專利名稱：用于發光裝置的增強p型接觸的制作方法
技術領域：
本發明涉及光電子發光半導體裝置，并且更具體地涉及用于這些發光裝置的增強 P型接觸。
背景技術：
本發明人已認識到，III族氮化物材料適用于包括但不局限于發光二極管(LED) 和激光二極管的光電子發光半導體裝置。本發明人還認識到，通常難于為這些類型的發光裝置構造有效的歐姆P型接觸，這是由于這些發光裝置通常使用晶體表面平面有問題的晶片，尤其是在除了 C平面以外的表面平面的情形下。此外，為了避免在P型接觸和基礎111 族氮化物的界面處輸送空穴而產生肖特基勢壘，需要選擇如下P型接觸金屬該金屬具有大于或接近相關聯III族氮化物材料的帶隙和電子親和能總和的逸出功。例如，在P型接觸形成在氮化鎵(GaN)上的情形下，GaN的帶隙是3. 4eV,電子親和能是4. leV，這會需要ρ 型接觸金屬具有超過7eV的逸出功，而假定金屬逸出功通常是< 5. &V，則這是過度需求。在c平面GaN的情形下，可將諸如鈀(Pd)、鎳(Ni)、鉬(Pt)以及金(Au)之類的高逸出功金屬用作P型接觸金屬。然而，本發明人已認識到，這些類型的金屬無法在C平面以外良好地工作，這是由于不同的晶體取向具有不同的表面特性，例如不同的表面化學鍵、不同的表面電子態等等，且變化的表面特性致使其難于在P型接觸界面處控制肖特基勢壘的特征。于是，接觸電阻率變為GaN材料表面特性的函數，而GaN材料的表面特性會根據材料的晶體表面平面而改變。本發明介紹一種發光結構，該發光結構可使用增強的隧穿工藝來消除此種變化并獲得改進的P型接觸。結果是P型接觸可適用于基礎III族氮化物材料的任何平面。
發明內容
根據本發明的各種實施例，提供一種光電子發光半導體裝置，該光電子發光半導體裝置包括活性區域、P型III族氮化物層、η型III族氮化物層、P側金屬接觸層、η側金屬接觸層以及無摻雜的隧穿增強層。活性區域置于P型III族氮化物層和η型III族氮化物層之間，并且構造成響應于電子注入活性區域中而發光。無摻雜的隧穿增強層置于P型 III族氮化物層和P側金屬接觸層之間，以在金屬接觸層和無摻雜的隧穿增強層之間形成金屬半導體界面，并且在無摻雜的隧穿增強層和P型III族氮化物層之間形成帶偏移界面。 P側金屬接觸層的特征在于，為了產生在金屬半導體界面處在無摻雜隧穿增強層中具有相對較高濃度電子載流子的能力，逸出功W滿足以下關系W 彡 e:FF士 0. 02kV
其中，e_AFF是無摻雜隧穿增強層的電子親和能。該無摻雜隧穿增強層和P型III 氮化物層包括導帶和價帶。無摻雜隧穿增強層的價帶的頂部Vl在帶偏移界面處位于P型 III族氮化物層的價帶的頂部V2之上，以產生在帶偏移界面處在無摻雜隧穿增強層中具有相對較高濃度空穴的能力。根據本發明的特定實施例P側金屬接觸層的特征是，費米能級在平衡條件下在金屬半導體界面處位于無摻雜隧穿增強層的導帶的底部的大約0. 025eV之內或之上；該無摻雜隧穿增強層的電子親和能e_AFF在大約3. SeV和大約5eV之間；該ρ側金屬接觸層的逸出功W小于大約4. 5eV ；III族氮化物層的價帶頂部在帶偏移界面處低于無摻雜隧穿增強層的價帶頂部；無摻雜隧穿增強層包括小于大約20mm的厚度；以及在金屬半導體界面處在無摻雜隧穿增強層中產生的相對較高濃度的電子載流子以及在帶偏移界面處在無摻雜隧穿增強層中產生的相對較高濃度的空穴會使無摻雜隧穿增強層中的相對應有效隧穿長度減小至如下數值該數值小于所述無摻雜隧穿增強層的厚度。
在結合以下附圖閱讀以后就會很好地理解本發明的各具體實施例的以下詳細說明，其中相同的結構用相同的標號來表示，且其中圖1示出包含本發明增強ρ型接觸的一種類型的光電子發光半導體裝置；圖2是示出本發明的一種類型增強ρ型接觸的特征的能帶圖；以及圖3是代表電子載流子和空穴在包含本發明增強ρ型接觸的光電子發光半導體裝置的無摻雜隧穿增強層中的分布的圖表。
