CN104157753A - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光器件，该发光器件包括位于衬底上的第一导电半导体层、插入在所述衬底与所述第一导电半导体层之间的控制层。所述控制层包括包含铝(Al)的第一氮化物半导体层、位于所述第一氮化物半导体层上的多个纳米结构以及设置在所述第一氮化物半导体层上且包括镓(Ga)的第二氮化物半导体层。本发明的发光器件能够提高导电半导体层的结晶度，提高器件的光学特性和特性。

Description

发光器件
相关申请的交叉引用
本申请要求韩国专利申请号为10-2013-0054094(2013年5月14日提交)的优先权，其内容以参考的方式合并于此。
技术领域
实施例涉及一种半导体器件。
实施例涉及一种发光器件。
实施例涉及一种电子器件。
背景技术
通过采用化合物半导体材料已经研发出各种电子器件和发光器件。
电子器件可以包括太阳能电池、光电探测器或电源器件。
可以基于半导体衬底制造电子器件或发光器件。半导体衬底包括生长衬底和生长在所述生长衬底上的化合物半导体层。
半导体衬底会有因为生长衬底和化合物半导体层之间的晶格常数和热膨胀系数而导致的各种缺陷。
在传统的半导体衬底中，生长衬底和化合物半导体层之间的晶格常数不同会导致位错(dislocation)，这样结晶度会变差。
另外，生长衬底和化合物半导体层之间的热膨胀系数不同会产生应力。因而，由于应力，在化合物半导体层中会出现裂纹或者生长衬底会破损。
如上所述，根据传统的半导体衬底，由于在化合物半导体层中出现裂纹，实际用作发光器件或电子器件的半导体层不能高质量大厚度地生长。
发明内容
实施例提供一种能够确保可靠性的半导体衬底。
实施例提供一种能够通过避免位错而提高结晶度的半导体衬底。
实施例提供一种能够通过控制应力以避免裂纹来提高良率的半导体衬底。
实施例提供一种采用所述半导体衬底的发光器件。
实施例提供一种采用所述半导体衬底的电子器件。
根据第一类实施例，提供一种半导体衬底，其包括衬底、位于所述衬底上的第一导电半导体层和插入在所述衬底与所述第一导电半导体层之间的控制层。所述控制层包括包含Al的第一氮化物半导体层、位于所述第一氮化物半导体层上的多个纳米结构以及设置在所述第一氮化物半导体层上包括Ga的第二氮化物半导体层。
根据第二类实施例，提供一种发光器件，其包括根据第一类实施例的半导体衬底、位于所述半导体衬底上的有源层以及在所述有源层上设置的第二导电半导体层，所述第二导电半导体层包括与半导体衬底的第一导电半导体层的第一掺杂剂极性相反的第二掺杂剂。
根据第三类实施例，提供一种电子器件，其包括根据第一类实施例的半导体衬底，设置在所述半导体衬底的两个区域上的第二导电半导体层，所述第二导电半导体层包括与半导体衬底的第一导电半导体层的第一掺杂剂极性相反的第二掺杂剂，设置在所述半导体衬底的中心区域上的沟道层，设置在所述沟道层上的栅极，以及形成在所述第二导电半导体层上的源极和漏极，所述第二导电半导体层设置在所述半导体衬底的两个区域上。
本发明的发光器件能够提高导电半导体层的结晶度，提高器件的光学特性和特性。
附图说明
图1是示出根据实施例的半导体衬底的剖视图。
图2是示出根据第一实施例的控制层的剖视图。
图3是示出根据第二实施例的控制层的剖视图。
图4是示出根据第三实施例的控制层的剖视图。
图5是示出根据第四实施例的控制层的剖视图。
图6是示出根据第五实施例的控制层的剖视图。
图7是示出根据第六实施例的控制层的剖视图。
图8是示出根据第七实施例的控制层的剖视图。
图9是示出根据第八实施例的控制层的剖视图。
图10是示出根据实施例的发光器件的剖视图。
图11是示出根据实施例的发光器件封装的剖视图。
图12是示出根据实施例的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的剖视图
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述根据实施例的发光器件封装和照明系统。
在实施例的描述中，将会理解的是，当层(或膜)被称为在另一层或衬底“上”时，它能够直接地在另一层或衬底上，或者也可以存在中间层。此外，将会理解的是，当层被称为在另一层“下”时，它能够直接地在另一层之下，并且也能够存在一个或多个中间层。另外，还将会理解的是，当层被称为在两层“之间”时，它能够是两个层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。
图1是示出根据实施例的半导体衬底10的剖视图。
参考图1，根据实施例的半导体衬底10可以包括生长衬底1、控制层7和导电半导体层9。
根据实施例的半导体衬底10还可以包括插入在生长衬底1与控制层7之间的缓冲层3。
根据实施例的半导体衬底10还可以包括不导电(non-conductive)半导体层5，所述不导电半导体层5插入在生长衬底1与控制层7之间，或插入在缓冲层3与控制层7之间，但实施例不限于此。
缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7和导电半导体层9可以由包括Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1，0<y<1，并且0<x+y<1)形成。例如，缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7和导电半导体层9可以包括从由InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InN和AlInN组成的群中选择的至少一个，但实施例不限于此。
缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7和导电半导体层9可以采用单个设备(例如MOCVD设备)同时形成或依次形成，但实施例不限于此。换句话说，在将衬底1加载并且牢固地安放到MOCVD设备的腔室中之后，将包括Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的原材料、三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)、氨气(NH3)和氮气(N2)引入到腔室中，由此形成缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7和导电半导体层9。对于导电半导体层9，除了原材料之外，例如硅烷气体(SiH4，N型掺杂剂)或双(乙基环戊二烯)镁(EtCp2Mg)的掺杂剂还可被额外引入到腔室中。
在根据实施例的半导体衬底10中，可以在其上额外地形成层，使得可以制造发光器件或电子器件。换句话说，根据实施例的半导体衬底10可以用作发光器件或电子器件的衬底构件。因此，让在半导体衬底10中形成的诸如位错11、坑(pit)13、裂纹和不均匀应力等缺陷最小化或完全消除是至关重要的。
生长衬底1用于生长导电半导体层9，同时支撑导电半导体层9，并且生长衬底1可以包括适合半导体材料生长的材料。生长衬底1可以由晶格常数和热膨胀系数与导电半导体层9的晶格常数和热膨胀系数接近的材料形成，并且可以包括导电衬底、化合物半导体衬底和绝缘衬底中的一个，但实施例不限于此。
例如，生长衬底1可以包括从蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP和Ge组成的群中选择的至少一个。.
生长衬底1可以包括掺杂剂以具有导电性，但实施例不限于此。包括掺杂剂的生长衬底1可以用作电极层，但实施例不限于此。
尽管使用与导电半导体层9的晶格常数接近的生长衬底1，还是会产生生长衬底1与导电半导体层9之间的晶格常数和热膨胀系数差异，这样会形成诸如位错11或裂纹等缺陷。
为了减少这些缺陷，可以在生长衬底1与导电半导体层9之间生长缓冲层3，但是实施例不限于此。
缓冲层3可以减小生长衬底1与导电半导体层9之间的晶格常数的差异或者可以避免构成生长衬底1的材料扩散到导电半导体层9。此外，缓冲层3可以避免回熔(melt-back)现象导致凹坑(recess)形成在生长衬底1的顶面中，或者可以控制应力以避免导电半导体层9中的裂纹或者避免生长衬底1破损，但实施例不限于此。
缓冲层3可以由包括Al的化合物半导体材料形成以执行上述各种功能。例如缓冲层3可以包括AlN或InAlGaN，但实施例不限于此。
不导电半导体层5可以形成在缓冲层3上。可以形成不导电半导体层5以获得优异的结晶度并使表面平整。
此外，不导电半导体层5可以用作种子层以在其上容易地形成导电半导体层9，但实施例不限于此。
导电半导体层9可以包括掺杂剂。例如，导电半导体层9可以包括含有N型掺杂剂的N型半导体层，但实施例不限于此，N型掺杂剂可以包括Si、Ge、Sn、Se和Te中的至少一个，但实施例不限于此。
导电半导体层9可以包括产生电子的导电层，但实施例不限于此。导电半导体层9可以具有2μm的厚度。
然而，生长衬底1与导电半导体层9之间的热膨胀系数差异会产生应力。因此，由于此应力的缘故，在导电半导体层9中会出现裂纹或者生长衬底1会破损。因此，可以取决于对应力的控制程度而确定导电半导体层9的厚度。
根据实施例，为了通过控制应力避免生长衬底1破损或避免生长衬底1中的裂纹，可以在生长衬底1与导电半导体层9之间形成控制层7。此外控制层7阻挡位错11，使得位错11不会上移，从而提高了导电半导体层9的结晶度。
图2是示出根据第一实施例的控制层7的剖视图。
参考图2，根据第一实施例的控制层7包括第一氮化物半导体层15、多个纳米结构17和第二氮化物半导体层19。
