包括空穴注入層的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】根據(jù)示例實(shí)施例，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件包括第一半導(dǎo)體層、第一半導(dǎo)體層上的凹坑擴(kuò)大層、凹坑擴(kuò)大層上的有源層、空穴注入層以及空穴注入層上的第二半導(dǎo)體層。第一半導(dǎo)體層摻雜有第一導(dǎo)電類型的摻雜物。凹坑擴(kuò)大層的上表面和有源層的側(cè)表面在位錯(cuò)上限定了具有斜表面的凹坑。凹坑為倒棱錐形空間?？昭ㄗ⑷雽游挥谟性磳拥捻敱砻婧桶伎拥男北砻嫔稀５诙雽?dǎo)體層摻雜有與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的摻雜物。
【專利說明】包括空穴注入層的半導(dǎo)體發(fā)光器件
[0001]本申請(qǐng)要求于2013年8月28日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)N0.10-2013-0102667的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的公開全文以引用方式并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件和/或制造該半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，更具體地說，涉及這樣一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，通過利用空穴注入層增加有源層中的空穴注入來提高該半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率，和/或制造該半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。

【背景技術(shù)】
[0003]半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED)，例如利用II1-V族化合物半導(dǎo)體(諸如氮化鎵(GaN))的LED，由于與白熾燈或熒光燈相比，其將電能轉(zhuǎn)換為光的效率優(yōu)秀，因此其已經(jīng)在包括照明工程和顯示裝置的各種領(lǐng)域受到許多關(guān)注。在照明工程領(lǐng)域中，可使用白光發(fā)光器件。目前，可通過將磷光粉與藍(lán)光發(fā)光器件結(jié)合來形成白光。
[0004]在這種白光發(fā)光器件中，發(fā)光效率可能是用于評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)換的光能相對(duì)于供應(yīng)的電能的重要因素。通常，隨著藍(lán)光發(fā)光器件中的電流增大，發(fā)光效率會(huì)明顯變差。這種現(xiàn)象被稱作效率下降。目前正在進(jìn)行各種研究以解決效率下降的問題。
[0005]會(huì)由于各種原因而發(fā)生藍(lán)光發(fā)光器件的效率下降。例如，效率下降的已知原因包括由于GaN與襯底之間的晶格失配導(dǎo)致的高缺陷密度、相對(duì)低的空穴遷移率以及電子的溢出。特別是，在包括多個(gè)量子阱(例如，5至10個(gè))的多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)中，由于空穴的低遷移率而會(huì)導(dǎo)致光主要僅在靠近P-GaN的量子阱處出射。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)示例實(shí)施例，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件包括第一半導(dǎo)體層、第一半導(dǎo)體層上的凹坑擴(kuò)大層、凹坑擴(kuò)大層上的有源層、空穴注入層以及空穴注入層上的第二半導(dǎo)體層。第一半導(dǎo)體層摻雜有第一導(dǎo)電類型的摻雜物并在其中包括位錯(cuò)。凹坑擴(kuò)大層的上表面和有源層的側(cè)表面在位錯(cuò)上限定了具有斜表面的凹坑。凹坑為倒棱錐形空間?？昭ㄗ⑷雽游挥谟性磳拥捻敱砻婧桶伎拥男北砻嫔?。第二半導(dǎo)體層摻雜有與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的慘雜物。
[0007]在示例實(shí)施例中，有源層可具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括以交替方式堆疊在彼此上的多個(gè)勢(shì)壘層和多個(gè)量子阱層。
[0008]在示例實(shí)施例中，空穴注入層可沿著凹坑的斜表面與有源層的全部所述多個(gè)量子阱層接觸。
[0009]在示例實(shí)施例中，空穴注入層的一部分可與凹坑擴(kuò)大層接觸。
[0010]在示例實(shí)施例中，空穴注入層可位于有源層的頂表面和凹坑的斜表面上?？昭ㄗ⑷雽拥暮穸瓤蓪?shí)質(zhì)上恒定。
