CN109417110A - 半导体器件和包括该半导体器件的半导体器件封装 - Google Patents

半导体器件和包括该半导体器件的半导体器件封装 Download PDF

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Abstract

在此公开一种半导体器件。该半导体器件包括衬底、被布置在衬底上的第一导电型半导体层、被布置在第一导电型半导体层上的有源层以及被布置在有源层上的第二导电型半导体层。第一导电型半导体层包括具有不同的铟(In)组成比的第一层、第二层和第三层。第一半导体层被布置为靠近有源层。第二半导体层被布置在第一半导体层下面。第三半导体层被布置在第二半导体层下面。In含量从有源层到第三半导体层减少，并且第三半导体层的In含量可以是有源层的In含量的5％或以上至10％或以下。

Description

半导体器件和包括该半导体器件的半导体器件封装
技术领域
实施例涉及半导体器件和包括该半导体器件的半导体器件封装，并且更具体地，涉及能够改善光学特性、电特性和可靠性并且通过改善半导体器件的结晶度来防止蓝移的半导体器件以及包括该半导体器件的半导体器件封装。
背景技术
包括诸如GaN或AlGaN等化合物的氮化物半导体具有许多优点，诸如宽的并且能够容易地被调整的带隙能量，并且可以在半导体器件、光接收元件和各种二极管中被广泛地使用。
具体地，由于薄膜生长技术和器件材料的发展，使用半导体的3-5族或2-6族化合物半导体材料的诸如发光二极管或者激光二极管的发光器件能够实现各种颜色，诸如红色、绿色，蓝色和紫外线，也能够通过使用荧光材料或组合颜色实现具有高效率的白光，并且，与诸如荧光灯、灯泡等现有的光源相比，具有低功耗、半永久寿命、响应速度快、安全环保的优点。
例如，由于高热稳定性和宽带隙能量，氮化物半导体在光学器件和高输出电子器件的开发领域受到很多关注。具体地，使用氮化物半导体的蓝色发光器件、绿色发光器件和紫外线(UV)发光器件已经被商品化并被广泛使用。
此外，如果使用半导体的3-5族或2-6族化合物半导体材料制造诸如光电探测器或太阳能电池的光接收元件，则由于器件材料的发展其通过吸收各种光波长区域的光来产生光电流。因此，能够使用从伽马射线到无线电波长区域的各种波长区域的光。此外，因为光接收元件具有响应速度快、安全、环保、以及易于控制器件材料的优点，所以其可以容易地用于功率控制、超高频电路或通信模块。
近来，随着对高效率LED的需求增加，亮度的提高成为问题。为了提高发光器件的亮度，将载流子集中在有源层上是重要的。已经提出一种用于引入具有高能级的电子阻挡层(EBL)以便于在有源层中捕获具有高迁移率的电子的技术。
然而，由于蓝移现象，仍存在效率低的问题。
发明内容
实施例旨在提供一种能够防止蓝移现象的半导体器件。
此外，实施例旨在通过提供能够逐渐减少施加到有源层的应力的半导体器件来改进半导体器件的光学和/或电学特性和可靠性。
根据实施例的半导体器件包括：衬底；第一导电型半导体层，该第一导电型半导体层被布置在衬底上方；有源层，该有源层被布置在第一导电型半导体层上方；以及第二导电型半导体层，该第二导电型半导体层被布置在有源层上方。第一导电型半导体层包括具有不同的铟(In)组成比的第一层、第二层和第三层。当通过飞行时间二次离子质谱法(TOF-SIMS)测量第一导电型半导体层和有源层时，铟(In)离子的标准化二次离子的强度包括多个拐点。拐点包括出现在有源层中的第一高点和第一低点、出现在第一层中的第二高点和第二低点、出现在第二层中的第三高点和第三低点以及出现在第三层中的第四高点和第四低点。第一高点高于第二高点，第二高点高于第三高点，以及第三高点高于第四高点。
在一个实施例中，铟(In)离子的标准化二次离子的强度在第一层的第二高点处可以高于有源层的第一低点处的强度。铟(In)离子的标准化二次离子的强度在第二层的第三高点处可以高于在第一层的第二低点处的强度。铟(In)离子的标准化二次离子的强度在第三层的第四高点处可以高于第二层的第三低点处的强度。
在一个实施例中，其中第一层的铟(In)含量可以是有源层的铟(In)含量的60％至80％。
在一个实施例中，第二层的铟(In)含量可以是有源层的铟(In)含量的20％至30％或第一层的铟(In)含量的30％至40％。
在一个实施例中，第三层的铟(In)含量可以是有源层的铟(In)含量的5％至10％或第二层的铟(In)含量的20％至30％。
在一个实施例中，基于有源层的第一高点的在第二层的第三高点与有源层的第一高点之间的差值可以是第三层的第四高点和有源层的第一高点之间的差值的0.5倍。
在一个实施例中，有源层具有InGaN/GaN的超晶格结构，并且可以具有14％的铟(In)的组成比。
在一个实施例中，第一层具有InGaN/GaN的超晶格结构，并且可以具有6％至9％的铟(In)的组成比。
在一个实施例中，第二层具有InGaN/GaN的超晶格结构，并且可以具有3％至6％的铟(In)的组成比。
在一个实施例中，第三层具有InGaN/GaN的超晶格结构，并且可以具有1％至3％的铟(In)的组成比。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的半导体器件的横截面图。
图2是根据本发明的实施例的半导体器件的第一层的横截面图。
图3是根据本发明的实施例的半导体器件的第二层的横截面图。
图4是根据本发明的实施例的半导体器件的第三层的横截面图。
图5是根据本发明的另一实施例的半导体器件的横截面图。
图6示出根据本发明的实施例的半导体器件中的比率形式的从有源层150到第三层的铟(In)含量。
图7和8示出根据本发明的实施例的半导体器件的飞行时间-二次离子质谱法(SIMS)的结果。
图9是根据本发明的实施例的半导体器件封装的横截面图。
<附图中主要元件的附图标记的描述>
100：半导体器件
110：衬底 120：缓冲层
130：第一导电型半导体层
142：第一半导体层
144：第二半导体层
146：第三半导体层
150：有源层 160：阻挡层
170：第二导电型半导体层
180：透光电极层
192：第一电极 194：第二电极
200：半导体结构
具体实施方式
本实施例可以以其他形式修改，或者可以组合数个实施例，并且本发明的范围不限于下面描述的每个实施例。
虽然在特定实施例中描述的内容在另一个实施例中没有被描述，但是它们可以被解释为与另一个实施例有关的描述，除非其被另外描述或者其与另一个实施例中的描述冲突。
例如，如果已经在特定实施例中描述了元件A的特性并且在另一个实施例中描述了元件B的特性，如果不存在相反或矛盾的描述，则其中元件A和元件B已经被组合的实施例应被解释为属于本发明的权利范围，除非该实施例被明确地描述。
在下文中，参考附图详细描述能够实现目的的本发明的实施例。
在描述本发明的实施例中，如果一个元件被描述为形成在另一元件的“上面或者下面(上方或下方)”，则术语“上面或者下面(上方或者下方)”包括这两个元件彼此直接接触或者在两个元件之间(间接)布置一个或多个其他元件。此外，如果术语“上面或下面(上方或者下方)”被表达，则除了向上方向之外，基于一个元件其可以包括向下方向的含义。
图1是根据本发明的实施例的半导体器件的横截面图。
参考图1，半导体器件100可以包括：衬底110；半导体结构200，该半导体结构200被布置在衬底上并被配置成包括第一导电型半导体层130、第二导电型半导体层170以及被布置在第一导电型半导体层130和第二导电型半导体层170之间的有源层150；以及被电连接到半导体结构200的第一电极192及第二电极194。
此外，多个半导体层可以被布置在第一导电型半导体层130和有源层之间。阻挡层160可以被布置在有源层150和第二导电型半导体层170之间。第一电极192可以被布置在第一导电型半导体层130上。透光电极层180和第二电极194可以被布置在第二导电型半导体层170上。
