CN102217103A - Ⅲ族氮化物半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Ⅲ族氮化物半导体发光器件，更具体而言，涉及下述Ⅲ族氮化物半导体发光器件：所述器件包含，其中形成有散射区的衬底；以及多个Ⅲ族氮化物半导体层，其包括在所述衬底上形成并具有第一导电类型的第一Ⅲ族氮化物半导体层、在所述第一Ⅲ族氮化物半导体层上形成并具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型的第二Ⅲ族氮化物半导体层、和位于所述第一和第二Ⅲ族氮化物半导体层间并通过电子和空穴复合产生光的有源层。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种III族氮化物半导体发光器件，更具体而言，涉及下述III族氮化物半导体发光器件：所述器件包括其中形成有散射区的衬底以改善光引出效率(light extraction efficiency)。所述III族氮化物半导体发光器件是指诸如包括由Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)构成的化合物半导体层的发光二极管等发光器件，所述III族氮化物半导体发光器件还可以包含由其它族元素构成的材料(如SiC、SiN、SiCN和CN)，以及由这些材料制成的半导体层。
背景技术
本部分提供了与本发明相关的背景信息，其不一定是现有技术。
图1是常规III族氮化物半导体发光器件的一个实例的视图。该III族氮化物半导体发光器件包括衬底100，在衬底100上生长的缓冲层200，在缓冲层200上生长的n型III族氮化物半导体层300，在n型III族氮化物半导体层300上生长的有源层400，在有源层400上生长的p型III族氮化物半导体层500，在p型III族氮化物半导体层500上形成的p侧电极600，在p侧电极600上形成的p侧焊盘700，在通过台面刻蚀p型III族氮化物半导体层500和有源层400而露出的n型III族氮化物半导体层300上形成的n侧电极800，以及可选的保护膜900。
就衬底100而言，GaN衬底可用作同质衬底。蓝宝石衬底、SiC衬底或Si衬底可用作异质衬底。但是，可采用在其上能够生长有氮化物半导体层的任何类型的衬底。在使用SiC衬底的情况下，可在SiC衬底表面上形成n侧电极800。
外延生长在衬底100上的氮化物半导体层一般通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)来生长。
缓冲层200用来克服异质衬底100与氮化物半导体层之间的晶格常数和热膨胀系数的差异。美国专利第5,122,845号描述了一种于380℃～800℃下在蓝宝石衬底上生长厚度为
的AlN缓冲层的技术。另外，美国专利第5,290,393号描述了一种于200℃～900℃下在蓝宝石衬底上生长厚度为
的Al(x)Ga(1-x)N(0≤x＜1)缓冲层的技术。此外，美国专利申请公开第2006/154454号描述了一种在600℃～990℃下生长SiC缓冲层(晶种层)，以及在其上生长In(x)Ga(1-x)N(0＜x≤1)的技术。优选的是，在生长n型III族氮化物半导体层300前应当生长未掺杂的GaN层。可将其看作缓冲层200或n型III族氮化物半导体层300的一部分。
在n型氮化物半导体层300中，至少n侧电极800形成区(n型接触层)掺杂有杂质。在一些实施方式中，n型接触层由GaN制成并掺杂有Si。美国专利第5,733,796号描述了一种通过调节Si和其他源材料的混合比例而以目标掺杂浓度掺杂n型接触层的技术。
有源层400通过电子和空穴复合产生光量子。例如，有源层400包含In(x)Ga(1-x)N(0＜x≤1)，并具有单量子阱层或多量子阱层。
p型氮化物半导体层500掺杂有诸如Mg等合适的掺杂剂，并通过激活过程具有p型导电性。美国专利第5,247,533号描述了一种通过电子束辐照来激活p型氮化物半导体层的技术。另外，美国专利第5,306,662号描述了一种通过在高于400℃退火来激活p型氮化物半导体层的技术。美国专利申请公开第2006/157714号描述了一种通过使用氨和肼类源材料一起作为氮前体来生长p型氮化物半导体层，从而在没有激活过程的情况下使p型氮化物半导体层具有p型导电性的技术。
提供p侧电极600来促进电流供应给p型氮化物半导体层500。美国专利第5,563,422号描述了一种与透光性电极有关的技术，所述透光性电极由Ni和Au构成，并形成在p型氮化物半导体层500的几乎整个表面上，并且与p型氮化物半导体层500欧姆接触。另外，美国专利第6,515,306号描述了一种在p型氮化物半导体层上形成n型超晶格层并在其上形成由氧化铟锡(ITO)制成的透光性电极的技术。
p侧电极600可形成为厚至不透光而使光反射至衬底100。这种技术称为倒装晶片技术。美国专利第6,194,743号描述了一种与电极结构体有关的技术，所述电极结构体包含厚度超过20nm的Ag层、覆盖该Ag层的扩散阻挡层，以及包含Au和Al并覆盖该扩散阻挡层的结合层。