第一氮化物半导体层15可以包括由包含Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1，0<y<1，并且0<x+y<1)形成的半导体层。例如，缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7和导电半导体层9可以包括从由InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InN和AlInN组成的群中选择的至少一个，但实施例不限于此。
例如，第一氮化物半导体层15可以包括Al基氮化物半导体层，但实施例不限于此。例如，第一氮化物半导体层15可以包括AlN或AlGaN，但实施例不限于此。
例如，第二氮化物半导体层19可以包括Ga基氮化物半导体层，但实施例不限于此。例如，第二氮化物半导体层19可以包括GaN或AlGaN，但实施例不限于此。
第一和第二氮化物半导体层15和19中的至少一个可以包括掺杂剂或不包括掺杂剂。
在不导电半导体层5中出现的位错11可以上移到第一氮化物半导体层15。在这种情况下，在第一氮化物半导体层15中会出现位错11。第一氮化物半导体层15的顶面向内凹陷(sunken)，这样会形成坑13。此外，气泡(未示出)会通过第一氮化物半导体层15的顶面和底面而形成。
纳米结构17可以形成在第一氮化物半导体层15的顶面上或内部。在这种情况下，第一氮化物半导体层15的内部会涉及坑13或气泡。纳米结构17可以随机形成，但实施例不限于此。
纳米结构17可以在水平方向上互相分离。纳米结构17可以具有非常薄的厚度，以至于纳米结构17的高度不可测量。由于每个纳米结构17随机地形成，纳米结构17可以具有彼此不同的高度，但实施例不限于此。例如，每个纳米结构17可以具有至的厚度，但实施例不限于此。
纳米结构17可以包括含有SiN的Ⅳ-Ⅴ族化合物半导体材料，但实施例不限于此。
尽管纳米结构17可以以一个部件或至少两个部件的形式形成，但可以不以膜或层覆盖第一氮化物半导体层15的整个区域的形式设置纳米结构17。
由于纳米结构17不能作为形成第二氮化物半导体层19的种子层，可以取决于发光器件的类型或尺寸而在数纳米(nm)至数百纳米的范围中对纳米结构17的直径作出不同地选择。
可以在第一氮化物半导体层15和纳米结构17上形成第二氮化物半导体层19。
第二氮化物半导体层19可能不容易生长在纳米结构17上。因此，纳米结构17可以局部地形成在第一氮化物半导体层15的顶面上，这样可以通过纳米结构17暴露第一氮化物半导体层15。因此，暴露的第一氮化物半导体层15可以用作种子层，这样可以容易地生长第二氮化物半导体层19。
纳米结构17可以随机地形成在第一氮化物半导体层15的顶表面、坑13或气泡中。纳米结构17可以完全填满坑13或气泡，但实施例不限于此。
当纳米结构17填充在第一氮化物半导体层15的顶面中形成的坑13和穿过第一氮化物半导体层15垂直地形成的气泡中时，暴露于第一氮化物半导体层15的顶面的位错被纳米结构17阻挡。因此，第一氮化物半导体层中存在的缺陷能够由纳米结构17消除
例如，所有第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层17可以通过采用MOCVD设备同时形成。例如，首先通过将TMAl、NH3和N2引入到MOCVD设备的腔室中形成包括AlN的第一氮化物半导体层15。然后，通过将SiH4、NH4和N2引入到同一MOCVD设备的腔室中形成包括SiN的纳米结构17。随后，通过将TMAl、NH3和N2引入到同一MOCVD设备的腔室中形成第二氮化物半导体层19。
第一氮化物半导体层15可以具有1nm至150nm的厚度，但实施例不限于此。第二氮化物半导体层19可以具有10nm至3μm的厚度，但实施例不限于此。换句话说，第二氮化物半导体层19的厚度可以比第一氮化物半导体层15的厚度厚10至20倍，但实施例不限于此。
如上所述，第二氮化物半导体层19可以容易地在第一氮化物半导体层15上生长，但是不容易在纳米结构17上生长。因此，可以首要地(primarily)从位于纳米结构17之间的第一氮化物半导体层15向上生长第二半导体层19。然后，可以次要地(secondarily)生长第二半导体层19。换句话说，第二氮化物半导体层19可以水平地在纳米结构17上生长并且垂直地生长到第三半导体层。换句话说，第二氮化物半导体层19可以通过横向外延过生长(ELO)工艺而生长。
因此，由于第二半导体层19在水平方向上的次要生长使得沿第一氮化物半导体层15上移的位错11不被上引，这样能够阻挡位错11。
由于第二氮化物半导体层19不在纳米结构17之间形成，空气会填充在纳米结构17(形成于坑13或气泡中)之间的空间中。因此，由于在第二氮化物半导体层19上形成的纳米结构17、或者在凹坑13或气泡中设置的纳米结构17和空气具有与第二氮化物半导体层19不同的折射率，光被纳米结构17或空气折射，使得光可以被散射或反射。