衬底110可以由具有优异导热性的材料制成，并且可以是导电衬底或绝缘衬底。例如，衬底110可以使用蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge和Ga2O3中的至少一个。例如，衬底110可以是AlN模板(template)。可以在衬底110的顶部和/或底部上形成多个峰(未示出)。多个峰中的每个的侧截面具有半球形、多边形和椭圆形中的至少一个，并且多个峰可以以条纹形或矩阵形式排列。峰能够提高光提取效率。
发光结构200可以被布置在衬底110上。用于布置发光结构200的设备包括电子束沉积设备、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体激光沉积(PLD)、双型热蒸镀溅射和金属有机化学气相沉积(MOCVD)，但不限于此。
发光结构200可以包括稍后描述的缓冲层120、第一导电型半导体层130、第一半导体层142、第二半导体层144、第三半导体层146、有源层150、第二导电型半导体层170和阻挡层160。
缓冲层120可以被布置在衬底110上。
缓冲层120减少衬底110和第一导电型半导体层130之间的晶格失配，并且使得导电半导体能够容易地生长。缓冲层110可以由3族-5族化合物半导体，例如，GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的至少一个制成。可以在缓冲层上形成未掺杂的半导体层(未示出)。
第一导电型半导体层130可以被布置在缓冲层120上。
第一导电型半导体层130可以使用诸如Ⅲ-Ⅴ族或者Ⅱ-Ⅵ族的化合物半导体来实现，并且第一导电型半导体层130可以被掺杂有第一掺杂物。第一导电型半导体层130可以使用具有AlxGa1-xN(0≤x≤1)的经验公式(empirical formula)的半导体材料来实现。例如，可以选择GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP或AlGaInP作为第一导电型半导体层130。此外，第一掺杂物可以是n型掺杂物，诸如Si、Ge、Sn、Se或Te。如果第一掺杂物是n型掺杂物，则第一导电型半导体层130可以是n型半导体层。
有源层150可以被布置在第一导电型半导体层130上。
有源层150是其中通过第一导电型半导体层130注入的电子(或空穴)和通过第二导电型半导体层170注入的空穴(或电子)相遇的层。当电子和空穴复合时有源层150转移到低能级，并且能够产生具有特定波长的光。
有源层150可以具有单阱结构、多阱结构、单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子点结构和量子线结构中的任何一个，并且有源层150的结构不限于此。
有源层150可以使用化合物半导体来实现。有源层150可以使用II族-VI族化合物半导体和III族-V族化合物半导体中的至少一个来实现。
如果有源层150已经被实现为具有多阱结构，则有源层150包括多个阱层和多个阻挡层。在这种情况下，可以交替地布置阱层和阻挡层，并且可以在2～30个周期中形成一对阱层和阻挡层。有源层150可以是InGaN/GaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs和GaP(InGaP)/AlGaP中的任何一个或多个对结构。有源层150可以具有InGaN/GaN堆叠结构或者InGaN/InGaN堆叠结构，并且InGaN的铟(In)含量可以为9％或9％以上至14％或14％以下。有源层150可以包括与待发射的光的波长相对应的In含量。在一个实施例中，当使用光电探测器测量发光结构时，具有其中光的相对强度在410nm以上至470nm以下的波长中最高的主峰波长的半导体结构200，诸如光致发光(在下文中被称为“PL”)或积分球，作为示例。描述半导体结构200与其他元件之间的关系。
多个半导体层可以被布置在第一导电型半导体层130与有源层150之间。第一半导体层142可以被布置为与有源层150相邻。第二半导体层144可以被布置在第一半导体层下方。第三半导体层146可以被布置在第二半导体层下方。第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层可以是超晶格层，并且可以包括其中重复堆叠AlGaN层、InGaN层和GaN层的InGaN/GaN、AlGaN/GaN和InGaN/AlGaN结构，但不限于此。
半导体结构200可以包括铟(In)。铟(In)含量可以从半导体结构的衬底110到表面方向逐渐地增加。例如，In含量可以从半导体结构的底部到顶部增加，因此第一半导体层142的In含量可以大于第三半导体层146的In含量。如果半导体结构200是基于GaN的材料，电子的迁移率和空穴的迁移率可能不同。电子的迁移率可以是空穴迁移率的10倍或10倍以上至1000倍或1000倍以下。例如，如果第一导电型半导体层130是包括n型掺杂物的n型半导体并且第二导电型半导体层170是包括p型掺杂物的p型半导体，则从第一导电型半导体层130注入到有源层150的电子的迁移率高于从第二导电型半导体层170注入到有源层150的空穴的迁移率。因此，电子通过有源层150注入到第二导电型半导体层170并且以非发光方式与空穴复合的概率可能高于电子在有源层150中以发光方式与空穴复合的概率。此外，注入有源层150的电子和空穴可能不平衡。结果，半导体器件100的光学特性可能被恶化。此外，包括GaN基材料的半导体材料可以具有更小的能带隙Eg，即，导带Ec和价带Ev之间的差，因为半导体材料包括更多的In。因此，从衬底110到有源层150的第一方向上的In含量的增加可以包括能带隙Eg在第一方向上减小的含义。在一个实施例中，如果半导体结构200包括GaN基材料，则衬底110和有源层150之间的应力也可以沿着在第一方向上减小的能带隙Eg增加，因为电子的迁移率大于空穴的迁移率。因此，在本实施例中，随着In含量从衬底110到有源层150增加，多个半导体层被布置。因此，电子的能量能够在第一方向上减小，电子的迁移率和空穴的迁移率能够平衡，并且能够增加在有源层150中执行发光复合的概率。此外，通过将直接施加到有源层150的应力分布到多个半导体层，能够改善有源层150的结晶度。
如果有源层150的In含量为9％或9％以上至14％或14％以下，则第一半导体层142的In含量可以为6％或6％以上至9％或9％以下，第二半导体层144的In含量可以为3％或3％以上至6％或6％以下，并且第三半导体层146的In含量可以为1％或1％以上至3％或3％以下。如上所述，基于有源层150，第一半导体层142、第二半导体层144和第三半导体层146的In含量需要较小。
与第二半导体层144和第三半导体层146相比，第一半导体层142可以被布置为靠近有源层150。如果有源层150的In含量为9％或9％以上至14％或14％以下，则第一半导体层142的In含量需要为6％或6％以上。在这种情况下，因为有源层150和第一导电型半导体层130之间产生的应力减小，所以能够防止其中由有源层150发射的光的波长响应于施加的电流或电压而改变的现象。此外，当使用诸如PL或积分球的光电探测器测量半导体结构200时，由有源层150发射的光的相对强度可能是最强的。如果第一半导体层142的In含量为9％或9％以下，则第一半导体层142的光的相对强度可能弱于有源层150发射的光的强度。如果第一半导体层142的光的相对强度大于由有源层150发射的光的强度，则当使用诸如PL或积分球的光电探测器测量半导体结构200时，第一半导体层142可以在比由有源层150发射的光的主波长短的波长区域中具有拐点。如果拐点具有比与由有源层150发射的光的波长的半峰全宽(FWHM)相对应的波长相对更强的光强度时，半导体器件100的色彩再现率可能会降低。因此，当有源层150的In含量为9％或9％以上至14％或14％以下时，第一半导体层142的In含量需要为6％或6％以上至9％或9％以下。在这种情况下，能够减小半导体结构200的应力，并且能够确保半导体器件100的色彩再现率。
