CN107863421A - 发光器件及其制造方法 - Google Patents

发光器件及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107863421A
CN107863421A CN201710685555.8A CN201710685555A CN107863421A CN 107863421 A CN107863421 A CN 107863421A CN 201710685555 A CN201710685555 A CN 201710685555A CN 107863421 A CN107863421 A CN 107863421A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
algan
lower floors
patterned substrate
luminescent device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710685555.8A
Other languages
English (en)
Inventor
斋藤义树
篠田大辅
种市章
三木久幸
吉村和孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2017139245A external-priority patent/JP2018056551A/ja
Application filed by Toyoda Gosei Co Ltd filed Critical Toyoda Gosei Co Ltd
Publication of CN107863421A publication Critical patent/CN107863421A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/22Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0095Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H01L33/325Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40Materials therefor
    • H01L33/42Transparent materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种发光器件及其制造方法。所述制造发光器件的方法包括:通过溅射来在包括凹凸图案的图案化基片的表面上形成主要包括AlN的成核层;在形成成核层之后,在不低于1150℃的温度下进行热处理;在热处理之后,在图案化基片的形成有成核层的表面上形成AlGaN下层,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1‑xN(0.04≤x≤1)和平坦表面;以及在AlGaN下层上外延生长第III族氮化物半导体,以形成包括发光层的发光功能部。

Description

发光器件及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请基于分别于2016年9月21日和2017年7月18日提交的日本专利申请第2016-184860号和第2017-139245号,其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种发光器件及其制造方法。
背景技术
已知一种紫外线发光装置,其中,由氮化镓基化合物半导体制成的发光层经由低位错密度AlN层形成于在其表面上具有预定的凹凸图案的蓝宝石基片上(参见例如JP-A-2005-12063)。
对于由JP-A-2005-12063公开的紫外线发光装置,通过MOCVD在在其表面上具有预定的凹凸图案的基片上生长具有一定厚度的低位错密度层以减少穿透位错。此外,AlN用于形成低位错密度层,从而防止从发光层发射的紫外光被吸收。
此外,已知一种发光器件,其中,第III族氮化物半导体层经由由AlxGa1-xN(0≤x≤1)制成的缓冲层形成于在上表面上具有多个半球形凸块(bump)的蓝宝石基片上(参见例如JP-A-2010-103578)。
对于由JP-A-2010-103578公开的发光器件,可以通过使用在上表面上具有多个半球形凸块的基片来减少发光器件中的光学限制,并且由此提高光提取效率。此处,为了使在具有多个半球形凸块的基片的上表面上均匀地形成缓冲层,使用利用高线性材料粒子喷射的溅射来形成缓冲层。
此外,已知一种发光器件,其中,第III族氮化物层经由由AlpGa1-pN(0.8≤p≤1)制成的生长下层形成在蓝宝石基片上(参见例如JP-B-5898347)。
对于由JP-B-5898347公开的制造发光器件的方法,在形成生长下层之后,在不低于1250℃下进行热处理,以提高第III族氮化物层的晶体质量。该热处理对于减少使用MOCVD法形成的生长下层中的位错以及消除凹坑或防止表面上的小丘特别有效。
发明内容
通过深入研究,本发明人发现,当由AlGaN基材料形成的AlGaN层经由AlN层形成于在表面上具有凹凸图案的基片上时,AlGaN层的位错密度和表面状态取决于AlN层的状况而有很大变化。
通常,具有较高Al含量的AlGaN基材料具有较高的熔点,并且难以在在表面上具有凹凸图案的基片上形成高质量和低螺旋位错的AlN层。这被认为是难以形成具有低位错密度的AlGaN层的原因之一。
此外,还发现,当在AlN层上生长AlGaN时,与生长不含有大量Al的膜诸如GaN膜时不同,在通常的生长条件下,很可能在AlGaN层的上表面上保留由基片表面上的凹凸图案引起的凹槽。
JP-A-2005-12063、JP-A-2010-103578和JP-B-5898347都没有教导上述问题,因此显然没有公开解决问题的任何方法。
本发明的目的是提供一种发光器件以及制造该发光器件的方法,该发光器件允许AlGaN层具有低位错密度和平坦表面,其中,AlGaN层经由AlN层形成在具有凹凸图案的基片的表面上。
根据本发明的实施方式,提供了一种由以下[1]至[3]限定的制造发光器件的方法和由以下[4]至[7]限定的发光器件。
[1]一种制造发光器件的方法,包括:
通过溅射来在包括凹凸图案的图案化基片的表面上形成主要包括AlN的成核层;
在形成成核层之后,在不低于1150℃的温度下进行热处理;
在热处理之后,在图案化基片的形成有成核层的表面上形成AlGaN下层,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.04≤x≤1)和平坦表面;以及
在AlGaN下层上外延生长第III族氮化物半导体,以形成包括发光层的发光功能部。
[2]根据[1]所述的方法,其中,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.04≤x≤0.15)。
[3]根据[1]所述的方法,其中,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.6≤x≤1.0)。
[4]一种发光器件,包括:
具有凹凸图案的图案化基片,所述凹凸图案包括平坦部和多个凸出部;
主要包括AlN的成核层,所述成核层包括浓度不小于1×1017cm-3的O2并且形成在所述图案化基片上;
主要包括AlxGa1-xN(0.04≤x≤1)的AlGaN下层,所述AlGaN下层经由成核层形成在图案化基片上并且具有平坦表面;以及
包括第III族氮化物半导体的发光功能部,所述发光功能部形成在AlGaN下层上并且包括发光层,
其中,所述成核层被配置成使得AlGaN下层从平坦部的生长量大于AlGaN下层从图案化基片的凸出部的生长量,从而允许AlGaN下层具有平坦表面。
[5]根据[4]所述的发光器件,其中,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.04≤x≤0.15)。
[6]根据[4]所述的发光器件,其中,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.6≤x≤1.0)。
[7]根据[4]至[6]中任一项所述的发光器件,其中,所述成核层具有不大于7×108/cm2的位错密度。
本发明的效果
根据本发明的实施方式,可以提供一种发光器件以及制造该发光器件的方法,该发光器件允许AlGaN层具有低位错密度和平坦表面,其中,所述AlGaN层经由AlN层形成在具有凹凸图案的基片表面上。
附图说明
接下来,将结合附图对本发明进行更详细地说明,其中:
图1A是示出根据实施方式的发光器件的竖直截面图;
图1B是示出图1A的发光器件中的下层及其周边的放大图;
图2A至图2E是示出根据实施方式的制造发光器件的过程的竖直截面图;
图3A是示出在实施方式中代替主要包括AlGaN的下层生长的GaN下层生长期间的状态的鸟瞰图SEM图像;
图3B是示出在形成成核层之后不进行不低于1150℃的热处理时的AlxGa1-xN下层(x=0.1)的生长期间的状态的鸟瞰图SEM图像;
图4A是示出在形成成核层之后不进行不低于1150℃的热处理时的AlxGa1-xN下层(x=0.04)的生长期间的状态的AFM(原子力显微镜)图像;
图4B是示出在形成成核层之后不进行不低于1150℃的热处理时的AlxGa1-xN下层(x=0.1)的生长期间的状态的AFM图像;以及
图4C是示出在形成成核层之后进行不低于1150℃的热处理时的AlxGa1-xN下层(x=0.1)的生长期间的状态的AFM图像。
具体实施方式
实施方式
发光器件的配置
图1A是示出根据实施方式的发光器件1的竖直截面图。发光器件1具有:图案化基片10;成核层11,其主要包括AlN并且形成在图案化基片10上;下层12,其主要包括AlxGa1-xN(0.04≤x≤1)并且经由成核层11形成在图案化基片10上;以及发光功能部20,其由第III族氮化物半导体形成,形成在下层12上并且包括发光层。
图1B是示出图1A的发光器件1中的下层12及其周边的放大图。下层12由第一层12a、第一层12a上的第二层12b和第二层12b上的第三层12c组成。
图案化基片
在图案化基片10的表面上设置由平坦部10a和多个凸出部10b组成的凹凸图案。通过光在凹凸图案处的漫反射来减少发光器件1中的光学限制,从而提高光提取效率。
