CN102044605A - 半导体发光设备及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
半导体发光设备及其制造方法。公开了一种半导体发光设备。该半导体发光设备包括：基板；以网状网形状形成在所述基板上的电流集中防止图案；形成在载有所述电流集中防止图案的所述基板上的n型覆层；依次形成在所述n型覆层上的有源层和p型覆层；形成在所述n型覆层的通过对所述p型覆层和有源层进行部分蚀刻而露出的一部分上的n型电极；以及形成在所述p型覆层上的p型电极。所述电流集中防止图案形成为双层结构，该双层结构包括由SiO和SiN中的一种材料形成在所述基板上的第一层、和由金属材料形成在所述第一层上的第二层。
Description
技术领域
本公开涉及半导体发光设备，更具体地，涉及适于通过均匀电流提高可靠性的半导体发光设备。
背景技术
本申请要求2009年10月22日提交的韩国专利申请No.10-2009-0100922的优先权，此处以引证的方式并入其全部内容。
总体而言，发光二极管(LED)具有包括了在结晶基板上依次外延生长的n型半导电层、发光层、和p型半导电层的基本结构。发光层可以形成为双异质(DH：double hetero)结构、单量子阱(SQW)结构、和多量子阱(MQW)结构中的一种。Sic基板、GaN基板、蓝宝石基板等中的任一种都可以用作结晶基板。n型半导电层、结晶基板、和p型半导电层分别形成为包括出口电极(outlet electrode)。
图1是示意性示出根据相关技术的半导体发光设备的结构的截面图。参照图1，该半导体发光设备在结构上包括适于透光的蓝宝石基板1、形成在蓝宝石基板1上的缓冲层10、和在缓冲层10上形成的n型覆层20、有源层30和p型覆层40的依次层叠的层。
有源层具有包含InGaN的MQW结构。通过执行外延生长工艺，依次形成n型覆层20、有源层30、和p型覆层40。通过执行台面蚀刻工艺，从n型覆层20部分地去除了p型覆层40与有源层30，从而露出n型覆层20的上表面的一部分。
该发光设备还包括形成在n型覆层20的部分露出的上表面上的n型电极、和依次层叠在p型覆层40上的透明导电层50和p型电极60。透明导电层50由氧化铟锡(ITO)等形成。
以这样的方式，该半导体发光设备使用具有透光属性的蓝宝石基板1作为非导电基板。在制造具有蓝宝石基板1的半导体发光设备的同时，分别在外延生长出的层的上表面上形成p型电极60与n型电极70。
这样的半导体发光设备造成在p型电极60与n型电极70之间流动的电流过度地集中到p型覆层40与有源层30的经过蚀刻的表面。电流的这种局部过度集中的现象使得使用蓝宝石基板1的半导体发光设备的可靠性恶化。
发明内容
因此，本发明的实施方式致力于一种半导体发光设备及其制造方法，其基本上消除了由相关技术的局限和缺点而引起的一个或更多个问题。
本公开的目的是提供一种半导体发光设备及其制造方法，其适于防止电流的局部集中现象并且适于提高可靠性。
本公开的另一个目的是提供一种半导体发光设备，该半导体发光设备具有这样一种结构，该结构包括在n型覆层上形成为SiO或SiN层与金属层的双层结构并电连接到该n型覆层的电流集中防止图案。
实施方式的附加特征和优点将在下面的描述中描述且将从描述中部分地显现，或者可以通过实施方式的实践来了解。通过书面的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构可以实现和获得实施方式的优点。
根据本发明的实施方式一个总的方面，一种半导体发光设备包括：基板；以网状网形状形成在所述基板上的电流集中防止图案；形成在载有所述电流集中防止图案的所述基板上的n型覆层；依次形成在所述n型覆层上的有源层和p型覆层；形成在所述n型覆层的通过对所述p型覆层和有源层进行部分蚀刻而露出的一部分上的n型电极；以及形成在所述p型覆层上的p型电极。所述电流集中防止图案形成为双层结构，该双层结构包括由SiO和SiN中的一种材料形成在所述基板上的第一层、和由金属材料形成在所述第一层上的第二层。
