專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件以及制造其的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件以及制造其的方法。
背景技術(shù)：
含氮的III-V族化合物半導(dǎo)體(此后稱作“氮化物半導(dǎo)體”)具有對應(yīng)于具有在紅外區(qū)域至紫外區(qū)域中的波長的光的能量的帶隙能量。因此，氮化物半導(dǎo)體可用作發(fā)光器件的材料，或用作光接受器件的材料，該發(fā)光器件發(fā)射出具有從紅外區(qū)域至紫外區(qū)域的波長的光，該光接受器件接收具有從紅外區(qū)域至紫外區(qū)域的波長的光。此外，構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體的原子之間的鍵聯(lián)強(qiáng)，氮化物半導(dǎo)體的介質(zhì)擊穿電壓高，且氮化物半導(dǎo)體的飽和電子速度高。由于這些因素，氮化物半導(dǎo)體可用作諸如耐高溫和高輸出高頻晶體管的電子器件的材料?！ご送猓锇雽?dǎo)體將基本不危害環(huán)境，且因此作為易處理材料吸引注意力。在使用該種氮化物半導(dǎo)體的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，通常使用量子阱結(jié)構(gòu)作為發(fā)光層。當(dāng)施加電壓時(shí)，在發(fā)光層中的講層內(nèi)電子和空穴復(fù)合，且作為結(jié)果，產(chǎn)生光。發(fā)光層可具有單量子阱結(jié)構(gòu)，或可以具有其中阱層和勢壘層交替堆疊的多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，已知在使用氮化物半導(dǎo)體的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中存在缺陷，其表現(xiàn)為所謂的V表面坑(V形表面坑)、V缺陷、或倒六棱錐(inverted hexagonal pyramid)缺陷。例如，日本專利公開No. 2005-277423公開了ー種結(jié)構(gòu)，其中在LED芯片的表面中形成了“六棱錐空洞”。因?yàn)閂表面坑是缺陷，通常認(rèn)為通過阻止V表面坑的產(chǎn)生將改進(jìn)LED的特征。在另一萬 _，在 A. Hangleiter, F. Hitzel, C. Netzel, D. Fuhrmann, U. Rossow, G. Ade, and P. Hinze在 Physical Review Letters 95, 127402 (2005)中的“在 GalnN/GaN 量子阱中通過 V 形表面坑抑制無輻射復(fù)合產(chǎn)生了發(fā)光效率的大幅増加”中，報(bào)道了在MQW發(fā)光層中V表面坑(V形表面坑)的操作。有據(jù)于此，當(dāng)在MQW發(fā)光層中存在V表面坑時(shí)，V表面坑的傾斜表面中的量子阱寬度是窄的。因此，注入量子阱中的電子或空穴被阻止到達(dá)穿透位錯(cuò)(其為V表面坑中的晶體缺陷)，且作為結(jié)果，MQff發(fā)光層中的非發(fā)光復(fù)合被抑制。在M. Shiojiri, C. C. Chu。，J. T. Hsu, J. R. Yang and H. Saijo 在 JOURNAL OFAPPLIED PHYSICS 99，073505 (2006)的“在多個(gè)InGaN/GaN量子阱層中的V缺陷的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)制”中，報(bào)道了 V表面坑的頂角理想地為56°。作為用導(dǎo)電雜質(zhì)對發(fā)光層進(jìn)行摻雜的技術(shù)，日本專利申請公開No. 2005-109425公開通過順序堆疊非摻雜GaN勢壘層和n型雜質(zhì)摻雜InGaN量子阱層形成有源層(對應(yīng)于本申請中的發(fā)光層)。同時(shí)該公開公開在非摻雜GaN勢壘層和前述InGaN量子阱層接觸的界面處設(shè)置有防擴(kuò)散膜，且該防擴(kuò)散膜包含的n型雜質(zhì)的濃度低于InGaN量子阱層中的n型雜質(zhì)的濃度。日本專利申請公開No.2000-349337公開有源層含有n型雜質(zhì)，且有源層中的n型雜質(zhì)濃度在n層側(cè)中較在p層側(cè)中要高。同時(shí)該公開公開由于有源層中n型雜質(zhì)濃度在n層側(cè)中較在p層側(cè)中要高，能夠從n層側(cè)提供施主至有源層，且獲得具有高發(fā)光輸出的氮化物半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件、且產(chǎn)生的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件在高溫下或以高的電流被驅(qū)動(dòng)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生發(fā)光效率的劣化。由此，也可能會(huì)導(dǎo)致單位功率的發(fā)光效率(功率效率)的劣化。本發(fā)明意圖計(jì)入對此點(diǎn)的考量，且本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的功率效率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，這是因?yàn)榧词乖诟邷鼗虼箅娏飨买?qū)動(dòng)時(shí)發(fā)光效率的劣化都被抑制。根據(jù)本發(fā)明的第一氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括按以下順序設(shè)置的n型氮化物半導(dǎo)體層、V表面坑產(chǎn)生層、中間層、多量子阱發(fā)光層和p型氮化物半導(dǎo)體層。該多量子阱發(fā)·光層是通過交替堆疊勢壘層和具有低于勢壘層的帶隙能量的阱層所形成的層。V表面坑部分地形成于多量子阱發(fā)光層中，且V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于中間層中。根據(jù)本發(fā)明的第二氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括按以下順序形成的n型氮化物半導(dǎo)體層、V表面坑產(chǎn)生層、中間層、下部多量子阱發(fā)光層、上部多量子阱發(fā)光層和p型氮化物半導(dǎo)體層。該上部多量子阱發(fā)光層是通過交替堆疊上部勢壘層和具有低于上部勢壘層的帶隙能量的上部阱層所形成的層。該下部多量子阱發(fā)光層是通過交替堆疊下部勢壘層和具有低于下部勢壘層的帶隙能量的下部阱層所形成的層，且至少下部勢壘層摻雜有n型雜質(zhì)。下部多量子阱發(fā)光層的平均n型摻雜濃度高于上部多量子阱發(fā)光層的平均n型摻雜濃度。V表面坑部分地形成于上部多量子阱發(fā)光層中，且V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于中間層中或位于下部多量子阱發(fā)光層中。優(yōu)選地，V表面坑產(chǎn)生層中的n型摻雜濃度顯著地大于n型氮化物半導(dǎo)體層的最上表面中的n型摻雜濃度，且優(yōu)選地大于或等于5 X IO18CnT3。優(yōu)選地，V表面坑產(chǎn)生層中的In成分比例大于n型半導(dǎo)體層的最上表面中的In成分比例。此時(shí)，V表面坑產(chǎn)生層優(yōu)選地包括n型雜質(zhì)，且V表面坑產(chǎn)生層的組成優(yōu)選地是InxGahN (0. I < x < 0. 2)。優(yōu)選地，V表面坑產(chǎn)生層的厚度大于或等于5nm。優(yōu)選地，中間層的厚度大于或等于40nm。優(yōu)選地，中間層是通過交替堆疊寬帶隙層和具有低于寬帶隙層的帶隙能量的窄帶隙層而形成的層。優(yōu)選地，上部多量子阱發(fā)光層中勢壘層的數(shù)量大于或等于4。一種根據(jù)本發(fā)明的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的第一方法，包括第一步驟，形成n型氮化物半導(dǎo)體層；第二步驟，在n型氮化物半導(dǎo)體層上形成中間層；第三步驟(該步驟在第一步驟之后和第二步驟之前進(jìn)行)，停止對形成有n型氮化物半導(dǎo)體層的晶片提供源氣體，并在向晶片提供顯著地包括作為運(yùn)載氣體的H2氣體的氣體時(shí)降低晶片的溫度；以及第四步驟，在中間層上順序地形成多量子阱發(fā)光層和P型氮化物半導(dǎo)體層。優(yōu)選地，顯著地包括H2氣體的氣體包括體積上大于或等于20%且小于或等于80%的H2氣體。
優(yōu)選地，第三步驟將晶片的溫度降低大于或等于50°C。通過執(zhí)行第三步驟，優(yōu)選地，V表面坑部分地形成于多量子阱發(fā)光層中，且V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于中間層中。形成多量子阱發(fā)光層的步驟優(yōu)選地包括在中間層上交替地堆疊下部勢壘層和具有較下部勢壘層低的帶隙能量的下部阱層，并使用n型雜質(zhì)摻雜至少下部勢壘層，以形成下部多量子阱發(fā)光層的步驟，以及在下部多量子阱發(fā)光層上交替地堆疊上部勢壘層和具有較上部勢壘層低的帶隙能量的上部阱層，以形成具有比下部多量子阱發(fā)光層低的平均n型摻雜濃度的上部多量子阱發(fā)光層的步驟。通過進(jìn)行第三步驟，優(yōu)選地，在多量子阱發(fā)光層中部分地形成V表面坑，且V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于中間層中或位于下部多量子阱發(fā)光層中。 根據(jù)本發(fā)明的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的第二方法，包括在顯著低于n型氮化物半導(dǎo)體層的溫度的溫度上在n型氮化物半導(dǎo)體層上形成V表面坑產(chǎn)生層的步驟，以及在V表面坑產(chǎn)生層上順序地形成中間層、多量子阱發(fā)光層、和p型氮化物半導(dǎo)體層的步驟。優(yōu)選地，形成V表面坑產(chǎn)生層的步驟在低于或等于920°C的溫度上形成V表面坑產(chǎn)生層。通過形成V表面坑產(chǎn)生層，優(yōu)選地，V表面坑部分地形成于多量子阱發(fā)光層中，且V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于中間層中。形成多量子阱發(fā)光層的步驟優(yōu)選地包括在中間層上交替地堆疊下部勢壘層和具有較下部勢壘層低的帶隙能量的下部阱層，并使用n型雜質(zhì)摻雜至少下部勢壘層，以形成下部多量子阱發(fā)光層的步驟，以及在下部多量子阱發(fā)光層上交替地堆疊上部勢壘層和具有較上部勢壘層低的帶隙能量的上部阱層，以形成具有比下部多量子阱發(fā)光層中的平均n型摻雜濃度低的平均n型摻雜濃度的上部多量子阱發(fā)光層的步驟。通過形成V表面坑產(chǎn)生層，優(yōu)選地，V表面坑在多量子阱發(fā)光層中部分地形成，且V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于中間層中或位于下部多量子阱發(fā)光層中。優(yōu)選地，形成V表面坑產(chǎn)生層的步驟形成厚度大于或等于5nm的V表面坑產(chǎn)生層。優(yōu)選地，形成中間層的步驟形成具有大于或等于40nm厚度的中間層。優(yōu)選地，形成中間層的步驟通過交替堆疊寬帶隙層和具有低于寬帶隙層的帶隙能量的窄帶隙層而形成中間層。優(yōu)選地，形成上部多量子阱發(fā)光層的步驟形成上部多量子阱發(fā)光層，從而上部勢魚層的數(shù)量大于或等于4。根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，即使在高溫或在大電流下驅(qū)動(dòng)吋，也阻止發(fā)光效率劣化，從而功率效率優(yōu)良。本發(fā)明的前述以及其他目標(biāo)、特征、方面和優(yōu)勢將在結(jié)合附圖時(shí)從本發(fā)明的以下詳細(xì)描述而變得更明顯。


圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的構(gòu)造的剖視圖。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的構(gòu)造的俯視圖。圖3是示意地示出了在形成根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的氮化物半導(dǎo)體層中的帶隙能量Eg的大小的能量圖。圖4是示出了在本發(fā)明的一個(gè)示例中的電流密度和外量子效率之間的關(guān)系的圖表。圖5A是通過在AFM (原子力顯微鏡)下觀察ー個(gè)對比示例中的V表面坑評估結(jié)構(gòu)的上表面而獲得的圖像。圖5B是通過一個(gè)示例中的V表面坑評估結(jié)構(gòu)的上表面的AFM觀察所獲得的圖像。
圖6A是示出了在本發(fā)明的一個(gè)示例中的V表面坑直徑Wv和V表面坑的累計(jì)發(fā)生 率之間的關(guān)系的圖表。圖6B是示出了基于圖6A的結(jié)果獲得的V表面坑直徑Wv和V表面坑深度dv之間的關(guān)系的圖表。圖6C是示出了基于圖6A中示出的結(jié)果確定的V表面坑產(chǎn)生層和V表面坑開始點(diǎn)之間的位置關(guān)系的剖視圖。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的構(gòu)造的剖視圖。圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的構(gòu)造的剖視圖。圖9是示出了在本發(fā)明的一個(gè)示例中的上部MQW發(fā)光層中的勢壘層的數(shù)量和外量子效率之間的關(guān)系的圖表。圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的構(gòu)造的剖視圖。圖IlA是通過一個(gè)比較示例中的V表面坑評估結(jié)構(gòu)的上表面的AFM觀察所獲得的圖像。圖IlB是通過一個(gè)示例中的V表面坑評估結(jié)構(gòu)的上表面的AFM觀察所獲得的圖像。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。在下文中，“勢壘層”標(biāo)示夾在阱層之間的層。沒有被夾在阱層之間的層標(biāo)示為“第ー勢壘層”或“最后勢壘層”，以區(qū)別于夾在阱層之間的層。在下文的實(shí)施例中，圖I的下側(cè)中示出的部分有時(shí)表述為“下”，而圖I的上側(cè)中示出的部分有時(shí)表述為“上”，以標(biāo)示位置關(guān)系，但是，該措辭出于簡明的目的，而不同于相對于重力方向限定的“上”和“下”。在下文中，使用術(shù)語“摻雜濃度”和術(shù)語“載體濃度”，其表示和使用n型雜質(zhì)或p型雜質(zhì)摻雜相關(guān)聯(lián)地產(chǎn)生的電子或空穴的濃度，且將在下文中描述它們之間的關(guān)系?！斑\(yùn)載氣體”是ー氣體，其不同于III族元素的源氣體、V族元素的源氣體、以及導(dǎo)電雜質(zhì)的源氣體。形成運(yùn)載氣體的原子將不會(huì)被吸收入膜或相似物中。本發(fā)明不限于下文中示出的實(shí)施例。此外，在本發(fā)明的附圖中，諸如長度、寬度、和厚度的尺寸關(guān)系為了附圖的清晰和簡明而被恰當(dāng)?shù)馗膭?dòng)，而不代表實(shí)際的尺寸關(guān)系。<第一實(shí)施例>圖I和圖2分別示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的剖視圖和俯視圖。沿圖2中示出的線I-I截取的剖視圖對應(yīng)于圖I。而且，圖3是示意地示出了圖I中示出的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I中從n型氮化物半導(dǎo)體層9至p型氮化物半導(dǎo)體層16的帶隙能量Eg的大小的能量圖。圖3中的垂直方向是圖I中示出的層的上下方向，而圖3中的水平軸的Eg示意地代表各個(gè)成分中的帶隙能量的大小。在圖3中，將摻雜有n型雜質(zhì)的層涂上陰影。<氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件>在根據(jù)本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I中，在襯底3的上表面上，依以下順序堆疊緩沖層5、基層7、n型氮化物半導(dǎo)體層8、9、V表面坑產(chǎn)生層10、作為布置在V表面坑產(chǎn)生層10和MQW發(fā)光層14之間的中間層的超晶格層12、 MQW發(fā)光層14、以及p型氮化物半導(dǎo)體層16、17、18，以形成臺面部分30。在臺面部分30之外，n型氮化物半導(dǎo)體層9的上表面的一部分未覆蓋有V表面坑產(chǎn)生層10以及類似物，并被曝露，且在該曝露的部分上，設(shè)置有n側(cè)電極21。在p型氮化物半導(dǎo)體層18上，設(shè)置有p側(cè)電極25，透明電極23夾置在P型氮化物半導(dǎo)體層18和p側(cè)電極25之間。幾乎整個(gè)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的上表面都設(shè)置有透明保護(hù)膜27，從而將p側(cè)電極25和n側(cè)電極21曝露在外。在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在超高倍率STEM (掃描透射電子顯微鏡)下觀察到的橫截面示出了不可避免的V表面坑的產(chǎn)生，但是，在本實(shí)施例中，通過插入V表面坑產(chǎn)生層10來控制V表面坑15的產(chǎn)生，如在下文中描述的。< 襯底 >襯底3可為由諸如藍(lán)寶石等制成的絕緣襯底，或可為由GaN、SiC、ZnO等制成的導(dǎo)電襯底。優(yōu)選地，生長時(shí)襯底3的厚度例如為900 ii m至1200 u m。優(yōu)選地，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的襯底3的厚度例如大于或等于50 ii m且小于或等于300 u m,且不限于120 u m。襯底3的上表面可為平坦的，或可具有包括如圖I中示出的凸起部3A以及凹陷部3B的凹凸形狀。<緩沖層>緩沖層5優(yōu)選地例如為AlstlGattlN (0彡s0彡1，0彡t0彡1，s0+t0幸0)層，且更優(yōu)選地為AlN層或GaN層。少量N (0.5至2%)可由氧替代。結(jié)果，緩沖層5形成為在襯底3的生長面的法線方向中延伸，且因此獲得由具有均勻晶粒的柱狀晶體集合構(gòu)成的緩沖層5。緩沖層5的厚度未被特別地限制，且優(yōu)選地大于或等于3nm，且小于或等于lOOnm，并更優(yōu)選地大于或等于5nm,且小于或等于50nm。< 基層 >基層7優(yōu)選地例如為AlslGatlInulN(0彡si彡1，0彡tl彡1，0彡ul彡1，sl+tl+ul幸0)層，且更優(yōu)選地為AlslGatlN (0彡Si彡1，0彡tl彡I, sl+tl關(guān)0)層，且進(jìn)ー步優(yōu)選地為GaN層。結(jié)果，存在于緩沖層5中的晶體缺陷(諸如位錯(cuò))更傾向于在緩沖層5與基層7之間的界面附近成環(huán)，且因此能夠阻止晶體缺陷從緩沖層5傳播到基層7中。基層7可包括n型雜質(zhì)。但是，當(dāng)基層7不包括n型雜質(zhì)時(shí)，可保持基層7的優(yōu)異的晶體性(crystallinity)。因此,優(yōu)選的是基層7不包括n型雜質(zhì)。通過增加基層7的厚度，減少了基層7中的缺陷。但是，如果基層7的厚度増加至一定程度之上，則減少基層7中缺陷的效應(yīng)呈現(xiàn)飽和。由此，基層7的厚度優(yōu)選地大于或等于I Ii m并小于或等于8 u m。<n型氮化物半導(dǎo)體層>N型氮化物半導(dǎo)體層8、9優(yōu)選地例如為摻雜有n型雜質(zhì)的Als2Gat2Inu2N (0彡s2(1，0彡t2彡1，0彡u2彡I，s2+t2+u2~ I)層，且更優(yōu)選地為摻雜有n型雜質(zhì)的Als2Gah2N(0彡s2彡1，優(yōu)選地0彡s2彡0. 5，更優(yōu)選地0彡s2彡0. I)層。n型雜質(zhì)不被特別地限制，且優(yōu)選地為Si、P、As、Sb等，且更優(yōu)選地為Si。這也適
用于稍后描述的單個(gè)層。n型氮化物半導(dǎo)體層8、9中的n型摻雜濃度不被特別地限制，且優(yōu)選地小于或等于·I X IO19Cm 3O由于n型氮化物半導(dǎo)體層8、9的厚度越大，其阻抗降低越多，所以n型氮化物半導(dǎo)體層8、9的厚度優(yōu)選地更大。但是，隨著n型氮化物半導(dǎo)體層8、9的厚度的増加，成本升高。有介于此，從實(shí)用的立場出發(fā)，n型氮化物半導(dǎo)體層8、9的厚度優(yōu)選地但不特別限定為大于或等于I U m且小于或等于10 u m。在下文中將描述的示例I中，通過兩個(gè)生長步驟(即中斷一次n型GaN層的生長，且隨后允許相同的n型GaN層再次生長)來形成n型氮化物半導(dǎo)體層8、9。但是，n型氮化物半導(dǎo)體層的構(gòu)造不被特別地限制。例如，通過持續(xù)地形成n型氮化物半導(dǎo)體層8和n型氮化物半導(dǎo)體層9，n型氮化物半導(dǎo)體層可形成為單層、或n型氮化物半導(dǎo)體層可具有大于或等于3層的層片結(jié)構(gòu)。n型氮化物半導(dǎo)體層8、9可具有相同的成分，或不同的成分。而且，n型氮化物半導(dǎo)體層8、9可具有相同的厚度，或不同的厚度。〈V表面坑產(chǎn)生層〉V表面坑產(chǎn)生層10是用于形成V表面坑15的層,從而V表面坑15的開始點(diǎn)的平均位置位于處在n型氮化物半導(dǎo)體層9側(cè)上的層中(在本實(shí)施例中為超晶格層12)，而非位于有效地運(yùn)行作為發(fā)光層的層中(在本實(shí)施例中為MQW發(fā)光層14)。此處,V表面坑15的開始點(diǎn)指的是V表面坑15的底部，且在圖6C中示出為“VS”，如下文將描述的。V表面坑15的開始點(diǎn)的平均位置指的是通過將沿氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的厚度方向、形成于MQW發(fā)光層14中的V表面坑15的開始點(diǎn)的位置進(jìn)行平均所獲得的位置。