图案化基片10是在外延生长有第III族氮化物化合物半导体晶体的基片,并且可以使用例如蓝宝石基片、SiC基片或Si基片等用于图案化基片10。具体优选地使用蓝宝石基片以减少紫外光吸收。
图案化基片10的主表面是例如c面。在这种情况下,平坦部10a的表面是c面,并且凸出部10b的倾斜面是与c面不同的面。
凸出部10b的形状是例如圆锥形或多锥形,但是没有特别限制,只要它是通过与c面不同的面形成的形状即可。此外,凸出部10b被布置成在平面图中为三角形格子图案或正方形格子图案。
图案化基片10上的凹凸图案通过例如光刻和蚀刻形成。
成核层
成核层11是形成在图案化基片10的表面上并且主要包括AlN的层,成核层11减小了图案化基片10与下层12之间的晶格常数的差并且促进了下层12的外延生长。
成核层11通过利用溅射在图案化基片10的表面上沉积AlN,然后在不低于1150℃的温度下进行热处理(退火)而形成。此处的热处理温度优选地为不大于图案化基片10的分解温度,例如在蓝宝石基片的情况下不大于1450℃。
当通过溅射形成成核层11时,可以减少晶体缺陷。它对于减少螺旋位错或包括螺旋位错的混合位错特别有效。当在作为蓝宝石基片的图案化基片10上形成例如AlN成核层时,在通过MOCVD形成的成核层中位错密度为约1×109/cm2,并且在通过溅射形成的成核层中位错密度不超过7×108/cm2。换言之,与利用MOCVD形成成核层相比,利用溅射形成成核层可以将位错密度降低不小于30%。
在利用第III族氮化物半导体形成的发光器件中,InGaN通常用作发光层的材料。紫外线发光器件比可见发光器件在发光层的InGaN中具有更小的In成分(或者它们可以不包含铟),因而具有低功率。因此,对于紫外线发光器件,特别重要的是防止在发光层附近由于位错引起的输出功率的降低。
可以通过利用溅射来降低成核层11的位错密度,从而可以降低外延生长在成核层11上的层的位错密度。因此,可以防止在发光层附近由于位错引起的发光器件1的输出功率的降低。此外,由于可以降低外延生长在成核层11上的层的位错密度,所以也可以减少漏电流。例如,通过将成核层11的位错密度降低到不大于7×108/cm2,形成在成核层11上的下层12的位错密度也可以降低到不大于7×108/cm2
通过溅射形成的成核层11比通过MOCVD形成的成核层更接近于单晶,并且通常是多域单晶。通过MOCVD形成的成核层通常是多晶或无定形的。
在本实施方式中通过溅射形成的成核层11的特征在于含有氧(O2)(例如不小于1×1017/cm3)。通过MOCVD形成的成核层几乎不含有氧。
此外,在本实施方式中通过溅射形成的成核层11具有比通过MOCVD形成的成核层的C浓度更低的C浓度(例如不大于1×1017/cm3)。
此外,在本实施方式中通过溅射形成的成核层11的特征在于含有Ar(例如不小于1×1016/cm3),Ar是用于溅射的惰性气体原子。
当经由AlN层在图案化基片上生长GaN或AlGaN时,GaN或具有低Al成分的AlGaN通常主要从图案化基片的凹凸图案的平坦部生长,并且很少从凸出部生长。另一方面,当生长具有高Al成分的AlGaN以形成紫外线发光器件时,AlGaN不仅从平坦部生长而且从图案化基片的凹凸图案的凸出部生长,并且在AlGaN层的表面上可能保留由图案化基片的凹凸图案引起的凹槽。
作为深入研究的结果,本发明人发现,当通过溅射形成在图案化基片上的AlN层在不低于1150℃的温度下进行热处理时,具有高Al成分的AlGaN从图案化基片的凹凸图案的凸出部的生长量可能小于不进行热处理时的生长量。因此,在表面上不会保留由图案化基片的凹凸图案引起的凹槽,并且可以获得具有平坦表面的AlGaN层。
也就是说,在本实施方式中,在形成成核层11的步骤中需要在溅射后进行热处理,以允许构成下层12的AlGaN在图案化基片10的表面上容易地从平坦部10a生长而难以从凸出部10b生长,使得在下层12的表面上不会保留由图案化基片的凹凸图案引起的凹槽。
因此,成核层11用于使下层12从平坦部10a较多地生长而从图案化基片10的凸出部10b较少地生长,使得下层12的表面上的凹槽在下层12的生长期间被填充。
假设形成在凸出部10b上的成核层11的部分可以由于热处理而被部分地或完全地去除或移动到平坦部10a上,这就是构成下层12的AlGaN可能从平坦部10a生长而不太可能从图案化基片10的表面上的凸出部10b生长的原因。
下层
下层12是主要包括AlGaN作为基底以使发光功能部20生长的层,并且具有平坦表面而没有由图案化基片10的凹凸图案引起的凹槽。如前所述,下层12由第一层12a、第二层12b和第三层12c组成。
第一层12a是通过具有几乎没有横向晶体生长分量的小平面生长形成的层,并且可以使位错的运动的方向变形以形成半环,从而减少位错。第三层12c是形成有许多横向晶体生长分量的层,并且可以填充AlGaN表面上的由在图案化基片10的表面上的凹凸图案引起的凹槽。第二层12b在第一层12a的生长条件和第三层12c的生长条件之间的中间条件下形成。
可以通过如上所述借助于第一层12a、第二层12b和第三层12c形成来获得具有低位错密度和平坦表面的下层12。下层12通过例如MOCVD法形成。
用于增加横向晶体生长分量的方法是例如减小生长压力、提高生长温度或增加作为AlGaN的源气体的NH3气体的流量。为了减少横向晶体生长分量,进行增大生长压力、降低生长温度或减少作为AlGaN的源气体的NH3气体的流量。
与此同时,构成下层12的AlGaN中的Al成分被设定为下层12不吸收从发光功能部20的发光层发射的光的值。
由于较高的Al成分导致较宽的AlGaN带隙,因此可以防止由下层12吸收较短波长的光。然而,如上所述,由于具有较高Al成分的AlGaN更可能从图案化基片10的表面上的凸出部10b生长,所以在下层12的表面上可能保留由图案化基片10的凹凸图案引起的凹槽。
因此,被设定为使得下层12不吸收从发光功能部20的发光层发射的光的构成下层12的AlGaN中的Al成分的值优选地为尽可能地小。
当发光器件1的发射波长在称为UV-A的波长范围内(400nm至315nm)时,构成下层12的AlxGa1-xN中的Al成分x优选地设定为不小于0.04。例如,构成第一层12a的AlxGa1-xN中的Al成分x为0.04至0.15,构成第二层12b的AlxGa1-xN中的Al成分x为0.09,并且构成第三层12c的AlxGa1-xN中的Al成分x是0.10。
与此同时,当下层12包含诸如Si的供体时,Al成分x需要增加约0.01。这使得更难以使下层12的表面平坦化,因为具有较高Al成分的AlGaN更可能从图案化基片10的表面上的凸出部10b生长。因此,第一层12a、第二层12b和第三层12c优选地由未掺杂的AlGaN形成。
当发光器件1的发射波长在称为UV-B的波长范围(315nm至280nm)内时,构成下层12的AlxGa1-xN(未掺杂)中的Al成分x优选地设定为0.35至0.65。例如,构成第一层12a的AlxGa1-xN中的Al成分x为0.4至0.65,构成第二层12b的AlxGa1-xN中的Al成分x为0.35至0.6,并且构成第三层12c的AlxGa1-xN中的Al成分x为0.4至0.65。
当发光器件1的发射波长在称为UV-C的波长范围(小于280nm)内时,构成下层12的AlxGa1-xN(未掺杂)中的Al成分x优选地设定为不小于0.6。例如,构成第一层12a的AlxGa1-xN中的Al成分x为1,构成第二层12b的AlxGa1-xN中的Al成分x为0.6至1.0,并且构成第三层12c的AlxGa1-xN中的Al成分x为0.6至1.0。
发光功能部
发光功能部20具有n接触层21、n接触层21上的n包覆层22、n包覆层22上的发光层23、发光层23上的电子阻挡层24、电子阻挡层24上的p包覆层25以及p包覆层25上的p接触层26。
n接触层21连接至n侧电极31,并且p接触层26经由形成在p接触层26上的透明电极30连接至p侧电极32。
发光功能部20主要包括第III族氮化物半导体并且通过例如MOCVD法形成。由于在下层12的表面上不存在由图案化基片10的凹凸图案引起的凹槽,所以生长在下层12上的发光功能部20具有优异的晶体质量。用于发光功能部20的供体和受体例如分别为Si和Mg。
n接触层21和n包覆层22由例如含有Si作为供体的AlGaN形成。发光层23具有例如由AlGaN基材料形成的MQW(多量子阱)结构。电子阻挡层24由含有Mg作为受体的AlGaN形成。p包覆层25由含有Mg的GaN形成。p接触层26由含有Mg作为受体的AlGaN形成。构成各层的AlGaN的成分比根据发光层23的发光波长适当确定。
n侧电极31和p侧电极32由诸如Au的导电材料形成。与此同时,透明电极30由诸如ITO(In2O3-SnO2)的透明材料形成。
制造发光器件的过程
图2A至图2E是示出根据实施方式的制造发光器件1的过程的竖直截面图。
首先,如图2A所示,通过溅射法在图案化基片10上形成主要包括AlN的成核层11。
当形成具有单晶结构的成核层11时,对氮源与惰性气体的流量比期望地调节,使得室的50%至100%,理想地75%为氮源。与此同时,当形成具有柱状晶体(多晶)的成核层11时,对氮源与惰性气体的流量比期望地调节,使得室的1%至50%,理想地25%为氮源。
在图案化基片10上形成成核层11之前,优选地对图案化基片10进行预处理。例如,作为预处理,可以通过暴露于Ar或N2等离子体来清洁图案化基片10以除去附着在图案化基片10的表面上的有机物质或氧化物。在这种情况下,当在图案化基片10与室之间施加电压而不向溅射靶施加电力时,等离子体粒子有效地作用在图案化基片10上。
此外,图案化基片10的预处理优选地是在将诸如N+或(N2)+的离子组分与不具有电荷的基团组分如N基或N2基混合的气氛中执行的等离子体处理。当如上所述的在具有离子组分与基团组分的混合物的气氛中执行的等离子体处理用于图案化基片10的预处理时,使得具有适当能量的反应物作用在图案化基片10上,可以去除污染物等而不损坏图案化基片10的表面。
接下来,如图2B至图2D所示,通过在图案化基片10上经由成核层11上顺序地形成第一层12a、第二层12b和第三层12c来获得下层12。
当通过MOCVD法沉积下层12时,例如使用氢(H2)或氮(N3)作为载气,使用三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)作为Ga源,使用三甲基铝(TMA)或三乙基铝(TEA)作为Al源,并且使用氨(NH3)或肼(N2H4)作为N源。此外,当添加掺杂剂时,可以使用甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)作为Si源,以及使用环戊二烯基镁(Cp2Mg)作为Mg源。
