第Ⅲ族氮化物基化合物半导体发光器件制造技术

本发明专利技术涉及第Ⅲ族氮化物基化合物半导体发光器件。本发明专利技术提供了一种不需要外部恒流电路的ＧａＮ基半导体发光器件。本发明专利技术的发光器件包含：蓝宝石衬底；在衬底上形成的ＡｌＮ缓冲层；和在缓冲层上形成的ＨＥＭＴ结构，该ＨＥＭＴ结构包含ＧａＮ层和Ａｌ↓［０．２］Ｇａ↓［０．８］Ｎ层。在Ａｌ↓［０．２］Ｇａ↓［０．８］Ｎ层上依次形成ｎ－ＧａＮ层、包含ＩｎＧａＮ阱层和ＡｌＧａＮ势垒层的ＭＱＷ发光层以及ｐ－ＧａＮ层。在Ａｌ↓［０．２］Ｇａ↓［０．８］Ｎ层的露出部分上形成源电极和ＨＥＭＴ／ＬＥＤ连接电极。ＨＥＭＴ／ＬＥＤ连接电极用作相应的漏极和用于将电子注入ｎ－ＧａＮ层中的电极。在ｐ－ＧａＮ层的顶面上形成ＩＴＯ透明电极，并且在透明电极的顶面的一部分上形成金衬垫电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含与其集成的恒流元件的第III族氮化物基化合物半 导体发光器件。如本文中所使用的那样，"第III族氮化物基化合物半导体"包括由式AlxGayliu小yN (0《x《l, 0《y《l， 0《x+y《l)表示的半导 体；这种半导体包含预定的元素以获得例如n-型导电/p-型导电；在这 种半导体中，第III族元素中的一部分被B或Tl替代，并且第V族元 素中的一部分被P、 As、 Sb或Bi替代。
技术介绍
众所周知，发光二极管的光输出与其中流过的电流大致成比例，并 且发光二极管的电流根据向其施加的电压升高以指数的方式增加。因 此，发光二极管需要用于供给恒定电流的驱动电路，使得二极管发射具 有预定范围亮度的光。在这种电路中，例如，已经使用恒流二极管。日本专利申请公开(特开)No. 2001-189488公开了用于将透光途径 与光学器件集成的技术以及由此集成的器件与另一器件的组合。同时， His-Hsuan Yen等人的 "GaN Alternating Current Light-Emitting Device," Phys. Stat. Sol. ( a ) 204， No. 6, 2077-2081 ( 2007 )描述了 一种电路，其中在两个端子之间连接多个发光二极管使得即使当两个端 子之一具有较高的电势时超过一半的发光二极管也发光。
技术实现思路
为了提供不需要外部恒流电路的第III族氮化物基化合物半导体发光 器件，本专利技术的专利技术Aj l现，使用例如GaN/AlGaN界面处的二维电子气 的高电子迁移率晶体管(HEMT)可用作恒流元件。基于该发现做出本发 明。在本专利技术的第一方面中，提供一种包含具有第III族氮化物基化合物 半导体层叠结构的发光部分的第III族氮化物基化合物半导体发光器件， 其中，由第III族氮化物基化合物半导体形成的发光部分和恒流元件设置在共用的衬底上。在本专利技术的第二方面中，恒流元件是高电子迁移率晶体管。 在本专利技术的第三方面中，恒流元件具有第III族氮化物基化合物半导体层，并且第ni族氮化物基化合物半导体层比形成发光部分的第in族氮 化物基化合物半导体层叠结构更接近衬底。在本专利技术的第四方面中，第m族氮化物基化合物半导体发光器件具有至少五个作为二极管的发光部分以及第一至第四节点(A、 B、 C和D); 并且， 一个或多个发光部分串联连接在第一节点和第二节点之间、第二节 点和第四节点之间、第四节点和第三节点之间、第三节点和第二节点之间 以及第四节点和第一节点之间，使得当第一节点上的电势比第三节点上的 电势高时，电流沿正向流过连接在第一节点和第二节点之间、第二节点和 第四节点之间以及第四节点和第三节点之间的所有发光部分，并且当第三 节点上的电势比第一节点上的电势高时，电流沿正向流过连接在第三节点 和第二节点之间、第二节点和第四节点之间以及第四节点和第一节点之间 的所有发光部分。如以下所示的那样，第III族氮化物基化合物半导体发光部分的层 叠结构可与恒流元件的层叠结构集成。根据本专利技术，可提供不需要外部 恒流电路的第III族氮化物基化合物半导体发光器件。当在发光装置中 使用本专利技术的第III族氮化物基化合物半导体发光器件时，整个装置的 尺寸可减小，这有助于成本降低。附图说明结合附图参考优选实施例的以下详细描述，本专利技术的各种其它的目的、 特征和附带的许多优点将变得更加容易理解。