专利名称：氮化物半导体发光装置制造方法
技术领域：
本发明涉及适合应用于例如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的发光装置，例如太阳能电池或光学传感器的光接收装置，或者适合应用于例如晶体管或功率装置的电子装置的氮化物半导体发光装置制造方法。
背景技术：
当LED用作显示器的照射光源或背光时，要求该装置具有高的发光效率和低的正向电压(以下用Vf表示)。日本专利公开No.11-330554揭示了一种氮化物半导体发光二极管，其具有位于n侧氮化物半导体层和p侧氮化物半导体层之间的有源层，通过提供由至少三个层形成的n侧多层膜层而实现改善的光发射输出，该n侧多层膜层包括在n侧接触层上的至少一个非掺杂InxGa1-xN(0＜x＜1)的第一氮化物半导体层和至少一个非掺杂InyGa1-yN(0≤y＜1，y＜x)的第二氮化物半导体层，其中在该n侧接触层上形成n侧氮化物半导体层的n电极。
然而，日本专利公开No.11-330554中提出的结构具有生长在n侧接触层上的InGaN三元混合晶体，其可能在晶体内包含位错和缺陷，可能使有源层的光发射效率降低。在工作于高电流密度的例如LD的发光装置中，堆叠带隙比GaN或AlGaN窄的InGaN层可能是所引入的载流子溢流(overflow)的起因。因此，需要一种同时实现高的光发射输出和低的正向电压(Vf)的技术。
发明内容
为了解决上述问题而进行本发明，其目的是提供一种具有高的光发射输出同时实现正向电压(Vf)减小的氮化物半导体发光装置制造方法。
本发明涉及氮化物半导体发光装置的制造方法，该氮化物半导体发光装置包括至少n型氮化物半导体、p型氮化物半导体、以及形成于该n型氮化物半导体和该p型氮化物半导体之间的有源层；其中该n型氮化物半导体包括至少n型接触层和n侧GaN层；该n侧GaN层由单个或多个非掺杂和/或n型层组成；且该方法包括步骤将生长温度设定于范围500至1000℃通过金属有机物化学气相沉积形成该n侧GaN层，使得该n侧GaN层形成于该n型接触层和该有源层之间。
在本发明中，优选地，该n侧GaN层由包含n型杂质浓度为至少1×1018/cm3的n型层形成。
在通过本发明的方法制造的氮化物半导体发光装置中，优选地，n侧GaN层和有源层形成为相互接触，且该n型接触层包含浓度至少为1×1018/cm3的n型杂质。
在本发明中，优选地，该n型氮化物半导体由未掺杂或n型GaN层形成。
在本发明中，优选地，该n侧GaN层的生长速率为至多2μm/h。
根据本发明，n侧GaN层在低温下形成于接触层和有源层之间，由此可以提供具有高的光发射输出并实现正向电压(Vf)减小的氮化物半导体发光装置。
由本发明提供的氮化物半导体发光装置适合应用于例如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的发光装置。
通过结合附图进行的对本发明的如下详细描述，本发明的前述和其他目的、特征、方面及优点将变得更加清楚。
图1示出了根据本发明的氮化物半导体发光装置的示范性结构。
图2至4示出了根据本发明的氮化物半导体发光装置的其他示范性结构。
图5示出了普通的氮化物半导体发光装置。
图6示出了形成为比较例2的氮化物半导体发光装置的结构。
具体实施例方式
在下文中，将参照图示描述本发明的实施方案。然而，本发明不限于这些实施方案。尽管将在下文中描述其中本发明的氮化物半导体发光装置实施为LED的实施方案，但是根据本发明的氮化物半导体发光装置也可应用于半导体激光器等。
根据本发明的氮化物半导体发光装置制造方法是一种制造氮化物半导体发光装置的方法，该氮化物半导体发光装置包括至少n型氮化物半导体、p型氮化物半导体、以及形成于该n型氮化物半导体和该p型氮化物半导体之间的有源层；其中该n型氮化物半导体包括至少n型接触层和n侧GaN层；该n侧GaN层由单个或多个非掺杂和/或n型层组成。本发明的制造方法包括步骤在500至1000℃范围内的生长温度通过金属有机物化学气相沉积形成该n侧GaN层，使得该n侧GaN层形成于该n型接触层和该有源层之间。在本发明中，由于是在500至1000℃的低生长温度下形成该n侧GaN层，因此可以实现减小Vf同时维持高的光发射输出的效应。尽管实现减小Vf效应的原因的细节尚不清楚，但是一个可能的原因为n侧GaN层和有源层之间界面处的接触电阻减小。
此外，在本发明中，由于n侧GaN层即该GaN层形成于接触层和有源层之间，可以有利地避免当形成例如InGaN的三元混合晶体时趋于出现的晶体缺陷或位错所引起的低光发射输出的问题。
参考图5，在基板1上形成缓冲层2、n型接触层3、有源层4、p型覆层5、p型接触层6、透明电极7、n侧焊盘电极8和p侧焊盘电极9。比较而言，参考图1，在基板1上形成缓冲层2、n型接触层3、n侧GaN层101、有源层4、p型覆层5、p型接触层6、透明电极7、n侧焊盘电极8和p侧焊盘电极9。在图1所示结构中，n型接触层3和n侧GaN层101形成本发明的n型氮化物半导体，而p型覆层5和p型接触层6形成了本发明的p型氮化物半导体，并在该n型氮化物半导体和p型氮化物半导体之间形成有源层4。
