氮化物半导体发光装置的制作方法

专利名称：氮化物半导体发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光装置，更具体地涉及具有隧道结的氮化物半导体 发光装置。
背景技术：
传统上，在其中p型氮化物半导体层侧是光输出侧的氮化物半导体发光 二极管装置中，希望形成于p型氮化物半导体层上的p侧电极满足下列条件。
首先，第一条件是从氮化物半导体发光二极管装置发出的光的透射率 高。接着，第二条件是具有能够将注入电流充分扩散入发光层的面的比电阻 和厚度。最后，第三条件是与p型氮化物半导体层的接触电阻低。
传统上，由具有几至大约10nm的厚度的金属膜制成的半透明金属电极， 例如钯和#:，形成于p型氮化物半导体层的整个面上作为形成于氮化物半导 体发光二极管装置的p型氮化物半导体层上的p侧电极，在该氮化物半导体 发光二极管装置中p型氮化物半导体层侧是光输出侧。然而，这样的半透明 金属电极具有的问题是，由于对于从氮化物半导体发光二极管装置发出的光 的透射率低至约50% ，所以光输出效率降低并且因此难于获得高亮度的氮化 物半导体发光二极管装置。
为了解决该问题，通过在p型氮化物半导体层的整个面上形成由ITO(氧 化铟锡)制成的透明导电膜替代由例如钯和镍的金属膜制成的半透明电极， 制造出具有改善的光输出效率的高亮度的氮化物半导体发光二极管装置。在 其中形成了透明导电膜的这样的氮化物半导体发光二极管装置中，曾经被担 心的透明导电膜与p型氮化物半导体层的接触电阻通过热处理等被改善。
日本特开公报No. 2002-319703公开了 一种氮化物半导体发光二极管装 置，其包括具有形成于基板上的至少第一n型III族氮化物半导体层叠结构、 p型m族氮化物半导体层叠结构、和第二n型III族氮化物半导体层叠结构
的m族氮化物半导体层叠结构，其中负电极提供于第一n型in族氮化物半
导体层叠结构中的n型ni族氮化物半导体层中，正电极提供于第二n型III族氮化物半导体层叠结构的n型III族半导体层中，并且隧道结用第二 n型 III族氮化物半导体层叠结构中的n型III族氮化物半导体层和在p型III族氮 化物半导体层叠结构中的p型III族氮化物半导体层形成。
在曰本特开公报No. 2002-319703中公开的氮化物半导体发光二极管装 置中，由于正电极形成于第二n型III族氮化物半导体层叠结构中的n型III 族氮化物半导体层中，并且n型III族氮化物半导体与p型III族氮化物半导 体相比可以容易地增加载流子浓度，所以，与其中正电^l形成于p型III族 氮化物层中的传统结构相比，可以减小接触电阻，从而实现低驱动电压和高 输出的驱动。此外，由于可以减小成为氮化物半导体发光二极管装置的击穿 的原因之一的正电极处的发热，所以据说可靠性可以被改善。

发明内容
.但是，存在的问题是由ITO制成的透明导电膜的光学特性在高温下被不 可逆转地改变从而减小了可见光的透射率。在使用由ITO制成的透明导电膜 的情形，还存在的问题是由ITO制成的透明导电膜形成之后的工艺温度范围 受到限制，以便避免可见光的透射率下降。另外，存在的问题是由ITO制成 的透明导电膜由于驱动高电流密度而恶化并且变黑。
此外，在日本特开^^才艮No. 2002-319703的实例中描述的氮化物半导体 发光二极管装置中，隧道结用具有与发光层相同水平的In (铟)成分比的p 型InGaN层和n型InGaN层形成，并且两者的层厚都是50 nm。
如同在日本特开公报No. 2002-319703中所述，为了足够地提供固相的 In,必须将生长温度降低至800°C。但是，在低温下难于获得具有1 x 1019/cm3 或者更高的高载流子浓度的p型InGaN层，所以不能减小隧道结部的电压损 失，并且结果，存在驱动电压变高的问题。
因此，本发明的目的是提供能够减小驱动电压的氮化物半导体发光装置。