根据本公开实施方式的另一方面的一种半导体发光设备包括：基板；形成在所述基板上的第一n型覆层；以网状网形状形成在所述第一n型覆层上的电流集中防止图案；形成在载有所述电流集中防止图案的所述第一n型覆层上的第二n型覆层；依次形成在所述第二n型覆层上的有源层和p型覆层；形成在所述第一n型覆层的通过对所述p型覆层、有源层和第二n型覆层进行部分蚀刻而露出的一部分上的n型电极；以及形成在所述p型覆层上的p型电极。所述电流集中防止图案形成为双层结构，该双层结构包括由SiO和SiN中的一种材料形成在所述基板上的第一层、和由金属材料形成在所述第一层上的第二层。
根据本发明的一个总的方面，一种制造半导体发光设备的方法包括以下步骤：提供覆盖有缓冲层的蓝宝石基板；在所述蓝宝石基板上首先生长硅氧化物层或硅氮化物层，并接着在所述硅氧化物(SiO)层或硅氮化物(SiN)层上生长金属层；以网状网形状形成电流集中防止图案；在所述蓝宝石基板的具有所述电流集中防止图案的整个表面上依次形成n型覆层、有源层和p型覆层；在所述p型覆层上形成透明导电层；通过执行台面蚀刻工艺来部分地去除所述透明导电层、p型覆层和有源层，以露出所述n型覆层和所述电流集中防止图案的部分；以及以固定厚度蚀刻所述n型覆层的一部分，以露出所述电流集中防止图案的一部分，其中，在所述透明导电层上形成p型电极，并且在所述n型覆层与电流集中防止图案的露出部分上形成n型电极。
一种制造半导体发光设备的方法包括以下步骤：提供覆盖有缓冲层的蓝宝石基板；在所述缓冲层上形成第一n型覆层；在所述第一n型覆层的整个表面上首先生长硅氧化物(SiO)层或硅氮化物(SiN)层，接着在所述硅氧化物层或硅氮化物层上生长金属层；以网状网形状形成电流集中防止图案；在所述蓝宝石基板的具有所述电流集中防止图案的整个表面上依次形成第二n型覆层、有源层以及p型覆层；在所述p型覆层上形成透明导电层；通过执行台面蚀刻工艺来部分地去除所述透明导电层、p型覆层和有源层，以露出所述第二n型覆层和所述电流集中防止图案的部分；以及以固定厚度蚀刻所述第二n型覆层的一部分，以露出所述电流集中防止图案的一部分，其中，在所述透明导电层上形成p型电极，并且在所述第二n型覆层与电流集中防止图案的露出部分上形成n型电极。
在对下面的附图和详细描述的研究之后，其它系统、方法、特征和优点对于本领域的技术人员来说将是或将变得明显。意欲将所有这种附加的系统、方法、特征和优点包括在本描述中，使其落入在本发明的范围之内，并且得到下面的权利要求的保护。本部分中任何内容不应作为对那些权利要求的限制。结合本实施方式，下面讨论其它的方面和优点。应当理解，本公开的上述一般描述和下述详细描述是示例性和说明性的，且旨在提供所要求保护的本公开的进一步解释。
附图说明
附图被包括在本申请中以提供对本发明实施方式的进一步理解，并结合到本申请中且构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本公开。附图中：
图1是示意性示出根据相关技术的半导体发光设备的结构的截面图；
图2是示出根据本公开的第一实施方式的半导体发光设备的截面图；
图3是示出在图2中的基板上形成的非均匀集中的电流防止图案的平面图；以及
图4是示出根据本公开的第二实施方式的半导体发光设备的截面图。
具体实施方式
下面将详细描述本公开的实施方式，在附图中例示出了其示例。在下文中介绍的这些实施方式被提供作为示例，以向本领域的普通技术人员传达其精神。因此，这些实施方式以不同的形式来实施，由此不限于在此所描述的这些实施方式。另外，为了便于说明附图，设备的尺寸和厚度可能被夸大地表示。在可能的情况下，相同的标号在包括附图的本公开中代表相同或类似部件。