[0011]在示例實(shí)施例中，空穴注入層的厚度可為約3nm至約5nm。
[0012]在示例實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層可包括GaN，并且空穴注入層可包括摻雜有第二導(dǎo)電類型的摻雜物的InGaN。
[0013]在示例實(shí)施例中，空穴注入層在有源層的頂表面上的部分的摻雜濃度可為約102°/cm3,并且空穴注入層在凹坑的斜表面上的部分的摻雜濃度可為約7?8X 1019/cm3。
[0014]在示例實(shí)施例中，第二半導(dǎo)體層可包括平坦的頂表面，并且第二半導(dǎo)體層的下部可部分地突出到凹坑中。
[0015]在示例實(shí)施例中，半導(dǎo)體發(fā)光器件還可包括位于有源層與空穴注入層之間的電子阻擋層。
[0016]在示例實(shí)施例中，電子阻擋層和空穴注入層可位于有源層的頂表面和凹坑的斜表面上。電子阻擋層和空穴注入層可分別具有實(shí)質(zhì)上恒定的厚度。
[0017]在示例實(shí)施例中，電子阻擋層包括摻雜有第二導(dǎo)電類型的摻雜物的AlGaN，并且空穴注入層包括摻雜有第二導(dǎo)電類型的摻雜物的InGaN。
[0018]在示例實(shí)施例中，半導(dǎo)體發(fā)光器件可包括電子阻擋層?？昭ㄗ⑷雽涌砂ǖ谝豢昭ㄗ⑷雽雍偷诙昭ㄗ⑷雽?。電子阻擋層可位于第一空穴注入層與第二空穴注入層之間。
[0019]在示例實(shí)施例中，電子阻擋層、第一空穴注入層和第二空穴注入層可位于有源層的頂表面和凹坑的斜表面上。電子阻擋層、第一空穴注入層和第二空穴注入層可具有實(shí)質(zhì)上恒定的厚度。
[0020]根據(jù)示例實(shí)施例，一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法包括以下步驟:生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)凹坑擴(kuò)大層；在凹坑擴(kuò)大層上生長(zhǎng)有源層；生長(zhǎng)空穴注入層；以及在空穴注入層上生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層。第一半導(dǎo)體層摻雜有第一導(dǎo)電類型的摻雜物并包括位錯(cuò)。凹坑擴(kuò)大層的上表面和有源層的側(cè)表面在位錯(cuò)上限定了具有斜表面的凹坑?？昭ㄗ⑷雽游挥谟性磳拥捻敱砻婧桶伎拥男北砻嫔稀５诙雽?dǎo)體層摻雜有與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的摻雜物。
[0021]在示例實(shí)施例中，生長(zhǎng)有源層的步驟可包括形成多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括以交替方式堆疊在彼此上的多個(gè)勢(shì)壘層和多個(gè)量子阱層。生長(zhǎng)空穴注入層的步驟可包括形成空穴注入層以使得空穴注入層沿著凹坑的斜表面與有源層的全部所述多個(gè)量子阱層接觸。生長(zhǎng)空穴注入層的步驟可包括形成空穴注入層以使得空穴注入層的一部分與凹坑擴(kuò)大層接觸。
[0022]在示例實(shí)施例中，生長(zhǎng)空穴注入層的步驟可包括在有源層的頂表面和凹坑的斜表面上形成空穴注入層以使其具有實(shí)質(zhì)上恒定的厚度。
[0023]在示例實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層可包括GaN，并且空穴注入層可包括摻雜有第二導(dǎo)電類型的摻雜物的InGaN。
[0024]在示例實(shí)施例中，該方法還可包括步驟:在有源層與空穴注入層之間形成電子阻擋層。電子阻擋層可包括摻雜有第二導(dǎo)電類型的摻雜物的AlGaN?？昭ㄗ⑷雽涌砂〒诫s有第二導(dǎo)電類型的摻雜物的InGaN。
[0025]在示例實(shí)施例中，該方法還可包括步驟:在空穴注入層上形成電子阻擋層；以及在電子阻擋層上形成額外的空穴注入層。
[0026]根據(jù)示例實(shí)施例，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件包括第一氮化物半導(dǎo)體層、第一氮化物半導(dǎo)體層上的凹坑擴(kuò)大層、凹坑擴(kuò)大層上的有源層、有源層上的第二氮化物半導(dǎo)體層以及空穴注入層。第一半導(dǎo)體層摻雜有第一導(dǎo)電類型的摻雜物并在其中包括位錯(cuò)。凹坑擴(kuò)大層的上表面和有源層的側(cè)表面在位錯(cuò)上限定了具有斜表面的凹坑。第二氮化物半導(dǎo)體層摻雜有與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的摻雜物。第二氮化物半導(dǎo)體層的底表面限定了平坦部分和棱錐形部分。棱錐形部分中的每一個(gè)的頂點(diǎn)為最低表面?？昭ㄗ⑷雽友刂诙雽?dǎo)體層的平坦部分和棱錐形部分在第二氮化物半導(dǎo)體層與有源層之間延伸。