第一层12a由具有几乎没有横向晶体生长分量的小平面生长形成,并且第二层12b和第三层12c形成为具有比第一层12a的横向晶体生长组分更多的横向晶体生长组分。详细地,对于第一层12a,将生长压力调节为例如不小于40kPa,优选地约60kPa,并且对于第二层12b和第三层12c,将生长压力调节为不大于40kPa,优选地约20kPa。
当第一层12a的生长压力不小于40kPa时,生长温度优选地不大于1140℃,更优选地约1120℃,以防止下层12的表面上的凹坑。
接下来,如图2E所示,在下层12上形成n接触层21。然后,通过已知的过程形成n接触层21上的各种部件,并且由此获得发光器件1。
实施方式的效果
在本实施方式中,尽管基片是在表面上具有凹凸图案的图案化基片,并且作为基材以使发光功能部在其上生长的下层是主要包括高Al成分的AlGaN的层,但是可以降低下层的位错密度,并且还使下层的表面平坦化,而没有由图案化基片的凹凸图案引起的凹槽。因此,可以提高形成在下层上的发光功能部的晶体质量,以提高发光器件的内部量子效率等,并且还可以减少漏电流。
实例
图3A是示出在实施方式中代替主要包括AlGaN的下层12生长的GaN下层生长期间的状态的鸟瞰图SEM图像。在形成GaN下层之前,在形成成核层11之后,不进行不低于1150℃的热处理。
如实施方式所述,GaN或具有低Al成分的AlGaN主要从图案化基片10的凹凸图案的平坦部10a生长,并且几乎不从凸出部10b生长。因此,如图3A所示,在生长期间,在GaN下层上明确地形成小平面。
图3A中由“A”示出的部分位于图案化基片10的凹凸图案的凸出部10b的顶部的正上方。与此同时,由“B”示出的部分是随着生长进行而扩展的GaN下层的上表面,并且随着生长持续而填充由图案化基片10的凹凸图案引起的GaN下层的表面上的凹槽,并且GaN下层的表面将变平坦。
也就是说,当形成GaN下层时,在形成成核层11之后不需要进行不低于1150℃的热处理。然而,GaN下层吸收紫外光,因此不适合紫外线发光器件。
图3B是示出在形成成核层11之后不进行不低于1150℃的热处理时的AlxGa1-xN下层12(x=0.1)的生长期间的状态的鸟瞰图SEM图像。
该下层12包含Al,因而也从图案化基片10的凹凸图案的凸出部10b生长。此外,如图3B所示,由于在形成成核层11之后不进行热处理,所以从凸出部10b的生长没有被抑制,并且在由“A”示出的位于凸出部10b的顶部的正上方的部分处出现异常生长的晶体。因此,即使生长持续,由图案化基片10的凹凸图案引起的下层12的表面上的凹槽也不会被填充。
图4A是示出在形成成核层11之后不进行不低于1150℃的热处理时的AlxGa1-xN下层(x=0.04)的生长期间的状态的AFM(原子力显微镜)图像。
图4B是示出在形成成核层11之后不进行不低于1150℃的热处理时的AlxGa1-xN下层12(x=0.1)的生长期间的状态的AFM图像。
图4C是示出在形成成核层11之后进行不低于1150℃的热处理时的AlxGa1-xN下层12(x=0.1)的生长期间的状态的AFM图像。
在图4A至图4C中由“A”和“B”指示的部分对应于图3A和图3B中由“A”和“B”指示的部分。
在图4A中,在由“A”指示的部分处观察到的异常生长的晶体小。认为这是因为下层中的Al成分低。然而,AlxGa1-xN(x=0.04)吸收紫外光,因此不适合紫外线发光器件。
在图4B中,在由“A”指示的部分处观察到大的异常生长的晶体。认为这是因为下层中的Al成分高,并且在形成成核层11之后不进行热处理。
另一方面,在图4C中由“A”指示的部分处观察到的异常生长的晶体比在图4B中观察到的异常生长的晶体小。认为这是因为在形成成核层11之后通过热处理而抑制了下层12从凸出部10b的生长。
尽管已经描述了本发明的实施方式和实例,但是本发明不旨在限制实施方式和示例,并且可以在不脱离本发明的要点的情况下实现各种修改。例如,发光器件的配置没有特别限制,只要包括图案化基片10、成核层11、下层和紫外线发光层即可。
此外,本发明根据权利要求不限于实施方式和实例。此外,请注意,实施方式和实例中描述的特征的所有组合不是解决本发明的问题所必需的。

Claims (7)

1.一种制造发光器件的方法,包括:
通过溅射来在图案化基片的包括凹凸图案的表面上形成主要包括AlN的成核层;
在形成所述成核层之后,在不低于1150℃的温度下进行热处理;
在所述热处理之后,在所述图案化基片的形成有所述成核层的表面上形成AlGaN下层,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.04≤x≤1)和平坦表面;以及
在所述AlGaN下层上外延生长第III族氮化物半导体,以形成包括发光层的发光功能部。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.04≤x≤0.15)。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.6≤x≤1)。
4.一种发光器件,包括:
具有凹凸图案的图案化基片,所述凹凸图案包括平坦部和多个凸出部;
