DE102015112153A1

DE102015112153A1 - UV-Leuchtdiode und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102015112153A1
Application number: DE102015112153.0A
Authority: DE
Inventors: Ki Yon Park; Jeong Hun HEO; Hwa Mok Kim; Gun Woo Han
Original assignee: Seoul Viosys Co Ltd
Current assignee: Seoul Viosys Co Ltd
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2016-01-28
Also published as: CN105322059B; CN204809250U; US10319882B2; US9905732B2; US20170033263A1; KR20160012785A; US9496455B2; US20180175245A1; US20160027964A1; CN105322059A; KR102320790B1

Abstract

Beispielhafte Ausführungsformen stellen eine UV-Leuchtdiode und ein Verfahren zur Herstellung derselben bereit. Das Verfahren zur Herstellung einer UV-Leuchtdiode umfasst das Züchten einer ersten n-Typ-Halbleiterschicht, die AlGaN umfasst, wobei das Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht das Ändern eines Wachstumsdrucks in einer Wachstumskammer und das Ändern einer Durchflussrate einer n-Typ-Dotierstoffquelle umfasst, die in die Wachstumskammer eingebracht wird. Eine Druckänderung während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht umfasst im Verlauf der Zeit mindestens einen Zyklus eines Zeitraums für die Druckerhöhung und eines Zeitraums für die Drucksenkung und die Änderung der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle umfasst das Erhöhen der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle in der Form mindestens eines Impulses. Die durch das Verfahren hergestellte UV-Leuchtdiode weist eine ausgezeichnete Kristallinität auf.

Description

PRIORITÄTSANSPRÜCHE UND QUERVERWEIS AUF DIE ZUGEHÖRIGE PATENTANMELDUNG
Dieses Patentdokument beansprucht eine Priorität und stützt sich auf die koreanische Patentanmeldung Nr. 10-2014-0094958 , die am 25. Juli 2014 eingereicht wurde und deren Inhalte hierin vollständig durch Bezugnahme eingeführt werden.
TECHNISCHER BEREICH
Die Offenlegung dieses Patentdokuments betrifft eine UV-Leuchtdiode und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Einige Ausführungen der offengelegten Technologie ermöglichen bei der Herstellung eine Trennung eines Wachstumssubstrats von der UV-Leuchtdiode und umfassen Halbleiterschichten mit ausgezeichneter Kristallinität.
HINTERGRUND
Leuchtdioden beziehen sich auf anorganische Halbleitervorrichtungen, die Licht abgeben, das durch die Rekombination von Elektronen und Löchern erzeugt wird. Besonders ultraviolette (UV) Leuchtdioden werden vermehrt in einer Vielzahl von Bereichen wie dem UV-Härten, der Sterilisation, bei Weißlichtquellen, Medikamenten, Ausrüstungsgegenständen und Ähnlichem verwendet.
UV-Leuchtdioden geben Licht ab, das eine relativ kurze Spitzenwellenlänge aufweist (im Allgemeinen Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 400 nm oder weniger). Bei der Herstellung solcher UV-Leuchtdioden wird eine aktive Schicht aus einem Material geformt, das eine Bandlückenenergie aufweist, die einer relativ kurzen Spitzenwellenlänge entspricht, um Licht mit der relativ kurzen Spitzenwellenlänge abzugeben. Zum Beispiel kann die aktive Schicht aus AlGaN geformt werden, das 10% oder mehr von Al als einen Nitridhalbleiter enthält. Zusätzlich kann das von der aktiven Schicht abgegebene UV-Licht, wenn die Bandlückenenergie der n-Typ- und p-Typ-Nitridhalbleiterschichten niedriger als die Energie des von der aktiven Schicht abgegebenen UV-Lichts ist, in die n-Typ- und p-Typ-Nitridhalbleiterschichten in der Leuchtdiode absorbiert werden. Dementsprechend ist nicht nur die aktive Schicht der UV-Leuchtdiode so geformt, dass sie einen Al-Anteil von 10% oder mehr aufweist, sondern dies ist auch bei anderen Halbleiterschichten der Fall, die in einer Leuchtrichtung der Leuchtdiode angeordnet sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Beispielhafte Ausführungsformen stellen eine UV-Leuchtdiode, die Halbleiterschichten mit ausgezeichneter Kristallinität umfasst und ein Verfahren zur Herstellung derselben bereit.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer UV-Leuchtdiode Folgendes: Formen einer n-Typ-Halbleiterschicht auf einem Wachstumssubstrat in einer Wachstumskammer; und Formen einer aktiven Schicht und einer p-Typ-Halbleiterschicht auf der n-Typ-Halbleiterschicht, wobei das Formen der n-Typ-Halbleiterschicht ein Züchten einer ersten n-Typ-Halbleiterschicht umfasst, die AlGaN umfasst, und das Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht umfasst ein Ändern eines Wachstumsdrucks in der Wachstumskammer und ein Ändern einer Durchflussrate einer n-Typ-Dotierstoffquelle, die in die Wachstumskammer eingebracht wird, wobei das Ändern des Wachstumsdrucks während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht ein Durchführen mindestens eines Zyklus eines Zeitraums für die Druckerhöhung und eines Zeitraums für die Drucksenkung umfasst und wobei das Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle das Erhöhen der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle gepulst in einer Impulsform umfasst.
Dementsprechend kann ein Verfahren zur Herstellung einer UV-Leuchtdiode mit ausgezeichneter Kristallinität und verbesserter Lichtausbeute bereitgestellt werden.
Die erste n-Typ-Halbleiterschicht kann eine Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) und eine Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1) umfassen, wobei die Al_xGa_(1-x)N-Schicht in dem Zeitraum für die Druckerhöhung gezüchtet wird, die Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1) in dem Zeitraum für die Drucksenkung gezüchtet wird, x in einer dem Wachstumssubstrat abgewandten Richtung allmählich abnimmt und y in der dem Wachstumssubstrat abgewandten Richtung allmählich zunimmt.
Ferner kann der Zyklus des Zeitraums für die Druckerhöhung und des Zeitraums für die Drucksenkung mindestens zweimal wiederholt werden.
Die Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle kann eine erste Durchflussrate und eine zweite Durchflussrate, die größer als die erste Durchflussrate ist, umfassen; die zweite Durchflussrate kann einer Durchflussrate entsprechen, die in der Form des mindestens einen Impulses erhöht wird; und die n-Typ-Dotierstoffquelle kann während des Zeitraums für die Druckerhöhung mit der zweiten Durchflussrate in die Wachstumskammer eingebracht und während des Zeitraums für die Drucksenkung mit der ersten Durchflussrate in die Wachstumskammer eingebracht werden.
Ferner kann die im Verlauf der Zeit in die Wachstumskammer eingebrachte Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle eine Rechteckwellenform aufweisen.
Eine Druckänderung in jedem des Zeitraums für die Druckerhöhung und des Zeitraums für die Drucksenkung kann im Verlauf der Zeit eine Dreieckwellenform oder eine harmonische Wellenform annehmen.
In einigen Ausführungsformen können jede der Durchflussraten von Al-, Ga- und N-Quellen und eine Wachstumstemperatur in der Wachstumskammer während der Bildung der ersten n-Typ-Halbleiterschicht konstant sein.
Das Herstellungsverfahren kann ferner ein Formen einer AlN-Schicht auf der GaN-Schicht vor dem Formen der n-Typ-Halbleiterschicht umfassen, wobei das Formen der AlN-Schicht die Zufuhr der Al-Quelle und der N-Quelle mit konstanten Durchflussraten in die Wachstumskammer umfassen kann, während der Druck der Wachstumskammer abwechselnd von einem ersten Druck auf einen zweiten Druck und umgekehrt geändert wird. Hier kann der erste Druck von dem zweiten Druck abweichen.
In anderen Ausführungsformen kann das Herstellungsverfahren ferner ein Formen einer undotierten Nitridschicht vor dem Formen der n-Typ-Halbleiterschicht umfassen.
Zusätzlich kann das Formen der undotierten Nitridschicht ein wechselweises Aufeinanderschichten einer Al_wGa_(1-w)N-Schicht (0 < w < 1), die bei einem ersten Druck gezüchtet wird, und einer Al_zGa_(1-z)N-Schicht (0 < z < 1), die bei einem zweiten Druck gezüchtet wird, umfassen. Hier kann der erste Druck von dem zweiten Druck abweichen.
Ferner kann das Formen der undotierten Nitridschicht im Verlauf der Zeit ein Ändern eines Wachstumsdrucks in der Wachstumskammer umfassen, und eine Druckänderung während des Züchtens der undotierten Nitridschicht kann mindestens einen Zyklus eines Zeitraums für die Druckerhöhung und eines Zeitraums für die Drucksenkung umfassen.
Das Formen der n-Typ-Halbleiterschicht kann ferner ein Formen einer zweiten n-Typ-Halbleiterschicht, die auf einer unteren Fläche der ersten n-Typ-Halbleiterschicht angeordnet ist, und/oder einer dritten n-Typ-Nitridschicht, die auf einer oberen Fläche der ersten n-Typ-Halbleiterschicht angeordnet ist, umfassen.
Ferner kann das Formen der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht und/oder der dritten n-Typ-Nitridschicht ein Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle, die in die Wachstumskammer eingebracht wird, umfassen, und ein Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle kann ein Erhöhen der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle in der Form mindestens eines Impulses umfassen.
Eine Druckänderung während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht kann ferner mindestens einen Zeitraum für die Druckerhaltung umfassen, in welchem der Druck für eine festgelegte Zeitspanne konstant gehalten wird.
