CN101330121B - 氮化物半导体发光装置的制造方法 - Google Patents
氮化物半导体发光装置的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101330121B CN101330121B CN2008101253168A CN200810125316A CN101330121B CN 101330121 B CN101330121 B CN 101330121B CN 2008101253168 A CN2008101253168 A CN 2008101253168A CN 200810125316 A CN200810125316 A CN 200810125316A CN 101330121 B CN101330121 B CN 101330121B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- nitride semiconductor
- multilayer film
- film structure
- emitting device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 claims description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 171
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 13
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N C1(C=CC=C1)[Mg] Chemical compound C1(C=CC=C1)[Mg] MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
- H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
- H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
- H10H20/01335—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/0242—Crystalline insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02551—Group 12/16 materials
- H01L21/02554—Oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/0257—Doping during depositing
- H01L21/02573—Conductivity type
- H01L21/02576—N-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种氮化物半导体发光装置的制造方法，在包括夹置于衬底(101)上的n型氮化物半导体层(103、104)和p型氮化物半导体层(106至108)之间的氮化物半导体有源层(105)的氮化物半导体发光装置的制造方法中，n型层、有源层和p型层的至少任何之一包括多层膜结构，并且表面活性剂材料在包括在多层膜结构中的层的晶体生长之前、期间或者之后提供到晶体生长表面。
Description
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光装置的制造方法，更具体地，涉及可以改善包括在发光装置中的有源层的晶体质量并因此改善装置的发光效率的制造方法。
背景技术
在发光装置中，重要的是减少引起发光的有源层中的晶体缺陷比如位错，以便改善发光效率(例如，参照日本专利申请公开No.10-335757、11-177175和2001-168385)。
为了抑制这样的晶体缺陷的形成，在具有与包括在氮化物半导体发光装置的有源层中的量子阱层成分不同的层(比如高Al浓度的覆层)设置在有源层附近的情形下，提出将Al浓度变化的多层膜结构引入到覆层中。
此外，为了弛豫由n型或者p型GaN层与阱层的晶格常数之间的差异引起的应变，还提出了在有源层附近将In浓度逐渐增加的多层膜结构引入到n型或者p型GaN层。
然而，在多层膜结构中，彼此接触的层具有彼此不同的成分，而这些层的晶体生长表面具有不同的表面能级，并且因此难于清楚地(steeply)(明确地)形成多层膜结构中的层之间的界面。
如果在多层膜结构中的层界面是不明确的，则会从层界面产生位错，或者在形成于该多层膜结构上的有源层中的阱层之间的界面不能明确地形成。
包括位错或者弥散(loose)的界面的阱层厚度在空间上是不规则的。通常，内量子效率主要取决于阱层的厚度。因此，在阱层的厚度为不规则的情况下，具有低内量子效率的部分在阱层中散布，并且减少了全部阱层的内量子效率。内量子效率表示由于电子和空穴的复合而形成光子的效率，该电子和空穴是由从外面注入发光装置中的电流产生的电荷载流子。
发明内容
考虑到现有技术中的前述情况，本发明的目的在于提供包括多层膜结构的氮化物半导体发光装置的制造方法，由此能够改善发光装置的内量子效率。
本发明提供包括夹置于基板上的n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间的氮化物半导体有源层的氮化物半导体发光装置的制造方法，其中n型层、有源层和p型层至少任意之一包括多层膜结构，并且表面活性剂材料在包括在多层膜结构中的层的晶体生长之前、期间或者之后提供到晶体生长表面。表面活性剂材料优选包含In、Al、Ga、Mg、Zn、Si、Ge和O中的至少一种。
多层膜结构可以包括具有不同带隙的至少两种类型的层。在此情况下，表面活性剂材料优选在生长与另一层相比具有较大带隙的层之前或者期间引入，该另一层恰在该层的下面。