主要包括AlN的成核层,所述成核层包括浓度不小于1×1017cm-3的O2并且形成在所述图案化基片上;
主要包括AlxGa1-xN(0.04≤x≤1)的AlGaN下层,所述AlGaN下层经由所述成核层形成在所述图案化基片上并且具有平坦表面;以及
包括第III族氮化物半导体的发光功能部,所述发光功能部形成在所述AlGaN下层上并且包括发光层,
其中,所述成核层被配置成使得所述AlGaN下层从所述平坦部的生长量大于所述AlGaN下层从所述图案化基片的凸出部的生长量,以允许所述AlGaN下层具有平坦表面。
5.根据权利要求4所述的发光器件,其中,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.04≤x≤0.15)。
6.根据权利要求4所述的发光器件,其中,所述AlGaN下层主要包括AlxGa1-xN(0.6≤x≤1.0)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的发光器件,其中,所述成核层具有不大于7×108/cm2的位错密度。
CN201710685555.8A 2016-09-21 2017-08-11 发光器件及其制造方法 Pending CN107863421A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016184860 2016-09-21
JP2016-184860 2016-09-21
JP2017-139245 2017-07-18
JP2017139245A JP2018056551A (ja) 2016-09-21 2017-07-18 発光素子及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107863421A true CN107863421A (zh) 2018-03-30

Family

ID=61620629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710685555.8A Pending CN107863421A (zh) 2016-09-21 2017-08-11 发光器件及其制造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20180083163A1 (zh)
CN (1) CN107863421A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024098281A1 (zh) * 2022-11-09 2024-05-16 厦门三安光电有限公司 发光器件、发光器件的制作方法及发光装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101803929B1 (ko) * 2016-03-10 2018-01-11 주식회사 소프트에피 근자외선 발광 반도체 발광소자 및 이에 사용되는 3족 질화물 반도체 템플릿
JP6995304B2 (ja) 2016-12-06 2022-01-14 株式会社サイオクス 窒化物半導体テンプレートの製造方法、窒化物半導体テンプレートおよび窒化物半導体デバイス

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103050594A (zh) * 2011-10-12 2013-04-17 夏普株式会社 氮化物半导体结构的制造方法
US20150076507A1 (en) * 2012-04-26 2015-03-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Epitaxy substrate, method for producing an epitaxy substrate and optoelectronic semiconductor chip comprising an epitaxy substrate
WO2015121399A1 (de) * 2014-02-17 2015-08-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronischer halbleiterchip

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012090818A1 (ja) * 2010-12-29 2012-07-05 シャープ株式会社 窒化物半導体構造、窒化物半導体発光素子、窒化物半導体トランジスタ素子、窒化物半導体構造の製造方法および窒化物半導体素子の製造方法
KR102382440B1 (ko) * 2015-06-22 2022-04-05 삼성전자주식회사 반도체 발광소자

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103050594A (zh) * 2011-10-12 2013-04-17 夏普株式会社 氮化物半导体结构的制造方法
