專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件和半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，具體涉及能夠通過允許隧道電流的良好 流動來實現(xiàn)降低的驅(qū)動電壓的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。此外，本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件，具體涉及通過使用表面等離激元(plasmon) 效應(yīng)而具有提高的發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
例如，非專禾Ij文獻 1(IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 8，NO. 4，JULY/AUGUST 2002，pp. 739-743)公開了一種使用隧道結(jié)的氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，作為包括氮化物半導(dǎo)體的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個示例。圖11示出了使用非專利文獻1中描述的隧道結(jié)的傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管 器件的橫截面圖。該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)是GaN緩沖層1102、Si摻雜η 型GaN層1103(層厚度3μπι)、有源層1104、Mg摻雜ρ型GaN層1105 (層厚度50nm)、Mg 高摻雜P+型GaN層1106(層厚度10nm)、Si高摻雜n+型GaN層1107(層厚度10nm)、以 及Si摻雜η型GaN層1108(層厚度200nm)連續(xù)地堆疊在藍寶石襯底1101上，其中，所述 有源層1104具有由堆疊構(gòu)成的MQW，在所述堆疊中InGaN層(層厚度2nm)和GaN層(層 厚度8nm)交替地堆疊六次，在Si摻雜η型GaN層1103上形成第一 η電極1109，在Si摻 雜η型GaN層1108上形成第二 η電極1110。從而Mg高摻雜ρ+型GaN層1106與Si高摻 雜η+型GaN層1107之間的ρη結(jié)形成隧道結(jié)。在使用隧道結(jié)的這種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，電流在Si摻雜η型GaN層 1108的平面內(nèi)傳播，并且電流通過利用Mg高摻雜ρ+型GaN層1106和Si高摻雜η+型GaN 層1107之間的隧道結(jié)而在Mg摻雜ρ型GaN層1105與Si摻雜η型GaN層1108之間流動。此外，最近嘗試了在半導(dǎo)體發(fā)光器件中通過使用表面等離激元來提高發(fā)光效率。圖18中的示意性橫截面圖示出了專利文獻1(日本專利公開No. 2005-108982)中 公開的表面等離激元的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件 中，η型GaN層1802(層厚度大約5 μ m)、n型AlGaN覆層1803(層厚度大約0. 15μπι)、多 量子阱有源層1804、非摻雜GaN保護層1805(層厚度大約lOnm)、p型AlGaN覆層1806(層 厚度大約0. 15 μ m)、以及ρ型(iaInN接觸層1807 (層厚度大約0. 3 μ m)依次形成在襯底 1801上，其中所述多量子阱有源層1804包括交替地堆疊的多個GaN層和多個(ialnN層。在ρ型feilnN接觸層1807上形成多個針對ρ型的電極(例如，島)，所述針對ρ型 的電極(例如，島)例如具有三層結(jié)構(gòu)，所述三層結(jié)構(gòu)包括Pd第一電極層1808(層厚度 大約lnm)、Ag第二電極層1809 (層厚度大約2nm)和Au保護層1810 (層厚度大約Inm)。 這些針對P型的電極是以二維形式周期性地布置的。每一個針對P型的電極具有環(huán)形二維 形狀。同時，在襯底1801的下表面上形成針對η型的電極1811。Ag的表面等離激元頻率與光波長的430nm頻段左右的波長相對應(yīng)，略微大于該波 長的在藍色區(qū)域中的光可以激勵表面等離激元。在專利文獻1中描述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光
4二極管器件中，在指定的時間段內(nèi)布置針對P型的電極，并使從多量子阱有源層1804發(fā)射 的在藍色區(qū)域中的光經(jīng)過Ag第二電極層1809，使得在Ag第二電極層1809的表面?zhèn)燃畋?面等離激元，從而得到表面等離激元效應(yīng)。應(yīng)注意，因為Ag第二電極層1809不能建立與P型feilnN接觸層1807的良好歐姆 接觸，所以提供了在針對P型的電極中包含的Pd第一電極層1808以建立與P型feilnN接 觸層1807的良好歐姆接觸。此外，為了不妨礙表面等離激元的激勵，在Ag第二電極層1809 的表面?zhèn)刃纬商貏e薄的Pd第一電極層1808。此外，非專利文獻2 (Applied Physics Letters，Vol. 87，071102 Q005))公開了 一種技術(shù)，該技術(shù)通過在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中的有源層的近場內(nèi)布置半導(dǎo)體Ag 界面，來有效地實現(xiàn)表面等離激元與光的耦合。即，該技術(shù)通過將有源層與Ag層之間的半 導(dǎo)體層的厚度設(shè)置為特別小的lOnm，來達到這種效果。非專利文獻2指出，在通過光泵浦從 有源層的光發(fā)射中，可以實際看出在自發(fā)發(fā)射速率方面的改善?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本專利公開No. 2005-108982非專利文獻非專利文獻1 :Seong-Ran Jeon 等人的〃 GaN-Based Light-Emitting Diodes Using Tunnel Junctions, “ IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 8，NO. 4，JULY/AU⑶ST 2002，pp.739-743非專禾Ij 文獻 2 :K. Okamoto 等人的〃等離激元 Surface ρlasmon enhanced spontaneous emission rate of InGaN/GaN quantum wells probed by time-resolved photoluminescence spectroscopy," Applied Physics Letters,Vol. 87,071102(2005)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在具有圖11所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，可以用η型雜質(zhì)將Si 摻雜η型GaN層1108摻雜到大約3 X 1019cm_3的載流子密度，從而可以相對容易地制造Si 摻雜η型GaN層1108。然而，在形成隧道結(jié)的Mg高摻雜ρ+型GaN層1106中難以實現(xiàn)高Mg摻雜濃度。隨 著Mg摻雜的增加，Mg高摻雜ρ+型GaN層1106的結(jié)晶度變差并且表面變粗糙，或者反之電 阻變得更高。因此，在圖11所示的傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，無法形成具有良好結(jié) 晶度的Mg高摻雜ρ+型GaN層1106，因此在Mg高摻雜ρ+型GaN層1106與Si高摻雜η+型 GaN層1107之間的界面處，耗盡層近似延伸到幾乎不小于40nm。因此隧道電流沒有良好地 流動，并且電阻變得更高。此外，在專利文獻1中公開的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，實際上尚未實現(xiàn) 通過有利的表面等離激元效應(yīng)來達到發(fā)光效率提高的效果，這是因為Ag第二電極層1809 的表面?zhèn)壬系谋砻娴入x激元與從多量子阱有源層1804發(fā)射的光之間的充分耦合實際上是 很難的。即，在專利文獻1公開的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，盡管在Ag第二電極層1809與ρ型(iaInN接觸層1807之間放置了特別薄的Pd第一電極層1808，然而該Pd第一 電極層1808吸收來自多量子阱有源層1804的光，從而對Ag第二電極層1809的表面?zhèn)壬?的表面等離激元的激勵減小。同時，非專利文獻2公開了一種技術(shù)，該技術(shù)用于將有源層與Ag層之間的半導(dǎo)體 層的厚度設(shè)置為lOnm，以將Ag層布置在有源層的近場內(nèi)。即使將非專利文獻2公開的這種 技術(shù)應(yīng)用于專利文獻1公開的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，實質(zhì)上利用多量子阱有源層 1804通過電流注入來發(fā)射光也是很難的。第一個原因是，如果Ag第二電極層1809和ρ型feilnN接觸層1807如在非專利文 獻2中一樣彼此直接接觸，則無法建立良好的歐姆接觸。此外，第二個原因是，一般在諸如氮化物半導(dǎo)體之類的半導(dǎo)體中，很難通過摻雜ρ 型雜質(zhì)來獲得具有足夠高的載流子濃度的P型半導(dǎo)體，如果P型GaInN接觸層1807如在非 專利文獻2中一樣具有大約IOnm的特別小的厚度，則具有這種小厚度的ρ型GaInN接觸層 1807中的載流子濃度不會高，并且不會為多量子阱有源層1804提供足夠多的用于光發(fā)射 的孔。如上所述，傳統(tǒng)上尚未成功實現(xiàn)通過使用表面等離激元效應(yīng)來提高半導(dǎo)體發(fā)光器 件的發(fā)光效率。鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，該氮化物半導(dǎo) 體發(fā)光器件能夠通過允許隧道電流的良好流動來實現(xiàn)降低的驅(qū)動電壓。此外，鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述半導(dǎo)體發(fā)光 器件通過利用表面等離激元效應(yīng)而具有提高的發(fā)光效率。解決問題的手段本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括η型氮化物半導(dǎo)體層；設(shè)置在η型 氮化物半導(dǎo)體層上的氮化物半導(dǎo)體層；設(shè)置在氮化物半導(dǎo)體層上的P型氮化物半導(dǎo)體層； 以及設(shè)置在P型氮化物半導(dǎo)體層上的有源層。此外，本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括m型氮化物半導(dǎo)體層；設(shè)置 在η型氮化物半導(dǎo)體層上的氮化物半導(dǎo)體層，在氮化物半導(dǎo)體層的至少一部分中具有極性 平面(polar plane)；設(shè)置在氮化物半導(dǎo)體層上的ρ型氮化物半導(dǎo)體層；以及設(shè)置在ρ型氮 化物半導(dǎo)體層上的有源層。此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，氮化物半導(dǎo)體層優(yōu)選地包含鋁。此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，氮化物半導(dǎo)體層優(yōu)選地是 AlxGa1^xN (0 < χ 彡 1)。此外，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括設(shè)置在有源層上的第二 η型氮化 物半導(dǎo)體層，其中，與η型氮化物半導(dǎo)體層相接觸的第一電極是陽極，與第二 η型氮化物半 導(dǎo)體層相接觸的第二電極是陰極。此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，氮化物半導(dǎo)體層優(yōu)選地具有不 小于0. 5nm且不大于30nm的厚度。此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，優(yōu)選地，有源層具有由包含h 的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層，阱層中的h成分比率不低于0. 15且不高于0. 4。此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，優(yōu)選地，有源層具有由包含h的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層，阱層中的h成分比率不低于0. 2且不高于0. 4。應(yīng)注意，在本發(fā)明中，成分比率是指原子數(shù)與形成III族氮化物半導(dǎo)體的 III族元素的原子總數(shù)之比(an原子數(shù))/(111族元素的原子總數(shù)))此外，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底、設(shè)置在襯底上并且包含η型 半導(dǎo)體的第一底層、設(shè)置在第一底層上并且包含P型半導(dǎo)體的第二底層、設(shè)置在第二底層 上的有源層、設(shè)置在有源層上并且包含η型半導(dǎo)體的上層、被設(shè)置為與襯底或第一底層相 接觸的針對η型的第一電極、以及設(shè)置在上層上并與之接觸的針對η型的第二電極，所述上 層具有不大于40nm的厚度，針對η型的第二電極與上層相接觸的界面包含金屬，所述金屬 的表面等離激元能夠由從有源層產(chǎn)生的光來激勵。此外，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，優(yōu)選地，其表面等離激元能夠由從有源 層產(chǎn)生的光來激勵的金屬包括Ag、Au和Al中的任何一種作為主要成分。此外，在根據(jù)本發(fā) 明的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，針對η型的第一電極可以是陽極電極，針對η型的第二電極可以是 陰極電極。此外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件可以是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。此外，優(yōu)選 地，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件還包括在第一底層與第二底層之間的中間層，其中，中間 層包括由于第一底層與第二底層之間的晶格常數(shù)的差異而引起的拉伸應(yīng)變。此外，在根據(jù) 本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，襯底可以是η型導(dǎo)電襯底，針對η型的第一電極優(yōu)選地被設(shè)置 為與η型導(dǎo)電襯底相接觸。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件 能夠通過允許隧道電流的良好流動來實現(xiàn)降低的驅(qū)動電壓。此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種通過利用表面等離激元效應(yīng)而具有提高的發(fā)光 效率的半導(dǎo)體發(fā)光器件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個示例的示意性橫截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的另一示例的示意性橫截面圖。圖3是根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性橫截面圖。圖4示出了根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的AlN中間層附近的能帶 能量圖的理論計算結(jié)果。圖5示出了當根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的AlN中間層的厚度改 變時，AlN中間層附近的能帶能量圖的理論計算結(jié)果。圖6是根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的示意性橫截面圖。圖7是根據(jù)比較性示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性橫截面圖。圖8是根據(jù)比較性示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的俯視平面圖。圖9是在根據(jù)比較性示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的隧道結(jié)層附近的一 部分的示意性橫截面圖。圖10示出了根據(jù)比較性示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的隧道結(jié)層附近的 能帶能量圖的理論計算結(jié)果。
