半導(dǎo)體器件、使用其的發(fā)光器件及包括該發(fā)光器件的封裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件、使用其的發(fā)光器件及包括該發(fā)光器件的封裝。所述半導(dǎo)體器件包括：硅襯底；初始緩沖層，設(shè)置在所述硅襯底上；過渡層，設(shè)置在所述初始緩沖層上；以及發(fā)光結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述過渡層上，其中所述過渡層包括：多個AlxGa1-xN層(其中0<x<1)，設(shè)置在所述初始緩沖層上；以及插入緩沖層，設(shè)置為位于所述AlxGa1-xN層之間、位于所述過渡層的下端部、或位于所述過渡層的上端部至少之一。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件可以防止裂縫發(fā)生且包括較厚的器件層。
【專利說明】半導(dǎo)體器件、使用其的發(fā)光器件及包括該發(fā)光器件的封裝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實施例涉及一種半導(dǎo)體器件、一種包括所述半導(dǎo)體器件的發(fā)光器件及包括 所述半導(dǎo)體器件的發(fā)光器件封裝。

【背景技術(shù)】
[0002] 諸如GaN等III-V族化合物半導(dǎo)體由于其寬帶隙，可調(diào)節(jié)帶隙等特性而廣泛用于 光電產(chǎn)品等。這種GaN通常在藍(lán)寶石襯底或碳化硅（SiC)襯底上生長。然而，這些襯底不 適用于大直徑應(yīng)用場合，而且特別是SiC襯底還很昂貴。
[0003] 圖1是常規(guī)的半導(dǎo)體器件視圖。參照圖1，所述半導(dǎo)體器件包括硅襯底5和GaN層 7。
[0004] 為了解決上述問題，使用比藍(lán)寶石襯底或SiC襯底更便宜的、很容易實現(xiàn)大直徑 且具有高熱導(dǎo)性的硅襯底5。然而，當(dāng)GaN層7設(shè)置在所述硅襯底5上時，在GaN與硅之間 的晶格失配很高，且它們的熱膨脹系數(shù)之間差值很大，從而可能會出現(xiàn)諸如回熔、裂縫、凹 陷、表面形態(tài)缺陷等導(dǎo)致結(jié)晶度惡化的各種問題。
[0005] 例如，當(dāng)高溫下生長的GaN層7冷卻時，可能會出現(xiàn)因拉伸應(yīng)變導(dǎo)致的裂縫。因為 這些理由，就需要研發(fā)即使在使用硅襯底5時也不會導(dǎo)致這些問題的半導(dǎo)體器件，其具有 能夠提供良好特性的結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實施例提供一種半導(dǎo)體器件，其可以防止裂縫發(fā)生且包括較厚的器件層。
[0007] 在一個實施例中，一種半導(dǎo)體器件，包括：娃襯底；初始緩沖層，設(shè)置在所述娃襯 底上；過渡層（transition layer)，設(shè)置在所述初始緩沖層上；以及器件結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述 過渡層上，其中所述過渡層包括：至少一個AlxG ai_xN層（其中0〈χ〈1)，設(shè)置在所述初始緩沖 層上；以及插入緩沖層，設(shè)置為位于所述Al xGai_xN層之間、位于所述過渡層的下端部、或位 于所述過渡層的上端部至少之一。
[0008] 所述插入緩沖層可包括至少一個A1N層。
[0009] 所述AlxGai_xN層可包括第一到第K個Al xGai_xN層，其中K是1或更大的正整數(shù)， 依次設(shè)置在所述初始緩沖層上。
[0010] 所述AlxGai_xN層可具有的A1濃度梯度使得A1的含量隨著離所述初始緩沖層的距 離的增加而逐漸減少。
[0011] 所述至少一個A1N層可以是下列情形之一：
[0012] 所述A1N層包括第一到第K個A1N層，分別設(shè)置在所述第一到第K個AlxG ai_xN層 上；
[0013] 所述A1N層包括第一到第K-ι個A1N層，分別設(shè)置在所述第一到第K個AlxGahN 層之間；
[0014] 所述A1N層僅為一個A1N層，設(shè)置在所述過渡層的上端部，或設(shè)置在所述過渡層的 下端部；
[0015] 所述A1N層包括：第一 A1N層，設(shè)置在所述第一 AipahN層下方；以及第二A1N層， 設(shè)置在所述第K個AlxGai_xN層上；
[0016] 所述A1N層插入在任意兩個相鄰的AlxGai_ xN層之間；或
[0017] 所述A1N層包括第一到第K+1個A1N層，分別設(shè)置在所述第一到第K個AlxG ai_xN 層的每兩個之間，位于所述過渡層的下端部，以及位于所述過渡層的上端部。
[0018] K可以是7。
[0019] 所述A1N層可以在低溫750°C到950°C下生長或在高溫1000°C到1100°C下生長。
[0020] 所述A1N層的厚度可以為10nm到50nm。
[0021] 所述A1N層可以包括多個A1N層，其中所述A1N層的厚度隨著離所述初始緩沖層 的距離的增加而增加。
[0022] 所述A1N層的厚度可小于所述AlxGai_xN層的厚度。
[0023] 在另一實施例中，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括如上所述的任意一個半導(dǎo)體器件，其 中所述器件結(jié)構(gòu)是發(fā)光結(jié)構(gòu)。
[0024] 所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括：第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述過渡層上；有源層，設(shè)置 在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上；以及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述有源層上。
[0025] 在另一個實施例中，一種發(fā)光器件封裝，包括：封裝體部件；第一和第二引線框， 設(shè)置在所述封裝體部件處且配置為彼此電絕緣；如上所述的任意一個半導(dǎo)體器件，設(shè)置在 所述封裝體部件處中并配置為電連接至所述第一和第二引線框；以及模塑構(gòu)件，設(shè)置為圍 繞所述半導(dǎo)體器件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 將具體參照以下附圖描述設(shè)置和實施例，其中類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件， 并且其中：
[0027] 圖1是常規(guī)的半導(dǎo)體器件視圖；
[0028] 圖2是根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件剖面圖；
[0029] 圖3A至圖3F是示出圖2的過渡層的實施例的剖面圖；
[0030] 圖4是根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖，其實現(xiàn)為使用如圖2所示的半導(dǎo)體器 件的發(fā)光器件；
[0031] 圖5A和圖5B是用以解釋現(xiàn)有的應(yīng)變控制和根據(jù)實施例的應(yīng)變控制的視圖；
[0032] 圖6A至圖6E是示出根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件制造方法的剖面圖；
[0033] 圖7是根據(jù)另一實施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖，其實現(xiàn)為使用如圖2所示的半導(dǎo) 體器件的高電子遷移率晶體管（HEMT);
[0034] 圖8是根據(jù)實施例的發(fā)光器件封裝的剖面圖；
[0035] 圖9是根據(jù)實施例的照明單元的透視圖；以及
[0036] 圖10是根據(jù)實施例的背光單元的分解透視圖。

【具體實施方式】
[0037] 下面將參照附圖對本發(fā)明實施例進(jìn)行描述。然而，本公開可以具體體現(xiàn)為多種不 同的形式，并且不應(yīng)所述被理解為受限于本文所提出的實施例。而這些實施例的提出使得 本發(fā)明將會變得全面和完整，并且對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說其完全符合本公開的范圍。
[0038] 應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)提到元件位于另一個元件"之上"或"之下"時，它能夠直接位于所述 元件之上/之下，并且也可以有一個或多個插入元件。
[0039] 當(dāng)提到元件位于"之上"或"之下"時，能夠基于所述元件而包括"在所述元件之下" 以及"在所述元件之上"。
[0040] 此外，本文中諸如"第一"或"第二"以及"上方"或"下方"等相對性術(shù)語可僅僅用 于區(qū)分一個實體或元件跟另一個實體或元件，而不是必須要求或暗示這些實體或元件之間 的物理或邏輯關(guān)系或順序。
[0041] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件100A的剖面圖。
[0042] 參照圖2,所述半導(dǎo)體器件100A包括襯底10、初始緩沖層20、過渡層30和器件層 40。
[0043] 襯底10可包括導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料。例如，襯底10可包括藍(lán)寶石（A120 3)、GaN、 SiC、ZnO、GaP、InP、Ga203、GaAs或Si至少之一，但本公開不限于此。例如，襯底10可以是 具有（111)晶面作為主面的娃襯底。
[0044] 初始緩沖層20設(shè)置在所述襯底10上且可包括A1N層、AlAs層、或SiC層至少之 一。當(dāng)初始緩沖層20具有臨界厚度或更大厚度時，得以防止從硅襯底10擴散硅原子，因此 而防止了回熔。這里所使用的術(shù)語"臨界厚度"是指可以允許硅原子從硅襯底10擴散的厚 度。因而，初始緩沖層20可以具有幾十到幾百納米的厚度，例如，大于10nm到小于300nm 的厚度。
[0045] 過渡層30設(shè)置在初始緩沖層20上。根據(jù)實施例，過渡層30包括多個AlxG ai_xN層 (其中0〈χ〈1)和一插入緩沖層。