Die AlN-Schicht, die bei dem ersten Druck gezüchtet wird, kann einen anderen Stoffmengenanteil von Al aufweisen als die AlN-Schicht, die bei dem zweiten Druck gezüchtet wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenlegung umfasst eine UV-Leuchtdiode Folgendes: ein Trägersubstrat; eine p-Typ-Halbleiterschicht, die über dem Trägersubstrat angeordnet ist; eine aktive Schicht, die über der p-Typ-Halbleiterschicht angeordnet ist; und eine n-Typ-Halbleiterschicht, die über der aktiven Schicht angeordnet ist, wobei die n-Typ-Halbleiterschicht eine erste n-Typ-Halbleiterschicht umfasst, die eine Bandlückenenergie aufweist, die sich kontinuierlich in einer Dickenrichtung in mindestens einem Bereich davon ändert.
Die erste n-Typ-Halbleiterschicht kann eine Stapelstruktur aufweisen, die durch das wechselweise Aufeinanderschichten einer Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) und einer Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1) geformt wird, wobei x in einer dem Wachstumssubstrat abgewandten Richtung allmählich abnimmt und y in der dem Wachstumssubstrat abgewandten Richtung allmählich zunimmt.
Die n-Typ-Halbleiterschicht kann ferner eine zweite n-Typ-Halbleiterschicht, die auf einer unteren Fläche der ersten n-Typ-Halbleiterschicht angeordnet ist und/oder eine dritte n-Typ-Nitridschicht, die auf einer oberen Fläche der ersten n-Typ-Halbleiterschicht angeordnet ist, umfassen.
Jede der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht und der dritten n-Typ-Nitridschicht kann eine Stapelstruktur aufweisen, die durch ein wechselweises Aufeinanderschichten einer A_uGa_(1-u)N-Schicht (0 < u < 1), die n-Typ dotiert ist, um eine erste Verunreinigungskonzentration aufzuweisen, und einer A_vGa_(1-v)N-Schicht (0 < v < 1), die n-Typ dotiert ist, um eine zweite Verunreinigungskonzentration aufzuweisen, geformt wird, wobei die erste Verunreinigungskonzentration höher ist als die zweite Verunreinigungskonzentration.
Die erste n-Typ-Halbleiterschicht kann einen Bereich umfassen, der in einer Dickenrichtung davon eine konstante Bandlückenenergie aufweist.
Ausführungsformen der Offenlegung stellen ein Verfahren zur Herstellung einer UV-Leuchtdiode bereit, welches die Kristallinität der UV-Leuchtdiode durch einen relativ simplen und einfachen Prozess verbessern kann. Zusätzlich stellen Ausführungsformen der Offenlegung eine UV-Leuchtdiode bereit, von der ein Wachstumssubstrat entfernt wird, wodurch eine ausgezeichnete Lichtausbeute bereitgestellt wird. Ferner kann die UV-Leuchtdiode Schäden aufgrund von Beanspruchungen in Halbleiterschichten verhindern, wodurch eine verbesserte Ausfallsicherheit ermöglicht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bis 10 sind Schnittansichten und Darstellungen, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode und eine beispielhafte Leuchtdiode veranschaulichen, die gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung hergestellt wird.
11 und 12 sind Schnittansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode und eine beispielhafte Leuchtdiode veranschaulichen, die gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung hergestellt wird.
13 und 14 sind Schnittansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode und eine beispielhafte Leuchtdiode veranschaulichen, die gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung hergestellt wird.
15 bis 22 sind Schnittansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode und eine beispielhafte Leuchtdiode veranschaulichen, die gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung hergestellt wird.
23(a) bis 24(b) sind Darstellungen, die eine Änderung der Bandlückenenergie in einer Leuchtdiode gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung abbilden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung ausführlich in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen werden exemplarisch bereitgestellt, um das Verständnis verschiedener Ausführungen der offengelegten Technologie zu vereinfachen. Dementsprechend ist die vorliegende Offenlegung nicht auf die hierin offengelegten Ausführungsformen beschränkt und kann ebenso in anderen Formen umgesetzt werden. In den Zeichnungen können Breiten, Längen, Dicken und Ähnliches in Bezug auf Elemente zum Zwecke der Klarheit und der Beschreibung übertrieben dargestellt werden. Wenn sich auf ein Element oder eine Schicht als „angeordnet über” oder „angeordnet auf” einem anderen Element oder einer Schicht bezogen wird, kann der Zustand „angeordnet über” oder „angeordnet auf” in Bezug auf das andere Element oder die Schicht direkt sein oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorliegen. In der Patentschrift kennzeichnen ähnliche Referenzziffern ähnliche Elemente, welche die gleichen oder ähnliche Funktionen aufweisen.
In den folgenden Beschreibungen offengelegte Zusammensetzungsverhältnisse, Wachstumsverfahren, Wachstumsbedingungen, Dicken und Ähnliches werden als Beispiele bereitgestellt und andere Ausführungen sind ebenso möglich. Zum Beispiel können für AlGaN in Abhängigkeit von dem Bedarf eines durchschnittlichen Fachmanns („Fachmann”) verschiedene Zusammensetzungsverhältnisse von Al und Ga verwendet werden. Zudem können nachfolgend offengelegte Halbleiterschichten durch verschiedene Verfahren wie die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), die Molekularstrahlepitaxie (MBE), die Hydridgasphasenepitaxie (HVPE) oder Ähnliches gezüchtet werden. In den folgenden beispielhaften Ausführungsformen werden Halbleiterschichten in der gleichen Kammer durch MOCVD gezüchtet und herkömmliche Quellen mit festgelegten Zusammensetzungsverhältnissen können verwendet und in die Kammer eingebracht werden. Zum Beispiel kann eine Ga-Quelle TMGa oder TEGa und Ähnliches umfassen; eine Al-Quelle kann TMA oder TEA und Ähnliches umfassen; eine In-Quelle kann TMI oder TEI und Ähnliches umfassen; und eine N-Quelle kann NH₃ umfassen. Solche Zusammensetzungen werden jedoch lediglich als Beispiele bereitgestellt und andere Ausführungen sind ebenso möglich.
Bei der Herstellung von UV-Leuchtdioden wird ein Saphirsubstrat als ein beispielhaftes Saphirsubstrat bereitgestellt. Wenn eine Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0,1 ≤ x ≤ 1) auf dem Saphirsubstrat gezüchtet wird, kommt es aufgrund der thermischen oder strukturellen Verformung, die sich aus einem hohen Anteil an Al ergibt, zur Bildung von Rissen oder Bruchstellen. Dieses Problem ist auf eine Gitterfehlanpassung und/oder eine Abweichung hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Saphirsubstrat und der Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0,1 ≤ x ≤ 1) zurückzuführen. In der einschlägigen Technik wird, um das Auftreten solcher Probleme zu minimieren, eine Leuchtdiode durch Formen einer AlN-Schicht auf dem Saphirsubstrat bei hoher Temperatur oder Formen einer AlN/AlGaN-Übergitterschicht auf dem Saphirsubstrat, gefolgt von dem Formen einer n-Typ-Halbleiterschicht, die Al_xGa_(1-x)N (0,2 ≤ x ≤ 1), eine aktive Schicht und eine p-Typ-Halbleiterschicht umfasst, hergestellt. Zum Beispiel wird in US Patent No. 7,192,849 B2 und Ähnlichen eine Struktur offengelegt, die eine AlInGaN-Übergitterschicht unter Verwendung eines Vorläuferstromimpulses umfasst.
In US Patent No. 7,192,849 B2 und Ähnlichen wird jedoch nur die Anpassung des Flusses eines atomaren Quellgases mit einem Impuls in dem Verfahren zum Züchten der AlInGaN-Übergitterschicht offengelegt. Wenn die Übergitterschicht nur durch die Anpassung des Flusses des atomaren Quellgases gezüchtet wird, können andere zurückbleibende atomare Quellgase die diesbezügliche Reproduzierbarkeit herabsetzen und das Formen einer Übergitterschicht mit einer beabsichtigten Zusammensetzung erschweren.
Zudem ist es bei einer UV-Leuchtdiode, die eine auf einem Saphirsubstrat gezüchtete AlN-Schicht umfasst, schwierig, das Wachstumssubstrat von den Halbleiterschichten zu trennen. Im Allgemeinen wird das Wachstumssubstrat, wenn das Saphirsubstrat als das Wachstumssubstrat verwendet wird, von den Halbleiterschichten unter Verwendung eines Laserhebevorgangs getrennt. Excimerlaserstrahlen, die im Allgemeinen in dem Laserhebevorgang eingesetzt werden, haben jedoch eine längere Wellenlänge als die Bandlückenenergie von AlN oder eine diesbezüglich im Wesentlichen ähnliche Wellenlänge. Zum Beispiel weist ein KrF-Excimerlaserstrahl eine Wellenlänge von 248 nm auf, welche durch eine AlN-Schicht hindurchgeht und demnach nicht für das Laserheben verwendet werden kann. Zusätzlich weist ein ArF-Excimerlaserstrahl eine Wellenlänge von 193 nm auf und kann in der AlN-Schicht absorbiert werden. Da jedoch kein großer Unterschied zwischen der Wellenlänge des ArF-Excimerlaserstrahls und einer Wellenlänge (ungefähr 200 nm), die der Bandlückenenergie der AlN-Schicht entspricht, besteht, können einige der ArF-Excimerlaserstrahlen durch die AlN-Schicht oder die AlN-/AlGaN-Übergitterschicht hindurchgehen. Zudem kann der ArF-Excimerlaser aufgrund seiner niedrigen Impulsenergie nicht genug Energie liefern, um das Wachstumssubstrat zu trennen.
Demnach wird eine übliche UV-Leuchtdiode als eine laterale Leuchtdiode oder eine Flip-Chip-Leuchtdiode bereitgestellt, die ein Wachstumssubstrat umfasst. Die laterale oder Flip-Chip-Leuchtdiode umfasst eine teilweise entfernte aktive Schicht, weist eine geringe Wärmeabfuhr und eine niedrige Effizienz auf.
