發(fā)光裝置及其制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2014年11月14日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請 No. 10-2014-0158907的優(yōu)先權(quán)，該申請的公開以引用方式全部并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明構(gòu)思涉及一種發(fā)光裝置及其制造方法，并且更具體地說，涉及一種具有改 進(jìn)的層質(zhì)量并且因此具有改進(jìn)的發(fā)光效果的發(fā)光裝置，以及一種制造該發(fā)光裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 半導(dǎo)體發(fā)光裝置是這樣一種半導(dǎo)體裝置，其響應(yīng)于向其施加的電流基于電子和空 穴的復(fù)合而在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體與第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體之間的聯(lián)接點產(chǎn)生各種顏 色的光。與基于燈絲的發(fā)光裝置相比，半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有諸如長壽命、低功耗、優(yōu)秀的初 始驅(qū)動特征等許多優(yōu)點。因此，對半導(dǎo)體發(fā)光裝置的需求不斷增加。具體地說，近來，能夠 發(fā)射短波長區(qū)中的藍(lán)光的III族氮化物半導(dǎo)體變得引人注目。
[0005] 通常，半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有包括設(shè)置在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體層之間的有源層的結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)生長有源層時，如果發(fā)生顆粒的凝結(jié)，則有源層 的質(zhì)量變差，因此，發(fā)光質(zhì)量會變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明構(gòu)思提供了一種具有改進(jìn)的層質(zhì)量并且因此具有改進(jìn)的發(fā)光效果的發(fā)光 裝置。
[0007] 本發(fā)明構(gòu)思還提供了一種制造具有改進(jìn)的層質(zhì)量并且因此具有改進(jìn)的發(fā)光效果 的發(fā)光裝置的方法。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第一方面，提供了一種發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括：第一導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體層；第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；有源層，其位于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與第 二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間，并且具有多個V坑；以及層質(zhì)量改進(jìn)層，其位于第一導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間，并且具有大小和形狀與有源層的所述多個V 坑的大小和形狀實質(zhì)上相同的多個V坑，其中，層質(zhì)量改進(jìn)層是包括Al或In的III-V族半 導(dǎo)體層。
[0009] 層質(zhì)量改進(jìn)層可包括MxGalxN,其中M是Al或In，并且0.01彡X彡0.3。另外，層 質(zhì)量改進(jìn)層可位于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與有源層之間。另外，層質(zhì)量改進(jìn)層中的Al的 密度可實質(zhì)上恒定。
[0010] 層質(zhì)量改進(jìn)層與第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層相對的另一側(cè)表面的粗糙度可實質(zhì)上 小于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層在層質(zhì)量改進(jìn)層與第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間的界面處 的表面的粗糙度。當(dāng)經(jīng)原子力顯微鏡（AFM)測量時，層質(zhì)量改進(jìn)層與第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體層相對的另一側(cè)表面的粗糙度可等于或小于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層在層質(zhì)量改進(jìn)層 與第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間的界面處的表面的粗糙度的60%。