[0046] AlxGai_xN層設(shè)置在初始緩沖層20上。所述AlxG ai_xN層可以具有這樣的A1濃度梯 度，其中X值隨著離初始緩沖層20的距離的增大而逐漸減少。此外，Al xGai_xN層的厚度可 以隨著離初始緩沖層20的距離的增大而增加。
[0047] 插入緩沖層設(shè)置為位于AlxGai_xN層之間、位于所述過渡層30的下端部、或位于所 述過渡層30的上端部至少之一，并且可以不具有超晶格結(jié)構(gòu)。為此，所述過渡層30的上端 部是指Al xGai_xN層的上部，而所述過渡層30的下端部是指AlxG ai_xN層的下部。例如，所述 過渡層30的上端部可以指過渡層30的最頂端，而所述過渡層30的下端部可以指過渡層30 的最底端。
[0048] 下面將具體參照圖3A到圖3F對插入緩沖層的布置進(jìn)行具體描述。
[0049] 插入緩沖層可包括至少一個A1N層。此外，A1N層可以是在低溫（LT)750°C到950°C 下或高溫（HT) 1000°C到1100°C下生長的層。
[0050] 此外，當(dāng)作為插入緩沖層的A1N層的厚度小于10nm時，可能很難防止應(yīng)變弛豫。另 一方面，當(dāng)A1N層的厚度超出50nm時，結(jié)晶度會變差。因而，A1N層可以具有10nm到50nm 的厚度。插入緩沖層用于防止應(yīng)變弛豫。
[0051] 下文中，將參照圖3A到圖3F對過渡層30的各實施例加以描述。
[0052] 圖3A至圖3F是示出圖2的過渡層30的實施例（S卩，過渡層30A到30F)的剖面 圖。
[0053] 過渡層30的AlxGai_xN層可包括第一到第K個Al xGai_xN層，依次設(shè)置在初始緩沖 層20上。為此，K可以是正整數(shù)1至7。例如，在圖3A至圖3D中分別示出的過渡層30A到 30D中，K = 3;在圖3E示出的過渡層30E中，K = 2;以及在圖3F示出的過渡層30F中，K =1。
[0054] 第一到第Κ個AlxGai_xN層可以具有根據(jù)離初始緩沖層20的距離而定的Α1濃度梯 度。例如，X值可以隨著離初始緩沖層20的距離的增大而逐漸減少。例如，當(dāng)圖3A到圖3D 示出的第一至第三AlxGai_xN層32、34和36的X值被表示為xl、x2和x3時，xl、x2和x3值 分別滿足由以下方程式1表示的關(guān)系。
[0055] [方程式1]
[0056] XI > X2 > X3
[0057] 構(gòu)成插入緩沖層的A1N層可包括Μ個A1N層，其中Μ是正整數(shù)，且1彡Μ彡K+1, 所述Μ個Α1Ν層被設(shè)置在任意兩個相鄰的Al xGai_xN層之間，和/或位于所述過渡層的下端 部，和/或位于所述過渡層的上端部。
[0058] 根據(jù)實施例，構(gòu)成插入緩沖層的A1N可包括第一到第K個A1N層，分別設(shè)置在所述 第一到第K個Al^Ga^N層上。
[0059] 例如，如圖3A所示，在過渡層30A中，作為插入緩沖層的第一、第二和第三A1N層 33、35和37可以分別設(shè)置在第一至第三Al xGai_xN層32、34和36上。
[0060] 在另一實施例中，如圖3E所示，在過渡層30E中，作為插入緩沖層的第一和第二 A1N層33和35以分別設(shè)置在第一和第二AlxGai_xN層32和34上。
[0061] 在另一實施例中，如圖3F所示，在過渡層30F中，作為插入緩沖層的第一 A1N層33 可設(shè)置在第一 AlfahN層32上。
[0062] 根據(jù)另一實施例，至少一個作為插入緩沖層的A1N層可包括設(shè)置在所述第一到第 K個AlxGai_xN層之間的第一到第K-1個A1N層。
[0063] 例如，如圖3B所示，在過渡層30B中，第一 A1N層33可設(shè)置在第一 AlxGai_xN層32與 第二AlxG ai_xN層34之間，而第二A1N層35可以設(shè)置在第二AlxGai_ xN層34與第三AlxGai_xN 層36之間。
[0064] 在另一實施例中，如圖3C所示，在過渡層30C中，第二A1N層35可以設(shè)置在第二 AlxGai_xN 層 34 與第三 AlxGai_xN 層 36 之間。
[0065] 根據(jù)又一實施例，作為插入緩沖層的至少一個A1N層可以設(shè)置在AlxGai_ xN層下方。
[0066] 例如，如圖3F所示，在過渡層30F中，第四A1N層38可以設(shè)置在所述第一 AlxGai_xN 層32下方。
[0067] 在另一個實施例中，如圖3D所示，作為插入緩沖層的所述至少一個A1N層可以設(shè) 置在過渡層的上端部。可選地，作為插入緩沖層的所述至少一個A1N層也可以設(shè)置在所述 過渡層的下端部。
[0068] 根據(jù)另一個實施例，構(gòu)成插入緩沖層的A1N層可包括第一到第K+1個A1N層，分別 設(shè)置在第一到第K個AlxGai_xN層之間，位于所述過渡層的下端部，以及位于所述過渡層的上 端部。
[0069] 上文中，已經(jīng)描述的是作為插入緩沖層的A1N層被布置為位于AlxGai_ xN層上方、下 方或它們之間至少之一，但本公開不限于此。
[0070] 在如圖3A到圖3F分別示出的過渡層30A至30F中，如上所述，作為插入緩沖層的 第一到第四A1N層33、35、37和38可以在高溫或低溫下生長。此外，第一到第四A1N層33、 35、37和38的每一個的厚度可以是10nm至50nm。
