流擴散用雜質能夠在電流擴散部140中單獨摻雜，或者可與矽(Si)摻雜劑一同摻雜。此時，矽(Si)摻雜劑能夠以德爾塔摻雜形態進行摻雜。
在此，在由氮化鎵：碳(GaN：C)等碳摻雜氮化物形成電流擴散部的情況下，碳(C)的濃度為1×1016~1×1018atoms/cm3，電流擴散部140的總厚度與碳(C)的濃度成反比例，能夠優選地形成在500Å~5000Å的厚度範圍。並且，電流擴散部140中的碳(C)濃度除了上述範圍以外，能夠以比包含在n型氮化物層130和活性層150的碳的濃度更高的濃度形成。
如圖3c所示，形成電流擴散部140之後，活性層150、p型氮化物層160及透明電極層170能夠依次地形成在電流擴散部140的上部面。
活性層150能夠被設置成單量子井結構或者交替地層壓多個量子井層和多個量子勢壘層的多量子井結構。在此，活性層 150由多量子井結構形成，但是，例如，量子勢壘層為包含Al的氮化鋁鎵銦(AlGaInN)的四元系氮化物層，例如，量子井層能夠由氮化銦鎵(InGaN)形成。
例如，p型氮化物層160能夠形成為交替地層壓第一層和第二層的結構，上述第一層由摻雜有Mg的p型氮化鋁鎵(AlGaN)形成，上述第二層由摻雜有Mg的p型氮化鎵(GaN)形成。並且，p型氮化物層160像n型氮化物層130一樣，也能生長為單層的p型氮化物層。
透明電極層170由透明導電性氧化物形成，其材質包括銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、鋅(Zn)及鎵(Ga)等的元素，例如，能夠由在氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)、銅銦氮化物(CIO，copper Indium oxide)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎳(NiO)及氧化銦(In2O3)中的任一種形成。
如圖3d所示，如此形成透明電極層170之後，能夠對從透明電極層170到n型氮化物層130的一個區域為止進行微影蝕刻法(lithography etching)，來使n型氮化物層130的一個區域暴露。
如圖3e所示，如果n型氮化物層130一個區域暴露，則p側電極181形成在透明電極層170的上部面，並形成在n側電極182被暴露的n型氮化物層130的一個區域。
如上所述的根據本發明第一實施例的氮化物半導體發光器件100的製備方法，能夠利用氣相外延生長方法來使具有電 流擴散用雜質濃度的電流擴散部140的厚度形成為所需的厚度。
因此，根據本發明第一實施例的氮化物半導體發光器件100的製備方法能夠容易形成具有電流擴散用雜質的濃度和所需的厚度的電流擴散部140。
下面，參照圖4來對根據本發明第二實施例的垂直型氮化物半導體發光器件進行說明。圖4是表示本發明第二實施例的垂直型氮化物半導體發光器件的截面的剖視圖。在此，在判斷為對於垂直型氮化物半導體發光器件的相關公知結構或者功能的具體說明使本發明的要旨不清楚的情況下，省略對其的詳細說明。
如圖4所示，根據本發明第二實施例的垂直型氮化物發光器件在p側電極支撐層280的上部面方向上包括反射層272、歐姆接觸層271、p型氮化物層260、活性層250、電流擴散部240、n型氮化物層230及n側電極290。
p側電極支撐層280作為導電性支撐部件，應起p側電極作用的同時充分地發散出發光器件工作時產生的熱。特別是，p側電極支撐層280具有機械強度，從而應在包括劃片(scribing)工序或者阻斷(breaking)工序的製備過程中支撐上部面方向的多個層。
因此，p側電極支撐層280能夠由金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)及鋁(Al)等的熱傳導率優秀的金屬形成。或者，p側 電極支撐層280因與這種金屬的結晶結構及晶格常數類似，而能夠在合金時使內部應力的發生最小化，並能夠由具有機械強度的合金材質形成。例如，優選地由包括鎳(Ni)、鈷(Co)、鉑(Pt)及鈀(Pd)等的輕金屬的合金形成。
反射層272能夠選擇性地形成在p側電極支撐層280的上部面，並能夠由使從活性層250發散的光向上部方向反射的反射率高的金屬材質形成。