由于第一氮化物半导体层15和第二氮化物半导体层19具有压缩应力，当半导体衬底10在后续的工艺中被冷却时，第一氮化物半导体层15和第二氮化物半导体层19的压缩应力应力等效于拉伸应力。因此，能够在导电衬底中避免裂纹，并且生长衬底1不会破损。在这种情况下，应力平衡是指压缩应力在强度上等于或近似于拉伸应力。例如，当测量压缩应力或拉伸应力时，可以将压缩应力表达为负(-)方向，并将拉伸应力表达为正(+)方向。在这种情况下，如果达到应力平衡，应力强度是零或接近零。
图3是示出根据第二实施例的控制层的剖视图。
除了以一个周期A形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层19被重复形成B次之外，第二实施例与第一实施例相同。在下面对第二实施例的描述中，相同的附图标记将分配给与第一实施例的元件相同的功能和形状的相同元件，将省略对其的详细描述。
参考图3，在根据第二实施例的控制层7A中，以一个周期A形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层19可以被重复形成B次。在这种情况下，B次可以是50次以下，但实施例不限于此。
根据第二实施例的控制层7A可以以非常薄的厚度形成，使得控制层7A具有超晶格结构，在该超晶格结构中第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层19形成B次。
如上所述，第一氮化物半导体层15的厚度可以在1nm至150nm的范围中，但实施例不限于此。第二氮化物半导体层19可以具有10nm至3μm的范围中的厚度，但实施例不限于此。纳米结构17可以在水平方向上彼此分离。每个纳米结构17可以非常薄，以至于不能测量纳米结构17的高度。由于每个纳米结构17随机地形成，纳米结构17可以具有彼此不同的高度，但实施例不限于此。例如，每个纳米结构17可以具有至的厚度，但实施例不限于此。
根据第二实施例，第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层19以一个周期重复B次形成。由此更大地增强了压缩应力以容易地控制应力，使得当冷却半导体衬底10时，增强的压缩应力与拉伸应力一起实现应力平衡。
另外，根据第二实施例，第二氮化物半导体层19使位错11倾斜，使得位错11不再上移。第二氮化物半导体层19形成B次，使得位错11能够被完全被阻挡。换句话说，如果第一周期形成的第二氮化物半导体层19不能阻挡位错11，第二周期形成的第二氮化物半导体层19也会阻挡位错11。如果第二周期形成的第二氮化物半导体层19不能阻挡位错11，第三周期形成的第二氮化物半导体层19也会阻挡位错11。
图4是示出根据第三实施例的控制层的剖视图。
除了在第二氮化物半导体层19上形成第三氮化物半导体层21之外，第三实施例与第一实施例相同。在下面对第三实施例的描述中，相同的附图标记将分配给与第一实施例的元件相同的功能和形状的相同元件，将省略对其的详细描述。
参考图4，根据第三实施例的控制层7B包括第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第三氮化物半导体层21。
由于根据第三实施例的第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层19在功能或形状方面和第一实施例的相同，将省略对其的详细描述。
例如，第三氮化物半导体层21可以是Ga基氮化物半导体层，但实施例不限于此。例如，第三氮化物半导体层21可以包括GaN或AlGaN，但实施例不限于此。
第二氮化物半导体层19和第三氮化物半导体层21可以包括相同类型的化合物半导体材料，但实施例不限于此。例如，第二氮化物半导体层19和第三氮化物半导体层21可以包括GaN，但实施例不限于此。
第三氮化物半导体层21可以包括掺杂剂。例如，掺杂剂可以包括含有Si、Ge、Sn、Se和Te中的至少一个的N型掺杂剂，但实施例不限于此。
第三氮化物半导体层21可以具有10nm至3μm的范围中的厚度，但实施例不限于此。
第三氮化物半导体层21的厚度可以等于或接近第二氮化物半导体层19的厚度，但实施例不限于此。
第三氮化物半导体层21可以具有低浓度的掺杂剂，使得压缩应力的强度得以增大，但实施例不限于此。例如，第三氮化物半导体层21的掺杂浓度可以是1E18/cm3以下，但实施例不限于此。
因此，第三氮化物半导体层21可以仅具有一种掺杂剂，或者达到1E18/cm3的多种掺杂剂，但实施例不限于此。第三氮化物半导体层21的掺杂浓度可以在1/cm3至1E18/cm3的范围中，但实施例不限于此。
如果第三氮化物半导体层21具有高掺杂浓度，第三氮化物半导体层21会具有拉伸应力，这样当冷却半导体衬底10时可能不能实现应力平衡。
除了第一实施例的元件之外，第三实施例还包括第三氮化物半导体层21，并且第三氮化物半导体层21增大了压缩应力的强度，使得可以容易地保持应力平衡。