多层膜结构也可以包括具有不同载流子浓度的至少两种类型的层。在此情况下，表面活性剂材料优选在生长与另一层相比具有更小的载流子浓度的层之前引入，该另一层恰在该层的下面。
当不同于III族元素的元素引入作为表面活性剂材料时，优选停止提供包含III族元素的源材料。另一方面，当III族元素引入作为表面活性剂材料时，优选停止提供包含氮的源材料。金属有机气相生长可以优选用于该晶体生长。
结合附图，通过下面对本发明的详细描述，本发明的前述和其它的目的、特征、方面和优点将更加明显易懂。
附图说明
图1是展示根据本发明实施例的氮化物半导体发光二极管中包括的多层半导体结构的示意性截面图；
图2是图1的多层半导体结构中包括的n侧多层膜结构的示意性截面图；
图3是图1的多层半导体结构中包括的p侧多层膜结构的示意性截面图；和
图4是通过加工图1的多层半导体结构形成的发光二极管的示意性截面图。
具体实施方式
如上所述，本发明提供包括夹置于基板上n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间的氮化物半导体有源层的氮化物半导体发光装置的制造方法，其中n型层、有源层和p型层至少任意之一包括多层膜结构，并且表面活性剂材料在包括于多层膜结构的层的晶体生长之前、期间或之后提供到晶体生长表面。
因此，即使在多层膜结构中的层界面通过通常的晶体生长在制成得不明确的情况下，可以通过将表面活性剂提供到晶体生长表面并且控制表面能，多层膜结构中的层界面也可以制成得明确的。因此，对于形成于的n型或者p型层附近的有源层，或者对于具有多层膜结构的有源层，能够保证界面的平坦度和界面的明确性。因此，通过弥补有源层中内量子效率的不规则性，能够改善整个有源层的内量子效率。
在氮化物基半导体发光装置中晶体生长多层膜结构的情况下，表面活性剂材料优选包含In、Al、Ga、Mg、Zn、Si、Ge和O中的至少一个。
表面活性剂材料必须具有引起二维晶体生长模式(FM(Frank-van derMerwe)模式)的特性。在FM模式中，不发生岛状或不均匀的晶体生长，而是发生二维均匀的层叠晶体生长。引起FM模式的表面活性剂材料希望是低表面能的物质，具体地讲，小于主要构成氮化物半导体发光装置的GaN的总表面能(general surface energy)(约2.0J/m2)。前述的In、Al、Ga、Mg、Zn、Si、Ge和O中的每一种的表面能都低于GaN。
尽管表面活性剂材料通常倾向于处于在晶体生长表面上浮动的薄原子层的状态，但是在该原子层中的原子部分结合到晶体中。因此，表面活性剂材料优选为III族元素、n型杂质元素或p型杂质元素之一，它们通常用于制造氮化物半导体装置。在前述的表面活性剂材料中，Al、Ga和In为III族元素；Si、Ge和O对应于n型杂质元素；而Zn和Mg对应于p型杂质元素。
包括在n型层、有源层或者p型层中的多层膜结构可以用不同带隙的至少两种类型的层的结合形成。因此，能够选择能够抑制在有源层中引起的晶格应变的多层膜结构，并且还能够通过在多层膜结构的晶体生长中采用表面活性剂来清楚地定义层界面。因此，对于形成在多层膜结构附近的有源层，或者对于具有多层膜结构的有源层，可以保证界面的平坦度和界面的明确性，并且因此通过减少有源层中的内量子效率的不规则性，可以改善整个有源层的内量子效率。
在通过结合不同带隙的至少两种类型的层来形成多层膜结构的情况下，表面活性剂优选在生长与另一层相比具有较大带隙的层之前或者期间引入，该另一层恰在该层的下面。其原因如下：
具有大带隙的氮化物半导体倾向于具有高表面能。因此，在具有较大带隙的氮化物半导体层生长在具有较小带隙的氮化物半导体层上的情况下，具有较高表面能的层生长在具有较低表面能的层上，并且高表面能的层倾向于易于以岛状或者不均匀方式的晶体生长。对于该倾向性的措施，如果表面活性剂在生长与另一层相比具有较大带隙的层之前引入，该另一层恰在该层的下面，则能够使具有较大带隙的层的晶体生长表面平坦，并且还能够清楚地定义多层膜结构中的层界面。
作为选择，包括在n型或者p型层中的多层膜结构可以用具有不同载流子浓度的至少两种类型的层的结合形成。在此情况下，载流子可以易于传播于具有较低电阻的较高载流子浓度的层中，并且这提高了设置于多层膜结构附近的有源层中的载流子的传播，由此改善了有源层的内量子效率。通过在多层膜结构的晶体生长中采用表面活性剂以平坦层界面，还变得能够保证临近于多层膜结构的有源层的平坦度和明确性，由此进一步改善内量子效率。
当多层膜结构通过结合具有不同载流子浓度的至少两种类型的层形成时，表面活性剂优选在晶体生长与另一层相比具有较小载流子浓度的层开始前引入，该另一层在该层的下面。这是因为，在较低载流子浓度的层晶体生长中，低浓度掺杂剂对于表面活性剂仅有很小的影响，并且因此认为表面活性剂易于展现其作用。
当不同于III族元素的元素引入作为多层膜结构的晶体生长中的表面活性剂材料时，优选停止供应III族元素的源材料，以便临时停止晶体的生长。然后，表面活性剂的原子层在晶体生长表面之上充分传播，并且可以保证减小表面能的作用。另一方面，如果III族元素引入作为表面活性剂材料，则优选停止供应氮的源材料，以便临时停止晶体生长。同样在此情况下，表面活性剂的原子层在晶体生长表面之上充分传播，并且可以保证减小表面能的作用。自然，可以优选采用金属有机气相生长方法作为本发明的各种氮化物半导体层的晶体生长法。
现在，参照附图描述本发明的实施例。在附图中，层的厚度和宽度等之间的尺寸关系任意改变，以便使图解清楚和简化，并且因此不对应于实际的尺寸关系。在附图中，相同的附图标记表示相同或者相对应的部分。
(发光二极管的制造)
图1是展示如本发明的实施例要制造的氮化物半导体发光二极管中包括的多层半导体结构的示意性截面图。为了形成该多层半导体结构，缓冲层102、n型氮化物半导体层103、n侧多层膜结构104、有源层105、蒸发保护层106、p侧多层膜结构107和p型氮化物半导体层108依次堆叠在用于晶体生长的蓝宝石衬底101上。