Zudem, da Al_xGa_(1-x)N (0,1 ≤ x ≤ 1) im Vergleich zu GaN nur schwer mit guter Kristallinität gezüchtet werden kann, weist die hergestellte Leuchtdiode eine niedrige interne Quantenausbeute auf. Im Allgemeinen ist es in der Technik bekannt, dass eine Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0,1 ≤ x ≤ 1), die bei einer hohen Temperatur von 1200°C oder mehr durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) gezüchtet wird, eine verbesserte Kristallinität aufweist Wenn eine herkömmliche MOCVD-Vorrichtung jedoch bei einer hohen Temperatur von 1200°C oder mehr betrieben wird, kann dadurch ihre Lebensdauer verringert werden und es ist schwierig, ein stabiles Wachstum von Al_xGa_(1-x)N (0,1 ≤ x ≤ 1) zu erzielen. Daher ist es schwierig, eine Massenproduktion von UV-Leuchtdioden mit guter Kristallinität und hoher interner Quantenausbeute unter Verwendung der herkömmlichen MOCVD-Vorrichtung zu erreichen.
1 bis 9 sind Schnittansichten und Darstellungen, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode und eine beispielhafte Leuchtdiode veranschaulichen, die gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung hergestellt wird.
In Bezug auf 1 wird eine GaN-Schicht 123 auf einem Wachstumssubstrat 110 geformt. In einigen Ausführungen kann ebenso vor der Bildung der GaN-Schicht 123 eine Pufferschicht 121 auf dem Wachstumssubstrat 110 geformt werden.
Das Wachstumssubstrat 110 kann ein beliebiges Substrat sein, das zum Züchten von Nitridhalbleiterschichten ohne Einschränkung in der Lage ist und es kann zum Beispiel ein Saphirsubstrat, Siliziumcarbidsubstrat, Spinellsubstrat oder ein Nitridsubstrat wie ein GaN-Substrat oder ein AlN-Substrat umfassen. Zum Beispiel kann das Wachstumssubstrat 110 in dieser Ausführungsform ein Saphirsubstrat sein oder umfassen.
Die GaN-Schicht 123 kann auf dem Wachstumssubstrat 110 auf eine Dicke von ungefähr 3 μm oder weniger, zum Beispiel ungefähr 1 μm, gezüchtet werden Die GaN-Schicht 123 kann in der Wachstumskammer bei einer Temperatur von ungefähr 900°C bis ungefähr 1100°C und einem Druck von ungefähr 200 Torr gezüchtet werden. Durch das Formen der GaN-Schicht 123 auf dem Wachstumssubstrat 110 ist es möglich, das Laserheben in einem nachfolgend beschriebenen Vorgang zum Trennen des Wachstumssubstrats 110 einzusetzen.
Vor dem Züchten der GaN-Schicht 123 kann die Pufferschicht 121 auf dem Wachstumssubstrat 110 bei einer Temperatur von ungefähr 600°C und einem Druck von 600 Torr auf eine Dicke von ungefähr 25 nm oder weniger gezüchtet werden. In einigen Ausführungen kann die Pufferschicht 121, wenn das Wachstumssubstrat 110 ein Saphirsubstrat ist, als eine Nukleusschicht fungieren, um ein Züchten anderer Halbleiterschichten darauf zu ermöglichen und die Beanspruchung aufgrund einer unten beschriebenen Gitterfehlanpassung zwischen dem Saphirsubstrat und anderen Halbleiterschichten abschwächen. Die Pufferschicht 121 kann bei Bedarf ausgelassen werden.
In Bezug auf 2 wird eine n-Typ-Halbleiterschicht6 130, umfassend eine erste n-Typ-Halbleiterschicht 131, geformt.
Die erste n-Typ-Halbleiterschicht 131 kann auf der GaN-Schicht 123 in der Wachstumskammer gezüchtet werden. Zusätzlich kann die erste n-Typ-Halbleiterschicht 131 eine Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1, x nicht konstant) und eine Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1, y nicht konstant) umfassen und kann dotiert werden, um eine n-Typ-Halbleiterschicht mit n-Typ-Verunreinigungen wie Si zu werden.
Das Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 umfasst das Einbringen einer Al-Quelle, einer GaN-Quelle und einer N-Quelle in die Wachstumskammer, in welcher die Wachstumstemperatur in dem Bereich von ungefähr 900°C bis ungefähr 1100°C eingestellt werden kann. Während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 kann eine Durchflussrate für jede der Al-Quelle, der GaN-Quelle und der N-Quelle konstant gehalten werden und die Wachstumstemperatur kann im Allgemeinen ebenso innerhalb einer zulässigen Toleranz konstant gehalten werden.
Zudem kann der Wachstumsprozess der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 das Ändern eines Druckzustands innerhalb der Wachstumskammer umfassen und das Ändern des Drucks innerhalb der Wachstumskammer während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 kann Zeiträume umfassen, die einen Zeitraum für die Druckerhöhung und einen Zeitraum für die Drucksenkung umfassen. Während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 kann mindestens ein Zyklus von Vorgängen für die Druckerhöhung und die Drucksenkung durchgeführt werden. Ferner kann der Wachstumsprozess der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 die Zufuhr der n-Typ-Dotierstoffquelle in die Wachstumskammer in der Form von mehreren Impulsen umfassen.
In dieser Ausführungsform kann die erste n-Typ-Halbleiterschicht 131 durch Ändern des Drucks und der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle ohne das Ändern anderer Wachstumsbedingungen gezüchtet werden.
Als Nächstes wird das Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 ausführlicher in Bezug auf die 3a bis 4b beschrieben.
Zunächst kann in Bezug auf 3a während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 der Druck in der Kammer kontinuierlich verändert werden und wie darin gezeigt, kann die Druckänderung in der Kammer einen Zyklus eines Zeitraums für die Druckerhöhung 11, in welchem der Druck von einem ersten Druck auf einen zweiten Druck erhöht wird und eines Zeitraums für die Drucksenkung 12 umfassen, in welchem der Druck von dem zweiten Druck auf den ersten Druck gesenkt wird. Der Zyklus des Zeitraums für die Druckerhöhung 11 und des Zeitraums für die Drucksenkung 12 kann mindestens zweimal wiederholt werden und die Druckänderung kann im Verlauf der Zeit eine Dreieckwellenform aufweisen. Der erste Druck ist niedriger als der zweite Druck. In einigen Ausführungen kann der erste Druck zwischen 0 und 100 Torr liegen und der zweite Druck kann zwischen 0 und 300 Torr liegen.
In dem Zeitraum für die Druckerhöhung 11 kann die Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1, x nicht konstant) gezüchtet werden und in dem Zeitraum für die Drucksenkung 12 kann die Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1, y nicht konstant) gezüchtet werden. Zum Beispiel kann wie in dieser Ausführungsform, wenn die Druckänderung im Verlauf der Zeit während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 eine Dreieckwellenform aufweist, die erste n-Typ-Halbleiterschicht 131 eine wiederholte Stapelstruktur von Al_xGa_(1-x)N-Schichten und Al_yGa_(1-y)N-Schichten aufweisen und die wiederholte Stapelstruktur kann eine Übergitterstruktur sein oder eine solche umfassen.
Wenn nur der Druck geändert wird, während andere Wachstumsbedingungen konstant gehalten werden, ändert sich auch das Zusammensetzungsverhältnis der zu züchtenden AlGaN-Schicht. Wenn sich der Druck erhöht, wird der Al-Anteil der zu züchtenden AlGaN-Schicht verringert. Als solcher, da der Al-Anteil der Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1, x nicht konstant) während des Züchtens in dem Zeitraum für die Druckerhöhung 11 der Al_xGa_(1-x)N-Schicht verringert wird, wird der Al-Anteil der Al_xGa_(1-x)N-Schicht allmählich von dem Wachstumssubstrat 110 in einer Richtung nach oben verringert. Im Gegensatz dazu, da der Al-Anteil der Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1, y nicht konstant) während des Züchtens in dem Zeitraum für die Drucksenkung 12 der Al_yGa_(1-y)N-Schicht erhöht wird, wird der Al-Anteil der Al_yGa_(1-y)N-Schicht allmählich von dem Wachstumssubstrat 110 in der Richtung nach oben erhöht.
Der Grund dafür, dass sich der Al-Anteil der AlGaN-Schicht in Abhängigkeit von dem Druck in der Wachstumskammer ändert, wird nachfolgend beschrieben. Wenn zum Beispiel TMGa, TMA und NH₃ jeweils als Al-, Ga- und N-Quellen verwendet werden, reagieren diese Quellen, um in der Wachstumskammer AlGaN-Kristalle zu formen, während CH₄ abgesondert wird. Gelegentlich können diese Quellen jedoch beim Formen von AlGaN-Kristallen während des Kristallwachstums von AlGaN versagen und können außerhalb der Wachstumskammer abgesondert werden, anstatt in der Form von TMGa-NH₃ (Ga(CH₃)-NH₃) oder TMA-NH₃-Polymer (Al(CH₃)-NH₃) zu reagieren. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Druck in der Wachstumskammer verhältnismäßig gesenkt wurde, wird das Bildungsverhältnis des Polymers verringert und das Verhältnis von Ausgangsmolekülen, die zur Bildung von Kristallen beitragen, zu Ausgangsmolekülen von jedem der Quellgase, die in die Wachstumskammer eingebracht werden, nimmt zu. Da Al eine stärkere Neigung zu CH₃-Liganden aufweist als Ga, wird das Bildungsverhältnis des Polymers gegenüber dem Druck in der Wachstumskammer empfindlich. Das heißt, sogar in dem gleichen Stadium, in dem der Druck abnimmt, werden das Bildungsverhältnis und das Verlustverhältnis des Polymers von Al niedriger als das Bildungsverhältnis und das Verlustverhältnis des Polymers von Ga, wodurch ein Stoffmengenanteil von Al im Vergleich zu Ga während der Bildung der AlGaN-Schicht vergrößert wird. Dementsprechend nimmt der Al-Anteil der AlGaN-Schicht mit abnehmendem Druck bei den gleichen Wachstumsbedingungen, mit Ausnahme des Drucks, zu.