歐姆接觸層271在反射層272的上部面形成為由鎳(Ni)或者金(Au)的金屬或者由包含這種金屬的氮化物形成的層，來形成具有低電阻的歐姆接觸(Ohmic Contact)。在此，在利用鎳(Ni)或者金(Au)的金屬來形成歐姆接觸層271的情況下，由於歐姆接觸層271能夠執行反射功能，因而，無需形成反射層272。
電流擴散部240作為在n型氮化物層230的下部面方向上包含電流擴散用雜質的氮化物層，包含碳和矽摻雜劑。
此時，在電流擴散部240中，電流擴散用雜質能夠以1×1016~1×1018atoms/cm3的濃度範圍包含碳。
與圖2的電流擴散部140相同，這種電流擴散部240能夠改善根據n型氮化物層230和電流擴散部240之間的介面的電流分佈，即水準方向的電流分佈。
如果水準方向的電流分佈得到改善，則垂直型氮化物半導體發光器件使流入到活性層250的電流密度均勻並增大發光面 積，從而能夠提高發光效率。
這種垂直型氮化物半導體發光器件能夠通過普通的垂直型氮化物半導體發光器件的製備方法形成。此時，能夠利用氣相外延生長方法來在相同的氣相外延生長用設備(未圖示)中形成，上述氣相外延生長方法利用包含碳(C)的氣體和包含矽(Si)的氣體的混合氣體。
此時，垂直型氮化物發光器件的電流擴散部240能夠與根據本發明第一實施例的電流擴散部140的形成過程相同地形成。
因此，本發明的第二實施例能夠提供一種根據電流擴散部140使電子和空穴順暢地擴散並流入到活性層250，並根據如上所述的電流擴散來使發光面積增大，從而能夠提高發光效率的垂直型氮化物發光器件。
下面，參照圖5來對本發明的第三實施例的水準型氮化物半導體發光器件300進行說明。
如圖5所示，本發明第三實施例的氮化物半導體發光器件300在基板310的上部方向上包括緩衝層320、n型氮化物層330、層壓結構的電流擴散部340、活性層350、p型氮化物層360、透明電極層370、p側電極382及n側電極381。
緩衝層320能夠選擇性地形成，例如，能夠由氮化鋁(AlN)或者氮化鎵(GaN)形成，以便解除基板310和n型氮化物層330之間的晶格不匹配。
n型氮化物層330形成在基板310或者緩衝層320的上部面。在此，n型氮化物層330有可能是交替地層壓第一層和第二層而形成的層壓結構，上述第一層由摻雜有Si的n型氮化鋁鎵(AlGaN)形成，上述第二層由無摻雜的氮化鎵(GaN)形成。當然，n型氮化物層130也能夠生長成單層的n型氮化物層，但是，如果形成為第一層和第二層的層壓結構，則能夠用作無裂縫的且結晶性優秀的載體限制層。
電流擴散部340作為形成在n型氮化物層330和活性層350之間的層壓結構，能夠執行使流入到活性層350的電子或空穴擴散，而不集中在特定區域的電流擴散(current spreading)的功能。
這種電流擴散部340為在n型氮化物層330的上部面方向上包含電流擴散用雜質的層壓結構。如圖5所示，電流擴散部340為例如反復層壓三次第一擴散層341及第二擴散層342的層壓結構，上述第一擴散層341由碳(C)的濃度高於矽(Si)的濃度的氮化物層形成，上述第二擴散層342的矽(Si)的濃度高於碳(C)的濃度。
當然，電流擴散部340的層壓結構能夠形成為層壓一次第一擴散層341和第二擴散層342的層壓結構，或者也可形成為多次反復層壓第一擴散層341和第二擴散層342的層壓結構。
此時，電流擴散部340的碳(C)的含量為1×1016~1×1018atoms/cm3，例如，電流擴散部340的總厚度為500Å~ 5000Å。
在此，電流擴散部340的第一擴散層341和第二擴散層342，如果以碳(C)的濃度及總厚度為基準，具有低於上述濃度範圍的濃度或者具有小於上述厚度範圍的厚度，則不能執行電流擴散的功能。並且，如果第一擴散層341和第二擴散層342的碳(C)的濃度高於上述濃度的範圍或大於上述厚度範圍，則用作高電阻層，從而存在需要將施加電壓提高到3.4V以上的問題。
如上所述，本發明的特徵在於，第一擴散層341和第二擴散層342的層壓結構在碳(C)的濃度和矽(Si)摻雜劑的濃度中交替地具有差異，即，具有碳(C)的濃度高於矽(Si)的濃度的第一擴散層341和矽(Si)的濃度高於碳(C)的濃度的第二擴散層342被交替層壓。由此，從電流擴散部340向活性層350，基於上部方向的電阻值隨著碳(C)的濃度高的第一擴散層341的數量來成正比例地增加。