此外，应当理解，当在实施方式中把诸如基板、层、区、膜、或电极的元件表示为形成在另一个元件“上”或“下”时，该元件可以直接位于该另一个元件上或下，或者可以存在居间的元件(间接)。将基于附图来确定术语在元件“上”或“下”。在附图中，为了清楚而夸大了元件的尺寸，但是这些边并不表示元件的实际尺寸。
图2是示出了根据本公开的第一实施方式的半导体发光设备的截面图。参照图2，该半导体发光设备包括适于透光的基板100、形成在基板100上的缓冲层110、以及形成在缓冲层110上的电流集中防止图案180。该半导体发光设备还包括形成在电流集中防止图案180上的n型覆层120、以包括InGaN的MQW结构形成在n型覆层120上的有源层130、以及形成在有源层130上的p型覆层140。通过台面蚀刻工艺从n型覆层120部分地去除p型覆层140和有源层130，由此露出n型覆层120的上表面的一部分。
该半导体发光设备还包括依次层叠在p型覆层140上的透明导电层150和p型电极160、和形成在n型覆层120的露出的上表面上的n型电极170。透明导电层150可以由ITO等形成。
基板100由适于外延生长单晶体的材料形成。例如，可以使用诸如蓝宝石基板、碳化硅(SiC)基板等混合材料基板和诸如氮化物基板等均质材料基板作为用于半导体发光设备的基板。优选地，使用蓝宝石基板作为用于半导体发光设备的基板。
缓冲层110用于改善n型覆层120与基板100之间的晶格匹配。为此，在形成n型覆层120之前在基板100上形成缓冲层110。这样的缓冲层110可以由AIN和GaN中的一种形成。
n型覆层120可以由掺杂有n型导电杂质的GaN和AlGaN中的一种形成。例如，可以将Si、Ge、Sn等中的一种用作n型导电杂质。优选地，n型导电杂质使用Si。类似地，p型覆层140可以由掺杂有p型导电杂质的GaN和AlGaN中的一种形成。实际上，Mg、W、Zn、Be等中的一种可以用作p型导电杂质。优选地，将Mg用作p型导电杂质。
有源层130被构造成包括以MQW结构形成的InGaN层和GaN层中的一种。MQW结构被形成为包括多个微带(mini-bands)。这样，MQW结构可以通过小电流来发光，并且可以具有较好的能效。因此，与SQW结构相比，MQW结构可以向半导体发光设备提供更高的发光输出和更好的电气特性。
第一实施方式的半导体发光设备中所包括的p型覆层140与有源层130被部分地蚀刻以露出n型覆层120的上表面的一部分和电流集中防止图案180的一部分。同时，对n型覆层120的一部分进行蚀刻，直到露出电流集中防止图案180的一部分为止。据此，n型电极170形成在电流集中防止图案180的露出部分上，并且形成在电流集中防止图案180的露出部分之间的n型覆层120的露出的上表面上。另一方面，形成在透明导电层150上的p型电极160用作反射和结合金属(reflecting and bonding metal)。
透明导电层150被用于改善半导体发光设备的电流扩散效果。为此，透明导电层150使得该半导体发光设备的电流注入区域能够扩展。这样的透明导电层150优选地由从包括ITO、TO(氧化锡)、IZO(氧化铟锌)、ITZO(氧化铟锡锌)、TCO(透明导电氧化物)等的组中选出的一种材料形成。
电流集中防止图案180以双层结构形成。该双层包括形成在覆盖有缓冲层110的蓝宝石基板100上的硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层180a、和层叠在硅氧化物或硅氮化物层180a上的金属层180b。电流集中防止图案180的露出部分电连接到设置在n型覆层120的露出部分上的n型电极170。
电流集中防止图案180形成为网状网，如图3所示。更具体地说，通过首先以网状网形状在缓冲层110上生长硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层180a并接着在硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层180a上生长金属层180b而形成电流集中防止图案180。硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层180a与金属层180b彼此电连接。
