專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件以及制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是包括發(fā)射光的材料的器件，在該器件中通過在半導(dǎo)體結(jié)部中電子-空穴復(fù)合產(chǎn)生的能量被轉(zhuǎn)變?yōu)閷钠浒l(fā)射的光。LED通常用作照明裝置、顯示裝置等中的光源，因此，LED的研發(fā)已經(jīng)被加速。
特別地，近來，已經(jīng)增加了基于氮化鎵的LED的研發(fā)和使用，利用這樣的基于氮化鎵的LED的移動鍵板、轉(zhuǎn)向信號燈、照相機閃光燈等已經(jīng)商業(yè)化，與此相符合，已經(jīng)加快了使用LED的一般照明裝置的研發(fā)。像它們所應(yīng)用的產(chǎn)品(諸如，大型TV的背光單元、汽車的前大燈、一般照明裝置等)一樣，LED的目的逐漸從小型便攜式產(chǎn)品轉(zhuǎn)向為具有高輸出和高效率的大尺寸產(chǎn)品，相關(guān)的產(chǎn)品需要能夠支持其所需特性的光源。
為了使LED的低光提取效率提高，硅在AlGaN第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層的生長期間被摻雜到其中從而增加摻雜效率，但是當(dāng)鋁(Al)的摩爾分?jǐn)?shù)增加時，半導(dǎo)體層中的缺陷由于陽離子空位、碳反位(ant1-site，CN)、位錯等而增加。半導(dǎo)體層缺陷的增加會降低摻雜效率，使得難以制造具有高效率的高輸出半導(dǎo)體發(fā)光器件。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供通過在生長導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層期間提高摻雜效率而能夠具有高輸出的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
本發(fā)明的另一個方面提供一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件通過在生長導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層期間增大摻雜效率而能夠具有高輸出。
根據(jù)本發(fā)明的一個方·面，提供一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括在襯底上形成第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層；在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層上形成有源層； 以及在有源層上形成第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層，其中在形成第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層期間，具有特定濃度的銦以特定的時間區(qū)間被反復(fù)地?fù)诫s以在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層中形成多個銦摻雜層。
該方法還可以包括在形成第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層之前，在襯底上生長緩沖層，該緩沖層可以是AlN層。
通過在銦摻雜層之間摻雜具有特定濃度的硅，第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層可以包括交替層疊的銦摻雜層和娃摻雜層。
銦摻雜層可以被共摻雜。
第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層可以用AlxGa(1_x)N (這里,O < x < I)來表不,第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層可以在800°C、00°C的溫度在N2氣氛下形成。
第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層的銦摻雜層可以生長兩秒。銦摻雜層可以生長兩秒，硅摻雜層可以生長四秒。
第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層可以通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)形成。
襯底可以是藍(lán)寶石襯底、SiC、S1、MgAl204、MgO>LiAlO2 或 LiGa02。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層，形成在襯底上并包括交替摻雜的具有特定濃度的銦和具有特定濃度的硅； 有源層，形成在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層上；以及第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層，形成在有源層上。
銦摻雜層可以插設(shè)在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層中的硅摻雜層之間。
第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層可以由AlxGa(1_x)N (這里，O ^ I)來表示。


從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上和其他的方面、特征以及其他優(yōu)點將被更清楚地理解，附圖中
圖1、2、3、4是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的各個工藝的截面圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層的生長條件的曲線圖；以及
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層的生長條件的曲線圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。
然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實施，而不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的實施例。而是，提供這些實施例使得本公開透徹和完整，并將本發(fā)明的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為清晰起見，元件的形狀和尺寸可以被夸大，相同的附圖標(biāo)記將始終被用于指代相同或相似的部件。
首先，將描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100及其制造方法。
圖1至圖4是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的各個工藝的截面圖。
用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100的方法包括在襯底110上形成包括多個銦摻雜層131的第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130 ;在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130上形成有源層140 ;以及在有源層140上形成第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層150。
首先，如圖1所示，在制備襯底110之后，第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130形成在襯底110上。
襯底110可以是藍(lán)寶石襯底、碳化硅(SiC)襯底、硅(Si)襯底、MgAl204、Mg0、LiA102 和LiGaO2中的任一種，但是本發(fā)明不限于此。在本實施例中，可以使用藍(lán)寶石襯底。
第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130形成在襯底110上。第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130可以由具有實驗式AlxGa(1_x)N的半導(dǎo)體材料制成，通常，可以使用AlGaN。這里，x 值可以在O≤X ≤ 1的范圍內(nèi)。
在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130中，具有特定濃度的銦被反復(fù)地?fù)诫s以形成多個銦摻雜層131。
通常，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130 (η型層)由AlGaN形成時，硅(Si)在生長AlGaN時被摻雜以增加摻雜效率。然而，當(dāng)鋁(Al)的摩爾分?jǐn)?shù)為50%或更高時，半導(dǎo)體層缺陷由于陽離子空位、碳反位(ant1-site，CN)、位錯等而增加。半導(dǎo)體層缺陷的增加降低了摻雜效率，使得難以制造具有高效率的高輸出半導(dǎo)體發(fā)光器件。
在本發(fā)明的實施例中，為了減少半導(dǎo)體層缺陷，銦被摻入到第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130上。銦在生長第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130的工藝期間用作等電子摻雜劑，限制半導(dǎo)體層的陽離子，進一步增強半導(dǎo)體層的摻雜效率。因此，可以制造高輸出的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130的生長條件的曲線圖。如圖6可見，銦和硅通過脈沖摻雜被交替地?fù)诫s從而被生長，通過脈沖摻雜生長的第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130具有其中銦和硅交替摻雜的多層結(jié)構(gòu)。應(yīng)力可能由于濃摻雜的硅而作用于第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130上，從而引起裂縫。然而，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130用硅和銦共摻雜時，裂縫不會在半導(dǎo)體層中產(chǎn)生。
這里，生長銦的持續(xù)時間tll、tl3、tl5和tl7的區(qū)間是均勻的，并可以為例如約2 秒。此外，生長硅的持續(xù)時間tl2、tl4和tl6的區(qū)間也是均勻的，并可以為例如約4秒。
具體地，第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130可以通過金屬有機化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)在從800°C至900°C的范圍內(nèi)變化的生長溫度在N2氣氛下生長，如圖6所示，銦摻雜層131可以生長兩秒，硅摻雜層132可以形成四秒。交替堆疊的銦摻雜層131和硅摻雜層 132的數(shù)目的上限不受限制，并且根據(jù)期望被制造的半導(dǎo)體發(fā)光器件的特性，堆疊的摻雜層的數(shù)目可以增加。此外，生長兩秒的銦摻雜層可以形成為第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130 的 O. 3% 1%。
此外，在形成第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130之前，緩沖層120可以進一步形成在襯底110上。緩沖層120用于降低襯底110與第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130之間的晶格失配，在本實施例中，AlN用于形成緩沖層120的材料。
接著，如圖2所示，有源層140形成在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130上。
有源層140可以具有其中量子阱層和量子勢壘層交替層疊的多量子阱結(jié)構(gòu)。例如，有源層140可以具有MQW結(jié)構(gòu)，其中AlxInyGanyN(O≤X≤I, O ≤ y ≤ 1, O ≤x+y ≤ 1) 的量子勢壘層和量子阱層被交替層疊以具有特定的帶隙，當(dāng)電子和空穴根據(jù)量子阱而復(fù)合時，光被發(fā)射。有源層140可以是用于發(fā)射深紫外光(具有在190nm至369nm的波長范圍) 的層，并可以像第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130 —樣通過MOCVD生長。
之后，如圖3所示，第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層150形成在有源層140上。
第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層150可以由具有與第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層 130相同的實驗式AlxGa(1_x)N的p型雜質(zhì)摻雜的半導(dǎo)體材料制成。這里，x值可以在O≤x≤1 的范圍內(nèi)。此外，鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈹(Be)等可以用作P型雜質(zhì)。在本實施例中，p-AlGaN 可以用作第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層150的材料。
之后，如圖4所示，進行臺面蝕刻(meas-etching)以暴露第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130的一部分，第一和第二電極160和170形成在第一和第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130和150的各自區(qū)域中，由此完成根據(jù)本發(fā)明實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100。
第一和第二電極160和170可以形成為由從鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉻 (Cr)和銅(Cu)組成的組中選出的材料制成的單層或多層。第一和第二電極160和170可以通過公知的沉積方法諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)法或電子束蒸發(fā)或者諸如濺射的工藝等來形成。
通過以上制造方法制造的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100 包括第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130，其中具有特定濃度的銦和具有特定濃度的硅被交替摻雜；有源層140，形成在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130上；以及第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層150，形成在有源層140上。
在具有以上構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100中，由于銦摻雜層131和硅摻雜層 132在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130中被交替層疊，如上所述，銦用作等電子摻雜劑以限制半導(dǎo)體層的陽離子缺陷，因此進一步提高半導(dǎo)體層的摻雜效率。
在下文將描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件200及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件200通過與根據(jù)本發(fā)明第一實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100類似的工藝制造，但是不同于如上所述的第一實施例， 在本發(fā)明的第二實施例中，在形成第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130期間硅與銦被共摻雜。
首先，像如上所述的第一實施例一樣，在制備襯底210之后，第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230形成在襯底110上。第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230可以由具有實驗式 AlxGa(1_x)N的半導(dǎo)體材料制成，通常，可以使用AlGaN。這里，x值可以在OSxSl的范圍內(nèi)。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230的生長條件的曲線圖。如圖7可見，銦和硅通過德爾塔(delta)摻雜被交替摻雜從而被生長，通過德爾塔摻雜生長的第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230具有多層結(jié)構(gòu)，其中硅和銦共摻雜的層和僅摻雜娃的層被層疊。
這里，其中生長銦的持續(xù)時間t21、t23、t25和t27的區(qū)間是均勻的，其可以為例如約2秒。此外，其中生長硅的持續(xù)時間tl2、tl4和tl6的區(qū)間也是均勻的，并可以為例如約4秒。
以此方式，在形成第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230期間，當(dāng)硅在摻雜銦時被共摻雜時，銦與硅一起用作摻雜劑，以降低第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230的帶隙的退化。
此外，在形成第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230之前，緩沖層220還可以形成在襯底210上。緩沖層220用于減少襯底210與第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230之間的晶格失配，在本實施例中，AlN被用于形成緩沖層220的材料。
接著，像如上所述的第一實施例一樣，有源層240形成在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230上。
有源層240可以具有其中量子阱層和量子勢壘層交替層疊的多量子阱結(jié)構(gòu)。例如，有源層240可以具有MQW結(jié)構(gòu)，其中AlxInyGanyN(O彡X彡I, O ^ y ^ I, O ^ x+y ^ I) 的量子勢壘層和量子阱層被交替層疊以具有特定的帶隙。當(dāng)電子和空穴根據(jù)量子阱而復(fù)合時，發(fā)射光。有源層240可以是用于發(fā)射深紫外線(具有在190nm至369nm的波長范圍)的層，并可以像第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230 —樣通過MOCVD生長。
之后，像如上所述的第一實施例一樣，第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層250形成在有源層240上。
第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層250可以由具有與第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層 230相同的實驗式AlxGa(1_x)N的p型雜質(zhì)摻雜的半導(dǎo)體材料制成。這里，x值可以在O彡x彡I 的范圍內(nèi)。此外，鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈹(Be)等可以用作P型雜質(zhì)。在本實施例中，p-AlGaN 可以用作第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層250的材料。
之后，像如上所述第一實施例一樣，進行臺面蝕刻以暴露第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230的一部分，第一和第二電極260和270形成在每個第一和第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層130和150的一個區(qū)域上，由此完成根據(jù)本發(fā)明實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件 200。這里，第一和第二電極260和270可以形成為由從鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、 鉻(Cr)和銅(Cu)組成的組中選出的材料制成的單層或多層。第一和第二電極260和270 可以通過公知的沉積方法諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)法、電子束蒸發(fā)或者諸如濺射的工藝等來形成。
通過以上制造方法制造的根據(jù)本發(fā)明第二實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件200 包括第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230，其中硅摻雜層232和硅-銦共摻雜層231被交替層疊；有源層240，形成在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230上；以及第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層250，形成在有源層240上。
在具有以上構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件200中，由于在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230中銦摻雜層231利用娃被共摻雜,銦與娃一起用作摻雜劑,減少了第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層230的帶隙的退化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過在生長第一導(dǎo)電類型的氮化物半導(dǎo)體層時提高摻雜效率，能夠提供執(zhí)行高輸出的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。
盡管已經(jīng)結(jié)合實施例示出和描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的，可以進行修改和變化而不背離本發(fā)明的由權(quán)利要求書所限定的精神和范圍。
本申請要求于2011年8月26日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請 No. 10-2011-0085752的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法包括 在襯底上形成第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層； 在所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層上形成有源層；以及 在所述有源層上形成第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層， 其中在形成所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層期間，具有特定濃度的銦以特定的時間區(qū)間被反復(fù)地?fù)诫s以在所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層中形成多個銦摻雜層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層之前，在所述襯底上生長緩沖層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述緩沖層是AlN層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過在所述銦摻雜層之間摻雜具有特定濃度的硅，所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層包括交替層疊的銦摻雜層和硅摻雜層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述銦摻雜層是共摻雜的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層用AlxGa(1_x)N來表示，這里O < X < I。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層在800°C^900oC的溫度在N2氣氛下形成。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層的所述銦摻雜層生長兩秒。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述銦摻雜層生長兩秒，所述硅摻雜層生長四秒。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層通過金屬有機化學(xué)氣相沉積形成。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底是藍(lán)寶石襯底、SiC,S1、MgAl2O4, MgO,LiAlO2 或 LiGaO2。
12.—種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括 第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層，形成在襯底上并包括交替摻雜的具有特定濃度的銦和具有特定濃度的硅； 有源層，形成在所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層上；以及 第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層，形成在所述有源層上。
13.如權(quán)利要求12所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中銦摻雜層插設(shè)在所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層中的硅摻雜層之間。
14.如權(quán)利要求12所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層由AlxGa(1_x)N來表示,這里O < X < I。
全文摘要
本發(fā)明提供了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法包括在襯底上形成第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層；在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層上形成有源層；以及在有源層上形成第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層。高的輸出能夠通過在生長第一導(dǎo)電類型的氮化物半導(dǎo)體層期間提高摻雜效率來獲得。
文檔編號H01L33/32GK103035804SQ20121030800
公開日2013年4月10日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者李振燮, 金定燮, 李成淑, 樸泰榮, 孫哲守 申請人:三星電子株式會社