[0027]在示例實(shí)施例中，有源層可為多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括以交替方式堆疊在彼此上的多個(gè)勢(shì)壘層和多個(gè)量子阱層?？昭ㄗ⑷雽涌裳刂伎拥男北砻媾c全部所述多個(gè)量子阱層直接接觸。
[0028]在示例實(shí)施例中，有源層可為多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括以交替方式堆疊在彼此上的多個(gè)勢(shì)壘層和多個(gè)量子阱層。凹坑擴(kuò)大層可包括以交替方式堆疊在彼此上的多個(gè)第三氮化物半導(dǎo)體層和第四氮化物半導(dǎo)體層。所述多個(gè)量子阱層可與第三氮化物半導(dǎo)體層和第四氮化物半導(dǎo)體層中的一個(gè)包括相同的元素。所述多個(gè)量子阱層的化學(xué)計(jì)算法可與第三氮化物半導(dǎo)體層和第四氮化物半導(dǎo)體層中的一個(gè)的化學(xué)計(jì)算法不同。
[0029]在示例實(shí)施例中，第一氮化物半導(dǎo)體層和第二氮化物半導(dǎo)體層可包括GaN，空穴注入層可包括摻雜有第二導(dǎo)電類型的摻雜物的InGaN，并且空穴注入層的厚度可實(shí)質(zhì)上恒定。
[0030]在示例實(shí)施例中，空穴注入層可為第一空穴注入層，并且半導(dǎo)體發(fā)光器件還可包括位于第一空穴注入層和第二氮化物半導(dǎo)體層之間的電子阻擋層和第二空穴注入層中的至少一個(gè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]從以下結(jié)合附圖對(duì)非限制性實(shí)施例的描述中，這些和/或其它方面將變得清楚和更容易理解，圖中相同的附圖標(biāo)記在不同的附圖中始終指代相同的部件。附圖不一定按照比例繪制，而是重點(diǎn)在于示出本發(fā)明構(gòu)思的原理。在附圖中:
[0032]圖1是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖視圖；
[0033]圖2是示出圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件的操作機(jī)制的示意性剖視圖；
[0034]圖3是示出圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件的操作機(jī)制的示意性能帶圖；
[0035]圖4是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖視圖；
[0036]圖5是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖視圖；
[0037]圖6是示出根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的性能與根據(jù)對(duì)比實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的性能的比較的表；
[0038]圖7A至圖7G是示出制造圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的示意性剖視圖；
[0039]圖8是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖視圖；以及
[0040]圖9是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]現(xiàn)在，將參照其中示出了一些示例實(shí)施例的附圖更加全面地描述示例實(shí)施例。然而，示例實(shí)施例可按照許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)構(gòu)造為限于本文闡述的實(shí)施例；相反，提供這些示例實(shí)施例以使得本公開將是徹底和完整的，并且將把示例實(shí)施例的范圍傳遞給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，可夸大層和區(qū)的厚度。附圖中的相同附圖標(biāo)記指代相同元件，因此可省略對(duì)它們的描述。
[0042]應(yīng)該理解，當(dāng)元件被稱作“連接至”或“耦接至”另一元件時(shí)，該元件可直接連接至或耦接至所述另一元件，或者可存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱作“直接連接至”或“直接耦接至”另一元件時(shí)，不存在中間元件。如本文所用，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)之一或多個(gè)的任何和所有組合。應(yīng)該按照相同的方式解釋其它用于描述元件或?qū)又g的關(guān)系的詞語(例如，“在……之間”與“直接在……之間”、“鄰近”與“直接鄰近”、“在……上”與“直接在……上”)。