具體實施例方式圖1示出根據本發明的使用增強ρ型接觸的光電子發光半導體裝置的一種類型。 更確切地說，圖1示出在激光二極管晶片100范圍內的增強P型接觸，該激光二極管晶片 100包括多量子勢阱活性區域10、P型III族氮化物層20、η型III氮化物層30、ρ側金屬接觸層40、η側金屬接觸層50以及無摻雜的隧穿增強層60。應由實踐所披露技術的那些技術人員理解的是，本發明的概念可適用于各種發光半導體裝置，包括但不局限于激光二極管和發光二極管的傳統和待開發的構造。如圖1所示，活性區域10置于ρ型III族氮化物層20和η型III族氮化物層30 之間，并且構造成響應于電子注入活性區域10中而發光。無摻雜的隧穿增強層60置于P 型III族氮化物層20和ρ側金屬接觸層40之間，以在金屬接觸層40和無摻雜的隧穿增強層60之間形成金屬半導體界面45，并且在無摻雜的隧穿增強層60和ρ型III族氮化物層 20之間形成帶偏移界面25。為了產生在金屬半導體界面45處在無摻雜隧穿增強層60中具有相對較高濃度電子載流子的能力，P側金屬接觸層40的逸出功W應滿足以下關系W ≤ e 士 0. 025eV其中，e_AFF是無摻雜隧穿增強層60的電子親和能。實踐本技術的那些技術人員應發現有用的是，確保使無摻雜隧穿增強層60的電子親和能e_AFF在大約3. SeV和大約5eV 之間，并且使P側金屬接觸層20的逸出功W小于大約4. kV。將無摻雜隧穿增強層的電子親和能e_AFF和ρ側金屬接觸層的逸出功選定成，使得金屬半導體界面并不支持肖特基勢壘。雖然ρ側金屬接觸層40可由各種導電材料形成，但應注意到，為了說明目的，鈦、 銦、鋅、鎂或它們的合金是合適的候選材料。還設想諸如銦錫氧化物之類的導電金屬氧化物。通常，P側金屬接觸層的逸出功W小于大約4. kV。更一般而言，P側金屬接觸層的逸出功W應比接近于鈀、鎳、鉬和金之類金屬的逸出功更接近于鈦、銦、鋅和鎂之類金屬的逸出功。此外，為了產生在帶偏移界面25處在無摻雜隧穿增強層60中具有相對較高濃度的空穴的能力。參見圖2，無摻雜隧穿增強層60和ρ型III族氮化物層20各自包括導帶和價帶，且相對應的頂部/底部被分別標為Cl、VI、C2、V2。這些能帶在它們之間限定相對應的能帶隙BG1、BG2。為了有助于產生在帶偏移界面處在無摻雜隧穿增強層中具有相對較高濃度空穴的能力，無摻雜隧穿增強層的價帶的頂部Vl在帶偏移界面處位于ρ型III族氮化物層的價帶的頂部V2之上。實際上，通常較佳地是，確保使III族氮化物層的價帶頂部 V2比價帶頂部Vl至少低大約IOOmeV,以激活來自III族氮化物層20的受主，但應注意確保使價帶的頂部V2并不會低至產生附加的勢壘。在圖2所示的實施例中，無摻雜隧穿增強層60的能帶隙BGl完全位于III族氮化物層20的能帶隙BG2內。在一些情形下，僅僅較佳地是，確保使無摻雜隧穿增強層的能帶隙小于III族氮化物層的能帶隙。在圖1中示意地示出并且在圖3中以圖表示出在無摻雜隧穿增強層60的兩個相對界面處的前述相對較高濃度的電子載流子和空穴。在金屬半導體界面45處在無摻雜隧穿增強層60中產生的相對較高濃度的電子載流子以及在帶偏移界面25處在無摻雜隧穿增強層中產生的相對較高濃度的空穴會使無摻雜隧穿增強層60中的相對應有效隧穿長度減小至如下數值該數值小于無摻雜隧穿增強層60的厚度。于是，本發明的增強ρ型接觸可用于確保使金屬半導體界面45并不支持肖特基勢壘。雖然設想到較寬范圍的厚度可適合于增強ρ型接觸，但應注意到，無摻雜隧穿增強層60包括小于大約20nm的厚度，或者更窄地小于大約5θΑ的厚度。在本發明的特定實施例中，無摻雜隧穿增強層60包括III族氮化物。合適的III族氮化物包括但不局限于鎵、 銦、鋁或它們的組合，例如氮化銦鎵(InGaN)、氮化銦鋁(InAlN)、氮化鋁鎵(AWaN)、氮化鎵 (GaN)、氮化銦鋁鎵(IniUGaN)等等。如圖2所示，ρ側金屬接觸層40的特征在于費米能級EF在平衡條件下大約等于在金屬半導體界面45處無摻雜隧穿增強層60的導帶的底部或者高達大約高于該底部2禮在一些情形下，僅僅確保使費米能級在導帶的底部的大約IeV內就足以。應注意到的是，在此對于以特定方式“構造”成具有特定性能或功能的本發明部件的列舉與預定使用的列舉相反是結構性列舉。更具體地說，在此對于“構造”部件的方式的列舉代表部件的現有的物理條件，且同樣視作對于部件的結構特征的有限列舉。