Wenn sich der Druck wie in dieser Ausführungsform in einer Dreieckwellenform ändert, kann sich der Al-Anteil der Al_xGa_(1-x)N-Schicht und der Al_yGa_(1-y)N-Schicht im Wesentlichen linear ändern. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Offenlegung nicht darauf beschränkt ist und andere Ausführungen ebenso möglich sind. Die Druckänderung kann, wie in 3(b), 4(a) oder 4(b) gezeigt, auftreten.
Wie aus 3(b) ersichtlich, ändert sich der Druck wie in einer harmonischen Wellenform. In diesem Fall können der Al-Anteil der Al_xGa_(1-x)N-Schicht und der Al_yGa_(1-y)N-Schicht eine nicht lineare Abweichung hinsichtlich der Druckänderung aufweisen.
Zudem können, wie aus 4(a) ersichtlich, der Zeitraum für die Druckerhöhung 21 und der Zeitraum für die Drucksenkung 22 hinsichtlich der Druckänderung asymmetrisch zueinander sein. Zum Beispiel kann die Dauer des Zeitraums für die Druckerhöhung 21 so eingestellt werden, dass sie länger ist als die des Zeitraum für die Druckerhöhung 22, wobei die Al_xGa_(1-x)N-Schicht eine größere Dicke aufweisen kann als die Al_yGa_(1-y)N-Schicht. Ferner kann die Änderungsrate des Al-Anteils in der Al_xGa_(1-x)N-Schicht gemäß der diesbezüglichen Dicke niedriger sein als diejenige des Al-Anteils in der Al_yGa_(1-y)N-Schicht gemäß der diesbezüglichen Dicke.
Ferner, wie aus 4(b) ersichtlich, kann der Druck in dem Zeitraum für die Druckerhöhung und dem Zeitraum für die Drucksenkung für einen festgelegten Zeitraum konstant gehalten werden. Zum Beispiel wird der Druck der Wachstumskammer im Verlauf der Zeit in einem ersten Bereich 31 von einem ersten Druck auf einen zweiten Druck erhöht und in einem zweiten Bereich 32 wird der Druck der Wachstumskammer für einen festgelegten Zeitraum bei dem zweiten Druck gehalten. Dann wird der Druck der Wachstumskammer im Verlauf der Zeit in einem dritten Bereich 33 auf den ersten Druck gesenkt; in einem vierten Bereich 34 wird der Druck der Wachstumskammer für einen festgelegten Zeitraum bei dem ersten Druck gehalten; und in einem dritten Bereich 35 wird der Druck der Wachstumskammer im Verlauf der Zeit auf einen dritten Druck gesenkt. Dann wird der Druck der Wachstumskammer in einem sechsten Bereich 36 für einen festgelegten Zeitraumauf bei dem dritten Druck gehalten; in einem siebenten Bereich 37 wird der Druck der Wachstumskammer im Verlauf der Zeit von dem dritten Druck auf den ersten Druck erhöht; und in einem achten Bereich 38 wird der Druck der Wachstumskammer für einen festgelegten Zeitraum bei dem ersten Druck gehalten. Während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 ändert sich der Druck in der Wachstumskammer, indem er im Verlauf der Zeit mindestens einen Zyklus des Zeitraums für die Druckerhöhung und des Zeitraums für die Drucksenkung umfasst. In einigen Ausführungsformen ändert sich der Druck in der Wachstumskammer so, dass er ferner mindestens einen Zeitraum für die Druckerhaltung umfasst.
Zurückverweisend auf 3(a) umfasst der Wachstumsprozess der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 das Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle, die in die Wachstumskammer eingebracht wird, und das Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle kann das Erhöhen der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle in der Form mindestens eines Impulses umfassen. Zum Beispiel kann die n-Typ-Dotierstoffquelle, wie daraus ersichtlich, in dem Zeitraum für die Druckerhöhung 11 mit einer zweiten Durchflussrate in die Wachstumskammer eingebracht werden und in dem Zeitraum für die Drucksenkung 12 kann die n-Typ-Dotierstoffquelle mit einer ersten Durchflussrate in die Wachstumskammer eingebracht werden. Die erste Durchflussrate kann geringer sein als die zweite Durchflussrate. Wenn der Zyklus des Zeitraums für die Druckerhöhung 11 und des Zeitraums für die Drucksenkung 12 wie in dieser Ausführungsform in einer Dreieckwellenform wiederholt wird, kann die n-Typ-Dotierstoffquelle in einer Mehrfach-Wellenform, die mit der Druckänderung übereinstimmt, in die Wachstumskammer eingebracht werden. Jede der Mehrfach-Wellenform kann einen bestimmten Zeitraum aufweisen und wie zum Beispiel aus 3(a) ersichtlich, kann die Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle in einer Rechteckwellenform bereitgestellt werden.
Die ersten und zweiten Durchflussraten können jeweils gemäß Dotierungskonzentrationen der Al_xGa_(1-x)N-Schicht und der Al_yGa_(1-y)N-Schicht angepasst werden. Zum Beispiel ist die erste Durchflussrate so eingestellt, dass die Al_yGa_(1-y)N-Schicht in einem im Wesentlichen undotierten Zustand oder mit einer niedrigen Dotierungskonzentration gezüchtet werden kann und die zweite Durchflussrate ist so eingestellt, dass die Al_xGa_(1-x)N-Schicht mit einer relativ hohen Dotierungskonzentration gezüchtet werden kann. Hier kann die Al_xGa_(1-x)N-Schicht eine n-Typ-Dotierungskonzentration von ungefähr 1 × 10¹⁸ bis ungefähr 1 × 10¹⁹/cm³ aufweisen.
In einigen Ausführungen kann die n-Typ-Dotierstoffquelle asymmetrisch zugeführt werden, wie aus 4(a) ersichtlich.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die erste n-Typ-Halbleiterschicht 131 eine hoch dotierte Al_xGa_(1-x)N-Schicht und eine niedrig dotierte oder undotierte Al_yGa_(1-y)N-Schicht umfassen, wobei x in einer dem Wachstumssubstrat 110 abgewandten Richtung allmählich abnimmt und y in der dem Wachstumssubstrat 110 abgewandten Richtung allmählich zunimmt.
In der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 können die Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) und die Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1) aufgrund einer Abweichung hinsichtlich des Wachstumsdrucks unterschiedliche Wachstumsgeschwindigkeiten aufweisen. Mit dieser Struktur ist es möglich, die Ausbreitung einer Versetzung zu blockieren oder eine Ausbreitungsrichtung der Versetzung zu ändern, wodurch die Versetzungsdichte anderer Halbleiterschichten, die in nachfolgenden Prozessen gezüchtet werden, verringert wird. Zudem, da die Zusammensetzungen der Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) und der Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1) geändert werden, können Beanspruchungen, die durch eine Gitterfehlanpassung verursacht werden, abgeschwächt werden, wodurch eine ausgezeichnete Kristallinität der Halbleiterschichten, die in nachfolgenden Prozessen gezüchtet werden, gesichert wird, während Schäden wie Risse und Ähnliches verhindert werden.
Zudem, da der Druck und die Durchflussraten anderer Elementquellen, mit Ausnahme der n-Typ-Dotierstoffquelle, und die Temperatur während des Züchtens der Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) und der Al_yGa_(1-z)N-Schicht (0 < y < 1) konstant gehalten werden, ist es möglich, eine n-Typ-Halbleiterschicht mit einer Kristallinität bereitzustellen, die Halbleiterschichten in der Technik überlegen ist, ohne dass ein zusätzlicher Prozess ausgeführt werden muss. Zusätzlich, da die Druckänderung während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 kontinuierlich und aufeinanderfolgend ausgeführt wird, kann mit dem Prozess die Ausfallsicherheit des Prozesses im Vergleich zu dem Fall, in dem die Druckänderung gepulst, d. h. in einer Impulsform ausgeführt wird, simpel und einfach verbessert werden. Zudem, da eine Wartezeit entfallen kann, die erforderlich ist, damit der Druck der Wachstumskammer einen Solldruck erreichen kann, ist es möglich, eine Wachstumszeit der n-Typ-Halbleiterschicht 130 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Druckänderung in einer Impulsform ausgeführt wird, zu verringern.
Ferner werden in der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 eine Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration und eine Schicht mit niedriger Verunreinigungskonzentration abwechselnd wiederholt, um eine Verschlechterung hinsichtlich der Kristallinität der Halbleiterschichten aufgrund von Verunreinigungen zu unterdrücken.