[0071] 此外，第一至第四A1N層33、35、37和38的厚度可以隨著離初始緩沖層20的距離 的增大而增加。
[0072] 此外，第一至第四A1N層33、35、37和38的每一個的厚度可以小于第一至第三 AlxGai_xN 層 32、34 和 36 的厚度。
[0073] 同時，如圖2所示的半導(dǎo)體器件100A還可以包括設(shè)置在過渡層30上的器件層40。 例如，所述器件層40可包括III-V族化合物半導(dǎo)體，例如，GaN半導(dǎo)體以及根據(jù)半導(dǎo)體器件 應(yīng)用而包括的各種類型的化合物半導(dǎo)體層。
[0074] 圖4是根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件100B的剖面圖，其實現(xiàn)為使用如圖2所示的半導(dǎo) 體器件100A的發(fā)光器件。圖4中與圖2相同的附圖標(biāo)記表示類似的元件，因此這里省略其 具體描述。
[0075] 參照圖4,半導(dǎo)體器件100B包括襯底10、初始緩沖層20、過渡層30、以及器件層 40A。器件層40A與圖2的器件層40對應(yīng)。為此，器件層40A可包括發(fā)光結(jié)構(gòu)。
[0076] 器件層40A的發(fā)光結(jié)構(gòu)包括：第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層42,設(shè)置在所述過渡30上； 有源層44,設(shè)置在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層42上；以及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層46,設(shè)置在 所述有源層44上。
[0077] 第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層42可包括摻雜有第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的III-V族化合物半 導(dǎo)體，以及包括具有分子式Al yInzGa(1_y_z)N(其中0彡y彡1，0彡z彡1，且0彡y+z彡1) 的半導(dǎo)體材料。例如，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層42可以由從GaN、InN、AIN、InGaN、AlGaN、 11^16&1六11_、六16&六8、1116&六8、六11116&六8、6&?、六16&?、1116&?、六11116&?和11^中選出的至 少之一形成。此外，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型半導(dǎo)體層42是n型半導(dǎo)體層時，第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)可 以是諸如Si、Ge、Sn、Se或Te等η型摻雜劑，但本公開不限于此。
[0078] 有源層44是這樣的層，在有源層中通過第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層42注入的電子 (或空穴）和通過第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層46注入的空穴（或電子）復(fù)合以發(fā)光，發(fā)出的光的 能量由構(gòu)成有源層44的材料的本征能帶而確定。
[0079] 有源層44可以具有單阱結(jié)構(gòu)、多阱結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)、多量子阱（MQW)結(jié)構(gòu)、量 子線結(jié)構(gòu)、或量子點結(jié)構(gòu)的任何至少之一。例如，通過三甲基鎵（TMG)氣體、氨氣（ΝΗ3)、氮 氣（Ν2)以及三甲基銦（TMIn)氣體的注入，有源層44可以具有MQW結(jié)構(gòu)，但本公開不限于 此。
[0080] 有源層 44 的阱層 / 勢壘層可以由 InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/ GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、或GaP(InGaP)/AlGaP的至少一對結(jié)構(gòu)形成，但本公開不限于 此。阱層可以由帶隙小于勢壘層的材料形成。
[0081] 第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層46可包括摻雜有第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的III-V族化合物半導(dǎo) 體，并包括具有分子式In yAlzGai_y_zN(其中0彡y彡1，0彡z彡1，且0彡y+z彡1)的半導(dǎo) 體材料。例如，當(dāng)?shù)诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層46是p型半導(dǎo)體層時，第二導(dǎo)電類型摻雜劑可以是 諸如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba等p型摻雜劑，但本公開不限于此。