作为选择，用于晶体生长的衬底101可以由SiC、Si或者ZnO代替蓝宝石来准备。缓冲层102可以优选由GaN形成，或者可以由AlN或者AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)形成。
(有源层)
有源层105可以包括量子阱层和势垒层作为其多层膜结构，并且可以包括例如六个阱层。自然，阱层和势垒层交替堆叠。例如，阱层可以由In0.15Ga0.85N形成，而势垒层可以由Al0.01In0.02Ga0.97N形成。作为选择，阱层可以由InaGa1-aN(0＜a＜1)形成，而势垒层可以由AlbIncGa1-b-cN(0≤b≤1，0≤c≤1)形成。
(n侧和p侧多层膜结构)
图2和3分别为展示n侧多层膜结构104和p侧多层膜结构107的示意性截面图。更具体地讲，n侧多层膜结构104通过交替和重复地堆叠n型Al0.2Ga0.8N层201和非掺杂GaN层202形成，而p侧多层膜结构107通过交替和重复地堆叠p型Al0.2Ga0.8N层203和非掺杂GaN层204形成。
然而，n侧和p例多层膜结构不限于图2和3所示的结构，而是每个多层膜结构可以由Al、In、Ga等的不同成分比的和/或不同掺杂浓度的至少两种类型的层的结合构成。
(晶体生长)
首先，蓝宝石衬底101设置在金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备的反应炉中。蓝宝石衬底101的温度升高到1050℃，且氢供入反应炉中，由此清洗蓝宝石衬底101的主表面(C面)。
蓝宝石基板101的温度降低到510℃后，将用于源气体的氨和三甲基镓(TMG-trimethylgallium)与作为载体气体的氢一起供应到反应炉，以便在蓝宝石衬底101的主表面(C面)上沉积GaN缓冲层102到约20nm的厚度。
蓝宝石衬底101的温度再次升高到1050℃后，给反应炉供应用于源气体的氨和三甲基镓(TMG，trimethylgallium)、作为杂质气体的SiH4(硅烷)和作为载体气体的氢，并且因此掺杂有Si的GaN下层通过MOCVD沉积在缓冲层102上，使得该GaN下层的厚度为6μm，并且载流子浓度为1×1018/cm3。然后，与n型GaN下层的情况相类似，掺杂有Si的n型GaN接触层通过MOCVD沉积在n型GaN下层上，使得该GaN接触层的厚度为0.5μm，并且载流子浓度为5×1018/cm3。以这种方式，n型GaN下层以及其上的n型GaN接触层沉积为n型氮化物半导体层103。
(n侧多层膜结构的生长)
其后，停止供应SiH4、TMG和NH3；在10秒之后，三甲基铟(TMI，trimethylindium)引入15秒，以便用作为表面活性剂的In覆盖晶体生长表面；以及然后引入SiH4、TMG、三甲基铝(TMA，trimethylaluminum)和NH3，以形成厚度为10nm的Al0.2Ga0.8N层201。其后，引入TMG和NH3以形成厚度为10nm的非掺杂的GaN层202。重复类似的步骤，以形成由重复堆叠的n型Al0.2Ga0.8N层201和非掺杂的GaN层202构成的n侧多层膜结构104。
(有源层的生长)
蓝宝石衬底101的温度降低到700℃后，将用于源气体的氨、TMG和TMI与作为载体气体的氮一起供应到反应炉，以便在n侧多层膜结构104上沉积厚度为2.5nm的In0.15Ga0.85N阱层。
在衬底101的温度保持在700℃的同时，引入表面活性剂，然后将用于源气体的氨和TMG与作为载体气体的氮一起供应到反应炉，以便沉积厚度为18nm的GaN势垒层。
阱层的沉积、表面活性剂的供应和势垒层的沉积的循环重复六次，以形成有源层105。
(蒸发保护层的生长)
在蓝宝石衬底101的温度增加到950℃后，将用于源气体的氨、TMG和TMA与作为杂质气体的环戊二烯基镁(Cp2Mg，cyclopentadienylmagnesium)和作为载体气体的氢一起供应到反应炉，以便通过MOCVD在有源层105上沉积Mg掺杂浓度为1×1020/cm3、厚度为约30nm的Al0.15Ga0.85N蒸发保护层106。形成蒸发保护层106以便防止有源层105在随后的MOCVD工艺中蒸发。
(p侧多层膜结构的生长)
然后，停止供应Cp2Mg、TMG和NH3；在10秒之后，引入TMI 15秒，以用作为表面活性剂的In覆盖晶体生长表面；以及其后引入Cp2Mg、TMG、TMA和NH3，以形成厚度为10nm的p型Al0.2Ga0.8N层203。其后，引入TMG和NH3，以形成厚度为10nm的非掺杂GaN层204。重复类似的步骤，以形成由重复堆叠的p型Al0.2Ga0.8N层203和非掺杂GaN层204构成的p侧多层膜结构107。
在包括在多层膜结构中的层的生长之前、之后或期间的任何阶段可以引入In表面活性剂，以获得其作用。然而，更为优选的是具有较高表面能的每个p型Al0.2Ga0.8N层203生长之前引入In。
(p型接触层的生长)
在蓝宝石衬底101的温度保持在950℃的同时，将用于源气体的氨和TMG与作为杂质气体的Cp2Mg和作为载体气体的氢一起供应到反应炉，以便通过MOCVD在p侧多层膜结构107上沉积厚度为0.1μm、Mg掺杂浓度为1×1020/cm3的p型GaN接触层108。
其后，蓝宝石衬底101的温度降低到700℃，并且在引入氮以形成反应炉中的气氛的同时，对包括形成在蓝宝石衬底101上的多层半导体结构102至108的整个晶片进行退火。
(加工成发光二极管)
图4是展示通过加工以前述方式获得的多层半导体结构形成的发光二极管的示意性截面图。该图所示发光二极管可以如下形成：
首先，从反应炉中取出晶片；图案化为预定形状的掩模层(未示出)形成在p型接触层108上；在反应离子蚀刻(RIE)设备中从p型接触层108侧进行蚀刻，然后暴露包括在n型氮化物半导体层103中的接触层的部分表面。