但是，第一擴散層341和第二擴散層342之間的介面電阻值低於從電流擴散部140向活性層150基於上部垂直方向的電阻值。此時，根據電子朝向低電阻方向流的特性，從n型氮化物層330流入的電子沿著第一擴散層341和第二擴散層342之間的介面擴散(current spreading)的同時流入到活性層350。
因此，能夠改善沿著第一擴散層341和第二擴散層342之間的介面來擴散電子的效率，即水準方向的電流擴散效率。隨 著水準方向的電流擴散效率得到改善，能夠使電子均勻地流入到活性層350。由於隨著電子均勻地流入到活性層350而使發光面積增大，因而能夠提高發光效率。
並且，如果在電流擴散部340中改善水準方向的電流擴散，則能夠使氮化物半導體發光器件300的工作電壓從3.4V降低到3.1V。
並且，電流擴散部340能夠對於流入到活性層350的電子，防止電子向一部分區域過度地流入的現象，在空穴的方面來說，可用作將更多的空穴引向活性層350的層。
活性層350可在電流擴散部340的上部面形成為單量子井結構或者多量子井結構。在此，活性層350作為多量子井結構，量子勢壘層350a為包含Al的氮化物層，即氮化鋁鎵銦(AlGaInN)層，例如，量子井層350b能夠由氮化銦鎵(InGaN)形成。通過反復層壓這種量子勢壘層350a和量子井層350b而形成的結構的活性層350能夠抑制所產生的應力和變形引起的自發性的分極。
p型氮化物層360可形成為通過交替地層壓摻雜有Mg的p型氮化鋁鎵(AlGaN)的第一層和由摻雜有Mg的p型氮化鎵(GaN)形成的第二層的層壓結構。並且，與n型氮化物層330一樣，也能夠使p型氮化物層360生長成單層的p型氮化物層，但是，如果形成為層壓結構，則能夠用作無裂縫的且結晶性優秀的載體限制層。
透明電極層370為設置在p型氮化物層360的上部面的層。這種透明電極層370由透明導電性化合物形成，其材質可包含銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、鋅(Zn)及鎵(Ga)等的元素。例如，這種透明電極層370可由在氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)、銅銦氮化物(CIO，copper Indium oxide)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎳(NiO)及氧化銦(In2O3)中的任一種形成。
這種根據本發明第三實施例的氮化物半導體發光器件300可在n型氮化物層330和活性層350之間形成電流擴散部340，來執行使流入到活性層350的電流擴散，而不向特定區域集中的功能。
因此，本發明第三實施例的氮化物半導體發光器件300利用由碳(C)的濃度高的第一擴散層341和矽(Si)摻雜劑的濃度高的第二擴散層342形成的層壓結構的電流擴散部340，來使電子和空穴順暢地流入到活性層350。通過據此的電流擴散來使氮化物半導體發光器件300的發光面積增大，從而能夠提高發光效率。
下面，參照圖6a至圖6d對本發明第三實施例的氮化物半導體發光器件300的製備方法進行說明。
如圖6a所示，本發明第三實施例的氮化物半導體發光器件300的製備方法，首先在基板310的上部面使緩衝層320和n型氮化物層330依次生長。
緩衝層320能夠選擇性地形成在基板310的上部面，以便 解除基板310和n型氮化物層330之間的晶格不匹配。在此，例如，緩衝層320還能夠利用氮化鋁(AlN)或者氮化鎵(GaN)形成。
n型氮化物層330可形成為n-氮化鎵(GaN)層。例如，n型氮化物層330的形成方法可通過供給包含NH3、三甲基鎵(TMG)及矽(Si)等n型摻雜劑的矽烷氣體，來使n-氮化鎵(GaN)層生長為n型氮化物層。
如圖6b所示，形成n型氮化物層330之後，使第一擴散層341和第二擴散層342多次反復的層壓結構的電流擴散部340形成在n型氮化物層330的上部面。