Es sollte jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Offenlegung nicht auf das oben beschriebene Verfahren zum Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 beschränkt ist. Die Druckänderung umfasst den Zeitraum für die Druckerhöhung und den Zeitraum für die Drucksenkung, welche unregelmäßig sein können. Zusätzlich kann die n-Typ-Dotierstoffquelle ebenso in einer Impulsform zugeführt werden, welche ebenso unregelmäßig sein kann.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren umfasst die erste n-Typ-Halbleiterschicht 131 die Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) und die Al_yGa_(1-z)N-Schicht (0 < y < 1), wobei der Al-Anteil jeder der Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) und der AlyGa(1-z)-Schicht (0 < y < 1) kontinuierlich in der Dickenrichtung der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 geändert wird. In einigen Ausführungen werden die Al-Anteile der AlxGa(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) und der AlyGa(1-z)N-Schicht (0 < y < 1) kontinuierlich und räumlich von einer Fläche der ersten n-Typ-Halbleiterschicht zu der anderen Fläche der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 geändert. Dementsprechend kann die erste n-Typ-Halbleiterschicht 131 eine Bandlückenenergie aufweisen, die sich kontinuierlich in der Dickenrichtung in einem Bereich davon ändert. Zum Beispiel zeigen die 23(a), 23(b), 24(a) und 24(b) eine Bandlückenenergie von jeder von ersten n-Typ-Halbleiterschichten 131 in der Dickenrichtung davon, in welcher die ersten n-Typ-Halbleiterschichten 131 unter Wachstumsbedingungen aus den 3(a), 3(b), 4(a) und 4(b) geformt wurden. In den 23(a), 23(b), 24(a) und 24(b) kennzeichnet jede von Referenzziffern, die 'a' umfassen, die Bandlückenenergie einer AlGaN-Schicht, die in jedem zeitlichen Bereich aus den 3(a), 3(b), 4(a) und 4(b) gezüchtet wurde. Zum Beispiel entspricht in 3(a) die Bandlückenenergie der AlGaN-Schicht, die in dem Zeitraum für die Druckerhöhung 11 gezüchtet wurde, dem Abschnitt 11a in 23(a).
Als Nächstes werden in Bezug auf 5 eine aktive Schicht 140 und eine p-Typ-Halbleiterschicht 150 auf der n-Typ-Halbleiterschicht 130 geformt.
Die aktive Schicht 140 kann (Al, Ga, In)N umfassen und kann Licht mit einer Spitzenwellenlänge in einem gewünschten UV-Bereich durch Anpassung des Zusammensetzungsverhältnisses des Nitridhalbleiters abgeben. Die aktive Schicht 140 kann in einer Multi-Quantum-Well-(MQW)Struktur geformt werden, wobei Barriereschichten (nicht gezeigt) und Trogschichten (nicht gezeigt) abwechselnd übereinander gestapelt werden. Zum Beispiel kann die aktive Schicht 140 durch das Züchten eines quartären Nitridhalbleiters wie AlInGaN geformt werden, um die Barriereschichten und die Trogschichten bei einer Temperatur von ungefähr 700°C bis ungefähr 1000°C und einem Druck von ungefähr 100 Torr bis ungefähr 400 Torr zu formen.
Zusätzlich kann unter den Barriereschichten eine Barriereschicht, die der n-Typ-Halbleiterschicht 130 am nächsten ist, einen höheren Al-Anteil aufweisen als andere Barriereschichten. Die Struktur, wobei die Barriereschicht, die der n-Typ-Halbleiterschicht 130 am nächsten ist, so geformt ist, dass sie einen höheren Al-Anteil aufweist als andere Barriereschichten, kann effektiv einen Elektronenüberschuss verhindern, indem die Elektronenmobilität verringert wird. Ferner können Barriereschichten, die in der Nähe der n-Typ-Halbleiterschicht angeordnet sind, eine größere Dicke aufweisen als einige andere Barriereschichten und die oberste Barriereschicht kann eine größere Dicke oder einen höheren Al-Anteil aufweisen als einige andere Barriereschichten. Zum Beispiel können die ersten und zweiten Barriereschichten eine größere Dicke aufweisen als die dritte Barriereschicht und die oberste Barriereschicht kann einer größere Dicke aufweisen als die dritte Barriereschicht.
Die p-Typ-Halbleiterschicht 150 kann auf der aktiven Schicht 140 gezüchtet werden und kann zu einer Dicke von ungefähr 0,2 μm oder weniger bei einer Temperatur von ungefähr 900°C bis ungefähr 1000°C und einem Druck von ungefähr 100 Torr bis ungefähr 400 Torr geformt werden. Die p-Typ-Halbleiterschicht 150 kann einen Nitridhalbleiter wie AlGaN umfassen und kann dotiert sein, um eine p-Typ-Halbleiterschicht zu werden, indem p-Typ-Verunreinigungen wie Mg eingeschlossen werden.
Zudem kann die p-Typ-Halbleiterschicht 150 ferner eine Delta-Dotierschicht (nicht gezeigt) umfassen, um einen ohmschen Übergangswiderstand zu reduzieren und kann ferner eine Elektronensperrschicht (nicht gezeigt) umfassen.
Die Elektronensperrschicht kann eine AlGaN-Schicht umfassen. Zusätzlich kann die Elektronensperrschicht eine erste Elektronensperrschicht (nicht gezeigt) und eine zweite Elektronensperrschicht (nicht gezeigt) umfassen, die auf der ersten Elektronensperrschicht angeordnet ist, wobei die erste Elektronensperrschicht einen höheren Al-Anteil aufweisen kann als die zweite Elektronensperrschicht.
Als Nächstes wird in Bezug auf 6 auf der p-Typ-Halbleiterschicht 150 ein Trägersubstrat 160 geformt.
Das Trägersubstrat 160 kann ein isolierendes Substrat, ein leitfähiges Substrat oder ein Schaltungssubstrat sein oder ein solches umfassen. Zum Beispiel kann das Trägersubstrat 160 ein Saphirsubstrat, ein Galliumnitridsubstrat, ein Glassubstrat, ein Siliziumcarbidsubstrat, ein Siliziumsubstrat, ein metallisches Substrat oder ein keramisches Substrat sein oder ein solches umfassen. Zusätzlich kann das Trägersubstrat 160 mit der p-Typ-Halbleiterschicht 150 verbunden sein. Demnach kann ferner eine Bindungsschicht (nicht gezeigt) zwischen dem Trägersubstrat 160 und der p-Typ-Halbleiterschicht 150 geformt werden, um sie miteinander zu verbinden.
Die Bindungsschicht kann ein metallisches Material, zum Beispiel AuSn, umfassen. Die Bindungsschicht, die AuSn enthält, kann eine eutektische Verbindung zwischen dem Trägersubstrat 160 und der p-Typ-Halbleiterschicht 150 realisieren. Wenn das Trägersubstrat 160 ein leitfähiges Substrat ist, verbindet die Bindungsschicht die p-Typ-Halbleiterschicht 150 elektrisch mit dem Trägersubstrat 160.
Zudem kann eine Metallschicht (nicht gezeigt) zwischen dem Trägersubstrat 160 und der p-Typ-Halbleiterschicht 150 geformt werden.
Die Metallschicht kann eine reflektierende Metallschicht (nicht gezeigt) und eine Barrieremetallschicht (nicht gezeigt) umfassen, welche geformt werden kann, um die reflektierende Metallschicht abzudecken.
Die reflektierende Metallschicht kann durch Abscheidung und Heben geformt werden. Die reflektierende Metallschicht dient dazu, um Licht zu reflektieren und kann als eine Elektrode fungieren, die elektrisch mit der p-Typ-Halbleiterschicht 150 verbunden ist. Demnach umfasst die reflektierende Metallschicht vorzugsweise ein Material, das ein hohes Reflexionsvermögen in Bezug auf UV-Licht aufweist und zum Bilden eines ohmschen Kontakts in der Lage ist. Die reflektierende Metallschicht kann zum Beispiel mindestens eines von Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag oder Au umfassen.
Die Barrieremetallschicht verhindert eine Interdiffusion zwischen der reflektierenden Metallschicht und anderen Materialien. Dementsprechend ist es möglich, eine Zunahme des Übergangswiderstands und eine Reduktion des Reflexionsvermögens aufgrund einer Beschädigung der reflektierenden Metallschicht zu verhindern. Die Barrieremetallschicht kann Ni, Cr oder Ti umfassen und kann in mehreren Schichten geformt werden.
In Bezug auf 7 ist das Wachstumssubstrat 110 von den Halbleiterschichten getrennt. In einigen Ausführungen kann das Wachstumssubstrat 110 von der GaN-Schicht 123 getrennt sein. Das Wachstumssubstrat 110 kann durch verschiedene Verfahren wie das Laserheben, chemisches Heben, Beanspruchungsheben oder thermisches Heben und Ähnliches getrennt werden.
Zum Beispiel kann das Wachstumssubstrat, wenn das Wachstumssubstrat 110 ein Saphirsubstrat ist oder ein solches umfasst, von der Halbleiterschicht durch das Laserheben getrennt werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Wachstumssubstrat 110, da die GaN-Schicht 123 zwischen der n-Typ-Halbleiterschicht 130 und dem Wachstumssubstrat 110 geformt werden kann, einfach unter Verwendung eines KrF-Excimerlasers von der Halbleiterschicht getrennt werden. Dementsprechend ist es möglich, die Schwierigkeit hinsichtlich der Trennung des Wachstumssubstrats unter Verwendung des Laserhebens bei der Herstellung einer UV-Leuchtdiode in der einschlägigen Technik zu beseitigen.
Hier sollte jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Offenlegung nicht darauf beschränkt ist und andere Ausführungen ebenso möglich sind. Es können zum Beispiel zusätzliche Schichten, zum Beispiel eine Opferschicht, zwischen dem Wachstumssubstrat 110 und den Halbleiterschichten geformt werden und das Wachstumssubstrat 110 kann von den Halbleiterschichten durch chemisches Heben oder Beanspruchungsheben getrennt werden.
In Bezug auf 8 werden nach der Trennung des Wachstumssubstrats 110 andere Halbleiterschichten (zum Beispiel Reste der GaN-Schicht 123 und/oder der Pufferschicht) entfernt, die auf der n-Typ-Halbleiterschicht 130 zurückbleiben, um eine Fläche der n-Typ-Halbleiterschicht 130 freizulegen. Um eine Fläche der n-Typ-Halbleiterschicht 130 freizulegen, können die Reste auf einer oberen Fläche der n-Typ-Halbleiterschicht 130 durch einen chemischen und/oder einen physikalischen Prozess oder Ätzen und Ähnliches entfernt werden.
