[发明专利]第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及第III族氮化物半导体发光器件。更具体而言，本发明涉及其中使施加到发光层的应力得以松弛的第III族氮化物半导体发光器件。

背景技术

近年来，采用第III族氮化物半导体(例如，GaN)的发光器件(包括高亮度蓝色LED)已经被投入实践中。通常，发光器件包括n电极、n型覆层、发光层、p型覆层和p电极，并且这些层具有不同的晶格常数。

在其中例如通过外延晶体生长在下层上形成上层以制造半导体发光器件的情况下，当上层的晶格常数明显不同于下层的晶格常数时，在生长形成上层的晶体方面出现了困难。在许多情况下，这样生长的晶体呈现差的结晶度。此外，在上层和下层之间仍施加有应力，即使在半导体发光器件制成之后也是如此。施加有应力的层中会产生压电场。特别地，当在发光层中产生压电场时，发光层呈现能带倾斜(energy band slope)。因此，电子和空穴的复合概率降低，即，发射输出降低。

鉴于上述情况，已经开发了一种用于松弛施加到发光层的应力的技术。例如，专利文献1公开了一种半导体激光器，其包括n型导层和p型导层，其中较靠近有源层的InGaN层具有较大的厚度(见专利文献1第[0055]和[0056]段以及图10)。在器件中，通过改变形成超晶格结构的层的厚度来调节平均In组成比。

专利文献1：日本公开特许公报(kokai)号2010-177651。

然而，这样的技术仍然不能令人满意地松弛施加到发光层的应力。施加到发光层的应力越小，所得到的器件就越好。这是因为当施加到发光层的应力减小时，发光器件相应地呈现低的能带倾斜。

发明内容

已针对解决常规技术中涉及的上述问题完成了本发明。因此，本发明的一个目的是提供一种旨在松弛施加到发光层的应力的第III族氮化物半导体发光器件。

在用于解决上述问题的本发明的第一方面中，提供了一种第III族氮化物半导体发光器件，其包括：由第III族氮化物半导体形成的底层；形成在底层上的应变松弛层；以及形成在应变松弛层上的发光层。发光层是通过沉积势垒层和含In的阱层而形成的。应变松弛层由包括三个或更多个层单元的超晶格层形成，每个单元包括至少InGaN层和GaN层。在这些层单元中，较靠近发光层的层单元包括具有较高的In组成比的InGaN层，并且，最靠近发光层的层单元包括InGaN层，所述InGaN层的In组成比是发光层的阱层的In组成比的70％至100％。

在第III族氮化物半导体发光器件中，在应变松弛层和发光层之间的边界处，应变得以松弛。因此，施加到发光层的应力得以松弛。因而，发光层具有应变减小的能带结构。因此，第III族氮化物半导体发光器件呈现良好的发光性能。此外，通过外延生长形成的每个层均呈现良好的结晶度。因而，发光性能得到进一步提高。

同时，晶格常数在应变松弛层中从衬底侧面上的层向发光层侧面上的层逐渐变化。因而，应力不集中到应变松弛层的特定层上。因此，应变松弛层的结晶度不会削弱。从而，通过外延方式生长在应变松弛层上的发光层的结晶度也不会削弱。

本发明的第二方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中，在层单元中，较靠近发光层的InGaN层具有较大的厚度。在这种情况下，靠近发光层的层单元的平均In组成比几乎等于发光层的单量子阱结构的平均In组成比。因此，施加到发光层的应变得以松弛。从而，发光性能能够提高。

本发明的第三方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中，所有层单元的GaN层都具有相同的厚度。

本发明的第四方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中，层单元的与发光层接触的层是n-GaN层。其目的是：限制发光层中的空穴，以及提高生长在n-GaN层上的发光层的结晶度。

本发明的第五方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中，层单元的与底层接触的层是InGaN层。由于作为第一个晶格失配层的InGaN层具有较低的In组成比，并且其晶格常数几乎等于GaN的晶格常数，所以InGaN层从底层接收较小的应变。因此，抑制了到形成在InGaN层上的应变松弛层的应变传递。

本发明的第六方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中，层单元包括AlGaN层。

本发明的第七方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中，底层是用于防止每个半导体层的静电击穿的层(在下文中，该层可被称为“静电击穿电压改善层”)。静电击穿电压改善层也表现出应变松弛效果。