在下文中，将参照图1所示结构为示例，描述根据本发明的氮化物半导体发光装置制造方法，尽管本发明不限于该示例。
<基板1>
可以使用例如蓝宝石(C面)作为基板1。在本发明中，优选地，基板1设定于MOCVD(金属有机物化学气相沉积)设备的反应炉内，且生长温度提高到例如1050℃同时导致氢气流动，使得基板1被预先清洗。
<缓冲层2>
在基板1上形成缓冲层2。具体而言，生长温度降低例如至510℃，并使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG(三甲基镓)作为原材料气体，在基板1上生长厚度约为200的例如GaN的缓冲层2。
<n型氮化物半导体>
(n型接触层3)在缓冲层2上形成n型接触层3。优选地，n型接触层3包含浓度为至少1×1018/cm3的例如Si的n型杂质。这进一步改善了减小Vf的效应。更优选地，该n型杂质浓度为至少5×1018/cm3。
使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长温度设定于1000至1100℃的范围内，通常为1050℃，将n型接触层3形成为厚度约为0.5μm的掺Si浓度为5×1018/cm3的GaN。
(n侧GaN层101)在n型接触层3上形成n侧GaN层101。本发明中形成的n侧GaN层101由在500至1000℃生长温度范围内形成的单层或多层非掺杂和/或n型层组成。在本发明中，优选地，该n侧GaN层由n型杂质浓度至少为1×1018/cm3且更优选地至少为5×1018/cm3的n型层形成，由此可以得到减小Vf的良好效应。
通过分别使用氨气和TMG作为原材料气体，含氮气的气体作为载气，可以形成该非掺杂层。此外，通过使用氨气和TMG作为原材料气体，氢气和/或氮气作为载气，硅烷作为杂质气体，该n型层可形成为掺Si浓度至少为1×1018/cm3且通常为1×1019/cm3的层。
n侧GaN层101可以在500至1000℃的生长温度范围生长，即在低于GaN层最佳生长温度的温度下生长，并可以得到本发明的减小Vf的更好的效应。尽管当生长温度范围为500至1000℃时Vf减小的原因的细节尚不清楚，但是一个可能的原因为n侧GaN层和有源层之间的接触电阻减小。更优选地，n侧GaN层的生长温度设定为750至900℃的范围内。
优选地该n侧GaN层的生长速率至多为2μm/h，因为此时可以得到特别良好的Vf减小效应。该生长速率优选地至多为1μm/h，更优选地至多为0.5μm/h。
对于用于形成n侧GaN层的载气，例如可以使用氢气和/或氮气，优选地使用含氮气的气体作为载气，因为此时可以得到特别良好的Vf减小效应。考虑到减小Vf的效应，含氮气的气体中氮气的流量比优选至少为50体积％。氮气的流量比更优选地为至少70体积％，进一步优选地为至少80体积％。最优选地，使用仅由氮气组成的载气。
该n侧GaN层101可形成为单层或多层，且各个层可以是非掺杂层或n型层。当形成为多层时，该n侧GaN层可以是具有不同掺杂浓度的两个n型层重复堆叠一个、两个或多个周期的二元混合晶体。这种布置是优选的，因为得到了具有优良晶体性能的n侧GaN层，且光发射输出得到改善。具体而言，示范性的n侧GaN层可具有依次堆叠的第一GaN层和第二GaN层，该第一GaN层为掺杂了n型杂质的n型层，该第二GaN层为非掺杂层或者掺杂该n型杂质的浓度低于第一GaN层的n型层。
在图2所示结构中，第一GaN层202和第二GaN层203按照顺序形成为本发明的n侧GaN层201。在图2中，除了n侧GaN层201之外其结构与图1相同。第一和第二GaN层202和203例如通过下述方法形成。具体而言，在500至1000℃的生长温度下，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长厚度约为200nm的掺Si浓度x为1×1018＜x≤1×1021/cm3的第一GaN层202，通常浓度x＝1×1019/cm3，并在第一GaN层202上生长第二GaN层203。
第二GaN层203可以形成为非掺杂层，或者n型杂质浓度低于第一GaN层202的层。当第二GaN层203形成为非掺杂层时，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，在500至1000℃的生长温度下，在第一GaN层202上形成厚度约为20nm的该非掺杂层。当第二GaN层203形成为杂质浓度低于第一GaN层202的n型层时，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，在500至1000℃的生长温度下，在第一GaN层202上形成厚度约为20nm的该n型层，其掺Si浓度x为1×1017≤x≤5×1018/cm3，通常浓度x＝1×1018/cm3。当在图2所示结构中在上述条件下堆叠层时，可以实现在图1所示结构中在上述条件下堆叠层的情形相似的减小Vf的效应。