電流擴散部340含有包含碳的電流擴散用雜質，能夠通過使第一擴散層341和第二擴散層342交替地反復多次的方式形成總厚度為500Å~5000Å的電流擴散部340，上述第一擴散層341由碳的濃度高於矽(Si)摻雜劑的濃度的氮化物層形成，上述第二擴散層342由碳的濃度低於矽(Si)摻雜劑的濃度的氮化物層形成。
在此，第一擴散層341和第二擴散層342可利用原子層外延(ALE，atomic layer epitaxy)、常壓化學氣相沉積(APCVD，atmospheric pressure chemical vapour deposition)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)、快速熱化學氣相沉積(RTCVD,rapid thermal chemical vapor deposition)、超高真空化學氣相沉積 (UHVCVD，ultrahigh vacuum chemical vapor deposition)、低壓化學氣相沉積(LPCVD，low pressure chemical vapor deposition)及金屬有機化學氣相沉積(MOCVD，Metal organic Chemical Vapor Deposition)等的氣相外延生長方法，來在相同的氣相外延生長用設備(未圖示)中形成在原位(in-situ)。
圖7是用於說明本發明第三實施例的電流擴散部的濃度分佈的曲線圖。
如圖7所示，第一擴散層341和第二擴散層342作為電流擴散用雜質，各個層形成為包含碳(C)及矽摻雜劑的氮化物層。這種第一擴散層341及第二擴散層342包含NH3、三甲基鎵(TMG)及二甲基肼(DMHY，dimethylhydrazine)，可通過利用包含碳(C)的氣體和包含矽(Si)的氣體的混合氣體的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)來形成。並且，第一擴散層341和第二擴散層342可形成在原位(in-situ)。
並且，參照圖7，在電流擴散部中，矽摻雜劑可成為濃度週期性地發生變化的形態，即德爾塔(Delta)摻雜形態。
此時，要調整混合氣體的碳(C)含量和矽(Si)含量，必須通過提高碳(C)含量來先形成碳(C)的濃度高的第一擴散層341。接著，在形成第一擴散層341的最後過程中，提高混合氣體的矽(Si)含量來使矽(Si)的濃度高於碳(C)濃度的第二擴散層342形成在原位。
具體地，第一擴散層341以1×1016~1×1018atoms/cm3的濃 度範圍包含碳(C)，並能夠形成為0.04μm~0.08μm的厚度。
選擇性地，調整碳(C)的濃度和矽(Si)的濃度的方法，除了上述的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)以外，可利用離子注入方法(Ion Implantation)來調整碳(C)的注入量和矽(Si)的注入量的同時也可在原位反復執行。
如此，形成第一擴散層341和第二擴散層342的過程，可通過在金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)設備中調整碳(C)的濃度和矽(Si)的濃度的方式在原位反復執行。據此，電流擴散部340可形成為使第一擴散層341和第二擴散層342多次反復的層壓結構。
如圖6c所示，形成層壓結構的電流擴散部340之後，活性層350、p型氮化物層360及透明電極層370依次形成在電流擴散部340的上部面。
活性層350可設置成單量子井結構或者使量子井層和量子勢壘層交替地多次層壓的多量子井結構。在此，活性層350由多量子井結構形成，例如，量子勢壘層350a為包含鋁(Al)的氮化鋁鎵銦(AlGaInN)的四元系氮化物層，例如，量子井層350b可由氮化銦鎵(InGaN)形成。
例如，p型氮化物層360可通過交替地層壓摻雜有Mg的p型氮化鋁鎵(AlGaN)的第一層和由摻雜有Mg的p型氮化鎵(GaN)形成的第二層形成為層壓結構。並且，與n型氮化物層330一樣，也能夠使p型氮化物層360生長成單層的p型氮 化物層。
例如，透明電極層370能夠由在氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)、銅銦氮化物(CIO，copper Indium oxide)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎳(NiO)及氧化銦(In2O3)中的任一種的透明導電性化合物形成。
