CN101258615A - 氮化镓基化合物半导体发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的是提供一种氮化镓基化合物半导体发光器件，其具有优良的光输出效率，且仅仅需要很低的驱动电压(Vf)。本发明的氮化镓基化合物半导体发光器件包括在衬底上由氮化镓基化合物半导体形成和依次层叠的n型半导体层、发光层和p型半导体层，并且正电极和负电极被设置为分别与所述p型半导体层和所述n型半导体层接触，其中，p型杂质和氢原子共存于其中的区域存在于与所述正电极接触的所述p型半导体层中，并且所述正电极的至少与所述p型半导体层接触的部分由n型导电透光材料形成。

Description

氮化镓基化合物半导体发光器件

相关申请的交叉引用

本申请是基于35U.S.C.§111(a)提交的申请，根据35U.S.C.§119(e)(1)，要求根据35U.S.C.§111(b)于2005年9月15日提交的临时申请No.60/716,970的优先权。

技术领域

本发明涉及一种氮化镓基化合物半导体发光器件。更具体地说，本发明涉及一种具有低驱动电压(Vf)且光输出效率优良的氮化镓基化合物半导体发光器件。

背景技术

近年来，GaN基化合物半导体材料作为用于短波长发光器件的半导体材料吸引了越来越多的注意力。通过使用蓝宝石单晶、各种其它氧化物和III-V族化合物作为衬底且通过在衬底上应用金属有机气相化学反应方法(MOCVD)或分子束外延方法，制造GaN基化合物半导体。

GaN基半导体材料的一个特性特征是，在横向方向上电流扩散很小。因此，电流仅仅被注入到电极正下方的半导体中，并且从发光层发射的光被电极阻隔，不能被输出。因此，透明电极通常用作这种类型发光器件中的正电极，通过正电极输出光。

根据现有技术的正电极具有通过使Ni或Co的氧化物与Au结合作为与p型半导体接触的接触金属而形成的层结构(例如，参见日本专利No.2,803,742)。近年来，通过使用具有较高电导率的金属氧化物例如ITO，已经最小化了接触金属的膜厚度，并且已经将提高透明度而不使用接触金属的层结构用作正电极(例如，参见日本未审查的实用新型公开No.6-38265)。

导电透明材料例如ITO的层具有高于例如Ni或Co的氧化物的层的透光率，并且可以形成为相对大的厚度。鉴于Ni或Co的氧化物具有约10至约50nm的膜厚度，将200nm至500nm的厚度用于ITO等的层。与Ni和Co相比，n型导电透明材料例如ITO由于其高透光率而可以提高光输出效率。然而，问题仍存在于，由于材料为n型，发生与p型半导体的高接触电阻。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种氮化镓基化合物半导体发光器件，其解决上述问题，在光输出效率方面优良，并且仅仅需要很低的驱动电压(Vf)。

本发明提供以下发明内容。

(1)一种氮化镓基化合物半导体发光器件，包括在衬底上由氮化镓基化合物半导体形成和依次层叠的n型半导体层、发光层和p型半导体层，并且正电极和负电极被设置为分别与所述p型半导体层和所述n型半导体层接触，其中，p型杂质和氢原子共存于其中的区域存在于与所述正电极接触的所述p型半导体层中，并且所述正电极的至少与所述p型半导体层接触的部分由n型导电透光材料形成。

(2)根据上述(1)的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，在所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域中的氢原子浓度与p型杂质浓度之比为1/10至2/1。

(3)根据上述(2)的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，在所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域中的氢原子浓度与p型杂质浓度之比为1/5至1.5/1。

(4)根据上述(3)的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，在所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域中氢原子浓度与p型杂质浓度彼此基本上相等。

(5)根据上述(1)至(4)中任何一项的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域的厚度是与所述正电极接触的所述整个p型半导体层的厚度的至少40％。

(6)根据上述(5)的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域的厚度是与所述正电极接触的所述整个p型半导体层的厚度的至少70％。

(7)根据上述(1)至(6)中任何一项的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述n型导电透光材料是选自ITO、TiO₂、ZnO、Bi₂O₃、MgO、ZnAlO、ZnS和SnO₂的至少一种的材料。

(8)根据上述(7)的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述n型导电透光材料至少包含ITO。

(9)根据上述(1)至(8)中任何一项的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述正电极的由所述n型导电透光材料形成的部分的厚度为35nm至10μm。