当n侧GaN层由第一和第二GaN层形成时，第一和第二GaN层202和203可以如图2所示堆叠一个周期。然而，优选地该第一和第二GaN层交替重复堆叠两个以上周期，因为可以得到特别好的改善光发射输出效应。5个以上的重复周期更为优选。至多20的重复周期是优选的，因为由于氮化物半导体发光装置的复杂制造工艺步骤所导致的制造成本的增大可以得以避免。
当重复周期为两个以上时，优选地该第一和第二GaN层分别具有至多100nm的厚度。这种情况下，可以得到改善光发射输出的良好效应。更优选地，第一和第二GaN层厚度至多为20nm。从得到改善光发射输出的良好效应的角度而言，根据本发明约20nm的厚度足以保证改善光发射输出的良好效应。为了充分地改变第一和第二GaN层之间的n型杂质浓度，第二GaN层优选地具有足以防止n型杂质从第一GaN层扩散到整个第二GaN层的厚度，具体地，厚度至少为2nm。第一GaN层优选地厚度至少为1nm。
当由第一和第二GaN层组成的堆叠结构重复两次以上时，第一和第二GaN层的堆叠顺序没有具体限制。
<有源层4>
在n侧GaN层101上形成有源层4。具体而言，使用氮气和/或氢气作为载气，氨气、TMG和TMI作为原材料气体，将生长温度降低至例如650至800℃，通常为700℃，交替地生长6个周期的厚度分别为约2.5nm和约18nm的In0.25Ga0.75N和GaN，以提供具有多量子阱结构的有源层4。
<p型氮化物半导体>
(p型覆层5)在有源层4上形成p型覆层5。具体而言，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气、TMA和TMG作为原材料气体，CP2Mg(环戊二烯镁，cyclopentadienylmagnesium)作为杂质气体，将生长温度提高到例如900至1000℃，通常为950℃，生长厚度约为30nm且掺Mg浓度为例如5×1019/cm3的Al0.15Ga0.85N的p型覆层5。
(p型接触层6)在p型覆层5上形成p型接触层6。具体而言，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，CP2Mg作为杂质气体，生长温度为例如900至1000℃，通常为950℃，生长厚度约为0.1μm且掺Mg浓度为例如1×1020/cm3的GaN的p型接触层6。
<退火>
接着，使用氮气作为载气并将生长温度降低到例如700℃，由此执行退火。通过上述方法，得到在基板1上形成了缓冲层2、n型接触层3、n侧GaN层101、有源层4、p型覆层5和p型接触层6的晶片。
<电极形成>
从反应炉取出通过上述方法得到的晶片，图案化成指定形状的掩模形成于最上层即p型接触层6的表面上，并使用RIE(反应离子蚀刻)设备从p型接触层6侧进行蚀刻，使得n型接触层3的表面被暴露。在蚀刻之后，分别在最上层的p型接触层6的几乎整个表面上形成厚度约为7nm的包含Pd的透明电极7，并在其上的指定位置形成厚度约为0.5μm的Au的p侧焊盘电极9。在通过蚀刻暴露的n型接触层3的表面上形成包含Ti和Al的n侧焊盘电极8。这样可以得到作为根据本发明的氮化物半导体发光装置的LED。
如图3所示，在本发明中，在缓冲层2上依次形成底层n型GaN层16和n+接触层17。图3所示结构与图1所示结构相同，除了图1的n型接触层3被底层n型GaN层16和n+接触层17替代之外。具体而言，具有图3所示结构的氮化物半导体发光装置可以由参照图1结构的上述方法形成，除了图1的n型接触层3的形成步骤被下述的底层n型GaN层16和n+接触层17的形成步骤替代之外。因此，在此不重复除了底层n型GaN层16和n+接触层17之外的层的形成方法。在下文中将描述底层n型GaN层16和n+接触层17的形成方法。
(底层n型GaN层16)在1000至1100℃的生长温度下，通常为1050℃，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，将图3所示的底层n型GaN层16形成为厚度约5μm的掺Si浓度为1×1018/cm3的层。
(n+接触层17)在如上所述形成的底层n型GaN层16上，在1000至1100℃的生长温度下，通常为1050℃，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，将n+接触层17形成为厚度约1μm的掺Si浓度为1×1019/cm3的GaN层。在n+接触层17上形成本发明的n侧GaN层101。
<n型氮化物半导体层>
在本发明中，可以在n侧GaN层和n型接触层之间或者在n侧GaN层和有源层之间提供用于改善载流子限制效应的n型氮化物半导体层。一种可能的n型氮化物半导体层为例如AlGaN层。该AlGaN层的优选组分为Al0.01Ga0.99N至Al0.30Ga0.70N，且采用这种组分的载流子限制效应特别良好。
