[发明专利]氮化物半导体发光器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物半导体发光器件及其制造方法，和一种可以增强光输出和工作可靠性的氮化物半导体发光器件及其制造方法。

背景技术

现在将对普通的氮化物半导体发光器件的示意性堆叠结构及其制造方法进行描述。

普通氮化物半导体发光器件提供为堆叠结构，该堆叠结构包括从较低侧顺序堆叠的衬底、缓冲层、n-GaN层、有源层和p-GaN层。

详细地，为了使由于衬底例如蓝宝石衬底和n-GaN层的晶格常数和热膨胀系数的差异造成的晶体缺陷最小化，在低温下由非晶相的基于GaN的氮化物或者基于AlN的氮化物形成缓冲层。在高温下形成硅掺杂浓度为10¹⁸/cm³的n-GaN层作为第一电极接触层。其后，生长温度降低并形成有源层。接着，生长温度再次升高并且形成镁(Mg)掺杂的p-GaN层。

具有上述堆叠结构的氮化物半导体发光器件形成为p-/n-结结构，所述p-/n-结结构利用n-GaN层作为第一电极接触层和利用p-GaN作为第二电极接触层。

为了形成用作第二电极接触层的p-GaN层，利用氮化物半导体的p-/n-结发光器件使用Cp₂Mg或者DMZn作为掺杂源。在DMZn的情况下，由于在p-GaN层中Zn处于“深能级”，并且具有非常高的激活能，因此当施加偏压时，作为载流子的空穴载流子浓度被限制为大约1×10¹⁷/cm³。因此，采用具有低激活能的Cp₂Mg MO(金属有机的)作为掺杂源。

如果采用Cp₂Mg为掺杂源来生长Mg掺杂的p-GaN层，载气NH₃和从掺杂源分离出来的氢(H)气结合形成Mg-H复合物，其显示出大于～10^6-Ω的高电阻绝缘特性。因此，为了在有源层中空穴与电子再结合过程期间能发射光，激活过程是必需的，以使复合物Mg-H键断裂。由于Mg掺杂的p-GaN层具有高电阻，因此如果没有任何改变其不能被使用。在N₂，N₂/O₂的环境中，在600～800℃的温度下通过退火过程实施激活过程。但是，由于存在于p-GaN层中的Mg具有低激活效率，与作为第一电极接触层使用的n-GaN层相比，其具有相对高的电阻值。在实际环境中，激活过程之后p-GaN层中Mg的原子浓度为10¹⁹10²⁰/cm³，并且对纯载流子传导率起作用的空穴载流子浓度为10¹⁷～10¹⁸/cm³，其相当于最大10³倍的差异。还报道了空穴迁移率为10cm²/vsec，这是非常低的值。由于保留在p-GaN层中的没有完全激活的Mg原子浓度，从有源层向表面发射的光被捕集，或者当施加高电流时，由于相对较高的电阻值产生热量，使得发光器件的寿命被缩短，从而对可靠性有致命的影响。

具体地，在采用倒装芯片技术的大尺寸/高功率1mm×1mm发光器件的情况下，由于施加远高于传统电流20mA的350mA电流，在p-/n-结面处产生的结温度高于100℃，这对于器件可靠性有致命的影响并且将来对于产品的应用产生限制。由电阻组分(resistance component)的增加以及由于电阻组分的增加引起的粗糙表面特性导致产生大量的热，其中所述电阻组分的增加是由于保留在用作第二电极接触层的p-GaN层中的没有被激活作为载流子的Mg原子浓度所引起。

同时，在上述p-/n-结发光器件中，用作第一电极接触层的n-GaN层可以轻易地在临界厚度内控制空穴浓度为5～6×10¹⁸/cm³，以确保与硅掺杂浓度相称的结晶度，所述硅掺杂浓度取决于SiH₄或者Si₂H₆的流量的增加，同时在作为第二电极接触层的p-GaN层中，虽然增加Cp₂Mg的流量以掺杂高于最大～10²⁰/cm³的Mg原子，但基本用作载流子的空穴浓度被限制在1～9×10¹⁷/cm³范围内。最后，传统发光器件被制成具有不对称掺杂特征的p-/n-结结构。

因此，用作第二电极接触层的p-GaN层的低载流子浓度和高电阻组分导致发光效率减小。