(10)根据上述(9)的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述正电极的由所述n型导电透光材料形成的部分的厚度为100nm至1μm。

(11)一种灯，包括根据上述(1)至(10)中任何一项的氮化镓基化合物半导体发光器件。

在根据本发明的氮化镓基化合物半导体器件中，允许氢存在于与正电极接触的p型接触层中。因此，即使当在p型半导体层上将由具有高透光率的金属氧化物例如ITO形成的n型导电透光材料直接设置为正电极时，驱动电压(Vf)也很低。

当在p型半导体层上将由具有高透光率的金属氧化物例如ITO形成的n型导电透光材料直接设置为正电极时，可以限制透明电极对光的吸收，提高光输出效率，并且由于没有使用其它材料，可以简化工艺。

附图说明

图1示例性示出了根据本发明的III族氮化物半导体发光器件。

图2是在实例1和2中制造的外延层叠结构的示意性截面视图。

图3是在实例1和2中制造的LED的示意性平面视图。

具体实施方式

在根据本发明的氮化镓基化合物半导体发光器件中，与p型半导体层形成直接接触的正电极的材料是选自ITO、TiO₂、ZnO、Bi₂O₃、MgO、ZnAlO、ZnS和SnO₂的透光导电材料。由于这些导电材料通常呈现比金属薄膜高的透光特性，因此它们具有优良的光输出效率。特别优选ITO。

然而，由于这些材料是n型的，尚不能通过使它们与p型半导体层接触而建立欧姆接触。本发明的发明人发现，通过允许p型杂质和氢原子共存于p型半导体层中，这些n型导电透光材料和p型半导体层可以建立欧姆接触。

术语“透光的”和“透明的”不必意味着在所有波长范围内呈现100％的透光率，而是意味着材料具有使得在半导体内部产生的光通过的功能。因此，将这些术语用于通过控制材料和膜厚度以便在光发射波长下可实现至少50％的透光率而制备成的材料。

由上述n型导电透光材料形成的正电极可以被形成为这样的样式，以便基本上覆盖p型半导体层的整个表面，或者形成为具有间隙的格子形或树形。在形成正电极之后，在一些情况下进行用于改善透明度的合金化或热退火处理，但不总是需要进行这样的处理。

构成正电极的至少一部分的n型导电透光层的厚度优选为35nm至10μm。当厚度超过10μm时，透光率的下降变得显著。当考虑干涉效应时，该厚度更优选为50nm至1μm。

不特别限制由这些材料形成p型半导体层的膜形成方法，可以采用公知的真空沉积方法和溅射方法。真空沉积包括用于加热方法的电阻加热***和电子束加热***，但电子束加热方法适于真空沉积除了单质金属以外的材料，例如金属氧化物。还可以采用这样的方法，首先对p型半导体层的表面施加金属化合物的溶液作为起始材料，然后通过必要的处理，例如在含氧气氛中的热处理，将溶液形成为金属氧化物膜。

通常，将接合衬垫层设置为正电极的最外层，用于与电路衬底或引线框的电连接。已知将使用材料例如Au、Al、Ni和Cu的各种结构用于接合衬垫层，可以没有任何限制地使用包括这些已知材料和结构的各种材料和各种结构。厚度优选为100至1,000nm。由于接合衬垫的特性，当厚度大时，接合能力变高。因此，厚度优选为至少300nm。此外，从生产成本的观点，厚度优选不大于500nm。最外层优选由具有与接合球的高粘附性的材料例如Au形成。

作为其上设置有上述由n型导电透光材料形成的正电极的氮化镓基化合物半导体器件，已知具有这样的结构的氮化镓基化合物半导体器件，在该结构中，在衬底1上使得缓冲层2、n型半导体层3、发光层4和p型半导体层5顺序生长为各自的晶体，蚀刻去除发光层4和p型半导体层5的每一者的一部分，以暴露n型半导体层3，在如此暴露的n型半导体层上设置负电极6，并在剩余的p型半导体层5上设置正电极7。可以在具有这样的结构的氮化镓基化合物半导体器件上没有任何限制地设置根据本发明的由n型导电透光材料形成的正电极。