当AlGaN层形成于n侧GaN层和n型接触层之间时，在1000至1100℃的生长温度下，通常为1050℃，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气、TMG和TMA作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，将AlGaN层形成为厚度约30nm的掺为n型杂质的Si的浓度为1×1018/cm3的Al0.15Ga0.85N层。
备选地，当AlGaN层形成于n侧GaN层和有源层之间时，在500至1000℃的生长温度下，通常为750℃，使用氮气作为载气，与上述相同的原材料气体，将AlGaN层形成为厚度约30nm的掺为n型杂质的Si的浓度为1×1018/cm3的Al0.15Ga0.85N层。
本发明另外优点为，由于n侧GaN层即GaN层形成于接触层和有源层之间，所以可以避免当形成例如InGaN的三元混合晶体时趋于出现的晶体缺陷或位错引起的低光发射输出的问题。在根据本发明得到的氮化物半导体发光装置中，另外优选地，形成该n型氮化物半导体的层仅由未掺杂或n型GaN层形成。这种情况下，该n型氮化物半导体并不包括任何InGaN层等，因此具有良好的晶体性能。因此还可以得到更好的光发射输出以及更佳的减小Vf的效应。
在本发明中，优选地n侧GaN层和有源层形成为相互接触，且n型接触层包含n型杂质浓度至少为1×1018/cm3，因为可以得到更好的减小Vf的效应。这里，另外优选地，n型接触层包含n型杂质浓度至少为1×1018/cm3，且n侧GaN层包括包含n型杂质浓度至少为1×1018/cm3的至少一层。
在下文中，将参照图4描述根据本发明的氮化物半导体发光装置的示范性结构，其中使用导电基板作为支撑基板。在图4所示的结构中，在导电基板22上依次形成第一欧姆电极23、用于粘合的第一金属层24、用于粘合的第二金属层21、保护层20、反射层19、第二欧姆电极18、p型接触层6、p型覆层5、有源层4、n侧GaN层101、底层n型GaN层28、n+接触层27、透明导体电极25、以及接合焊盘电极26。p型接触层6和p型覆层5形成本发明的p型氮化物半导体，n侧GaN层101、底层n型GaN层28和n+接触层27形成本发明的n型氮化物半导体。
在下文中将描述具有图4所示结构的氮化物半导体发光装置的形成方法。除了形成n型氮化物半导体和电极的步骤之外，其他步骤与上文参照图1至3所描述的方法相同，因此将不再重复对其的描述。在下文中将描述n型氮化物半导体和电极的形成方法。
<n型氮化物半导体>
(n+接触层27)使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长温度设定为1000至1100℃的范围，通常为1050℃，在其表面上形成了缓冲层的蓝宝石基板(未示出)上形成厚度约为0.1μm且掺Si浓度为1×1019/cm3的GaN的n+接触层27。
(底层n型GaN层28)接着，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长温度设定为1000至1100℃的范围且通常为1050℃，形成厚度约为6μm且掺Si浓度为1×1018/cm3的GaN层，作为底层n型GaN层28。
图4示出的示例中，底层n型GaN层28形成于n+接触层27和n侧GaN层101之间。提供底层n型GaN层28的优点为改善结晶性能，尽管n侧GaN层101可以直接生长在n+接触层27上。
(n侧GaN层101)接着，使用氢气和/或氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长温度设定为500至1000℃的范围，形成作为第二GaN层的厚度为20nm的非掺杂GaN层以及作为第一GaN层的厚度为20nm且掺Si浓度为1×1019/cm3的GaN层，而且通过生长5个周期的由该第二和第一GaN层组成的堆叠结构，形成n侧GaN层101。
随后，在n侧GaN层101上生长有源层4、p型覆层5和p型接触层6。在上述方法中，当使用含氮气的气体为载气时，可以令人满意地得到减小Vf的效应。
<电极形成>
通过上述方法在基板上形成缓冲层、n+接触层27、底层n型GaN层28、n侧GaN层101、有源层4、p型覆层5和p型接触层6得到的晶片被退火，且通过EB蒸镀(电子束蒸镀)方法在p型接触层6上形成第二欧姆电极层18、反射层19、保护层20和用于粘合的第二金属层21。这里，可以形成厚度为例如3nm的Pd层作为第二欧姆电极18，可以形成厚度为例如150nm的Ag层作为反射层19，可以形成厚度为例如50nm的Mo层作为保护层20，且可以形成厚度为例如3μm的Au层作为用于粘合的第二金属层21。
随后，在分开制备的用作支撑基板的导电基板22上，通过EB蒸镀依次形成第一欧姆电极23和用于粘合的第一金属层24。此处例如，可以形成厚度为120μm的Si基板作为导电基板22，可以形成依次形成的厚度为15nm的Ti和厚度为150nm的Al的Ti/Al组合层作为第一欧姆电极23，且可以形成依次形成的厚度为100nm的Au和厚度为3μm的AuSn的Au/AuSn组合层作为用于粘合的第一金属层24。