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圖11是使用隧道結(jié)的傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性橫截面圖。圖12是根據(jù)示例4的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的示意性橫截面圖。圖13 (a)和13 (b)是示出了在制造根據(jù)示例4的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中使用 的抗蝕劑圖案的示例的示意性平面圖。圖14是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性橫截面圖，該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件表 示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件的另一示例。圖15是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性橫截面圖，該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件表 示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的另一示例。圖16是根據(jù)示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性橫截面圖。圖17是根據(jù)示例7的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性橫截面圖。圖18是使用表面等離子體激元效應(yīng)的傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意 性橫截面圖。
具體實施例方式以下將描述本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的附圖中，為相同或相應(yīng)的元素分配相同 的附圖標記。此外，在表示晶面和方向時，實質(zhì)上所需的數(shù)字應(yīng)當被表示為在該數(shù)字上面有 一橫線。然而由于表達方式受限制，所以本文中通過在所需數(shù)字前加“_”來表示該數(shù)字，而 不是通過在所需數(shù)字上加橫線來表示該數(shù)字。(第一實施例)圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件(氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器 件)的一個示例的示意性橫截面圖。因此，具有圖1所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包 括襯底101、形成在襯底101上的第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102、形成在第一 η型氮化物半 導(dǎo)體層102上的氮化物半導(dǎo)體層103、形成在氮化物半導(dǎo)體層103上的ρ型氮化物半導(dǎo)體層 104、以及形成在ρ型氮化物半導(dǎo)體層104上的有源層105，其中，所述氮化物半導(dǎo)體層103 由以公式AlxGi^xN(0 < χ彡1)表示的氮化物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成。此外，在第一 η型半導(dǎo)體層102的表面上形成第一 η電極107。此外，在有源層105 上形成第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106，在第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106上形成第二 η電極 108。本文中，第一 η電極107是陽極，從外部對該第一 η電極107施加正偏置電壓。此 外，第二電極108是陰極，從外部對第二電極108施加負偏置電壓。通過以這種方式向氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光器件施加偏置電壓，對ρη結(jié)施加正向偏置電壓，從而發(fā)射光，其中所述ρη結(jié) 包括有源層105相對兩側(cè)的ρ型氮化物半導(dǎo)體層104和第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106。然 而，在本文中如果第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102和ρ型氮化物半導(dǎo)體層104直接相接合以 形成ρη結(jié)，則向該ρη結(jié)施加反向偏置電壓，并且電流幾乎不可能流動。然而，通過將以下 將詳細描述的氮化物半導(dǎo)體層103放置在第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102和ρ型氮化物半導(dǎo) 體層104之間，電流可以有效地流經(jīng)該ρη結(jié)。本文中，例如，如果將六邊形晶體襯底(如，藍寶石襯底、氮化物半導(dǎo)體襯底或碳 化硅襯底)用作襯底101，并且例如通過MOCVD (金屬有機化學(xué)汽相沉積)等在襯底101的C 平面({0001}平面)上連續(xù)地外延生長第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102、氮化物半導(dǎo)體層103和P型氮化物半導(dǎo)體層104，則由以公式AlxGai_xN(0 < χ ^ 1)表示的氮化物半導(dǎo)體晶體構(gòu) 成的氮化物半導(dǎo)體層103的表面是C平面。如果在具有這樣的C平面并且由以公式AlxGa1J (0 < χ ^ 1)表示的氮化物半導(dǎo) 體晶體構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層103中，由于晶格失配或其他原因而引起晶格應(yīng)變，則在氮 化物半導(dǎo)體層103中出現(xiàn)由于壓電場而引起的自發(fā)極化，并且自發(fā)極化的方向沿C軸方向。 因此，氮化物半導(dǎo)體層103的C平面在+C軸側(cè)和在-C軸側(cè)表現(xiàn)出不同的特性。因此，氮化 物半導(dǎo)體層103在與另一層的每個界面處都具有極性平面。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，與另一 層的界面是指第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102與氮化物半導(dǎo)體層103之間的界面、以及氮化 物半導(dǎo)體層103與ρ型氮化物半導(dǎo)體層104之間的界面。如果氮化物半導(dǎo)體層103具有這樣的極性平面，則氮化物半導(dǎo)體層103的能帶彎 曲，并且可以使第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102和ρ型氮化物半導(dǎo)體層104之間的耗盡層的 寬度變窄。因此，與具有圖11所示的結(jié)構(gòu)并且使用隧道結(jié)的傳統(tǒng)器件相比，隧道電流更有 可能流動并且氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動電壓可以降低。此外，例如，六邊形晶體襯底可以用作襯底101，并且例如可以使用MOCVD等在該 襯底101的半極性平面(如，R平面({1-102}平面)或{11-22}平面)上連續(xù)地外延生長 第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102、氮化物半導(dǎo)體層103和ρ型氮化物半導(dǎo)體層104。在這種情 況下，由以公式AlxGai_xN (01)表示的氮化物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層103 的表面是半極性平面，如，R平面({1-102}平面)或{11-22}平面。因此，如果例如由以公式AlxGiVxN(0 < χ彡1)表示的氮化物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的氮 化物半導(dǎo)體層103中的晶格失配等引起晶格應(yīng)變，其中氮化物半導(dǎo)體層103的表面是諸如 R平面({1-102}平面)或{11-22}平面之類的半極性平面，則在氮化物半導(dǎo)體層103中出 現(xiàn)由于壓電場而引起的自發(fā)極化，并且氮化物半導(dǎo)體層103的相對表面上的半極性平面表 現(xiàn)出互不相同的特性。因此，在這種情況下，氮化物半導(dǎo)體層103也具有極性平面。因此，如果由以公式AlxGiVxN(0 < χ彡1)表示的氮化物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的氮化物 半導(dǎo)體層103的表面是半極性平面，則氮化物半導(dǎo)體層103的能帶彎曲，并且第一 η型氮化 物半導(dǎo)體層102和ρ型氮化物半導(dǎo)體層104之間的耗盡層的寬度可以變窄。因此，與具有圖 11所示的結(jié)構(gòu)并且使用隧道結(jié)的傳統(tǒng)器件相比，隧道電流更有可能流動并且氮化物半導(dǎo)體 發(fā)光器件的驅(qū)動電壓可以降低。此外，氮化物半導(dǎo)體層103可以具有與C平面成指定的傾角的極性平面或與R平 面成指定傾角的極性平面。應(yīng)注意，上述與C平面成指定傾角的極性平面的示例包括相對 于C平面傾斜0°以上45°以下的平面。同時，上述與R平面成指定傾角的極性平面的示 例包括相對于R平面傾斜0°以上45°以下的平面。此外，氮化物半導(dǎo)體層103可以具有與作為非極性平面的m平面成指定的傾角的 極性平面或與作為非極性平面的A平面成指定的傾角的極性平面。應(yīng)注意，上述與m平面成 指定傾角的極性平面的示例包括相對于m平面傾斜0°以上45°以下的平面。同時，上述 與A平面成指定傾角的極性平面的示例包括相對于A平面傾斜0°以上45°以下的平面。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件(氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器 件)的另一示例的示意性橫截面圖。本文中，具有圖2所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件 的特征在于，采用導(dǎo)電六邊形η型氮化物半導(dǎo)體襯底201，并通過在η型氮化物半導(dǎo)體襯底201的背面形成第一η電極107，將氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件實現(xiàn)為具有垂直電極結(jié)構(gòu)的氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光器件。也就是說，具有圖2所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件具有η型氮化物半導(dǎo)體襯 底201、形成在η型氮化物半導(dǎo)體襯底201上并由以公式Alx(;ai_xN(0 < χ ^ 1)表示的氮化 物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層103、形成在氮化物半導(dǎo)體層103上的ρ型氮化物半導(dǎo) 體層104、形成在ρ型氮化物半導(dǎo)體層104上的有源層105、以及形成在有源層105上的第 二 η型氮化物半導(dǎo)體層106，第一 η電極107形成在η型氮化物半導(dǎo)體襯底201的背面，第 二 η電極108形成在第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106上。同樣，在具有圖2所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，例如，如果采用MOCVD等， 通過外延生長，在η型氮化物半導(dǎo)體襯底201的C平面({0001}平面)上依次地形成氮化 物半導(dǎo)體層103和ρ型氮化物半導(dǎo)體層104，則由以公式Alx(;ai_xN(0 < χ ^ 1)表示的氮化 物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層103的表面是C平面。因此，如果由具有這樣的C平面并且以公式AlxGiVxNOXx彡1)表示的氮化物 半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層103中的晶格失配等引起晶格應(yīng)變，則氮化物半導(dǎo)體層 103具有極性平面，原因同上。那么，在具有極性平面的氮化物半導(dǎo)體層103中，能帶彎曲并且η型氮化物半導(dǎo)體 襯底201與ρ型氮化物半導(dǎo)體層104之間的耗盡層的寬度可以變窄，從而隧道電流更有可 能流動。因此，在具有圖2所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，與具有圖11所示結(jié)構(gòu)并 使用隧道結(jié)的傳統(tǒng)器件相比，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動電壓可以更低。此外，還可以采用MOCVD等在η型氮化物半導(dǎo)體襯底201的半極性平面(如，R平 面({1-102}平面)或{11-22}平面)上依次地外延生長氮化物半導(dǎo)體層103和ρ型氮化 物半導(dǎo)體層104，在這種情況下，由以公式AlxGai_xN(01)表示的氮化物半導(dǎo)體晶體 構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層103的表面是諸如上述R平面({1-102}平面)或{11-22}平面之 類的半極性平面。因此，如果具有半極性平面作為表面并且由以公式AlxGai_xN(0<X< 1)表示的氮 化物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層103中的晶格失配等引起晶格應(yīng)變，則在氮化物半 導(dǎo)體層103中出現(xiàn)由于壓電場而引起的自發(fā)極化，并且氮化物半導(dǎo)體層103的相對表面上 的半極性平面表現(xiàn)出互不相同的特性。因此，氮化物半導(dǎo)體層103具有極性平面。如果氮 化物半導(dǎo)體層103具有極性平面，則在氮化物半導(dǎo)體層103中能帶歪曲，并且η型氮化物半 導(dǎo)體襯底201與ρ型氮化物半導(dǎo)體層104之間的耗盡層的寬度可以變窄，從而隧道電流更 有可能流動。因此，在這種情況下，與具有圖11所示結(jié)構(gòu)并且使用隧道結(jié)的傳統(tǒng)器件相比， 氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動電壓可以降低。例如，在本發(fā)明中，由六邊形半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的襯底(如，藍寶石襯底、氮化物半 導(dǎo)體襯底或碳化硅襯底)可以用作上述襯底101。其中，如果氮化物半導(dǎo)體襯底用作襯底 101，則與在襯底101上形成的氮化物半導(dǎo)體層之間在晶格常數(shù)方面的差異變小，從而可以 得到具有良好結(jié)晶度的氮化物半導(dǎo)體層。應(yīng)注意，例如，由以公式AlxciGaycJnztlN(0彡XO彡1， O^yO ^ 1,0 ^ zO ^ I,x0+y0+z0 = 1)表示的III族氮化物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的襯底可以用 作氮化物半導(dǎo)體襯底。備選地，在本發(fā)明中，例如，通過用η型雜質(zhì)等對上述以公式