提供p侧焊盘700和n侧电极800来用于电流供应和外部引线接合。美国专利第5,563,422号描述了一种用Ti和Al形成n侧电极的技术。
可选的保护膜900可由SiO2制成。
可将n型氮化物半导体300或p型氮化物半导体层500构造为单层或多层。通过使用激光技术或湿法刻蚀使衬底100与氮化物半导体层分离而引入立式发光器件。
图2是美国专利第6,657,236号中描述的半导体发光器件的一个实例的视图。在III族氮化物半导体层300中形成具有不同折射率的粗糙表面310来使光散射并因此改善外量子效率。
图3是美国专利第6,657,236号中描述的半导体发光器件的另一实例的视图。在其上形成有凹部110的衬底100上形成具有不同折射率的材料层120(SiO2或氮化物层)，并且在所得的结构体上形成III族氮化物半导体层300，从而改善外量子效率。
图4是美国专利申请公开第2008/121906号中描述的用于制造半导体发光器件的方法的一个实例的视图。利用激光在衬底100中形成沟槽130，然后在衬底100中进一步形成沟槽140。这样，能够很容易地将该发光器件分成单个晶片。例如，激光从衬底100如沟槽130形成侧的相对侧照射到衬底100上，并聚焦在沟槽140将要形成的区域，从而形成沟槽140。
图5是描日本特开平第11-163403号公报中描述的用于制造半导体发光器件的方法的一个实例的视图。利用激光照射在加工损伤层110中形成沟槽130。这样，可将发光器件分成单个晶片。
发明内容
技术方案
这部分提供了本发明的总体概要，而不是其全部范围或全部特征的全面公开。
根据本发明的一个方面，提供了一种III族氮化物半导体发光器件，所述III族氮化物半导体发光器件包括，其中形成有散射区的衬底；以及多个III族氮化物半导体层，所述III族氮化物半导体层包括在所述衬底上形成并具有第一导电类型的第一III族氮化物半导体层、在所述第一III族氮化物半导体层上形成并具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型的第二III族氮化物半导体层，和布置在所述第一III族氮化物半导体层和所述第二III族氮化物半导体层之间并通过电子和空穴复合产生光的有源层。
有益效果
根据本发明的III族氮化物半导体发光器件，所述发光器件的光引出效率能够得到改善。
在一个实施方式中，根据本发明的III族氮化物半导体发光器件，能够在加工顺序无任何限制下形成散射区。
在另一实施方式中，根据本发明的III族氮化物半导体发光器件，能够通过多种散射角改善发光器件的光引出效率。
附图说明
图1是常规III族氮化物半导体发光器件的一个实例的视图。
图2是美国专利第6,657,236号中描述的半导体发光器件的一个实例的视图。
图3是美国专利第6,657,236号中描述的半导体发光器件的另一实例的视图。
图4是美国专利申请第2008/121906号中描述的用于制造半导体发光器件的方法的一个实例的视图。
图5是日本特开平第11-163403号公报中描述的用于制造半导体发光器件的方法的一个实例的视图。
图6是本发明的III族氮化物半导体发光器件的一个实施方式的视图。
图7是本发明的III族氮化物半导体发光器件中提供的衬底的一个实例的视图。
图8是本发明的III族氮化物半导体发光器件中提供的衬底的另一实例的视图。
图9是本发明的III族氮化物半导体发光器件中提供的衬底的又一实例的视图。
图10是本发明用于制造III族氮化物半导体发光器件的方法的一个实施方式的视图。
图11是根据本发明实验例处理的衬底从顶部看时的SEM图像。
图12是其中根据本发明实验例以给定间隔形成散射区的衬底从顶部看时的SEM图像。
图13是包含根据本发明实验例处理的衬底的III族氮化物半导体发光器件从顶部看时的图像。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述本发明。
图6是本发明的III族氮化物半导体发光器件的一个实施方式的视图。该III族氮化物半导体发光器件包括衬底10，在衬底10上外延生长的缓冲层20，在缓冲层20上外延生长的n型III族氮化物半导体层30，在n型III族氮化物半导体层30上外延生长并通过电子和空穴复合产生光的有源层40，在有源层40上外延生长的p型III族氮化物半导体层50，以及散射区90。
衬底10可为蓝宝石衬底。
图7是本发明的III族氮化物半导体发光器件中提供的衬底的一个实例的视图。在衬底10中形成散射区90来使有源层40(参见图6)中产生的光散射。在衬底10的内部部分变形时(如，在蓝宝石衬底的蓝宝石变形时)形成散射区90。因此，散射区90可以形成为多种尺寸或形状，并且一个散射区90可提供多种散射角。可横向或纵向穿过衬底10的顶表面和底表面间的空间来连续地形成散射区90。P代表光路的一个实例。
图8是本发明的III族氮化物半导体发光器件中提供的衬底的另一实例的视图。可形成多个散射区90。散射区90可无规则地或以给定间隔分布。在一些特定的实施方式中，散射区90以给定间隔形成以使散射区90平均分布。P代表光路的另一实例。