Ferner, um die Rauigkeit der freigelegten Fläche der n-Typ-Halbleiterschicht 130 zu erhöhen, kann das Verfahren ferner das Formen von Rauigkeit (nicht gezeigt) auf der Fläche der n-Typ-Halbleiterschicht 130 umfassen. Die Rauigkeit kann durch Nassätzen und Ähnliches geformt werden. Die Rauigkeit kann zum Beispiel über durch Licht verstärktes chemisches (PEC) Ätzen oder Ätzen unter Verwendung einer Schwefelsäure-/Phosphorsäurelösung und Ähnlichem geformt werden. Die Rauigkeit kann in Abhängigkeit von den Bedingungen beim Ätzen auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden und kann eine durchschnittliche Höhe von zum Beispiel 0,5 μm oder weniger aufweisen. Die Rauigkeit kann die Lichtextraktionseffizienz der UV-Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung verbessern.
In Bezug auf 9 können Vorrichtungsisolationsgräben 210 durch Strukturierung der n-Typ-Halbleiterschicht 130, der aktiven Schicht 140 und der p-Typ-Halbleiterschicht 150 geformt werden. Durch Formen der Vorrichtungsisolationsgräben 210 kann eine obere Fläche des Trägersubstrats 160 teilweise freigelegt werden. Zusätzlich kann eine N-Elektrode 170 auf jedem von Vorrichtungsbereichen geformt werden, die voneinander durch den Vorrichtungsisolationsgraben 210 isoliert werden.
Die N-Elektrode 170 kann in einem Bereich geformt werden, der unter der Fläche der n-Typ-AlGaN-Schicht angeordnet ist, um ohmsche Charakteristiken der AlGaN-Schicht mit hohem Al-Anteil zu verbessern. Zum Beispiel kann die N-Elektrode 170 auf einer Nut geformt werden, die auf der oberen Fläche der n-Typ-Halbleiterschicht 130 geformt wird. Mit dieser Struktur wird ein Kontaktbereich zwischen der N-Elektrode 170 und der n-Typ-Halbleiterschicht 130 vergrößert, um die Eigenschaften für die Stromeinspeisung zu verbessern.
Die Strukturierung der n-Typ-Halbleiterschicht 130, der aktiven Schicht 140 und der p-Typ-Halbleiterschicht 150 kann durch Photolithographie und Ätzen durchgeführt werden und die Vorrichtungsisolationsgräben 210 können so geformt sein, dass sie geneigte Seitenflächen aufweisen.
Die N-Elektrode 170 kann dazu dienen, um der n-Typ-Halbleiterschicht 130 externe Energie zuzuführen und kann durch Abscheidung und Heben geformt werden.
Danach wird das Trägersubstrat 160, das unter jedem der Vorrichtungsisolationsgräben 210 angeordnet ist, entlang der Linie Si geteilt, um eine UV-Leuchtdiode 100a bereitzustellen, wie sie in 10 dargestellt wird.
11 und 12 sind Schnittansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung und eine dadurch hergestellte Leuchtdiode veranschaulichen. Die durch das Verfahren gemäß der in 11 und 12 gezeigten Ausführungsform gefertigte Leuchtdiode ähnelt im Allgemeinen derjenigen der in 1 bis 10 gezeigten Ausführungsform und umfasst ferner eine AlN-Schicht 125 zwischen der n-Typ-Halbleiterschicht 130 und der GaN-Schicht 123. In der folgenden Beschreibung werden hauptsächlich verschiedene Eigenschaften dieser Ausführungsform beschrieben.
In Bezug auf 11 kann die AlN-Schicht 125 auf der GaN-Schicht 123 vor dem Formen der n-Typ-Halbleiterschicht 130 geformt werden.
Das Formen der AlN-Schicht 125 kann das abwechselnde Züchten einer AlN-Schicht bei einem dritten Druck und einer AlN-Schicht bei einem vierten Druck bei einer Temperatur von ungefähr 900°C bis ungefähr 1100°C umfassen, um eine Stapelstruktur zu formen. Jede der Al-Schichten, die abwechselnd übereinander gestapelt sind, kann eine Dicke von ungefähr 5 nm aufweisen, wobei die Stapelstruktur eine Übergitterschichtstruktur aufweisen kann. Hier kann der dritte Druck von dem vierten Druck abweichen und kann niedriger sein als der vierte Druck. Zum Beispiel kann der dritte Druck zwischen 0 und 100 Torr liegen und der vierte Druck kann zwischen 0 und 400 Torr liegen.
Die AlN-Schicht 125, die bei dem dritten Druck gezüchtet wurde und die AlN-Schicht, die bei dem vierten Druck gezüchtet wurde, können aufgrund einer Druckdifferenz unterschiedliche Wachstumsgeschwindigkeiten aufweisen. Mit dieser Struktur ist es möglich, die Ausbreitung einer Versetzung zu blockieren oder eine Ausbreitungsrichtung davon zu ändern, wodurch die Versetzungsdichte anderer Halbleiterschichten, die in nachfolgenden Prozessen gezüchtet werden, verringert wird.
In der AlN-Schicht 125 variiert ein Stoffmengenanteil von Al in Abhängigkeit von dem Druck, bei dem die AlN-Schicht 125 gezüchtet wird. Wenn der Wachstumsdruck der Wachstumskammer während des Züchtens der AlN-Schicht zunimmt, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass Al-Stellen zu Leerstellen in einem AlN-Kristall oder mit anderen Verunreinigungen neu angeordnet werden. Demnach weist die AlN-Schicht, die bei dem dritten Druck gezüchtet wurde, eine geringere Wahrscheinlichkeit für die Bildung von Leerstellen oder die Ersetzung der Al-Stellen durch Verunreinigungen auf als die AlN-Schicht, die bei dem vierten Druck gezüchtet wurde. Dementsprechend kann die AlN-Schicht, die bei dem dritten Druck gezüchtet wird, einen höheren Stoffmengenanteil von Al aufweisen als die AlN-Schicht, die bei dem vierten Druck gezüchtet wird.
Als Nächstes werden in Bezug auf 12 die n-Typ-Halbleiterschicht 130, die aktive Schicht 140 und die p-Typ-Halbleiterschicht 150 auf der AlN-Schicht 125 geformt.
Dann werden nachfolgende Prozesse ausgeführt, die im Wesentlichen denjenigen ähneln, die in Bezug auf 6 bis 10 beschrieben wurden, wodurch eine Leuchtdiode 100a, wie in 10 gezeigt, bereitgestellt wird. In dieser Ausführungsform kann jedoch die auf der n-Typ-Halbleiterschicht 130 nach der Trennung des Wachstumssubstrats 110 verbleibende AlN-Schicht 125 durch verschiedene Verfahren entfernt werden.
13 und 14 sind Schnittansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung und eine dadurch hergestellte Leuchtdiode veranschaulichen.
Die durch das Verfahren gemäß der in 13 und 14 gezeigten Ausführungsform gefertigte Leuchtdiode ähnelt im Allgemeinen derjenigen der in 11 bis 12 gezeigten Ausführungsform und umfasst ferner eine undotierte Nitridschicht 127 auf der AlN-Schicht 125. In der folgenden Beschreibung werden hauptsächlich verschiedene Eigenschaften dieser Ausführungsform beschrieben.
Die undotierte Nitridschicht 127 kann auf der AlN-Schicht 125 vor dem Formen der n-Typ-Halbleiterschicht 130 geformt werden. Das Formen der undotierten Nitridschicht 127 kann das wechselweise Aufeinanderschichten einer Al_wGa_(1-w)N-Schicht (0 < w < 1), die bei einem fünften Druck gezüchtet wird und einer Al_zGa_(1-z)N-Schicht (0 < z < 1) umfassen, die bei einem sechsten Druck gezüchtet wird, um eine Stapelstruktur zu formen. Die Stapelstruktur kann eine Übergitterschichtstruktur aufweisen. Die Al_wGa_(1-w)N-Schichten (0 < w < 1) und die Al_zGa_(1-z)N-Schichten (0 < z < 1), die abwechselnd übereinander gestapelt sind, können bei einer Temperatur von ungefähr 900°C bis 1100°C jeweils zu Dicken von ungefähr 5 nm und ungefähr 10 nm geformt werden. Dementsprechend kann eine Übergitterschichtstruktur, umfassend die Al_wGa_(1-w)N-Schichten (0 < w < 1) und die Al_zGa_(1-z)N-Schichten (0 < z < 1) geformt werden.
Hier kann der fünfte Druck von dem sechsten Druck abweichen und kann niedriger sein als der sechste Druck. Zum Beispiel kann der fünfte Druck größer sein als 0 bis 100 Torr und der sechste Druck kann größer sein als 0 bis 300 Torr. Mit den unterschiedlichen Wachstumsdrücken können die Al_wGa_(1-w)N-Schicht (0 < w < 1) und die Al_zGa_(1-z)N-Schicht (0 < z < 1) so geformt werden, dass sie unterschiedliche Zusammensetzungsverhältnisse oder das gleiche Zusammensetzungsverhältnis aufweisen. Zum Beispiel kann die AlGaN-Schicht, die bei einem niedrigeren Druck gezüchtet wird, bei den gleichen Wachstumsbedingungen, mit Ausnahme des Drucks, einen größeren Al-Anteil aufweisen als die AlGaN-Schicht, die bei einem höheren Druck gezüchtet wird.