10Alx0Iny0Gaz0N(0 ^ x0 ^ 1,0 ^ yO ^ 1,0 ^ zO ^ I,x0+y0+z0 = 1)表示的III族氮化物半導(dǎo) 體晶體構(gòu)成的襯底進行摻雜而形成的襯底可以用作η型氮化物半導(dǎo)體襯底201。在以上公式中，Al表示鋁，In表示銦，( 表示鎵，χΟ表示Al成分比率，y0表示h 成分比率，zO表示( 成分比率。此外，例如，硅和/或鍺等可以用作η型雜質(zhì)。此外，在襯底101和由上述氮化物半導(dǎo)體襯底實現(xiàn)的η型氮化物半導(dǎo)體襯底201 中，大約有10原子百分比或更少的氮原子可以被替換成As (砷)、Ρ (磷)、Sb (銻)原子等， 只要保持六邊形晶體結(jié)構(gòu)就可以。例如，傳統(tǒng)上已知的η型氮化物半導(dǎo)體可以用作第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102，例 如，可以使用通過用η型雜質(zhì)對以公式AlxlInylfeizlN(0彡xl彡1，0彡yl彡1，0彡zl彡1， xl+yl+zl = 1)表示的III族氮化物半導(dǎo)體晶體進行摻雜而形成的單層或多個層。在以上公 式中，Al表示鋁，In表示銦，Ga表示鎵，xl表示Al成分比率，yl表示h成分比率，zl表示 ( 成分比率。此外，例如，硅和/或鍺等可以用作η型雜質(zhì)。從為氮化物半導(dǎo)體層103提供 極性平面的觀點來看，優(yōu)選地將與氮化物半導(dǎo)體層103的材料不同的材料用于第一 η型氮 化物半導(dǎo)體層102。此外，在第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102與襯底101之間，以及在氮化物半導(dǎo)體層 103與η型氮化物半導(dǎo)體襯底201之間，可以包括或可以不包括諸如緩沖層或薄非摻雜層 (例如，厚度不大于0. 5 μ m的非摻雜層)之類的一個或多個其他層。此外，如上所述，以公式AlxGai_xN(0 < χ ^ 1)表示并且具有極性平面的III族氮化 物半導(dǎo)體晶體用于氮化物半導(dǎo)體層103。本文中，Al表示鋁，( 表示鎵，χ表示Al成分比 率，(1-x)表示( 成分比率。應(yīng)注意，氮化物半導(dǎo)體層103可以是以下類型中的任何類型 的η型、P型或非摻雜。氮化物半導(dǎo)體層103優(yōu)選地具有不小于0. 5nm且不大于30nm的厚度。當?shù)?半導(dǎo)體層103具有不小于0. 5nm的厚度時，氮化物半導(dǎo)體層103更有可能是具有均勻的平 面內(nèi)厚度的層。當?shù)锇雽?dǎo)體層103具有不大于30nm的厚度時，幾乎不可能發(fā)生由于氮 化物半導(dǎo)體層103中的晶格應(yīng)變產(chǎn)生裂縫而造成氮化物半導(dǎo)體層103的結(jié)晶度變差。盡管在氮化物半導(dǎo)體層103與第一 η型氮化物半導(dǎo)體層102之間可以包括一個或 多個其他層，然而從使耗盡層的寬度變窄的觀點來看，優(yōu)選地氮化物半導(dǎo)體層103和第一 η 型氮化物半導(dǎo)體層102是彼此接觸的。同時，例如，傳統(tǒng)上已知的ρ型氮化物半導(dǎo)體可以用于ρ型氮化物半導(dǎo)體層104，例 如，可以使用通過用P型雜質(zhì)對以公式Alx2Iny2^Iz2N(0彡Χ2彡1，0彡y2彡1，0彡ζ2彡1， x2+y2+z2 = 1)表示的III族氮化物半導(dǎo)體晶體進行摻雜而形成的單層或多個層。在以上公 式中，Al表示鋁，In表示銦，Ga表示鎵，x2表示Al成分比率，y2表示h成分比率，z2表示 ( 成分比率。此外，例如，鎂和/或鋅等可以用作P型雜質(zhì)。從為氮化物半導(dǎo)體層103提供 極性平面的觀點來看，優(yōu)選地將與氮化物半導(dǎo)體層103的材料不同的材料用于ρ型氮化物 半導(dǎo)體層104。盡管在ρ型氮化物半導(dǎo)體層104與氮化物半導(dǎo)體層103之間可以包括一個或多個 其他層，然而從使耗盡層的寬度變窄的觀點來看，優(yōu)選地P型氮化物半導(dǎo)體層104與氮化物 半導(dǎo)體層103是彼此接觸的。同時，例如，傳統(tǒng)上已知的氮化物半導(dǎo)體可以用于有源層105，例如，可以使用由以公式 AlxJny3GEiz3N(0 ^ x3 ^ 1,0 ^ y3 ^ 1,0 ^ z3 ^ I,x3+y3+z3 = 1)表示的非摻雜III族 氮化物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的單層或多個層，或通過用P型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)中的至少一種雜質(zhì) 對以該公式表示的III族氮化物半導(dǎo)體晶進行摻雜而形成的單層或多個層。在以上公式中， Al表示鋁，化表示銦，( 表示鎵，x3表示Al成分比率，y3表示h成分比率，z3表示( 成 分比率。此外，有源層105可以被構(gòu)造為具有傳統(tǒng)上已知的單量子阱(SQW)結(jié)構(gòu)或多量子 阱(MQW)結(jié)構(gòu)。在有源層105與ρ型氮化物半導(dǎo)體層104之間可以包括或可以不包括一個或多個 其他層。同時，例如，傳統(tǒng)上已知的η型氮化物半導(dǎo)體可以用于第二 η型氮化物半導(dǎo)體 層106，例如，可以使用通過用η型雜質(zhì)對以公式Α1χ4^ι#ειζ4Ν(0 ^ x4 ^ 1,0彡y4彡1，
I,x4+y4+z4 = 1)表示的III族氮化物半導(dǎo)體晶進行摻雜而形成的單層或多個層。 在以上公式中，Al表示鋁，h表示銦，Ga表示鎵，x4表示Al成分比率，y4表示h成分比 率，z4表示( 成分比率。此外，例如，硅和/或鍺等可以用作η型雜質(zhì)。在第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106與有源層105之間可以包括或可以不包括一個或 多個其他層。同時，例如，傳統(tǒng)上已知的能夠建立與第一η型氮化物半導(dǎo)體層102的歐姆接觸的 金屬可以用于第一 η電極107。例如，傳統(tǒng)上已知的能夠建立與第二 η型氮化物半導(dǎo)體層 106的歐姆接觸的金屬可以用于第一 η電極108。應(yīng)注意，第一 η電極107和第二 η電極 108可以由相同金屬構(gòu)成或分別由不同金屬構(gòu)成。在具有圖1和圖2所示結(jié)構(gòu)的每個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在形成有源層105 之后形成第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106。如果在低溫下形成第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106， 則由于第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106是η型氮化物半導(dǎo)體層，所以可以抑制第二 η型氮化 物半導(dǎo)體層106的較高的電阻以及結(jié)晶度的顯著變差。此外，由于可以在低溫下形成第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106，所以還可以減輕對有源層105的熱損傷。已知與不包含h的III族氮化物半導(dǎo)體晶體相比，包含h的III族氮化物半導(dǎo)體晶 具有非常低的分解溫度。例如，諸如GaN、AlN及其混合晶體等不包含h的氮化物半導(dǎo)體晶 體在1000°C左右的高溫下相對穩(wěn)定，而MN甚至在大約600°C至700°C的低溫下就分解了。 因此，例如以公式Ly^vyN表示的包含h的III族氮化物半導(dǎo)體晶的結(jié)晶度通常在溫度超 過1000°C時變差，盡管這取決于成分比率y。當發(fā)射在長波長范圍內(nèi)的光(如，綠色光 或紅色光)時，在以公式MyGi^yN表示的包含h的III族氮化物半導(dǎo)體晶體中，h成分比率 y應(yīng)當較高，大約為0. 15到0. 4，然而在這種情況下，更有可能發(fā)生與包含h的氮化物半導(dǎo) 體晶體的溫度相關(guān)聯(lián)的結(jié)晶度變差。在具有圖11所示結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在例如在大約600°C至 800°C的低溫下形成包含hGaN的有源層1104之后，應(yīng)當在超過1000°C的高溫下形成諸如 Mg摻雜ρ型GaN層1105之類的ρ型氮化物半導(dǎo)體層。在具有圖11所示結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在為了以高溫形成諸如 Mg摻雜ρ型GaN層1105之類的ρ型氮化物半導(dǎo)體層而提高溫度的過程中，或者在形成該ρ 型氮化物半導(dǎo)體層的過程中，在有源層1104上發(fā)生由于溫度而造成的熱損傷，從而有源層 1104的結(jié)晶度顯著變差。另一方面，如果在構(gòu)成有源層1104的hGaN中，h成分比率不低于0. 15，并且具體不低于0. 2，則應(yīng)當在低溫下形成Mg摻雜ρ型GaN層1105之類的ρ型氮 化物半導(dǎo)體層，這導(dǎo)致了 P型氮化物半導(dǎo)體層的電阻更高且結(jié)晶度變差，從而導(dǎo)致驅(qū)動電 壓增大。然而，在具有圖1和圖2所示結(jié)構(gòu)的每個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在形成有源層 105之后形成第二 η型氮化物半導(dǎo)體層106，并且不必須形成ρ型氮化物半導(dǎo)體層。因此， 例如在有源層105具有包含h的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的情況下，如果h成分比率不低 于0. 15并且具體不低于0. 2，則認為如圖1和2所示在形成有源層105之后形成第二 η型 氮化物半導(dǎo)體層106并且不形成ρ型氮化物半導(dǎo)體層是高效的。盡管在本發(fā)明中沒有限制 有源層105中的h成分比率的上限，然而如果有源層105中的h成分比率超過0.4，則發(fā) 光效率可能降低，因此有源層105中的h成分比率優(yōu)選地不高于0. 4。此外，盡管以上主要描述了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)，其中該氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，然而上述結(jié)構(gòu)顯然還可 以應(yīng)用于氮化物半導(dǎo)體激光器器件等。(第二實施例)圖14示出了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件(氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件)的示意性 橫截面圖，該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件表示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個示例。該氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底1401、形成在襯底1401上并由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一底 層1402、形成在第一底層1402上并由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間層1403、形成在中間層1403 上并由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第二底層1404、形成在第二底層1404上并由氮化物半導(dǎo)體構(gòu) 成的有源層1405、以及形成在有源層1405上并由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的上層1406。此外，與第一底層1402的暴露表面相接觸地形成針對η型的第一電極1407，與上 層1406相接觸地形成針對η型的第二電極1408。第一底層1402包括單個氮化物半導(dǎo)體層或多個氮化物半導(dǎo)體層，并且該第一底 層1402整體上具有η型導(dǎo)電性。本文中，整體上具有η型導(dǎo)電性是指具有以下特性主要 包括具有η型導(dǎo)電性的層，即使在層之間或在端部布置這樣的層作為薄非摻雜層，整體上 也主要傳導(dǎo)電子。第二底層1404包括單個氮化物半導(dǎo)體層或多個氮化物半導(dǎo)體層，并且該 第二底層1404整體上具有ρ型導(dǎo)電性。本文中，整體上具有ρ型導(dǎo)電性是指具有以下特 性主要包括具有P型導(dǎo)電性的層，即使在層之間或在端部布置這樣的層作為薄非摻雜層， 整體上也主要傳導(dǎo)空穴。上層1406包括單個氮化物半導(dǎo)體層或多個氮化物半導(dǎo)體層，并且 該上層1406整體上具有η型導(dǎo)電性。針對η型的第一電極1407用作陽極電極，針對η型的第二電極1408用作陰極電 極。即，在驅(qū)動具有如圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件時，從外部對針對η型的第一 電極1407施加正電壓，對針對η型的第二電極1408施加負電壓。因此，從正電壓到負電壓 的電流路徑是從針對η型的第一電極1407通過整體上具有η型導(dǎo)電性的第一底層1402、 中間層1403、整體上具有ρ型導(dǎo)電性的第二底層1404、有源層1405、以及上層1406到針對 η型的第二電極1408。通過這樣偏置具有圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，向ρη結(jié)施加正向偏 置，其中，所述ρη結(jié)由整體上具有ρ型導(dǎo)電性的第二底層1404和整體上具有η型導(dǎo)電性 的上層1406構(gòu)成，在第二底層1404與上層1406之間夾著有源層1405，通過正常驅(qū)動氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件來發(fā)射光。本文中，可以適當?shù)剡x擇整體上具有P型導(dǎo)電性的第 二底層1404的厚度或摻雜量，而不考慮表面等離激元與光的耦合。因此，可以以足夠高的 濃度用P型雜質(zhì)來摻雜第二底層1404，可以在驅(qū)動氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的同時向有源層 1405提供足夠的空穴。應(yīng)當將整體上具有η型導(dǎo)電性的上層1406的厚度限制為不大于40nm的厚度，以 實現(xiàn)針對η型的第二電極1408的表面等離激元與來自有源層1405的光之間的耦合。與用 P型雜質(zhì)進行摻雜的情況相比，用η型雜質(zhì)對上層1406中的氮化物半導(dǎo)體進行摻雜更容易。更具體地，關(guān)于ρ型雜質(zhì)(一般是Mg)，為了達到所需的載流子(空穴)濃度，應(yīng)當 用過量的雜質(zhì)對氮化物半導(dǎo)體進行摻雜。此外，由于Mg趨向于擴散到另一層中，所以很難 僅在厚度不大于40nm的非常薄的層中產(chǎn)生足夠的載流子。此外，如果Mg擴散到(或被添 加到)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的有源層中，也會發(fā)生降低有源層質(zhì)量的問題。然而，在整體 上具有η型導(dǎo)電性并且具有不大于40nm的非常小的厚度的上層1406中，產(chǎn)生的載流子是 電子，因此發(fā)生在具有P型導(dǎo)電性的層中(其中載流子是空穴)的情況下的問題的可能性 要小得多。S卩，在氮化物半導(dǎo)體中，η型雜質(zhì)(通常是Si)可以產(chǎn)生與摻雜量實質(zhì)上一樣多的 載流子(電子)，即使Si擴散到有源層中，也不太可能發(fā)生有源層質(zhì)量降低的問題。