[0011] 發(fā)光裝置還可包括位于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與層質(zhì)量改進(jìn)層之間的V坑產(chǎn) 生層。這里，層質(zhì)量改進(jìn)層可位于V坑產(chǎn)生層與有源層之間。
[0012] V坑產(chǎn)生層可具有多個V坑，用于形成所述有源層的多個V坑，并且層質(zhì)量改進(jìn)層 可沿著V坑產(chǎn)生層的頂表面形成。層質(zhì)量改進(jìn)層可至少部分地填充V坑產(chǎn)生層的多個V坑。 另外，所述發(fā)光裝置還可包括位于層質(zhì)量改進(jìn)層與有源層之間的超晶格層。
[0013] 層質(zhì)量改進(jìn)層的多個V坑可凹進(jìn)到V坑產(chǎn)生層的多個V坑中，并且超晶格層可具 有多個V坑，它們凹進(jìn)到層質(zhì)量改進(jìn)層的多個V坑內(nèi)。另外，有源層的多個V坑可凹進(jìn)到超 晶格層的多個V坑中。
[0014] 層質(zhì)量改進(jìn)層可具有包括以交替方式堆疊的多個GaN層和MxGa1 XN層的多堆疊結(jié) 構(gòu)，其中M是Al或In，并且0. 01彡X彡0. 3。層質(zhì)量改進(jìn)層可包括具有GaN和MxGa1 XN的 超晶格層，其中M是Al或In，并且0. 01 < X < 0. 3。
[0015] 選擇性地，層質(zhì)量改進(jìn)層可位于有源層與第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間。這里，層 質(zhì)量改進(jìn)層的多個V坑可被第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層覆蓋。
[0016] 發(fā)光裝置還可包括位于有源層與第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間的超晶格層，并 且，有源層的所述多個V坑可延伸至超晶格層中。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供了一種發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括：第一導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體層；第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；有源層，其位于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與第 二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間；以及V坑產(chǎn)生層，其位于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與有源層 之間，其中，V坑產(chǎn)生層面對有源層的表面包括Al濃度增大的區(qū)域。
[0018] 這里，V坑產(chǎn)生層可包括GaN層，并且V坑產(chǎn)生層的表面的所述區(qū)域包括AlxGa 1 XN， 其中0. 01 < X < 0. 3。V坑產(chǎn)生層的表面的所述區(qū)域的厚度可為V坑產(chǎn)生層的厚度的約 5%至 20%。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供了一種發(fā)光封裝件，該發(fā)光封裝件包括：封裝襯 底；根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第一方面所述的發(fā)光裝置，其中，發(fā)光裝置安裝在印刷電路板上；以 及包封構(gòu)件，其包封發(fā)光裝置。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供了一種制造發(fā)光裝置的方法，所述方法包括以 下操作：在襯底上形成第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層上形成具有 多個V坑的V坑產(chǎn)生層；在V坑產(chǎn)生層上形成層質(zhì)量改進(jìn)層；在層質(zhì)量改進(jìn)層上形成有源 層；以及在有源層上形成第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層。
[0021] 形成層質(zhì)量改進(jìn)層的操作可包括：將沉積溫度升高的操作，其中將沉積溫度相對 于在形成V坑產(chǎn)生層的過程中的沉積溫度升高約KKTC至150°C;以及額外地供應(yīng)M前體的 操作，其中M是Al或In。
[0022] 選擇性地，形成層質(zhì)量改進(jìn)層的操作可包括：將沉積溫度升高的操作，其中將沉積 溫度相對于在形成V坑產(chǎn)生層的過程中的沉積溫度升高約KKTC至150°C;額外地供應(yīng)M前 體的操作，其中M是Al或In ;以及停止M前體的額外供應(yīng)的操作。這里，在層質(zhì)量改進(jìn)層 具有期望厚度之前，可重復(fù)進(jìn)行M前體的額外供應(yīng)和停止該額外供應(yīng)的操作。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供了一種發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括：第一導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體層；第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；有源層，其位于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與第二 導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間；以及至少一個表面粗糙度改進(jìn)層，其包括Al和In中的至少一 種，并且位于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間。