作为衬底材料，已知氧化物单晶，例如蓝宝石单晶(Al₂O₃；A面、C面、M面、R面)、尖晶石单晶(MgAl₂O₄)、ZnO单晶、LiAlO₂单晶、LiGaO₂单晶以及MgO单晶、Si单晶、SiC单晶、GaAs单晶、AlN单晶、GaN单晶以及硼化物单晶，例如ZrB₂单晶。在本发明中，可以没有限制地使用包括这些已知衬底材料的任何衬底材料。其中优选蓝宝石单晶和SiC单晶。另外，不特别限制衬底的平面取向。衬底可以是正取向的(just-oriented)衬底或是具有偏角的衬底。

通常，通过缓冲层，在衬底上层叠由氮化镓基化合物半导体形成的n型半导体层、发光层和p型半导体层。根据所使用的衬底且根据外延层的生长条件，缓冲层有时是不必要的。

作为氮化镓基化合物半导体，已知由分子式Al_XGa_YIn_ZN_1-AM_A(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤Z≤1，且X+Y+Z＝1；M代表不同于氮(N)的V族元素，且0≤A＜1)表示的大量氮化镓基化合物半导体，在本发明中也可以没有任何限制地使用包括这些已知的半导体且由分子式Al_XGa_YIn_ZN_1-AM_A(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤Z≤1，且X+Y+Z＝1；M代表不同于氮(N)的V族元素，且0≤A＜1)表示的氮化镓基化合物半导体。

氮化镓基化合物半导体可以包含除了Al、Ga和In以外的III族元素，且必要时还可包含Ge、Si、Mg、Ca、Zn、Be、P、As和B。在一些情况下，除了故意添加的元素外，该化合物半导体还包含那些根据膜形成条件不可避免地包含的杂质以及包含在起始材料中和反应管的材料中的痕量杂质。

不特别限制氮化镓基化合物半导体的生长方法，可以应用已知的能够生长氮化镓基化合物半导体的所有方法，例如MOCVD(金属有机化学气相沉积)、HVPE(氢化物气相外延)、MBE(分子束外延)等。从膜厚度可控性和批量生产率的观点，优选的生长方法为MOCVD方法。MOCVD方法将氢气(H₂)或氮气(N₂)用作载气，将三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)用作作为III族原材料的Ga源，将三甲基铝(TMA)或三乙基铝(TEA)用作作为III族原材料的Al源，将三甲基铟(TMI)或三乙基铟(TEI)用作作为III族原材料的In源，以及将氨(NH₃)、肼(N₂H₄)和叠氮化物用作作为V族原材料的N源。关于掺杂剂，可以将甲硅烷(SiH₄)或乙硅烷(Si₂H₆)用于n型Si原材料、以及将锗烷气体(GeH₄)或有机锗化合物例如四甲基锗((CH₃)₄Ge)或四乙基锗((C₂H₅)₄Ge)用于Ge原材料。在MBE中，单质锗可用作掺杂源。

在p型半导体层的气相生长时添加的p型杂质(掺杂剂)的实例包括II族元素例如Mg、锌(Zn)、铍(Be)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镉(Cd)和汞(Hg)。属于IV族的两性杂质例如碳(C)也是可以的，但优选将II族元素例如Mg用作p型杂质。Mg原材料的实例包括双环戊二烯基镁(bis-Cp₂Mg)或双乙基环戊二烯基镁(bis-EtCp₂Mg)。

在本发明中，允许p型杂质和氢原子共存于与正电极接触的p型半导体层中。p型半导体层通常由其带隙能量大于发光层的带隙能量的p型包覆层和其上设置正电极的p型接触层构成。然而，p型接触层也可以用作p型包覆层。因此，其是允许p型杂质和氢原子共存于其中的p型接触层。

为了提供令人满意的欧姆接触、防止产生裂纹并维持优良结晶性，优选在p型接触层中添加p型杂质例如Mg，以使该层内的杂质的原子浓度为1×10¹⁸cm^-3至1×10²²cm^-3。通过例如普通的二次离子质谱(SIMS)和俄歇电子频谱(AES)的分析方法，可以定量地确定p型半导体层中的p型杂质的浓度。

p型接触层的厚度优选为0.01至0.5μm，更优选0.05至0.2μm，最优选小于等于0.1μm。通过在进行气相生长时调整供给到生长反应***的III族元素的原材料的供给时间，可以控制p型接触层的厚度。通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)，可以通过观测发现p型接触层的厚度。