Alternativ kann die Druckänderung während des Züchtens der undotierten Nitridschicht 127 der Druckänderung während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 ähnlich sein. Das heißt, dass die Druckänderung während des Züchtens der undotierten Nitridschicht 127 einen Zyklus eines Zeitraums für die Druckerhöhung und eines Zeitraums für die Drucksenkung umfassen kann, wobei der Al-Anteil der undotierten Nitridschicht 127 ähnlich dem Al-Anteil der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 geändert werden kann.
Die Al_wGa_(1-w)N-Schicht (0 < w < 1) und die Al_zGa_(1-z)N-Schicht (0 < z < 1) können aufgrund einer Abweichung hinsichtlich des Wachstumsdrucks unterschiedliche Wachstumsgeschwindigkeiten aufweisen. Mit dieser Struktur ist es möglich, die Ausbreitung einer Versetzung zu blockieren oder eine Ausbreitungsrichtung davon zu ändern, wodurch die Versetzungsdichte anderer Halbleiterschichten, die in nachfolgenden Prozessen gezüchtet werden, verringert wird. Zudem, wenn die Al_wGa_(1-w)N-Schicht (0 < w < 1) und die Al_zGa_(1-z))N-Schicht (0 < z < 1) so geformt sind, dass sie unterschiedliche Zusammensetzungsverhältnisse aufweisen, können Beanspruchungen, die durch eine Gitterfehlanpassung verursacht werden, abgeschwächt werden, wodurch eine ausgezeichnete Kristallinität der Halbleiterschichten, die in nachfolgenden Prozessen gezüchtet werden, gesichert wird, während Schäden wie Risse und Ähnliches verhindert werden.
Als Nächstes werden in Bezug auf 14 die n-Typ-Halbleiterschicht 130, die aktive Schicht 140 und die p-Typ-Halbleiterschicht 150 auf der undotierten Nitridschicht 127 geformt.
Dann werden nachfolgende Prozesse ausgeführt, die im Wesentlichen denjenigen ähneln, die in Bezug auf 6 bis 10 beschrieben wurden, wodurch eine Leuchtdiode 100a, wie in 10 gezeigt, bereitgestellt wird. In dieser Ausführungsform können jedoch die auf der n-Typ-Halbleiterschicht 130 nach der Trennung des Wachstumssubstrats 110 verbleibende AlN-Schicht 125 und die undotierte Nitridschicht 127 durch verschiedene Verfahren entfernt werden.
In dieser Ausführungsform kann die AlN-Schicht 125 ausgelassen werden. In diesem Fall kann die undotierte Nitridschicht 127 auf der GaN-Schicht 123 gezüchtet werden.
15 bis 22 sind Schnittansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung und eine dadurch hergestellte Leuchtdiode veranschaulichen.
Das Herstellungsverfahren gemäß der in 15 bis 22 gezeigten Ausführungsform ähnelt im Allgemeinen demjenigen der in 11 und 12 gezeigten Ausführungsform und unterscheidet sich von der oben genannten Ausführungsform darin, dass das Züchten der n-Typ-Halbleiterschicht 130 das Formen einer zweiten n-Typ-Halbleiterschicht 133 und/oder einer dritten n-Typ-Nitridschicht 135 umfasst. In der folgenden Beschreibung werden hauptsächlich abweichende Eigenschaften dieser Ausführungsform beschrieben und Beschreibungen der gleichen Eigenschaft werden ausgelassen.
In Bezug auf 15 wird eine Vorlage, wie in 13 gezeigt, hergestellt. Zum Beispiel werden eine Pufferschicht 121, eine GaN-Schicht 123, eine AlN-Schicht 125 und eine undotierte Nitridschicht 127 auf einem Wachstumssubstrat 110 gezüchtet. Hier können, wie zuvor beschrieben, die Pufferschicht 121, die GaN-Schicht 123, die AlN-Schicht 125 und die undotierte Nitridschicht 127 ebenso ausgelassen werden.
Dann kann in Bezug auf 16 eine zweite n-Typ-Halbleiterschicht 133 auf der undotierten Nitridschicht 127 geformt werden.
Die zweite n-Typ-Halbleiterschicht 133 kann auf der undotierten Nitridschicht 127 in der Wachstumskammer gezüchtet werden. Zusätzlich kann die zweite n-Typ-Halbleiterschicht 133 eine Al_uGa_(1-u)N-Schicht (0 < u < 1) und eine Al_vGa_(1-v)N-Schicht (0 < v < 1) umfassen und kann dotiert werden, um eine n-Typ-Halbleiterschicht mit n-Typ-Verunreinigungen wie Si zu werden. Hier können die Al_uGa_(1-u)N-Schicht (0 < u < 1) und die Al_vGa_(1-v)N-Schicht (0 < v < 1) verschiedene Konzentrationen von Dotierstoffen umfassen.
Das Züchten der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht 133 umfasst das Einbringen einer Al-Quelle, einer GaN-Quelle und einer N-Quelle in die Wachstumskammer, in welcher die Wachstumstemperatur in dem Bereich von ungefähr 900°C bis ungefähr 1100°C eingestellt werden kann und bei einem Wachstumsdruck zwischen 0 und 300 Torr in der Wachstumskammer. Während des Züchtens der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht 133 kann eine Durchflussrate von jeder der Al-Quelle, der GaN-Quelle und der N-Quelle konstant gehalten werden und die Wachstumstemperatur kann ebenso innerhalb einer zulässigen Toleranz im Allgemeinen konstant gehalten werden.
Zudem kann das Züchten der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht 133 die Zufuhr der n-Typ-Dotierstoffquelle in die Wachstumskammer gepulst in der Form von Impulsen umfassen. Wie aus 3 ersichtlich kann die n-Typ-Dotierstoffquelle in der Form von Impulsen, zum Beispiel in der Form von mehreren Impulsen, zugeführt werden. Dementsprechend kann die Al_uGa_(1-u)N-Schicht (0 < u < 1) während des Züchtens der Al_uGa_(1-u)N-Schicht (0 < u < 1), wenn die n-Typ-Dotierstoffquelle mit einer zweiten Durchflussrate zugeführt wird, in einer relativ hohen Konzentration dotiert werden. Wenn die n-Typ-Dotierstoffquelle mit einer ersten Durchflussrate zugeführt wird, kann die Al_uGa_(1-u)N-Schicht (0 < 0 < 1) in einer relativ niedrigen Konzentration dotiert werden oder kann zu einer undotierten Schicht werden. Zum Beispiel kann die Al_uGa_(1-u)N-Schicht (0 < u < 1) eine n-Typ-Dotierungskonzentration von ungefähr 1 × 10¹⁸ bis ungefähr 1 × 10¹⁹/cm³ aufweisen.
In einigen Ausführungen kann die n-Typ-Dotierstoffquelle der Wachstumskammer auf asymmetrische Weise, wie aus 4(a) ersichtlich oder auf unregelmäßige Weise zugeführt werden.
In der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht 133 werden eine Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration und eine Schicht mit niedriger Verunreinigungskonzentration abwechselnd wiederholt, wodurch eine Verschlechterung hinsichtlich der Kristallinität der Halbleiterschichten aufgrund von Verunreinigungen unterdrückt wird. Folglich ist es möglich, die Kristallinität anderer Halbleiterschichten, die in nachfolgenden Prozessen gezüchtet werden, zu verbessern.
Dann wird in Bezug auf 18 eine erste n-Typ-Halbleiterschicht 131 auf der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht 133 gezüchtet und eine dritte n-Typ-Nitridschicht 135 wird auf der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 gezüchtet, wodurch eine n-Typ-Halbleiterschicht 130 geformt wird.
Das Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 gemäß dieser Ausführungsform ähnelt im Allgemeinen dem Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht 131 gemäß der Ausführungsform, die in Bezug auf 1 bis 10 beschrieben wurde und das Züchten der dritten n-Typ-Nitridschicht 135 ähnelt im Allgemeinen dem Züchten der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht 133.
In dieser Ausführungsform kann eine der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht 133 und der dritten n-Typ-Nitridschicht 135 ausgelassen werden. Die zweite n-Typ-Halbleiterschicht 133 und/oder die dritte n-Typ-Nitridschicht 135 werden vor und/oder nach dem Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht geformt, wodurch die Kristallinität der Halbleiterschichten in der Leuchtdiode verbessert wird. Zusätzlich umfassen die zweite n-Typ-Halbleiterschicht 133 und die dritte n-Typ-Nitridschicht 135, die als Entlastungsschichten fungieren, n-Typ-Dotierungsstoffe, wodurch eine Verschlechterung hinsichtlich der Effizienz bei der Elektroneneinspeisung durch die Entlastungsschichten verhindert wird.
Dann werden in Bezug auf 19 eine aktive Schicht 140 und eine p-Typ-Halbleiterschicht 150 auf der n-Typ-Halbleiterschicht 130 geformt. Als Nächstes kann in Bezug auf 20 auf der p-Typ-Halbleiterschicht 150 ein Trägersubstrat 160 geformt werden.
Die in 19 und 20 gezeigten Prozesse ähneln im Allgemeinen den Prozessen, die in Bezug auf 5 und 6 beschrieben wurden und ausführliche Beschreibungen davon werden ausgelassen.
In Bezug auf 21 können Vorrichtungsisolationsgräben 210 durch Strukturierung der n-Typ-Halbleiterschicht 130, der aktiven Schicht 140 und der p-Typ-Halbleiterschicht 150 geformt werden. Durch Formen der Vorrichtungsisolationsgräben 210 kann eine obere Fläche des Trägersubstrats 160 teilweise freigelegt werden. Zusätzlich kann eine N-Elektrode 170 auf jedem von Vorrichtungsbereichen geformt werden, die voneinander durch den Vorrichtungsisolationsgraben 210 isoliert werden.