以这样的方式，电流集中防止图案180以网状网形状形成在覆盖有缓冲层110的蓝宝石基板100上。这样，电流集中防止图案180可以电连接到设置在n型覆层120的位于电流集中防止图案180的部分之间的露出部分上的n型电极。
为了制造该半导体发光设备，通过在覆盖有缓冲层110的蓝宝石基板100上首先生长硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层180a并接着在SiO或SiN层180a上生长金属层180b，以网状网形状来形成电流集中防止图案180。之后，通过外延生长工艺将n型覆层120、有源层130、以及p型覆层140依次形成在设置有电流集中防止图案180的蓝宝石基板100的整个表面上。另外，在p型覆层140上形成透明导电层150。通过执行台面蚀刻工艺，部分地去除透明导电层150、p型覆层140以及有源层130以露出n型覆层120与电流集中防止图案180的部分。同时，为了露出电流集中防止图案180的一部分，以固定厚度对n型覆层的一部分进行蚀刻。最后，在透明导电层150上形成p型电极160，并且在n型覆层120与电流集中防止图案180的露出部分上同时形成n型电极170。
类似地，在制造工艺中，相关技术的使用蓝宝石基板1的半导体发光设备不仅迫使p型电极60和n型电极70形成在外延生长出的表面上，而且还迫使p型覆层140与有源层130被部分地蚀刻。然而，该半导体发光设备导致了局部过度集中现象，即，电流过度地集中到p型覆层40与有源层30的露出了n型覆层20的上表面的部分的蚀刻后的表面。
按照不同的方式，根据本公开的第一实施方式的半导体发光设备使得在蓝宝石基板100上能够形成电连接到n型电极170的电流集中防止图案180。这样，在电流集中防止图案180上均匀地分散了过度集中到p型覆层140、有源层130、以及n型覆层120的露出表面的电流。因此，被构造成使用蓝宝石基板100的该半导体发光设备可以防止电流的局部过度集中，而且提高了可靠性。
图4是示出了根据本公开的第二实施方式的半导体发光设备的截面图。如图4所示，第二实施方式的半导体发光设备包括适于透光的基板100、形成在基板100上的缓冲层110、形成在缓冲层110上的第一n型覆层215、以及形成在第一n型覆层215上的电流集中防止图案280。该半导体发光设备还包括形成在载有电流集中防止图案280的第一n型覆层215上的第二n型覆层220、以包括InGaN的MQW结构形成在第二n型覆层220上的有源层130、以及形成在有源层130上的p型覆层140。该半导体发光设备还包括依次层叠在p型覆层140上的透明导电层150和p型电极160、和形成在第二n型覆层220的部分露出的上表面上的n型电极170。透明导电层150可以由ITO等形成。
通过执行台面蚀刻工艺，从第二n型覆层220上部分地去除了p型覆层140和有源层130。同时，以固定厚度蚀刻了第二n型覆层220。这样，露出了第二n型覆层220的上表面的一部分。
基板100由适于外延生长单晶体的材料形成。例如，可以使用诸如蓝宝石基板、碳化硅(SiC)基板等的混合材料基板和诸如氮化物基板等的均质材料基板作为用于半导体发光设备的基板。优选地，使用蓝宝石基板作为第二实施方式的用于半导体发光设备的基板100。
缓冲层110用于改善第一n型覆层215与基板100之间的晶格匹配。为此，在形成第一n型覆层215之前在基板100上形成缓冲层110。这样的缓冲层110可以由AIN和GaN中的一种形成。