在具有上述厚度的p型接触层中，本发明不有意地从层中耗散氢原子，而是允许氢原子在层的深部处存在。术语“深部”意味着除了p型接触层的表面以外的部分，且是在发光层侧的区域。在故意地允许氢原子存在的区域中，p型杂质与故意地允许存在的氢原子之间的原子浓度之比(氢原子/p型杂质)优选为1/10至2/1，更优选为1/5至1.5/1。更优选地，该比基本上为1/1。添加的p型杂质和故意地允许存在的氢原子一起在该区域内定量地形成电惰性合成物。通过例如SIMS的分析方法，可以定量地确定p型杂质和氢原子。通过SIMS对轮廓曲线平坦的部分进行定量确定。

为了使p型杂质电惰性而故意允许存在的氢原子降低了正向电压(Vf)和阈值电压(Vth)，为此，超过预定程度的区域(厚度)是有必要的。例如，厚度为p型接触层的总厚度的至少40％。优选地，其是超过p型接触层总厚度的70％的区域。

根据本发明，为了故意地使氢原子保留在特定区域中，不使用根据现有技术的这样的热处理方法作为有效的技术方法，该热处理方法使得与所添加的p型杂质一起构成电惰性合成物的几乎所有的氢原子排出到层的外面。在本发明中，在通过添加p型杂质形成包含p型杂质的层之后，在主要由惰性气体构成的气氛中进行热处理，以形成其中故意地允许一些氢原子保留的区域。用于生长的生长炉可以用于该热处理。

在冷却步骤中，在完成p型接触层的生长之后，在主要由惰性气体构成的气氛中以控制的速率冷却该层，以形成其中允许一些氢原子保留的区域。当冷却开始时的温度(即例如p型接触层的形成温度)相同时，如果冷却速率很大，其中故意地允许氢原子保留的区域的宽度(厚度)减小。当冷却速率相同时，如果冷却开始的温度很高，其中故意地允许氢原子保留的区域的宽度(厚度)减小。

可以在惰性气体例如氮气(N₂)、氩(Ar)或氦(He)与氢气(H₂)的混合气氛中进行对p型接触层的冷却。当在具有较大的氢体积比率的气氛中进行冷却时，其中故意地允许氢原子保留的区域的宽度(厚度)增大。

除了冷却开始温度、冷却速率和气氛构成以外，其中故意地允许氢原子的一部分保留的区域的宽度(厚度)还根据冷却装置的形状而变化。因此，虽然不能一概地确定冷却速率，但是当在95体积％的氮气和5体积％的氢气的混合气氛中将掺有Mg的GaN层从作为生长温度的1,050℃冷却至室温时，适合用于形成其中故意地允许氢原子保留的区域的冷却速率通常为每分钟40至120℃。在含铝层例如Al_XGa_YN(0＜X，Y＜1，X+Y＝1)层的情况下，较小(较慢)的冷却速率是容许的。

即使当改变在冷却时的冷却速率和气氛气体的构成时，掺杂到p型接触层中的p型杂质的原子浓度的分布也几乎不改变。因此，当预先检测了冷却速率与包含在p型接触层中的氢原子的缩减比率的依赖关系时，可以通过基于该缩减比率调整冷却速率等，在p型接触层的深部处形成其p型杂质与氢原子之间的原子浓度为约1∶1的区域。

通过改变材料和组成，可以改变n型导电透光材料的特性，具体地说载流子浓度。根据n型导电透光材料的特性，通过降低氢原子浓度，可以在p型接触层的表面层区域中形成包含大量电活性的p型杂质的低阻区。在仅仅由惰性气体构成的气氛中进行冷却是有效的。例如，在由氮气、氩或氦构成的气氛中进行冷却是有效的。具体地，在通过例如MOCVD方法生长p型接触层之后，将构成生长时的气氛的氢气切换为主要由氮气构成的气氛，并且进行冷却。从而，在冷却时以上述优选比例包含氢气的气氛中，在p型接触层的深部处，形成故意地包含大量氢原子的区域，并且此后通过将构成该气氛的气体改变为主要由惰性气体构成的气氛进行冷却，以便在其中故意地允许大量氢原子保留的深部形成高阻区，同时在其中氢原子的浓度不高于在深部处的区域的氢浓度的1/3的表面层区域处形成p型接触层作为低阻区。

在p型接触层的表面层区域中形成低阻区时的冷却速率优选大于(快于)用于形成其中允许大量氢原子保留的深部处的区域的冷却速率。可以想到在主要由包括氢和氮的化合物例如氨(NH₃)的气体构成的气氛中进行用于在p型接触层的表面层区域中形成低阻层的冷却操作，但这不是理想的，因为在冷却期间由于在一些情况下氢与氮之间的化学键的开放而放出的氢(原子)侵入p型接触层的表面层区域。

关于n型半导体层和发光层，已知具有各种组成和各种结构的那些层，可以没有任何限制地在本发明中使用包括这样的已知的层的那些层。对于负电极，也公知各种组成和各种结构。可以没有任何限制地在本发明中使用包括这些已知的电极的负电极。

通过在本领域中公知的方法整体添加透明覆盖层(cover)，根据本发明的氮化镓基化合物半导体发光器件可以用于构成灯。通过使本发明的氮化镓基化合物半导体发光器件与包含磷光体的覆盖层组合，还可以制造白色灯。

实例

下文中，将参考其实例详细说明本发明，但本发明不限于仅仅这些实例。

(实例1)

该实例将具体说明具有ITO正电极的GaN基化合物半导体LED，其中该ITO正电极直接设置在包括其中故意地允许氢保留的区域的p型GaN半导体层上。

图2示出用于制造在该实例中所述的LED 10的外延层叠结构11的示意性截面视图。图3示出LED 10的示意性平面视图。

在由c面((0001)晶面)的蓝宝石构成的衬底101上，通过由AlN形成的缓冲层(未示出)，连续层叠以下层形成层叠结构11：未掺杂的GaN层(层厚度＝2μm)102；硅(Si)掺杂的n型GaN层(层厚度＝2μm，载流子浓度＝1×10¹⁹cm^-3)103；Si掺杂的n型Al_0.07Ga_0.93N包覆层(层厚度＝12.5nm，载流子浓度＝1×10¹⁸cm^-3)104；具有多量子阱结构的发光层105，包括6层Si掺杂的GaN势垒层(层厚度＝14.0nm，载流子浓度＝1×10¹⁸cm^-3)和5层未掺杂的In_0.20Ga_0.80N阱层(层厚度＝2.5nm)；Mg掺杂的p型Al_0.07Ga_0.93N包覆层(层厚度＝10nm)106；以及Mg掺杂的p型GaN接触层(层厚度＝100nm)107。通过普通的真空MOCVD方法生长层叠结构11的各构成层102至107。

具体地，通过以下工序生长Mg掺杂的p型GaN接触层107。

(1)在完成Mg掺杂的p型Al_0.07Ga_0.93N包覆层106的生长之后，将生长反应炉内的压力设定为2×10⁴帕斯卡(Pa)。

(2)通过使用三甲基镓和氨作为起始材料以及双环戊二烯基镁(bis-Cp₂Mg)作为Mg的掺杂源，在1,050℃下开始Mg掺杂的p型GaN层的气相生长。

(3)在4分钟的过程中向生长反应炉中连续地供给三甲基镓、氨和Mg的掺杂源，以生长具有0.1μm的层厚度的Mg掺杂的p型GaN层。

(4)停止向生长反应炉中供给三甲基镓和bis-Cp₂Mg，从而停止Mg掺杂的p型GaN层的生长。

紧接在完成由Mg掺杂的GaN层构成的p型接触层107的气相生长之后，停止对用于加热衬底101的射频感应加热器的电力供给。开始在允许在其中以气相生长各构成层102至107的生长反应炉内部对层叠结构11的冷却。通过使氮气与用于层叠结构11的各构成层的气相生长的氢载气混合，形成冷却时的气氛。氮气与氢气的混合比例为95∶5的体积比。在该状态下，在20分钟的过程中将衬底的温度降低到室温。换句话说，平均冷却速率为每分钟53℃。