相反， 還有報告記載通過向有源層添加Si來提高發(fā)光效率(Jpn. J. Appl. Phys.，Vol. 37 (1998) PP. L362-L364)。用η型雜質(zhì)對有源層自身進行摻雜沒什么損害，也不必須在多個層中的晶 體生長期間快速地切換摻雜操作。因此，制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件是方便的。應(yīng)注意，本 文中，當有源層具有多量子阱結(jié)構(gòu)時，所述有源層是指從最低阱層到最高阱層的那些層，當 有源層具有單量子阱結(jié)構(gòu)時，有源層是指僅一個阱層。當驅(qū)動具有圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件時，向附加ρη結(jié)施加反向偏 置，其中所述Pn結(jié)由整體上具有ρ型導(dǎo)電性的第二底層1404和整體上具有η型導(dǎo)電性的 第一底層1402構(gòu)成，在所述第二底層1404與第一底層1402之間夾著中間層1403。本文 中，在正常ρη結(jié)的情況下，電流不太可能沿反偏置方向流動，然而，通過使用允許隧道電流 有效流動的結(jié)構(gòu)(隧道結(jié))，電流可以高效地流經(jīng)附加ρη結(jié)。為此，優(yōu)選地特殊構(gòu)造夾著中 間層1403的附加ρη結(jié)，如稍后將舉例說明的。在針對η型的第二電極1408中，與上層1406接觸的至少一個表面(界面)由Ag 構(gòu)成OVg界面)。此外，將上層1406設(shè)置為具有不大于40nm的厚度。由于因此而可以將半 導(dǎo)體^g界面布置在有源層1405的近場內(nèi)，所以來自有源層1405的光可以容易地與針對 η型的第二電極1408的Ag界面處的表面等離激元耦合，可以提高光發(fā)射效率。應(yīng)注意，優(yōu) 選地將上層1406的厚度設(shè)置為20nm或更小，可以將其設(shè)置為近似10nm。根據(jù)上述具有圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的特征，在將電流注入氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中時，可以有效地將空穴和電子注入有源層1405中，從而驅(qū)動氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光器件。因此可以從有源層1405發(fā)射足夠量的光，在針對η型的第二電極1408 的Ag界面處，可以產(chǎn)生由于來自有源層1405的光與表面等離激元的耦合而引起的表面等 離子體激元(surface ρlasmon polariton，SPP)。因此，在具有圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光器件中，可以通過電流注入來有效地產(chǎn)生SPP，并且可以實現(xiàn)如非專利文獻2中一 樣的從有源層1405進行光發(fā)射的自發(fā)發(fā)射速率，從而可以得到較高的光發(fā)射效率。
應(yīng)注意，針對η型的第二電極1408與由η型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的上層1406相接 觸的的Ag界面通常并不平坦，但是該Ag界面在許多情況下顯微地包括晶界或小的不均勻 度。因此，當如上產(chǎn)生的SPP沿著針對η型的第二電極1408的Ag界面?zhèn)鞑r，調(diào)制該SPP， 并將該SPP再次轉(zhuǎn)換成光，將此光提取到外部?？紤]到這種現(xiàn)象，可以在針對η型的第二電 極1408的Ag界面上人工地提供不規(guī)則性或圖案。此外，由于針對η型的第二電極1408的 Ag界面可以形成與由η型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的上層1406的良好歐姆接觸，所以可以將載流 子良好地注入有源層1405中，這也改進了現(xiàn)有技術(shù)。關(guān)于有源層與電極材料之間的組合，以下情況是可能的。即，通過從有源層發(fā)射光 而產(chǎn)生的SPP與金屬的表面等離激元頻率有關(guān)。因此，對于發(fā)射藍色區(qū)域(波長從440到 500nm)中的光的有源層來說，將Ag (與表面等離激元頻率相對應(yīng)的光的波長大約440nm) 用于與半導(dǎo)體接觸的電極的界面是尤為高效的，甚至在發(fā)射比藍色區(qū)域中的光波長略長 (波長在500到600nm范圍內(nèi))的光的有源層中，一樣可以預(yù)期光發(fā)射效率的提高。備選地，對于發(fā)射深紫外區(qū)域(波長在230nm到300nm范圍內(nèi))中的光的有源層 來說，將Al (與表面等離激元頻率相對應(yīng)的光的波長大約230nm)用于與半導(dǎo)體相接觸的 電極的界面是尤為高效的，甚至在發(fā)射比深紫外區(qū)域中的光波長略長(波長在300到400nm 范圍內(nèi))的有源層中，也可以預(yù)期光發(fā)射效率的提高。此外備選地，對于發(fā)射從綠色到紅色的區(qū)域(波長在540nm到600nm范圍內(nèi))中 的光的有源層來說，將Au (與表面等離激元頻率相對應(yīng)的光的波長大約MOnm)用于與半 導(dǎo)體相接觸的電極的界面是尤為高效的，甚至在發(fā)射比從綠色到紅色區(qū)域中的光波長略長 (波長在600到700nm范圍內(nèi))的有源層中，也可以預(yù)期光發(fā)射效率的提高。由于Al和Au可以形成與η型氮化物半導(dǎo)體的良好歐姆接觸，如在上述Ag的情況 下一樣，所以可以在驅(qū)動氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件時將載流子良好地注入有源層。應(yīng) 注意，Ag、Al和Au通常可以形成與由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的η型層的良好歐姆接觸，而不限 于與氮化物半導(dǎo)體的良好歐姆接觸。因此，對于包括除了氮化物半導(dǎo)體以外的化合物半導(dǎo) 體的半導(dǎo)體發(fā)光器件來說，Ag、Al和Au可以用作電極材料。在將主要由Ag構(gòu)成的合金與其他成分相混合時，很難預(yù)期表面等離激元頻率如 何變化，這是因為存在許多未知的點。然而例如，如果包含^Vg作為主要成分(主成分)的合 金用作具有圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的針對η型的第二電極1408的材料， 則認為可以預(yù)期本發(fā)明的效果。因此，認為至少Ag合金(其中Ag原子濃度不低于50原子百分比)可以用作具有 圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的針對η型的第二電極1408的材料。此外，出于與上述關(guān)于Ag合金而描述的原因相同的原因，認為Al合金(其中Al 原子濃度不低于50原子百分比)和Au合金(其中Au原子濃度不低于50原子百分比)也 可以用作具有圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的針對η型的第二電極1408的材 料。此外，也可以選擇具有與從有源層發(fā)射的光的波長相對應(yīng)的表面等離激元頻率的材料， 以用作能夠在合適時候激勵表面等離激元的電極材料(除了上述Ag、Ag合金、Α1、Α1合金、 Au、Au合金以外)?，F(xiàn)在將描述附加ρη結(jié)。在具有圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，如果六 邊形半導(dǎo)體晶體襯底(如，藍寶石襯底、氮化物半導(dǎo)體襯底、或碳化硅襯底)用作襯底1401，并且通過MOCVD (金屬有機化學(xué)汽相沉積)等在襯底1401的C平面({0001}平面)上依次 地外延生長第一底層1402、中間層1403和第二底層1404，則外延地生長的第一底層1402、 中間層1403和第二底層1404的相應(yīng)表面也是C平面。這種C平面取向在氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光器件中是最常見的。本文中，例如，如果具有這種C平面的中間層1403中的晶格失配等引起晶格應(yīng)變， 則在中間層1403中，在沿C軸方向(<0001>方向)延伸的極化方向上，產(chǎn)生由于壓電極化而 引起的壓電場。因此，在+C軸側(cè)與-C軸側(cè)之間，中間層1403的C平面表現(xiàn)出不同的電特 性，從而中間層1403具有下界面和上界面，所述下界面和上界面是極性不同的極性平面。 本文中，中間層1403的下界面是與具有η型導(dǎo)電性的第一底層1402接觸的表面，中間層 1403的上界面是與具有ρ型導(dǎo)電性的第二底層1404接觸的表面。如果當向具有這種極性平面的中間層1403施加由于與第一底層第一底層1402和 第二底層1404中每一層的晶格常數(shù)差異而引起的拉伸應(yīng)力時，中間層1403具有拉伸應(yīng)變， 中間層1403的能帶彎曲，并且第一底層1402與中間層1403之間的耗盡層的寬度可以變 窄。因此，隧道電流更有可能通過被施加反向偏置的附加ρη結(jié)，在第一底層第一底層1402 與第二底層1404之間流動，與不包含中間層1403的結(jié)構(gòu)相比，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū) 動電壓可以降低。例如，如果第一底層1402和第二底層1404由Al濃度低的AlN或AlGaN 構(gòu)成，中間層1403由Al濃度高的AlN或AlGaN構(gòu)成，則由于MGaN的晶格常數(shù)隨著AlGaN 中Al濃度的增大而減小，可以獲得上述這種結(jié)構(gòu)，即中間層1403具有極性平面和拉伸應(yīng) 變。此外，可以將六邊形半導(dǎo)體晶體襯底用作襯底1401，也可以通過MOCVD或類似技 術(shù)在襯底1401的半極性平面(如，R平面({1-102}平面)或{11-22}平面)上依次外延 生長第一底層1402、中間層1403和第二底層1404。在這種情況下，中間層1403的表面也 可以是諸如R平面({1-102}平面)或{11-22}平面之類的半極性平面。如果因此具有諸 如R平面({1-102}平面)或{11-22}平面之類的半極性平面作為表面的中間層1403中的 晶格失配引起晶格應(yīng)變，則產(chǎn)生由于壓電極化而引起的壓電場，作為中間層1403的半極性 平面的下界面和上界面表現(xiàn)彼此不同的電特性。此外，襯底1401的表面(上面生長了氮化物半導(dǎo)體層的表面)可以是與C平面或 R平面成傾角的平面。在這種情況下，襯底1401的表面的示例包括相對于C平面傾斜大 于0°小于45°的表面，或相對于R平面傾斜大于0°小于45°的表面。此外，襯底1401的表面可以是與M平面({10-10}平面)或A平面({11-20}平 面)的非極性平面成傾角的平面。在這種情況下，襯底1401的表面的示例包括相對于M平面傾斜大于0°小于 45°的表面，或相對于A平面傾斜大于0°小于45°的表面。如上所述，如果1401的表面是與C平面、R平面、M平面或A平面成傾角的表面， 則如在襯底1401的表面是C平面的情況下一樣，可以降低氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動電壓。此外，為了便于反向偏置電流流過附加ρη結(jié)，以高濃度來摻雜結(jié)部分也是高效 的。例如，第一底層1402和第二底層1404可以彼此接合而不提供中間層1403，至少在結(jié)附 近，可以將第一底層1402中的η型雜質(zhì)濃度設(shè)置在從1 X IO18到1 X IO2Vcm3的范圍內(nèi)，優(yōu)
16選地，在從1 X IO19到1 X IO2Vcm3的范圍內(nèi)，可以將第二底層1404中的ρ型雜質(zhì)的濃度設(shè) 置在從1 X IO19到1 X IO2Vcm3的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，在從3 X IO19到3 X IO2Vcm3的范圍內(nèi)。 本文中，結(jié)附近是指從結(jié)界面開始的深度為大約50nm的區(qū)域，在該區(qū)域中可以通過摻雜來 改變隧道電流。此外，在這種情況下，可以通過提供以如上所述構(gòu)成的中間層1403來得到 協(xié)同效應(yīng)，在采用或不采用具有與上述成分不同成分的中間層的情況下，僅可以利用高濃 度摻雜的效果。圖15示出了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件(氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件)的示意性 橫截面圖，該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的另一示 例。具有圖15所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的特征在于，使用由具有η型導(dǎo)電性的六 邊形氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的η型襯底1501，并且通過在η型襯底1501的背面形成針對η型的 第一電極1507，將氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件實現(xiàn)為具有垂直電極結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器 件。也就是說，具有圖15所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括η型襯底1501、形成 在η型襯底1501上的第一底層1502、形成在第一底層1502上的中間層1503、形成在中間層 1503上的第二底層1504、形成在第二底層1504上的有源層1505、以及形成在有源層1505 上的上層1506。在η型襯底1501的背面形成針對η型的第一電極1507，在上層1506的表 面上形成與上層1506接觸的針對η型的第二電極1508。在具有圖15所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，從正電壓到負電壓的電流路 徑是從針對η型的第一電極1507，通過η型襯底1501、整體上具有η型導(dǎo)電性的第一底層 1502、中間層1503、整體上具有ρ型導(dǎo)電性的第二底層1504、有源層1505和上層1506，到第 二 η型電極1508。由于除了具有圖15所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的上述描述以外，其他描 述與具有圖14所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的相同，所以不再提供對這些其他描述。如果根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件具體是具有圖14和圖15所示結(jié)構(gòu)的氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中氮化物半導(dǎo)體層堆疊在襯底上，則如上所述諸如藍寶石襯底、氮 化物半導(dǎo)體襯底或碳化硅襯底等六邊形半導(dǎo)體晶體襯底可以用作襯底1401、1501。其中，將 氮化物半導(dǎo)體襯底用作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的襯底1401、1501將實現(xiàn)氮化物半導(dǎo)體層 的良好結(jié)晶度，這是因為襯底1401、1501與氮化物半導(dǎo)體層之間在物理特性方面的差異可 以較小，例如襯底1401、1501與襯底1401、1501上堆疊的氮化物半導(dǎo)體層之間在晶格常數(shù) 方面的較小差異。例如，可以將由以公式Alx5feiy5Inz5N(0彡χ5彡1，0彡y5彡1，0彡ζ5彡I，x5+y5+z5 =1)表示的III族氮化物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的襯底用作氮化物半導(dǎo)體襯底。