本发明涉及一种氮化物半导体发光装置，所述装置包括基板；形成于所 述基板上的第一n型氮化物半导体层、发光层、p型氮化物半导体层、p型 氮化物半导体隧道结层、n型氮化物半导体隧道结层、和第二n型半导体层， 其中p型氮化物半导体隧道结层和n型氮化物半导体隧道结层形成隧道结， p型氮化物半导体隧道结层和n型氮化物半导体隧道结层至少之一包含In，至少一含In层与具有比含In层更大的带隙的层接触，所述含In层是p型氮 化物半导体隧道结层和n型氮化物半导体隧道结层的至少之一，并且含In 层和所述具有比含In层更大的带隙的层的界面与所述p型氮化物半导体隧 道结层和所述n型氮化物半导体隧道结层的界面之间的最短距离的至少之一 小于40 nm。
在本发明的氮化物半导体发光装置中，在所述含In层中的In原子的数 量对于A1、 Ga、和In原子的总数的优选地比率大于O.l。
在本发明的氮化物半导体发光装置中，优选地，n型氮化物半导体隧道 结层是含In层并且在n型氮化物半导体隧道结层中n型掺杂剂的浓度小于5 x 1019/cm3。
在本发明的氮化物半导体发光装置中，n型掺杂剂优选选自由硅、锗、 和氧组成的组的至少 一种。
在本发明的氮化物半导体发光装置中，在p型氮化物半导体隧道结层中 的p型掺杂剂的浓度是2 x 1019/cm3或更多。
在本发明中，"p型掺杂剂的浓度"指示在氮化物半导体中所包含的p 型掺杂剂的原子浓度，"n型掺杂剂的浓度"指示在氮化物半导体中所包含的 n型掺杂剂的原子浓度，并且各浓度可以用例如SIMS (第二离子质谱分析) 定量计算。
此外，在本说明书中，Al代表铝、Ga代表4家、并且In代表铟。 根据本发明，可以提供能够减小驱动电压的氮化物半导体发光装置。 当结合附图时，从以下对于本发明的详细描述，本发明的前述和其它目 的、特征、方面和优点将变得更为显见。


图1是示出本发明中的氮化物半导体发光装置的一实例的氮化物半导体 发光二极管的 一优选实例的示意截面图。
图2是示出本发明中的氮化物半导体发光装置的一 实例的氮化物半导体 发光二极管的另 一优选实例的示意截面图。
图3是示出实例1中的氮化物半导体发光二极管装置的p型隧道结层的 厚度(nm)和驱动电压(V)之间的关系的图。
图4是示出实例3中的氮化物半导体发光二极管装置的p型隧道结层的厚度(nm)和驱动电压(V)之间的关系的图。
图5是示出本发明中的氮化物半导体发光装置的一实例的氮化物半导体 发光二极管的又一优选实例的示意截面图。
具体实施例方式
以下，将描述本发明的实施例。此外，在本发明的附图中，相同的参考 标号指示相同的部件或者对应的部件。
图1是示出本发明中氮化物半导体发光装置的一实例的氮化物半导体发 光二极管装置的一优选实例。在图1中示出的氮化物半导体发光二极管装置 具有基板l;层叠在基板l上的第一n型氮化物半导体层2、发光层3、 p型 氮化物半导体层4、 p型氮化物半导体隧道结层5、 n型氮化物半导体隧道结 层6、 n型氮化物半导体蒸发抑制层10、和第二n型氮化物半导体层7,并 且具有其中n侧电极8形成于第一n型氮化物半导体层2上，并且p侧电极 9形成于第二 n型氮化物半导体层7上的配置。
在这样的配置的氮化物半导体发光装置中，与其中正电极形成于传统的 p型氮化物半导体层上的传统结构相比，要求接触电阻可以被减小，且驱动 电压可以被降低，同时在p型氮化物半导体隧道结层5和n型氮化物半导体 隧道结层6的结部的隧道结部的电压损失可以被减小得更多。
在该隧道结部的隧穿几率Tt通常用下面的方程(1)表示
Tt = exp((-87t(2me)1/2Eg3/2)/3qhs))…(l)
其中Tt代表隧穿几率、me代表导电电子的有效质量、Eg代表能隙、q 代表电子的电荷、h代表普朗克常数、并且s代表在隧道结部的电场。
为了减小氮化物半导体发光装置的驱动电压，希望增加该隧穿几率Tt。 从上述方程(1)，增加隧道结部中的电场s被认为是一种增加隧穿几率Tt 的方法。