图9是本发明的III族氮化物半导体发光器件中提供的衬底的又一实例的视图。通过横向穿过衬底10的顶表面和底表面间的空间来以给定间隔连续地形成散射区90。
下面，将用蓝宝石衬底作为实例来描述本发明用于制造III族氮化物半导体发光器件的方法。
图10是本发明用于制造III族氮化物半导体发光器件的方法的一个实施方式的视图。
制备衬底10(参见图10(a))。
激光88从衬底10的顶表面12照射至衬底10的内部A来形成散射区90(参见图10(b))。激光88可从衬底10的底表面14进行照射。散射区90的尺寸、形状等可根据激光88的照射条件而改变。当激光88照射时，可使衬底10或激光88移动以通过横向或纵向穿过衬底10的顶表面12和底表面14间的空间来连续地形成散射区90(参见图10(c))。例如，激光88聚焦在衬底10的内部A上。当将该发光器件分离成单个发光器件时，衬底10的底表面14可进行抛光来减少衬底10的厚度以实现更为容易的分离。在一些实施方式中，为了防止散射区90在抛光时受到损伤或损坏而使激光88聚焦在衬底10与顶表面12邻近的内部A上。
在衬底10的顶表面12上生长缓冲层20、n型III族氮化物半导体层30、有源层40和p型III族氮化物半导体层50(请参看图10(d))。散射区90可在衬底10的顶表面12上生长缓冲层20、n型III族氮化物半导体层30、有源层40和p型III族氮化物半导体层50后形成。
实验例
图11是根据本发明实验例处理的衬底从顶部看时的SEM图像。在衬底10中可观察到通过激光进行变形的散射区90。没有探测到衬底10的表面损伤。
图12是其中根据本发明实验例以给定间隔形成散射区的衬底从顶部看时的SEM图像。以300μm的间隔I在衬底10中形成散射区90。
图13是包含根据本发明实验例处理的衬底的III族氮化物半导体发光器件从顶部看时的图像。衬底10(参见图6)中形成的散射区90使大量的光散射。
衬底10是由蓝宝石形成的平面衬底，其厚度为400μm且直径为2英寸。
激光88是波长为532nm、脉冲为7ns的UV脉冲激光。激光88聚焦在距衬底10的顶表面12为130μm的深度处。衬底10用微点透镜(micro-spot lens)处理。照射激光88，从而以300μm的间隔形成散射区90(参见图10～图12)。
下面，将说明本发明的多种实例。
(1)所述III族氮化物半导体发光器件，其中所述散射区是通过用激光使所述衬底变形而形成的区域。
(2)所述III族氮化物半导体发光器件，其中穿过所述衬底的内部来连续地形成所述散射区。
(3)所述III族氮化物半导体发光器件，其中所述多个散射区形成在所述衬底中。
(4)所述III族氮化物半导体发光器件，其中所述衬底由蓝宝石形成。
(5)所述III族氮化物半导体发光器件，其中所述散射区是通过用激光使所述衬底变形而形成的区域。
(6)所述III族氮化物半导体发光器件，其中所述衬底由蓝宝石形成，而且所述散射区在用激光使所述衬底变形时形成，并形成在所述衬底内部的上部。
Claims (8)
1.一种III族氮化物半导体发光器件，所述III族氮化物半导体发光器件包括：
其中形成有散射区的衬底；以及
多个III族氮化物半导体层，所述III族氮化物半导体层包括，在所述衬底上形成并具有第一导电类型的第一III族氮化物半导体层、在所述第一III族氮化物半导体层上形成并具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型的第二III族氮化物半导体层、和布置在所述第一III族氮化物半导体层和所述第二III族氮化物半导体层间并通过电子和空穴复合产生光的有源层。
2.如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述散射区是通过用激光使所述衬底变形而形成的区域。
3.如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，穿过所述衬底的内部来连续地形成所述散射区。
4.如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述多个散射区形成在所述衬底中。
5.如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述衬底由蓝宝石形成。
6.如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述散射区形成在所述衬底内部的上部。
7.如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述衬底是蓝宝石，而且所述散射区是通过用激光使所述衬底变形而形成的区域。
8.如权利要求7所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述散射区形成在所述衬底内部的上部。
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