[0082] 在上述發(fā)光結(jié)構(gòu)中，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層42形成為η型半導(dǎo)體層，而第二導(dǎo)電 型半導(dǎo)體層46形成為p型半導(dǎo)體層。然而，在另一實施例中，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層42可 以形成為P型半導(dǎo)體層，而第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層46可以形成為η型半導(dǎo)體層。即，所述發(fā) 光結(jié)構(gòu)可具體實現(xiàn)為η-ρ結(jié)結(jié)構(gòu)、ρ-η結(jié)結(jié)構(gòu)、η-ρ-η結(jié)結(jié)構(gòu)和ρ-η-ρ結(jié)結(jié)構(gòu)中的任何一個。
[0083] 雖然未示出，可設(shè)置分別電連接至第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層42和46的第一和 第二電極（未示出）。這樣，可以通過將金屬材料和/或絕緣材料而不是半導(dǎo)體材料應(yīng)用到 圖4的半導(dǎo)體器件100Β上而完成發(fā)光器件的制造。在本領(lǐng)域中，使用上述半導(dǎo)體器件的發(fā) 光器件的制造過程是公知的因此這里省略其具體描述。
[0084] 圖5Α和圖5Β是用以解釋現(xiàn)有的應(yīng)變控制和根據(jù)本發(fā)明的實施例的應(yīng)變控制的視 圖。在圖5Α和圖5Β中，橫軸表示面內(nèi)晶格常數(shù)Qx，而縱軸表示面外晶格常數(shù)Qy。為此，最 上部的A1N層表不初始緩沖層20,而取底部的GaN層表不器件層40。
[0085] 當(dāng)圖2所示的過渡層30不包括插入緩沖層而只包括第一到第K個AlxGai_ xN層時， 如圖5A所示，當(dāng)生長半導(dǎo)體器件時，在第二和第三AlxGai_ xN層34和36中出現(xiàn)拉伸應(yīng)力松 弛，因而很難將壓縮應(yīng)變施加給器件層40。
[0086] 然而，在根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件中，插入緩沖層設(shè)置在第一到第K個 AlxGai_xN層處。例如，如圖5B所示，當(dāng)?shù)诙偷谌鼳1N層35和37分別設(shè)置在第二和第三 AlxGai_xN層34和36上時，防止了拉伸應(yīng)力松弛的發(fā)生，因而針對拉伸應(yīng)變的壓縮應(yīng)變補償 可以更有效地施加至器件層40。因此，當(dāng)生長器件層40時可以防止裂縫的發(fā)生，而器件層 40可以生長成較大厚度。
[0087] 下文中，將參照圖6A至圖6E描述如圖2所示的半導(dǎo)體器件100A的制造方法。在 本實施例中，襯底10是硅襯底，初始緩沖層20包括A1N層，過渡層30被形成為如圖3A所 示，而器件層40是未經(jīng)摻雜的GaN層40B (以下稱為uGaN層）。然而，如圖2所示的半導(dǎo)體 器件100A的制造方法不限于上述示例，而還可使用其它各種方法來制造所述半導(dǎo)體器件 100A。
[0088] 圖6A至圖6E示出根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件制造方法的剖面圖。
[0089] 參照圖6A，制備硅襯底10。
[0090] 為此，硅襯底10暴露于不含氨氣的TMA氣體中15秒以在其上沉積超薄的鋁膜，其 防止了在硅襯底10表面上形成氮化硅。在某些情形下，通過硅襯底10的高達(dá)約900°C的溫 度快速退火，例如，可進(jìn)一步執(zhí)行去除形成在硅襯底10上的自然氧化膜的工藝。然而，本公 開不限于上述示例，且可使用其它各種方法制備硅襯底10。
[0091] 隨后，通過在約900°C下使用氨氣，在硅襯底10上完成具有預(yù)定厚度并由A1N形成 的初始緩沖層20。為此，當(dāng)初始緩沖層20的厚度是決定（畜§ )厚度或更大時，由于A1N島 的聯(lián)并（coalescence，號)，初始緩沖層20的3D生長模式變成了 2D生長模式。聯(lián)并的 A1N島完全覆蓋硅襯底10,因此可以防止硅原子的擴散。在其他實施例中，由A1N形成的初 始緩沖層20可以通過使用其它各種方法而形成在硅襯底10上。
[0092] 隨后，如圖6B到圖6D所不，第一 Al^Ga^N層32、第一 A1N層33、第二Al^Ga^N層 34、第二A1N層35、第三AlxGai_ xN層36和第三A1N層37依次形成在初始緩沖層20上。
[0093] 為此，這樣形成第一、第二和第三AlxGai_xN層32、34和36,使得第一、第二和第三 AlxGai_xN層32、34和36的A1含量（X = xl，x2和x3)隨著離初始緩沖層20的距離的增大 而減少，即，xl，x2和x3滿足由上述方程式1表示的關(guān)系式。即，這樣形成第一、第二和第 三八1!￡6&1_!^層32、34和36。使得第一、第二和第三41 !^&1_!^層32、34和36的41含量隨著 離初始緩沖層20的距離的增大而減少，而其Ga含量隨著離初始緩沖層20的距離的增大而 增加。
[0094] 隨后，如圖6E所示，作為器件層40B的uGaN層可形成在第三A1N層37上。
[0095] 例如，在上述參照圖6A至圖6E的工藝中，可通過金屬有機化學(xué)氣相沉積法 (M0CVD)生長Ga、A1和N。即，通過M0CVD方法，可使用包含TMG、TMA和NH3的前驅(qū)體材料 形成包含Ga、Al和N的結(jié)構(gòu)。
[0096] 同時，圖2所示的半導(dǎo)體器件100A可用于諸如高電子遷移率晶體管（HEMT)、異質(zhì) 結(jié)場效應(yīng)晶體管（HFET)和雙HFET等功率器件。
[0097] 下文中，將參照圖7描述包括圖2的半導(dǎo)體器件100A的HEMT100C。為此，圖7中 與圖2相同的附圖標(biāo)記表示類似的元件，因此這里省略其具體描述。
[0098] 圖7是根據(jù)另一實施例的半導(dǎo)體器件100C的剖面圖，其具體實現(xiàn)為使用圖2的半 導(dǎo)體器件100A的HEMT。
[0099] 參照圖7,半導(dǎo)體器件100C包括襯底10、初始緩沖層20、過渡層30和器件層40C。 器件層40C與圖2的器件層40對應(yīng)。為此，器件層40C包括溝道層47、未經(jīng)摻雜的AlGaN 層48 (以下稱為uAlGaN層），、以及η型或p型GaN層49、柵電極G、以及多個觸點S和D。
[0100] 溝道層47可被形成為包括未經(jīng)摻雜的GaN，并設(shè)置在所述過渡層30上。uAlGaN 層48通過異質(zhì)結(jié)50而設(shè)置在溝道層47上部。此外，使用諸如金（Au)等材料形成的柵電 極G被設(shè)置在uAlGaN層48上。
[0101] 當(dāng)由溝道層47形成的溝道是η型溝道時，η型GaN層49設(shè)置于溝道層47上部之 上并位于uAlGaN層48的相對側(cè)。然而，當(dāng)由溝道層47形成的溝道是p型溝道時，p型GaN 層49設(shè)置于溝道層47上部之上并位于uAlGaN層48的相對側(cè)。GaN層49可埋設(shè)于溝道層 47中。
[0102] 觸點S和D至少之一設(shè)置在GaN層49上，并位于uAlGaN層48的相對側(cè)。為此， 觸點S和D至少之一可包括源極觸點S(可由A1形成）和漏極觸點D(可由A1形成）。源 極觸點S設(shè)置在位于溝道層47上的GaN層49上，而漏極觸點D設(shè)置在GaN層49上，與源 極觸點S分開。
[0103] 此外，圖2的半導(dǎo)體器件100A可應(yīng)用于諸如光電探測器、柵控雙極結(jié)型晶體管、柵 控?zé)犭娮泳w管、柵控異質(zhì)結(jié)雙極結(jié)型晶體管、氣體傳感器、液體傳感器、壓力傳感器、具有 壓力和溫度傳感器功能的多功能傳感器、功率開關(guān)晶體管、微波晶體管、以及照明裝置等各 種【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0104] 下文中，將描述包括使用上述半導(dǎo)體器件100B的發(fā)光器件的發(fā)光器件封裝的結(jié) 構(gòu)和操作。
[0105] 圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)光器件封裝200的剖面圖。
[0106] 根據(jù)本實施例的發(fā)光器件封裝200包括封裝體部件205、安裝在封裝體部件205處 的第一和第二引線框213和214、設(shè)置在所述封裝體部件205處且待要電連接至第一和第二 引線框213和214的發(fā)光器件220、以及圍繞發(fā)光器件220的模塑構(gòu)件240。
[0107] 封裝體部件205可利用硅、合成樹脂或金屬形成，且可以具有靠近發(fā)光器件220而 形成的傾斜表面。
[0108] 第一和第二引線框213和214彼此電絕緣，且用于供電給發(fā)光器件220。此外，第 一和第二引線框213和214通過反射從發(fā)光器件220發(fā)出的光可以提高發(fā)光效率，并將自 發(fā)光器件220產(chǎn)生的熱散發(fā)至外部。
[0109] 發(fā)光器件220可包括如圖4所示的半導(dǎo)體器件100B，但本公開不限于此。
[0110] 如圖8所示，發(fā)光器件220可以設(shè)置在第二引線框214上。然而，在另一實施例中， 發(fā)光器件220可以設(shè)置在第一引線框213或封裝體部件205上。
[0111] 發(fā)光器件220可以通過布線方法、倒裝芯片法和裸片接合法的任何一種電連接至 第一引線框213和/或第二引線框214。如圖8所示的發(fā)光器件220通過布線230電連接 至第一和第二引線框213和214,但本公開不限于此。
[0112] 模塑構(gòu)件240可以圍繞發(fā)光器件220以保護(hù)發(fā)光器件220。此外，模塑構(gòu)件240可 包括磷光粉以改變光從發(fā)光器件220發(fā)出的光的波長。
[0113] 根據(jù)實施例的多個發(fā)光器件封裝排列在襯底上，且光學(xué)元件諸如導(dǎo)光板、棱鏡片、 擴散板和熒光片可以設(shè)置在從發(fā)光器件封裝發(fā)出的光的路徑上。發(fā)光器件封裝、襯底和光 學(xué)元件可以用作背光單元或照明單元。例如，照明系統(tǒng)可包括背光單元、照明單元、指示器、 燈具和路燈等。