作為ー個(gè)示例，V表面坑產(chǎn)生層10是厚度為25nm的高度摻雜n型GaN層。此處，措辭“高度摻雜”指的是n型摻雜濃度較位于V表面坑產(chǎn)生層10之下的n型氮化物半導(dǎo)體層9而言顯著要高(例如，大于或等于I. I倍、優(yōu)選地大于或等于I. 4倍、且更優(yōu)選地大于或等于I. 8倍)。具體地，V表面坑產(chǎn)生層10中的n型摻雜濃度優(yōu)選地大于或等于5X1018cm_3，更優(yōu)選地大于或等于7 X 1018cm_3，且進(jìn)ー步優(yōu)選地大于或等于I X 1019cm_3。當(dāng)V表面坑產(chǎn)生層10中的n型摻雜濃度過高吋，V表面坑產(chǎn)生層10的膜質(zhì)量劣化，且形成于V表面坑產(chǎn)生層10上的MQW發(fā)光層14中的發(fā)光效率也可能劣化。因此，V表面坑產(chǎn)生層10中的n型摻雜濃度優(yōu)選地小于或等于n型氮化物半導(dǎo)體層9中的n型摻雜濃度的10倍，且更優(yōu)選地小于或等于其的3倍。優(yōu)選地，V表面坑產(chǎn)生層10的n型摻雜濃度顯著高于n型氮化物半導(dǎo)體層9的最上表面中的n型摻雜濃度(例如，大于或等于I. I倍、優(yōu)選地大于或等于I. 4倍、且更優(yōu)選地大于或等于I. 8倍)。作為另ー不例，V表面坑產(chǎn)生層10優(yōu)選地為摻雜有n型雜質(zhì)的Als3Gat3Inu3N (0 (s3^1,0^t3^1,0^u3^1, s3+t3+u3 ^ I)層，且更優(yōu)選地為摻雜有n型雜質(zhì)的Inu3Ga^u3N(0 ^ u3 ^ 1，優(yōu)選地0 < u3 ^ 0. 5，更優(yōu)選地0 < u3 ^ 0. 15)層。如上所述，當(dāng)V表面坑產(chǎn)生層10含In時(shí)，V表面坑產(chǎn)生層10中的In成分比例優(yōu)選地比n型氮化物半導(dǎo)體層9中的In成分比例高。這將在下面的第二實(shí)施例中進(jìn)行描述。該V表面坑產(chǎn)生層10優(yōu)選地具有大于或等于5nm的厚度，且更優(yōu)選地具有大于或等于IOnm的厚度。由此，實(shí)現(xiàn)了對于穿透位錯(cuò)的數(shù)量允許更多的V表面坑的產(chǎn)生的效應(yīng)?！粗虚g層(超晶格層)>中間層設(shè)置在V表面坑產(chǎn)生層10和MQW發(fā)光層14之間，且在本實(shí)施例中，中間層 為超晶格層12。本說明書中的超晶格層指的是由通過交替堆疊非常薄的晶體層而具有比基礎(chǔ)單元晶格更長的周期結(jié)構(gòu)的晶體晶格構(gòu)成的層。如圖3所示，在超晶格層12中，寬帶隙層12A和窄帶隙層12B被交替地堆疊以形成超晶格結(jié)構(gòu)，且其周期性結(jié)構(gòu)比構(gòu)成寬帶隙層12A的半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)單元晶格以及構(gòu)成窄帶隙層12B的半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)單元晶格長。此處，超晶格層12可通過順序地交替堆疊不同于寬帶隙層12A和窄帶隙層12B的ー個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層、寬帶隙層12A、和窄帶隙層12B而形成超晶格結(jié)構(gòu)。而且，超晶格層12的ー個(gè)周期的長度(寬帶隙12A的層厚度和窄帶隙12B的層厚度的和)小于下文中描述的MQW發(fā)光層14的ー個(gè)周期的長度，且具體地大于或等于Inm且小于或等于10nm。每ー個(gè)寬帶隙層12A優(yōu)選地例如為AlaGabIn (1_a_b)N (0彡a<l, 0〈b彡I)層，且更優(yōu)選地為GaN層。每ー個(gè)窄帶隙層12B需要具有例如小于寬帶隙層12A的帶隙能量，且大于下文描述的阱層14W的相應(yīng)的帶隙能量的帶隙能量。窄帶隙層12B優(yōu)選地為AlaGabIn (1_a_b)N(0 彡 a〈l，0〈b 彡 1)，且更優(yōu)選地為 GabIn (1_b)N (0〈b 彡 I)。優(yōu)選地，每ー個(gè)寬帶隙層12A和每ー個(gè)窄帶隙層12B中的至少ー個(gè)包含n型雜質(zhì)。這是因?yàn)槿绻麑拵秾?2A和窄帶隙層12B都未摻雜時(shí)，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓增加。寬帶隙層12A和窄帶隙層12B的層的相應(yīng)數(shù)量可例如為2至50，盡管圖3中示出的為20。超晶格層12是設(shè)置用于改進(jìn)MQW發(fā)光層14的特征的層，且并非氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的必要成分。但是，當(dāng)超晶格層12設(shè)置在V表面坑產(chǎn)生層10和MQW發(fā)光層14之間時(shí)，V表面坑產(chǎn)生層10和MQW發(fā)光層14可彼此間隔開，從而能夠使得V表面坑15的開始點(diǎn)的平均位置不存在于MQW發(fā)光層14中(至少在MQW發(fā)光層14的上部部分中)。因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選地將超晶格層12設(shè)置在V表面坑產(chǎn)生層10和MQW發(fā)光層14之間。優(yōu)選地，超晶格層12的厚度大于或等于40nm，更優(yōu)選地，超晶格層12的厚度大于或等于50nm，且更優(yōu)選地，超晶格層12的厚度大于或等于60nm。<MQff發(fā)光層(多量子阱發(fā)光層)>V表面坑15部分地形成在MQW發(fā)光層14中。此處，措辭“V表面坑15部分地形成”指的是在AFM下被觀察的V表面坑15為位于MQW發(fā)光層14的上表面上的點(diǎn)狀圖案，且表面未完全被V表面坑覆蓋。優(yōu)選地，V表面坑層15的數(shù)量密度大于或等于I X IO8Cm-2并小于或等于IXKTchT2。而且在傳統(tǒng)的情形中，V表面坑形成在MQW發(fā)光層中，但是，在該情形中，MQW發(fā)光層的上表面上的V表面坑的數(shù)量密度大約小于IX 108cm_2。如在圖3中所示，MQW發(fā)光層14具有ー結(jié)構(gòu)，其中通過交替地堆疊阱層14W和勢壘層 14A，勢壘層 14A (14A1, 14A2,…，14A7)被夾在阱層 14W (14W1, 14W2,，14W8)之間，且MQW發(fā)光層14設(shè)置在超晶格層12上而第一勢壘層14A'插入在二者之間。在阱層14W中最靠近P型氮化物半導(dǎo)體層16的位置處的阱層14W1上，設(shè)置有最后的勢壘層14A0。為了識別每ー個(gè)勢壘層14A和每ー個(gè)阱層14W，這些層被從p型氮化物半導(dǎo)體層16朝向超晶格層12編號，且被標(biāo)示為阱層14W1、勢壘層14A1、阱層14W2、勢壘層14A2等。MQff發(fā)光層14可通過順序堆疊不同于勢壘層14A和阱層14W的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層、勢壘層14A和阱層14W而形成。示例性地，MQW發(fā)光層14的ー個(gè)周期的長度(勢壘層14A的厚度和阱層14W的厚度的和)優(yōu)選地大于或等于5nm，且小于或等于lOOnm。每ー個(gè)阱層14W的成分依照根據(jù)本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件所需要的發(fā)射波長而調(diào)節(jié)，且其優(yōu)選地例如為AleGadIn (1_c_d)N (0 ^ c<l, 0〈d ^ I)層，且更優(yōu)選地為不含Al的InejGate0N(0〈e彡I)層。但是示例性地,當(dāng)進(jìn)行小于或等于375nm的紫外發(fā)射時(shí)，Al通常被恰當(dāng)?shù)匕栽黾訋赌芰?。阱?4W的成分優(yōu)選地是相同的，且由此，可使得通過在阱層14W中復(fù)合電子和空穴而發(fā)射的光的波長相同，并且因此，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的發(fā)射譜寬度被有利地收窄。此外，示例性地，上部側(cè)上的每ー個(gè)阱層14W優(yōu)選地盡可能不包含導(dǎo)電雜質(zhì)(在生長時(shí)不引入導(dǎo)電雜質(zhì)的源材料)，且在該情形中，每ー個(gè)阱層14W中的非發(fā)光復(fù)合不太可能發(fā)生，而發(fā)光效率優(yōu)異。同時(shí)，下部側(cè)中的每ー個(gè)阱層14W可包含n型雜質(zhì)，且由于此，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓趨向于降低。阱層14W的厚度優(yōu)選地但不限于彼此相同。當(dāng)阱層14W的厚度相同時(shí)，量子能級也是相同的，且通過在每ー個(gè)阱層中電子和空穴的復(fù)合以相同的波長發(fā)射光，從而有利地使得氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的發(fā)光譜寬度小。在另一方面，通過故意地使阱層14W的成分或厚度彼此不相同，可以使得氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的發(fā)光譜寬度為寬的，且這對于諸如用于照明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的特定用途而言是優(yōu)選的。每ー個(gè)阱層14W的厚度優(yōu)選地大于或等于Inm并小于或等于7nm。如果每ー個(gè)阱層14W的厚度都位于此范圍之外，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率趨向于降低。每ー個(gè)勢壘層14A(圖3中示出的14A1至14A7)、第一勢壘層14A’、以及最后的勢壘層14A0的相應(yīng)的成分優(yōu)選地具有比每ー個(gè)阱層14W大的帶隙能量，并且具體地，AlfGagIn (1-f-g)N (0彡f〈l，0〈g彡I)是優(yōu)選的，且不含Al的InhGa(1_h)N (0〈h彡I)或具有和阱層14W實(shí)質(zhì)上相同的晶格常數(shù)的AlfGagIn (1_f_g)N (0彡f〈l，0〈g彡I)是更優(yōu)選的。每ー個(gè)勢壘層14A的厚度優(yōu)選地大于或等于lnm，且小于或等于10nm，并更優(yōu)選地大于或等于3nm，且小于或等于7nm。每ー個(gè)勢壘層14A的厚度越小，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓降低的越多，且當(dāng)使每ー個(gè)壁壘層14A的厚度極端小時(shí)，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率趨向于劣化。最后的勢壘層14A0的厚度優(yōu)選地大于或等于Inm并小于或等于40nm。每ー個(gè)勢壘層14A (圖3中示出的14A1至14A7)以及第一勢壘層14A’中的n型摻雜濃度不被特別地限制。