第二半导体层144可以被布置为超晶格层。为了减小有源层150与第一导电型半导体层130之间的应力，当有源层150的In含量为9％或9％以上至14％或14％以下时，第二半导体层144的In含量可以为3％或3％以上至6％或6％以下。如果衬底110不是由与半导体结构200相同的材料制成，则可以在衬底110和半导体结构200之间产生归因于晶格常数差的应力。例如，如果使用蓝宝石衬底作为衬底110并且半导体结构200由GaN基材料制成，则在半导体结构200和衬底110之间产生很大的应力。因此，半导体结构200中具有最高In含量的有源层150可以在半导体结构200中具有高的晶格常数，并且在衬底110和有源层150之间可能产生很大的应力。因此，为了减小有源层150和衬底110之间的应力，第二半导体层144可以包括3％或3％以上至6％或6％以下的In含量。第二半导体层144能够仅在包括如上所述的3％或3％以上的In成分时减少应力。此外，如果第二半导体层144中的In离子的成分超过6％，则其可以高于第一半导体层142中的In离子的成分。在这种情况下，第二半导体层144的能带隙Eg可以大于第一半导体层142的能带隙Eg。如果第二半导体层144的能带隙Eg大于第一半导体层142的能带隙Eg，则具有对应于能带隙Eg的导带Ec或更多的能量的电子可以不从第二半导体层144注入到第一半导体层142。因此，为了确保半导体器件100的光学和/或电学特性，当有源层150的In含量为9％或9％以上至14％或14％以下时第二半导体层144中的In离子的成分可以为3％或3％以上至6％或6％以下。
当有源层150的In含量为9％或9％以上至14％或14％以下时，第三半导体层146中的In离子的成分可以为1％或1％以上至3％或3％以下。当第三半导体层146中的In离子的成分为1％或1％以上时，能够减小有源层150与第一导电型半导体层130之间的应力。此外，如果第三半导体层146中的In离子的成分为3％或3％以下，则因为能够确保用于第二半导体层144的电子注入特性，所以能够确保半导体器件100的光学特性和/或电特性。
图2至图4是更加详细地示出第一至第三半导体层142、144和146的横截面图。
参考图2，第一半导体层142可以具有其中已经堆叠1对或1对以上至4对或4对以下的InGaN/GaN的结构。InGaN层142a和GaN层142b可以具有不同的厚度。当第一半导体层142为1对或1对以上时，能够减小有源层150与衬底110之间的应力。当第一半导体层142为4对或4对以下时，因为具有相对强度大于对应于由有源层150发射的光的半峰全宽(FWHM)的光的相对强度的光被防止发生，所以能够确保半导体器件100的色彩再现率。如上所述，当使用诸如PL或积分球的光电探测器来测量半导体结构200时，光的相对强度和FWHM可以是在由半导体器件100发射的光的波长中相对具有最大强度的波长区域。
InGaN层142a的厚度T1与GaN层142b的厚度T2的比率可以形成在1:7至1:25的范围内。例如，InGaN层的厚度T1可以是2nm至3nm，并且GaN层的厚度T2可以是20nm至50nm。当InGaN层142a的厚度T1与第一半导体层142的GaN层142b的厚度T2的比率为1:7或1:7以上时，施加到有源层150的压电场能够被减小，并且能够抑制其中有源层150的发射波长改变的现象。此外，当比率为1:25或1:25以下时，因为确保注入到有源层150中的电流的扩展特性，所以能够确保半导体器件100的电学和/或光学特性。
参考图3，第二半导体层144可以具有已经堆叠InGaN/GaN的超晶格结构。第二半导体层144的InGaN层和GaN层可以具有相同的厚度，或者GaN层可以被形成为比InGaN层更厚。InGaN层144a的厚度T3与GaN层144b的厚度T4的比率可以形成在1:1至1:2的范围内。例如，InGaN层144a的厚度T3可以是2nm至3nm，并且GaN层144b的厚度T4可以是2nm至6nm。当InGaN层144a的厚度T3与第二半导体层144的GaN层144b的厚度T4之比为1:1或1:1以上时，能够确保施加到有源层150的应变减小特性。当InGaN层144a的厚度T3与GaN层144b的厚度T4的比率为1:2或1:2以下时，能够减小归因于有源层150与衬底110之间的晶格失配的应力。可以在第二半导体层144中布置3对或3对以上至20对或20对以下的InGaN/GaN。仅当第二半导体层144的InGaN/GaN堆叠结构被布置为3对或3对以上时能够减少有源层150和衬底110之间的应力。此外，能够确保用于抑制归因于衬底110和半导体结构200之间的晶格常数的差的电位检测延伸到有源层150的问题的功能。电位检测具有使半导体器件100的电和/或光学特性和可靠性劣化的问题。当第二半导体层144的InGaN/GaN堆叠结构为3对或3对以上时，电位检测问题能够被解决。如果InGaN/GaN堆叠结构超过20对，则可能难以确保半导体器件100的光学和/或电学特性，因为第二半导体层144的电阻可能增加。因此，如果第二半导体层144被布置在InGaN/GaN堆叠结构中，则第二半导体层144的InGaN/GaN堆叠结构可以布置成3对或3对以上到20对或20对以下。
参考图4，第三半导体层146可以具有InGaN/GaN堆叠结构。如果InGaN/GaN结构堆叠，则可以将其布置成一对或一对以上至五对或五对以下。InGaN层和GaN层可以具有不同的厚度，或者GaN层可以被形成为比InGaN层更厚。
InGaN层146a的厚度T5与GaN层146b的厚度T6的比率可以形成在1:3至1:8的范围内。例如，第二半导体层146的InGaN层146a的厚度T5可以是2nm至3nm，并且第二半导体层146的GaN层146b的厚度T6可以是10nm至15nm。在布置第三半导体层146的工艺中，当InGaN层146a的厚度T5与第三半导体层146的GaN层146b的厚度T6的比率为1:3或1:3以上时，能够通过控制第三半导体层146的顶部和侧面之间的倾斜平面的生长比率来容易地配置凹槽。凹槽可以具有形成谷的形状，在第三半导体层146的顶部和底部之间包括最低点和倾斜平面。第三半导体层146的单位面积的凹槽的密度可以是能够减小衬底110与有源层150之间的应力并且改善发光结构200的结晶度并且因此防止由发光器件100发射的波长的偏移并且改进半导体器件100的光学和/或电学特性的密度，尽管对本领域的技术人员来说已知该密度。
图5是包括凹槽的半导体器件100的横截面图。
凹槽R可以延伸到第二半导体层144、第一半导体层142和有源层150。凹槽能够改进半导体器件100的光学和/或电学特性。然而，如果布置太多的凹槽，则半导体器件100的电学和/或光学特性和可靠性可能会恶化。此外，如果InGaN层146a的厚度T5与第三半导体层146的GaN层146b的厚度T6的比率为1:8或1:8以下，则能够确保通过第三半导体层146从第一导电型半导体层130向有源层150注入的电流的电流注入特性。
如上所述，In含量依次朝着第一半导体层142、第二半导体层144、第三半导体层146和有源层150缓慢减小。如上所述，通过控制In含量，能够控制应变并防止蓝移。因为有源层150含有9％或9％以上至14％或14％以下的In含量，因此能够发射在410nm或410nm以上至470nm或470nm以下的波长中具有最大相对光强度的蓝色波长。此外，因为第一半导体层142、第二半导体层144和第三半导体层146的In含量朝着有源层150增加，所以施加到有源层150的应力能够被逐渐减小。此外，因为从第一导电型半导体层130注入到有源层150的电子的迁移率和从第二导电型半导体层170注入到有源层150的空穴的迁移率被平衡，所以能够确保半导体器件100的光学和/或电学特性。