在进行冷却降到室温后，从生长反应炉取出层叠结构11，并且通过普通的SIMS分析定量地确定由Mg掺杂的GaN层构成的接触层107中的镁和氢的原子浓度。从表面到深度方向中，Mg原子以基本上恒定的浓度按7×10¹⁹cm^-3的浓度分布。另一方面，氢原子的含量在表面区域中小达约2×10¹⁹cm^-3，但在从表面大于等于30nm的深度处，以6×10¹⁹cm^-3的基本上恒定的浓度存在。因此，这表明在Mg掺杂的p型GaN层107的从与下层106的结界面沿厚度的增加方向延伸至70nm厚度的最深部分处，形成Mg与氢之间的原子浓度之比为约1∶1的区域。根据电流-电压特性(I-V)，估计该区域的电阻为约2kΩ。

通过使用具有p型接触层107的层叠结构11，制造LED 10。首先，对将要在其中形成n型欧姆电极108的区域应用普通的干法蚀刻，从而仅仅在该区域中使Si掺杂的GaN层103的表面暴露。形成包括相互层叠的钛(Ti)和铝(Al)的n型欧姆电极108。在包括其中故意地保留氢的区域的p型接触层的基本上整个表面上，形成由350nm厚的ITO构成的p型欧姆电极109。此外，通过依次连续层叠Ti、Au、Al和Au(其中Ti设置在欧姆电极侧)，在p型欧姆电极109上形成正电极接合衬垫110。

在形成正电极接合衬垫110之后，通过使用研磨料例如金刚石微细粉末，抛光蓝宝石衬底101的背面，最终形成镜面。此后将层叠结构11切片成分离的350μm见方的LED 10。将每个LED 10放置在引线框上，并用金(Au)丝将其引线到引线框。

通过使正向电流在如此安装的LED的欧姆电极108与109之间流动，测量电特性和光发射特性。当正向电流为20mA时，正向电压(Vf)为3.2V。透射到外面的所发射光的波长为455nm。通过普通的积分球测量的光发射输出为10mW。对于形成在具有2英寸直径的圆形衬底的基本上整个表面上的约10,000个LED(除了那些具有缺陷外观的LED以外的产品)，可以没有变化地获得具有这样的特性的LED。

对LED 10进行简单的介电击穿测试。假定突然地施加静电，在电极之间瞬时施加脉冲(正)电压，此后测量在反向上电极之间的短路。在100个样品中，被所施加的1,000V脉冲电压击穿的LED的数量仅为一个。换句话说，反向电压(Vr)的缺陷发生率为1％。

(实例2)

该实例将说明这样的GaN基半导体LED，在该LED上，通过使用与实例1不同的条件，在包括其中故意地允许氢保留的区域的p型GaN半导体层上，使ITO电极形成直接接触。

图2是用于制造该实例的LED 10的外延层叠结构11的示意性截面视图。图3是LED 10的示意性平面视图。

在由c面((0001)晶面)的蓝宝石构成的衬底101上，通过由AlN形成的缓冲层(未示出)，连续层叠以下层形成层叠结构11：未掺杂的GaN层(层厚度＝2μm)102；硅(Si)掺杂的n型GaN层(层厚度＝2μm，载流子浓度＝1×10¹⁹cm^-3)103；Si掺杂的n型Al_0.07Ga_0.93N包覆层(层厚度＝12.5nm，载流子浓度＝1×10¹⁸cm^-3)104；具有多量子阱结构的发光层105，包括6层Si掺杂的GaN势垒层(层厚度＝14.0nm，载流子浓度＝1×10¹⁸cm^-3)和5层未掺杂的In_0.20Ga_0.80N阱层(层厚度＝2.5nm)；Mg掺杂的p型Al_0.07Ga_0.93N包覆层(层厚度＝10nm)106；以及Mg掺杂的p型GaN接触层(层厚度＝100nm)107。允许通过普通的真空MOCVD方法生长层叠结构11的各构成层102至107。