優(yōu)選地，在多個(gè)勢壘層14A中，下部勢壘層14A發(fā)生n型摻雜，而上部勢壘層14A發(fā)生較低濃度的n型摻雜，或不摻雜。每ー個(gè)勢壘層14A(圖3中示出的14A1至14A7)、第一勢壘層14A’、以及最后的勢壘層14A0可發(fā)生故意的n型摻雜，或可通過P型氮化物半導(dǎo)體層16、p型氮化物半導(dǎo)體層17、以及p型半導(dǎo)體層18的生長時(shí)的熱擴(kuò)散而含有P型雜質(zhì)。盡管阱14W的數(shù)量未被特別地限制，其可以例如大于或等于2且小于或等于20，優(yōu)選地大于或等于3且小于或等于15，且更優(yōu)選地大于或等于4且小于或等于12?！碢型氮化物半導(dǎo)體層>在圖I中示出的構(gòu)成中，盡管p型氮化物半導(dǎo)體層具有由p型AlGaN層16、p型GaN層17、以及高濃度p型GaN層18構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)，該構(gòu)成僅為ー示例，且通常，p型氮化物半導(dǎo)體層16、17、18優(yōu)選地例如為摻雜有p型雜質(zhì)的Als4Gat4Inu4N(0彡s4彡1，0彡t4彡I， 彡u4彡1，s4+t4+u4幸0)層，且更優(yōu)選地為摻雜有p型雜質(zhì)的Als4Gai_s4N(0〈s4 ( 0. 4，優(yōu)選地0. I彡s4彡0. 3)層。p型雜質(zhì)例如為鎂，但不是特別限于為鎂?！型氮化物半導(dǎo)體層17、18中的載體濃度優(yōu)選地大于或等于IX 1017cm_3。此處，由于P型雜質(zhì)的活化比為約0. 01，p型氮化物半導(dǎo)體層17、18中的P型摻雜濃度(不同于載體濃度)優(yōu)選地大于或等于I X IO1W30然而，靠近MQW發(fā)光層14的p型半導(dǎo)體層16中的p型摻雜濃度可低于此。p型氮化物半導(dǎo)體層16、17和18的總厚度優(yōu)選地但不限于大于或等于50nm且小于或等于300nm。通過降低p型氮化物半導(dǎo)體層16、17、18的厚度，能夠降低生長時(shí)的加熱時(shí)間，且抑制P型雜質(zhì)進(jìn)入MQW發(fā)光層14中的擴(kuò)散。<n側(cè)電極、透明電極、p側(cè)電極>n側(cè)電極21和p側(cè)電極25是向氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I提供驅(qū)動(dòng)電カ的電極。n側(cè)電極21和p側(cè)電極25排他地包括圖2中的墊電極部分，但是，用于電流擴(kuò)散的細(xì)長的凸起部(分支電極)可連接至n側(cè)電極21和p側(cè)電極25。而且在p側(cè)電極25下，可設(shè)置有用于停止電流注入的絕緣層，且由此，由P側(cè)電極25遮蔽的光發(fā)射的量被降低。n側(cè)電極21例如可由按照以下順序堆疊的鈦層、鋁層、和金層構(gòu)成，且優(yōu)選地具有約Ium的厚度，這是基于在導(dǎo)電線鍵合至n側(cè)電極21時(shí)足夠的假設(shè)。p側(cè)電極25例如可優(yōu)選地由按照以下順序堆疊的鎳層、鋁層、鈦層和金層構(gòu)成，且優(yōu)選地具有約I U m的厚度。n側(cè)電極21和p側(cè)電極25的成分可相同。透明電極23優(yōu)選地為諸如ITO (銦錫氧化物)、或IZO (銦鋅氧化物)的透明導(dǎo)電膜，且優(yōu)選地具有大于或等于20nm且小于或等于200nm的厚度。〈V表面坑的開始點(diǎn)>在根據(jù)本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I中，如由將在下文中描述的圖6C中示出的V表面坑P所示，大部分V表面坑的開始點(diǎn)VS不存在于MQW發(fā)光層14中。S卩，從圖6A中示出的V表面坑直徑的分布估計(jì)出的V表面坑的開始點(diǎn)的位置具有圖6B中示出的分布P，且因此，大部分V表面坑15的開始點(diǎn)被期待存在于超晶格層12中。由于V表面坑15的產(chǎn)生被認(rèn)為是由于穿透位錯(cuò)TD，可期待在V表面坑15中存在許多穿透位錯(cuò)。如此，注入MQW發(fā)光層14中的電子和空穴被阻止到達(dá)V表面坑15內(nèi)。因此，推想非發(fā)光復(fù)合的發(fā)生被抑制，這是因?yàn)殡娮雍涂昭ū淮┩肝诲e(cuò)TD捕獲。因此，能夠阻止氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率的劣化。這在高溫或大電流下驅(qū)動(dòng)時(shí)值得注意。更明確地，由于進(jìn)入MQW發(fā)光層中的注入載體(空穴或電子)的轉(zhuǎn)移在高溫下是活躍的，從而注入載體到達(dá)穿透位錯(cuò)TD的概率增加。然而，在根據(jù)本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I中，由于許多存在于MQW發(fā)光層14中的穿透位錯(cuò)TD被V表面坑15覆蓋(因?yàn)樵S多穿透位錯(cuò)存在于V表面坑15內(nèi))，穿透位錯(cuò)TD中的非發(fā)光復(fù)合被抑制。因此，可阻止高溫下發(fā)光效率的劣化。此外，由于V表面坑15的開始點(diǎn)位于MQW發(fā)光層14的下部側(cè)上，能夠通過增加未摻雜勢壘層的數(shù)量來増加對發(fā)光有所貢獻(xiàn)的MQW發(fā)光層14的體積。因此，可阻止以大電流驅(qū)動(dòng)時(shí)的發(fā)光效率的劣化。<載體濃度和摻雜濃度>載體濃度指的是電子或空穴的濃度，且不僅通過n型雜質(zhì)的量或p型雜質(zhì)的量而被確定。該載體濃度根據(jù)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的電容對電壓特性的結(jié)果而計(jì)算出，且表示載體濃度處在電流未被注入的狀況中，以及為從離子化雜質(zhì)產(chǎn)生的載體、作為施主的晶體缺陷、或作為受體的晶體缺陷的和。
但是，n型載體濃度可視作和n型摻雜濃度幾乎相同，這是因?yàn)樽鳛閚型雜質(zhì)的Si等的活化比高。而且，n型摻雜濃度可通過由SMS (二次離子質(zhì)譜法)測量沿深度方向的濃度分布而方便地確定。此外，摻雜濃度的相對關(guān)系(比例)和載體濃度的相對關(guān)系(比例)實(shí)質(zhì)地相同。由此，在本發(fā)明的主張中，通過實(shí)際上易于測量的摻雜濃度進(jìn)行定義。隨后，通過平均由測量獲得的n型摻雜濃度，能夠獲得平均n型摻雜濃度?！粗圃斓锇雽?dǎo)體發(fā)光器件的方法〉在襯底3上，順序地形成緩沖層5、基層7、n型氮化物半導(dǎo)體層8、n型氮化物半導(dǎo)體層9、V表面坑產(chǎn)生層10、超晶格層12、MQW發(fā)光層14、p型氮化物半導(dǎo)體層16、p型氮化物半導(dǎo)體層17、以及p型氮化物半導(dǎo)體層18。繼而，p型氮化物半導(dǎo)體層18、p型氮化物半導(dǎo)體層17、p型氮化物半導(dǎo)體層16、MQW發(fā)光層14、超晶格層12、V表面坑產(chǎn)生層10、和n型氮化物半導(dǎo)體層9被部分地蝕刻，從而將n型氮化物半導(dǎo)體層9的一部分曝露在外。在通過該蝕刻曝露的n型氮化物半導(dǎo)體層9的上表面上，形成n側(cè)電極21。同樣在p型氮化物半導(dǎo)體層18的上表面上，透明電極23和p側(cè)電極25被順序地堆疊。隨后，形成透明保護(hù)膜27以覆蓋透明電極23以及如上所述通過蝕刻曝露在外的每ー層的橫向表面。每ー個(gè)層的成分、厚度等在前文中〈氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件 > 中被描述。<準(zhǔn)備V表面坑產(chǎn)生層的方法>作為ー示例，陳述了一種允許V表面坑產(chǎn)生層10以比用于n型氮化物半導(dǎo)體層9的溫度低的溫度生長的方法。具體地，降低生長溫度的程度優(yōu)選地大于或等于50°C，且更優(yōu)選地大于或等于100°C。換句話說，V表面坑產(chǎn)生層10的生長溫度優(yōu)選地小于或等于920°C，更優(yōu)選地小于或等于860°C，且進(jìn)ー步優(yōu)選地小于或等于820°C。優(yōu)選地，生長溫度大于或等于600°C，且更優(yōu)選地大于或等于700°C。因此，在V表面坑產(chǎn)生層10中形成V表面坑的效應(yīng)增加，且在MQW發(fā)光層14中形成V表面坑15。當(dāng)V表面坑產(chǎn)生層10的生長溫度過低吋，V表面坑產(chǎn)生層10的膜質(zhì)量降低，從而形成于V表面坑產(chǎn)生層10上的MQW發(fā)光層14中的發(fā)光效率可被劣化。因此，降低生長溫度的程度優(yōu)選地小于或等于400°C，且更優(yōu)選地小于或等于300°C。作為另ー示例，陳述了ー種通過將n型摻雜濃度設(shè)置為比n型氮化物半導(dǎo)體層9中的要高來準(zhǔn)備V表面坑產(chǎn)生層10的方法。n型摻雜濃度的増加程度和前文〈V表面坑產(chǎn)生層〉中描述的相同。
在下文中,將示出當(dāng)前實(shí)施例的具體示例。本實(shí)施例不限于下文中示出的示例。<示例I中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件和V表面坑評估結(jié)構(gòu)>在下文中，根據(jù)示例I的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I以及為其檢測所準(zhǔn)備的V表面坑評估機(jī)構(gòu)將沿著制造步驟被描述。盡管在V表面坑評估結(jié)構(gòu)的制造條件和示例I中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造條件之間存在細(xì)微差別，仍將在下文中示意地描述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的制造條件。首先，準(zhǔn)備從直徑為IOOmm的藍(lán)寶石襯底3形成的晶片，該藍(lán)寶石襯底3具有一上表面，該上表面被凹凸處理過，以具有凸起部3A和凹陷部3B。在平面中，突起部3A布置在間隔為2 的重復(fù)的正三角形的頂點(diǎn)的位置處。在其上表面上，AlN形成的緩 沖層5通過濺射方法形成。此后，晶片被置入第一 MOCVD裝置中，且由未摻雜GaN形成的基層7被允許通過MOCVD方法生長，且隨后，由Si摻雜n型GaN形成的n型氮化物半導(dǎo)體層8被允許生長。此時(shí)，基層7的厚度為4 y m，n型氮化物半導(dǎo)體層8的厚度為3 y m，且n型氮化物半導(dǎo)體層8中的n型摻雜濃度為6 X 1018cm_3。從第一 MOCVD裝置中取出的晶片被置入第二 MOCVD裝置中，且晶片的溫度設(shè)定為1050°C (由輻射溫度計(jì)測得的值)且n型氮化物半導(dǎo)體層9被允許生長。n型氮化物半導(dǎo)體層9由摻雜濃度為6 X IO18CnT3的n型GaN形成,且厚度為I. 5 y m。此后，晶片的溫度設(shè)定為820°C，且V表面坑產(chǎn)生層10被允許生長。具體地，厚度為25nm的Si摻雜GaN層被允許生長，從而n型摻雜濃度為I X 1019cnT3。此后，在晶片溫度為820°C時(shí)，作為中間層的超晶格層12被允許生長。