有源层150可以不发射在410nm或410nm以上至470nm或470nm以下的波长中具有最大相对光强度的蓝色波长。因此，假设有源层150的In含量为100％，则第一半导体层142的In含量可以是有源层150的In含量的60％至80％，并且第二半导体层144的In含量可以是第一半导体层146的In含量的30％到40％，并且可以是有源层150的In含量的20％到30％。
第三半导体层142的In含量可以是第二半导体层144的In含量的20～30％，并且可以是有源层150的In含量的5％～10％。
第一半导体层146、第二半导体层144和第三半导体层142中的每个的In含量可以包括基于有源层150的上述范围，并且其效果可以与上面描述的那些相同。
图6以比率的形式示出从有源层150到第三半导体层146的In含量。
从图6，可以看出，假定有源层的In含量为100％，第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层的In含量基于有源层分别为60％至80％、20％至30％、5％至10％，并且逐渐地减小。
此外，如果半导体结构200由GaN基材料制成，则阻挡层160可以被布置在有源层150和第二导电型半导体层170之间。
如果半导体结构200由GaN基材料制成，则阻挡层160能够用作有源层的电子阻挡层和MQW包覆层，因为电子的迁移率和空穴的迁移率是不同的，并且电子的迁移率高于空穴的迁移率，从而能够提高发射效率。阻挡层160的作用不限于此，并且阻挡层160能够防止具有相对高的迁移率的载流子经由有源层150被注入到第一导电型半导体层130或第二导电型半导体层170中。在这种情况下，载流子可以是电子或空穴，但不限于此。具有高迁移率的载流子可以被选择。阻挡层160可以具有已经堆叠了至少一对或更多的InAlNN/GaN层的结构。阻挡层160的InAlN层可以包括第二导电型掺杂物。能够通过调整阻挡层160中的In离子的成分来控制归因于晶格失配的应力。
第二导电型半导体层170形成在有源层150上方，并且可以使用诸如Ⅲ-Ⅴ族或者Ⅱ-Ⅵ族的化合物半导体来实现。第二导电型半导体层170可以掺杂有第二掺杂物。第二导电型半导体层170可以由具有经验公式AlxGa1-xN(0≤x≤1)的半导体材料或从AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中选择的材料制成。如果第二掺杂物是诸如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba的p型掺杂物，则掺杂有第二掺杂物的第二导电型半导体层170可以是p型半导体层。
透光电极层180可以被布置在第二导电型半导体层170上。
透光电极层180可以是单金属、金属合金或金属氧化物和金属氮化物的多堆叠，使得能够有效率地注入载流子并且能够透射由有源层150发射的光。例如，透光电极层180可以由具有与半导体的良好电接触的材料制成。透光电极层180可以形成为包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物(ATO)、镓锌氧化物(GZO)、IZO氮化物(IZON)、Al-GaZnO(AGZO)、In-Ga ZnO(IGZO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au和Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au和Hf中的至少一个，但不限于这些材料。
第二电极194被布置在透光电极层180上。第一电极192被布置在具有部分暴露的顶部的第一导电型半导体层130上。例如，第一电极160和第二电极170可以由包括Cr、Ti、Ag、Ni、RH、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Cu、Au和Hf中的任何一个的金属或者它们的合金制成。其后，第一电极192和第二电极194可以电连接，从而完成发光器件的制造。
图7和8示出本发明的实施例和半导体结构200，并且是通过使用飞行时间-二次离子质谱法(TOF-SIM，在下文中被称为“SIMS”)测量半导体结构200的厚度的二次离子的相对强度的谱图。可以通过计数通过将初级离子辐射到发光结构的表面而释放的二次离子的数目来分析SIMS数据。在这种情况下，可以选择O2 +、Cs+或Bi+作为初级离子。加速电压可以在20至30keV的范围内调节，辐射电流可以在0.1pA至5.0pA的范围内调节，并且辐射面积可以为20nm x 20nm。二次离子由形成发光结构200的材料发射，材料可以指的是In、Al、Ga、Si、Mg或C。分析条件是用于分析由氮化物基化合物半导体制成的发光结构的条件，但不限于此。用于分析由半导体制成的结构的任何条件都可以被用作分析条件。
参考图7和图8，左边的纵轴示出作为二次离子检测的In离子的相对强度。右侧的纵轴示出被检测为二次离子的Si原子和C原子的相对浓度。左右纵轴均以对数刻度为基准。首先基于图7中所示的SIMS数据描述第一实施例。第一实施例以半导体结构200为基础，并且半导体结构200可以包括第一导电型半导体层130、第一半导体层142、第二半导体层144、第三半导体层146、有源层150以及第二导电型半导体层170，其可以包括Si原子和/或C原子。
第三半导体层146的Si原子的数量可以是第一导电型半导体层130的Si原子的数量的0.05倍或0.05倍以上至0.2倍或0.2倍以下。当第三半导体层146的Si原子的数量是第一导电型半导体层130的0.05倍或0.05倍以上时，能够确保通过第三半导体层146从第一导电型半导体层130到有源层150的电流注入特性。当第三半导体层146的Si原子的数量是第一导电型半导体层130的Si原子的数量的0.2倍或0.2倍以下时，能够确保第三半导体层146的电流扩展特性。当确保电流注入特性和电流扩展特性时，也能够确保半导体器件100的电学特性和/或光学特性。因此，第三半导体层146的Si原子的数量在第一导电型半导体层130的Si原子的数量的0.05倍或0.05倍以上至0.2倍或0.2倍以下的范围内。此外，第三半导体层146的C原子的数量可以大于第一导电型半导体层130的C原子的数量。如果半导体结构200由GaN基材料制成，则具有随着包含更多C原子而电阻上升的特性。因此，如果第三半导体层146的C原子的数量大于第一导电型半导体层130的C原子的数量并且第三半导体层146的Si原子的数量小于第一导电型半导体层130的Si原子的数量，则第三半导体层146的电阻可能变高并且能够确保电流扩展特性。此外，仅当第三半导体层146的Si原子的数量落入如上所述的范围内时，能确保通过第三半导体层146从第一导电型半导体层130到有源层150的电流注入特性。
有源层150、第一半导体层142、第二半导体层144和第三半导体层146可以根据SIMS而具有不同的离子强度，因为它们具有不同的In离子含量。
基于第一导电型半导体层130中的Si原子的浓度，Si原子的浓度可以朝向第二导电型半导体层170而降低。Si原子充当第一导电型半导体层130内的掺杂物，所以第一导电型半导体层130可以被配置成具有n型极性。此外，因为Si原子也能够起到改善半导体结构200的晶体结构的作用，所以Si原子通常可以被分布在半导体结构200内。然而，如在本实施例中那样，如果第一导电型半导体层130是由n型半导体层制成，包括在第一导电型半导体层130中的Si原子的浓度在半导体结构200中可以是最高的。