應注意到，本文所使用的“較佳地”、“通常”以及“典型地”之類的術語并不用于限制所要求的發明范圍，或者暗示對于所要求發明的結構或功能是臨界的、基本的或甚至重要的某些特征。此外，這些術語僅僅意指識別本發明實施例的特定方面，或者強調在本發明的特定實施例中可或不可使用的替代或附加特征。為描述并限定本發明，應注意到的是在此使用的術語“大約”代表不確定度的固有程度，該不確定度可屬于任何定量比較、數值、測量值或其它表述。由于已詳細描述本發明的主題并參照其具體實施例，因而將顯而易見的是，可能有不會超出本發明限定在所附權利要求中的范圍的修改和變型。更確切地說，雖然在此將本發明的一些方面認定為較佳的或尤其有利的，但可設想的是，本發明不需要局限于這些方面。應注意到，以下權利要求中的一項或多項將術語“其特征在于”作為過渡表述。為了限定本發明，應注意到，該術語在權利要求中引作開放性過渡表述，并用于引入一系列結構特征的列舉，并且應以類似地方式解釋成更通常使用的開放性前序術語“包括”。
權利要求
1.一種光電子發光半導體裝置，包括活性區域、P型III族氮化物層、η型III族氮化物層、P側金屬接觸層、η側金屬接觸層以及無摻雜的隧穿增強層，其中所述活性區域置于所述P型III族氮化物層和所述η型III族氮化物層之間，并且構造成響應于電子注入所述活性區域中而發光；所述無摻雜的隧穿增強層置于所述P型III族氮化物層和所述P側金屬接觸層之間， 以在所述金屬接觸層和所述無摻雜的隧穿增強層之間形成金屬半導體界面，并且在所述無摻雜的隧穿增強層和所述P型III族氮化物層之間形成帶偏移界面；所述P側金屬接觸層的特征在于，為了產生在所述金屬半導體界面處在所述無摻雜隧穿增強層中具有相對較高濃度電子載流子的能力，逸出功W滿足以下關系 W 彡 e、FF±0. 025eV其中，e_AFF是所述無摻雜隧穿增強層的電子親和能； 所述無摻雜隧穿增強層和所述P型III氮化物層包括導帶和價帶；以及所述無摻雜隧穿增強層的價帶的頂部Vl在所述帶偏移界面處位于所述ρ型III族氮化物層的價帶的頂部V2之上，以產生在所述帶偏移界面處在所述無摻雜隧穿增強層中具有相對較高濃度空穴的能力。
2.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述P側金屬接觸層的特征是，費米能級在平衡條件下在所述金屬半導體界面處高于所述無摻雜隧穿增強層的導帶的底部；所述無摻雜隧穿增強層的電子親和能e_AFF在大約3. SeV和大約5eV之間； 所述P側金屬接觸層的逸出功W小于大約4. 5eV ； 所述無摻雜隧穿增強層包括小于大約20mm的厚度；以及在所述金屬半導體界面處在所述無摻雜隧穿增強層中產生的相對較高濃度的電子載流子以及在所述帶偏移界面處在所述無摻雜隧穿增強層中產生的相對較高濃度的空穴會使所述無摻雜隧穿增強層中的相對應有效隧穿長度減小至如下數值所述數值小于所述無摻雜隧穿增強層的厚度。
3.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述ρ側金屬接觸層的特征是，費米能級在平衡條件下大約等于在所述金屬半導體界面處在所述無摻雜隧穿增強層的導帶的底部。
4.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述ρ側金屬接觸層的特征是，費米能級在平衡條件下大約等于在所述金屬半導體界面處在所述無摻雜隧穿增強層的導帶的底部或者高達大約比所述底部高2禮
5.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述ρ側金屬接觸層的特征是，費米能級在平衡條件下位于在所述金屬半導體界面處在所述無摻雜隧穿增強層的導帶的底部的大約IeV內。
6.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于所述無摻雜隧穿增強層的電子親和能e_AFF在大約3. SeV和大約5eV之間；以及所述P側金屬接觸層的逸出功W小于大約4. 5eV0