蚀刻后去除掩模层；厚度为7nm包含Pd的透明电极301基本上形成在p型接触层108的整个表面上；然后在透明电极301的预定区域上，Au的p侧焊盘电极302形成为具有0.5μm的厚度。另一方面，包含Ti和Al的n侧焊盘电极303形成在通过蚀刻n型接触层暴露的表面上。
可以以前述的方式制造根据本发明的发光二极管。在20mA的注入电流下，根据该实施例制造的30个发光二极管的平均总光通量输出为22.5mW(波长：455nm)。
另一方面，在20mA的注入电流下，在多层膜结构的形成期间没有采用表面活性剂制造的比较发光二极管的平均总光通量输出为18.9mW(波长：455nm)。
关于根据该实施例的发光二极管和没有采用表面活性剂制造的比较发光二极管，用透射电子显微镜(TEM)观察它们的多层膜结构。结果，证实了根据该实施例的发光二极管中多层膜结构的层界面的明确性高于没有采用表面活性剂制造的比较发光二极管中多层膜结构的层界面的明确性。
正如前述可以清楚理解的，即使在多层晶体生长通常引起弥散的层界面的情况下，变得能够通过采用表面活性剂来减少晶体生长表面的表面能，并且在多层膜结构中明确地形成层界面。换言之，通过采用表面活性剂，对于形成在包括多层膜结构的n型或者p型层附近的有源层，或者对于具有多层膜结构的有源层，可以保证平坦度和明确性。因此，可认为弥补有源层的内量子效率的不规则，由此引起有源层的量子效率的改善，并且提高总光通量的输出。
尽管在前述实施例中每个多层膜结构包括两种类型的层，但是本发明当然也可应用到包括至少三种类型的层的多层膜结构。
关于电极的形成，对于电流扩散层和p型氮化物半导体上的电极可以选择Pd、Ni、ITO或者n型GaN等。此外，对于焊盘电极可以选择Au或者Ti/Al等。
对于前述实施例可选择的是，p型接触层108可以连接到分离地准备的导电支撑衬底上，从而提供在n型氮化物半导体层103侧上的电极用作光提取电极，而Al、Pt或Ag等具有高反射率的金属层形成在p型接触层108侧的支撑衬底上，由此提供垂直电极结构。
根据本发明制造氮化物半导体发光装置的方法，如上所述，能够改善氮化物半导体发光装置例如发射蓝光的氮化物半导体发光二极管的发光效率。
尽管本发明已经进行了详细的描述和图解，但是应当清楚理解的是，这些只是通过图解和实例的方式，而不是通过限制的方式进行的，本发明的范围由所附权利要求的条款来解释。
本申请基于2007年6月18日提交日本专利局的日本专利申请No.2007-160285，将其全部内容引用结合于此。
Claims (6)
1.一种制造氮化物半导体发光装置的方法，所述氮化物半导体发光装置包括夹置于衬底上的n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间的氮化物半导体有源层，其中
所述n型层、所述有源层和所述p型层的至少任何之一包括多层膜结构，并且在包括在所述多层膜结构中的层的晶体生长之前，将表面活性剂材料提供到晶体生长表面；其中，
所述表面活性剂材料包含In、Al、Ga、Mg、Zn、Si、Ge和O中的至少一个；
所述多层膜结构包括具有不同带隙的至少两种类型的层；
所述表面活性剂材料在生长比另一层具有更大的带隙的层之前提供到晶体生长表面，该另一层恰在该层的下面。
2.根据权利要求1所述的制造氮化物半导体发光装置的方法，其中
所述多层膜结构包括具有不同载流子浓度的至少两种类型的层。
3.根据权利要求2所述的制造氮化物半导体发光装置的方法，其中
所述表面活性剂材料在生长比另一层具有更小的载流子浓度的层之前提供到晶体生长表面，该另一层恰在该层的下面。
4.根据权利要求1所述的制造氮化物半导体发光装置的方法，其中
当不同于III族元素的元素提供为所述表面活性剂材料时，停止提供包含III族元素的源材料。
5.根据权利要求1所述的制造氮化物半导体发光装置的方法，其中
当III族元素提供为所述表面活性剂材料时，停止提供包含氮的源材料。
6.根据权利要求1所述的制造氮化物半导体发光装置的方法，其中
所述晶体生长是金属有机气相生长。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007160285A JP2008311579A (ja) | 2007-06-18 | 2007-06-18 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| JP160285/07 | 2007-06-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101330121A CN101330121A (zh) | 2008-12-24 |
| CN101330121B true CN101330121B (zh) | 2012-11-21 |
Family
ID=40132725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008101253168A Active CN101330121B (zh) | 2007-06-18 | 2008-06-18 | 氮化物半导体发光装置的制造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7968360B2 (zh) |
| JP (1) | JP2008311579A (zh) |
| CN (1) | CN101330121B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008226906A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子 |
| JP5287406B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2013-09-11 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法 |