如圖6d所示，如此形成透明電極層370之後，能夠對從透明電極層370到n型氮化物層330的一個區域進行曝光蝕刻，來使n型氮化物層330的一個區域暴露。
如果n型氮化物層330的一個區域被暴露，則p側電極382形成在透明電極層370的上部面，而n側電極381形成在暴露的n型氮化物層330的一個區域。
如上所述的本發明的第三實施例的氮化物半導體發光器件300的製備方法，能夠容易地將第一擴散層341和第二擴散層342反復的層壓結構的電流擴散部340形成在原位。特別是，本發明的第三實施例的氮化物半導體發光器件300的製備方法，能夠調整碳(C)的濃度和矽(Si)雜質濃度，並能夠將第一擴散層341和第二擴散層342形成在原位。
因此，本發明第三實施例的氮化物半導體發光器件的製備方法，能夠容易獲得具有電流擴散部340的氮化物半導體發光器件300，上述電流擴散部340能夠使電流擴散，而不是使電流集中在特定區域。
下面，參照圖8對本發明第四實施例的垂直型氮化物發光 器件進行說明。圖8是表示本發明第四實施例的垂直型氮化物半導體發光器件的剖視圖。在此，在判斷為對於垂直型氮化物半導體發光器件的相關公知結構或者功能的具體說明有可能使本發明的要旨不清楚的情況下，省略對其的詳細說明。
如圖8所示，本發明第四實施例的垂直型氮化物發光器件與圖4所示的垂直型氮化物半導體發光器件類似地，在p側電極支撐層480的上部面方向上包括反射層472、歐姆接觸層471、p型氮化物層460、活性層450、電流擴散部440、n型氮化物層430及n側電極490，但是存在電流擴散部440形成為由第一擴散層241和第二擴散層242構成的層壓結構的差別。
p側電極支撐層480作為導電性支撐部件，起p側電極的作用，並充分地發散出在發光器件工作時所產生的熱，並具有機械強度，在包括劃片(scribing)工序或者阻斷(breaking)工序的製備過程中需要支撐上部面方向的多個層。
因此，p側電極支撐層480可由金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)及鋁(Al)等的熱傳導率優秀的金屬形成。或者，由於p側電極支撐層480與這種金屬結晶結構及晶格常數類似，因此，能夠在合金時使內部應力的產生最小化，並能夠形成為具有機械強度的合金材質。例如，優選地由包含鎳(Ni)、鈷(Co)、鉑(Pt)及鈀(Pd)等的輕金屬的合金形成。
反射層472能夠選擇性地形成在p側電極支撐層480的上部面，並能夠由將從活性層450發散的光向上部方向反射的反 射率高的材質形成。
歐姆接觸層471在反射層472的上部面形成為由鎳(Ni)或金(Au)的金屬，或者包含這種金屬的氮化物形成的層，來形成具有低電阻的歐姆接觸(Ohmic Contact)。在此，在利用鎳(Ni)或者金(Au)的金屬來形成歐姆接觸層471的情況下，由於歐姆接觸層471能夠執行反射功能，因而無需形成反射層472。
電流擴散部440為在n型氮化物層230的下部面方向上多次層壓第一擴散層241和第二擴散層242的結構，上述第一擴散層241由碳(C)的濃度高於矽(Si)摻雜劑濃度的氮化物層形成，上述第二擴散層由碳(C)的濃度低於矽(Si)摻雜劑的濃度的氮化物層形成。這種電流擴散部440的層壓結構例如為反復三次的層壓結構。
在此，電流擴散部440的厚度可形成為500Å~5000Å。特別是，第一擴散層441能夠以0.04μm~0.08μm的厚度範圍形成在電流擴散部440。
當然，電流擴散部440的層壓結構可形成為由第一擴散層441和第二擴散層442形成的層壓結構，或者也可形成為多次反復第一擴散層441和第二擴散層442的層壓結構。
此時，電流擴散部440的電流擴散用雜質作為用於電流擴散的絕緣體，可包含碳。優選的是，電流擴散用雜質以1×1016~1×1018atoms/cm3的濃度範圍包含碳。
如此，由第一擴散層441和第二擴散層442形成的電流擴散部440的特徵在於，在碳(C)濃度和矽(Si)摻雜劑濃度中交替地存在差異。因這種特徵而導致第一擴散層441和第二擴散層442之間的介面電阻低於從電流擴散部440朝向活性層450的基於垂直方向的電阻。