此夕卜，例如，由以公式Alx6Iny6feiz6N(0 彡 x6 彡 1，0 彡 y6 彡 1,0 ^ z6 ^ I,x6+y6+z6 =1)表示的III族氮化物半導(dǎo)體晶體可以獨立地用于要堆疊在襯底1401、1501上的層(第 一底層1402、1502，中間層1502、1503，第二底層1404、1504，有源層1405,1505,以及上層 1406、1506)。Si和/或Ge可以用作η型雜質(zhì)，也可以使用諸如0和％等/1族元素。Mg和 /或Si可以用作P型雜質(zhì)。此外，例如，可以將有源層1405、1505構(gòu)造為具有傳統(tǒng)上已知的 單量子阱(SQW)結(jié)構(gòu)或多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。例如，可以將能夠形成與第一底層1402或η型襯底1501的歐姆接觸的傳統(tǒng)已知金屬用于在具有圖14和圖15所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中的針對η型的第一電極 1407、1507。在具有圖14和圖15所示結(jié)構(gòu)的每個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，可以在形成有 源層1405、1505之后形成上層1406、1506。然而如果在低溫下形成上層1406、1506，則由于 上層1406、1506是η型氮化物半導(dǎo)體層，所以可以抑制上層1406、1506的較高的電阻和結(jié) 晶度的顯著變差。此外，如果在低溫下形成上層1406、1506，則也可以減輕對有源層1405、 1505的熱損傷。已知與不包含h的III族氮化物半導(dǎo)體晶體相比，包含h的III族氮化物半導(dǎo)體晶 體具有非常低的分解溫度。例如，諸如GaN、AlN及其混合晶體等不包含^的氮化物半導(dǎo)體 晶體在1000°C左右的高溫下相對穩(wěn)定，而InN甚至在大約600°C至700°C的低溫下就分解 了。因此，例如以公式InyGai_yN表示的包含h的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的結(jié)晶度通常在溫 度超過1000°C時變差，盡管這取決于h成分比率y。當要從有源層1405、1505發(fā)射在長波 長范圍內(nèi)的光(如，綠色光或紅色光)時，以公式MyGi^yN表示的包含^1的111族氮化物半 導(dǎo)體晶體的h成分比率1應(yīng)當較高，大約在0. 15到0. 4的范圍內(nèi)，然而在這種情況下，更 有可能發(fā)生與包含^的氮化物半導(dǎo)體晶體的溫度相關(guān)聯(lián)的結(jié)晶度的變差。示例〈示例 1>圖3示出了根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性橫截面圖，該氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個示例。本文 中，根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)是厚度為5μπι的第一 η型GaN層 302、厚度為2. 5nm的AlN中間層303、厚度為0. 3 μ m的ρ型GaN層304、厚度為IOnm的ρ型 Al0. !Ga0^N載流子阻擋層309、厚度為0. 168 μ m的多量子阱有源層305、以及厚度為0. 3 μ m 的第二 η型GaN層306依次堆疊在厚度為400 μ m的藍寶石襯底301上，其中，在第一 η型 GaN層302上形成第一 η電極307，在第二 η型GaN層306上形成第二 η電極308。本文中，多量子阱有源層305的結(jié)構(gòu)是從P型AlaiGiia9N載流子阻擋層309的一 側(cè)開始，依次形成厚度為60nm的非摻雜GaN層、堆疊(其中厚度為8nm的非摻雜Inatl2Giia98N 勢壘層和厚度為4nm的非摻雜Ina2Giia8N阱層交替地堆疊四次)和厚度為60nm的非摻雜 GaN 層。此外，與第一 η型GaN層302相接觸地形成第一 η電極307，并且該第一 η電極307 的結(jié)構(gòu)是從第一 η型GaN層302的一側(cè)開始依次堆疊鉿膜(厚度為30nm)、鋁膜(厚度為 200nm)、鉬膜(厚度為30nm)、鉬膜(厚度為50nm)和金膜(厚度為200nm)。第二 η電極308的結(jié)構(gòu)與第一 η電極307的結(jié)構(gòu)相同。以如下方式制造具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。首先，使用MOCVD膜沉積設(shè)備，在藍寶石襯底301的作為C平面的(0001)平面 上，通過MOCVD依次外延生長第一 η型GaN層302、AlN中間層303、ρ型GaN層304、ρ型 Al0. ^a0.9N載流子阻擋層309、多量子阱有源層305和第二 η型GaN層306，其中所述藍寶石 襯底301具有直徑為2英寸、厚度為400 μ m的表面。本文中，氨用作氮源，TMG(三甲基鎵) 用作鎵源，TMI (三甲基銦)用作銦源，TMA(三甲基鋁)用作鋁源，Cp2Mg(雙(環(huán)戊二烯) 鎂)用作鎂的來源(鎂是P型雜質(zhì))，硅烷用作硅的來源(硅是η型雜質(zhì))。 應(yīng)注意，第一 η型GaN層302和第二 η型GaN層306中的每一個中，載流子密度是大約IX 1018cm_3。此外，ρ型GaN層304中的載流子密度是大約4X 1017cm_3。不有意地用ρ 型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)對AlN中間層303進行摻雜。通過將藍寶石襯底301的溫度設(shè)置為1125°C來形成第一 η型GaN層302，還通過 將藍寶石襯底301的溫度設(shè)置為1125°C來依次地形成AlN中間層303、p型GaN層304和ρ 型AlaiGiia9N載流子阻擋層309。然后，通過將藍寶石襯底301的溫度降至750°C來形成多量子阱有源層305，通過 將藍寶石襯底301的溫度升高至850°C來形成第二 η型GaN層306。此后，將藍寶石襯底 301的溫度降至室溫。即使在形成多量子阱有源層305之后通過將藍寶石襯底301的溫度設(shè)置到850°C 左右的低溫來形成第二 η型GaN層306的示例中，也可以抑制第二 η型GaN層306的較高 電阻和結(jié)晶度的顯著變差，這是因為第二 η型GaN層306是η型氮化物半導(dǎo)體層。此外，由 于與在多量子阱有源層305上形成ρ型氮化物半導(dǎo)體層的如圖11所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中相比， 可以在更低的溫度下形成第二 η型GaN層306，所以可以減小對多量子阱有源層305的熱損 傷。此后，通過EB (電子束)汽相沉積在第二 η型GaN層306上形成第二 η電極308。 本文中，如下來圖案化第二 η電極308。首先，在第二 η型GaN層306的整個表面上形成光 致抗蝕劑之后，使用一般光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)，在該光致抗蝕劑中，按照第二 η電極308的 形狀來提供開口部分。然后通過EB汽相沉積來形成第二 η電極308，以覆蓋光致抗蝕劑的 整個表面，此后通過剝離(lift-off)來去除光致抗蝕劑，使得在第二 η型GaN層306上形 成以預(yù)定形狀圖案化的第二 η電極308。然后，在第二 η型GaN層306上形成用于汽相蝕刻的掩模，通過使用ICP(感應(yīng)耦 合等離子)蝕刻，沿厚度方向執(zhí)行蝕刻直到第一 η型GaN層302內(nèi)部。然后，通過EB汽相沉積和濺射，在第一 η型GaN層302的暴露表面上形成第一 η 電極307。本文中，如圖案化第二 η電極308 —樣來圖案化第一 η電極307。然后，通過一般的打磨和拋光，使在形成第一 η電極307之后藍寶石襯底301的厚 度減小到大約100 μ m，此后用金剛石針進行刻繪，以將襯底分成片，每片具有350 μ m2的表 面。從而得到根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。盡管以鎂摻雜的ρ型氮化物半導(dǎo)體層除非在不低于1000°C的高溫下形成，否則不 會表現(xiàn)出P型導(dǎo)電性，而以硅摻雜的η型氮化物半導(dǎo)體層甚至在低于1000°c的低溫下也表 現(xiàn)出η型導(dǎo)電性。因此，可以通過優(yōu)化形成條件，在甚至800°C左右的低溫下形成第二 η型 GaN 層 306。此外，在根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，由于向第一 η電極307施 加正電壓并且向第二 η電極308施加負電壓，所以第一 η電極307起到正電極(陽極電極) 的作用，第二 η電極308起到負電極(陰極電極)的作用。通過這樣向根據(jù)示例1的氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件施加電壓，從多量子阱有源層305發(fā)射光。同時，將具有圖7的示意性橫截面視圖所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件 制造為比較示例。本文中，將根據(jù)該比較示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件制造為與根 據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件相類似，區(qū)別在于如圖9的示意性橫截面圖所 示，取代AlN中間層303，在第一 η型GaN層302的上部形成厚度為IOnm且載流子密度為3. 4 X IO1W的硅高摻雜層701，在ρ型GaN層304的下部形成厚度為IOnm并且載流子密 度為3X1018cm_3的鎂高摻雜層702，并且形成了隧道結(jié)層703，該隧道結(jié)層703具有通過將 硅高摻雜層701和鎂高摻雜層702相接合而形成的隧道結(jié)。在根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，用于通過注入20mA的電流來驅(qū) 動的驅(qū)動電壓是4. 6V。另一方面，在根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，用于 通過注入20mA的電流來驅(qū)動的驅(qū)動電壓是7. 5V。因此，與根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光二極管器件相比，根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件可以實現(xiàn)將用于通過注入 20mA電流來驅(qū)動的驅(qū)動電壓降低大約3V。此外，通過用光學(xué)顯微鏡觀察根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件和根據(jù) 比較示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的光發(fā)射圖案可以看出，在根據(jù)比較示例的氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，如圖8所示，光發(fā)射密度高的區(qū)域801和光發(fā)射密度低的區(qū)域 802以混合的方式存在，光發(fā)射密度的變化很大，并且電流注入不均勻。另一方面，在根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，很難觀察到像根據(jù) 比較示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中一樣的光發(fā)射密度變化。此外，在根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，在光發(fā)射密度高的區(qū) 域801與光發(fā)射密度低的區(qū)域802之間，光發(fā)射密度相差大約8倍，而在根據(jù)示例1的氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，在光發(fā)射密度高的區(qū)域與光發(fā)射密度低的區(qū)域之間的光發(fā)射 密度差異被抑制在大約3倍。此外，圖4示出了根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的AlN中間層303 附近的能帶能量圖的理論計算結(jié)果，圖10示出了根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極 管器件的隧道結(jié)703附近的能帶圖的理論計算結(jié)果。在圖4和圖10中，橫坐標表示沿厚度方向的位置(nm)，縱坐標表示能帶能量(eV) 和載流子密度(cm_3)。應(yīng)注意，圖4的橫坐標上的位置50 (nm)指示AlN中間層303與ρ型 GaN層304之間的界面的位置，圖4的橫坐標上更大的數(shù)值指示第一 η型GaN層302側(cè)，圖 4的橫坐標上更小的數(shù)值指示ρ型GaN層304側(cè)。此外，圖10的橫坐標上的位置50 (nm)指 示第一 η型GaN層302與硅高摻雜層701之間的界面的位置，圖10的橫坐標上的更大數(shù)值 指示第一 η型GaN層302側(cè)，圖10的橫坐標上的更小數(shù)值指示ρ型GaN層304側(cè)。在圖4和圖10中，導(dǎo)帶中的能帶能量401與價帶中的能帶能量405彼此接合，使 得能帶能量401和能帶能量405在費米能量402上相同，在示出了 ρ型雜質(zhì)的載流子密度 403的區(qū)域與示出了 η型雜質(zhì)的載流子密度404的區(qū)域之間，未示出載流子密度的區(qū)域是不 存在載流子的耗盡層，耗盡層的寬度被示為ζ。該耗盡層寬度較小，便于隧道電流流動。通過在圖4和圖10之間比較耗盡層的寬度ζ可以看出，在根據(jù)示例1的氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，耗盡層的寬度ζ為大約2. 5nm，而在根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體 發(fā)光二極管器件中，耗盡層的寬度ζ為大約30nm。因此，在根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 二極管器件中耗盡層的寬度ζ大約是在根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中 耗盡層的寬度ζ的1/10，因此認為良好的隧道電流在根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極 管器件中流動，這使得降低了驅(qū)動電壓。也就是說，在根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，形成AlN中間層303 的AlN的晶格常數(shù)比形成第一 η型GaN層302和ρ型GaN層304的GaN的晶格常數(shù)小。因此，這種晶格常數(shù)的差異引起由于晶格失配而造成的晶格應(yīng)變，沿C軸方向出現(xiàn)由于壓電 場而引起的自發(fā)極化，在+C軸側(cè)和-C軸側(cè)之間，AlN中間層303的C平面表現(xiàn)出不同的特 性。因此AlN中間層303具有極性平面。因此認為，由于在具有極性平面的AlN中間層303 中能帶彎曲，所以耗盡層的寬度可以變窄。此外，在根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中幾乎觀察不到光發(fā)射密度 的變化的原因可以是，通過插入AlN中間層303降低第一 η型GaN層302和ρ型GaN層304 上的電壓，并減小第一 η型GaN層302和ρ型GaN層304層之間的電阻，從而可以均勻地注 入電流。圖5示出了當根據(jù)示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的AlN中間層303的厚 度變成4nm時，在AlN中間層303附近的能帶能量圖的理論計算結(jié)果。在這種情況下，耗盡 層的寬度ζ為大約4nm，這大約是根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中耗盡層 寬度的1/7。因此可以看出，即使在AlN中間層303的厚度變成4nm時，也可以得到本發(fā)明 的效果，即，良好的隧道電流流動并且驅(qū)動電壓降低。結(jié)合圖5的描述與結(jié)合圖4的描述相 同。