7.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，將所述無摻雜隧穿增強層的電子親和能e_AFF和所述ρ側金屬接觸層的逸出功W選定成，使得所述金屬半導體界面并不支持肖特基勢壘。
8.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述III族氮化物層的價帶的頂部在所述帶偏移界面處比所述無摻雜隧穿增強層的價帶的頂部至少大約低0. IeV0
9.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述無摻雜隧穿增強層的能帶隙完全位于所述III族氮化物層的能帶隙內。
10.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述無摻雜隧穿增強層的能帶隙小于所述III族氮化物層的能帶隙。
11.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，在所述金屬半導體界面處在所述無摻雜隧穿增強層中產生的相對較高濃度的電子載流子以及在所述帶偏移界面處在所述無摻雜隧穿增強層中產生的相對較高濃度的空穴會使所述無摻雜隧穿增強層中的相對應有效隧穿長度減小至如下數值所述數值小于所述無摻雜隧穿增強層的厚度。
12.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述無摻雜隧穿增強層包括小于大約20nm的厚度。
13.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述無摻雜隧穿增強層包括小于大約50A的厚度。
14.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述無摻雜隧穿增強層包括III族氮化物。
15.如權利要求14所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述III族氮化物包括鎵、銦、鋁或它們的組合。
16.如權利要求14所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述III族氮化物包括 InGaN0
17.如權利要求14所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述III族氮化物包括 InAlN0
18.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述ρ側金屬接觸層包括鈦、銦、鋅、鎂或它們的合金。
19.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述ρ側金屬接觸層的逸出功W小于大約4. 5eV0
20.如權利要求1所述的光電子發光半導體裝置，其特征在于，所述ρ側金屬接觸層的逸出功W比接近于鈀、鎳、鉬和金之類金屬的逸出功更接近于鈦、銦、鋅和鎂之類金屬的逸出功。
全文摘要
提供一種光電子發光半導體裝置，該光電子發光半導體裝置包括活性區域(10)、p型III族氮化物層(20)、n型III族氮化物層(30)、p側金屬接觸層(40)、n側金屬接觸層(50)以及無摻雜的隧穿增強層(60)。P側金屬接觸層的特征在于逸出功W滿足以下關系W≤e-AFF±0.025eV其中，e-AFF是無摻雜隧穿增強層的電子親和能。該無摻雜隧穿增強層和p型III氮化物層包括導帶和價帶。無摻雜隧穿增強層的價帶的頂部V1在帶偏移界面處位于p型III族氮化物層的價帶的頂部V2之上，以產生在帶偏移界面處在無摻雜隧穿增強層中具有相對較高濃度空穴的能力。披露并要求附加的實施例。
文檔編號H01L33/02GK102498584SQ201080039743
公開日2012年6月13日 申請日期2010年9月2日 優先權日2009年9月3日
發明者C-E·扎, D·斯佐夫, J·納帕勒拉, R·巴特, 奚靜群 申請人:康寧股份有限公司