[发明专利]氮化物半导体发光器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光器件及其制备方法，并且涉及光功率和可靠性得到提高的氮化物半导体发光器件及其制备方法。

背景技术

常规的氮化物半导体发光器件的示意性堆叠结构及其制备方法将被描述。

图1是常规氮化物半导体发光器件的截面图。

参考图1，常规的氮化物半导体发光器件包括衬底101、缓冲层103、n-GaN层105、有源层107和p-GaN层109。

在此，为了使得由于衬底101例如蓝宝石衬底和n-GaN层105的晶格常数和热膨胀系数的不同所产生的晶体缺陷最小化，在低温下形成具有非晶相的基于GaN氮化物或基于AlN氮化物作为缓冲层103。

在高温下形成掺杂有10¹⁸/cm³浓度硅的n-GaN层105作为第一电极接触层。此后，生长温度降低并且形成有源层107。此后，生长温度再次升高，并且形成掺杂镁(Mg)的p-GaN层109。

具有上述堆叠结构的氮化物半导体发光器件形成p-/n-结结构，其使用n-GaN层105作为第一电极接触层和使用p-GaN层109作为第二电极接触层。在第二电极接触层上形成的第二电极材料取决于第二电极接触层的掺杂类型。在传统技术中，为了降低第二接触材料和具有高电阻组分的p-GaN层109之间的接触电阻并且提高电流铺展，使用Ni/Au合金的薄透射性电阻材料(transmissive resistive material)作为第二电极材料。

在制备常规的p-/n-结发光器件的技术中，为了抑制由于蓝宝石衬底和n-GaN半导体之间的晶格常数和热膨胀系数的不同引起的晶体缺陷，低温GaN缓冲层或AlN缓冲层可以用来获得具有～10⁸/cm³的晶体缺陷密度的GaN半导体。然而，为了增加发光器件的光功率和提高发光器件抗ESD(静电放电)的可靠性等，需要生长具有非常低的晶体缺陷浓度的GaN半导体。

为了解决以上问题，已经采用了各种生长技术将晶体缺陷密度降低到至少～10⁷/cm³，例如使用绝缘体或难熔金属的“横向过生长”或“悬挂生长”。

然而，这些生长技术具有缺点，例如制备技术复杂。同样，这些生长技术可以使用GaN衬底来有效抑制晶体缺陷，但是在技术或价格方面需要继续研究和发展以大规模生产。

将更详细描述以上晶体缺陷出现的原因和由晶体缺陷导致的问题。首先，在低温非晶GaN缓冲层或低温非晶AlN缓冲层的情况下，当非晶层在高温下再结晶时，其形成了“类多”(poly-like)晶相。因此，初始的GaN半导体具有非常粗糙的表面状态和劣质的平面，但是当生长继续时，先进行垂直生长然后进行二维生长，以获得高质量的氮化物半导体。同时，在与生长初始阶段对应的垂直生长中，晶体缺陷在与GaN岛(island)熔合的边界产生。产生了不同类型的扩展到发光器件表面的晶体缺陷，例如“穿透位错”、“螺旋位错”、“线位错”、“点缺陷”、或“混合物(mixture)”。这些严重影响了器件的可靠性。

具体地，在蓝宝石衬底的情况下，“穿透位错”扩展到发光器件的表面上。在扩展过程中，“穿透位错”穿过发光的有源层，从而随后作为漏电流的电流通道等。例如，当即刻施加高电压例如ESD等时，有源层遭到破坏或光功率降低。以上问题提供了严重影响器件可靠性的根本原因。

由于以上原因，为了有效提高发光器件的光功率和可靠性，基本需要一种晶体生长方法，其能够基本最小化从蓝宝石基体上扩展晶体缺陷。

发明内容

技术问题

为了解决以上问题，本发明提供了一种氮化物半导体发光器件及其制备方法，其能够减少晶体缺陷和提高有源层的结晶度。

另外，本发明提供了一种氮化物半导体发光器件及其制备方法，其能够提高光功率和工作可靠性。

技术解决方案

在本发明的一方面，提供了一种氮化物半导体发光器件，包括：衬底；在衬底上形成的第一缓冲层；在第一缓冲层上形成的含铟第二缓冲层；在第二缓冲层上形成的含铟第三缓冲层；在第三缓冲层上形成的第一氮化物半导体层；在第一氮化物半导体层上形成的有源层；和在有源层上形成的第二氮化物半导体层。