图5是示出根据第四实施例的控制层的剖视图。
除了以一个周期C形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第三氮化物半导体层21被重复形成D次之外，第四实施例与第三实施例类似。在下面对第四实施例的描述中，相同的附图标记将分配给与第三实施例的元件相同的功能和形状的相同元件，将省略对其的详细描述。
参考图5，在根据第四实施例的控制层7C中，以一个周期C形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第三氮化物半导体层21可以被重复形成D次。在这种情况下，D次可以是50次以下，但实施例不限于此。
根据第四实施例的控制层7C可以以非常薄的厚度形成，使得控制层7C具有超晶格结构，在该超晶格结构中，第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第三氮化物半导体层21形成D次。
根据第四实施例，第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第三氮化物半导体层21以一个周期重复D次形成，由此更大地增强了压缩应力以容易地控制应力，使得当冷却半导体衬底10时，增强的压缩应力与拉伸应力一起实现应力平衡。
此外，根据第四实施例，第二氮化物半导体层19使位错11倾斜，使得位错11不再上移。第二氮化物半导体层19形成D次，使得位错11能够被完全阻挡。换句话说，如果第一周期形成的第二氮化物半导体层19不能阻挡位错11，第二周期形成的第二氮化物半导体层19也会阻挡位错11。如果第二周期形成的第二氮化物半导体层19不能阻挡位错11，第三周期形成的第二氮化物半导体层19也会阻挡位错11。
根据第四实施例，在每个周期C形成第三氮化物半导体层21以提高压缩应力，并且第三氮化物半导体层21堆叠D次以增大压缩应力的强度，使得能够容易地控制应力。
图6是示出根据第五实施例的控制层的剖视图。
除了重复形成第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层19之外，第五实施例与第四实施例类似。在下面对第五实施例的描述中，相同的附图标记将分配给与第三实施例和/或第四实施例的元件相同的功能和形状的相同元件，将省略对其的详细描述。
参考图6，在根据第五实施例的控制层7D中，以一个周期E形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层19可以被重复形成F次。此外，以一个周期G形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第三氮化物半导体层21可以被重复形成H次。在这种情况下，F次和/或H次可以是50次以下，但实施例不限于此。
图7是示出根据第六实施例的控制层的剖视图。
除了在第二氮化物半导体层19上形成第四氮化物半导体层23之外，第六实施例基本上与第一实施例类似。在下面对第六实施例的描述中，相同的附图标记将分配给与第一实施例的元件相同的功能和形状的相同元件，将省略对其的详细描述。
参考图7，根据第六实施例的控制层7E可包括第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第四氮化物半导体层23.
由于第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层19在功能和形状方面与第一实施例的相同，将省略对其的详细描述。
例如，第四氮化物半导体层23可以包括Ga基氮化物半导体层，但实施例不限于此。例如，第四氮化物半导体层23可以包括GaN或AlGaN，但实施例不限于此。
第四氮化物半导体层23和第二氮化物半导体层19可以包括相同类型的化合物半导体材料，但实施例不限于此。例如，第四氮化物半导体层23和第二氮化物半导体层19可以包括GaN，但实施例不限于此。
第四氮化物半导体层23可以不包括掺杂剂。换句话说，第四氮化物半导体层23可以包括未掺杂掺杂剂的不导电的氮化物半导体层。
第四氮化物半导体层23可以具有10nm至3μm范围中的厚度，但实施例不限于此。第四氮化物半导体层23的厚度可以比第二氮化物半导体层19的厚度厚1至3倍，但实施例不限于此。
第四氮化物半导体层23可以补偿由第一氮化物半导体层15和第二氮化物半导体层19导致的层质量的变差。换句话说，可以在第二氮化物半导体层19上生长第四氮化物半导体层23而同时保持优异的质量，使得第二氮化物半导体层19的顶面上的表面上的粗糙度得以最小化。因此，第四氮化物半导体层23可以具有平整的表面。
除了第一实施例的元件之外，第六实施例还包括第四氮化物半导体层23并且由第四氮化物半导体层23形成平整表面，使得在第四氮化物半导体层23上形成的导电半导体层9具有优异的层质量和平整的表面。