具体地，通过以下工序，允许生长Mg掺杂的p型GaN接触层107。

(1)在完成Mg掺杂的p型Al_0.07Ga_0.93N包覆层106的生长之后，将生长反应炉内的压力设定为2×10⁴帕斯卡(Pa)。

(2)通过使用三甲基镓和氨作为起始材料以及双环戊二烯基镁(bis-Cp₂Mg)作为Mg的掺杂源，在1,050℃下开始Mg掺杂的p型GaN层的气相生长。

(3)在4分钟的过程中向生长反应炉中连续地供给三甲基镓、氨和Mg的掺杂源，以生长具有0.1μm的层厚度的Mg掺杂的p型GaN层。

(4)停止向反应炉中供给三甲基镓和bis-Cp₂Mg，从而停止Mg掺杂的p型GaN层的生长。

紧接在完成由Mg掺杂的GaN层构成的p型接触层107的气相生长之后，停止对用于加热衬底101的射频感应加热器的电力供给。开始在允许在其中以气相生长各构成层102至107的生长反应炉内部对层叠结构11的冷却。通过使氨与用于层叠结构11的各构成层的气相生长的氢载气混合，形成冷却时的气氛。氨具有为氢的0.2％的体积比的浓度。在该状态下，在1分钟30秒的过程中将衬底的温度降低到800℃，停止氨的供给，然后将温度降低到室温。换句话说，平均冷却速率为与实例1中的相同的每分钟53℃。

在进行冷却降到室温后，从生长反应炉取出层叠结构11，并且以与实例1相同的方式，定量地确定由Mg掺杂的GaN层构成的p型接触层107中的镁和氢的原子浓度。从表面到深度方向中，Mg原子以基本上恒定的浓度按1.5×10²⁰cm^-3的浓度分布。另一方面，氢原子的含量基本上恒定为约7.5×10¹⁹cm^-3。因此，在Mg掺杂的p型GaN层107中，Mg与氢之间的原子浓度之比为约2∶1。根据电流-电压特性(I-V)，估计该区域的电阻为约2kΩ。

以与实例1相同的方式，通过在具有p型接触层107的层叠结构11上形成ITO等，制造LED 10。

此后以与实例1相同的方式，将层叠结构11切片成分离的350μm见方的LED 10，然后将每个LED 10放置在引线框上，并用金(Au)丝将其引线到引线框。

通过使正向电流在如此安装的LED的欧姆电极108与109之间流动，测量电特性和光发射特性。当正向电流为20mA时，正向电压(Vf)为3.1V。透射到外面的所发射光的波长为455nm。通过普通的积分球测量的光发射输出为10.5mW。对于形成在具有2英寸直径的圆形衬底的基本上整个表面上的约10,000个LED(除了那些具有缺陷外观的LED以外的产品)，可以没有变化地获得具有这样的特性的LED。

以与实例1相同的方式，对LED 10进行简单的介电击穿测试。假定突然地施加静电，在电极之间瞬时施加脉冲(正)电压，此后测量在反向上电极之间的短路。在100个样品中，被所施加的1,000V脉冲电压击穿的LED的数量仅为一个。换句话说，反向电压(Vr)的缺陷发生率为1％。

工业适用性

根据本发明的氮化镓基化合物半导体发光器件具有优良的光发射输出和较低的驱动电压。因此，其工业效用非常大。

Claims (11)

1.一种氮化镓基化合物半导体发光器件，包括在衬底上由氮化镓基化合物半导体形成和依次层叠的n型半导体层、发光层和p型半导体层，并且正电极和负电极被设置为分别与所述p型半导体层和所述n型半导体层接触，其中，p型杂质和氢原子共存于其中的区域存在于与所述正电极接触的所述p型半导体层中，并且所述正电极的至少与所述p型半导体层接触的部分由n型导电透光材料形成。

2.根据权利要求1的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，在所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域中的氢原子浓度与p型杂质浓度之比为1/10至2/1。

3.根据权利要求2的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，在所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域中的氢原子浓度与p型杂质浓度之比为1/5至1.5/1。

4.根据权利要求3的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，在所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域中氢原子浓度与p型杂质浓度彼此基本上相等。

5.根据权利要求1的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域的厚度是与所述正电极接触的所述整个p型半导体层的厚度的至少40％。

6.根据权利要求5的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述p型杂质和氢原子共存于其中的区域的厚度是与所述正电极接触的所述整个p型半导体层的厚度的至少70％。

7.根据权利要求1的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述n型导电透光材料是选自ITO、TiO₂、ZnO、Bi₂O₃、MgO、ZnAIO、ZnS和SnO₂的至少一种的材料。

8.根据权利要求7的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述n型导电透光材料至少包含ITO。

9.根据权利要求1的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述正电极的由所述n型导电透光材料形成的部分的厚度为35nm至10μm。

10.根据权利要求9的氮化镓基化合物半导体发光器件，其中，所述正电极的由所述n型导电透光材料形成的部分的厚度为100nm至1μm。

11.一种灯，包括根据权利要求1的氮化镓基化合物半导体发光器件。

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