具體地，由Si摻雜GaN形成的寬帶隙層12A和由Si摻雜InGaN形成的窄帶隙層12B被交替地允許以20個(gè)周期生長。每ー個(gè)寬帶隙層12A的厚度為I. 75nm，而每ー個(gè)寬帶隙層12A的n型摻雜濃度為I X IO19Cm 3O每ー個(gè)窄帶隙層12B的厚度為I. 75nm，而每ー個(gè)窄帶隙層12B的n型摻雜濃度為I X IO19Cm-30此外，由于TMI的流速被調(diào)節(jié)為使得通過光致發(fā)光從阱層發(fā)射的光的波長為375nm，每ー個(gè)窄帶隙層的成分都為InyGa^yN (y=0. 04)。此后，晶片的溫度降低至770°C，且MQW發(fā)光層14被允許生長。具體地，參見圖3，通過允許勢壘層14A和由InGaN形成的阱層14W的交替生長而生長8層阱層14W。每ー個(gè)勢壘層14A的厚度為4. 6nm，第一勢壘層14A’以及勢壘層14A7中的n型摻雜濃度為4. 3 X 1018cnT3，且其他勢壘層14A6, 14A5，…，14A1未摻雜。作為阱層14W，未摻雜InxGahN層(x=0. 20)被允許使用氮?dú)庾鳛檫\(yùn)載氣體而生長。姆ー個(gè)講層14W的厚度為3. 25nm。而且,通過調(diào)節(jié)TMI的流速來設(shè)定In的成分x,從而通過光致發(fā)光從講層14W發(fā)出的光的波長為448nm。此后，在最上方的阱層14W1上，由未摻雜GaN層形成的最后的勢壘層14A0的IOnm被允許生長。對于將在下文中描述的V表面坑評估結(jié)構(gòu)，生長在此時(shí)停止，且表面狀況被評估。此后，晶片的溫度升至1000°C，且在最后的勢壘層14A0的上表面上，p型Alai8Gaa82N層16，p型GaN層17以及p型接觸層18被允許生長。
TMG (三甲基鎵)被用作Ga的源氣體，其為上述的每ー個(gè)層的MOCVD生長中的III族源氣體，TMA (三甲基鋁)被用作Al的源氣體，TMI (三甲基銦)被用作In的源氣體，NH3被用作N的源氣體，其為V族源氣體，SiH4被用作Si的源氣體，其為導(dǎo)電雜質(zhì)的源氣體，且Cp2Mg被用作Mg的源氣體，然而，也可將其他源材料用于M0CVD，而不局限于以上所述。具體地，TEG (三こ基鎵)可被用作Ga的源材料，TEA (三こ基鋁)可用作Al的源氣體，TEI (三こ基銦)可用作In的源氣體，諸如DMHy (ニ甲基肼)的有機(jī)氮化合物可用作N的源氣體，且Si2H6或有機(jī)硅可用作Si的源氣體。繼而，p型接觸層18、p型GaN層17、p型AlGaN層16、MQW發(fā)光層14、超晶格層12、V表面坑產(chǎn)生層10、和n型氮化物半導(dǎo)體層9被部分地蝕刻，從而將n型氮化物半導(dǎo)體層9的一部分曝露在外。在通過該蝕刻曝露的n型氮化物半導(dǎo)體層9的上表面上，形成由Au制成的n側(cè)電極21。而且，在p型接觸層18的上表面上，由ITO制成的透明電極23和由Au制成的P側(cè)電極25被順序地形成。而且，形成由SiO2制成的透明保護(hù)膜27以大部分地覆蓋透明電極23以及通過上述蝕刻曝露在外的每ー層的橫向表面。
晶片被分割成380 X 420 大小的芯片，且獲得根據(jù)示例I的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。獲得的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件被安裝在T0-18管座上，且光輸出在不進(jìn)行樹脂密封的情形下被測量。當(dāng)以30mA在25°C的環(huán)境中驅(qū)動(dòng)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件時(shí)，在3. OV的驅(qū)動(dòng)電壓上獲得光輸出P (25)=41. 4mff (主波長450nm)。當(dāng)該器件以30mA在80°C的環(huán)境中被驅(qū)動(dòng)時(shí)，獲得光輸出P (80)=41. lmW。P (80)/P (25) =99. 2%，且不論溫度怎樣，光輸出大致恒定。進(jìn)ー步地，當(dāng)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件被以85mA (大電流)在25°C的環(huán)境中驅(qū)動(dòng)時(shí)，在3. 24V的驅(qū)動(dòng)電壓上獲得光輸出P (25)=101. 8mff (主波長450nm)。當(dāng)該器件以85mA在80°C的環(huán)境中被驅(qū)動(dòng)時(shí)，獲得光輸出P (80) =101. 5mW。P (80)/P (25) =99. 7%，且即使在被以大電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，光輸出大致恒定，而不論溫度怎樣。出于比較的目的，除了沒有形成V表面坑產(chǎn)生層10之外，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件(在下文中，稱作比較示例I中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件)根據(jù)和示例I的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件相同的方法準(zhǔn)備。針對比較示例I中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件以及針對示例I中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，圖4示出了關(guān)于在橫軸上的電流密度J的在豎軸上標(biāo)出的外量子效率nex的結(jié)果。在電流密度64A/cm2處進(jìn)行比較，根據(jù)示例I的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的外量子效率nex (圖4中的實(shí)心菱形，L41)以及比較示例I中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的外量子效率nex (圖4中的實(shí)心三角形，L42)之間的差值在25°C處小。在另一方面，在80°C處，根據(jù)示例I的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I的外量子效率nex(圖4中的空心菱形，L43)和比較示例I中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的外量子效率nex (圖4中的空心三角形，L44)之間的差值大。根據(jù)示例I的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I中的外量子效率的溫度相關(guān)性(實(shí)心菱形vs空心菱形)較比較示例I中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中的溫度相關(guān)性(實(shí)心三角形vs空心三角形)要小。而且，根據(jù)示例I的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I中的外量子效率nex峰值處的電流密度上的外量子效率nex的差值(A nex (I))較比較示例I中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中的差值(A nex (2))要小。
作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明的發(fā)明者準(zhǔn)備了 V表面坑評估結(jié)構(gòu)(示例I中的V表面坑評估結(jié)構(gòu))，其中生長終止于MQW發(fā)光層14，且P型AlGaN層16，p型GaN層17以及P型接觸層18不被允許生長，以觀察V表面坑15的狀況，并使用該V表面坑評估結(jié)構(gòu)檢測V表面坑產(chǎn)生層10的存在與否以及V表面坑15的狀況。出于比較的目的，其中V表面坑產(chǎn)生層10的準(zhǔn)備被忽略的V表面坑評估結(jié)構(gòu)(t匕較示例I中的V表面坑評估結(jié)構(gòu))被準(zhǔn)備。隨后，示例I的V表面坑評估結(jié)構(gòu)的每ー個(gè)的最上方表面和比較示例I的V表面坑評估結(jié)構(gòu)在AFM下被觀察。圖5A是由比較示例I的V表面坑評估結(jié)構(gòu)的最上方表面的AFM觀察獲得的圖像，而圖5B是由示例I的V表面坑評估結(jié)構(gòu)的最上方表面的AFM觀察獲得的圖像。AFM觀察的區(qū)域在兩個(gè)情形中都是由長和寬都為5 y m的正方形限定的區(qū)域。在圖5B中觀察到較圖5A中的數(shù)量要多的黒點(diǎn)。這些黑點(diǎn)是V表面坑15，且可看見由于V表面坑產(chǎn)生層10，V表面坑15的數(shù)量顯著增加。作為V表面坑產(chǎn)生層10的形成條件，本發(fā)明的發(fā)明者在上述的示例I中使用 了下列兩個(gè)措施(i)將n型摻雜濃度設(shè)定為較n型氮化物半導(dǎo)體層9要高(n型氮化物半導(dǎo)體層9中的n型摻雜濃度是6 X 1018cnT3，而V表面坑產(chǎn)生層10中的n型摻雜濃度是IXlO19Cm-3),以及(ii)設(shè)定較n型氮化物半導(dǎo)體層9要低的生長溫度(n型氮化物半導(dǎo)體層9的生長溫度是1050°C，而V表面坑產(chǎn)生層10的生長溫度是820°C)。但是，本發(fā)明的的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)與V表面坑產(chǎn)生層10 —祥的效果僅通過上述的措施(i )和(i i )中的一項(xiàng)而實(shí)現(xiàn)。具體地，上述(i)如在上文中〈V表面坑產(chǎn)生層)中所描述的一祥，而上述(ii)如在上文中〈準(zhǔn)備V表面坑產(chǎn)生層的方法)中所描述的一祥。本發(fā)明的發(fā)明者還測量了 V表面坑評估結(jié)構(gòu)的表面中的V表面坑直徑，并基于測量結(jié)果檢測了 V表面坑產(chǎn)生層10和V表面坑15的開始點(diǎn)之間的位置關(guān)系。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)V表面坑15的開始點(diǎn)不存在于V表面坑產(chǎn)生層10中。有介于此，將參照圖6A至6C進(jìn)行描述。在圖6A中，水平軸線代表V表面坑直徑Wv (nm)而垂直軸線代表V表面坑的累計(jì)發(fā)生率(％)，且V表面坑直徑Wv和V表面坑的累計(jì)發(fā)生率之間的關(guān)系被針對結(jié)構(gòu)P(V表面坑產(chǎn)生層10插入其中的結(jié)構(gòu)(示例I))和結(jié)構(gòu)N(其中V表面坑產(chǎn)生層10被忽略的結(jié)構(gòu)(t匕較示例I))制圖。在圖6A中，畫出了通過V表面坑的累計(jì)發(fā)生率為10%的點(diǎn)以及發(fā)生率為90%的點(diǎn)的垂直線。如圖6A所示，結(jié)構(gòu)N的Wv (V表面坑的累計(jì)發(fā)生率為10%至90%)大于或等于25nm,且小于或等于60nm,而結(jié)構(gòu)P的Wv (V表面坑的累計(jì)發(fā)生率為10%至90%)大于或等于82nm，且小于或等于95nm。這表示結(jié)構(gòu)P中的V表面坑直徑Wv較結(jié)構(gòu)N而言要顯著的大，且結(jié)構(gòu)P中V表面坑的直徑的變動(dòng)較結(jié)構(gòu)N而言要小得多。此外，使用圖6B，使用V表面坑直徑Wv確定V表面坑深度dv。此處，當(dāng)V表面坑的開始點(diǎn)中的頂角(在圖6C中示出為0)為56°時(shí)，通過使用V表面坑直徑(Wv)和V表面坑的深度(dv)滿足Wv/2=dvXTan (56° /2)的關(guān)系確定V表面坑的深度dv (在JOURNALOF APPLIED PHYSICS 99，073505 (2006)中 M. Shiojiri, C. C. Chuo, J. T. Hsu, J. R. Yang and