作为增加隧道结部中的电场s的方法，优选增加形成隧道结的p型氮化 物半导体隧道结层5和n型氮化物半导体隧道结层6两者的有效离子化杂质 浓度。增加有效离子化杂质浓度的方法的实例包括利用在具有不同带隙的层 被层叠的界面产生的两维电子气的方法。
即，由于形成隧道结的p型氮化物半导体隧道结层5和/或n型氮化物半 导体隧道结层6的有效离子化杂质浓度可以通过将两维电子气的产生点设置接近p型氮化物半导体隧道结层5和n型氮化物半导体隧道结层6的界面而 增加，所以可以增加隧道结部中的电场s。由于通过增加隧道结部中的电场 s可以形成较窄的耗尽层，所以隧穿几率改善。
因此，发明人进行了调查，作为结果，发明人发现在p型氮化物半导体 隧道结层5和n型氮化物半导体隧道结层6两者或任何之一包含In时，并 且作为p型氮化物半导体隧道结层5和n型氮化物半导体隧道结层6的至少 之一的至少一含In层接触具有比含In层更大的带隙的层时，通过使含In层 和具有更大的带隙的层的界面与p型氮化物半导体隧道结层5和n型氮化物 半导体隧道结层6的界面之间的最短距离的至少之一小于40 nm，优选20 nm 或者更小，更加优选15nm或者更小，可以减小包括隧道结部的氮化物半导 体发光装置的驱动电压，甚至当p型氮化物半导体隧道结层5的离子化杂质 浓度是低的时。本发明被完成。
就减小驱动电压并且同时减小来自发光层3的光线的吸收量而言，上述 最短距离越短，就越优选。但是，在其变得过短的情形，当在含In层中的 In含量(In原子的数量与在含In层中Al、 Ga、和In原子的总数量的比率) 变低时，耗尽层到达在具有大带隙层的层侧上的载流子浓度在含In层中低 的部分。结果，存在隧穿几率变小的担心。
因此，就上述观点而言，上述最短距离优选大于2nm。在该情形，可以 减小在p型氮化物半导体隧道结层5和n型氮化物半导体隧道结层6的隧道 结部的隧穿几率下降的趋势。
.此外，就上述观点而言，在含In层中的In含量(In原子的数量与在含 In层中Al、 Ga、和In原子的总数量的比率)优选大于0.1 ，上限可以是l。
在上述描述中，例如硅基板、碳化硅基板、氧化锌基板等可以用做基板1。
在上述描述中，例如其中掺杂了 n型掺杂剂的氮化物半导体晶体可以用 作第一 n型氮化物半导体层2。
在上述描述中，例如具有单量子阱(SQW)结构或多量子阱(MQW) 结构的氮化物半导体晶体可以生长为发光层3。具体地，优选使用具有包含 由组成式AlaInbGai.(a+b)N (0$aSl,0^^1，(^l-(a+b) $1)表示的氮化物半导体 晶体的多量子阱的材料。此外，在上述组成式中，a代表Al的成分比、b代 表In的成分比、并且l-(a+b)代表Ga的成分比。在上面的描述中，其中掺杂了 p型掺杂剂的氮化物半导体晶体例如用作
p型氮化物半导体层4。具体地，可以使用其中在含Al的p型包覆层上生长 的p型GaN层的氮化物半导体晶体。
此外，在上面的描述中，可以使用其中p型掺杂剂掺杂在由组成式 AlxlInylGaWxl+yl)N ( 0SxKl，(^yKl,0^1-(xl+yl) )代表的氮化物半导体晶 体中的材料作为例如p型氮化物半导体隧道结层5。此外，在上述组成式中， xl代表Al的成分比、yl代表In的成分比、并且l-(xl+yl)代表Ga的成分 比。
此外，在p型氮化物半导体隧道结层5中的p型掺杂剂的浓度优选2x 1019/cm3或者更大。在该情形，本发明中的氮化物半导体发光装置的驱动电 压减小的趋势变大。
在上面的描述中，可以使用其中n型掺杂剂掺杂在由组成式 Alx2lny2Ga^x2+y2)N ( 0^x2^1,0Sy2^1 ，03-(x2+y2) )代表的氮化物半导体晶 体中的材料作为例如n型氮化物半导体隧道结层6。此外，在上述组成式中， x2代表Al的成分比、y2代表In的成分比、并且l-(x2+y2)代表Ga的成分 比。
在n型氮化物半导体隧道结层6是含In层的情形，在n型氮化物半导 体隧道结层6中的n型掺杂剂的浓度优选小于5 x 1019/cm3。在该情形，减小 本发明中的氮化物半导体发光装置的驱动电压的趋势变大。