[0114] 圖9是根據(jù)實施例的照明單元300的透視圖。圖9的照明單元300提供得是照明 系統(tǒng)的一個示例，而本公開不局限于此。
[0115] 在本實施例中，照明單元300可包括殼體310、安裝在殼體310處并接受來自外部 電源的電力的連接端子320、以及安裝在殼體310處的發(fā)光模塊單元330。
[0116] 殼體310可由具有良好散熱特性的材料形成，例如為金屬或樹脂。
[0117] 發(fā)光模塊單元330可包括襯底332和安裝在襯底332上的至少一個發(fā)光器件封裝 200。
[0118] 襯底332可通過在絕緣體上印刷電路圖案而形成。例如，襯底332可包括常規(guī)印 刷電路板、金屬芯PCB、柔性PCB和陶瓷PCB等。
[0119] 此外，襯底332可以由有效反射光的材料形成，或襯底332可以具有有色的表面 (例如，白色或銀色表面）以有效反射光。
[0120] 至少一個發(fā)光器件封裝200可以安裝在襯底332上。發(fā)光器件封裝200可包括至 少一個發(fā)光器件220 (例如，發(fā)光二極管）。為此，發(fā)光器件封裝200可包括如圖8所示的發(fā) 光器件封裝200,但本公開不限于此。此外，LED可包括圖4的半導(dǎo)體器件100B，但本公開 不限于此。LED可包括有色LED，例如為紅色LED、綠色LED或白色LED和發(fā)射紫外（UV)光 的 UVLED。
[0121] 發(fā)光模塊單元330可配置為具有各種發(fā)光器件封裝200的組合以獲得期望的顏色 和亮度。例如，為了獲得高顯色指數(shù)（CRI)，可以將白色、紅色和綠色LED排列組合。
[0122] 連接端子320可以電連接至發(fā)光模塊單元330以供電。在本實施例中，連接端子 320以插座耦接方式被螺旋裝配并耦接至外部電源，但本公開不限于此。例如，連接端子 320可以呈插針形式而插入外部電源，或者可以通過布線連接至外部電源。
[0123] 圖10是根據(jù)實施例的背光單元400的分解透視圖。圖10的背光單元400給出的 是照明系統(tǒng)的一個示例，而本公開不局限于此。
[0124] 根據(jù)本實施例的背光單元400包括導(dǎo)光板410、設(shè)置在導(dǎo)光板410下方的反射元件 420、底蓋430,和將光提供給導(dǎo)光板410的發(fā)光模塊單元440。底蓋430容納導(dǎo)光板410、反 射元件420和發(fā)光模塊單元440。
[0125] 導(dǎo)光板410用于通過擴散光而將點光源轉(zhuǎn)換為面光源。導(dǎo)光板410可由透明材 料形成。例如，導(dǎo)光板410可包括諸如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)樹脂、聚碳酸酯樹脂、環(huán)烯經(jīng)共聚物（cycloolefin copolymer,C0C)樹脂或聚乙二醇 (PEN)樹脂等丙烯酸樹脂之一。
[0126] 發(fā)光模塊單元440將光提供給導(dǎo)光板410的至少一個側(cè)面，最終，用作顯示器件的 光源（背光單元安裝于此）。
[0127] 發(fā)光模塊單元440可以接觸導(dǎo)光板410,但本公開不限于此。具體而言，發(fā)光模塊 單元440包括襯底442和安裝在襯底442上的發(fā)光器件封裝200。襯底442可以接觸導(dǎo)光 板410,但本公開不限于此。
[0128] 襯底442可以是包括電路圖案（未示出）的印刷電路板。然而，在另一個實施例 中，襯底442可以是金屬芯PCB (MCPCB)、柔性PCB等，以及常規(guī)PCB，但本公開不限于此。
[0129] 此外，發(fā)光器件封裝200可以安裝在襯底442上，使得發(fā)光表面與導(dǎo)光板410隔開 預(yù)定距離。為此，發(fā)光器件封裝200可包括如圖8所示的發(fā)光器件封裝200,但本公開不限 于此。
[0130] 反射兀件420可形成在導(dǎo)光板410下方。反射兀件420反射在導(dǎo)光板410的下表 面上入射的光以將光向上引導(dǎo)，從而可以增強背光單元400的亮度。反射元件420例如可 以由PET樹脂、PC樹脂或PVC樹脂等形成，但本公開不限于此。
[0131] 底蓋430可以容納導(dǎo)光板410、發(fā)光模塊單元440和反射元件420等。為此，底蓋 430可以呈上表面開口的盒形，但本公開不限于此。
[0132] 底蓋430可以由金屬或樹脂形成，并通過諸如壓制或擠出成型等方法制造。
[0133] 基于上述描述，顯然，在根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件中，插入緩沖層被設(shè)置位于多個 AlxGai_xN層下方、上方或介于多個AlxG ai_xN層之間至少之一，從而防止了拉伸應(yīng)變松弛的發(fā) 生，而且因此，針對拉伸應(yīng)變的壓縮應(yīng)變補償可以更有效地施加至器件層。因而，可以防止 當(dāng)生長器件層時出現(xiàn)裂縫，且器件層可以生長至較大厚度。