H.Saijo的“多InGaN/GaN量子阱層中V缺陷的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)制”中被描述)。該關(guān)系和通過STEM測得的實(shí)際值相符。由圖6B確定的dv代表的V表面坑P和V表面坑N的示意圖示出在圖6C中。盡管V表面坑P和V表面坑N不出為其形成于圖6C中的相同不例中，V表面坑P和V表面坑N實(shí)際上將不形成于相同示例中，而是形成在不同示例中。在圖6C中，TD標(biāo)示穿透位錯(cuò)，0標(biāo)示V表面坑的頂角(56° ), VS標(biāo)示V表面坑的開始點(diǎn)，12標(biāo)示中間層,且14標(biāo)示MQW發(fā)光層。當(dāng)V表面坑產(chǎn)生層10存在吋，V表面坑P的開始點(diǎn)VS存在于由Pichxi代表的范圍中，即位于V表面坑產(chǎn)生層10的上表面之上約30至50nm的位置處，且用另ー種方式表達(dá)，存在于超晶格層12中。在另一方面，當(dāng)V表面坑產(chǎn)生層10不存在吋，V表面坑N的開始點(diǎn)VS存在于由Nltl,所代表的范圍中，即在MQW發(fā)光層14中或位于超晶格層12的下表面之上約60至95nm的位置處。如剛才描述的，當(dāng)V表面坑產(chǎn)生層10存在時(shí)，可形成深的V表面坑15。由此，優(yōu)選地設(shè)置V表面坑產(chǎn)生層10，且使得作為中間層的超晶格層12的厚度大于或等于40nm，這是因?yàn)閂表面坑15的開始點(diǎn)VS的平均位置存在于超晶格層12中。超晶格層12的厚度的范圍如在上文〈中間層(超晶格層)> 中描述的一祥。
本發(fā)明的發(fā)明者假設(shè)通過設(shè)置V表面坑產(chǎn)生層10產(chǎn)生的特征的改進(jìn)的機(jī)制如下所示。當(dāng)插入V表面坑產(chǎn)生層10吋，V表面坑15的開始點(diǎn)VS形成在超晶格層12中，或在其中n型雜質(zhì)摻雜在MQW發(fā)光層14的下側(cè)上的勢壘層14A中。從底部至頂部穿透MQW發(fā)光層14的穿透位錯(cuò)TD被發(fā)光層14中的V表面坑15覆蓋，或位于其中未摻雜的勢壘層14A的部分中。在高溫下，進(jìn)入MQW發(fā)光層14中的注入載體(空穴或電子)的轉(zhuǎn)移變得活躍，從而注入載體到達(dá)穿透位錯(cuò)TD的概率增加。然而，在具有V表面坑產(chǎn)生層10的結(jié)構(gòu)中，由于MQff發(fā)光層14中的許多穿透位錯(cuò)TD如上所述地被V表面坑15覆蓋，穿透位錯(cuò)TD中的非發(fā)光復(fù)合被抑制。因此，改進(jìn)了高溫特質(zhì)(阻止了高溫下發(fā)光效率的劣化)。V表面坑產(chǎn)生層10的構(gòu)造不限于本實(shí)施例中的構(gòu)造，且可示例性地為在下列的第ニ實(shí)施例中描述的構(gòu)造。同樣在該情形中，可獲得和本實(shí)施例相同的效果。MQff發(fā)光層14的構(gòu)造不限于本實(shí)施例中的構(gòu)造，且可示例性地為在下列的第三實(shí)施例中描述的構(gòu)造。同樣在該情形中，可獲得和本實(shí)施例相同的效果。而且，如在下列的第四實(shí)施例中所示，本實(shí)施例中的V表面坑15可形成在MQW發(fā)光層14中，而不形成V表面坑產(chǎn)生層10。〈第二實(shí)施例〉圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件50的示意性剖視圖。在下文中，將主要描述和上面的第一實(shí)施例的不同。如圖7所示，根據(jù)本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件50通過在形成有在上表面中的凸起部3A和凹陷部3B的襯底3的上表面上依照下列次序堆疊緩沖層5、基層7、n型氮化物半導(dǎo)體層8、9、作為V表面坑產(chǎn)生層的下部超晶格層51、作為中間層的上部超晶格層52、MQW發(fā)光層14、以及p型氮化物半導(dǎo)體層16、17、18以形成臺面部分30。在臺面部分30之夕卜，n型氮化物半導(dǎo)體層9的上表面的一部分被曝露，且在該曝露的部分上，設(shè)置有n側(cè)電極21。在p型氮化物半導(dǎo)體層18上，設(shè)置有p側(cè)電極25，透明電極23設(shè)置插入在兩者之間。幾乎整個(gè)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件50的上表面都設(shè)置有透明保護(hù)膜27，如此使得p側(cè)電極25和n側(cè)電極21曝露在外。和氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I類似的構(gòu)成部分由相同的附圖稱:記標(biāo)不出。作為V表面坑產(chǎn)生層的下部超晶格層51通過交替堆疊寬帶隙層和窄帶隙層而配置。寬帶隙層和窄帶隙的相應(yīng)成分不被特別地限制，且其滿足寬帶隙層的帶隙能量大于窄帶隙層的帶隙能量。例如，其滿足寬帶隙層由n型GaN形成，而窄帶隙層由n型InyGai_yN(0〈y< I)形成。具體地，下部超晶格層51通過以三個(gè)周期(包括三個(gè)窄帶隙層)交替堆疊由n型GaN形成的寬帶隙層(厚度I. 75nm)和由n型InyGa^yN形成的窄帶隙層(厚度I. 75nm,y的值將在下文中描述)而形成。優(yōu)選地，窄帶隙層中的In成分比例大于n型半導(dǎo)體層9中的In成分比例。結(jié)果，作為V表面坑產(chǎn)生層的下部超晶格層51的操作増加。因此，V表面坑部分地形成在MQW發(fā)光層14中，且V表面坑15的開始點(diǎn)的平均位置存在于上部超晶格層52中。優(yōu)選地，超晶格層51的窄帶隙層具有較n型氮化物半導(dǎo)體層9的最上方的表面要高的In的成分比例。作為制造該下部超晶格層51的方法，可采用ー種變動(dòng)In源材料的流速的方法，從而較n型氮化物半導(dǎo)體層9而言，下部超晶格層51的窄帶隙層中的In成分比例要高，或可采用ー種在較n型氮化物半導(dǎo)體層9而言更低的溫度上形成而不變動(dòng)In源材料的流速的方法，如在下文中將描述的。 盡管下部超晶格層51在上文的描述中由多個(gè)窄帶隙層制成，其可由為單個(gè)窄帶隙層的 n 型 InyGa1^yN (0. I : y ^ 0. 2)形成。其滿足下部超晶格層51的厚度大于或等于I. 75nm，更優(yōu)選地大于或等于5. 25nm，且進(jìn)ー步優(yōu)選地大于或等于8. 75nm。通過交替堆疊寬帶隙層和窄帶隙層而配置上部超晶格層52。寬帶隙層和窄帶隙層的相應(yīng)成分不被特別地限制，且其滿足寬帶隙層的帶隙能量大于窄帶隙層的帶隙能量。具體地，上部超晶格層52通過以17個(gè)周期交替堆疊由Si摻雜GaN形成的寬帶隙層(厚度
I.75nm)和由Si摻雜InGaN形成的窄帶隙層(厚度I. 75nm)而形成。在下文中，將描述當(dāng)前實(shí)施例的具體示例。應(yīng)注意本實(shí)施例不限于下文描述的示例。<示例2-1至2-2中的V表面坑評估結(jié)構(gòu)>在根據(jù)示例I中示出的方法準(zhǔn)備n型氮化物半導(dǎo)體層9之后，準(zhǔn)備下部超晶格層51。盡管在示例2-1、示例2-2和比較示例2中作為In的源材料的TMI的流速?zèng)]有變動(dòng)，在示例2-1中在755°C準(zhǔn)備下部超晶格層51，在示例2-2中在705°C準(zhǔn)備下部超晶格層51，且在比較示例2中在835°C準(zhǔn)備下部超晶格層51。結(jié)果，窄帶隙層的In成分y在示例2_1中為0. 24，在示例2-2中為0. 36，且在比較示例2中為0. 04。y的值也從光發(fā)射波長的很少的光吸收以及V表面坑15的產(chǎn)生的角度而被選定。這樣的話，當(dāng)光發(fā)射波長大于或等于440nm且小于或等于460nm吋，認(rèn)為上述y優(yōu)選地大于或等于0. 02且小于或等于0. 2，且更優(yōu)選地大于或等于0. 05且小于或等于0. 15。繼而，根據(jù)示例I中的中間層(超晶格層)12的準(zhǔn)備方法準(zhǔn)備上部超晶格層52，且根據(jù)示例I中描述的方法準(zhǔn)備MQW發(fā)光層14。以這樣的方式，V表面坑評估架構(gòu)在示例2-1、示例2-2和比較示例2中獲得，且在AFM下觀察到獲得的V表面坑評估結(jié)構(gòu)的上表面。結(jié)果，和比較示例2中長度為5iim寬度為16 y m的AFM觀測區(qū)域(6. 4X 107cm_2)中的V表面坑的數(shù)量相比，上述區(qū)域中的V表面坑的數(shù)量在示例2-1 (超晶格層51的生長溫度為755°C)中為96 (3. 8X 108cm_2)，且上述區(qū)域中的V表面坑的數(shù)量在示例2-2 (超晶格層51的生長溫度為705°C)中為106 (4. 2 X 108cnT2)，且確定在示例2-1和示例2-2中V表面坑15的數(shù)量密度較比較示例2有所增加。這也由(示例2-1和示例2-2中的)TEM觀察確定，V表面坑15的開始點(diǎn)幾乎位于上部超晶格層52的上側(cè)面上?！吹谌龑?shí)施例〉圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100的示意性剖視圖。在下文中，將主要描述和上述的第一實(shí)施例的不同。如圖8所示，根據(jù)本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100通過在在上表面中形成有凸起部3A和凹陷部3B的襯底3的上表面上，依以下順序堆疊緩沖層5、基層7、n型氮化物半導(dǎo)體層8、9、V表面坑產(chǎn)生層10、作為中間層的超晶格層112、下部MQW發(fā)光層113、上部MQW發(fā)光層114以及p型氮化物半導(dǎo)體層16、17、18，以形成臺面部分30 而形成。在臺面部分30之外，n型氮化物半導(dǎo)體層9的上表面的一部分是曝露的，而未覆蓋有V表面坑產(chǎn)生層10和超晶格層112，且在該曝露的部分上，設(shè)置有n側(cè)電極21。在p型氮化物半導(dǎo)體層18上，設(shè)置有p側(cè)電極25，透明電極23插入在兩者之間。幾乎整個(gè)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100的上表面都設(shè)置有透明保護(hù)膜27，如此使得p側(cè)電極25和n側(cè)電極21曝露在外。和氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I中類似的構(gòu)成部分由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示出。如在上文的第一實(shí)施例中所述，超晶格層112通過堆疊寬帶隙層和窄帶隙層而形成。盡管下部MQW發(fā)光層113和上部MQW發(fā)光層114相比對發(fā)光貢獻(xiàn)較少，但其成為了保持上部MQW發(fā)光層114的晶體質(zhì)量的層，且通過堆疊下部勢壘層和下部阱層而形成。下部勢壘層和下部阱層的相應(yīng)成分不被特別地限制，且其滿足下部阱層的帶隙能量小于下部勢壘層的帶隙能量。而且，下部勢壘層優(yōu)選地?fù)诫s有n型雜質(zhì)，且下部阱層可摻雜有n型雜質(zhì)或可未摻雜。此外，下部MQW發(fā)光層113的平均n型摻雜濃度優(yōu)選地高于上部MQW發(fā)光層114的平均n型摻雜濃度。上部MQW發(fā)光層114成為了主要的發(fā)光區(qū)域，且通過堆疊上部勢壘層和上部阱層而形成。上部勢壘層和上部阱層的相應(yīng)成分不被特別地限制，且其滿足上部阱層的帶隙能量小于上部勢壘層的帶隙能量。在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100中，設(shè)置有V表面坑產(chǎn)生層10。因此，V表面坑115部分地形成在上部MQW發(fā)光層114中，且V表面坑115的開始點(diǎn)的平均位置存在于超晶格層112中或在下部MQW發(fā)光層113中。因此，可能獲得和上述的第一實(shí)施例大約相同的效果。在下文中，將示出當(dāng)前實(shí)施例的具體示例。本發(fā)明不限于下文中示出的示例。<根據(jù)示例3的V表面坑評估結(jié)構(gòu)>在根據(jù)示例I中示出的方法準(zhǔn)備V表面坑產(chǎn)生層10之后，(以10個(gè)周期)堆疊由n型GaN形成的寬帶隙層(厚度I. 75nm)和由n型InGaN形成的窄帶隙層(厚度I. 75nm)。結(jié)果，獲得總厚度為35nm的超晶格層112。隨后，由GaN形成的下部勢壘層(厚度4. 6nm)和由InGaN形成的下部阱層(厚度3. 25nm)被堆疊(2個(gè)周期)，以獲得總厚度為83nm的下部MQW發(fā)光層113。盡管下部勢壘層摻雜有n型雜質(zhì),下部講層是未摻雜層。隨后，由GaN形成的上部勢壘層(厚度4. 6nm)和由InGaN形成的上部阱層(厚度3. 25nm)被堆疊(5個(gè)周期)，以獲得上部MQW發(fā)光層114。上部勢壘層和上部阱層兩者都是未摻雜層。以這樣的方式，獲得示例3的V表面坑評估結(jié)構(gòu)，且根據(jù)示例I中描述的方法測量V表面坑直徑，且從獲得的V表面坑直徑確定V表面坑115的開始點(diǎn)的平均位置。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)V表面坑115的開始點(diǎn)的平均位置存在于下部MQW發(fā)光層113中。此外，在上部勢壘層的數(shù)量和下部勢壘層的數(shù)量的總數(shù)量以及上部阱層的數(shù)量和下部阱層的數(shù)量的總數(shù)量分別是恒定的情況下，上部MQW發(fā)光層114的勢壘層的數(shù)量(Si未摻雜勢壘層)被改變，且上部MQW發(fā)光層114的勢壘層的數(shù)量和高溫特性之間的關(guān)系被檢測。結(jié)果示出在圖9中。在圖9中，水平軸線代表構(gòu)成上部MQW發(fā)光層114的勢壘層(未摻雜勢壘層)的數(shù)量，左邊的垂直軸線代表在80mA的驅(qū)動(dòng)電流上在80°C的環(huán)境中的發(fā)光效率[n (80°C，80mA)]，且右邊的垂直軸線代表在25°C上的光輸出P (25)和在80°C上的光輸出 P (80)之間的比例[P (80)/P (25)]。如圖9所示，發(fā)現(xiàn)在示例3的結(jié)構(gòu)中，和比較示例3的結(jié)構(gòu)相比(該結(jié)構(gòu)未設(shè)置有V表面坑產(chǎn)生層10)，當(dāng)上部MQW發(fā)光層114的勢壘層(Si未摻雜勢壘層)的數(shù)量大于或等于4且小于或等于6時(shí)，溫度特性P (80)/P (25)被特別地改進(jìn)。而且，通過對預(yù)期的溫度特 征線(圖9中的上側(cè)上的虛線)的推斷，估計(jì)即使當(dāng)上部MQW發(fā)光層114的勢壘層(Si未摻雜勢壘層)的數(shù)量在7至9時(shí)也可獲得優(yōu)異的溫度特征。〈第四實(shí)施例〉圖10是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件200的示意性剖視圖。在下文中，將主要描述和上述的第一實(shí)施例的不同。如圖10所示，在根據(jù)本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件200中，通過控制n型氮化物半導(dǎo)體層209的表面210的狀況代替設(shè)置V表面坑產(chǎn)生層10而產(chǎn)生V表面坑215。在形成為具有位于上表面中的凸起部3A和凹陷部3B的襯底3的上表面上，順序堆疊緩沖層5、基層7、n型氮化物半導(dǎo)體層8、209、作為中間層的超晶格層12、MQW發(fā)光層14、以及p型氮化物半導(dǎo)體層16、17、18,以形成臺面部分30。在臺面部分30之外,n型氮化物半導(dǎo)體層209的上表面的一部分是曝露的，而未覆蓋有超晶格層12，且在該曝露的部分上，設(shè)置有n側(cè)電極21。在p型氮化物半導(dǎo)體層18上，設(shè)置有p側(cè)電極25，透明電極23插入在兩者之間。幾乎整個(gè)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件200的上表面都設(shè)置有透明保護(hù)膜27，如此使得p側(cè)電極25和n側(cè)電極21曝露在外。和氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件I中類似的構(gòu)成部分由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示出。〈制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法〉在在襯底3上順序形成緩沖層5、基層7、n型氮化物半導(dǎo)體層8和n型氮化物半導(dǎo)體層209之后，停止用于準(zhǔn)備n型氮化物半導(dǎo)體層209的源氣體的供應(yīng)。結(jié)果，n型氮化物半導(dǎo)體層209的生長停止。隨后，晶片的溫度降低，而形成有n型氮化物半導(dǎo)體層209等的晶片被供應(yīng)顯著包括氫氣作為運(yùn)載氣體的氣體。結(jié)果，n型氮化物半導(dǎo)體層209的上表面210的表面狀況改變。因此，如在上文第一實(shí)施例中所示，包括位于超晶格層12中的開始點(diǎn)的平均位置的V表面坑215可形成在MQW發(fā)光層14中。此處，顯著包括氫氣的氣體優(yōu)選地包括體積上大于或等于10%的氫氣，且更優(yōu)選地包括體積上大于或等于20%且小于或等于80%的氫氣。當(dāng)包含體積上小于10%的氫氣吋，可能不能充分地改變n型氮化物半導(dǎo)體層209的上表面210的表面狀況。在另一方面，當(dāng)包含有體積上超過90%的氫氣吋，n型氮化物半導(dǎo)體層209的上表面210的表面狀況可能過度改變，從而可造成MQW發(fā)光層14中的發(fā)光效率劣化的困擾。顯著包括氫氣的氣體優(yōu)選地在氫氣之外包含氮?dú)夂椭T如氬氣的稀有氣體中的ー種。降低晶片的溫度的程度優(yōu)選地大于或等于50°C，更優(yōu)選地大于或等于100°C，且進(jìn)ー步優(yōu)選地大于或等于200°C。這是因?yàn)楫?dāng)降低晶片的溫度的程度低于50°C吋，n型氮化物半導(dǎo)體層209的上表面210的表面狀況可能不能充分地改變。在另一方面，當(dāng)降低晶片的溫度的程度過高吋，n型氮化物半導(dǎo)體層209的上表面210的表面狀況可過度改變，從而可造成MQW發(fā)光層14中的發(fā)光效率劣化的困擾。因此，降低晶片溫度的程度優(yōu)選地小于或等于400°C，且更優(yōu)選地小于或等于300°C。此后，根據(jù)上文第一實(shí)施例中描述的方法，順序形成超晶格層12、MQff發(fā)光層14、P型氮化物半導(dǎo)體層16、p型氮化物半導(dǎo)體層17、和p型氮化物半導(dǎo)體層18，且在進(jìn)行預(yù)定的蝕刻后，形成n側(cè)電極21、透明電極23、p側(cè)電極25、和透明保護(hù)膜27。
如上所述，在本實(shí)施例中，在n型氮化物半導(dǎo)體層209形成之后、超晶格層12形成之前的階段中，進(jìn)行劣化n型氮化物半導(dǎo)體層209的上表面210上的晶體的質(zhì)量的處理。因此，MQW發(fā)光層14的晶體性劣化。因此，V表面坑215形成在MQW發(fā)光層14中，且V表面坑215的開始點(diǎn)的平均位置位于超晶格層12中。結(jié)果，能夠獲得和上文中第一實(shí)施例中相同的效果，而不設(shè)置V表面坑產(chǎn)生層。在下文中,將示出當(dāng)前實(shí)施例的具體示例。本實(shí)施例不限于下文中示出的示例。<示例4中的V表面坑評估結(jié)構(gòu)>在根據(jù)示例I中描述的方法準(zhǔn)備n型氮化物半導(dǎo)體層8之后，晶片的溫度設(shè)定為1050°C (由輻射溫度計(jì)測得的值)且n型氮化物半導(dǎo)體層209被允許生長。n型氮化物半導(dǎo)體層209由摻雜濃度為6. 5 X IO18CnT3的n型GaN形成，且厚度為1.5iim。此處，作為運(yùn)載氣體，使用了 N2 H2=42%:58% (體積比)。在n型氮化物半導(dǎo)體層209生長之后，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件200的生長被中斷，且溫度被降低。此處，傳統(tǒng)地，從由氫氣在n型氮化物半導(dǎo)體層的表面上的蝕刻考慮，在停止氫氣流之后中斷了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的生長并降低了溫度。與此相對地，在本實(shí)例中，作為n型氮化物半導(dǎo)體層209的源氣體的TMG和SiH4的供應(yīng)被中斷，且使運(yùn)載氣體的成分為隊(duì)H2=59% 41% (在降低溫度開始時(shí))，而NH3被保持流動(dòng)，且晶片的溫度設(shè)定降低至820°C。但是，需要約450秒的時(shí)間以使得晶片的溫度實(shí)際達(dá)到設(shè)定值(820°C)。在晶片溫度達(dá)到設(shè)定值后，晶片被繼續(xù)保持1350秒，且生長被打斷一共1800秒。由此獲得的n型氮化物半導(dǎo)體層209的表面210在AFM下被觀察。圖IlA是其中晶片的溫度被降低而不提供氫氣(比較示例4)的情形的結(jié)果，而圖IlB為示例4的結(jié)果。