仅当第三半导体层146的Si原子浓度低于第一导电型半导体层130的Si原子浓度并且高于有源层150的Si原子浓度时，能够确保通过第三半导体层146从第一导电型半导体层130到有源层150的电流注入特性。此外，第二半导体层144可以在半导体结构200中具有最低浓度的Si原子。因此，用于第一半导体层142和有源层144的Si离子的浓度的第三半导体层146的Si原子的浓度的谱图可以在第二半导体层144内具有拐点。如果第二半导体层144具有如在前述的结构中的其中InGaN/GaN已经堆叠的结构，则第二半导体层144可以在半导体结构200中具有最低的Si原子浓度以便确保电流扩展特性。
根据SIMS，有源层150、第一半导体层142、第二半导体层144和第三半导体层146具有不同的In离子强度，因为它们具有不同的In离子浓度。也就是说，因为In离子的含量在有源层150中最高，所以In离子的强度在有源层150中也是最高的，并且朝向第一半导体层142、第二半导体层144和第三半导体层146被逐渐地减少。有源层150、第一半导体层142、第二半导体层144和第三半导体层146可以包括多个拐点，因为包括In离子的层和不包括In离子的层被交替地堆叠。In离子的强度意指当初级离子辐射到半导体器件时作为二次离子发射的In离子的强度。也就是说，In离子的强度是In二次离子的强度。每个层可以包括用于多个强度的In离子的拐点。可以看出，在每层中已经形成多个峰。
拐点可以包括In离子的强度高于周围点的强度的点和In离子的强度低于周围点的强度的点。高点/低点是因为In离子的强度高于/低于周围点而使图的斜率变化的点。因此，多个高点和低点可以出现在单层中。也就是说，有源层150、第一半导体层142、第二半导体层144和第三半导体层146可以包括多个高点和低点。包括在同一层中的多个高点可以在离子强度上不同。类似地，包括在同一层中的多个低点可以具有不同的离子强度。
高点和低点意指出现在有源层150、第一半导体层142、第二半导体层144和第三半导体层146的区域的拐点，并且不包括出现在层之间的边界的拐点。例如，在第一半导体层142和第二半导体层144之间的边界表面中In离子的强度的斜率小于周围其他点处的斜率的下降点，但是这一点不被包括在该实施例中定义的低点中。
电离强度在有源层150中最强，因为有源层150包括最大含量的In离子。也就是说，出现在有源层中的高点可能高于出现在第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层中的高点。出现在有源层中的低点可能高于出现在第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层中的低点。
多个第一高点和多个第一低点出现在有源层150中。多个第二高点和多个第二低点可以出现在第一半导体层142中。多个第三高点和多个第三低点可以出现在第二半导体层144中。多个第四高点和多个第四低点可以出现在第三半导体层146中。
第二高点可以低于第一高点，第三高点可以低于第二高点，并且第四高点可以低于第三高点。
第二高点可以高于第一低点，第三高点可以高于第二低点，并且第四高点可以高于第三低点。
第一半导体层142的In离子含量为有源层的In含量的60％至80％，第二半导体层144的In离子含量为有源层的In离子含量的30％至40％，第三半导体层146的In离子含量为有源层的In含量的20％至30％。因此，可以看出，SIMS分析值是相似的。
仅当第一半导体层142的In离子的强度是有源层150的In离子的60％或60％以上时，能够减少在有源层150与第一导电型半导体层130之间产生的应力。因此，能够防止其中通过施加的电流或电压改变由有源层150发射的光的波长的现象。此外，当使用诸如PL或积分球的光电探测器来测量半导体结构200时，由有源层150发射的光的相对强度可能是最强的。当第一半导体层142的In离子的强度是有源层150的In离子的80％或80％以下时，第一半导体层142的光的相对强度可以小于由有源层150发射的光的强度。如果第一半导体层142的光的相对强度大于有源层150发射的光的强度，则当使用诸如PL或积分球的光电探测器测量半导体结构200时，第一半导体层142可以在比由有源层150发射的光的主波长更短的波长区域中具有拐点。如果拐点具有比与由有源层150发射的光的波长的FWHM相对应的波长的强度相对更强的光强度，则半导体器件100的色彩再现率可能劣化。因此，仅当第一半导体层142的In离子的强度为有源层150的60％或60％以上至80％或80％以下时，能够减小施加至半导体结构200的应力，并且能够确保半导体器件100的色彩再现率。
为了减小有源层150与第一导电型半导体层130之间的应力，第二半导体层144的In离子的强度可以是有源层的In离子的30％或30％以上至40％或40％以下。如果衬底110不是由与半导体结构200相同的材料制成，则可以在衬底110和半导体结构200之间产生归因于晶格常数的差的应力。例如，如果使用蓝宝石衬底作为衬底110并且半导体结构200由GaN基材料制成，则在半导体结构200和衬底110之间产生很大的应力。因此，在半导体结构200中具有最高的In离子强度的有源层150可能在半导体结构200中具有最大的晶格常数，并且在衬底110和有源层150之间可能产生很大的应力。因此，使第二半导体层144的In离子的强度变成有源层150的In离子的30％或30％以上至40％或40％以下，从而能够减小有源层150与衬底110之间的应力。仅当第二半导体层144具有有源层150的In离子的强度的30％或30％以上的In离子的强度时，如上所述地，其能够减小应力。此外，如果与有源层150相比第二半导体层144的In离子的强度超过40％，则其可能高于第一半导体层142的In离子的强度，并且因此第二半导体层144的能带隙Eg可以大于第一半导体层142的能带隙Eg。如果第二半导体层144的能带隙Eg大于第一半导体层142的能带隙Eg，则具有与能带隙Eg对应的导带Ec或更高的能量的电子可以不从第二半导体层144注入到第一半导体层142。因此，为了确保半导体器件100的光学和/或电学特性，第二半导体层144的In离子的强度可以是有源层150的In离子的强度的30％或30％以上至40％或40％以下。
第三半导体层146的In离子的强度可以为有源层150的In离子的20％或20％以上至30％或30％以下。当第三半导体层的In离子的强度为有源层150的In离子的强度的20％或20％以上时，能够减小有源层150与第一导电型半导体层130之间的应力。此外，当第三半导体层的In离子的强度是有源层150的In离子的强度的30％或30％以下时，能够确保半导体器件100的光学和/或电学特性，因为用于第二半导体层144的电子注入特性能够被确保。
有源层150的第一高点与第二半导体层144的第二高点之间的差值D1可以是有源层的第一高点与第三半导体层的第四点之间的差值D2的0.5倍。即，可以建立关系“D1＝0.5D2”。
在下文中，描述基于图8的SIMS数据的第二实施例。
第二实施例可以以半导体结构200为基础，但不限于此。在这种情况下，第二实施例通常可以被应用于由半导体制成的所有结构。因此，第一导电型半导体层130、第一半导体层142、第二半导体层144、第三半导体层146、有源层150、第二导电型半导体层170、半导体结构200等，即，被用于描述第一实施例的术语，在第二实施例的描述中没有被使用。发光结构被用作可以代替半导体结构200的术语。因此，发光结构可以是半导体结构200或者可以是广义上的半导体器件100。