應(yīng)注意，本發(fā)明的效果不限于中間層303由AlN構(gòu)成的情況，也可以在中間層303 由AlxGa1^xN(0 < χ彡1)構(gòu)成的情況下實現(xiàn)本發(fā)明。此外，在以下情況下也可以得到與本示例相同的效果將藍寶石襯底301的溫度 設(shè)置為大約500°C，并在藍寶石襯底301的作為C平面的(0001)平面上，在形成GaN緩沖層 之后形成第一 η型GaN層302。此外，在以下情況下也可以得到與本示例相同的效果使用η型氮化物半導(dǎo)體襯 底來代替藍寶石襯底301，在η型氮化物半導(dǎo)體襯底的極性平面或半極性平面上直接形成 中間層303，在該中間層303上形成ρ型GaN層304，如圖2所示對垂直電極結(jié)構(gòu)作出改變。此外，在將包含Al的混合晶體用于多量子阱有源層305的情況下也可以得到與上 述效果相同的效果，此外在根據(jù)需要改變在形成多量子阱有源層305的阱層中的成分比 率以改變光發(fā)射波長的情況下，也得到與本示例相同的效果。在本發(fā)明中，與傳統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)不同，在ρ型氮化物半導(dǎo)體層上形成有源層。通過 從ρ型Ala !Ga0^N載流子阻擋層309的一側(cè)，依次分層布置厚度為60nm的非摻雜GaN層、厚 度為8nm的非摻雜Inatl2Giia98N勢壘層以及厚度為4nm的非摻雜Ina2Giia8N阱層，來形成多 量子阱有源層305。當直接在ρ型氮化物半導(dǎo)體層上形成作為有源層的阱層時，由于作為ρ 型摻雜劑的Mg擴散到有源層中，使得可以降低光發(fā)射密度。因此，優(yōu)選地在ρ型氮化物半 導(dǎo)體層與作為有源層的阱層之間提供不小于5nm的間隙。應(yīng)注意，在本示例中優(yōu)選地在間 隙中形成非摻雜氮化物半導(dǎo)體層。< 示例 2>如示例1 一樣制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，區(qū)別在于將根據(jù)示例1的氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的中間層303的成分變成Ala3Giia7N,將中間層303的厚度變成 20nmo如在根據(jù)上述示例1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的情況下一樣，與根據(jù)比較 示例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件相比，以這種方式制造的根據(jù)示例2的氮化物半導(dǎo)體 發(fā)光二極管器件也可以實現(xiàn)在光發(fā)射密度的變化方面的抑制，并且也可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓的降低。〈示例3>圖6示出了根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的示意性橫截面圖，該氮化物 半導(dǎo)體激光器器件表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個示例。本文中，根據(jù)示 例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的結(jié)構(gòu)是在厚度為400 μ m的η型GaN襯底601上，依次 堆疊厚度為2. 5 μ m的第一 η型Ala 05Ga0.95N覆層60 、厚度為0. 1 μ m的第一 η型GaN引導(dǎo) 層602b、厚度為2. 5nm的Ala8G^l2N中間層603、厚度為0. 2 μ m的ρ型GaN引導(dǎo)層604、厚度 為0. 01 μ m的ρ型Ala !Ga0^N載流子阻擋層609、厚度為0. 144 μ m的多量子阱有源層605、 厚度為0. 2 μ m的第二 η型GaN引導(dǎo)層606b、以及厚度為0. 6 μ m的第二 η型Ala 05Ga0.95N覆 層 606ao此外，當去除第二 η型Ala05Ga0.95N覆層606a的一部分和第二 η型GaN引導(dǎo)層60 的一部分時，形成沿諧振器的長度方向延伸的脊式條帶部分(脊式條帶部分的條帶寬度是 1. 2至2. 4 μ m)，用絕緣膜611來覆蓋脊式條帶部分的側(cè)表面和第二 η型Alatl5Giia95N覆層 606a的表面。此外，在η型GaN襯底601的背面形成第一 η電極607，在第二 η型Alaci5Giia95N覆 層606a上形成第二 η電極608。本文中，形成多量子阱有源層605，該多量子阱有源層605的混合晶體比率被調(diào)節(jié) 為使得來自根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的振蕩的激光束具有500nm的波長，具 體地，該多量子阱有源層605的結(jié)構(gòu)是從ρ型AlaiG^9N載流子阻擋層609的一側(cè)開始， 依次堆疊厚度為60nm的非摻雜GaN層、由厚度為Snm的非摻雜Ina C12G^198N勢壘層和厚度為 4nm的非摻雜Ina2Giia8N阱層交替堆疊兩次而形成的堆疊、以及厚度為60nm的非摻雜GaN 層。此外，與η型GaN襯底601相接觸地形成第一 η電極607，第一 η電極607的結(jié)構(gòu) 是從η型GaN襯底601的一側(cè)開始，依次堆疊鉿膜(厚度為30nm)、鋁膜(厚度為200nm)、 鉬膜(厚度為30nm)、鉬膜(厚度為50nm)和金膜(厚度為200nm)。第二 η電極608的結(jié)構(gòu)與第一 η電極607的結(jié)構(gòu)相同。此外，絕緣膜611的構(gòu)造 是依次堆疊厚度為200nm的氧化硅層和厚度為50nm的氧化鈦層。此外，第一 η型Al0.05Ga0.95N覆層602a、第一 η型GaN引導(dǎo)層602b、第二 η型 Al0.05Ga0.95N覆層606a和第二 η型GaN引導(dǎo)層606b分別都具有大約1 X IO18CnT3的載流子密 度。此外，P型GaN引導(dǎo)層604具有大約4X 1017cm_3的載流子密度。不有意用ρ型雜質(zhì)和 η型雜質(zhì)來摻雜Ala8GEia2N中間層603。如下制造具有上述結(jié)構(gòu)的示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件。首先，使用MOCVD膜沉積設(shè)備，在η型GaN襯底601的作為C平面的(0001)平面 上，通過M0CVD，依次外延生長第一 η型Ala C15GEia95N覆層60加、第一 η型GaN引導(dǎo)層602b、 Al0.8Ga0.2N中間層603、ρ型GaN引導(dǎo)層604、ρ型Al0. ^9N載流子阻擋層609、多量子阱有 源層605、第二 η型GaN引導(dǎo)層606b、以及第二 η型Al0.05Ga0.95N覆層606a，其中所述η型 GaN襯底601具有直徑為2英寸、厚度為400 μ m的表面。本文中，氨用作氮源，TMG用作鎵 源，TMI用作銦源，TMA用作鋁源，Cp2Mg用作鎂的來源(鎂是ρ型雜質(zhì))，硅烷用作硅的來 源(硅是η型雜質(zhì))。
22
本文中，通過將η型GaN襯底601的溫度設(shè)置為1125 °C，來形成第一 η型 Al0.05Ga0.95N覆層60 至非摻雜GaN層，該非摻雜GaN層是多量子阱有源層605中更靠近η 型GaN襯底601的一側(cè)的非摻雜GaN層；然后通過將η型GaN襯底601的溫度降至750°C來 形成多量子阱有源層605的其余部分。然后，通過將η型GaN襯底601的溫度升高至850°C 來形成第二 η型GaN引導(dǎo)層606b和第二 η型Al0.05fe0.95N覆層606a。此后，將η型GaN襯 底601的溫度降至室溫。即使在示例中，在形成多量子阱有源層605之后，通過將η型GaN襯底601的溫度 降至850 V左右的溫度，來形成第二 η型GaN引導(dǎo)層606b和第二 η型Ala 05Ga0.95N覆層606a， 也可以抑制第二 η型GaN引導(dǎo)層606b和第二 η型Alatl5Giia95N覆層606a的更高的電阻和 結(jié)晶度的顯著變差，這是因為第二 η型GaN引導(dǎo)層606b和第二 η型Alatl5Giia95N覆層606a 分別都是η型氮化物半導(dǎo)體層。此外，由于與形成ρ型氮化物半導(dǎo)體層的圖11所示的傳統(tǒng) 結(jié)構(gòu)相比，可以在更低溫度下在多量子阱有源層605上形成第二 η型GaN引導(dǎo)層606b和第 二 η型Ala Jiia95N覆層606a，所以可以減小對多量子阱有源層605的熱損傷。此后，通過EB(電子束)汽相沉積，在第二 η型Alaci5Giia95N覆層606a上形成第二 η電極608。然后，在第二 η電極608的整個表面上形成光致抗蝕劑之后，使用一般光刻技 術(shù)和蝕刻技術(shù)，在該光致抗蝕劑中沒有形成脊式條帶部分的區(qū)域中，提供開口部分。然后， 通過使用ICP蝕刻，沿厚度方向蝕刻到第二 η型GaN引導(dǎo)層606b的內(nèi)部。然后，通過采用 EB汽相沉積和濺射在光致抗蝕劑的整個表面上依次堆疊氧化硅層和氧化鈦層，來形成絕緣 層611。然后，通過剝離來去除光致抗蝕劑，在第二 η型Alatl5Giia95N覆層606a上形成第二 η電極608，并形成以指定形狀圖案化的絕緣層611。然后，通過EB汽相沉積，在η型GaN襯底601的背面形成第一 η電極607。然后通過一般的打磨和拋光，使形成第一 η電極607之后η型GaN襯底601的厚 度減小至大約100 μ m，此后用金剛石針進行刻繪，以分裂成條形。然后，在通過這種分裂而 暴露的諧振器的端面上，形成厚度為大約30nm的端面涂敷膜，所述端面涂敷膜是由以公式 AlOaNh(OSa)表示的電介質(zhì)膜來實現(xiàn)的。本文中，將光發(fā)射側(cè)的諧振器的端面的反射率 設(shè)置為10%，將光反射側(cè)的諧振器的端面的反射率設(shè)置為90%。因此得到根據(jù)示例3的氮 化物半導(dǎo)體激光器器件。同時，作為比較示例，將根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體激光器器件制造為與示例3 的氮化物半導(dǎo)體激光器器件結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于，取代Ala8G^2N中間層603，在第一 η 型GaN引導(dǎo)層602b的上部形成厚度為50nm且載流子密度為3. 4X IO1W的硅高摻雜層， 在P型GaN引導(dǎo)層604的下部形成厚度為50nm且載流子密度為3 X 1018cm_3的鎂高摻雜層， 并且形成了隧道結(jié)層，該隧道結(jié)層具有通過將硅高摻雜層和鎂高摻雜層相接合而形成的隧 道結(jié)。在示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，用于通過注入20mA的電流來驅(qū)動的驅(qū) 動電壓是6.2V。另一方面，在根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，用于通過注入 20mA的電流來驅(qū)動的驅(qū)動電壓是9. OV0因此，與根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體激光器器件 相比，根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件可以實現(xiàn)將用于通過注入20mA電流來驅(qū)動的 驅(qū)動電壓降低大約3V。在根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，在形成多量子阱有源層605之后，僅形成諸如第二 η型GaN引導(dǎo)層606b和第二 η型Alatl5Giia95N覆層606a之類的η型氮化物 半導(dǎo)體層，而不形成P型氮化物半導(dǎo)體層。因此，當多量子阱有源層605的阱層中成分 比率不低于0. 15，具體不低于0. 2時，可以認為示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的結(jié)構(gòu)是 卓越的結(jié)構(gòu)。此外，在傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，由于脊式條帶部分是由具有高電阻的P 型氮化物半導(dǎo)體層形成的，所以驅(qū)動電壓較高。然而根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器 件的優(yōu)選之處在于，脊式條帶部分由電阻比P型氮化物半導(dǎo)體層低的η型氮化物半導(dǎo)體層 形成，從而與傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體激光器器件相比，可以將驅(qū)動電壓抑制到較低水平。此外，在傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，應(yīng)當形成與ρ型氮化物半導(dǎo)體層相接 觸的P電極和與η型氮化物半導(dǎo)體層相接觸的η電極。然而在根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體 激光器器件中，可以使用僅η電極，從而與傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體激光器器件相比，可以降低電 極與氮化物半導(dǎo)體之間的接觸電阻。此外，在根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，第一 η電極607和第二 η電極 608可以相同或彼此不同。如果第一 η電極607和第二 η電極608相同，則由于不必須改變 形成條件等，所以可以提高生產(chǎn)率。此外，由于可以使用相同的材料，所以可以降低制造成 本。應(yīng)注意，也可以針對第一 η電極607和第二 η電極608來采用這種鈦層和鋁層堆疊的結(jié)構(gòu)。在根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，可以在端面涂敷膜上形成氧化物膜 (例如，氧化硅膜、氧化鋁膜、氧化鋯膜、氧化鉭膜、氧化鈦膜和氧化鈮膜等中的至少一個)、 氮化物膜(例如，氮化硅膜和氮化鋁膜等中的至少一個)、或氮氧化物膜(例如，氮氧化硅膜 和氮氧化鋁膜等中的至少一個)等等，其中所述端面涂敷膜是由以公式AlOaNh(C) < a)表 示的電介質(zhì)膜來實現(xiàn)的。此外，在根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，通過根據(jù)需要改變多量子阱 有源層605的結(jié)構(gòu)，例如，該結(jié)構(gòu)可以使得波長在380nm到550nm范圍內(nèi)的激光束振蕩。此外，在根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，可以采用η型AlGaN襯底、η型 AlN襯底或η型hGN襯底等，而不是η型GaN襯底601。此外，根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件可以由適于說明應(yīng)用的各種類型的 氮化物半導(dǎo)體激光器器件來實現(xiàn)，例如，通過將脊式條帶部分的寬度設(shè)置為大約2 μ m至 100 μ m來實現(xiàn)。< 示仿Ij 4>圖12示出了根據(jù)示例4的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的示意性橫截面圖，該氮化物 半導(dǎo)體激光器器件表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個示例。本文中，根據(jù)示 例4的氮化物半導(dǎo)體激光器器件與根據(jù)示例3的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的不同之處在 于，通過采用具有非極性平面的襯底并形成具有極性平面的中間層，來制造氮化物半導(dǎo)體 激光器器件。根據(jù)示例4的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的結(jié)構(gòu)是在厚度為400 μ m的η型GaN襯 底1201m平面上，依次堆疊厚度為2. 5 μ m的第一η型Altl.C15Giia95N覆層1202a、厚度為0. 1 μ m 的第一 η型GaN引導(dǎo)層1202b、厚度為2. 