第一n型覆层215和第二n型覆层220可以由掺杂有n型导电杂质的GaN和AlGaN中的一种形成。例如，可以将Si、Ge、Sn等中的一种用作n型导电杂质。优选地，n型导电杂质使用Si。
类似地，p型覆层140可以由掺杂有p型导电杂质的GaN和AlGaN中的一种形成。实际上，Mg、W、Zn、Be等中的一种可以用作p型导电杂质。优选地，将Mg用作p型导电杂质。
有源层130可以由InGaN和GaN中的一种材料形成。另外，有源层130可以形成为MQW结构。
透明导电层150用于改善该半导体发光设备的电流扩散效果。为此，透明导电层150使得该半导体发光设备的电流注入区域能够扩展。这样的透明导电层150优选地由从包括ITO、TO(氧化锡)、IZO(氧化铟锌)、ITZO(氧化铟锡锌)、TCO(透明导电氧化物)等的组中选出的一种材料形成。
电流集中防止图案280位于第一n型覆层215与第二n型覆层220之间。另外，电流集中防止图案280形成为双层结构。该双层包括形成在第一n型覆层215上的硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层280a、和层叠在硅氧化物或硅氮化物层280a上的金属层280b。电流集中防止图案280的露出部分电连接到设置在第二n型覆层220的露出部分上的n型电极170。
另外，电流集中防止图案280形成为网状网形状。更具体地说，通过首先以网状网形状在第一n型覆层215上生长硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层280a并接着在硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层280a上生长金属层280b而形成电流集中防止图案280。硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层280a与金属层280b彼此电连接。
为了制造第二实施方式的半导体发光设备，在缓冲层110上外延生长第一n型覆层215之前，在蓝宝石基板100上形成缓冲层110。之后，通过在第一n型覆层215的整个表面上首先生长硅氧化物(SiO)或硅氮化物(SiN)层280a并接着在SiO或SiN层280a上生长金属层280b，以网状网形状来形成电流集中防止图案280。随后，通过外延生长工艺在设置有电流集中防止图案280的第一n型覆层215的整个表面上依次形成第二n型覆层220、有源层130、以及p型覆层140。另外，在p型覆层140上形成透明导电层150。通过执行台面蚀刻工艺，部分地去除透明导电层150、p型覆层140以及有源层130以露出第二n型覆层220与电流集中防止图案280的部分。同时，为了露出电流集中防止图案280的一部分，以固定厚度蚀刻了第二n型覆层220的一部分。最后，在透明导电层150上形成p型电极160，并且在第二n型覆层220与电流集中防止图案280的露出部分上同时形成n型电极170。
如上所述，根据本公开的第二实施方式的半导体发光设备使得在蓝宝石基板100上能够形成电连接到n型电极170的电流集中防止图案280。这样，在电流集中防止图案180的整个区域上均匀地分散了过度集中到p型覆层140、有源层130、以及第二n型覆层220的露出表面的电流。因此，被构造成使用蓝宝石基板100的该半导体发光设备可以防止电流的局部过度集中，而且提高了可靠性。
尽管参照多个示例性实施方式描述了实施方式，应理解的是本领域技术人员可想出落入本公开的原理的精神和范围内的许多其它修改和实施方式。更具体地，在本公开、附图以及所附的权利要求的范围内，在主题组合设置的组成部分和/或设置中可以做出各种变型和修改。除了组成部分和/或设置中的变型和修改之外，替换使用对于本领域技术人员也是明显的。
Claims (12)
1.一种半导体发光设备，该半导体发光设备包括：
基板；
以网状网形状形成在所述基板上的电流集中防止图案；
形成在载有所述电流集中防止图案的所述基板上的n型覆层；
依次形成在所述n型覆层上的有源层和p型覆层；
形成在所述n型覆层的通过对所述p型覆层和有源层进行部分蚀刻而露出的一部分上的n型电极；以及
形成在所述p型覆层上的p型电极，
其中，所述电流集中防止图案形成为双层结构，该双层结构包括由SiO和SiN中的一种材料形成在所述基板上的第一层、和由金属材料形成在所述第一层上的第二层。
2.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述基板被构造成采用蓝宝石基板。
3.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述电流集中防止图案电连接到所述n型电极。
4.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述有源层由InGaN和GaN中的一种材料形成为多量子阱结构。
5.根据权利要求1所述的半导体发光设备，该半导体发光设备还包括形成在所述基板与所述电流集中防止图案之间的缓冲层。
6.一种半导体发光设备，该半导体发光设备包括：
基板；
形成在所述基板上的第一n型覆层；
以网状网形状形成在所述第一n型覆层上的电流集中防止图案；
形成在载有所述电流集中防止图案的所述第一n型覆层上的第二n型覆层；
依次形成在所述第二n型覆层上的有源层和p型覆层；
形成在所述第一n型覆层的通过对所述p型覆层、有源层和第二n型覆层进行部分蚀刻而露出的一部分上的n型电极；以及
形成在所述p型覆层上的p型电极，
其中，所述电流集中防止图案形成为双层结构，该双层结构包括由SiO和SiN中的一种材料形成在所述基板上的第一层、和由金属材料形成在所述第一层上的第二层。
7.根据权利要求6所述的半导体发光设备，其中，所述基板被构造成采用蓝宝石基板。
8.根据权利要求6所述的半导体发光设备，其中，所述电流集中防止图案电连接到所述n型电极。
9.根据权利要求6所述的半导体发光设备，其中，所述有源层由InGaN和GaN中的一种材料形成为多量子阱结构。
10.根据权利要求6所述的半导体发光设备，该半导体发光设备还包括形成在所述第一n型覆层和所述基板之间的缓冲层。
11.一种制造半导体发光设备的方法，该方法包括以下步骤：
提供覆盖有缓冲层的蓝宝石基板；
在所述蓝宝石基板上首先生长硅氧化物层或硅氮化物层，并接着在所述硅氧化物层或硅氮化物层上生长金属层；
以网状网形状形成电流集中防止图案；
在所述蓝宝石基板的具有所述电流集中防止图案的整个表面上依次形成n型覆层、有源层和p型覆层；
在所述p型覆层上形成透明导电层；
通过执行台面蚀刻工艺来部分地去除所述透明导电层、p型覆层和有源层，以露出所述n型覆层和所述电流集中防止图案的部分；以及
以固定厚度蚀刻所述n型覆层的一部分，以露出所述电流集中防止图案的一部分，
其中，在所述透明导电层上形成p型电极，并且在所述n型覆层与电流集中防止图案的露出部分上形成n型电极。
12.一种制造半导体发光设备的方法，该方法包括以下步骤：
提供覆盖有缓冲层的蓝宝石基板；
在所述缓冲层上形成第一n型覆层；
在所述第一n型覆层的整个表面上首先生长硅氧化物层或硅氮化物层，接着在所述硅氧化物层或硅氮化物层上生长金属层；
以网状网形状形成电流集中防止图案；
在所述蓝宝石基板的具有所述电流集中防止图案的整个表面上依次形成第二n型覆层、有源层以及p型覆层；
在所述p型覆层上形成透明导电层；
通过执行台面蚀刻工艺来部分地去除所述透明导电层、p型覆层和有源层，以露出所述第二n型覆层和所述电流集中防止图案的部分；以及
以固定厚度蚀刻所述第二n型覆层的一部分，以露出所述电流集中防止图案的一部分，
其中，在所述透明导电层上形成p型电极，并且在所述第二n型覆层与电流集中防止图案的露出部分上形成n型电极。
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