发光结构可以包括在发光结构中具有相对最高Si原子浓度的第一区域。具有第一区域的Si原子浓度的0.05倍或0.5倍以上至0.2倍或0.2倍以下的Si原子浓度的第二区域可以布置在第一方向上离第一区域近的距离处。在这种情况下，第一方向可以是从第一区域指向发光结构的表面的方向。当第二区域中的Si原子浓度是第一区域中的Si原子浓度的0.05倍或0.05倍以上时，能够确保通过第二区域从第一区域到有源区的电流注入效率。当第二区域中的Si原子浓度是第一区域中的Si原子浓度的0.2倍或0.2倍以下时，能够确保第二区域的电流扩展特性。当确保电流注入特性和电流扩展特性时，也能够确保发光结构的电学特性和/或光学特性。因此，第二区域中的Si原子浓度可以在第一区域中的Si原子浓度的0.05倍或0.05倍以上至0.2倍或0.2倍以下的范围内。此外，第一区域和第二区域中的每个中的Si原子浓度可以是基于低点的10％或10％以下的相对均匀的浓度。因为在第一区域和第二区域中Si原子的浓度不同，所以Si原子的浓度在第一区域和第二区域彼此接触的区域中可能突然下降。在本实施例中，描述第一区域和第二区域中的每个具有基于如上所述的低点的10％或者10％以下的相对均匀的Si原子浓度的示例。
此外，第二区域中的C原子浓度可以高于第一区域中的C原子浓度。如果发光结构由GaN基材料制成，则其特征在于随着包含更多的C原子，电阻增加。如果第二区域中的C原子的浓度高于第一区域中的C原子的浓度并且Si原子的浓度低于第一区域中的Si原子的浓度，则可以控制第二区域中的电阻使得其增加，从而能够确保电流扩展特性。此外，仅当第二区域中的Si原子的浓度落入如上所述的上述范围内时，能够确保朝向有源区的电流注入特性。
第三区域和第四区域可以在第一方向上被顺序地布置为靠近第二区域。此外，有源区可以被布置为在第一方向上靠近第四区域。第二导电型半导体区域可以被布置在有源区和表面之间。此外，第一区域至第四区域可以对应于用于将电流注入有源区的第一导电型半导体区域。因此，与根据第一实施例的半导体结构200一样，根据本实施例的发光结构可以包括发挥第一导电型半导体层的作用的第一导电型半导体区域、发挥第二导电型半导体层的作用的第二导电型半导体区域以及发挥第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层150作用的有源区。发光结构能够形成通过从第一导电型半导体层注入到有源区的电子和从第二导电型半导体层注入到有源区的空穴的复合而发射光的发光器件。
可以布置在第一方向上与第二区域分开并且具有与第二区域中的Si原子的浓度的最低浓度相同的Si原子浓度的第一点。第三区域可以被布置在第二区域和第一点之间。第三区域可以包括Si原子浓度在第一方向上减小的区段和Si原子浓度在第一方向上增加的区段。在两个区段之间可以进一步包括Si原子浓度最低的第二点。第二点可以在发光结构中具有Si原子的最低浓度。因为第三区域包括第二点，所以防止注入到有源区的电流集中在一些区域上。因此，能够进一步确保电流扩展特性，从而能够解决发光结构劣化的问题。此外，能够改善发光结构的光学和/或电学特性。
第三点在第一方向上与第一点分开并且具有与第一点处的Si原子浓度相同的Si原子浓度。第四区域可以被布置在第一点和第三点之间。第四区域可以具有高于第二区域中的Si原子浓度且低于第一区域中的Si原子浓度的Si原子浓度。此外，第四区域还可以包括其中Si原子浓度增加的区段和其中Si原子浓度在第一方向上减小的区段。第四区域可以被布置在第三区域和有源区之间，以便于通过补偿从第一到第三区域注入到有源区的电子的注入效率来确保电流扩展特性。
如果通过SIMS检测到的二次离子是铟(In)离子，则描述第一到第四区域和有源区中的In离子的强度。
In离子的强度在发光结构的有源区中可以是最大的。有源区中的In离子的强度可以根据发射光的波长而不同。如果发光结构和衬底具有不同的晶格常数，则为了减小施加到有源区的应力并改善发光结构的晶体结构，具有不同的In离子强度的多个半导体区域可以被布置在有源区和衬底之间。更加具体地，如果发光结构由GaN基化合物半导体制成并且衬底由诸如蓝宝石的材料制成，则发光结构和衬底可以具有不同的晶格常数，并且可以施加应力到发光结构。在这种情况下，如果包括在发光结构中的半导体区域具有不同的In离子强度，则半导体区域也可以具有不同的晶格常数，并且还可以将应力施加到有源区。当对有源区施加应力时，发射光的波长可能会偏移。也就是说，如果由GaN基化合物半导体层制成的发光结构仅在有源区中具有In离子的强度，则发光结构的诸如有源区的晶体结构劣化或者发射的光的波长在有源区中偏移的光学和/或电学特性和可靠性可能劣化。因此，通过在有源区和衬底之间布置具有比有源区中的In离子的强度低的In离子强度的半导体区域，能够减小施加到有源区的应力的大小。此外，通过确保有源区的结晶度能够改善发光结构的光学和/或电学特性和可靠性。
有源区中的In离子的强度在发光结构中可以是最高的。此外，其中In离子的强度在第一方向上减小的区域和In离子的强度在第一方向上增加的区域可以设置为多个。因此，有源区中的In离子的强度可以具有多个拐点，并且该多个拐点可以具有多个第一高点和多个第一低点。In离子强度最强的第一高点可能是其中电子和空穴以发射方式复合的阱层。在这种情况下，多个第一高点可以具有相同的In离子强度，但是不限于此，并且可以具有不同的In离子强度。如果多个第一高点具有相同的In离子强度，则由于工艺偏差，它们可能具有不同的5％或5％以下的In离子强度。如果多个第一高点具有不同的In离子强度，则In离子的强度可以在第一方向上增大或减小，但是本发明不限于此。
有源区可以在多个高点之间具有多个第一低点。多个第一低点可以是其中In离子的含量相对较小的区域，并且可以用作阻挡层。此外，多个第一低点可以在第一方向上逐渐降低，并且可以具有相同的In离子强度。如果多个第一低点在第一方向上逐渐降低，则由于从第一区域注入的电子的迁移率与从有源区注入的空穴的迁移率之间的差异，在不经历有源区内的发射性复合地情况下电子在表面方向上通过。如果如上所述在第一方向中逐渐地降低多个第一低点，则因为注入有源区的电子的能量降低，因此能够增加有源区内的发射复合比率。
第五区域可以被布置在第四区域和属于有源区的第一高点的高点之间并且在第二方向上离表面最远。在这种情况下，第二方向可以与第一方向相反。第五区域可以包括其中在第四区域中在第一方向上In离子的强度增加的区域和其中在第四区域中在第一方向上In离子的强度减小的区域。多个拐点可以被布置在其中两个区域彼此接触的区域中。多个拐点可以包括多个第二高点和多个第二低点。第五区域的第二高点处的In离子的强度可以大于有源层的第一低点处的In离子的强度，并且可以小于第一高点处的In离子的强度。有源区中的In离子的强度可以根据要发射的光的波长来确定。第五区域可以包括比第一高点低且高于第一低点的第二高点，使得通过有源区中的In离子的强度将应力施加到有源区，结晶度恶化或者注入到有源区的电子尽可能均匀地分布在单层中。
第四区域可以包括在第一方向上下降的区段和在第一方向上上升的区段，并且可以包括被布置在两个区段之间的拐点。拐点可能只包括第三低点而没有高点。第三低点可以是被布置为与通过降低第四区域中的In离子的成分而尽可能形成第一区域的半导体材料相似的区段。如上所述，第四区域可以用作将电子注入到有源区中。在这种情况下，第四区域可以被布置为具有第三低点以便减小归因于In离子强度的应力。
第三区域可以包括其中In离子的强度在第一方向上增加的区域和在靠近第二区域的区域中In离子的强度在第一方向上减小的区域，并且可以包括布置在两个区域之间的多个拐点。多个拐点可以包括至少一个第四高点和至少一个第四低点，或者可以仅包括单个第四高点。第三区域中的In离子的强度可以用作控制第五区域和第一区域之间的应力，并且防止第一区域中在第一方向上延伸的缺陷(例如，线位错(threading dislocation))。第四高点处的In离子的强度可以不同或相同，但是本发明不限于此。第四高点具有比属于第五区域的第二低点并且是最低的低点高的In离子强度和比第二高点低的铟离子强度，从而能够控制施加于有源区的应力。第四高点与第四低点之间的间隔可以比有源区的第一高点与第一低点之间的最小距离以及第五区域的第二高点与第二低点之间的最小距离窄。因此，第三区域可以具有其中已经堆叠了具有不同晶格常数的非常薄的半导体材料的结构，并且例如可以是超晶格层。如果第三区域由超晶格层制成，则可以用作改善电流扩散特性并降低从第一区域延伸到有源区的缺陷密度。