图1是根据本专利技术的一个特定实施例的第III族氮化物基化合物半导 体发光器件100的结构的截面图2A是表示第III族氮化物基化合物半导体发光器件100的LED部 分的电压-电流特性的示图2B是表示第III族氮化物基化合物半导体发光器件100的HEMT部分的电压-电流特性的示图2C是表示笫III族氮化物基化合物半导体发光器件100的整体的电 压-电流特性的示图3是根据一个变化方案的第III族氮化物基化合物半导体发光器件 150的结构的截面图4是根据本专利技术的另一个特定实施例的第III族氮化物基化合物半 导体发光器件200的结构的截面图5是根据本专利技术的还另一个特定实施例的第III族氮化物基化合物 半导体发光器件300的结构的截面图6A是才艮据实施例4的第III族氮化物基化合物半导体发光器件的电 路图6B是根据对比例的第III族氮化物基化合物半导体发光器件的电路图7A是表示根据实施例4的发光器件的电流随时间变化的示图7B是表示根据对比例的发光器件的电流随时间变化的示图7C是表示施加的电功率(100 V， 50 Hz)的电压随时间的变化 的示图.具体实施例方式本专利技术优选使用由第III族氮化物基化合物半导体形成的HEMT作为 恒流元件。在这种HEMT中，可借助于例如可归因于AlGaN/GaN异质结 的自发极化和由界面应力引起的压电极化以较高的浓度产生高迁移率的 二维电子气。这种HEMT是所谓的常开(normally-on)型。在本专利技术中使用的恒流元件可具有任何其它已知的HEMT结构。恒流 元件可具有其它元件结构；即，其它元件的饱和电流特性。在本专利技术中，对于其中并入恒流元件的发光部分的结构没有特别的限制。发光部分和恒流元件可i殳置在衬底的同 一侧上，或者可分别i殳置在衬底的两侧上。或者，可通过以下工序制逸良光器件在外延生长衬底上形 成发光部分和恒流元件的层叠结构；移除外延生长衬底；以及将发光部分 和恒流元件掩^于另 一衬底。实施例1图1是根据本专利技术的实施例1的第III族氮化物基化合物半导体发光 器件100的结构的截面图。在发光器件100中，通过众所周知的MOCVD 技术外延生长下述各层。在蓝宝石衬底101上形成A1N緩冲层102 (厚度200 nm)。如下面描述的那样配置HEMT部分(恒流元件)110。在AlN緩冲层102上形成未掺杂的GaN层111 (厚度1 jrni)，在 GaN层111上形成未掺杂或摻杂娃的AlQ.2Gao.8N层112 (厚度45 nm)。 在形成下述的LED部分(发光部分)120的各层之后，通过>^应离子蚀刻 露出Al。.2Ga0.8N层112的一部分，并且在Al0.2Ga0.8N层112的露出部分上 形成均具有钒(V)和铝(Al)的双层结构的源电极115S和漏电极116D。 设置源电极115S和漏电极116D使得电极之间的距离(沟道长度)为8 nm 并且沟道宽度为600 nm。在GaN层111和AlD.2Ga。.8N层112之间的^面 处的GaN层111的一部分中产生二维电子气，由此形成沟道。或者，可使用湿蚀刻以露出Ak2GaQ.8N层112的一部分。如下面描述的那样配置LED部分(发光部分)120。在AlQ.2Gao.8N层112上形成掺杂珪的n-GaN层121 (厚度3.5 nm)。 在n-GaN层121上形成包含八个InGaN阱层和AlGaN势垒层的MQW发 光层122。在MQW发光层122上形成掺杂镁的p-GaN层123 (厚度100 nm)。通过反应离子蚀刻露出n-GaN层121的顶面的一部分，并且在n-GaN 层121的露出部分上形成具有钒(V)和铝(Al)的双层结构的n-电极125。 在p-GaN层123的顶面上形成ITO透明电极128 (厚度300 nm)。 形 成MQW发光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含具有第Ⅲ族氮化物基化合物半导体层叠结构的发光部分的第Ⅲ族氮化物基化合物半导体发光器件，其中由第Ⅲ族氮化物基化合物半导体形成的所述发光部分和恒流元件设置在共用的衬底上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：五所野尾浩一，守山实希，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]