圖IlA至圖IlB中示出的結(jié)果是評估用示例的結(jié)果，其通過打斷氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的生長，并在n型氮化物半導(dǎo)體層209的生長之后降低溫度，且然后降低溫度至常溫，隨后從MOCVD裝置移除而獲得。在示例4中，和比較示例4相比，在優(yōu)異晶體生長時(shí)出現(xiàn)的臺階結(jié)構(gòu)消失，且觀察到作為V表面坑215起源的孔。在n型氮化物半導(dǎo)體層209的表面210上，作為中間層的超晶格層12以及MQW發(fā)光層14被允許生長，以準(zhǔn)備V表面坑評估結(jié)構(gòu)，且V表面坑評估結(jié)構(gòu)的上表面中的V表面坑215的密度通過AFM方法評估。在示例4中，長度和寬度為5 ii m的AFM觀察區(qū)域中的表面坑的數(shù)量為130 (5. 2X IO8CnT2)，而在比較示例4中，上述區(qū)域中的表面坑的數(shù)量為16(6. 4X10W)o V表面坑215的數(shù)量密度在示例4中較在比較示例4中顯著地增加。在示例4中V表面坑直徑也被測量，且V表面坑215的開始點(diǎn)的平均位置位于超晶格層12中。而且，V表面坑評估結(jié)構(gòu)使用了四級的運(yùn)載氣體中的H2分壓(H2/N2+H2)=41%，58%，65%，70%準(zhǔn)備，且比較MQW發(fā)光層14的表面中的V表面坑直徑。結(jié)果，當(dāng)H2分壓為58%時(shí)V表面坑直徑最大。盡管已對本發(fā)明的實(shí)施例和示例進(jìn)行了描述，但是起初計(jì)劃恰當(dāng)?shù)亟M合單個(gè)實(shí)施例和示例的構(gòu)造。盡管已詳盡地對本發(fā)明進(jìn)行了描述和示意，應(yīng)清楚地了解其僅為示意和示例的方式，而不應(yīng)被視作限制，本發(fā)明的范圍應(yīng)通過所附的權(quán)利要求的條款而被解釋?！?br> 權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括按以下順序設(shè)置的η型氮化物半導(dǎo)體層、V表面坑產(chǎn)生層、中間層、多量子阱發(fā)光層和P型氮化物半導(dǎo)體層，其中 所述多量子阱發(fā)光層是通過交替堆疊勢壘層和阱層所形成的層，該阱層的帶隙能量低于勢壘層的帶隙能量， V表面坑部分地形成于所述多量子阱發(fā)光層中，且 所述V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于所述中間層中。
2.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括按以下順序設(shè)置的η型氮化物半導(dǎo)體層、V表面坑產(chǎn)生層、中間層、下部多量子阱發(fā)光層、上部多量子阱發(fā)光層和P型氮化物半導(dǎo)體層，其中 所述上部多量子阱發(fā)光層是通過交替堆疊上部勢壘層和上部阱層所形成的層，該上部阱層的帶隙能量低于所述上部勢壘層的帶隙能量， 所述下部多量子阱發(fā)光層是通過交替堆疊下部勢壘層和下部阱層所形成的層，該下部阱層的帶隙能量低于下部勢壘層的帶隙能量，且至少所述下部勢壘層摻雜有η型雜質(zhì)， 所述下部多量子阱發(fā)光層的平均η型摻雜濃度高于所述上部多量子阱發(fā)光層的平均η型摻雜濃度， V表面坑部分地形成于所述上部多量子阱發(fā)光層中，且 所述V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于所述中間層中或在所述下部多量子阱發(fā)光層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述V表面坑產(chǎn)生層中的η型摻雜濃度顯著高于所述η型氮化物半導(dǎo)體層中的最上表面中的η型摻雜濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述V表面坑產(chǎn)生層中的η型摻雜濃度大于或等于5 X 1018cm_3。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述V表面坑產(chǎn)生層中的In成分比例高于所述η型氮化物半導(dǎo)體層的最上表面中的In成分比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中 所述V表面坑產(chǎn)生層含有η型雜質(zhì)，且 所述V表面坑產(chǎn)生層具有InxGahN (O. I ^ x ^ O. 2)的組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述V表面坑產(chǎn)生層的厚度大于或等于5nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述中間層的厚度大于或等于40nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述中間層是通過交替堆疊寬帶隙層和窄帶隙層而形成的層，該窄帶隙層的帶隙能量低于寬帶隙層的帶隙能量。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述上部多量子阱發(fā)光層中的勢魚層的數(shù)量大于或等于4。
11.一種用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括 第一步驟，形成η型氮化物半導(dǎo)體層； 第二步驟，在所述η型氮化物半導(dǎo)體層上形成中間層； 第三步驟，在所述第一步驟之后且在所述第二步驟之前，停止向形成有所述η型氮化物半導(dǎo)體層的晶片供應(yīng)源氣體，并在向晶片供應(yīng)顯著包含H2氣體作為運(yùn)載氣體的氣體的同時(shí)降低晶片的溫度；和 第四步驟，在所述中間層上順序形成多量子阱發(fā)光層和P型氮化物半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中顯著包括H2氣體的所述氣體包括體積上大于或等于20%且小于或等于80%的H2氣體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中所述第三步驟將所述晶片的溫度降低了大于或等于50°C。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中通過進(jìn)行所述第三步驟，在所述多量子阱發(fā)光層中部分地形成V表面坑，且所述V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于所述中間層中。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中所述形成多量子阱發(fā)光層的步驟包括 在所述中間層上交替堆疊下部勢壘層和下部阱層，并使用η型雜質(zhì)摻雜至少所述下部勢壘層，以形成下部多量子阱發(fā)光層的步驟，下部阱層的帶隙能量低于下部勢壘層的帶隙倉tfi， 在所述下部多量子阱發(fā)光層上交替地堆疊上部勢壘層和上部阱層以形成上部多量子阱發(fā)光層的步驟，上部阱層的帶隙能量低于上部勢壘層的帶隙能量，上部多量子阱發(fā)光層的平均η型摻雜濃度低于所述下部多量子阱發(fā)光層的平均η型摻雜濃度，和 通過進(jìn)行第三步驟，在所述多量子阱發(fā)光層中部分地形成V表面坑，且所述V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于所述中間層中或位于所述下部多量子阱發(fā)光層中。
16.一種用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其包括的步驟有 在比所述η型氮化物半導(dǎo)體層的溫度顯著低的溫度，在η型氮化物半導(dǎo)體層上形成V表面坑產(chǎn)生層；和 在所述V表面坑產(chǎn)生層上順序形成中間層、多量子阱發(fā)光層、和P型氮化物半導(dǎo)體層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中形成所述V表面坑產(chǎn)生層的所述步驟在小于或等于920°C的溫度形成所述V表面坑產(chǎn)生層。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中通過形成所述 V表面坑產(chǎn)生層，在所述多量子阱發(fā)光層中部分地形成V表面坑，且所述V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于所述中間層中。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中所述形成所述多量子阱發(fā)光層的步驟包括 在所述中間層上交替堆疊下部勢壘層和下部阱層，并使用η型雜質(zhì)摻雜至少所述下部勢壘層，以形成下部多量子阱發(fā)光層的步驟，下部阱層的帶隙能量低于所述下部勢壘層的帶隙能量， 在所述下部多量子阱發(fā)光層上交替地堆疊上部勢壘層和上部阱層，以形成上部多量子阱發(fā)光層的步驟，上部阱層的帶隙能量低于所述上部勢壘層的帶隙能量，上部多量子阱發(fā)光層的平均η型摻雜濃度低于所述下部多量子阱發(fā)光層的平均η型摻雜濃度，和 通過所述V表面坑產(chǎn)生層的形成，在所述多量子阱發(fā)光層中部分地形成V表面坑，且所述V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于所述中間層中或位于所述下部多量子阱發(fā)光層中。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中形成所述V表面坑產(chǎn)生層的所述步驟形成厚度大于或等于5nm的V表面坑產(chǎn)生層。
21.根據(jù)權(quán)利要求11或16所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中形成中間層的所述步驟形成厚度大于或等于40nm的中間層。
22.根據(jù)權(quán)利要求11或16所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中形成中間層的所述步驟通過交替地堆疊寬帶隙層和窄帶隙層形成所述中間層，窄帶隙層的帶隙能量低于寬帶隙層的帶隙能量。
23.根據(jù)權(quán)利要求15或19所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中形成上部多量子阱發(fā)光層的所述步驟形成所述上部多量子阱發(fā)光層，使得所述上部勢壘層的數(shù)量大于或等于4。
全文摘要
一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括按以下順序設(shè)置的n型氮化物半導(dǎo)體層、V表面坑產(chǎn)生層、中間層、多量子阱發(fā)光層和p型氮化物半導(dǎo)體層。該多量子阱發(fā)光層是通過交替堆疊勢壘層和具有低于勢壘層的帶隙能量的阱層所形成的層。V表面坑部分地形成于多量子阱發(fā)光層中，且V表面坑的開始點(diǎn)的平均位置位于中間層中。
文檔編號H01L33/00GK102956769SQ20121028690
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者竹岡忠士, 谷善彥, 荒木和也, 上田吉裕 申請人:夏普株式會(huì)社