在p型氮化物半导体隧道结层5由InGaN (氮化铟镓)制成的情形，(i) 优选n型氮化物半导体隧道结层6由GaN (氮化镓)制成，(ii)优选p型氮 化物半导体隧道结层5和n型氮化物半导体隧道结层6两者都由InGaN制成， 并且(iii)在p型氮化物半导体隧道结层5由GaN组成的情形，优选n型氮化 物半导体隧道结层6由InGaN制成。此外，p型氮化物半导体隧道结层5和 n型氮化物半导体隧道结层6可以由相互具有不同In含量比率的InGaN制 成。另外，在上述(i)至(iii)的各个情形中，GaN可以是AlGaN。
此外，在本发明中p型氮化物半导体隧道结层5和n型氮化物半导体隧 道结层6至少之一是含In层是必须的。
此外，在p型氮化物半导体隧道结层5和/或n型氮化物半导体隧道结层 6含In的情形，通过形成n型氮化物半导体蒸发抑制层10可以抑制In从这 些层中蒸发。用n型掺杂剂掺杂在由组成式AlcIndGai-(c+d)N ( 0》S 1,0^1^1,0^1-(c+d) )代表的氮化物半导体晶体中的层可以被用作n型氮化物半导体蒸发抑制 层10。具体地，优选使用GaN。此外，在上述组成式中，c代表Al的成分 比、c代表In的成分比、并且l-(c+d)代表Ga的成分比。此外，n型氮化物 半导体蒸发抑制层10优选在与p型氮化物半导体隧道结层5和/或n型氮化 物半导体隧道结层6生长的相同水平的温度下生长。从形成于第二 n型氮化物半导体层7上的p侧电极9注入的电流可以通 过形成第二 n型氮化物半导体层7而被扩散。掺杂n型掺杂剂的氮化物半导体晶体可以用作例如第二n型氮化物半导 体层7。具体地，优选具有低比电阻的层，并且尤其所述层的载流子浓度优 选为1 x 1018/0113或更大。此外，优选第二 n型氮化物半导体层7的带隙比 发光层3的带隙大，以便有效地保证高光输出。优选形成在第一 n型氮化物半导体层2上形成的n侧电极8和在第二 n 型氮化物半导体层7上形成的p侧电极9以便具有使用至少一种选自由例如 Ti (钛)、Hf (铪)、和A1 (铝)组成的组的金属的欧姆接触。这里，部分第一 n型氮化物半导体层2的表面通过从第二 n型氮化物半 导体层7侧蚀刻上述第二n型氮化物半导体层7的生长之后的晶片而被暴露， 并且n侧电极8可以形成于被暴露的表面上。此外，具有顶和底电极结构的氮化物半导体发光二极管装置可以按照以 下方法制成。使第一 n型氮化物半导体层2侧为光输出侧并且第二 n型氮化 物半导体层7侧为支撑基板侧，涂布在第二 n型氮化物半导体层7的生长至 单独制备的导电支撑基板之后的晶片中的第二n型氮化物半导体层7侧，并 且在支撑基板侧上形成选自由Al、 Pt和Ag组成的具有高反射性的金属至少 一种金属。因为根据具有这样的顶和底电极结构的氮化物半导体发光二极管装置 可以使第二 n型氮化物半导体层7的载流子浓度大于传统p型氮化物半导体 层的浓度，所以由于载流子的隧道效应可以容易地获得欧姆特性，而与金属 的功函无关，并且可以在第二 n型氮化物半导体层7上形成所述具有高反射 性的金属。因此，趋向于改善光输出效率。此外，在本发明中，选自由例如Si(硅)、Ge(锗)、和O(氧)组成的 组的至少一种优选作为n型掺杂剂掺杂。此外，在本发明中，例如Mg(镁)、和/或Zn (锌)等可以作为p型掺 杂剂掺杂。(实例1 )在实例1中，制造了具有在图2的示意截面图中所示配置的氮化物半导 体发光二极管装置。首先，蓝宝石基板101被放置在MOCVD (金属有4几化学气相沉积)设 备的反应炉中。然后，蓝宝石基板的温度被升高至105(TC,同时氢气流入反 应炉中，以进行蓝宝石基板的表面(C面)的清洁。接着，蓝宝石基板101的温度被降低至510。C并且作为载气的氢气以及 作为原材料气体的氨和TMG (三曱基镓)流入反应炉，从而在蓝宝石基板 101的表面(C面)上用MOCVD法生长GaN缓冲层102至大约20 nm的 厚度。蓝宝石基板101的温度被升高至1050。