5nm的AlN中間層1203、厚度為0. 2 μ m的ρ型GaN 引導(dǎo)層1204、厚度為0.01 μπι的ρ型Al。. ^a9N載流子阻擋層1209、厚度為0. 144 μ m的多量子阱有源層1205、厚度為0. 2 μ m的第二 η型GaN引導(dǎo)層1206b以及厚度為0. 6 μ m的第 二 η 型 Altl. Q5Geici 95N 覆層 1206a。此外，當去除第二 η型Al0.05Ga0.95N覆層1206a的一部分和第二 η型GaN引導(dǎo)層 1206b的一部分時，形成沿諧振器長度方向延伸的脊式條帶部分(脊式條帶部分的寬度為 1.2至2.4 μ m)，用絕緣膜1211覆蓋脊式條帶部分的側(cè)面和第二 η型Alaci5Giia95N覆層1206a 的表面。此外，在η型GaN襯底1201的背面形成第一 η電極1207，在第二 η型Alaci5Giia95N 覆層1206a上形成第二 η電極1208。本文中，第一 η電極1207是陽極電極，對第一 η電極 1207施加正偏置電壓；第二 η電極1208是陰極電極，對第二 η電極1208施加負偏置電壓。本文中，形成多量子阱有源層1205，將該多量子阱有源層1205的混合晶體比率調(diào) 節(jié)為使得來自根據(jù)示例4的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的振蕩的激光束具有520nm的波長， 具體地，該多量子阱有源層1205的結(jié)構(gòu)是從ρ型Ala A^19N載流子阻擋層1209的一側(cè)開 始，依次堆疊厚度為60nm的非摻雜GaN層、由厚度為Snm的非摻雜Inatl2Giia98N勢壘層和厚 度為^im的非摻雜Ina2Giia8N阱層交替堆疊兩次而形成的堆疊以及厚度為60nm的非摻雜 GaN 層。此外，與η型GaN襯底1201相接觸地形成第一 η電極1207，第一 η電極1207的 結(jié)構(gòu)是從η型GaN襯底1201的一側(cè)開始，依次堆疊鉿膜(厚度為30nm)、鋁膜(厚度為 200nm)、鉬膜(厚度為30nm)、鉬膜(厚度為50nm)和金膜(厚度為200nm)。第二 η電極1208與第一 η電極1207結(jié)構(gòu)相同。此外，絕緣層1211的結(jié)構(gòu)是依 次堆疊厚度為200nm的氧化硅層和厚度為50nm的氧化鈦層。此外，第一η 型 Alaci5GEia95N 覆層 1202a、第一 η 型 GaN 引導(dǎo)層 1202b、第二 η 型 Ala ^Giia95N覆層1206a和第二 η型GaN引導(dǎo)層120 分別都具有大約1 X IO18CnT3的載流子 密度。此外，P型GaN引導(dǎo)層1204具有大約4X IO17CnT3的載流子密度。不有意用ρ型雜質(zhì) 和η型雜質(zhì)來摻雜Ala8GEia2N中間層1203。如下制造根據(jù)示例4的具有上述結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光器器件。首先，使用MOCVD膜沉積裝置，在η型GaN襯底1201的作為非極性m平面的 (1-001)平面上，生長第一 η型Alatl5GEia95N覆層120 和第一 η型GaN引導(dǎo)層1202b，所述 η型GaN襯底1201具有直徑為2英寸、厚度為400 μ m的表面。然后，將上面生長有第一 η型GaN引導(dǎo)層1202b的η型GaN襯底1201從MOCVD膜 沉積設(shè)備中取出一次，例如，通過一般光刻工藝，在第一 η型GaN引導(dǎo)層1202b上，形成如圖 13(a)的示意性平面圖所示具有圓形開口部分1302的抗蝕劑圖案1301，或者如圖13(b)的 示意性平面圖所示具有矩形開口部分1303的抗蝕劑圖案1301。此后，沿著與第一 η型GaN 引導(dǎo)層1202b的表面垂直的方向，按照圖13 (a)所示抗蝕劑圖案1301中的開口部分1302的 形狀，或圖13 (b)所示抗蝕劑圖案1301中的開口部分1303的形狀，去除第一 η型GaN引導(dǎo) 層1202b的一部分，從而在第一 η型GaN引導(dǎo)層1202b的表面中形成不規(guī)則性。應(yīng)注意，第 一 η型GaN引導(dǎo)層1202b的被去除的部分的形狀不限于上述圓形形狀和矩形形狀，其也可 以是諸如三角形形狀等其他形狀。此外，例如可以將第一 η型GaN引導(dǎo)層1202b的被去除 的部分的深度設(shè)置為大約0. 01 μ m到0. 3 μ m，以甚至去除第一 η型Al0.05Ga0.95N覆層1202a 的一部分。此外，例如可以將被去除的部分的表面的尺寸設(shè)置為大約0. Ιμπι到5μπι。應(yīng)注意，在圓形的情況下，被去除的部分的表面的尺寸是指直徑，在諸如矩形等多邊形的情況 下，被去除的部分的表面的尺寸是指最長邊的長度。在形成上述不規(guī)則性之后將N型GaN襯底1201返回到MOCVD膜沉積設(shè)備，并通過 MOCVD依次外延生長AlN中間層1203、ρ型GaN引導(dǎo)層1204、ρ型Altl.^Eia9N載流子阻擋層 1209、多量子阱有源層1205、第二 η型GaN引導(dǎo)層1206b和第二 η型Ala C15Giia95N覆層1206a。 此后，通過與示例3相同的工藝，得到根據(jù)示例4的氮化物半導(dǎo)體激光器器件。在根據(jù)示例4的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，用于通過注入20mA的電流來驅(qū)動的 驅(qū)動電壓是6. 8V。另一方面，在根據(jù)上述比較示例的氮化物半導(dǎo)體激光器器件中，用于通過 注入20mA的電流來驅(qū)動的驅(qū)動電壓是大約9. OV0因此，與根據(jù)比較示例的氮化物半導(dǎo)體激 光器器件相比，根據(jù)示例4的氮化物半導(dǎo)體激光器器件可以實現(xiàn)將用于通過注入20mA的電 流來驅(qū)動的驅(qū)動電壓降低2V或更多。例如，在通過使用圖13(a)和13(b)所示的抗蝕劑圖案1301來制造具有圖12所 示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光器器件的情況下，在第一 η型GaN引導(dǎo)層1202b的側(cè)面X上形 成極性平面而不是m平面。因此，如果AlN中間層1203在與第一 η型GaN引導(dǎo)層1202b的 界面處以及在與P型GaN引導(dǎo)層1204的界面處具有極性平面，則通過使用如圖12中箭頭 所示的極性平面(側(cè)面)，隧道電流有效地流動?！词纠?5>圖16示出了根據(jù)示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性橫截面圖，該氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個示例。本文 中，根據(jù)示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)是在厚度為150 μ m的藍寶石襯底 1601上，依次堆疊厚度為5 μ m的第一 η型GaN層1602、厚度為2. 5nm的AlN中間層1603、 第二底層1604、多量子阱有源層1605以及厚度為IOnm的第二 η型GaN層1606，其中在第一 η型GaN層1602上形成第一 η電極1607，在第二 η型GaN層1606上形成第二 η電極1608。本文中，第二底層1604包括連續(xù)地堆疊的以下層厚度為0.3μπι的ρ型GaN層 1604a、厚度為IOnm的ρ型Ala Aiia9N載流子阻擋層1604b、厚度為60nm的非摻雜GaN層 1604c、以及厚度為8nm的非摻雜Inaci2Giia98N層1604d。應(yīng)注意，ρ型Ala A^19N載流子阻擋 層1604b上的非摻雜GaN層16(Mc和非摻雜Laci2Giia98N層1604d可以起到如緩沖層的作 用，以在晶格常數(shù)相對小的P型AlaiG^9N載流子阻擋層1604b上形成良好的多量子阱有源 層1605 ；也可以起到防止來自ρ型Ala ^ci9N載流子阻擋層1604b的Mg擴散到多量子阱有 源層1605的作用，因為在Mg擴散到多量子阱有源層1605中的情況下，光發(fā)射效率可能降 低。此外，多量子阱有源層1605具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中依次地沉積厚度為4nm的Si摻雜 InGaN阱層、厚度為8nm的Si摻雜Inatl2Giia98N勢壘層以及厚度為4nm的Si摻雜InGaN阱層。在第一 η型GaN層1602的部分地暴露的表面上形成第一 η電極1607，并且第一 η 電極1607是與第一 η型GaN層1602的表面相接觸地形成的。本文中，第一 η電極1607包 括從第一 η型GaN層1602的一側(cè)開始，依次堆疊的Hf層(厚度為30nm)、Al層(厚度為 200nm)、Mo層(厚度為30nm)、Pt層(厚度為50nm)以及Au層(厚度為200nm)。此外，在第二 η型GaN層1606的表面上形成第二 η電極1608，并且第二 η電極1608是與第二 η型GaN層1606的表面相接觸地形成的。本文中，第二 η電極1608包括從 第二 η型GaN層1606的一側(cè)開始，依次堆疊的Ag層(厚度為30nm)、Pt層(厚度為50nm) 以及Au層。因此，在Ag層的與第二 η型GaN層1606相接觸的表面OVg界面)處，產(chǎn)生表 面等離體激元(SPP)。如下制造根據(jù)示例5的具有上述結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。首先，使 用MOCVD膜沉積設(shè)備，通過M0CVD，在藍寶石襯底1601的作為C平面的(0001)平面上，依 次地外延生長第一 η型GaN層1602至第二 η型GaN層1606，所述藍寶石襯底1601具有直 徑為2英寸、厚度為400 μ m的表面。氨用作氮源，TMG(三甲基鎵)用作鎵源，TMI (三甲基 銦)用作銦源，TMA(三甲基鋁)用作鋁源，Cp2Mg(雙(環(huán)戊二烯)鎂)用作鎂的來源(鎂 是P型雜質(zhì))，硅烷用作硅的來源(硅是η型雜質(zhì))。應(yīng)注意，第一 η型GaN層1602和第二 η型GaN層1606的載流子密度均為大約 IX IO18cm-3。此外，P型GaN層1604a的載流子密度是大約4X IO1W30不有意地用ρ型雜 質(zhì)和η型雜質(zhì)對AlN中間層1603進行摻雜。通過將藍寶石襯底1601的溫度設(shè)置為1125°C來形成第一 η型GaN層1602，還通過 將藍寶石襯底1601的溫度設(shè)置為1125°C來依次地形成AlN中間層1603、p型GaN層160 和ρ型AlaiGiia9N載流子阻擋層1604b。然后，通過將藍寶石襯底1601的溫度降至750°C來形成非摻雜GaN層1604c、非 摻雜Inatl2Giia98N層1604d和多量子阱有源層1605，通過將藍寶石襯底1601的溫度升高至 850°C來形成第二 η型GaN層1606。即使在示例中，在形成多量子阱有源層1605之后，通 過將藍寶石襯底1601的溫度設(shè)置到850°C左右的相對低溫，來形成第二 η型GaN層1606， 也可以抑制第二 η型GaN層1606的較高電阻和結(jié)晶度的顯著變差，這是因為第二 η型GaN 層1606是η型氮化物半導(dǎo)體層。即使當?shù)诙?η型GaN層1606具有大約IOnm—樣小的厚 度時，也可以實現(xiàn)用η型雜質(zhì)進行良好的摻雜。如果在多量子阱有源層1605上提供ρ型氮化物半導(dǎo)體層，則很難在850°C左右的 低溫下生長氮化物半導(dǎo)體晶體以提供P型導(dǎo)電性。相反，如果升高藍寶石襯底1601的溫度 以提供P型導(dǎo)電性，則多量子阱有源層1605中的Si摻雜InGaN阱層由于溫度的升高而變 差。在這種情況下，如果不強制對多量子阱有源層1605上提供的層的厚度的限制，則可以 在多量子阱有源層1605上提供用于防止蒸發(fā)的抗蒸發(fā)層，然而，在本發(fā)明中，最多能夠承 受大約40nm的厚度，很難在多量子阱有源層1605上提供抗蒸發(fā)層。此外，盡管以Mg摻雜的ρ型氮化物半導(dǎo)體層除非在不低于1000°C的高溫下形成， 否則不表現(xiàn)出P型導(dǎo)電性，然而以Si摻雜的氮化物半導(dǎo)體層即使在低于1000°C的相對低溫 下形成時也表現(xiàn)出η型導(dǎo)電性。因此，即使藍寶石襯底1601的溫度被設(shè)置為800°C左右的 低溫，也可以通過優(yōu)化形成條件來形成第二 η型GaN層1606。此外，通過EB (電子束)汽相沉積，在第二 η型GaN層1606上形成第二 η電極 1608。接著，在第二 η型GaN層1606和第二 η電極1608上形成用于汽相蝕刻的掩模，通過 使用ICP (感應(yīng)耦合等離子)蝕刻，沿厚度方向蝕刻到第一 η型GaN層1602內(nèi)部。然后，通 過采用EB汽相沉積和濺射，在第一 η型GaN層1602的部分地暴露的表面上形成第一 η電 極 1607。然后，通過一般的打磨和拋光，使在形成第一 η電極1607之后藍寶石襯底1601的厚度減小到大約150 μ m,此后進行刻繪，以將襯底分成片，每片具有350 μ m2的表面。從而 得到根據(jù)示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。在根據(jù)該示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，通過利用用作陽極電極的第 一 η電極1607和用作陰極電極的第二 η電極1608施加電壓，從多量子阱有源層1605發(fā)射 藍色光(藍色光具有大約460nm的峰值波長)。此外，用于使根據(jù)示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光二極管器件通過注入20mA的電流來發(fā)射光的驅(qū)動電壓是4V，通過根據(jù)示例5的氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的藍寶石襯底1601和根據(jù)示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的 側(cè)面，將所發(fā)射的光提取到外部。估計從根據(jù)示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件進行 光發(fā)射的內(nèi)部量子效率，當通過注入20mA電流來驅(qū)動時，所估計的內(nèi)部量子效率是90%或 更高，并且實現(xiàn)了特別高的值。如下考慮這一點。在根據(jù)示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，從多量子阱 有源層1605發(fā)射的光與第二 η電極1608的Ag界面處的表面等離激元有效地彼此耦合，因 此可以將來自多量子阱有源層1605的光的光發(fā)射效率提高效果(自發(fā)發(fā)射速率的提高) 實現(xiàn)為使得無輻射復(fù)合不會在室溫下造成問題。< 示例 6>根據(jù)示例6的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件與示例5中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極 管器件相同，不同之處在于，將從根據(jù)示例5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的多量子阱 有源層1605發(fā)射的光的峰值光發(fā)射波長變成550nm，將第二 η電極1608中在第二 η型GaN 層1606側(cè)的金屬層從Ag層變成Au層。估計從示例6的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件進行光發(fā)射的內(nèi)部量子效率，當通 過在示例6的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中注入20mA電流來驅(qū)動該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 二極管器件時，所估計的內(nèi)部量子效率是90%或更高，并且實現(xiàn)了較高的值。鑒于已知當使用氮化物半導(dǎo)體有源層時，在400nm左右的波長處可能得到最高效 的光發(fā)射，與波長為550nm左右的綠色區(qū)域中的光發(fā)射有關(guān)的傳統(tǒng)內(nèi)部量子效率降至大約 1/4，所以50%的內(nèi)部量子效率是很優(yōu)良的值。