接着，形成用于粘合的第二金属层21，以连接用于粘合的第二金属层21和用于粘合的第一金属层24。例如，可以形成厚度为100nm的Au层作为用于粘合的第二金属层21。通常，形成用于粘合的第一金属层24的Au/AuSn组合层的Au层设置成与形成用于粘合的第二金属层21的Au层相对，且用于粘合的第一金属层24和用于粘合的第二金属层21通过共晶接合而连接。接合温度设定为例如250至350℃。
接着除去蓝宝石基板和缓冲层(未示出)。具体而言，使用波长为355nm的YAG(钇铝石榴石)-THG(三次谐波产生)激光进行激光照射并从背面被镜面抛光的蓝宝石基板侧入射，形成于蓝宝石基板上的缓冲层(未示出)与n+接触层27之间的界面部分被热分解，使得蓝宝石基板和缓冲层被除去。
在通过上述方法被暴露的n+接触层27上，形成ITO(氧化铟锡)作为透明导体电极25。通常，在n+接触层27的几乎整个表面上形成掺Sn的In2O3层作为透明导体电极25，并在透明导体电极25的中心部分形成n型接合焊盘电极作为接合焊盘电极26。可以形成例如Au/Ti组合层作为接合焊盘电极26。
示例在下文中，将参照具体示例更详细地描述本发明，尽管本发明不限于这些具体示例。
<示例1>
在本示例中，形成具有图1所示结构的氮化物半导体发光装置。
(缓冲层2)首先，蓝宝石(C面)的基板1设定于MOCVD设备的反应炉内，且导致氢气流动同时生长温度提高到1050℃，使得基板1被清洗。接着，生长温度降低至510℃，并使用氢气作为载气，氨气和TMG(三甲基镓)作为原材料气体，在基板1上生长厚度约为200的GaN缓冲层2。
(n型接触层3)
接着，生长温度提高到1050℃，使用氢气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长厚度为6μm的掺Si浓度为1×1018/cm3的GaN的n型接触层3。
(n侧GaN层101)在生长n型接触层3之后，在750℃的生长温度，使用氢气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，将原材料气体的摩尔浓度调整以获得0.1μm/h的生长速率，由此生长厚度为200nm的作为n侧GaN层101的未掺杂层。
(有源层4)接着，使用氮气作为载气，氨气、TMG和TMI作为原材料气体，将生长温度降低至700℃，交替地生长6个周期的厚度分别为2.5nm和18nm的In0.25Ga0.75N和GaN，以形成具有多量子阱结构的有源层4。
(p型覆层5)接着，使用氢气作为载气，氨气、TMA和TMG作为原材料气体，CP2Mg(环戊二烯镁)作为杂质气体，将生长温度提高到950℃，生长厚度约为30nm且掺Mg浓度为5×1019/cm3的Al0.15Ga0.85N的p型覆层5。
(p型接触层6)接着，使用氢气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，CP2Mg作为杂质气体，将生长温度保持在950℃，生长厚度约为0.1μm且掺Mg浓度为1×1020/cm3的GaN的p型接触层6。
通过上述方法，得到在基板1上依次形成了缓冲层2、n型接触层3、n侧GaN层101、有源层4、p型覆层5和p型接触层6的晶片。
(退火)接着，使用氮气作为载气并将生长温度降低到700℃，由此对上述得到的晶片进行退火。
(电极形成)从反应炉取出退火的晶片，图案化成指定形状的掩模形成于最上层即p型接触层6的表面上，并使用RIE(反应离子蚀刻)设备从p型接触层6侧进行蚀刻，使得n型接触层3的表面被暴露。在蚀刻之后，在最上层的p型接触层6的几乎整个表面上形成厚度为7nm的包含Pd的透明电极7，并在其上指定位置形成厚度为0.5μm的Au的p侧焊盘电极9。在被蚀刻暴露的n型接触层3表面上形成包含Ti和Al的n侧焊盘电极8。这样得到作为根据本发明的氮化物半导体发光装置的LED。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、4.0mW的发射输出、以及4.4V的正向电压Vf。
<比较例1>
在该比较例中，形成具有图5所示结构的氮化物半导体发光装置。具体而言，通过与示例1相同的方法形成作为该氮化物半导体发光装置的LED，除了不在n型接触层3和有源层4之间形成n侧GaN层101之外。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、4.0mW的发射输出、以及4.7V的正向电压Vf。
从示例1和比较例1的结果可以看出，示例1中的Vf小于比较例1中的，因此得到本发明的减小Vf的效应。
<示例2>
在该示例中，形成具有图1所示结构的氮化物半导体发光装置。具体而言，通过与示例1相同的方法形成作为本发明的氮化物半导体发光装置的LED，除了在形成图1的n侧GaN层101时使用氮气作为载气之外。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、4.0mW的发射输出、以及4.0V的正向电压Vf，可以得到优于比示例1的减小Vf的效应。
