第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。具体地，本发明专利技术提供一种其中发光层中的应变得以松弛以实现高发光效率的第III族氮化物半导体器件以及用于制造该器件的方法。本发明专利技术的发光器件具有衬底、低温缓冲层、n型接触层、第一ESD层、第二ESD层、n侧超晶格层、发光层、p侧超晶格层、p型接触层、n型电极N1、p型电极P1和钝化膜F1。第二ESD层具有平均凹坑直径D的凹坑。平均凹坑直径D为至包括在n侧超晶格层中的InGaN层的厚度满足以下条件：-0.029×D+82.8≤Y≤-0.029×D+102.8。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。具体地，本专利技术提供一种其中发光层中的应变得以松弛以实现高发光效率的第III族氮化物半导体器件以及用于制造该器件的方法。本专利技术的发光器件具有衬底、低温缓冲层、n型接触层、第一ESD层、第二ESD层、n侧超晶格层、发光层、p侧超晶格层、p型接触层、n型电极N1、p型电极P1和钝化膜F1。第二ESD层具有平均凹坑直径D的凹坑。平均凹坑直径D为至包括在n侧超晶格层中的InGaN层的厚度满足以下条件：-0.029×D+82.8≤Y≤-0.029×D+102.8。【专利说明】第M I族氮化物半导体发光器件及其制造方法
本专利技术涉及第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。更具体地，本专利技术涉及其中施加到发光层的应变得以松弛的第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。
技术介绍
通常，第III族氮化物半导体发光器件通过第III族氮化物半导体从生长衬底外延生长来制造。在该工艺中，形成具有不同晶格常数的多个第III族氮化物半导体层。由于晶格常数的差异，在相关的半导体层中产生应变(即，应力)。该应力产生压电场，其使得发光层的量子阱的电势变形，从而在空间上将电子与空穴分开。结果，在发光层中电子与空穴之间的复合的概率减小。在这种情况下，半导体发光器件的发光效率下降。为了最大可能程度地减小在半导体层中产生的应变对发光层的影响，已经开发了一些技术。一种技术是用于松弛应变的超晶格层。超晶格层具有晶格常数不同的两个或更多个层单元，由此施加到发光层的应变得以松弛。用于使应变松弛的另一层是用于防止半导体层的静电击穿的层(在下文中，这样的层可以称为“静电击穿电压改进层”)。专利文献I公开了在静电击穿电压改进层中形成凹坑(pit)的技术(例如，参见专利文献I的至段)。静电击穿电压改进层可以防止半导体层的静电击穿并且可以通过凹坑使双轴应力松弛。专利文献1:日本公开特许公报(特开)第2007-180495号。然而，即使在超晶格层仅与静电击穿电压改进层相结合(这两个层形成为使应变最大程度地松弛)时，也不能使应变松弛的效果达到最大程度。相反，半导体发光器件的发光强度在一些情况下可能降低。据推测，这是因为超晶格层的应变松弛机制不同于静电击穿电压改进层的应变松弛机制。因此，应变松弛优选地不仅通过设置组合的超晶格层和静电击穿电压改进层，还通过其它手段来实现。
技术实现思路
为了解决与常规技术有关的上述问题，实现了本专利技术。因此，本专利技术的一个目的是提供一种其中施加到发光层的应变得以松弛以由此实现高发光效率的第III族氮化物半导体发光器件。另一目的是提供一种用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法。因此，在本专利技术的第一方面中，提供了一种第III族氮化物半导体发光器件，该第III族氮化物半导体发光器件包括由第III族氮化物半导体形成的底层、形成在底层上的超晶格层和形成在超晶格层上的发光层。底层具有凹坑。超晶格层具有由包含铟的第III族氮化物半导体形成的至少含铟层。在底层与超晶格层之间的界面处测得的平均凹坑直径D (A)满足以下条件:500 A<D<3()00 A。含铟层的厚度Y (A)满足以下条件:-0.029 X D+82.8 ≤ Y ≤-0.029 X D+102.8。在第III族氮化物半导体发光器件中，施加到发光层的应变得以松弛。设置有凹坑的底层和形成在底层上的超晶格层适当地吸收应变。因此，施加到发光层的应变得以松弛。从而，在发光层中产生的压电场的强度小于常规半导体发光器件的压电场的强度。即，第III族氮化物半导体发光器件的发光效率高于常规半导体发光器件的发光效率。本专利技术的第二方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的一个特定实施方案，其中超晶格层由重复沉积的层单元形成。每个层单元具有两个或更多个含铟层。含铟层的厚度Y (盖)是针对超晶格层中具有最小带隙的层测得的厚度。