图8是示出根据第七实施例的控制层的剖视图。
除了3以一个周期I形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第四氮化物半导体层23被重复形成J次之外，第七实施例与第六实施例类似。在下面对第七实施例的描述中，相同的附图标记将分配给与第六实施例的元件相同的功能和形状的相同元件，将省略对其的详细描述。
参考图8，在根据第七实施例的控制层7F中，以一个周期I形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第四氮化物半导体层23可以被重复形成J次。
根据第七实施例的控制层7F可以以非常薄的厚度形成，使得控制层7F具有超晶格结构，在该超晶格结构中第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第四氮化物半导体层23形成J次。
根据第七实施例，第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第四氮化物半导体层23形成J次。由此更大地增强了压缩应力以容易地控制应力，使得当冷却半导体衬底10时，增强的应力与拉伸应力一起实现应力平衡。
根据第七实施例，第二氮化物半导体层19使位错11倾斜，使得位错11不再上移。第二氮化物半导体层19形成B次，使得位错11能够被完全阻挡。
根据第七实施例，具有平整表面的第四氮化物半导体层可以在每个周期I形成，并且第四氮化物半导体层23堆叠J次，使得可以形成具有优异的层质量的导电半导体层9。因此，可以提高光学特性和电学特性。
图9是示出根据第八实施例的控制层的剖视图。
除了第一氮化物半导体层15和第二氮化物半导体层19重复地形成之外，第八实施例与第七实施例类似。在下面对第八实施例的描述中，相同的附图标记将分配给与第六实施例和/或第七实施例的元件相同的功能和形状的相同元件，将省略对其的详细描述。
参考图9，在根据第八实施例的控制层7G中，以一个周期K形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17和第二氮化物半导体层19可被重复形成L次。此外，以一个周期M形成的第一氮化物半导体层15、纳米结构17、第二氮化物半导体层19和第四氮化物半导体层23可被重复形成N次。在这种情况下，L次和/或N次可以是50次以下，但实施例不限于此。
图10是示出根据实施例的发光器件的剖视图。
可以通过采用根据第一至第八实施例的半导体衬底10来制造根据本实施例的发光器件100。在下面对该实施例的描述中，相同的附图标记将分配给与根据第一至第八实施例的半导体衬底10具有相同的功能和形状的相同元件，将省略对其的详细描述。
参考图10，根据本实施例的发光器件100可包括生长衬底1、缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7、第一导电半导体层9、有源层25和第二导电半导体层27。
生长衬底1、缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7和第一导电半导体层9可以构成根据第一至第八实施例的半导体衬底10，但实施例不限于此。
由于已经描述了生长衬底1、缓冲层3、不导电半导体层5和控制层7，将省略对其的详细描述。
第一导电半导体层9、有源层25和第二导电半导体层27可以构成发光结构29，但实施例不限于此。
第一导电半导体层9、有源层25和第二导电半导体层27可以由包含Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1，0<y<1，并且0<x+y<1)形成。第一导电半导体层9、有源层25和第二导电半导体层27可以包括从由InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InN和AlInN组成的群中选择的至少一个，但实施例不限于此。
如上所述，第一导电半导体层9可以包括含有N型掺杂剂的N型半导体层，但实施例不限于此。N型掺杂剂可以包括Si、Ge、Sn、Se和Te中的至少一个，但实施例不限于此。
可以在第一导电半导体层9上形成有源层25。根据构成有源层25的材料，有源层可以发出具有与该材料的能带间隙对应的波长的光，该光是通过来自第一导电半导体层9的电子与来自第二导电半导体层27的空穴之间的再次结合而发出的。
有源层25可以包括多量子阱(MQW)结构、量子点结构和量子线结构中的一个。在有源层25中，以一个周期形成的阱层和势垒层重复形成，阱层和势垒层的重复周期可以取决于发光器件100的特性而变化，但实施例不限于此。
例如，可以以周期InGaN/GaN、周期InGaN/AlGaN或者周期InGaN/InGaN来形成有源层25。势垒层的带隙大于阱层的带隙。