C并且作为载气的氢气、作为原材 料气体的氨和TMG (三曱基镓)、以及作为杂质气体的硅烷流入反应炉中， 从而用MOCVD法在GaN緩冲层102上生长4参杂Si的n型GaN下层103 (载流子浓度1 x 1018/cm3)至6 pm的厚度。随后，用MOCVD法在n型GaN下层103上生长n型GaN接触层104 至0.5pm的厚度,其方式与在n型GaN下层103相同，除了硅被掺杂，使得 载流子浓度变为5 x 1018/^113之外。然后，蓝宝石基板101的温度被降低至70(TC，作为载气的氮以及作为 原材料气体的氨、TMG、和TMI (三曱基铟)流入反应炉，并且具有2.5nm 厚度的Ina25Ga。.75N层和具有18 nm厚度的GaN层交替地用六个循环的 MOCVD法生长，从而在n型GaN接触层104上形成具有多量子阱结构的 发光层105。此外，无需说的是，当在发光层105的形成中生长GaN时，TMI 未流入反应炉。接着，蓝宝石基板101的温度被升高至950。C并且作为载气的氢、作为 原材料气体的氨、TMG、和TMA(三曱基铝)、以及作为杂质气体的CP2Mg (环戊二烯合镁)流入反应炉，从而用MOCVD法在发光层105上生长由以 1 x 102Q/cm3的浓度掺杂Mg的Alo.15Gao.85N制成的p型AlGaN包覆层106至 大纟々30nm的厚度。蓝宝石基板IOI的温度被保持在950。C并且作为载气的氢、作为原材料气体的氨、TMG、和TMA(三曱基铝)、和作为杂质气体的CP2Mg流入反 应炉，从而用MOCVD法在p型AlGaN包覆层106上生长由GaN制成的并 且以1 x io2G/cm3的浓度掺杂Mg的p型GaN接触层107至大约0.1 pm的厚度。此后，蓝宝石基板101的温度被降低至750。C,并且作为载气的氮、作 为原材料气体的氨、TMG和TMI、以及作为杂质气体的CP2Mg流入反应炉， 从而用MOCVD法在p型GaN接触层107上生长由以1 x 102G/cm3的浓度掺 杂Mg的Ino.25Gaa75N制成的p型隧道结层108至20 nm的厚度。这里，p型 GaN接触层107的带隙变得比p型隧道结层108的带隙大。进一步，蓝宝石基板IOI的温度被保持在750。C,并且作为载气的氮、 作为原材料气体的氨和TMG、和作为杂质气体的硅烷流入反应炉，用 MOCVD法在p型隧道结层108上生长由以1 x 10,cm3的浓度掺杂Si的GaN 制成的n型隧道结层109 (n型掺杂剂的浓度1 x 1019/cm3)至15 nm的厚 度。此后，蓝宝石基板IOI的温度被升高至95(TC并且作为载气的氢、作为 原材料气体的氨和TMG、以及作为杂质气体的硅烷流入反应炉，从而在n 型隧道结层109上生长由以1 x 1019/cm3的浓度掺杂Si的GaN制成的n型 GaN层111至0.2 (am的厚度。.接着，蓝宝石基板101的温度被降低至700。C并且作为载气的氮流入反 应炉，以进4于退火。然后，在上述退火之后，晶片从反应炉中取出，并且在晶片的顶层的n 型GaN层111的表面上形成以规定的形状构图的掩模。部分上述晶片用RIE (反应离子蚀刻法)从n型GaN层侧被蚀刻从而暴露部分n型GaN接触层 104的表面。然后，在n型GaN层111的表面上形成焊盘电极112，并且在n型GaN 接触层104的表面上形成焊盘电极113。这里，焊盘电极112和焊盘电极113 通过分别在n型GaN层111的表面上和n型GaN接触层104的表面上逐一 层叠Ti层和Al层而同时形成。此后，通过将晶片切割为多个芯片，制造了 具有在图2的示意截面图中所示配置的实例1的氮化物半导体发光二极管装 置。图3示出了在实例1中的氮化物半导体发光二极管装置的p型隧道结层108的厚度(nm)和驱动电压(V)之间的关系。P型隧道结层108等同于实例 1中的氮化物半导体发光二极管装置的含In层。此外，p型隧道结层108的 厚度等同于实例1的氮化物半导体发光二极管装置中p型隧道结层108和具 有比隧道结层108的带隙大的带隙的层(p型GaN接触层107)的界面与p 型隧道结层108和n型隧道结层109的界面的最短距离。