用于制造III族氮化物半导体发光器件的方法技术

本发明专利技术提供了呈现出改善的光提取性能的III族氮化物半导体发光器件。在制造方法中，在30kPa压力和1.5×1020/cm3的Mg浓度下通过MOCVD法在发光层上形成p-AlGaN的p覆盖层。在具有III族元素极性的晶体中形成具有氮极性的多个区域，从而p覆盖层在其表面上具有六角形柱状凹凸形状。随后，通过MOCVD方法在p覆盖层上沿着该凹凸形状以膜的形式形成GaN的p接触层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于制造呈现出改善的光提取性能的III族氮化物半导体发光器件的方法。
技术介绍
为了改善III族氮化物半导体发光器件的光提取性能，已经提出了用于在光输出表面上设置凹凸形状的方法。在用于设置凹凸形状的已知方法中，使用了极性反转(reversed polarity)层。III族氮化物半导体通常沿+c轴方向生长并因此具有III族元素极性。然而，极性反转层至少包括具有与III族元素极性相反的氮极性的部分。可以通过在晶体中掺杂高浓度Mg 来形成极性反转层。(例如，参考日本专利申请公开(特开)Νο· 2003-101149)日本专利申请公开(特开)No. 2009-49395公开了在P覆盖层上形成p-GaN层，在P-GaN层上形成极性反转层，以及通过湿法蚀刻所述极性反转层(即，具有氮极性的区域)而形成凹凸形状。在日本专利申请公开(特开)Νο· 2010-62493中，在包含具有III族元素极性的III族氮化物半导体的P型第一半导体层上形成极性反转层。在所述极性反转层上形成包含具有氮极性的III族氮化物半导体的P型第二半导体层，以及通过湿法蚀刻所述第二半导体层的表面而形成凹凸形状。还公开了具有III族元素极性的第一半导体层起蚀刻阻挡层的作用以防止第二半导体被过度蚀刻。其它已知方法包括用于通过加工来设置凹凸形状的方法或利用通过在具有大的斜角(off-angle)的衬底上的阶梯生长(step growth)而形成的阶梯的方法。然而，在日本专利申请公开(特开)No. 2009-49395和No. 2010-62493中公开的方法至少需要用于形成极性反转层的工艺和用于湿法蚀刻的工艺。因此，由于多个工艺，该制造是复杂的，从而导致生产成本增加。用于通过加工来设置凹凸形状的方法需要特定的晶体生长之后的工艺，从而导致生产成本增加。此外，因为III族氮化物半导体具有高的硬度，所以依然存在一些晶体损伤并且需要特殊的蚀刻。作为顶面的P接触层需要很厚以便加工。然而，P型III族氮化物半导体很难在保持好的结晶度的同时生长为很厚的。在利用阶梯生长的方法中，在沉积于衬底上的所有层上形成凹凸形状。这会减小界面的陡度并降低光提取性能。当衬底的斜角增大时，存在结晶度显著降低的问题。
技术实现思路
鉴于前述内容，本专利技术的目的是在III族氮化物半导体发光器件的光输出表面上容易地形成凹凸形状。在本专利技术的第一方面中，提供了用于制造具有P覆盖层和P接触层的III族氮化物半导体发光器件的方法，其中，通过Mg掺杂的晶体生长使晶体的至少一部分的极性反转从而形成所述P覆盖层使得在所述P覆盖层上具有凹凸形状，并且在所述P覆盖层上沿着所述凹凸形状形成所述P接触层。如本申请中所用，“III族氮化物半导体”涵盖以式AlxGayInzN(x+y+z = 1，0彡x、y，z彡I)表示的半导体；其中Al、Ga、或In部分由另外的13族元素(如B或Tl)取代的这种半导体，或其中N部分由另外的15族元素(如P、As、Sb或Bi)取代的这种半导体。通常，Si用作η型杂质,而Mg用作P型杂质。所述III族氮化物半导体的具体实例包括至少包含 Ga 的那些，如 GaN、InGaN, AlGaN 和 AlGalnN。III族氮化物半导体具有III族元素极性(与晶体c轴垂直的表面是+c面)和氮极性(与晶体c轴垂直的表面是-C面)。在本专利技术中，“极性反转”是指在具有III族元素极性的晶体的至少一部分(多个微区)中形成N极性区域的情况。 优选地，P覆盖层具有1.2X 102°/cm3或更高的Mg浓度。这是因为当凸部密度高且凹部深度和凸部高度大时，可以进一步改善光提取性能。而且，P覆盖层优选具有IXlO21/cm3或更低的Mg浓度。