<示例3>
在该示例中，形成具有图1所示结构的氮化物半导体发光装置。具体而言，通过与示例1相同的方法形成作为本发明的氮化物半导体发光装置的LED，除了通过下述方法形成图1的n侧GaN层101之外。
(n侧GaN层101)在生长n型接触层3之后，生长温度降低到750℃，使用氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，将原材料气体的摩尔浓度调整以获得0.1μm/h的生长速率，由此生长厚度为200nm的掺Si浓度为1×1019/cm3的n型层作为n侧GaN层101。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、4.0mW的发射输出、以及3.5V的正向电压Vf，可以得到优于示例1和2的减小Vf的效应。
<示例4>
在该示例中，形成具有图2所示结构的氮化物半导体发光装置。具体而言，通过与示例1相同的方法形成作为本发明的氮化物半导体发光装置的LED，除了通过下述方法形成图2所示由第一和第二GaN层202和203组成的n侧GaN层201以替代图1的n侧GaN层101之外。
(n侧GaN层201)在750℃的生长温度下，使用氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，将原材料气体的摩尔浓度调整以获得0.1μm/h的生长速率，由此生长厚度约为200nm的掺Si浓度为1×1019/cm3的n型层作为第一GaN层202。
接着，在750℃的生长温度下，使用氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，将原材料气体的摩尔浓度调整以获得0.1μm/h的生长速率，由此生长厚度为20nm的非掺杂层作为第二GaN层203。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、4.0mW的发射输出、以及3.5V的正向电压Vf，可以得到与示例3相当的减小Vf的良好效应。
<示例5>
在该示例中，形成具有图1所示结构的氮化物半导体发光装置。具体而言，通过与示例1相同的方法形成作为本发明的氮化物半导体发光装置的LED，除了形成具有由第一和第二GaN层重复9次组成的堆叠结构的GaN层作为n侧GaN层101之外。
(n侧GaN层101)在750℃的生长温度下，使用氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，将原材料气体的摩尔浓度调整以获得0.1μm/h的生长速率，由此生长厚度为4nm的掺Si浓度为1×1019/cm3的n型层作为第一GaN层，在该第一GaN层上，在与第一GaN层相同的生长条件下而不使用杂质气体生长厚度为20nm的非掺杂层作为第二GaN层，且第一和第二GaN层交替堆叠9个周期。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、5.0mW的发射输出、以及3.5V的正向电压Vf，可以得到与示例3相当的减小Vf的良好效应且光发射输出较示例3和比较例1得到改善。
<示例6>
在该示例中，形成具有图3所示结构的氮化物半导体发光装置。具体而言，通过与示例5相同的方法形成作为本发明的氮化物半导体发光装置的LED，除了通过下述方法形成底层n型GaN层16和n+接触层17以替代n型接触层3之外。
(底层n型GaN层16)在生长缓冲层2之后，生长温度提高到1050℃，使用氢气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长厚度约为5μm的掺Si浓度为1×1018/cm3的底层n型GaN层16。
(n+接触层17)接着，在1050℃的生长温度下，使用氢气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长厚度约为1μm的掺Si浓度为1×1019/cm3的GaN的n+接触层17。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、5.0mW的发射输出、以及3.3V的正向电压Vf，可以得到优于示例5的减小Vf的效应。
<示例7>
在该示例中，形成具有图4所示结构的氮化物半导体发光装置。除了形成n型氮化物半导体层和电极的步骤之外，所使用的方法与示例1相同，因此不再重复对其的描述。在下文中，将描述该示例的n型氮化物半导体层和电极的形成方法。
(n+接触层27)在其表面上形成了缓冲层的蓝宝石基板(未示出)上，使用氢气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长温度设定为1050℃，生长厚度为0.1μm的掺Si浓度为1×1019/cm3的GaN的n+接触层27。