| US8318515B2 (en) * | 2009-12-08 | 2012-11-27 | Corning Incorporated | Growth methodology for light emitting semiconductor devices |
| JP5420515B2 (ja) * | 2010-10-21 | 2014-02-19 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
| JP5626123B2 (ja) * | 2011-05-30 | 2014-11-19 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| US8524581B2 (en) * | 2011-12-29 | 2013-09-03 | Intermolecular, Inc. | GaN epitaxy with migration enhancement and surface energy modification |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62119196A (ja) * | 1985-11-18 | 1987-05-30 | Univ Nagoya | 化合物半導体の成長方法 |
| JP3374737B2 (ja) | 1997-01-09 | 2003-02-10 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
| EP1017113B1 (en) | 1997-01-09 | 2012-08-22 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US6677619B1 (en) | 1997-01-09 | 2004-01-13 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| JP3478090B2 (ja) | 1997-05-26 | 2003-12-10 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
| JPH11354843A (ja) * | 1998-06-04 | 1999-12-24 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系量子ドット構造の製造方法およびその用途 |
| JP2001168385A (ja) | 1999-12-06 | 2001-06-22 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
| JP3929008B2 (ja) * | 2000-01-14 | 2007-06-13 | シャープ株式会社 | 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| US6906352B2 (en) * | 2001-01-16 | 2005-06-14 | Cree, Inc. | Group III nitride LED with undoped cladding layer and multiple quantum well |
| JP4609917B2 (ja) * | 2002-04-18 | 2011-01-12 | 昭和電工株式会社 | 窒化アルミニウムガリウム層の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法およびｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| TWI271877B (en) * | 2002-06-04 | 2007-01-21 | Nitride Semiconductors Co Ltd | Gallium nitride compound semiconductor device and manufacturing method |
| US6876686B2 (en) * | 2003-02-24 | 2005-04-05 | Agilent Technologies, Inc. | Method of fabricating active layers in a laser utilizing InP-based active regions |
| TWI237402B (en) * | 2004-03-24 | 2005-08-01 | Epistar Corp | High luminant device |
| JP2007080996A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Sony Corp | ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2007081180A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子 |
| EP2087507A4 (en) * | 2006-11-15 | 2010-07-07 | Univ California | METHOD FOR THE HETEROEPITAXIAL GROWTH OF QUALITATIVELY HIGH-QUALITY N-SIDE-GAN, INN AND AIN AND THEIR ALLOYS THROUGH METALLORGANIC CHEMICAL IMMUNE |