US20150076507A1 (en) * 2012-04-26 2015-03-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Epitaxy substrate, method for producing an epitaxy substrate and optoelectronic semiconductor chip comprising an epitaxy substrate
WO2015121399A1 (de) * 2014-02-17 2015-08-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronischer halbleiterchip

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024098281A1 (zh) * 2022-11-09 2024-05-16 厦门三安光电有限公司 发光器件、发光器件的制作方法及发光装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20180083163A1 (en) 2018-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5246213B2 (ja) Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法
CN1996626B (zh) 氮化物基发光器件及其制造方法
KR101268139B1 (ko) Ⅲ족 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법, ⅲ족 질화물 반도체 발광 소자 및 램프
WO2009154215A1 (ja) Iii族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
US20150176154A1 (en) Nitride semiconductor multilayer structure, method for producing same, and nitride semiconductor light-emitting element
US8304791B2 (en) Nitride-based semiconductor light emitting device and methods of manufacturing the same
JP2009277882A (ja) Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法及びiii族窒化物半導体発光素子、並びにランプ
KR101071450B1 (ko) Ⅲ족 질화물 반도체층의 제조 방법 및 ⅲ족 질화물 반도체 발광 소자, 및 램프
CN100580966C (zh) 一种绿光发光二极管
US7153713B2 (en) Method for manufacturing high efficiency light-emitting diodes
JP2018056551A (ja) 発光素子及びその製造方法
WO2019015217A1 (zh) 一种深紫外led
WO2009142265A1 (ja) Iii族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
CN105977351A (zh) 一种紫外led有源区多量子阱的生长方法
CN107863421A (zh) 发光器件及其制造方法
CN103456852B (zh) 一种led外延片及制备方法
US11264538B2 (en) Near-ultraviolet light-emitting semiconductor light-emitting element and group III nitride semiconductor template used therefor
Sheu et al. Improved output power of GaN-based blue LEDs by forming air voids on Ar-implanted sapphire substrate
WO2007114033A1 (ja) 発光素子の製造方法、化合物半導体ウェーハ及び発光素子
CN114220891A (zh) 半导体器件的外延片及其制作方法和应用
CN110459654A (zh) 紫外led外延结构
JP2995186B1 (ja) 半導体発光素子
Tu et al. Improved output power of InGaN LEDs by lateral overgrowth on Si-implanted n-GaN surface to form air gaps
CN117727849B (zh) 一种发光二极管外延片及制备方法
KR20090002165A (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180330

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication