專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管，特別是涉及具有改進(jìn)的外延層的半導(dǎo)體發(fā)光二極管 (LED)及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，發(fā)光二極管(LED)是一種利用化合物半導(dǎo)體的特性、例如電子和空穴之間的復(fù)合將接收的電能轉(zhuǎn)換成紅外光、紫外光和可見(jiàn)光的半導(dǎo)體器件。這種LED通常被用于家電、遠(yuǎn)程控制器、電子顯示板、顯示裝置、各種自動(dòng)裝置、光通信，且主要分為紅外發(fā)光二極管(IRED)和可見(jiàn)光發(fā)光二極管(VLED)。LED發(fā)出的光的頻率(或波長(zhǎng))是半導(dǎo)體器件所用材料的帶隙的函數(shù)。在使用窄帶隙的半導(dǎo)體材料的情況下，產(chǎn)生低能量、長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子。而在使用寬帶隙的半導(dǎo)體材料的情況下，產(chǎn)生短波長(zhǎng)的光子。因此，根據(jù)發(fā)光類(lèi)型來(lái)選擇LED的半導(dǎo)體材料。例如，紅色LED用AlfeJnP，而藍(lán)色LED用碳化硅(SiC)和基于氮化物的III族半導(dǎo)體，特別是氮化鎵(GaN)。此處，基于鎵的LED不能形成大塊的GaN單晶。因此，必須使用適合GaN晶體生長(zhǎng)的基板。主要使用藍(lán)寶石作為基板。下面解釋采用藍(lán)寶石基板的現(xiàn)有的半導(dǎo)體LED及其制造方法。圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖2是示意性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)生長(zhǎng)半導(dǎo)體LED的外延層時(shí)出現(xiàn)生長(zhǎng)缺陷的剖面圖。如圖1所示，現(xiàn)有的半導(dǎo)體LED 10包括藍(lán)寶石基板11，在藍(lán)寶石基板11上形成的緩沖層13，用未摻雜半導(dǎo)體形成的外延層15，η型氮化物半導(dǎo)體層17，具有多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層19，和ρ型氮化物半導(dǎo)體層21。透明電極23和P型電極25沉積在P型氮化物半導(dǎo)體層21上。并且，η型電極27 形成在η型氮化物半導(dǎo)體層17的暴露的上部上。 在具有上述構(gòu)造的半導(dǎo)體LED中，一旦通過(guò)P型電極25和η型電極27施加電壓， 電子和空穴就從η型氮化物半導(dǎo)體層17和ρ型氮化物半導(dǎo)體層21被引入到有源層19中。 從而，電子和空穴發(fā)生復(fù)合，半導(dǎo)體LED 10發(fā)光。下面解釋現(xiàn)有的制造半導(dǎo)體LED的方法。首先，在藍(lán)寶石基板11上先生長(zhǎng)出低溫的緩沖層13以便生長(zhǎng)異質(zhì)半導(dǎo)體材料 (hetero semiconductor material) (GaN)。然后，升高溫度以使緩沖層13結(jié)晶。然后，在緩沖層13上生長(zhǎng)出由未摻雜GaN半導(dǎo)體材料形成的外延層15和由η型 GaN形成的η型氮化物半導(dǎo)體層17。然后，在低于η型氮化物半導(dǎo)體層17的生長(zhǎng)溫度的溫度下，在η型氮化物半導(dǎo)體層17上生長(zhǎng)出具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)的有源層19。然后，升高溫度以在有源層19上形成由ρ型GaN形成的ρ型氮化物半導(dǎo)體層21。然后，用電子束(E-beam)沉積法或?yàn)R射方法法在ρ型氮化物半導(dǎo)體層21上沉積透明導(dǎo)電材料，從而形成透明電極23。然后，局部地對(duì)透明電極23、ρ型氮化物半導(dǎo)體層21、有源層19和η型氮化物半導(dǎo)體層17進(jìn)行臺(tái)面蝕刻，從而局部地暴露出η型氮化物半導(dǎo)體層17。然后，在透明電極23和通過(guò)臺(tái)面蝕刻而暴露出的η型氮化物半導(dǎo)體層17上分別形成P型電極25和η型電極27。從而，制造出半導(dǎo)體LED 10。然而，現(xiàn)有的半導(dǎo)體LED及其制造方法存在如下問(wèn)題。首先，具有與藍(lán)寶石相同的致密六方晶格結(jié)構(gòu)(dense hexagonal structure)的結(jié)晶度的GaN具有與藍(lán)寶石不同的晶格常數(shù)。因此，如果在藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)GaN以形成外延層，則先形成低溫的緩沖層，然后生長(zhǎng)結(jié)晶GaN。然而，即使用這種方法生長(zhǎng)GaN，也會(huì)如圖2所示出現(xiàn)多個(gè)結(jié)晶缺陷(D)。這些結(jié)晶缺陷蔓延到有源層，導(dǎo)致發(fā)光效率降低。特別是，當(dāng)在藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)GaN時(shí)，即使先使用低溫的緩沖層，也會(huì)由于晶格不匹配而導(dǎo)致多個(gè)結(jié)晶缺陷。這會(huì)連續(xù)蔓延到η型GaN層和有源層。其次，在生長(zhǎng)η型GaN層以形成LED的GaN外延層時(shí)，晶片可能會(huì)發(fā)生凹曲。在這種情況下，有源層的發(fā)光均勻性會(huì)降低，并降低波長(zhǎng)產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)及其制造方法，該半導(dǎo)體發(fā)光二極管通過(guò)防止在生長(zhǎng)LED的外延層時(shí)發(fā)生結(jié)晶缺陷而能夠具有優(yōu)異的膜質(zhì)量、通過(guò)防止晶片彎曲而能夠具有改善的波長(zhǎng)均勻性以及能夠提高芯片產(chǎn)量。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)及其制造方法，該半導(dǎo)體發(fā)光二極管不僅能形成具有高發(fā)光效率的高壓LED，而且能通過(guò)采用大基板而提高LED 產(chǎn)量。為了達(dá)到這些和其他優(yōu)點(diǎn)并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體和廣泛地描述的， 提供一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)，包括基板；在基板上形成的、由多個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體層和插入在多個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體層之間的非結(jié)晶層組成的外延層；在外延層上形成的η型氮化物半導(dǎo)體層；在η型氮化物半導(dǎo)體層上形成的有源層；在有源層上形成的ρ型氮化物半導(dǎo)體層； 和分別在P型氮化物半導(dǎo)體層和η型氮化物半導(dǎo)體層上形成的ρ型電極和η型電極。為了達(dá)到這些和其他優(yōu)點(diǎn)并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體和廣泛地描述的， 還提供一種制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的方法，該方法包括在基板上形成結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層；在氮化物半導(dǎo)體層上形成非結(jié)晶層和結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層；在結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層上形成η型氮化物半導(dǎo)體層；在η型氮化物半導(dǎo)體層上形成有源層；和在有源層上形成P型氮化物半導(dǎo)體層。本發(fā)明的半導(dǎo)體LED及其制造方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，在生長(zhǎng)由未摻雜的基于GaN的材料形成的外延層時(shí)生長(zhǎng)非結(jié)晶層。這可使得外延層集中在具有高活化能的缺陷區(qū)域周?chē)俅紊L(zhǎng)。從而，防止生長(zhǎng)缺陷。第二，形成非結(jié)晶層的條件與一般的GaN形成條件不同(即，低溫情形)。在生長(zhǎng) GaN期間，用于在與彎曲方向相反的方向上減少晶片彎曲的非結(jié)晶層插在各結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層之間。與在生長(zhǎng)有源層時(shí)一般的GaN生長(zhǎng)條件相比，這就進(jìn)一步減少晶片的彎曲。因此，提高了波長(zhǎng)均勻性，并提高LED的產(chǎn)量。第三，當(dāng)生長(zhǎng)構(gòu)成LED的外延層的未摻雜的基于GaN的氮化物半導(dǎo)體層時(shí)，將非結(jié)晶層插在各半導(dǎo)體層之間。這可通過(guò)減少生長(zhǎng)缺陷而提高膜質(zhì)量，并可提高發(fā)光效率。第四，當(dāng)生長(zhǎng)構(gòu)成LED的外延層的未摻雜的基于GaN的氮化物半導(dǎo)體層，將非結(jié)晶層插在各半導(dǎo)體層之間。這可以減少晶片彎曲以防止基板在后續(xù)處理中斷裂，從而提高整個(gè)工藝的效率。第五，可以防止在使用大基板時(shí)晶片出現(xiàn)彎曲的情形。因此，可以使用大基板。根據(jù)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述將更加明了本發(fā)明的上述和其他目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。


所包括的附圖提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且被合并入說(shuō)明書(shū)作為說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例并且與說(shuō)明書(shū)一起來(lái)解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2是示意性地示出現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)生長(zhǎng)半導(dǎo)體LED的外延層時(shí)出現(xiàn)的生長(zhǎng)缺陷的剖面圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖4A至4F是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管制造過(guò)程的剖面圖；圖5是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明在生長(zhǎng)半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的外延層時(shí)通過(guò)在結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層之間插入非結(jié)晶層而防止生長(zhǎng)缺陷的剖面圖；圖6是比較本發(fā)明的半導(dǎo)體LED的電特性和現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體LED的電特性的圖表。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。為方便參考附圖進(jìn)行簡(jiǎn)明描述，相同或等價(jià)部件采用相同的附圖標(biāo)記，并且對(duì)其不再重復(fù)描述。下文中，參考附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光二極管 (LED)。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面圖。如圖3所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體LED 100包括藍(lán)寶石基板101 ；在藍(lán)寶石基板101 上形成的緩沖層103 ；具有未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層105a、在第一半導(dǎo)體層 10 上形成的非結(jié)晶層10 和未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c的一個(gè)或多個(gè)疊層結(jié)構(gòu)的外延層105 ;11型氮化物半導(dǎo)層107 ；具有多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層109 ；以及ρ型氮化物半導(dǎo)層111。由于ρ型氮化物半導(dǎo)體層111和有源層109的一部分區(qū)域被臺(tái)面蝕刻去除，η型氮化物半導(dǎo)體層107的上表面的一部分被暴露。緩沖層103生長(zhǎng)在藍(lán)寶石基板101上以提高藍(lán)寶石基板101和η型氮化物半導(dǎo)體層107之間的晶格匹配。此處，在約500 600°C的溫度下用GaN、AIN、InGaN等生長(zhǎng)出厚度為幾十 幾百埃(A)的緩沖層103。外延層105具有未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層105a、在第一半導(dǎo)體層 105a上形成的至少一非結(jié)晶層10 和未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c的疊層結(jié)構(gòu)。換言之，非晶層10 插入在外延層105的結(jié)晶半導(dǎo)體層10 和105c之間。此處，可以在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備中用外延生長(zhǎng)法來(lái)形成結(jié)晶半導(dǎo)體層10 和105c。在約1000 1200°C的溫度下生長(zhǎng)出均勻厚度的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層105a，在約 400 700°C的溫度下沉積厚度約為10 IOOnm的非結(jié)晶層10恥?？梢允褂冒雽?dǎo)體材料 hxAlyGa(1_x_y)N(此處 Ι-χ-y > 0)作為非結(jié)晶層 105b。在生長(zhǎng)結(jié)晶半導(dǎo)體層10 和105c的同時(shí)生長(zhǎng)非結(jié)晶層10恥。這可使得外延層 105集中在具有高活化能的缺陷區(qū)域周?chē)俅紊L(zhǎng)。這可以防止生長(zhǎng)缺陷。形成非結(jié)晶層的條件與一般的GaN層的形成條件不同(即，低溫情形)。在生長(zhǎng)結(jié)晶半導(dǎo)體層10 和 105c時(shí)，在結(jié)晶半導(dǎo)體層10 和105c之間插入用于在與彎曲方向相反的方向上減少晶片彎曲的非結(jié)晶層105。與在生長(zhǎng)有源層109時(shí)生長(zhǎng)由GaN形成的氮化物半導(dǎo)體層的一般條件相比，這可以減小晶片彎曲。因此，提高了波長(zhǎng)均勻性，并提高LED 100的產(chǎn)量。η型氮化物半導(dǎo)體層107、ρ型氮化物半導(dǎo)體層111和有源層109可以是具有組成公式為AlJnyGa(1_x_y)N(此處0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的半導(dǎo)體材料。更具體地，η型氮化物半導(dǎo)體層107可以由用η型導(dǎo)電雜質(zhì)摻雜的GaN層或(ia/AKiaN層形成。有源層109可以由具有多量子阱結(jié)構(gòu)的未摻雜hGaN層形成。而且，ρ型氮化物半導(dǎo)體層111 可以由用P型導(dǎo)電雜質(zhì)摻雜的GaN層或(ia/AWaN層形成?？梢栽诮饘儆袡C(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備用外延生長(zhǎng)法來(lái)形成η型氮化物半導(dǎo)體層107、ρ型氮化物半導(dǎo)體層111和有源層109。在約900 1100°C的溫度下生長(zhǎng)出厚度為幾微米(μπι)的η型氮化物半導(dǎo)體層107，在約700 900°C的溫度下生長(zhǎng)出厚度為約 1000埃(A)的有源層109。生長(zhǎng)厚度為幾千埃(A)的P型氮化物半導(dǎo)體層111以便不會(huì)對(duì)有源層109產(chǎn)生不利影響。透明電極113和ρ型電極115形成在沒(méi)有被臺(tái)面蝕刻工藝蝕刻的ρ型氮化物半導(dǎo)體層111上。并且，η型電極117形成在已被蝕刻工藝暴露出的η型氮化物半導(dǎo)體層107上。在具有上述構(gòu)造的半導(dǎo)體LED 100中，一旦通過(guò)ρ型電極115和η型電極117施加電壓，則電子和空穴從η型氮化物半導(dǎo)體層107和ρ型氮化物半導(dǎo)體層111被導(dǎo)入到有源層109內(nèi)。從而，電子和空穴之間發(fā)生復(fù)合，半導(dǎo)體LED 100發(fā)光。以下參考附圖更詳細(xì)地描述制造本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的方法。圖4A至4F是示出制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的過(guò)程的剖視圖。 圖5是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明在生長(zhǎng)半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的外延層時(shí)通過(guò)在結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層之間插入非結(jié)晶層而防止生長(zhǎng)缺陷的剖面圖。如圖4A所示，在氫氣(H2)環(huán)境下對(duì)藍(lán)寶石基板101進(jìn)行高溫(例如1000 1200°C )熱處理，以去除雜質(zhì)。然后，在低溫(例如500 600°C )下在藍(lán)寶石基板101上形成緩沖層103。然后，在溫度升高到約900 1100°C的狀態(tài)下使緩沖層103結(jié)晶。此處，在藍(lán)寶石基板101上生長(zhǎng)緩沖層103以便提高藍(lán)寶石基板101和η型氮化物半導(dǎo)體層107之間的晶格匹配。在約500 600°C的溫度下，通過(guò)生長(zhǎng)GaN、AIN、InGaN等形成厚度為幾十 幾百埃(A)的緩沖層103。如圖4B所示，使緩沖層103結(jié)晶，然后生長(zhǎng)出厚度為幾微米(μ m)的外延層105。 此處，外延層105具有未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層105a、在第一半導(dǎo)體層10 上形成的至少一非結(jié)晶層10 和未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c的疊層結(jié)構(gòu)。換言之，非結(jié)晶層10 插入在外延層105的結(jié)晶半導(dǎo)體層10 和105c之間。以下參照?qǐng)D4B更詳細(xì)地描述制造半導(dǎo)體LED的外延層105的方法。如圖4B所示，使緩沖層103結(jié)晶，然后在緩沖層103上生長(zhǎng)出未摻雜的基于GaN 的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層10fe。此處，可以在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備中用外延生長(zhǎng)法來(lái)形成結(jié)晶半導(dǎo)體層10 和105c。在約1000 1200°C的溫度下生長(zhǎng)出具有均勻厚度的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層10fe。然后，以不同的生長(zhǎng)條件，在約400 700°C的溫度下在結(jié)晶第一半導(dǎo)體層10 上沉積厚度約為10 IOOnm的非結(jié)晶層10釙。可以采用半導(dǎo)體材料hxAlyGa(1_x_y)N(此處 Ι-x-y > 0)作為非結(jié)晶層105b。然后，在非結(jié)晶層10 上生長(zhǎng)出未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c。此處，可以在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備中用外延生長(zhǎng)法來(lái)形成結(jié)晶第二半導(dǎo)體層 105c。在約1000 1200°C的溫度下生長(zhǎng)出均勻厚度的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c?？芍辽僦貜?fù)一次形成非結(jié)晶層10 和未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層 105c的疊層結(jié)構(gòu)。在生長(zhǎng)結(jié)晶半導(dǎo)體層10 和105c的同時(shí)生長(zhǎng)非結(jié)晶層10恥。如圖5所示，這可使得外延層105集中在具有高活化能的缺陷區(qū)域周?chē)俅紊L(zhǎng)。從而防止生長(zhǎng)缺陷。形成非結(jié)晶層10 的條件與一般的GaN層的形成條件不同(即，低溫情形)。在生長(zhǎng)結(jié)晶半導(dǎo)體層10 和105c時(shí)，在結(jié)晶半導(dǎo)體層105a和105c之間插入用于在與彎曲方向相反的方向上減少晶片彎曲的非結(jié)晶層10恥。與在生長(zhǎng)有源層109時(shí)由一般的GaN形成的氮化物半導(dǎo)體層的一般條件生長(zhǎng)相比，這進(jìn)一步減小晶片的彎曲。因此，提高了波長(zhǎng)均勻性，并提高LED 100的產(chǎn)量。如圖如所示，在約900 1100°C的溫度下在外延層105上生長(zhǎng)出厚度為幾微米 (μπι)的η型氮化物半導(dǎo)體層107。此處，η型氮化物半導(dǎo)體層107可以由具有組成公式為 AlxInyGa(1_x_y)N(此處O彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的半導(dǎo)體材料形成。更具體地， η型氮化物半導(dǎo)體層107可以由用η型導(dǎo)電雜質(zhì)摻雜的GaN層或(ia/AWaN層形成?？梢栽诮饘儆袡C(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備中用外延生長(zhǎng)法來(lái)形成η型氮化物半導(dǎo)體層107。如圖4D所示，在約700 900°C的溫度下在η型氮化物半導(dǎo)體層107上生長(zhǎng)出厚度為約1000埃(A)的有源層109。此處，有源層109可以用具有組成公式為AlJnyGa(1_x_y) N(此處O彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的半導(dǎo)體材料形成。有源層109可以用具有多量子阱結(jié)構(gòu)的未摻雜化6鄉(xiāng)層形成。而且，可以在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備中用外延生長(zhǎng)法來(lái)形成有源層109。如圖4E所示，在有源層109上生長(zhǎng)出厚度為幾千埃(A)的P型氮化物半導(dǎo)體層 111，以便不會(huì)對(duì)有源層109產(chǎn)生不利影響。此處，P型氮化物半導(dǎo)體層111可以用具有組
8成公式為AlxInyGaa_x_y)N(此處O彡χ ^ 1,0 ^ y ^ 1,0 ^ x+y ^ 1)的半導(dǎo)體材料形成。ρ 型氮化物半導(dǎo)體層111可以由用P型導(dǎo)電雜質(zhì)摻雜的GaN層或Ga/AlGaN層形成。可以在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備中用外延生長(zhǎng)法來(lái)形成ρ型氮化物半導(dǎo)體層111。如圖4F所示，用濺射法在ρ型氮化物半導(dǎo)體層111上沉積透明導(dǎo)電材料，從而形成透明電極113。然后，局部地對(duì)透明電極113、p型氮化物半導(dǎo)體層111、有源層109和η型氮化物半導(dǎo)體層107進(jìn)行臺(tái)面蝕刻，從而暴露出η型氮化物半導(dǎo)體層107的一部分區(qū)域。如前所述，可以在臺(tái)面蝕刻之前形成透明電極113。作為另一種選擇，可以在臺(tái)面蝕刻之后，在沒(méi)有被蝕刻工藝蝕刻的P型氮化物半導(dǎo)體層111上形成透明電極113。然后，在透明電極113和被臺(tái)面蝕刻暴露出的η型氮化物半導(dǎo)體層107上形成ρ 型電極115和η型電極117，從而制造出半導(dǎo)體LED 100。以下參考圖6描述本發(fā)明的半導(dǎo)體LED的電特性。圖6是比較本發(fā)明的半導(dǎo)體LED的電特性和現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體LED的電特性的圖表。參考圖6，現(xiàn)有技術(shù)的LED的PL均勻性是約2. 9，而本發(fā)明的LED的PL均勻性是約
2.1。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的具有由未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層105a、在第一半導(dǎo)體層105a上形成的至少一非結(jié)晶層105b和未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c 組成的外延層105的LED的PL均勻性比現(xiàn)有技術(shù)提高了約27. 5%。參考圖6，現(xiàn)有技術(shù)的LED的PL強(qiáng)度是約48，而本發(fā)明的LED的PL強(qiáng)度是約53。 更具體地說(shuō)，本發(fā)明的具有由未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層105a、在第一半導(dǎo)體層105a上形成的至少一非結(jié)晶層105b和未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c組成的外延層105的LED的PL強(qiáng)度比現(xiàn)有技術(shù)提高了約10. 4%。參考圖6，現(xiàn)有技術(shù)的LED的晶片彎曲是約60，而本發(fā)明的晶片彎曲是約45。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的具有由未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層105a、在第一半導(dǎo)體層 105a上形成的至少一非結(jié)晶層105b和未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c組成的外延層105的LED的晶片彎曲比現(xiàn)有技術(shù)提高了約24. 5%。參考圖6，現(xiàn)有技術(shù)的LED的驅(qū)動(dòng)電壓(Vf)是約3. 3，而本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電壓是約
3.1。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的具有由未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層105a、在第一半導(dǎo)體層105a上形成的至少一非結(jié)晶層105b和未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c 組成的外延層105的LED的驅(qū)動(dòng)電壓比現(xiàn)有技術(shù)提高了約6. 0%。參考圖6，現(xiàn)有技術(shù)的LED的芯片功率(mW)是約8. 5，而本發(fā)明的芯片功率是約 9. 1。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的具有由未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第一半導(dǎo)體層105a、在第一半導(dǎo)體層105a上形成的至少一非結(jié)晶層105b和未摻雜的基于GaN的結(jié)晶第二半導(dǎo)體層105c 組成的外延層105的LED的芯片功率比現(xiàn)有技術(shù)提高了約7. 0%。本發(fā)明的半導(dǎo)體LED及其制造方法可具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，在生長(zhǎng)由未摻雜的基于GaN的材料形成的外延層時(shí)生長(zhǎng)非結(jié)晶層。這可使得外延層集中在具有高活性能的缺陷區(qū)域周?chē)俅紊L(zhǎng)。從而，可以防止生長(zhǎng)缺陷。第二，形成非結(jié)晶層的條件與一般的GaN的形成條件不同(即，低溫情形)。在生長(zhǎng)GaN過(guò)程中，在各結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層之間插入用于在與彎曲方向相反的方向上減少晶片彎曲的非結(jié)晶層。與在生長(zhǎng)有源層時(shí)一般的GaN生長(zhǎng)條件相比，這進(jìn)一步減小晶片的彎曲。因此，提高了波長(zhǎng)均勻性，并提高LED的產(chǎn)量。第三，當(dāng)生長(zhǎng)構(gòu)成LED的外延層的未摻雜的基于GaN的結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層時(shí)，在各結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層之間插入非結(jié)晶層。這可以減少生長(zhǎng)缺陷，從而提高膜質(zhì)量，并且可以提高發(fā)光效率。第四，當(dāng)生長(zhǎng)構(gòu)成LED的外延層的未摻雜的基于GaN的結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層時(shí)，在各結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層之間插入非結(jié)晶層。這可以減少晶片彎曲以防止基板在后續(xù)處理中斷裂，從而提高整個(gè)工藝的效率。第五，可以防止在使用大基板時(shí)出現(xiàn)晶片彎曲的情形。因此，可以使用大基板。前述實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)僅是示例性的，而不能被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容可以容易地應(yīng)用到其他裝置。描述的目的是起說(shuō)明作用，而不是限定權(quán)利要求書(shū)的范圍。很多替換、修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。此處描述的示例性實(shí)施例的技術(shù)特征、結(jié)構(gòu)和其他特性可以以多種方式組合以得到額外的和/或替換的示例性實(shí)施例。由于本發(fā)明的技術(shù)特征可以以多種形式實(shí)施，而不脫離本發(fā)明的特性，因此應(yīng)當(dāng)理解，上述描述的任何細(xì)節(jié)都不應(yīng)限制上述的實(shí)施例，除非指明；而更應(yīng)當(dāng)在所附的權(quán)利要求書(shū)限定的范圍內(nèi)寬泛地解釋上述的實(shí)施例。因此，所附的權(quán)利要求書(shū)意在包含落入該所附的權(quán)利要求書(shū)的邊界和范圍內(nèi)或這些邊界和范圍的等價(jià)物內(nèi)的所有變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包括 基板；在所述基板上形成的外延層，該外延層由多個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體層和插入在所述多個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體層之間的非結(jié)晶層組成；在所述外延層上形成的η型氮化物半導(dǎo)體層； 在所述η型氮化物半導(dǎo)體層上形成的有源層； 在所述有源層上形成的P型氮化物半導(dǎo)體層；和分別在所述P型氮化物半導(dǎo)體層和所述η型氮化物半導(dǎo)體層上形成的ρ型電極和η型電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述外延層的所述非結(jié)晶層插入在所述多個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述非結(jié)晶層的厚度為10 IOOnm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述非結(jié)晶層用半導(dǎo)體材料 hxAlfad-dN 形成，此處 Ι-χ-y > 0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述外延層具有在所述緩沖層上形成的結(jié)晶半導(dǎo)體層、在所述結(jié)晶半導(dǎo)體層上形成的非結(jié)晶層和在所述非結(jié)晶層上形成的結(jié)晶半導(dǎo)體層的至少一個(gè)疊層結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述η型氮化物半導(dǎo)體層、所述P 型氮化物半導(dǎo)體層和所述有源層是由組成公式為AlxInyfea_x_y)N的半導(dǎo)體材料形成，此處 0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1。
7.—種制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法，該方法包括 在基板上形成結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層；在所述氮化物半導(dǎo)體層上形成非結(jié)晶層和結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層； 在所述結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層上形成η型氮化物半導(dǎo)體層； 在所述η型氮化物半導(dǎo)體層上形成有源層；和在所述有源層上形成P型氮化物半導(dǎo)體層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述外延層插入在多個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體層之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述非結(jié)晶層的厚度為10 lOOnm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述非結(jié)晶層用半導(dǎo)體材料^lxAlyGa(H)N形成，此處Ι-χ-y > 0。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述η型氮化物半導(dǎo)體層、所述ρ型氮化物半導(dǎo)體層和所述有源層由具有組成公式為AlxInyGaa_x_y)N的半導(dǎo)體材料形成，此處0彡χ彡1， 0 ^ y ^ 1,0 ^ x+y ^ 1。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在所述氮化物半導(dǎo)體層上形成非結(jié)晶層和結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層的步驟被執(zhí)行至少一次。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括分別在所述ρ型氮化物半導(dǎo)體層和所述η型氮化物半導(dǎo)體層上形成P型電極和η型電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述ρ型氮化物半導(dǎo)體層和所述ρ型電極之間形成透明電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括在所述基板和所述結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層之間形成緩沖層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法。該方法包括在基板上形成結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層；在氮化物半導(dǎo)體層上形成非結(jié)晶層和結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層；在結(jié)晶氮化物半導(dǎo)體層上形成n型氮化物半導(dǎo)體層；在n型氮化物半導(dǎo)體層上形成有源層；和在有源層上形成p型氮化物半導(dǎo)體層。
文檔編號(hào)H01L33/42GK102280544SQ20101059957
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者姜鎬在, 樸清勛, 鄭多運(yùn), 金鐘彬, 黃亨善 申請(qǐng)人:樂(lè)金顯示有限公司