第二区域可以在靠近第一区域的区域中在第一方向上具有其中In离子的强度增加的区段和其中In离子的强度减小的区段，并且可以包括多个拐点。多个拐点可以包括第五高点和第五低点。第二区域可以具有多个第五高点以便减小施加到有源区的应力并确保结晶度。第五高点可以具有比第一至第四高点更低的In离子强度。第五高点可以被布置在其中Si原子浓度均匀的区域中。
第一高点可以根据在有源区中发射的光的波长来确定。第二至第五高点可以具有在第二方向上逐渐减小的In离子的强度以便于减小施加至有源区的应力并改善结晶度。第三区域的第四高点之间的In离子的强度与有源区的第一高点处的In离子的强度之间的第一比率可以是0.3倍或0.3倍以上至0.4倍或0.4倍以下。如果第一比率小于0.3倍，则施加到有源区的应力可能增加，并且有源区的结晶度也可能劣化。此外，如果第一比率超过0.4倍，则可能产生因为第三区域的结晶度劣化而导致在第三区域中在第一方向上布置的多个半导体层的全部的结晶度化的问题。
第二区域的第五高点处的In离子的强度与有源区的第一高点处的In离子的强度的第二比率可以是0.2倍或者0.2倍以上至0.3倍或者0.3倍以下。如果第二比率小于0.2倍，则施加到有源区的应力可能增加，并且有源区的结晶度也可能劣化。此外，如果第二比率超过0.3倍，则可能会产生因为第二区域的结晶性劣化而导致在第二区域中在第一方向上布置的多个半导体层的全部的结晶度劣化的问题。
迄今为止已经描述了基于图7和图8的SIMS数据的第一实施例和第二实施例。在这种情况下，虽然已经基于半导体结构200描述了第一实施例并且已经基于发光结构描述了第二实施例，但是第二实施例也可以应用于如上所述的半导体结构200。
在下文中，假定还未基于图7和8的SIMS数据示出每个层的附图标记和区域，描述通过SIMS数据区分层的方法。
在图7的描述中使用的术语被相同地使用，为了便于描述，图7的描述中使用的术语也可以被相同地应用。
可以通过In离子的相对强度谱图来检查有源层150。更加具体地，有源层150可以位于来自于从In离子的相对强度是最高的点开始在纵向轴中属于大约-70％至-90％，优选地，大约-80％的点当中的两个点之间，其中的一个点是当从In离子的相对强度最低的点在表面方向(左)上移动时首先遇到并且具有相同的In离子的相对强度的点，另一个点是当从In离子的相对强度最低的点在深度方向(右)上移动时首先遇到并且具有相同的In离子的相对强度的点。
例如，假设属于从In离子的相对强度最高的点开始在纵向轴上属于约-80％的点并且具有最低的相对强度的点是点“a”，有源层150可以位于具有与在点“a”处的In离子的相对强度相同的相对强度的表面方向上的第一点和深度方向上的点“d”之间。
基于图7描述此。具有最高In离子的相对强度的点是图7中字母“In”右边的第二高点。属于从相应的高点处开始在纵向轴上属于大约-80％的点并且具有最低的相对强度的点是图7中的字母“In”的右侧是第九低点。因此，有源层150可以位于当在表面方向上和基于相应的低点在深度方向上移动时首先遇到并且具有相同的相对强度的点之间。这可以从图7中检查，其中有源层150被包括在相应的点之间。
如果选择属于从具有In离子的最高相对强度的点开始在纵向轴上属于约-80％的点且具有最低相对强度的点，则要注意的是，已经以对数标度形式示出SIMS数据的纵向轴。因此，即使在纵轴上属于约-80％的点也可以不从谱图中具有In离子的相对强度最高的点大幅下降。
可以通过In离子的相对强度谱图和Si原子的相对浓度谱图来检查第三半导体层146。更具体地说，可以看出，Si原子的相对浓度谱图在深度方向上高。第三半导体层146可以被布置在从Si原子的相对浓度是最高的点和Si量子的相对浓度低的点开始，在纵向轴中属于大约-80％至-90％(优选地，约-87％)的点之中，在深度方向上是最深的点与当从属于约-20％至-30％(优选地，约-25％)的In离子的相对强度从相应的点开始在横轴上是最高的点开始在表面方向上移动时最先遇到并且具有相同的相对强度的点之间。
例如，假设从Si原子的相对浓度是最高的点开始在纵向轴中属于大约-87％的点当中，属于具有低相对强度的点并且在深度方向上最深点的点是点“b”并且在点“b”处在横轴上属于约-25％并且具有In离子的最高相对浓度的点被称为点“c”，则第三半导体层146可以位于具有与点“c”处的In离子的相对强度相同的相对强度的表面方向上的第一点之间。
基于图7描述此。具有最高Si原子相对浓度的点是写有图7中的字母“Si”的点。从相应点开始在纵向轴上属于-87％的点当中，属于具有最低相对强度的点且在深度方向上最深的点是D2的向下箭头所在的部分与Si原子的谱图相符的点。此外，在相应点处横轴上属于约-25％的In离子的相对强度最高的点是D2的向下箭头所在的部分与In离子的谱图相符的点。具有与相应点处的In离子的相对强度相同的相对强度的表面方向上的第一点是图4中的附图标记“144”的最后的“4”所在的点。第三半导体层146可以位于这些点之间。这可以从图7中看出，第三半导体层146已经被包括在相应的点之间。第三半导体层146可以被认为是MT-GaN。
如果属于从具有Si原子的最高相对浓度的点开始在纵轴上属于约-87％的点并且具有最低相对强度的点被选择，则要注意的是，SIMS数据的纵轴已经以对数标度形式示出。因此，即使在纵轴上属于约-87％的点也可以不从谱图中具有最高Si原子的相对浓度的点大幅下降。
可以通过Si原子的相对浓度谱图检查第一半导体层142。更具体地，第一半导体层142可以位于当从在上面检查的第三半导体层146中具有最高的Si原子相对浓度的点开始在表面方向上移动时除了有源层150之外在表面方向上最近的点与当从相应点在深度方向上移动时首先遇到并且具有相同的相对浓度的点之间。
例如，假定在第三半导体层146中具有最高Si原子的相对浓度的点是点“d”并且当从点“d”开始在表面方向上移动时除了有源层150之外在表面方向上最近的点是点“e”，则第一半导体层142可以位于具有与点“e”处的Si原子的相对浓度相同的相对浓度的深度方向上的第一点之间。
基于图7描述此。在第三半导体层146中具有最高的Si原子的相对浓度的点对应于In离子谱图的最右侧上的高点。当基于相应的高点在表面方向上移动时除了有源层150之外在表面方向上最近的点是In离子谱图和Si原子谱图相交的点。此外，具有与相应点处的Si原子的相对浓度相同的相对浓度的深度方向上的第一点是相应点的最右侧上的In离子谱图和Si原子谱图相交的点。第一半导体层142可以位于它们之间。这可以从图7中看出，已经包括了第一半导体层142。第一半导体层142可以被认为是n-注射器(n-injector)。
迄今为止已经描述了基于在SIMS数据中所示的谱图来区分根据本实施例的半导体结构200的层，更具体地，有源层150、第一半导体层142和第三半导体层146的方法。可以认为第二半导体层144位于第一半导体层142和第三半导体层146之间。第二半导体层144可以被认为是很少包括Si原子的非InGaN。
在基于图7在区分有源层150、第一半导体层142和第三半导体层146的描述中，每个层的深度与图7中所示的有源层150、第一半导体层142和第三半导体层146的深度部分地不同。产生这样的差异是因为图7所示的每层的深度是说明性的。通过前述方法可以区分根据本实施例的半导体结构200的层。这也可以普遍适用于其他半导体结构。
图9是示出包括根据本发明的实施例的半导体器件100的半导体器件封装的横截面图。
参考图9，半导体器件封装10包括封装主体单元1、被布置在封装主体单元1中的第一引线电极2和第二引线电极3、电连接到第一引线电极2和第二引线电极3的半导体器件100以及被配置成围绕半导体器件100的模制构件4。