[0134] 雖然已參照許多說明性實施例描述了實施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員能 夠設(shè)計出許多落入本公開文本的原理的精神和范圍的其它變型和應(yīng)用。更具體地，在公開 內(nèi)容、附圖以及附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在零部件和/或隸屬的組合排列的排列方式中 可以有各種變化和變型。除了零部件和/或排列的變化和變型之外，多種用途對本領(lǐng)域技 術(shù)人員來說也是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體器件，包括： 娃襯底； 初始緩沖層，設(shè)置在所述硅襯底上； 過渡層，設(shè)置在所述初始緩沖層上；以及 器件結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述過渡層上， 其中所述過渡層包括： 至少一個AlxGai_xN層（其中0〈χ〈1)，設(shè)置在所述初始緩沖層上；以及 插入緩沖層，設(shè)置為位于所述AlxGal-xN層之間、位于所述過渡層的下端部、或位于所 述過渡層的上端部至少之一。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述插入緩沖層包括至少一個A1N層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述AlxGai_xN層包括第一到第K個 AlxGai_xN層，其中K是1或更大的正整數(shù)，依次設(shè)置在所述初始緩沖層上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述AlxGai_xN層具有的A1濃度梯度使得 A1的含量隨著離所述初始緩沖層的距離的增加而逐漸減少。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述至少一個A1N層是下列情形之一： 所述A1N層包括第一到第K個A1N層，分別設(shè)置在所述第一到第K個Al xGai_xN層上； 所述A1N層包括第一到第K-1個A1N層，分別設(shè)置在所述第一到第K個Al xGai_xN層之 間； 所述A1N層僅為一個A1N層，設(shè)置在所述過渡層的上端部，或設(shè)置在所述過渡層的下端 部； 所述A1N層包括：第一 A1N層，設(shè)置在所述第一 Al^Ga^N層下方；以及第二A1N層，設(shè) 置在所述第K個AlxGai_xN層上； 所述A1N層插入在任意兩個相鄰的AlxGai_xN層之間；或 所述A1N層包括第一到第K+1個A1N層，分別設(shè)置在所述第一到第K個AlxGai_ xN層的 每兩個之間，位于所述過渡層的下端部，以及位于所述過渡層的上端部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中K是7。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述A1N層在低溫750°C到950°C下生長。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述A1N層在高溫1000°C到1KKTC下生 長。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2至8的任意一個所述的半導(dǎo)體器件，其中所述A1N層的厚度為10nm 到 50nm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2至8的任意一個所述的半導(dǎo)體器件，其中所述A1N層包括多個A1N 層， 其中所述A1N層的厚度隨著離所述初始緩沖層的距離的增加而增加。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2至8的任意一個所述的半導(dǎo)體器件，其中所述A1N層的厚度小于所 述AlxGai_xN層的厚度。
12. -種發(fā)光器件，包括根據(jù)權(quán)利要求1至11的任意一個所述的半導(dǎo)體器件，其中所述 器件結(jié)構(gòu)是發(fā)光結(jié)構(gòu)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光器件，其中所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括： 第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述過渡層上； 有源層，設(shè)置在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上；以及 第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述有源層上。
14. 一種發(fā)光器件封裝，包括： 封裝體部件； 第一和第二引線框，設(shè)置在所述封裝體部件處且配置為彼此電絕緣； 根據(jù)權(quán)利要求1至11的任意一個所述的半導(dǎo)體器件，設(shè)置在所述封裝體部件中并配置 為電連接至所述第一和第二引線框；以及 模塑構(gòu)件，設(shè)置為圍繞所述半導(dǎo)體器件。
【文檔編號】H01L33/62GK104143597SQ201410195635
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】張正訓(xùn) 申請人:Lg伊諾特有限公司