[0024] 所述至少一個表面粗糙度改進(jìn)層可為包括MxGa1 XN的層質(zhì)量改進(jìn)層，其中M是Al 或 In，并且 0· OK X < 0· 3。
[0025] 所述至少一個表面粗糙度改進(jìn)層可為包括AlxGalxN的V坑產(chǎn)生層，其中 0. 01 ^ X ^ 0. 3〇
[0026] 所述至少一個表面粗糙度改進(jìn)層可包括層質(zhì)量改進(jìn)層和V坑產(chǎn)生層。
【附圖說明】
[0027] 將從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述中更加清楚地理解本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例，在 附圖中：
[0028] 圖1是根據(jù)示例實施例的發(fā)光裝置的側(cè)剖視圖；
[0029] 圖2A、圖3A和圖4A是根據(jù)示例實施例的發(fā)光裝置的側(cè)剖視圖；
[0030] 圖2B、圖3B和圖4B分別詳細(xì)示出了圖2A、圖3A和圖4A所示的部分B ;
[0031] 圖5和圖6是根據(jù)其它示例實施例的發(fā)光裝置的側(cè)剖視圖；
[0032] 圖7示出了根據(jù)示例實施例的制造發(fā)光裝置的方法的流程圖；
[0033] 圖8和圖9示出了根據(jù)示例實施例的制造層質(zhì)量改進(jìn)層的方法的流程圖；
[0034] 圖10示出了其中恰好在形成有源層之前進(jìn)一步形成了超晶格層的情況的流程 圖；
[0035] 圖IlA至圖IlF是示出了利用該方法制造的發(fā)光裝置的側(cè)剖視圖；
[0036] 圖12是示出通過測量實施例1以及比較例1和2的結(jié)構(gòu)的頂表面的粗糙度獲得 的結(jié)果的曲線圖；
[0037] 圖13和圖14是根據(jù)示例實施例的發(fā)光封裝件的側(cè)剖視圖；
[0038] 圖15示出了根據(jù)示例實施例的與從發(fā)光裝置發(fā)射的光相關(guān)的色溫譜；
[0039] 圖16示出了根據(jù)示例實施例的可用于發(fā)光裝置中的量子點（QD)的結(jié)構(gòu)的示例；
[0040] 圖17示出了根據(jù)示例實施例的根據(jù)利用藍(lán)色發(fā)光裝置的白色發(fā)光設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng) 域的熒光物類型；以及
[0041] 圖18和圖19示出了根據(jù)示例實施例的應(yīng)用了利用發(fā)光裝置的照明系統(tǒng)的家庭網(wǎng) 絡(luò)。
【具體實施方式】
[0042] 現(xiàn)在，將在下文中參照其中示出了本發(fā)明構(gòu)思的示例實施例的附圖來更完全地描 述本發(fā)明構(gòu)思。從將參照附圖更詳細(xì)地描述的以下示例實施例中，本發(fā)明構(gòu)思的優(yōu)點和特 征以及實現(xiàn)它們的方法將變得清楚。然而，應(yīng)該注意，本發(fā)明構(gòu)思不限于以下示例實施例， 而是可按照各種形式實現(xiàn)。因此，僅提供示例實施例以公開本發(fā)明構(gòu)思，并且讓本領(lǐng)域技術(shù) 人員知曉本發(fā)明構(gòu)思的種類。在附圖中，本發(fā)明構(gòu)思的示例實施例不限于本文提供的特定 示例，并且為了清楚起見，進(jìn)行了夸大。
[0043] 本文所用的術(shù)語僅是為了描述示例實施例，并且不旨在限制本發(fā)明。如本文所用， 除非上下文清楚地指明不是這樣，否則單數(shù)形式"一個"、"一"和"該"也旨在包括復(fù)數(shù)形式。 如本文所用，術(shù)語"和/或"包括相關(guān)所列項之一或多個的任何和所有組合。應(yīng)該理解，當(dāng) 元件被稱作"連接"或"耦接"至另一元件時，其可直接連接或耦接至所述另一元件，或者可 存在中間元件。
[0044] 相似地，應(yīng)該理解，當(dāng)諸如層、區(qū)或襯底之類的元件被稱作"位于"另一元件"上" 時，其可直接位于所述另一元件上，或者可存在中間元件。相反，術(shù)語"直接"意味著不存在 中間元件。還應(yīng)該理解，術(shù)語"包含"、"包含……的"、"包括"和/或"包括……的"當(dāng)用于 本文中時，指明存在所列特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或添加一 個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0045] 另外，將參照作為本發(fā)明構(gòu)思的理想示意圖的剖視圖來描述具體說明中的示例實 施例。因此，示意圖的形狀的形狀可根據(jù)制造技術(shù)和/或可允許的誤差而修改。因此，本發(fā) 明構(gòu)思的示例實施例不限于示意圖中示出的特定形狀，而是可包括可根據(jù)制造工藝形成的 其它形狀。圖中例示的區(qū)域具有一般特性，并且用于示出元件的特定形狀。因此，它們不應(yīng) 該被理解為限制本發(fā)明構(gòu)思的范圍。
[0046] 還應(yīng)該理解，雖然本文中可使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述多個元件，但是這 些元件不應(yīng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件與另一元件區(qū)分開。因此，在一 些示例實施例中的第一元件可在其它示例實施例中被稱作第二元件，而不脫離本發(fā)明的教 導(dǎo)。本文解釋和示出的本發(fā)明構(gòu)思的各方面的示例實施例包括它們的互補對應(yīng)部分。相同 的附圖標(biāo)記或相同的參考指示符在整個說明書中指代相同的元件。
[0047] 此外，本文參照作為理想示意圖的剖視圖和/或平面圖來描述示例實施例。因此， 可預(yù)見作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果的示意圖的形狀的變化。因此，示例實施例不 應(yīng)理解為限于本文示出的區(qū)的形狀，而是包括例如由制造工藝導(dǎo)致的形狀的偏差。例如，示 出為矩形的蝕刻區(qū)可通常具有圓形或彎曲特征。因此，圖中示出的區(qū)實際上是示意性的，并 且它們的形狀不旨在示出裝置的區(qū)的實際形狀，并且不旨在限制示例實施例的范圍。
[0048] 如通過本發(fā)明構(gòu)思的實體應(yīng)該理解的那樣，根據(jù)本文所述的各個示例實施例的器 件和形成器件的方法可在諸如集成電路之類的微電子器件中實現(xiàn)，其中根據(jù)本文所述的各 個不例實施例的多個器件集成在相同的微電子器件中。因此，在微電子器件中，本文所不的 剖視圖可沿著不一定正交的兩個不同的方向復(fù)制。因此，實現(xiàn)根據(jù)本文所述的各個示例實 施例的器件的微電子器件的平面圖可包括按照基于微電子器件的功能性的陣列和/或二 維圖案布置的多個器件。
[0049] 根據(jù)本文所述的各個示例實施例的器件可根據(jù)微電子器件的功能性而散布于其 它器件之間。而且，根據(jù)本文所述的各個示例實施例的微電子器件可沿著可與所述兩個不 同方向正交的第三方向復(fù)制，以提供三維集成電路。
[0050] 因此，本文所示的剖視圖對根據(jù)本文所述的各個示例實施例的在平面圖中沿著兩 個不同方向延伸和/或在透視圖中沿著三個不同方向延伸的多個器件提供支持。例如，當(dāng) 在器件/結(jié)構(gòu)的剖視圖中示出了單個有源區(qū)時，該器件/結(jié)構(gòu)可包括其上的多個有源區(qū)和 晶體管結(jié)構(gòu)（或存儲器單元結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)等，視情況而定），如器件/結(jié)構(gòu)的平面圖所示的 那樣。
[0051] 圖1是根據(jù)至少一個示例實施例的發(fā)光裝置100的側(cè)剖視圖。
[0052] 參照圖1，發(fā)光裝置100具有其中第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層110、V坑產(chǎn)生層120、 層質(zhì)量改進(jìn)層130、超晶格層140、有源層150和/或第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層160按次序 堆疊在襯底101上的結(jié)構(gòu)。這里，第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層ll〇、V坑產(chǎn)生層120、層質(zhì)量改 進(jìn)層130、超晶格層140、有源層150和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層160可統(tǒng)稱為發(fā)射堆疊件。
[0053] 襯底101可設(shè)置在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層110下方，因此可支承第一導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體層110。襯底101可從第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層110接收熱，并且可將接收到的熱 向外輻射。另外，襯底101可具有光透射特性。如果襯底101由透光材料形成或者具有等 于或小于預(yù)定或期望值的厚度，則襯底101可具有光透射特性。為了增大光提取效率，襯底 101可具有小于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層Il 0的折射率的折射率。
[0054] 在需要時，襯底101可形成為絕緣襯底、導(dǎo)電襯底或半導(dǎo)體襯底。例如，襯底101 可包括藍(lán)寶石（Al 2O3)、氮化鎵（GaN)、硅（Si)、鍺（Ge)、砷化鎵（GaAs)、氧化鋅（ZnO)、硅鍺 (SiGe)、碳化硅（SiC)、氧化鎵（Ga 2O3)、鋰鎵氧化物（LiGaO2)、鋰鋁氧化物（LiAlO2)或鎂鋁 氧化物（MgAl 2O4)。對于GaN材料的外延生長，使用作為同質(zhì)襯底的GaN襯底可以是有利的； 然而，GaN襯底由于其制造困難而具有高生產(chǎn)成本。
[0055] 異質(zhì)襯底的示例包括藍(lán)寶石襯底