在这种情况下，具有上述厚度Y (A)的条件的含铟层的In组成比最大。 本专利技术的第三方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的一个特定实施方案，其中所述凹坑的底端位于底层的厚度范围内。凹坑由穿透位错W引起并且在底层生长期间形成。本文所使用的术语“底层”是指在超晶格层之下的半导体层。底层可以是由两个或更多个层组成的半导体层。本专利技术的第四方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的一个特定实施方案，其中底层为用于防止每个半导体层的静电击穿的静电击穿电压改进层。本专利技术的第五方面涉及第III族氮化物半导体发光器件的一个特定实施方案，其中平均凹坑直径D (A)满足以下条件:500A<D<1500人。当凹坑直径落在该范围内时，第III族氮化物半导体发光器件对反向电压具有足够的耐受性。在本专利技术的第六方面中，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:形成底层；在底层上形成超晶格层；以及在超晶格层上形成发光层。在形成底层时，在底层中设置凹坑，使得在底层与超晶格层之间的界面处测得的平均凹坑直径D ( 满足以下条件:500 A<DSJ000 在形成超晶格层时，由含铟第in族氮化物半导体形成含铟层，使得含铟层的厚度Y (U满足以下条件:-0.029 X D+82.8 ≤ Y ≤-0.029 X D+102.8。通过采用用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，从氮化物半导体模板(即，在底层下方的层)中传递的应变可以得以有效地松弛，由此可以降低施加到发光层的应变。此外，保持了所形成的半导体层的结晶度，并且半导体层的除设置有凹坑的区域之外的部分高度平坦。因此，所形成的发光层具有高结晶度。换句话说，可以制造具有高发光效率的第III族氮化物半导体发光器件。在这样制造的第III族氮化物半导体发光器件中，施加到发光层的应变得以松弛，这是因为设置有凹坑的底层和设置在底层上的超晶格层适当地吸收应变。因此，可以降低施加到发光层的应变，并且降低压电场对发光层的影响。本专利技术的第七方面涉及用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法的一个实施方案，其中在形成超晶格层时，重复沉积各自具有两个或更多个含铟层的层单元，以及形成超晶格层中具有最小带隙的含铟层，使得该含铟层具有上述厚度Y (A)0本专利技术的第八方面涉及用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法的一个特定实施方案，其中平均凹坑直径D (▲)调整为满足以下条件:500 A<D<15001。这样制造的第III族氮化物半导体发光器件对反向电压具有足够的耐受性。本专利技术使得能够提供其中施加到发光层的应变得以松弛以由此实现高发光效率的第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。【专利附图】【附图说明】本专利技术的各种其它目的、特征以及许多附带的优点将容易理解，这是因为在结合附图进行考虑的情况下，参考下面的优选实施方案的详细描述，本专利技术的各种其它目的、特征以及许多附带的优点变得更好理解，在附图中:图1是根据实施方案的第III族氮化物半导体发光器件的结构示意图；图2是形成根据该实施方案的第III族氮化物半导体发光器件的层的层结构的示意图；图3是根据实施方案的设置在静电击穿电压改进层中的凹坑的示意图；图4是根据实施方案的设置在静电击穿电压改进层中的凹坑以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种第III族氮化物半导体发光器件，包括：由第III族氮化物半导体形成的底层、形成在所述底层上的超晶格层和形成在所述超晶格层上的发光层，其中所述底层具有凹坑；所述超晶格层至少具有由包含铟的第III族氮化物半导体形成的含铟层；所述凹坑具有在所述底层与所述超晶格层之间的界面处测得的平均凹坑直径该凹坑直径满足以下条件：以及所述含铟层的厚度满足以下条件：‑0.029×D+82.8≤Y≤‑0.029×D+102.8。FDA0000373459550000011.jpg,FDA0000373459550000012.jpg,FDA0000373459550000013.jpg

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：奥野浩司，宫崎敦嗣，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP