專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，更詳細(xì)地，涉及一種能夠提高電極與半導(dǎo)體層之間的電流的擴(kuò)散以及空穴的注入的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光器件利用于IXD背光、照明、顯示器等各種領(lǐng)域，且作為“LED”廣為人知。當(dāng)給p-n接合半導(dǎo)體施加順向偏置電壓時，發(fā)射出與傳導(dǎo)帶和價電子帶的能隙相當(dāng)?shù)牟◣У墓?，半?dǎo)體發(fā)光器件利用這種現(xiàn)象進(jìn)行發(fā)光。這種半導(dǎo)體發(fā)光器件對量子效率、光子提取效率、封裝、可靠性等各項設(shè)計指標(biāo)的要求高。在這些指標(biāo)中，尤其電極與半導(dǎo)體層之間的電流的擴(kuò)散和空穴的注入在設(shè)計上是重要的指標(biāo)。圖1表示以往技術(shù)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖面。以往技術(shù)的半導(dǎo)體發(fā)光器件1，在基板101上設(shè)置緩沖層102，在該緩沖層102的上部層壓η型半導(dǎo)體層103，在該η型半導(dǎo)體層103的上部層壓活性層105及ρ型半導(dǎo)體層106。并且，半導(dǎo)體發(fā)光器件1還具有分別給 η型半導(dǎo)體層103和ρ型半導(dǎo)體層106施加電壓的η型電極104和ρ型電極108。半導(dǎo)體發(fā)光器件1還在ρ型電極108與ρ型半導(dǎo)體層106之間還具有透明電極 107。透明電極107作為具有傳導(dǎo)性的透明或半透明層，可由添加有ρ型雜質(zhì)或η型雜質(zhì)中任一種的ZnO類化合物實現(xiàn)。更具體地，要提高電流的擴(kuò)散時，采用往透明電極107摻雜η 型雜質(zhì)的方法，要提高空穴的注入時，則采用往透明電極107摻雜ρ型雜質(zhì)的方法。像這樣， 通過往透明電極107摻雜η型雜質(zhì)或ρ型雜質(zhì)中任一種來使電流的擴(kuò)散順利進(jìn)行，或者通過提高空穴的注入來提高元件的歐姆接觸特性。然而，以往技術(shù)只將ρ型雜質(zhì)及η型雜質(zhì)中任一種摻雜于透明電極107。例如，如圖1所示，所利用的是在與P型半導(dǎo)體層106接觸的透明電極107摻雜用于空穴的注入的 P型雜質(zhì)的方法。但是，像以往技術(shù)一樣，只添加有ρ型雜質(zhì)或η型雜質(zhì)中任一種的透明電極107雖然能夠改善電流的擴(kuò)散或空穴的注入中任一種，但無法期待同時改善兩者的效果。例如，在利用ZnO在GaN類半導(dǎo)體層實現(xiàn)透明電極107的情況下，如果只摻雜ρ型雜質(zhì)，雖能夠通過提高空穴的濃度來將空穴的注入提高至某種水平，但存在難以大幅改善電流的流動與擴(kuò)散的問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題由此，本發(fā)明的目的在于，提供一種既能夠改善電極與半導(dǎo)體層之間的電流的流動并使得擴(kuò)散更加均勻又能夠提高空穴的注入，因而能夠?qū)崿F(xiàn)效率最大化的半導(dǎo)體發(fā)光器件。技術(shù)解決方案
本發(fā)明的上述目的可通過提供一種如下的半導(dǎo)體發(fā)光器件達(dá)成。該半導(dǎo)體發(fā)光器件包括基板；η型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供電子；P型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供空穴；活性層，其設(shè)置于上述η型半導(dǎo)體層與上述P型半導(dǎo)體層之間，具有量子阱結(jié)構(gòu)以激活電子與空穴的結(jié)合；導(dǎo)電性η型電極，其用于給上述η型半導(dǎo)體層施加電壓；導(dǎo)電性ρ 型電極，其用于給上述P型半導(dǎo)體層施加電壓；電流擴(kuò)散及空穴注入層，其設(shè)置于上述P型半導(dǎo)體層與上述P型電極之間，用于上述P型電極與上述P型半導(dǎo)體層之間的電流的擴(kuò)散及空穴的注入的η型雜質(zhì)及ρ型雜質(zhì)一同摻雜于該電流擴(kuò)散及空穴注入層。上述電流擴(kuò)散及空穴注入層可使由電子及空穴的結(jié)合引起的光的至少一部分透過。上述電流擴(kuò)散及空穴注入層可包含ZnO的化合物。上述η型半導(dǎo)體層及上述ρ型半導(dǎo)體層中的至少一種可包含GaN類化合物。上述電流擴(kuò)散及空穴注入層可通過分子束外延法(MBE，Molecular Beam Epitaxy method)形成。本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件還可包括形成于上述基板與上述η型半導(dǎo)體層之間的緩沖層。本發(fā)明的上述目的還可通過提供一種如下的半導(dǎo)體發(fā)光器件達(dá)成。該導(dǎo)體發(fā)光器件包括基板；η型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供電子；ρ型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供空穴；活性層，其設(shè)置于上述η型半導(dǎo)體層與上述P型半導(dǎo)體層之間，具有量子阱結(jié)構(gòu)以激活電子與空穴的結(jié)合；導(dǎo)電性η型電極，其用于給上述η型半導(dǎo)體層施加電壓；導(dǎo)電性ρ 型電極，其用于給上述P型半導(dǎo)體層施加電壓；電流擴(kuò)散及空穴注入層，其設(shè)置于上述η型電極與上述η型半導(dǎo)體層之間，用于上述η型電極與上述η型半導(dǎo)體層間的電流的擴(kuò)散及空穴的注入的η型雜質(zhì)及ρ型雜質(zhì)一同摻雜于該電流擴(kuò)散及空穴注入層。有利的效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明，既能夠改善電流的流動并使得電流的擴(kuò)散更加均勻又能夠提高空穴的注入，因而能夠?qū)崿F(xiàn)器件效率的最大化。


圖1是表示以往技術(shù)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2是表示本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖3是表示本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的電流擴(kuò)散及空穴注入層的工序過程的流程圖。圖4是用于說明對在圖2中所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件施加工作電壓的情況下的動作的圖。
具體實施例方式下面，將對本發(fā)明的一實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2是表示本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。圖2中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件2包括例如“LED”等發(fā)光器件。如圖2所示，本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件2可在給半導(dǎo)體發(fā)光器件2施加順向偏置電壓的情況下發(fā)光。本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件2的發(fā)光方向不受限制， 可根據(jù)其結(jié)構(gòu)或用途向各種方向發(fā)光。
如圖2所示，本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件2可包括基板201、緩沖層202、n型半導(dǎo)體層203、活性層205、ρ型半導(dǎo)體層206、電流擴(kuò)散及空穴注入層207、η型電極204、ρ型電極 205。本實施例的基板201用于使半導(dǎo)體層成長，可由藍(lán)寶石等材料實現(xiàn)。作為再一實施例，本發(fā)明一實施例的基板可鑒于與半導(dǎo)體層間保持一致的晶格常數(shù)而由Sic、GaN, ZnO 等實現(xiàn)。本實施例的緩沖層202層壓于基板201上。本實施例的緩沖層202使因基板201 與η型半導(dǎo)體層203的晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致的晶體缺陷(crystal defect) 最小化。本實施例的η型半導(dǎo)體層203層壓形成于緩沖層202上。當(dāng)給η型半導(dǎo)體層203 施加順向偏置電壓時，該η型半導(dǎo)體層203提供電子。本實施例的η型半導(dǎo)體層203可通過金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉淀(MOCVD，Metal Organic Chemical Vapor D印osition)法使化合物半導(dǎo)體成長形成。例如為藍(lán)色或紫外線(UV)LED的情況下，本實施例的η型半導(dǎo)體層 203可由摻雜有η型雜質(zhì)的GaN類化合物實現(xiàn)。本實施例的η型雜質(zhì)可以是Si。在本實施例的η型半導(dǎo)體層203上可層壓形成活性層205。本實施例的活性層205 具有量子阱(quantum well)結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步激活η型半導(dǎo)體層203的電子與ρ型半導(dǎo)體層206的空穴的結(jié)合。用本實施例的活性層205的阱(well)可使InGaN層成長，用阻擋層(barrier layer)可使(Al)GaN層成長。作為再一例，為藍(lán)色LED的情況下，可使用hGaN/GaN多重量子阱結(jié)構(gòu)，為UV LED的情況下，還可使用feiN/AlfeiN、InAlGaN/InAlGaN, InGaN/AlGaN等多重量子阱結(jié)構(gòu)。就本實施例的活性層205而言，可通過改變h或Al的組成比例來調(diào)節(jié)光的波長或者通過改變活性層205內(nèi)的量子阱的深度、活性層的數(shù)量和厚度等來提高LED的內(nèi)部量子效率。作為另一例，為了增加載波限制(carrier confinement)效果，還可以在以活性層205為中心的上下部插入η型或ρ型AlGaN/GaN超晶格層(superlattice)。本實施例的ρ型半導(dǎo)體層206層壓形成于活性層205的上部。當(dāng)給ρ型半導(dǎo)體層 206施加順向偏置電壓時，該ρ型半導(dǎo)體層206提供空穴。本實施例的ρ型半導(dǎo)體層206也可通過金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉淀(MOCVD)法使化合物半導(dǎo)體成長形成。例如為藍(lán)色或紫外線(UV)LED的情況下，本實施例的ρ型半導(dǎo)體層206可由摻雜有ρ型雜質(zhì)的GaN類化合物實現(xiàn)。本實施例的P型雜質(zhì)可以是Mg、Si等。在本實施例的ρ型半導(dǎo)體層206的上部形成電流擴(kuò)散及空穴注入層207。電流擴(kuò)散及空穴注入層207由使ρ型電極208與ρ型半導(dǎo)體層206之間的電流的擴(kuò)散順利進(jìn)行的導(dǎo)電性物質(zhì)實現(xiàn)。并且，本實施例的電流擴(kuò)散及空穴注入層207可以是能夠使因電子與空穴的結(jié)合而在活性層205產(chǎn)生的光的至少一部分透過的透明或半透明物質(zhì)。例如，本實施例的電流擴(kuò)散及空穴注入層207可以是&ι0。η型雜質(zhì)及ρ型雜質(zhì)這兩種雜質(zhì)一同摻雜于本實施例的電流擴(kuò)散及空穴注入層 207。本實施例的電流擴(kuò)散及空穴注入層207的η型雜質(zhì)提供電子，而ρ型雜質(zhì)提供空穴。 由此，電流擴(kuò)散及空穴注入層207進(jìn)一步使ρ型電極208與ρ型半導(dǎo)體層206之間的電流的擴(kuò)散順利進(jìn)行。摻雜于本實施例的電流擴(kuò)散及空穴注入層207的η型雜質(zhì)可以是( 等第三主族元素，P型雜質(zhì)可以是As等第五主族元素。
圖3是表示本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件2的電流擴(kuò)散及空穴注入層207的工序過程的流程圖。本實施例的電流擴(kuò)散及空穴注入層207的工序過程可由所謂分子束外延法(MBE，Molecular BeamEpitaxy method)的方法實現(xiàn)。在本實施例中，設(shè)為如下電流擴(kuò)散及空穴注入層207為ZnO層，要摻雜的η型及ρ型雜質(zhì)分別利用( 等第三主族元素及 As等第五主族元素。如圖3所示，首先，將基板201的溫度提升至適度熱處理溫度再降至預(yù)定成長溫度來準(zhǔn)備好(過程301)。在過程301中，本實施例的基板201的熱處理溫度可以約為500 700°C。另一方面，與進(jìn)行過程301的同時，電流擴(kuò)散及空穴注入層207的各材料亦將溫度提升再維持適度溫度以待成長(過程30 。在過程302中，各材料的溫度可根據(jù)工序過程而有所不同，也可根據(jù)成長程度而有所不同。并且，用于準(zhǔn)備各材料的電池(cell)或坩堝的溫度也會根據(jù)裝在電池中的材料的量、電池的結(jié)構(gòu)等而有所不同。例如，就Si而言可以約為300°C至600°C，就( 而言可以約為500°C至800°C，就 As而言可以約為200°C至300°C。只是，本說明書中所公開的溫度只作為一種實施例，相應(yīng)溫度可根據(jù)使用裝置等進(jìn)行改變。通過過程301及過程302準(zhǔn)備好的狀態(tài)下，如果基板201的濕度得以設(shè)定，便使基板201進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(過程303)。接著，開放旋轉(zhuǎn)的基板201及備好各材料的坩堝或電池的擋板(shutter)(過程304、過程30 ，來使由各材料的蒸發(fā)產(chǎn)生的分子及原子從坩堝移到基板201。如過程304及過程305，當(dāng)一邊使基板201旋轉(zhuǎn)一邊開放基板201和各坩堝的擋板時，各材料的分子及原子從坩堝進(jìn)出來附著于基板201，由此形成電流擴(kuò)散及空穴注入層 207的薄膜(過程306)。在過程304至過程306中，大部分Si與氧(0)結(jié)合而形成氧化鋅(ZnO)的單結(jié)晶，( 亦與氧(0)相遇產(chǎn)生電子。就氧而言，一般情況下氧以分子狀態(tài)存在，若要將其分解形成原子狀態(tài)，例如可利用射頻等離子源(RF Plasma source)裝置等。另一方面，有關(guān)空穴的生成，Zn與As相遇產(chǎn)生空穴，由此在一個薄膜內(nèi)將同時存在電子和空穴。接著，如果電流擴(kuò)散及空穴注入層207的成長進(jìn)行到某種程度，則關(guān)閉各材料的坩堝擋板，來結(jié)束電流擴(kuò)散及空穴注入層207的成長(過程307)。圖4是用于說明對本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件施加工作電壓的情況下的動作的圖。為了便于圖示，省略了基板201及緩沖層202的圖示。在本實施例的電流擴(kuò)散及空穴注入層207，基于η型雜質(zhì)及ρ型雜質(zhì)這兩種雜質(zhì)而同時存在電子(-)和空穴(+)。 電流擴(kuò)散及空穴注入層207的電子(-)通過降低ρ型電極208與ρ型半導(dǎo)體層206之間的接觸電阻來改善電流的流動，并使得電流更加均勻地擴(kuò)散。另一方面，電流擴(kuò)散及空穴注入層207的空穴(+)幫助空穴向ρ型半導(dǎo)體層206流入，促使更加均勻且更多的電流流動。由此，本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件2通過降低工作電壓并提高發(fā)光效率來實現(xiàn)器件效率的極大化。本實施例的η型電極204和ρ型電極205分別促使電壓施加于η型半導(dǎo)體層203 和ρ型半導(dǎo)體層206。本實施例使η型電極204與η型半導(dǎo)體層203接觸，使ρ型電極205 與電流擴(kuò)散及空穴注入層207接觸。η型電極204可通過在直到將電流擴(kuò)散及空穴注入層 207層壓之后蝕刻活性層205、ρ型半導(dǎo)體層206及電流擴(kuò)散及空穴注入層207的一部分來形成。η型電極204與ρ型電極205可通過Ti、Au或Al等金屬材料實現(xiàn)。
本實施例的η型電極204在與ρ型電極205相同的方向水平形成，但這只作為一種實施例，作為再一實施例，η型電極204可以按以活性層205為中心與ρ型電極205相向的方式垂直形成。以上，通過優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于此，可在權(quán)利要求書內(nèi)進(jìn)行各種實施。例如，上述的實施例以與ρ型半導(dǎo)體層206對應(yīng)地形成電流擴(kuò)散及空穴注入層207 的情況為例進(jìn)行了說明，但這只是例示性的，本發(fā)明一實施例的電流擴(kuò)散及空穴注入層也可以與η型半導(dǎo)體層對應(yīng)地形成。并且，作為不同于上述實施例的其他實施例，半導(dǎo)體發(fā)光器件根據(jù)設(shè)計上的需要也可以不具有緩沖層202。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，包括 基板；η型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供電子； P型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供空穴；活性層，其設(shè)置于上述η型半導(dǎo)體層與上述P型半導(dǎo)體層之間，具有量子阱結(jié)構(gòu)以激活電子與空穴的結(jié)合；導(dǎo)電性η型電極，其用于給上述η型半導(dǎo)體層施加電壓； 導(dǎo)電性P型電極，其用于給上述P型半導(dǎo)體層施加電壓；電流擴(kuò)散及空穴注入層，其設(shè)置于上述P型半導(dǎo)體層與上述P型電極之間，用于上述P 型電極與上述P型半導(dǎo)體層之間的電流的擴(kuò)散及空穴的注入的η型雜質(zhì)及ρ型雜質(zhì)一同摻雜于該電流擴(kuò)散及空穴注入層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，上述電流擴(kuò)散及空穴注入層使由電子及空穴的結(jié)合引起的光的至少一部分透過。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，上述電流擴(kuò)散及空穴注入層包含ZnO的化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，上述η型半導(dǎo)體層及上述P型半導(dǎo)體層中的至少一種包含feiN類化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，上述電流擴(kuò)散及空穴注入層通過分子束外延法形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，還包括緩沖層，該緩沖層設(shè)置于上述基板與上述η型半導(dǎo)體層之間。
7.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，包括 基板；η型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供電子； P型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供空穴；活性層，其設(shè)置于上述η型半導(dǎo)體層與上述P型半導(dǎo)體層之間，具有量子阱結(jié)構(gòu)以激活電子與空穴的結(jié)合；導(dǎo)電性η型電極，其用于給上述η型半導(dǎo)體層施加電壓； 導(dǎo)電性P型電極，其用于給上述P型半導(dǎo)體層施加電壓；電流擴(kuò)散及空穴注入層，其設(shè)置于上述η型電極與上述η型半導(dǎo)體層之間，用于上述η 型電極與上述η型半導(dǎo)體層間的電流的擴(kuò)散及空穴的注入的η型雜質(zhì)及ρ型雜質(zhì)一同摻雜于該電流擴(kuò)散及空穴注入層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，該半導(dǎo)體發(fā)光器件包括基板；n型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供電子；p型半導(dǎo)體層，給其施加電壓時提供空穴；導(dǎo)電性n型電極，其用于給上述n型半導(dǎo)體層施加電壓；導(dǎo)電性p型電極，其用于給上述p型半導(dǎo)體層施加電壓；活性層，其設(shè)置于上述n型半導(dǎo)體層與上述p型半導(dǎo)體層之間，具有量子阱結(jié)構(gòu)以激活電子與空穴的結(jié)合；電流擴(kuò)散及空穴注入層，其設(shè)置于上述p型半導(dǎo)體層與上述p型電極之間，用于上述p型電極與上述p型半導(dǎo)體層間的電流的擴(kuò)散及空穴的注入的n型雜質(zhì)及p型雜質(zhì)一同摻雜于該電流擴(kuò)散及空穴注入層。由此，不僅能夠降低半導(dǎo)體發(fā)光器件的電極與半導(dǎo)體層之間的接觸電阻，改善電流的流動，使得電流的擴(kuò)散更加均勻，還能夠同時改善空穴的注入，因而能夠?qū)崿F(xiàn)器件效率的極大化。
文檔編號H01L33/14GK102498585SQ201080041377
公開日2012年6月13日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者李海權(quán) 申請人:量數(shù)設(shè)計公司