(底层n型GaN层28)接着，使用氢气为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，生长温度设定为1050℃，生长厚度为6μm的掺Si浓度为1×1018/cm3的GaN层的底层n型GaN层28。
(n侧GaN层101)在生长底层n型GaN层28之后，生长温度降低到750℃，使用氮气作为载气，氨气和TMG作为原材料气体，硅烷作为杂质气体，将原材料气体的摩尔浓度调整以获得0.1μm/h的生长速率，形成作为第二氮化物半导体层的厚度为20nm的非掺杂GaN层以及作为第一氮化物半导体层的厚度为4nm且掺Si浓度为1×1019/cm3的n型层的GaN层，而且这些层依次交替地生长9个周期作为n侧GaN层101。之后，按照与示例1相似的方法生长有源层4、p型覆层5和p型接触层6。
<电极形成>
按照与示例1相似的方式，将通过上述方法在基板1上依次形成缓冲层2、n+接触层27、底层n型GaN层28、n侧GaN层101、有源层4、p型覆层5、和p型接触层6而得到的晶片退火。
在退火之后，通过EB蒸镀(电子束蒸镀)方法在p型接触层6上连续地形成第二欧姆电极层18、反射层19、保护层20和用于粘合的第二金属层21。这里，形成厚度为3nm的Pd层作为第二欧姆电极18，形成厚度为150nm的Ag层作为反射层19，形成厚度为50nm的Mo层作为保护层20，且形成厚度为3μm的Au层作为用于粘合的第二金属层21。
随后，在分开制备的用作支撑基板的导电基板22上，通过EB蒸镀依次形成第一欧姆电极23和用于粘合的第一金属层24。此处例如，形成厚度为120μm的Si基板作为导电基板22，形成依次形成的厚度为15nm的Ti和厚度为150nm的Al的Ti/Al组合层作为第一欧姆电极23，且形成依次形成的厚度为100nm的Au和厚度为3μm的AuSn的Au/AuSn组合层作为用于粘合的第一金属层24。
接着，用于粘合的第二金属层21连接到用于粘合的第一金属层24。具体而言，形成用于粘合的第一金属层24的Au/AuSn组合层的Au层设置成与形成用于粘合的第二金属层21的Au层相对，且这些层通过共晶接合而连接。接合温度设定为290℃。接着除去蓝宝石基板和缓冲层。具体而言，使用YAG(钇铝石榴石)-THG(三次谐波产生)激光(波长为355nm)进行激光照射并从背面被镜面抛光的蓝宝石基板侧入射，形成于蓝宝石基板上的缓冲层与n+接触层27之间的界面部分被热分解而除去。
在通过除去基板和缓冲层而被暴露的n+接触层27上，在几乎整个表面上形成掺Sn的In2O3层作为透明导体电极25，并在透明导体电极25的中心部分形成Au/Ti组合层的n型接合焊盘电极作为接合焊盘电极26。通过上述方法，形成作为本发明的氮化物半导体发光装置的LED。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、10mW的发射输出、以及3.3V的正向电压Vf，Vf低于下述的比较例2，且光发射输出得到改善。可以理解，不仅可以实现减小Vf的效应，而且可以实现改善光发射输出的效应。
<比较例2>
在该比较例中，形成具有图6所示结构的氮化物半导体发光装置。具体而言，通过与示例7相同的方法形成作为本发明的氮化物半导体发光装置的LED，除了形成n型接触层3以替代n+接触层27、底层n型GaN层28和n侧GaN层101之外。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、8.0mW的发射输出、以及4.5V的正向电压Vf。具体而言，Vf高于而光发射输出低于示例7中的值。
<示例8>
在该示例中，形成具有图1所示结构的氮化物半导体发光装置。具体而言，通过与示例1相同的方法形成作为本发明的氮化物半导体发光装置的LED，除了n侧GaN层101的生长温度设定为1000℃之外。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、4.0mW的发射输出、以及4.5V的正向电压Vf。尽管Vf略高于示例1，但是仍然低于比较例1，且可以得到根据本发明的减小Vf的效应。
<示例9>
在该示例中，形成具有图1所示结构的氮化物半导体发光装置。具体而言，通过与示例1相同的方法形成作为本发明的氮化物半导体发光装置的LED，除了n侧GaN层101的生长温度设定为500℃之外。
工作于20mA的正向电流时，所得到的LED呈现460nm的发射波长、3.7mW的发射输出、以及4.5V的正向电压Vf。尽管Vf略高于示例1，但是仍然低于比较例1，而且尽管光发射输出略低于比较例1，但是降低不显著。
通过这些结果可以确认，在500至1000℃范围的生长温度下形成n侧GaN层，可以得到减小Vf的效应。此外确认了，当使用氮气作为载气时，可以得到特别良好的Vf减小效应。另外当将n侧GaN层形成为具有不同n型杂质浓度的层的堆叠结构时，也可以得到改善光发射输出的效应。
尽管已经详细地描述和说明了本发明，但显而易见的是，这些描述和说明仅仅是描述和示范性质而非限制本发明，本发明的精神和范围仅由权利要求界定。