| JP4668225B2 (ja) * | 2007-03-27 | 2011-04-13 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
2007
- 2007-06-18 JP JP2007160285A patent/JP2008311579A/ja active Pending
-
2008
- 2008-06-17 US US12/213,229 patent/US7968360B2/en active Active
- 2008-06-18 CN CN2008101253168A patent/CN101330121B/zh active Active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| J.P. Liu et al.Effects of TMIn flow on the interface and optical properties of InGaN/GaN mutiple quantum wells.《Journal of Crystal Growth》.2004,第264卷(第1-3期),53-57. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101330121A (zh) | 2008-12-24 |
| US7968360B2 (en) | 2011-06-28 |
| JP2008311579A (ja) | 2008-12-25 |
| US20080311695A1 (en) | 2008-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI447953B (zh) | 半導體發光裝置及其製造方法 | |
| CN101262037B (zh) | 氮化物半导体发光装置 | |
| US9324908B2 (en) | Nitride semiconductor light-emitting element | |
| KR101399250B1 (ko) | 질소 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| US20100133506A1 (en) | Nitride semiconductor light emitting element and method for manufacturing nitride semiconductor | |
| CN104272477B (zh) | 氮化物半导体发光元件 | |
| TWI497766B (zh) | 半導體裝置製造方法 | |
| CN102341922A (zh) | 氮化物半导体元件及其制造方法 | |
| KR20120081249A (ko) | 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| TW201011952A (en) | Group iii nitride based semiconductor light emitting element and epitaxial wafer | |
| CN102738329A (zh) | 第iii族氮化物半导体发光器件 | |
| JP2008244307A (ja) | 半導体発光素子および窒化物半導体発光素子 | |
| KR20140123410A (ko) | 자외선 발광 소자 | |
| US20140264371A1 (en) | Semiconductor structures having active regions comprising ingan, methods of forming such semiconductor structures, and light emitting devices formed from such semiconductor structures | |
| CN101188263A (zh) | 氮化物半导体发光器件的制造方法 | |
| JP7481618B2 (ja) | 窒化物半導体素子の製造方法 | |
| CN101330121B (zh) | 氮化物半导体发光装置的制造方法 | |
| US8659041B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting diode | |
| CN101276991A (zh) | 氮化物半导体发光器件的制造方法 | |
| JP6038630B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| TW201607076A (zh) | Ｌｅｄ元件 | |
| CN100593248C (zh) | 氮化物半导体发光装置 | |
| TWI585993B (zh) | Nitride light emitting device and manufacturing method thereof | |
| JP5800251B2 (ja) | Ｌｅｄ素子 | |
| CN113764556A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片的复合n型阻挡层、一种氮化镓基发光二极管外延片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220330 Address after: Asahi 1, Damen Machi, Fukuyama, Hiroshima, Japan Patentee after: Sharp Fukuyama laser Co.,Ltd. Address before: Osaka, Japan Patentee before: Sharp Corp. |