因此，認為在根據(jù)示例6的氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光二極管器件中，從有源層和表面等離激元發(fā)射的光在Au界面處也有效地彼此耦合，因此 可以針對來自有源層的光達到光發(fā)射增強效果(自發(fā)發(fā)射速率的提高)?！词纠?7>圖17示出了根據(jù)示例7的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的示意性橫截面圖，該氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個示例。本文 中，根據(jù)示例7的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)是在厚度為200μπι的η型AKiaN 襯底1701上，依次堆疊厚度為5 μ m的第一 η型AWaN層1702、厚度為4nm的η型IniUGaN 中間層1703、第二底層1704、多量子阱有源層1705以及厚度為20nm的第二 η型AKiaN層 1706，其中，在η型AlGaN襯底1701的背面形成第一 η電極1707，在第二 η型AlGaN層1706 上形成第二 η電極1708。本文中，第二底層1704包括連續(xù)堆疊的以下層厚度為0. 3μπι的ρ型AKkiN層 1704a、厚度為IOnm的ρ SiUGaN載流子阻擋層1704b、厚度為60nm的非摻雜IniUGaN層 1704c以及厚度為8nm的非摻雜IniUGaN層1704d。應(yīng)注意，ρ型AlGaN載流子阻擋層1704b 上的非摻雜IniUGaN層17(Mc和非摻雜IniUGaN層1704d起到緩沖層的作用，以在晶格常數(shù)相對小的P型AlGaN載流子阻擋層1704b上形成良好的多量子阱有源層1705 ；并且還起 到防止Mg從ρ型AKiaN載流子阻擋層1704b擴散到多量子阱有源層1705中的作用，因為 在Mg擴散到多量子阱有源層1705中的情況下，光發(fā)射效率可能降低。多量子阱有源層1705具有堆疊結(jié)構(gòu)，使得依次堆疊厚度為3nm的Si摻雜InMGaN 阱層、厚度為4nm的Si摻雜IniUGaN勢壘層以及厚度為3nm的Si摻雜IniUGaN阱層。在η型AWaN襯底1701的背面形成第一 η電極1707，并且第一 η電極1707是與 η型AWaN襯底1701的背面相接觸地形成的。此外，在第二 η型MGaN層1706的表面上形成第二 η電極1708，并且第二 η電極 1708是與第二 η型AKkiN層1706的表面相接觸地形成的。本文中，第二 η電極1708由Al 層(厚度為300nm)形成。因此，在Al層的與第二 η型AlGaN層1706相接觸的表面(Al界 面)處，產(chǎn)生表面等離體激元(SPP)。用于使根據(jù)示例7的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件通過注入20mA的電流來發(fā)光 的驅(qū)動電壓是8V。在這種情況下，從多量子阱有源層1705發(fā)射紫外光(具有大約270nm的 峰值波長)。然后，通過根據(jù)示例7的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的η型AlGaN襯底1701 和根據(jù)示例7的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的側(cè)面，將紫外光提取到外部。估計根據(jù)示 例7的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的內(nèi)部量子效率，當注入20mA的驅(qū)動電流以進行驅(qū)動 時，所估計的內(nèi)部量子效率是10%或更高，對于發(fā)射波長為270nm的光的發(fā)光二極管而言， 實現(xiàn)了特別高的光發(fā)射效率。如下考慮這一點。在根據(jù)示例7的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件中，從多量子阱 有源層1705發(fā)射的光與第二 η電極1708的Al界面處的表面等離激元有效地彼此耦合，因 此可以將來自多量子阱有源層1705的光的光發(fā)射效率提高效果(自發(fā)發(fā)射速率的提高) 實現(xiàn)為使得無輻射復(fù)合不會在室溫下造成問題。應(yīng)理解，本文所公開的實施例和示例在任何方面都是說明性的而非限制性的。本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求來限定，而不是由以上描述來限定，本發(fā)明的范圍包含在權(quán)利要求 及其等價物的范圍之內(nèi)的任何修改。工業(yè)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可以適用于例如照明應(yīng)用或顯示應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件具有高光發(fā)射效率，并且可以適用于例如紅 外區(qū)域內(nèi)的通信應(yīng)用、可見光區(qū)域內(nèi)的照明應(yīng)用或顯示應(yīng)用、以及紫外區(qū)域內(nèi)的消毒和水 凈化等。附圖標記的說明101襯底；102第一 η型氮化物半導(dǎo)體層；103中間層；104ρ型氮化物半導(dǎo)體層； 105有源層；106第二 η型氮化物半導(dǎo)體層；107第一 η電極；108第二 η電極；201η型氮化 物半導(dǎo)體襯底；301藍寶石襯底；302第一 η型GaN層；303 AlN中間層；304ρ型GaN層；305 多量子阱有源層；306第二 η型GaN層；307第一 η電極；308第二 η電極；309pSAlaiG￡ia9N 載流子阻擋層；401導(dǎo)帶中的能帶能量；402費米能量；403p型雜質(zhì)載流子密度；40 型雜 質(zhì)載流子密度；405價帶中的能帶能量；601η型GaN襯底；60 第一 η型Alatl5Giia95N覆層； 60 第一 η型GaN引導(dǎo)層；SOSAla8Giia2N中間層；604ρ型GaN引導(dǎo)層；605多量子阱有源層； 606a第二 η型Alatl5Giia95N覆層；60 第二 η型GaN引導(dǎo)層；607第一 η電極；608第二 η電極；609p型AlaiGiia9N載流子阻擋層；611絕緣膜；701硅高摻雜層；702鎂高摻雜層；703隧 道結(jié)層；801光發(fā)射密度高的區(qū)域；802光發(fā)射密度低的區(qū)域；1101藍寶石襯底；1102GaN緩 沖層；1103Si摻雜η型GaN層；1104有源層；1105Mg摻雜ρ型GaN層；1106Mg高摻雜p+型 feiN層；1107Si高摻雜n+型GaN層；1108Si摻雜η型GaN層；1109第一 η電極；1110第二 η電極；1201η型GaN襯底；120 第一 η型Alaci5Giia95N覆層；120 第一 η型GaN引導(dǎo)層； 1203 AlN中間層；1204ρ型GaN引導(dǎo)層；1205多量子阱有源層；1206a第二 η型Alaci5Giia95N 覆層；1206b第二 η型GaN引導(dǎo)層；1207第一 η電極；1208第二 η電極；1209ρ型Alai^ia9N 載流子阻擋層；1211絕緣膜；1301抗蝕劑圖案；1302，1303開口部分；1401襯底；1402第一 底層；1403中間層；1404第二底層；1405有源層；1406上層；1407針對η型的第一電極； 1408針對η型的第二電極；1501 η型襯底；1502第一底層；1503中間層；1504第二底層； 1505有源層；1506上層；1507針對η型的第一電極；1508針對η型的第二電極；1601藍寶 石襯底；1602第一 η型GaN層；1603 AlN中間層；1604第二底層；160 ρ型GaN層；1604b P型Ala A^19N載流子阻擋層；1604c非摻雜GaN層；1604d非摻雜In0.02Ga0.98N M ；1605多 量子阱有源層；1606第二 η型GaN層；1607第一 η電極；1608第二 η電極；1701η型MGaN 襯底；1702 第一 η 型 AlGaN 層；1703η 型 InAlGaN 中間層；1704 第二底層；1704a ρ 型 AlGaN 層；1704b ρ型AlGaN載流子阻擋層；17(Mc非摻雜IniUGaN層；1704d非摻雜IniUGaN層； 1705多量子阱有源層；1706第二 η型MGaN層；1707第一 η電極；1708第二 η電極；1801 襯底；1802η型GaN層；1803η型MGaN覆層；1804多量子阱有源層；1805非摻雜GaN保護 層；1806ρ型AlGaN覆層；1807ρ型feJnN接觸層；1808Pd第一電極層；1809 Ag第二電極層； 1810 Au保護層；1811針對η型的電極。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括η型氮化物半導(dǎo)體層(102，201，302，601，1201)；氮化物半導(dǎo)體層(103，303，603，1203)，設(shè)置在所述η型氮化物半導(dǎo)體層(102，201， 302,601,1201)上；P型氮化物半導(dǎo)體層(104，304，604，1204)，設(shè)置在所述氮化物半導(dǎo)體層(103，303， 603，1203)上；以及有源層(105，305，605，1205)，設(shè)置在所述ρ型氮化物半導(dǎo)體層(104，304，604，1204)上。
2.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括η型氮化物半導(dǎo)體層(102，201，302，601，1201)；氮化物半導(dǎo)體層(103，303，603，1203)，設(shè)置在所述η型氮化物半導(dǎo)體層(102，201， 302，601，1201)上，在所述氮化物半導(dǎo)體層(103，303，603，120 的至少一部分中具有極性平面；P型氮化物半導(dǎo)體層(104，304，604，1204)，設(shè)置在所述氮化物半導(dǎo)體層(103，303， 603，1203)上；以及有源層(105，305，605，1205)，設(shè)置在所述ρ型氮化物半導(dǎo)體層(104，304，604，1204)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中， 所述氮化物半導(dǎo)體層(103，303，603，120 包含鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述氮化物半導(dǎo)體層(103，303，603，1203)是AlxGa^N (0 < χ彡1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括第二η型氮化物半導(dǎo)體層 (106，306，606a，1206a)，設(shè)置在所述有源層(105，305，605，1205)上，其中，與所述η型氮化物半導(dǎo)體層(102，201，302，601，1201)相接觸的第一電極(107，307，607.1207)是陽極電極，以及與所述第二 η型氮化物半導(dǎo)體層(106，306，606a，1206a)相接觸的第二電極(108，308，608.1208)是陰極電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述氮化物半導(dǎo)體層(103，303，603，120 具有不小于0. 5nm且不大于30nm的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述有源層(105，305，605，1205)具有由包含h的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層，以及所述阱層中的h成分比率不低于0. 15且不高于0. 4。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述有源層(105，305，605，1205)具有由包含h的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層，以及所述阱層中的h成分比率不低于0. 2且不高于0. 4。
9.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括 襯底(1401，1501，1601，1701)；第一底層(1402，1502，1602，1702)，設(shè)置在所述襯底(1401，1501，1601，1701)上并且包含η型半導(dǎo)體；第二底層(1404，1504，1604，1704)，設(shè)置在所述第一底層(1402，1502，1602，1702)并 且包含P型半導(dǎo)體；有源層(1405，1505，1605，1705)，設(shè)置在所述第二底層(1404，1504，1604，1704)上； 上層(1406，1506，1606，1706)，設(shè)置在所述有源層(1405,1505,1605,1705)上并且包含η型半導(dǎo)體；針對η型的第一電極(1407，1507，1607，1707)，被設(shè)置為與所述襯底(1401,1501， 1601,1701)或所述第一底層(1402，1502，1602，1702)相接觸；以及針對η型的第二電極(1408，1508，1608，1708)，設(shè)置在所述上層(1406，1506，1606， 1706)上并與之接觸，所述上層(1406，1506，1606，1706)具有不大于40nm的厚度，以及 所述針對η型的第二電極(1408，1508，1608，1708)與所述上層(1406，1506，1606， 1706)相接觸的界面包含金屬，所述金屬的表面等離激元能夠由從所述有源層(1405， 1505，1605，1705)產(chǎn)生的光來激勵。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，其表面等離激元能夠由從所述有源層(1405，1505，1605，170 產(chǎn)生的光來激勵的金 屬包括Ag、Au和Al中的任何一種作為主要成分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述針對η型的第一電極(1407，1507，1607，1707)是陽極電極，所述針對η型的第二 電極(1408，1508，1608，1708)是陰極電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件是氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括在所述第一底層與所述第二底層 之間的中間層，其中，所述中間層包括由于所述第一底層與所述第二底層之間的晶格常數(shù)的差異而引起的 拉伸應(yīng)變。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述襯底(1401，1501，1601，1701)是η型導(dǎo)電襯底，所述針對η型的第一電極(1407， 1507，1607，1707)被設(shè)置為與所述η型導(dǎo)電襯底相接觸。
全文摘要
在一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在n型氮化物半導(dǎo)體層(102，201，302，601，1201)上依次地堆疊氮化物半導(dǎo)體層(103，303，603，1203)、p型氮化物半導(dǎo)體層(104，304，604，1204)和有源層(105，305，605，1205)。在一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在襯底(1401，1501，1601，1701)上依次地堆疊第一底層(1402，1502，1602，1702)、第二底層(1404，1504，1604，1704)、有源層(1405，1505，1605，1705)和厚度不大于40nm的上層(1406，1506，1606，1706)，針對n型的第二電極(1408，1508，1608，1708)與上層(1406，1506，1606，1706)相接觸的界面包含金屬，所述金屬的表面等離激元能夠由從有源層(1405，1505，1605，1705)產(chǎn)生的光來激勵。
文檔編號H01S5/343GK102144342SQ20098013470
公開日2011年8月3日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者伊藤茂稔, 神川剛, 巴武呂 麥華路 申請人:夏普株式會社