此外，驱动电压为 当注入电;克为20 mA的值。从图3中显见，在实例1的氮化物半导体发光二极管装置中，在上述最 短距离(n型隧道结层108)的厚度小于40 nm，优选20 nm或者更小，并 且具体地是15nm或更小的情形，证实显著减小了驱动电压。此外，证实了 驱动电压随着实例1的氮化物半导体发光二极管装置中上述最短距离(p型 隧道结层108)的厚度的减小而趋向于减小。 (实例2)在实例2中，制造了具有在图2的示意截面图中所示配置的氮化物半导 体发光二极管装置。用与实例1中相同的条件和相同的方法生长p型GaN接触层107。在p型接触层107的生长之后，蓝宝石基板101的温度被降低至750°C 并且作为载气的氮、作为原材料气体的氨、TMG和TMI、以及作为杂质气 体的CP2Mg流入反应炉，从而用MOCVD法在p型GaN接触层107上生长 由以1 x io2G/cm3的浓度掺杂Mg的InaiGao.9N制成的p型隧道结层108 (p 型掺杂剂浓度1 x 102G/cm3)至lOnm的厚度。P型GaN接触层107的带隙 变得比p型隧道结层108的带隙大。此外，在实例2中的氮化物半导体发光 二极管装置中，p型隧道结层108的厚度等同于p型隧道结层108和具有比 隧道结层108的带隙大的带隙的层(p型GaN接触层107)的界面与p型隧 道结层108和n型隧道结层109的界面的最短距离。然后，实例2中的氮化物半导体发光二极管装置用与实例1中相同的条 件和相同的方法制造。证实了在实例2的氮化物半导体发光二极管装置的注入电流是20 mA的 情形的驱动电压变得比当在实例1中氮化物半导体发光二极管装置的p型隧 道结层108的厚度是10 nm时更大。 (实例3 )在实例3中，制造了具有在图2的示意截面图中所示配置的氮化物半导体发光二极管装置。用与在实例1中相同的条件和相同的方法生长p型GaN接触层107。然后，在p型GaN接触层107的生长之后，蓝宝石基板101的温度被 降低至650。C并且作为载气的氮、作为原材料气体的氨、TMG、和TMI、以 及作为杂质气体的CP2Mg流入反应炉，从而用MOCVD法在p型GaN接触 层107上生长由以1 x 10,cmS的浓度掺杂Mg的In。.5Gao.sN制成的p型隧道 结层108 (p型掺杂剂的浓度1 x 102Q/cm3)至在2至10 nm范围的任意厚 度。P型GaN接触层107的带隙变得比p型隧道结层108的带隙大。然后，实例3中的氮化物半导体发光二极管装置用与实例1中相同的条 件和相同的方法制造。图4示出了实例3中的氮化物半导体发光二极管装置的p型隧道结层 108的厚度(nm)和驱动电压(V)之间的关系。在实例3中的氮化物半导体 发光二极管装置中，p型隧道结层108等同于含In层。此外，在实例3中的 氮化物半导体发光二极管装置中，p型隧道结层108的厚度也等同于p型隧 道结层108和具有比隧道结层108的带隙大的带隙的层(p型GaN接触层 107)的界面与p型隧道结层108和n型隧道结层109的界面的最短距离。 此外，驱动电压是当注入电流是20mA时的值。从图4中显见，证实了在上述最短距离(p型隧道结层108的厚度)是 10nm或者更小、优选4nm至6nm的情形，在实例3中的氮化物半导体发 光二极管装置中，驱动电压显著减小。此外，在上述最短距离(p型隧道结 层108的厚度)是6 nm的情形，在实例3中的氮化物半导体发光二极管装 置中，驱动电压变为最小。此外，在实例3中的氮化物半导体发光二极管装置中，当上述最短距离 (p型隧道结层108的厚度)是2 nm时的驱动电压比上述最短距离是6 nm 时大。但是，与上述最短距离(p型隧道结层108的厚度)是40nm或更大 时相比，其是小的。 (实例4)在实例4中，制造了具有在图5的示意截面图中所示出配置的氮化物半 导体发光二极管装置。用与在实例1中相同的条件和相同的方法生长p型GaN接触层107。 在p型GaN接触层107的生长之后，蓝宝石基板101的温度被降低至750。C并且作为载气的氮、作为原材料气体的氨、TMG、和TMI、以及作为 杂质气体的CP2Mg流入反应炉，从而用MOCVD法在p型GaN接触层107 上生长由以1 x 102。/cm3的浓度掺杂Mg的Ina25Gao.75N制成的p型隧道结层 108(p型掺杂剂的浓度1 x 1()2G/cm3)至5nm的厚度。P型GaN接触层107 的带隙变得比p型隧道结层108的带隙大。然后，蓝宝石基板IOI的温度被保持至750。C并且作为载气的氮、作为 原材料气体的氨、TMI、和TMG、以及作为杂质气体的硅烷流入反应炉， 从而用MOCVD法在p型隧道结层108上生长由以1 x I019/cm3的浓度掺杂 Si的由In。.25Gao.75N制成的n型隧道结层109(n型掺杂剂的浓度1 x l019/cm3) 至15nm的厚度。然后，蓝宝石基板101的温度被保持至750。C并且作为载气的氮、作为 原材料气体的氨、和TMG、以及作为杂质气体的硅烷流入反应炉，从而用 MOCVD法在n型隧道结层109上生长由以1 x 1019/cm3的浓度掺杂Si的GaN 制成的n型GaN蒸发抑制层110至15 nm的厚度。n型GaN蒸发抑制层110 的带隙变得比n型隧道结层109的带隙大。蓝宝石基板101的温度被升高至95(TC并且作为载气的氢、作为原材料 气体的氨和TMG、以及作为杂质气体的硅烷流入反应炉中，从而用MOCVD 法在n型GaN蒸发抑制层110上生长由以1 x 1019/cm3的浓度掺杂Si的GaN 制成的n型GaN层111至0.2 pm的厚度。此后，实例4中的氮化物半导体发光二极管装置用与实例1中相同的条 件和相同的方法制造。证实在实例4中的氮化物半导体发光二极管装置的驱动电压与当实例1 中的氮化物半导体发光二极管装置的p型隧道结层108的厚度是10 nm时的 驱动电压是相同的水平。此外，证实了通过以5 x 10力cr^的浓度的Si掺杂实例4中的氮化物半 导体发光二极管装置的n型隧道结层109 (n型掺杂剂浓度5 x 1019/cm3) 而生产的氮化物半导体发光二极管装置的驱动电压变得比在实例4中通过以 1 x 10力cm3的浓度的Si掺杂n型隧道结层109(n型掺杂剂浓度1 x 1019/cm3) 所生产的实例4中的氮化物半导体发光二极管装置的驱动电压大。此外，p型隧道结层108的厚度和n型隧道结层109的厚度就上述最短 距离而言;f皮此等同。14(实例5)在实例5中，制造了具有在图5的示意截面图中所示配置的氮化物半导 体发光二极管装置。用与在实例1中相同的条件和相同的方法产生产p型GaN接触层107 直至其被生长。.蓝宝石基板101的温度被保持至750'C并且作为载气的氮、作为原材料 气体的氨、TMI、和TMG、以及作为杂质气体的硅烷流入反应炉，从而用 MOCVD法在p型GaN接触层107上生长由以1 x I019/cm3的浓度掺杂Si 的由In0.25Ga0.75N制成的n型隧道结层109( n型掺杂剂的浓度1 x 1019/cm3) 至10 nm的厚度。与p型GaN接触层107接触的n型隧道结层109侧的部 分用作p型隧道结层108。接着，蓝宝石基板101的温度被保持至750。C,并且作为载气的氮、作 为原材料气体的氨、和TMG、以及作为杂质气体的石圭烷流入反应炉，从而 用MOCVD法在n型隧道结层109上生长由以1 x 1019/cm3的浓度掺杂Si的 GaN制成的n型GaN蒸发抑制层110至15 nm的厚度。n型GaN蒸发抑制 层110的带隙变得比n型隧道结层109的带隙大。此后，蓝宝石基板101的温度被升高至950。C并且氢作为载气、作为原 材料气体的氨、和TMG、以及作为杂质气体的硅烷流入反应炉，从而用 MOCVD法在n型GaN蒸发抑制层110上生长由以1 x 1019/cm3的浓度掺杂 Si的GaN制成的n型GaN层111至0.2 的厚度。