第iii族氮化物半导体发光器件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本说明书的技术领域涉及第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。更具体 地，本说明书的技术领域涉及具有低驱动电压的第III族氮化物半导体发光器件及其制造 方法。
【背景技术】
[0002] 对于第III族氮化物半导体发光器件，不存在具有能够实现与P型接触层例如P 型GaN层完全欧姆接触的功函数的电极材料。因此，在p型接触层与p电极之间形成肖特 基接触。优选地，为了减小接触电阻，载流子通过隧道效应容易地隧穿肖特基势皇。例如， 通过以高浓度向P型接触层中掺杂P型掺杂剂来减薄肖特基势皇。此外，为了使载流子容 易地隧穿肖特基势皇，优选地在肖特基势皇中存在一些晶体缺陷，这是因为经由晶体缺陷 通过跳跃传导（hoppingconduction)载流子容易地隧穿肖特基势皇。
[0003] 日本公开特许公报（特开）第08-097471号公开了一种包括第二接触层62和第 一接触层63的发光二极管10,第一接触层63的Mg浓度高于第二接触层62的Mg浓度（参 见第[0011]段和图1)。因而，获得具有低驱动电压的发光二极管（参见第[0009]段）。
[0004] 为了使载流子通过隧道效应容易地隧穿肖特基势皇，增加向P型接触层掺杂的P 型掺杂剂例如Mg的浓度。为此，必须通过增加p型掺杂剂气体的浓度来将高浓度的p型掺 杂剂结合到半导体晶体中。
[0005] 然而，就在开始供给p型掺杂剂气体之后或者在p型掺杂剂气体的供给量快速增 加时，生长中的P型接触层的掺杂剂浓度低于期望的掺杂剂浓度。P型接触层的掺杂剂浓度 往往随着厚度的增加即生长时间的推移而增加。这实现了在P型接触层的接触表面附近的 期望的掺杂剂浓度。
[0006] 因为掺杂剂气体或者从该气体中生成的粒子通过记忆效应吸附在室的内壁上，所 以认为就在开始供给P型掺杂剂气体或者使P型掺杂剂气体以阶跃函数的方式增加之后气 体浓度是不稳定的。因此，在晶体生长表面上没有实现期望的气体浓度。或者，由于P型掺 杂剂难以结合到第III族氮化物半导体中的特性，所以在薄的接触层中没有实现高的掺杂 剂浓度。为了在半导体中实现期望浓度的P型掺杂剂（杂质），P型接触层的厚度必须大于 肖特基势皇的厚度。由于过多串联的电阻部件的增加或者非故意晶体缺陷的出现，电阻率 增加，从而增加了驱动电压。因而，为了制造具有低电阻率的半导体发光器件，重要的是提 供具有小的厚度和高的P型掺杂剂浓度的P型接触层。
【发明内容】
[0007] 已经构想了本发明的技术以解决传统技术中所涉及的前述技术问题。因而，本技 术的一个目的是提供具有低的驱动电压的第III族氮化物半导体发光器件。另一目的是提 供用于制造该发光器件的方法。
[0008] 在本发明的第一方面中，提供了一种用于制造第III族氮化物半导体发光器件的 方法，该方法包括下面的步骤：
[0009] 形成η型半导体层的η型半导体层形成步骤；
[0010] 在η型半导体层上形成发光层的发光层形成步骤；以及
[0011] 在发光层上形成Ρ型半导体层的Ρ型半导体层形成步骤。Ρ型半导体层形成步骤 包括如下步骤：
[0012] ρ型覆层形成步骤，所述ρ型覆层形成步骤通过供给包含至少第III族元素的第一 原料气体和掺杂剂气体在发光层上形成Ρ型覆层；
[0013] ρ型中间层形成步骤，所述ρ型中间层形成步骤通过在第一阶段中供给第一原料 气体和掺杂剂气体在Ρ型覆层上形成Ρ型中间层；
[0014] 掺杂剂气体供给步骤，所述掺杂剂气体供给步骤在第二阶段中供给掺杂剂气体同 时停止供给第一原料气体或者减少第一原料气体的供给量，使得在形成Ρ型中间层之后第 III族氮化物半导体不生长；以及
[0015] Ρ型接触层形成步骤，所述Ρ型接触层形成步骤通过在第二阶段中的掺杂剂气体 供给步骤之后的第三阶段中供给第一原料气体和掺杂剂气体在Ρ型中间层上形成Ρ型接触 层。
[0016] 在用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法中，使掺杂剂气体的浓度在半 导体制造装置的室内部和在形成Ρ型接触层之前的半导体晶体的表面附近增加。即，就在 形成Ρ型接触层之前，生长基底附近充分且稳定地填充有掺杂剂气体。因此，就在Ρ型接触 层的生长开始之后，Mg容易快速地结合。能够实现具有小的厚度和高的Mg浓度的ρ型接 触层。可以形成由于隧道效应而使载流子容易渡越的肖特基势皇。因此，能够制造具有低 的驱动电压的第III族氮化物半导体发光器件。
[0017] 本发明的第二方面涉及用于制造根据本发明的第一方面的第III族氮化物半导 体发光器件的方法的具体实施方案，其中在第二阶段掺杂剂气体供给步骤中掺杂剂气体与 第一原料气体的摩尔比高于P型中间层形成步骤中掺杂剂气体与第一原料气体的摩尔比。
[0018] 本发明的第三方面涉及用于制造根据本发明的第一或第二方面的第III族氮化 物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在P型接触层形成步骤中掺杂剂气体与第 一原料气体的摩尔比高于在ρ型中间层形成步骤中掺杂剂气体与第一原料气体的摩尔比。
[0019] 本发明的第四方面涉及用于制造根据本发明的第一至第三方面中的任一方面的 第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在第二阶段掺杂剂气体供给 步骤中掺杂剂气体的流量高于在P型中间层形成步骤中掺杂剂气体的流量。此外，在P型 接触层形成步骤中掺杂剂气体的流量高于在P型中间层形成步骤中掺杂剂气体的流量。