该申请是基于2006年2月27日向日本专利局提交的日本专利申请No.2006-050822，其全部内容于此引入作为参考。
权利要求
1.一种氮化物半导体发光装置制造方法，所述氮化物半导体发光装置包括至少n型氮化物半导体、p型氮化物半导体、以及形成于所述n型氮化物半导体和所述p型氮化物半导体之间的有源层；其中所述n型氮化物半导体包括至少n型接触层和n侧GaN层；以及所述n侧GaN层由单个或多个非掺杂和/或n型层组成；所述方法包括步骤将生长温度设定于范围500至1000℃通过金属有机物化学气相沉积形成所述n侧GaN层，使得所述n侧GaN层形成于所述n型接触层和所述有源层之间。
2.根据权利要求1的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层由包含n型杂质浓度为至少1×1018/cm3的n型层形成。
3.根据权利要求1的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层和所述有源层形成为相互接触，且所述n型接触层包含浓度至少为1×1018/cm3的n型杂质。
4.根据权利要求3的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层由包含n型杂质浓度为至少1×1018/cm3的所述n型层形成。
5.根据权利要求1的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n型氮化物半导体由未掺杂或n型GaN层形成。
6.根据权利要求5的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层由包含n型杂质浓度为至少1×1018/cm3的所述n型层形成。
7.根据权利要求5的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层和所述有源层形成为相互接触，且所述n型接触层包含浓度至少为1×1018/cm3的n型杂质。
8.根据权利要求7的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层由包含n型杂质浓度为至少1×1018/cm3的所述n型层形成。
9.根据权利要求1的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层的生长速率为至多2μm/h。
10.根据权利要求9的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层由包含n型杂质浓度为至少1×1018/cm3的所述n型层形成。
11.根据权利要求9的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层和所述有源层形成为相互接触，且所述n型接触层包含浓度至少为1×1018/cm3的n型杂质。
12.根据权利要求11的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层由包含n型杂质浓度为至少1×1018/cm3的所述n型层形成。
13.根据权利要求9的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n型氮化物半导体由未掺杂或n型GaN层形成。
14.根据权利要求13的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层由包含n型杂质浓度为至少1×1018/cm3的所述n型层形成。
15.根据权利要求13的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层和所述有源层形成为相互接触，且所述n型接触层包含浓度至少为1×1018/cm3的n型杂质。
16.根据权利要求15的氮化物半导体发光装置制造方法，其中所述n侧GaN层由包含n型杂质浓度为至少1×1018/cm3的所述n型层形成。
全文摘要
本发明提供了一种能够得到高的光发射输出同时减小正向电压(Vf)的氮化物半导体发光装置制造方法。本发明涉及一种氮化物半导体发光装置制造方法，该氮化物半导体发光装置包括至少n型氮化物半导体、p型氮化物半导体、以及形成于n型氮化物半导体和p型氮化物半导体之间的有源层(4)；其中n型氮化物半导体包括至少n型接触层(3)和n侧GaN层(101)，n侧GaN层(101)由单个或多个非掺杂和/或n型层组成，且该方法包括步骤将生长温度设定于范围500至1000℃通过金属有机物化学气相沉积形成n侧GaN层(101)，使得n侧GaN层(101)形成于n型接触层(3)和有源层(4)之间。
文档编号H01S5/323GK101030698SQ200710084339
公开日2007年9月5日 申请日期2007年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者驹田聪, 笔田麻佑子 申请人:夏普株式会社