此后，实例5中的氮化物半导体发光二极管装置用与实例1中相同的条 件和相同的方法制造。证实在实例5中的氮化物半导体发光二极管装置的驱动电压与当实例1 中的氮化物半导体发光二极管装置的p型隧道结层108的厚度是10nm时的 驱动电压是相同的水平。此外，证实了通过不掺杂在实例5中的氮化物半导体发光二极管装置而 生产的氮化物半导体发光二极管装置的驱动电压变得与以1 x 1019/cm3的浓 度掺杂Si的n型GaN层111而生产的实例5的氮化物半导体发光二极管装 置的驱动电压在相同的水平。'此外，证实了通过以5x 10％1113的浓度的Si掺杂实例5中的氮化物半 导体发光二极管装置的n型隧道结层109 (n型掺杂剂浓度5 x 1019/cm3)而生产的氮化物半导体发光二极管装置的驱动电压变得比在实例5中通过以 1 x l0'9/cm3的浓度的Si掺杂n型隧道结层109所生产的实例5中的氮化物 半导体发光二极管装置的驱动电压大。此外，n型隧道结层109的厚度等同于上述实例5中的氮化物半导体发 光二极管的最短距离。根据本发明，可以减小例如具有隧道结并且发出蓝光(例如波长430 nm 至490nm)的氮化物半导体发光二极管装置的氮化物半导体发光装置的驱动 电压。尽管详细描述和示出了本发明，但是应当清楚地理解这仅是示意和例 举，而不应理解为限制。本发明的范围由所附权利要求的条款来所表达。本申请基于2007年3月8日在日本专利局提交的日本专利申请No. 2007-058804，其全部内容通过引用的方式在此引入。
权利要求
1.一种氮化物半导体发光装置，包括基板；形成于所述基板上的第一n型氮化物半导体层；发光层；p型氮化物半导体层；p型氮化物半导体隧道结层；n型氮化物半导体隧道结层；第二n型半导体层；其中所述p型氮化物半导体隧道结层和所述n型氮化物半导体隧道结层形成隧道结，所述p型氮化物半导体隧道结层和所述n型氮化物半导体隧道结层至少之一包含In，至少一含In层与具有比所述含In层更大的带隙的层接触，所述至少一含In层是所述p型氮化物半导体隧道结层和所述n型氮化物半导体隧道结层的至少之一，并且所述含In层和所述具有比所述含In层更大的带隙的层的界面与所述p型氮化物半导体隧道结层和所述n型氮化物半导体隧道结层界面之间的最短距离的至少之一小于40nm。
2. 根据权利要求1的氮化物半导体发光装置，其中在所述含In层中的 所述In原子的数量对于Al、 Ga、和In原子的总数的比率大于0.1 。
3. 根据权利要求1的氮化物半导体发光装置，其中所述n型氮化物半 导体隧道结层是含In层并且在所述n型氮化物半导体隧道结层中n型掺杂 剂的浓度小于5x 1019/cm3。
4. 根据权利要求3的氮化物半导体发光装置，其中所述n型掺杂剂是 选自由Si、 Ge、和O组成的组中的至少一种。
5. 根据权利要求1的氮化物半导体发光装置，其中在所述p型氮化物 半导体隧道结层中的p型掺杂剂的浓度是2 x 1019/cm3或更多。
全文摘要
本发明公开了一种氮化物半导体发光装置，其包括基板；形成于所述基板上的第一n型氮化物半导体层、发光层、p型氮化物半导体层、p型氮化物半导体隧道结层、n型氮化物半导体隧道结层、和第二n型半导体层，其中p型氮化物半导体隧道结层和n型氮化物半导体隧道结层形成隧道结，p型氮化物半导体隧道结层和n型氮化物半导体隧道结层的至少之一包含In，至少一含In层与具有比所述含In层更大的带隙的层接触，并且所述含In层和所述具有更大的带隙的层的界面与p型氮化物半导体隧道结层和n型氮化物半导体隧道结层的界面之间的至少一最短距离小于40nm。根据本发明，可以提供能够减小驱动电压的氮化物半导体发光装置。
文档编号H01L33/20GK101262037SQ20081008529
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月10日 优先权日2007年3月8日
发明者驹田聪 申请人:夏普株式会社