Die Strukturierung der n-Typ-Halbleiterschicht 130, der aktiven Schicht 140 und der p-Typ-Halbleiterschicht 150 kann durch Photolithographie und Ätzen durchgeführt werden und die Vorrichtungsisolationsgräben 210 können so geformt sein, dass sie geneigte Seitenflächen aufweisen.
Die N-Elektrode 170 kann dazu dienen, um der n-Typ-Halbleiterschicht 130 externe Energie zuzuführen und kann durch eine Abscheidungs- und Hebetechnologie geformt werden.
Danach wird das Trägersubstrat 160, das unter jedem der Vorrichtungsisolationsgräben 210 angeordnet ist, entlang der Linie Si geteilt, wodurch eine UV-Leuchtdiode 100b, wie in 22 dargestellt, bereitgestellt wird.
Die Leuchtdioden gemäß den zuvor genannten Ausführungsformen der Offenlegung weisen gegenüber üblichen Leuchtdioden in der einschlägigen Technik eine überlegene Kristallinität auf und das Wachstumssubstrat wird von den Halbleiterschichten der Leuchtdioden entfernt, wodurch eine ausgezeichnete Effizienz hinsichtlich der Wärmeabfuhr sowie eine ausgezeichnete Lichtausbeute gesichert werden.
Obwohl die oben stehenden Beschreibungen der Ausführungsformen eine vertikale Leuchtdiode betreffen, von welcher das Wachstumssubstrat 110 entfernt wird, sollte verstanden werden, dass die vorliegende Offenlegung nicht darauf beschränkt ist und andere Ausführungen ebenso möglich sind. Die zuvor genannten Herstellungsverfahren können ebenso auf eine Flip-Chip-Leuchtdiode angewendet werden.
Es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Offenlegung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Eigenschaften beschränkt ist und es können verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden, ohne dass vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenlegung, wie in den folgenden Patentansprüchen dargelegt, abgewichen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2014-0094958 [0001]
US 7192849 B2 [0035, 0036]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer UV-Leuchtdiode, umfassend: Formen einer n-Typ-Halbleiterschicht über einem Wachstumssubstrat in einer Wachstumskammer; und Formen einer aktiven Schicht und einer p-Typ-Halbleiterschicht über der n-Typ-Halbleiterschicht, wobei: das Formen der n-Typ-Halbleiterschicht ein Züchten einer ersten n-Typ-Halbleiterschicht umfasst, die AlGaN umfasst, wobei das Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht ein Ändern eines Wachstumsdrucks in der Wachstumskammer und ein Ändern einer Durchflussrate einer n-Typ-Dotierstoffquelle umfasst, die in die Wachstumskammer eingebracht wird, wobei das Ändern des Wachstumsdrucks während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht ein Durchführen mindestens eines Zyklus eines Zeitraums für die Druckerhöhung und eines Zeitraums für die Drucksenkung umfasst und wobei das Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle ein Erhöhen der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle in einer Impulsform umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 1, wobei das Züchten der ersten n-Typ-Halbleiterschicht ein Züchten einer Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) in dem Zeitraum für die Druckerhöhung und ein Züchten einer Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1) in dem Zeitraum für die Drucksenkung umfasst und wobei x in einer dem Wachstumssubstrat abgewandten Richtung allmählich abnimmt und y in der dem Wachstumssubstrat abgewandten Richtung allmählich zunimmt.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 2, wobei das Ändern des Wachstumsdrucks während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht mindestens zwei Zyklen des Zeitraums für die Druckerhöhung und des Zeitraums für die Drucksenkung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 2, wobei das Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle eine Zufuhr der n-Typ-Dotierstoffquelle mit einer ersten Durchflussrate während des Zeitraums für die Drucksenkung und eine Zufuhr der n-Typ-Dotierstoffquelle mit einer zweiten Durchflussrate, die größer als die erste Durchflussrate ist, während des Zeitraums für die Druckerhöhung umfasst und wobei das Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle die Zufuhr der n-Typ-Dotierstoffquelle in einer Impulsform umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 4, wobei das Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle die Zufuhr der n-Typ-Dotierstoffquelle in einer Rechteckwellenform umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 3, wobei das Ändern des Wachstumsdrucks während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht eine Dreieckwellenform oder eine harmonische Wellenform erzeugt.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 1, wobei das Formen der n-Typ-Halbleiterschicht ferner ein Beibehalten der Durchflussraten und der Wachstumstemperatur von Al-, Ga- und N-Quellen in der Wachstumskammer als konstant umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 1, vor dem Formen der n-Typ-Halbleiterschicht ferner umfassend: Formen einer GaN-Schicht; Formen einer AlN-Schicht auf der GaN-Schicht, wobei das Formen der AlN-Schicht eine Zufuhr einer Al-Quelle und einer N-Quelle mit konstanten Durchflussraten in die Wachstumskammer und ein Ändern eines Drucks der Wachstumskammer von einem ersten Druck auf einen zweiten Druck und umgekehrt umfasst und wobei der erste Druck von dem zweiten Druck abweicht.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 1, ferner umfassend: Formen einer undotierten Nitridschicht vor dem Formen der n-Typ-Halbleiterschicht.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 9, wobei das Formen der undotierten Nitridschicht das wechselweise Aufeinanderschichten einer Al_wGa_(1-w)N-Schicht (0 < w < 1), die bei einem ersten Druck gezüchtet wird, und einer Al_zGa_(1-z)N-Schicht (0 < z < 1) umfasst, die bei einem zweiten Druck gezüchtet wird, und wobei der erste Druck von dem zweiten Druck abweicht.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 9, wobei das Formen der undotierten Nitridschicht im Verlauf der Zeit ein Ändern eines Wachstumsdrucks in der Wachstumskammer umfasst und wobei das Ändern des Wachstumsdrucks während des Züchtens der undotierten Nitridschicht ein Durchführen mindestens eines Zyklus umfasst, der einen Zeitraum für die Druckerhöhung und einen Zeitraum für die Drucksenkung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 1, wobei das Formen der n-Typ-Halbleiterschicht ferner ein Formen mindestens einer zweiten n-Typ-Halbleiterschicht und einer dritten n-Typ-Nitridhalbleiterschicht jeweils über einer unteren Fläche und einer oberen Fläche der ersten n-Typ-Halbleiterschicht umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 12, wobei das Formen der zweiten n-Typ-Halbleiterschicht, der dritten n-Typ-Halbleiterschicht oder beider ein Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle umfasst, die in die Wachstumskammer eingebracht wird und wobei das Ändern der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle das Erhöhen der Durchflussrate der n-Typ-Dotierstoffquelle in einer Impulsform umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 1, wobei das Ändern des Wachstumsdrucks während des Züchtens der ersten n-Typ-Halbleiterschicht ein Beibehalten des Wachstumsdrucks während mindestens eines Zeitraums für die Druckerhaltung auf konstantem Niveau umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode nach Anspruch 8, wobei das Formen der AlN-Schicht ein Formen der AlN-Schicht umfasst, die in Abhängigkeit von dem Druckzustand, in welchem die AlN-Schicht geformt wird, unterschiedliche Stoffmengenanteile von Al aufweist.
UV-Leuchtdiode, umfassend: ein Trägersubstrat; eine p-Typ-Halbleiterschicht, die über dem Trägersubstrat angeordnet ist; eine aktive Schicht, die über der p-Typ-Halbleiterschicht angeordnet ist; und eine n-Typ-Halbleiterschicht, die über der aktiven Schicht angeordnet ist, wobei die n-Typ-Halbleiterschicht eine erste n-Typ-Halbleiterschicht umfasst, die mindestens einen Teil umfasst, der eine Bandlückenenergie aufweist, die sich kontinuierlich in einer Dickenrichtung der ersten n-Typ-Halbleiterschicht ändert.
Leuchtdiode nach Anspruch 16, wobei die erste n-Typ-Halbleiterschicht eine Stapelstruktur umfasst, die eine Al_xGa_(1-x)N-Schicht (0 < x < 1) und eine Al_yGa_(1-y)N-Schicht (0 < y < 1) umfasst und wobei x in einer dem Wachstumssubstrat abgewandten Richtung allmählich abnimmt und y in der dem Wachstumssubstrat abgewandten Richtung allmählich zunimmt.
Leuchtdiode nach Anspruch 16, wobei die n-Typ-Halbleiterschicht ferner eine zweite n-Typ-Halbleiterschicht, die über einer unteren Fläche der ersten n-Typ-Halbleiterschicht angeordnet ist, eine dritte n-Typ-Nitridschicht, die über einer oberen Fläche der ersten n-Typ-Halbleiterschicht angeordnet ist, oder sowohl zweite und dritte n-Typ-Nitridschichten umfasst, die jeweils über den unteren und oberen Flächen angeordnet sind.
Leuchtdiode nach Anspruch 18, wobei die zweite n-Typ-Halbleiterschicht, die dritte n-Typ-Nitridschicht oder jede der zweiten und dritten n-Typ-Halbleiterschichten eine Stapelstruktur aufweisen, die eine Al_uGa_(1-u)N-Schicht (0 < u < 1) mit einer ersten Konzentration einer n-Typ-Dotierungsverunreinigung und eine Al_vGa_(1-v)N-Schicht (0 < v < 1) mit einer zweiten Konzentration einer n-typ-Dotierungsverunreinigung umfasst und wobei die erste Konzentration einer n-typ-Dotierungsverunreinigung höher ist als die zweite Konzentration einer n-typ-Dotierungsverunreinigung.
Leuchtdiode nach Anspruch 16, wobei die erste n-Typ-Halbleiterschicht einen Bereich umfasst, der in einer Dickenrichtung der ersten n-Typ-Halbleiterschicht eine konstante Bandlückenenergie aufweist.