如上所述，第二导电半导体层27可以包括含有P型掺杂剂的P型半导体层，但实施例不限于此。P型掺杂剂包括Mg、Zn、Ca、Sr和Ba中的至少一个，但实施例不限于此。
尽管未示出，但可以根据发光结构20的类型而在第二导电半导体层27上形成反射电极层和透明电极层。
尽管未示出，但可以在第一导电半导体层9上形成第一电极，并且可以在第二导电半导体层27上形成第二电极。可选择地，第一电极可以形成在第一导电半导体层9之下，而第二电极可以形成在第二导电半导体层27之上，但实施例不限于此。在去除生长衬底1之后，第一电极可以与第一导电半导体层9接触，或者第一电极可以形成在生长衬底1之下，但实施例不限于此。第二电极可以包括反射光的反射材料，但实施例不限由此。
第一和第二电极可以包括从Al、Ti、Cr、Ni、Pt、Au、W、Cu和Mo组成群中选择的一个或其多层结构，但实施例不限于此。
图11是示出根据实施例的发光器件封装的剖视图。
采用图10示出的发光器件来制造根据本实施例的发光器件封装。
参考图11，根据本实施例的发光器件封装包括主体、安装在主体中的第一电极103和第二电极105、图10中示出的发光器件100(接收来自第一电极103和第二电极105的电力)和围绕发光器件100的模塑构件113。
该主体可以包括硅、合成树脂或金属材料，并且在发光器件100的附近形成倾斜的表面。
第一电极103和第二电极105可以彼此电绝缘以将电力提供到发光器件100。
第一电极103和第二电极105可以通过反射从发光器件100发出的光来提高发光效率。此外，第一电极103和第二电极105将发光器件100产生的热量散发到外部。
发光器件100可以设置在主体120、第一电极103和第二电极105中的任意一个上。发光器件100可以通过导线方式(scheme)和裸片接合方式(scheme)中的一个与第一电极103和第二电极105电连接，但实施例不限于此。
根据实施例，尽管为了便于说明的目的，发光器件100通过一条导线与第一电极103和第二电极105中的一个电连接，但实施例不限于此。换句话说，发光器件100可以通过两条导线与第一电极103和第二电极105连接。可选择地，发光器件100可以与第一电极103和第二电极105电连接却不通过导线。
模塑构件113可以包围发光器件100以保护发光器件100。此外，模塑构件可以包含磷光粉以改变从发光器件100发出的光的波长。
根据实施例的发光器件封装包括板上芯片(COB)型发光器件封装。在这种情况下，主体的顶面是平整的，并且在主体中可以安装多个发光器件。
根据实施例的发光器件100或发光器件封装可以应用于照明单元。照明单元可以用于显示器件和照明器件，例如是包括灯、信号等、车辆的头灯、电子信号板或指示灯的单元。
图12是示出根据实施例的MOSFET的剖视图。
MOSFET是开关器件，是电子器件的一种。
参考图12，根据实施例，MOSFET可以包括生长衬底1、缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7、第一导电半导体层9、第二导电半导体层31、沟道层33、栅极35、源极37和漏极39。
生长衬底1、缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7和第一导电半导体层9与发光器件100相同，但实施例不限于此。
由于已经描述了生长衬底1、缓冲层3、不导电半导体层5、控制层7和第一导电半导体层9，将省略对其的详细描述。
第一导电半导体层9可以包括含有N型掺杂剂的N型半导体层，以及第二导电半导体层31可以包括含有P型掺杂剂的P型半导体层，但实施例不限于此。
第二导电半导体层31可以在第一导电半导体层9的两个区域上形成，但实施例不限于此。
第二导电半导体层31的底面可以与第一导电半导体层9接触，但实施例不限于此。
沟道层33可以形成在第一导电半导体层9的中心区域。换句话说，沟道层33可以形成在位于第二导电半导体层31之间的第一导电半导体层9上。沟道层33可以与第一导电半导体层9的顶面接触，并且与第二导电半导体层31的顶面的一部分和侧面接触，但实施例不限于此。
可以在沟道层33上形成栅极35，且可以在第二导电半导体层31上分别形成源极37和漏极39。
栅极35的尺寸可以与沟道层33的尺寸相等，但实施例不限于此。
源极37和漏极39可以与栅极35分隔开。源极37和漏极39中的每一个可以形成在第二导电半导体层31的一部分上，但实施例不限于此。
沟道层33可以由被提供至栅极35的控制信号而导通，使得将信号从漏极39传输至源极37。
由于采用氮化物半导体制造根据实施例的MOSFET，第一导电半导体层9的电子的迁移率显著大于传统的硅基MOSFET中电子的迁移率。因此，MOSFET能够以高速开关。
根据实施例，控制层插入在生长衬底与导电半导体层之间以控制应力，使得可以避免生长衬底破损或裂纹。
根据实施例，上移的位错被插入在生长衬底与导电半导体层之间的控制层阻挡，使得位错不会移动到导电半导体层。因此，能够提高导电半导体层的结晶度。