[0020] 本发明的第五方面涉及用于制造根据本发明的第一至第三方面中的任一方面的 第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在第二阶段掺杂剂气体供给 步骤中掺杂剂气体的流量低于在P型接触层形成步骤中掺杂剂气体的流量。此外，在P型 接触层形成步骤中掺杂剂气体的流量高于在P型中间层形成步骤中掺杂剂气体的流量。
[0021] 本发明的第六方面涉及用于制造根据本发明的第一至第三方面中的任一方面的 第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在第二阶段掺杂剂气体供给 步骤中掺杂剂气体的流量高于在P型接触层形成步骤中掺杂剂气体的流量。此外，在P型 接触层形成步骤中掺杂剂气体的流量高于在P型中间层形成步骤中掺杂剂气体的流量。
[0022] 本发明的第七方面涉及用于制造根据本发明的第一至第六方面中的任一方面的 第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在第二阶段掺杂剂气体供给 步骤中掺杂剂气体的供给量逐渐增加。
[0023] 本发明的第八方面涉及用于制造根据本发明的第一至第七方面中的任一方面的 第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在P型接触层形成步骤中第 一原料气体的供给量等于在p型中间层形成步骤中第一原料气体的供给量。
[0024] 本发明的第九方面涉及用于制造根据本发明的第一至第八方面中的任一方面的 第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在P型中间层形成步骤和P 型接触层形成步骤中供给包含氮原子的第三原料气体，并且在第二阶段的掺杂气体供给步 骤中停止供给第三原料气体。
[0025] 本发明的第十方面涉及用于制造根据本发明的第一至第九方面中的任一方面的 第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中P型中间层形成步骤包括：在 P型覆层上形成第一P型中间层的步骤；以及在第一P型中间层上形成第二P型中间层的 步骤。
[0026] 本发明的第十一方面涉及用于制造根据本发明的第一至第十方面中的任一方面 的第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在第二阶段中掺杂剂气体 供给步骤在1秒至60秒的范围内执行。
[0027] 本发明的第十二方面涉及用于制造根据本发明的第一至第十一方面中的任一方 面的第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中第一原料气体是包含作 为第III族元素的镓原子的气体。此外，掺杂剂气体为包含镁原子的气体。包含镓原子的 气体包括三甲基镓（TMG)或三乙基镓（TEG)。包含镁原子的气体包括双（环戊二烯）镁 (Mg(C5H5)2)或双（乙基环戊二烯）镁（EtCp2Mg:Mg(C2H5C5H4)2)。
[0028] 本发明的第十三方面涉及用于制造根据本发明的第一至第十二方面中的任一方 面的第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在P型中间层形成步骤 中供给至少氮气作为载气。在载气中氮原子的摩尔比在30%至80%的范围内。
[0029] 本发明的第十四方面涉及用于制造根据本发明的第一至第六方面中的任一方面 的第III族氮化物半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中在接近第二阶段的开始时 掺杂剂气体的流量以阶跃函数的方式增加。
[0030] 本发明的第十五方面涉及用于制造根据本发明的第十四方面的第III族氮化物 半导体发光器件的方法的具体实施方案，其中以阶跃函数的方式已增加的掺杂剂气体的流 量在第二阶段和第三阶段中保持不变。
[0031] 在本发明的第十六方面中，提供了一种第III族氮化物半导体发光器件，其包括： η型半导体层；在η型半导体层上的发光层；在发光层上的p型半导体层；以及在p型半导 体层上的Ρ电极。Ρ型半导体层包括与Ρ电极接触的Ρ型接触层和与Ρ型接触层接触的Ρ 型中间层。Ρ型接触层的厚度为〇.5nm至50nm。在ρ型接触层中，从ρ型中间层的接触表 面至P电极的接触表面的Mg浓度变化率X在5X101%X彡1X102°的范围内，X:Mg浓度 变化率（cm3 ·nm3。
[0032] 本说明书提供了具有低驱动电压的第III族氮化物半导体发光器件及其制造方 法。
【附图说明】
[0033]由于在结合附图考虑的情况下，参照优选实施方案的以下详细描述，本发明的各 种其他目的、特征和许多附带优点将变得更好理解，所以可以容易地认识到本发明的各种 其他目的、特征以及许多附带优点，其中：
[0034] 图1是根据一个实施方案的发光器件的结构的示意图；
[0035] 图2是根据该实施方案的p型接触层附近的结构的图；
[0036] 图3是描述用于形成根据该实施方案的发光器件的p型接触层的第一方法的时序 图；
[0037] 图4是描述用于形成根据该实施方案的发光器件的p型接触层的第二方法的时序 图；
[0038] 图5是描述用于形成根据该实施方案的发光器件的p型接触层的第三方法的时序 图；
[0039] 图6是描述用于形成根据该实施方案的发光器件的p型接触层的第四方法的时序 图；
[0040] 图7是描述用于形成根据该实施方案的发光器件的p型接触层的第五方法的时序 图；
[0041] 图8是描述用于形成根据该实施方案的发光器件的p型接触层的第六方法的时序 图；
[0042] 图9是描述用于制造根据该实施方案的发光器件的方法的示意图（部分1);
[0043] 图10是描述用于制造根据该实施方案的发光器件的方法的示意图（部分2);
[0044] 图11是描述用于制造根据该实施方案的发光器件的方法的示意图（部分3);
[0045] 图12是示出第二供给时间（第二阶段）与驱动电压VF之间的关系的图；