当Mg浓度较高时，P覆盖层的结晶度劣化。更优选地，P覆盖层具有I. 2X IO2Vcm3到5X 102°/cm3的Mg浓度。Mg浓度通过以下方式确定预先在以平坦膜而不是以凹凸形状形成P覆盖层时获得Mg掺杂量与Mg原料气供应量之间的比例关系，并基于Mg原料气供应量通过所测量的比例关系来进行计算。优选地，P覆盖层在IkPa至到IOOkPa的压力下生长。当压力落在这一范围时，可以形成凹凸形状以使得凸部密度高且凹部深度和凸部高度大，从而导致光提取性能的改善。更优选地，压力为5kPa至70kPa。带隙大于发光层带隙的任何材料均可用于P覆盖层。优选地，使用AlGaN。此外，P覆盖层可以包括多个层和单个层。P接触层可以包括多个层和单个层。本专利技术的第二方面为根据第一方面的制造方法的特定实施方案，其中所述P覆盖层中的Mg掺杂量为1.2X102°/cm3或更多。本专利技术的第三方面为根据第一或第二方面的制造方法的特定实施方案，其中所述P覆盖层由AlGaN形成。本专利技术的第四方面为根据第一至第三方面的任一方面的制造方法的特定实施方案，其中所述P覆盖层在IkPa到IOOkPa的压力下生长。本专利技术可以容易地形成凹凸形状以改善光提取性能。因此，可以降低生产成本。附图说明参照下面的优选实施方案的详细描述，并且当结合附图考虑时，本专利技术的多个其它目的、特征和许多附带的优势将变得更好理解，其中图I示出了根据实施方案I的III族氮化物半导体发光器件的结构；图2A、2B和2C示出了用于制造根据实施方案I的III族氮化物半导体发光器件的方法；图3A、3B、3C、3D、3E和3F是示出p接触层16的表面的原子力显微镜(AFM)图像(照片)；以及图4是示出P覆盖层15的Mg浓度与光输出之间的关系的图。具体实施例方式接下来，将参照附图描述本专利技术的特定实施方案。然而，本专利技术并不限于所述实施方案。实施方案I图I示出了根据实施方案I的III族氮化物半导体发光器件的结构。根据实施方案I的III族氮化物半导体发光器件具有蓝宝石衬底10。在蓝宝石衬底10上，经由AlN缓冲层(未示出)依次形成有由4μπι厚的η-GaN形成的η型接触层11 ;由300nm厚的i_GaN和30nm厚的η-GaN形成的静电耐压(ESD)层12 ;约64nm厚的多层型η覆盖层13，在该η覆盖层13中沉积有15个层单元，每一单元均由i-InGaN、i-GaN和η-GaN形成；以及具有多·量子阱(MQW)结构的发光层14，在该发光层14中，3nm厚的InGaN阱层和4nm厚的GaN阻挡层交替沉积八次。在发光层14上,依次形成有由12nm厚的p-AlGaN形成的p覆盖层15以及由72nm厚的p-GaN形成的P接触层16。p接触层16具有8 X 1019/cm3的Mg浓度。在P接触层16的顶面的一部分中形成深度从P接触层16的顶面延伸至η接触层11的沟槽。在沟槽底部暴露的η接触层11表面上形成η电极19。在ρ接触层16的没有沟槽的表面部分形成氧化铟锡(ITO)透明电极17。在透明电极17上形成ρ电极18。如本申请中所用，因为晶体生长结构因随后所描述的凹凸形状的形成而发生变化，所以P覆盖层15的厚度指的是形成平坦膜时的厚度。ρ覆盖层15的表面具有凹凸形状，在该凹凸形状中观察到多个六角形柱体。沿着凹凸形状以膜的形式形成P接触层16。P接触层16表面也具有凹凸形状。根据实施方案I的III族氮化物半导体发光器件由于凹凸形状而呈现出改善的光提取性能。接下来，将描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造具有p覆盖层和p接触层的III族氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括：通过Mg掺杂的晶体生长使晶体的至少一部分的极性反转从而形成所述p覆盖层使得在所述p覆盖层上具有凹凸形状；并且在所述p覆盖层上沿着所述凹凸形状形成所述p接触层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中田尚幸，牛田泰久，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：