封装主体单元1可以形成为包括硅材料、合成材料或金属材料。可以在半导体器件100的主表面上形成斜面。
第一引线电极2和第二引线电极3电分离，并且用作向半导体器件100供电。此外，第三引线电极2和第二引线电极3可以用作通过反射由半导体器件100产生的光来增加光效率，并且还可以用作向外部排放由半导体器件100产生的热量。
半导体器件100可以被布置在封装主体单元1上，或者可以被布置在第三引线电极2或第二电极层3上。
可以使用布线方法、倒装芯片方法和管芯键合方法中的任何一个将半导体器件100电连接到第一引线电极2和第二引线电极3。在该实施例中，半导体器件100已经被图示为通过相应的布线电连接到第一引线电极2和第二引线电极3，但是不限于此。
模制构件4可以通过围绕半导体器件100来保护半导体器件100。此外，模制构件4包括荧光材料5并且可以改变由半导体器件100发射的光的波长。
前述的半导体器件可以被配置成发光器件封装并且用作照明系统的光源。例如，半导体器件可以被用于图像显示设备的光源或者照明设备的光源。
如果半导体器件被用作图像显示设备的背光单元，则其可以用作边缘型的背光单元或直接型的背光单元。如果半导体器件用作照明设备的光源，则其可以用作照明装置或灯泡型，并且还可以用作移动终端的光源。
除了前述的发光二极管之外，发光器件还包括激光二极管。
与发光器件类似，激光二极管可以包括前述的结构的第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层。此外，激光二极管使用其中在p型第一导电型半导体和n型第二导电型半导体被结合之后施加电流时发射光的电致发光现象，但是在发射的光的方向和相位上与发光器件不同。也就是说，在激光二极管中，使用被称为受激发射的现象和增强干涉现象，能够在相同的相位和相同的方向上发出具有单个特定波长的光(单色光束)。由于这种特性，激光二极管可以在光通信或医疗设备和半导体处理设备中被使用。
光接收元件的示例可以包括光电探测器，即，用于探测光并将光的强度转换为电信号的一种换能器。光探测器包括光电池(硅、硒)、光电导元件(硫化镉、硒化镉)、光电二极管(PD)(例如，在可视盲谱区或真盲谱区中具有峰值波长的PD)、光电晶体管、光电倍增管、光电管(真空、气体密封)、红外(IR)探测器等，但是实施例不限于此。
此外，通常，可以使用具有优异的光转换效率的直接带隙半导体来制造诸如光电探测器的半导体器件。可替选地，光电探测器具有各种结构。光探测器最常见的结构包括使用p-n结的pin型光电探测器、使用肖特基结的肖特基型光电探测器和金属半导体金属(MSM)型光电探测器。
与发光器件类似，光电二极管可以包括具有前述结构的第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层，并且包括p-n结或pin结构。光电二极管响应于反向偏置或零偏置而工作。当光入射到光电二极管时，产生电子和空穴，并且因此电流流动。在这种情况下，电流量可以几乎与入射到光电二极管上的光的强度成正比。
光电池或太阳能电池是一种光电二极管，并且能够将光转换为电流。与发光器件类似，太阳能电池可以包括前述结构的第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层。
此外，通过使用p-n结的普通二极管的整流特性，太阳能电池可以用作电子电路的整流器，并且可以被应用于超高频电路并且被应用于振荡电路等。
此外，前述的半导体器件基本上不是仅使用半导体来实现，并且还可以包括金属材料。例如，可以使用Ag、Al、Au、In、Ga、N、Zn、Se、P和As中的至少一个来实现诸如光接收元件的半导体器件，并且可以使用掺杂有p型或n型掺杂物的半导体材料或本征半导体材料来实现。虽然已经主要描述了实施例，但是这些实施例仅是说明性的，并不意图限制本发明。本发明所属的领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本实施例的基本特征的情况下，在上面未说明的各种修改和应用是可能的。例如，可以修改和实现实施例中描述的每个元件。此外，与这些修改和应用相关的差异应该被解释为属于在所附权利要求中限定的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种半导体器件，包括：
衬底；
第一导电型半导体层，所述第一导电型半导体层被布置在所述衬底上方；
有源层，所述有源层被布置在所述第一导电型半导体层上方；以及
第二导电型半导体层，所述第二导电型半导体层被布置在所述有源层上方，
其中，所述第一导电型半导体层包括具有不同的铟(In)组成比的第一层、第二层和第三层，
当通过飞行时间二次离子质谱法(TOF-SIMS)测量所述第一导电型半导体层和所述有源层时，铟(In)离子的标准化二次离子的强度包括多个拐点，
所述拐点包括出现在所述有源层中的第一高点和第一低点、出现在所述第一层中的第二高点和第二低点、出现在所述第二层中的第三高点和第三低点以及出现在所述第三层中的第四高点和第四低点，
所述第一高点高于所述第二高点，所述第二高点高于所述第三高点，以及所述第三高点高于所述第四高点。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中：
所述第一层的第二高点处的铟(In)离子的标准化二次离子的强度高于所述有源层的第一低点处的铟(In)离子的标准化二次离子的强度，
所述第二层的第三高点处的铟(In)离子的标准化二次离子的强度高于所述第一层的第二低点处的铟(In)离子的标准化二次离子的强度，以及
所述第三层的第四高点处的铟(In)离子的标准化二次离子的强度高于所述第二层的第三低点处的铟(In)离子的标准化二次离子的强度。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一层的铟(In)含量是所述有源层的铟(In)含量的60％至80％。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第二层的铟(In)含量是所述有源层的铟(In)含量的20％至30％或所述第一层的铟(In)含量的30％至40％。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第三层的铟(In)含量是所述有源层的铟(In)含量的5％至10％或所述第二层的铟(In)含量的20％至30％。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，
基于所述有源层的第一高点的在所述第二层的第三高点与所述有源层的第一高点之间的差值是所述第三层的第四高点和所述有源层的第一高点之间的差值的0.5倍。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述有源层具有InGaN/GaN的超晶格结构并且具有14％的铟(In)的组成比。
8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一层具有InGaN/GaN的超晶格结构，并且具有6％至9％的铟(In)的组成比。
9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第二层具有InGaN/GaN的超晶格结构，并且具有3％至6％的铟(In)的组成比。
10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第三层具有InGaN/GaN的超晶格结构，并且具有1％至3％的铟(In)的组成比。
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