因此，本發明第四實施例的垂直型氮化物發光器件能夠在電流擴散部440中改善根據第一擴散層441和第二擴散層442之間的介面的電流分佈，即水準方向的電流分佈。
如果水準方向的電流分佈得到改善，則垂直型氮化物半導體發光器件使流入到活性層450的電流密度均勻並增大發光面積，從而可提高發光效率。
這種垂直型氮化物半導體發光器件能夠通過普通的垂直型氮化物半導體發光器件的製備方法形成。此時，能夠利用氣相外延生長方法來在相同的氣相外延生長用設備(未圖示)中形成，上述氣相外延生長方法利用包含碳(C)的氣體和包含矽(Si)的氣體的混合氣體。
此時，垂直型氮化物發光器件的電流擴散部440能夠與本發明第三實施例的電流擴散部340的形成過程相同地形成。
因此，本發明的第四實施例能夠將由碳(C)的濃度高的第一擴散層441和矽(Si)摻雜劑濃度高的第二擴散層442形成的層壓結構的電流擴散部440形成在原位。包括如上所述地形成在原位的電流擴散部440的垂直型氮化物發光器件能夠根 據電流擴散部440來使電流密度均勻且能夠提高發光效率。
根據上述優選實施例對本發明的技術思想進行了具體說明，但是，應當注意，上述實施例僅用於其說明，而不是用於其限制。
並且，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，應當理解在本發明的技術思想的範圍內能夠進行多種實施。
10、100、300‧‧‧氮化物半導體發光器件
11‧‧‧藍寶石基板
12、130、230、330、430‧‧‧n型氮化物層
15、150、250、350、450‧‧‧活性層
17、160、260、360、460‧‧‧p型氮化物層
18、170、370‧‧‧透明電極層
19a、182、290、381、490‧‧‧n側電極
19b、181、382‧‧‧p側電極
110、310‧‧‧基板
120、320‧‧‧緩衝層
140、240、340、440‧‧‧電流擴散部
271、471‧‧‧歐姆接觸層
272、472‧‧‧反射層
280、480‧‧‧p側電極支撐層
341、441‧‧‧第一擴散層
342、442‧‧‧第二擴散層
350a‧‧‧量子勢壘層
350b‧‧‧量子井層
圖1是表示以往的氮化物半導體發光器件的剖視圖。
圖2是表示本發明第一實施例的水準型氮化物半導體發光器件的剖視圖。
圖3a至圖3e是用於說明本發明第一實施例的水準型氮化物半導體發光器件的製備方法的工序剖視圖。
圖4是表示本發明第二實施例的垂直型氮化物半導體發光器件的剖視圖。
圖5是表示本發明第三實施例的水準型氮化物半導體發光器件的剖視圖。
圖6a至圖6d是用於說明本發明第三實施例的水準型氮化物半導體發光器件的製備方法的工序剖視圖。
圖7是用於說明本發明第三實施例的電流擴散部的濃度分佈的曲線圖。
圖8是表示本發明第四實施例的垂直型氮化物半導體發光器件的剖視圖。
100‧‧‧氮化物半導體發光器件
110‧‧‧基板
120‧‧‧緩衝層
130‧‧‧n型氮化物層
140‧‧‧電流擴散部
150‧‧‧活性層
160‧‧‧p型氮化物層
170‧‧‧透明電極層
181‧‧‧p側電極
182‧‧‧n側電極

Claims (37)

  1. 一種氮化物半導體發光器件，包括：n型氮化物層，電流擴散部，其由包含電流擴散用雜質的氮化物形成在上述n型氮化物層上，活性層，其形成在上述電流擴散部上，以及p型氮化物層，其形成在上述活性層上；上述電流擴散用雜質包含碳(C)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部單獨摻雜上述電流擴散用雜質而形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部一同摻雜上述電流擴散用雜質和矽摻雜劑而形成。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述矽摻雜劑以德爾塔摻雜形態被摻雜。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部的厚度與上述電流擴散用雜質的濃度成反比例。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散用雜質的濃度為1×1016~1×1018atoms/cm3，上述電流擴散部的厚度為500Å~5000Å。
  7. 一種氮化物半導體發光器件，包括：n型氮化物層，電流擴散部，其由包含電流擴散用雜質的氮化物形成在上述n型氮化物層上，活性層，其形成在上述電流擴散部上，以及 p型氮化物層，其形成在上述活性層上；上述電流擴散用雜質包含碳(C)；上述電流擴散部作為自由空穴的濃度為1×1013~5×1016/cm3的氮化物層，是對流入到上述活性層的空穴進行引導的層。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部單獨摻雜上述電流擴散用雜質而形成。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部一同摻雜上述電流擴散用雜質和矽摻雜劑而形成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述矽摻雜劑以德爾塔摻雜形態被摻雜。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部的厚度與上述電流擴散用雜質的濃度成反比例。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部的厚度為500Å~5000Å。
  13. 一種氮化物半導體發光器件，包括：n型氮化物層，電流擴散部，其形成在上述n型氮化物層上，活性層，其形成在上述電流擴散部上，以及p型氮化物層，其形成在上述活性層上；上述電流擴散部為包含高於其他層的碳濃度的碳的氮化物層。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部單獨摻雜上述電流擴散用雜質而形 成。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部一同摻雜上述電流擴散用雜質和矽摻雜劑而形成。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述矽摻雜劑以德爾塔摻雜形態被摻雜。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部為包含高於上述活性層的碳濃度或者上述n型氮化物層的碳濃度的碳的氮化物層。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部的碳濃度為1×1016~1×1018atoms/cm3，上述電流擴散部的總厚度為500Å~5000Å。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部的厚度與上述電流擴散用雜質的濃度成反比例。
  20. 一種氮化物半導體發光器件的製備方法，包括下列步驟：在基板上形成n型氮化物層的步驟，在上述n型氮化物層上形成電流擴散部的步驟，在上述電流擴散部上形成活性層的步驟，以及在上述活性層上形成p型氮化物層的步驟；由包含電流擴散用雜質的氮化物形成上述電流擴散部；上述電流擴散用雜質包含碳(C)。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中上述電流擴散部單獨摻雜上述電流擴散用雜質而形成。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中上述電流擴散部一同摻雜上述電流擴散用雜質和矽摻雜劑而形成。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中上述矽摻雜劑以德爾塔摻雜形態被摻雜。
  24. 如申請專利範圍第20項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中在形成上述電流擴散部的步驟中，上述電流擴散部的碳濃度高於上述活性層的碳濃度或者上述n型氮化物層的碳濃度。
  25. 如申請專利範圍第20項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中在形成上述電流擴散部的步驟中，上述電流擴散部的碳濃度高於其他層的碳濃度。
  26. 如申請專利範圍第20項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中在形成上述電流擴散部的步驟中，上述電流擴散部的厚度與上述電流擴散用雜質的濃度成反比例。
  27. 如申請專利範圍第20項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中在形成上述電流擴散部的步驟中，上述電流擴散用雜質的濃度為1×1016~1×1018atoms/cm3，上述電流擴散部的厚度為500Å~5000Å。
  28. 一種氮化物半導體發光器件，包括：n型氮化物層，電流擴散部，其包含電流擴散用雜質和矽(Si)摻雜劑形成在上述n型氮化物層上，活性層，其形成在上述電流擴散部上，以及p型氮化物層，其形成在上述活性層上；上述電流擴散用雜質包含碳(C)； 上述電流擴散部形成為上述碳(C)的濃度高於上述矽(Si)的濃度的層和上述矽(Si)的濃度高於上述碳(C)的濃度的層被交替層壓的多層結構。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部的厚度與上述電流擴散用雜質的濃度成反比例。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散用雜質為碳(C)，以1×1016~1×1018atoms/cm3的濃度範圍包含上述碳(C)。
  31. 如申請專利範圍第28項所述之氮化物半導體發光器件，其中上述電流擴散部的總厚度為500Å~5000Å。
  32. 如申請專利範圍第28項所述之氮化物半導體發光器件，其中從上述n型氮化物層導出的電子沿上述n型氮化物層和上述電流擴散部之間的介面而擴散，並流入到上述活性層。
  33. 一種氮化物半導體發光器件的製備方法，包括下列步驟：在基板上形成n型氮化物層的步驟，在上述n型氮化物層上形成包含電流擴散用雜質和矽(Si)摻雜劑的多層結構的電流擴散部的步驟，在上述電流擴散部上形成活性層的步驟，以及在上述活性層上形成p型氮化物層的步驟；上述電流擴散用雜質包含碳(C)；通過交替層壓上述碳(C)的濃度高於上述矽(Si)的濃度的層和上述矽(Si)的濃度高於上述碳(C)的濃度的層的方式形成上述電流擴散部。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之氮化物半導體發光器 件的製備方法，其中在形成上述電流擴散部的步驟中，上述電流擴散用雜質為碳(C)，以1×1016~1×1018atoms/cm3的濃度範圍包含上述碳(C)。
  35. 如申請專利範圍第33項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中形成上述電流擴散部的步驟包括：通過利用包含上述碳(C)的氣體和包含上述矽(Si)摻雜劑的氣體的混合氣體的氣相外延生長方法來形成上述碳(C)的濃度高於上述矽(Si)摻雜劑的濃度的氮化物層的步驟，以及在上述碳(C)的濃度高於矽(Si)摻雜劑的濃度的氮化物層上，利用上述氣相外延生長方法來形成上述碳(C)的濃度低於上述矽(Si)摻雜劑的濃度的氮化物層的步驟；形成上述電流擴散部的步驟，以原位方式一次以上交替形成。
  36. 如申請專利範圍第33項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中形成上述電流擴散部的步驟包括：利用離子注入方法來調整上述碳(C)的注入量和上述矽(Si)摻雜劑的注入量，從而在氮化物層上形成上述碳(C)的濃度高於上述矽(Si)摻雜劑的濃度的氮化物層，以及利用上述離子注入法來在上述碳(C)的濃度高於上述矽(Si)摻雜劑的濃度的氮化物層上形成上述碳(C)的濃度低於上述矽(Si)摻雜劑的濃度的氮化物層；形成上述電流擴散部的步驟，以原位的方式一次以上交替形成。
  37. 如申請專利範圍第33項所述之氮化物半導體發光器件的製備方法，其中上述電流擴散部的總厚度為500Å~ 5000Å。
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