本说明书中对“一个实施例”、“一类实施”、“示例性实施例”等的任何提及表明结合该实施例描述的具体特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。这类词语在本说明书中各处的出现并不一定都指的是同一实施例。此外，当具体特征、结构或特性结合任何实施方式进行描述时，表面其在本领域技术人员结合其他实施例实现该特征、结构或特性的范围之内。
尽管参考许多说明性实施例对这些实施例进行了描述，不过应当理解，本领域的技术人员可以设计出众多其他的修改和实施例，其将落入本公开的原理的范围之内。更具体而言，在公开的内容、附图和所附权利要求的范围内的对象组合排列的组成部分和/或排列方面可以进行各种变化和修改。除了组成部分和/或排列方面的各种变化和修改之外，替换使用对于本领域技术人员也是显而易见的。

Claims (26)

1.一种发光器件，包括：
衬底；
第一导电半导体层，位于所述衬底上；以及
控制层，位于所述半导体与所述第一导电半导体层之间，
其中所述控制层包括：
包含铝(Al)的第一氮化物半导体层；
多个纳米结构，位于所述第一氮化物半导体层上；以及
第二氮化物半导体层，设置在所述第一氮化物半导体层上并且包含镓(Ga)。
2.如权利要求1所述的发光器件，其中所述纳米结构形成在所述第一氮化物半导体层的坑或气泡中。
3.如权利要求1所述的发光器件，其中所述纳米结构包括氮化硅(SiN)。
4.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第二氮化物半导体层的厚度比所述第一氮化物半导体层的厚度厚10倍至20倍。
5.如权利要求4所述的发光器件，其中所述第二氮化物半导体层的厚度在10nm至3μm的范围中。
6.如权利要求1所述的发光器件，其中所述控制层具有超晶格结构。
7.如权利要求1所述的发光器件，还包括插入在所述衬底与所述控制层之间的缓冲层和不导电半导体层。
8.如权利要求1所述的发光器件，其中所述控制层和所述第一导电半导体层包括从InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InN和AlInN组成的群中选择的至少一个。
9.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第一导电半导体层包括AlN或AlGaN。
10.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第二导电半导体层包括GaN或AlGaN。
11.如权利要求1所述的发光器件，其中所述控制层具有这样的结构，其中以一个周期形成的第一氮化物半导体层、纳米结构和第二氮化物半导体层被重复形成。
12.如权利要求2所述的发光器件，其中空气填充在形成在所述坑或气泡中的所述纳米结构之间。
13.如权利要求1所述的发光器件，还包括位于所述第二氮化物半导体层上的第三氮化物半导体层。
14.如权利要求13所述的发光器件，其中所述第三氮化物半导体层包括N型掺杂剂。
15.如权利要求14所述的发光器件，其中所述N型掺杂剂的浓度是1E18/cm3。
16.如权利要求13所述的发光器件，其中所述控制层具有这样的结构，其中以一个周期形成的第一氮化物半导体层、纳米结构、第二氮化物半导体层和第三氮化物半导体层被重复形成。
17.如权利要求16所述的发光器件，其中所述控制层具有这样的结构，其中以一个周期形成的第一氮化物半导体层、纳米结构和第二氮化物半导体层被重复形成。
18.如权利要求13所述的发光器件，其中所述第三氮化物半导体层包括GaN或AlGaN。
19.如权利要求13所述的发光器件，其中所述第三氮化物半导体层的厚度等于所述第二氮化物半导体层的厚度。
20.如权利要求1所述的发光器件，还包括位于所述第二氮化物半导体层上的第四氮化物半导体层。
21.如权利要求20所述的发光器件，其中所述第四氮化物半导体层被制备为不含掺杂剂。
22.如权利要求20所述的发光器件，其中所述第四氮化物半导体层的厚度比所述第二氮化物半导体层的厚度厚1至3倍。
23.如权利要求20所述的发光器件，其中所述控制层具有这样的结构，其中以一个周期形成的第一氮化物半导体层、纳米结构、第二氮化物半导体层和第四氮化物半导体层被重复形成。
24.如权利要求23所述的发光器件，其中所述控制层具有这样的结构，其中以一个周期形成的第一氮化物半导体层、纳米结构和第二氮化物半导体层被重复形成。
25.如权利要求20所述的发光器件，其中所述第四氮化物半导体层包括GaN或AlGaN。
26.如权利要求20所述的发光器件，其中所述第四氮化物半导体层和第二氮化物半导体层包括相同类型的化合物。
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