[0043]應(yīng)該理解，雖然本文中可使用術(shù)語“第一”、“第二”等來描述多個(gè)元件、組件、區(qū)、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)該被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)元件、組件、區(qū)、層或部分與另一元件、組件、區(qū)、層或部分區(qū)分開。因此，下面討論的第一元件、第一組件、第一區(qū)、第一層或第一部分可被稱作第二元件、第二組件、第二區(qū)、第二層或第二部分，而不脫離示例實(shí)施例的教導(dǎo)。
[0044]為了方便描述，本文中可使用諸如“在……下方”、“在……之下”、“下”、“在……之上”、“上”等的空間相對(duì)術(shù)語，以描述附圖中所示的一個(gè)元件或特征與另外的一個(gè)(或多個(gè))元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解，空間相對(duì)術(shù)語旨在涵蓋使用或操作中的裝置的除圖中所示的取向之外的不同取向。例如，如果圖中的裝置顛倒，則被描述為“在其它元件之下”或“在其它元件下方”的元件將因此被取向?yàn)椤霸谄渌蛱卣髦稀?。因此，示例性術(shù)語“在……之下”可涵蓋在……之上和在……之下這兩個(gè)取向。裝置可按照其它方式取向(旋轉(zhuǎn)90度或位于其它取向)，并且本文所用的空間相對(duì)描述語將相應(yīng)地解釋。
[0045]本文所用的術(shù)語僅是為了描述特定實(shí)施例，而不旨在限制示例實(shí)施例。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(gè)”、“一”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解，術(shù)語“包括”、“包括……的”、“包含”和/或“包含……的”當(dāng)用于本說明書中時(shí)，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(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。當(dāng)諸如“……中的至少一個(gè)”的表達(dá)出現(xiàn)于元件的列表之后時(shí)，修飾的是元件的整個(gè)列表而不是修飾列表中的單獨(dú)的元件。
[0046]本文參照作為示例實(shí)施例的理想實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的剖視圖來描述示例實(shí)施例。這樣，作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果，可以預(yù)見附圖中的形狀的變化。因此，示例實(shí)施例不應(yīng)被構(gòu)造為限于本文示出的區(qū)的具體形狀，而是包括例如由制造工藝導(dǎo)致的形狀的偏差。因此，圖中示出的區(qū)實(shí)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(shí)際形狀，并且不旨在限制示例實(shí)施例的范圍。
[0047]除非另外限定，否則本文中使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與示例實(shí)施例所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。還應(yīng)該理解，除非本文中明確這樣定義，否則諸如在通用詞典中定義的那些的術(shù)語應(yīng)該被解釋為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)技術(shù)的上下文中的含義一致的含義，而不應(yīng)該理想化地或過于正式地解釋它們。
[0048]雖然未示出一(或一些)剖視圖的對(duì)應(yīng)的平面圖和/或透視圖，但是本文示出的器件結(jié)構(gòu)的一個(gè)(或多個(gè))剖視圖針對(duì)沿著平面圖中將示出的兩個(gè)不同方向和/或沿著透視圖中將示出的三個(gè)不同方向延伸的多個(gè)器件結(jié)構(gòu)提供了支持。所述兩個(gè)不同方向可以或可以不彼此正交。所述三個(gè)不同方向可包括可以與所述兩個(gè)不同方向正交的第三方向。所述多個(gè)器件結(jié)構(gòu)可在相同電子裝置中集成。例如，當(dāng)在剖視圖中示出一個(gè)器件結(jié)構(gòu)時(shí)，電子裝置可包括多個(gè)所述器件結(jié)構(gòu)，如將通過電子裝置的平面圖示出的那樣。所述多個(gè)器件結(jié)構(gòu)可按照陣列和/或按照二維圖案排列。
[0049]圖1是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10的示意性剖視圖。參照?qǐng)D1，半導(dǎo)體發(fā)光器件10可包括襯底11、設(shè)置在襯底11上的緩沖層12、設(shè)置在緩沖層12上的第一半導(dǎo)體層13、設(shè)置在第一半導(dǎo)體層13上的凹坑擴(kuò)大層14、設(shè)置在凹坑擴(kuò)大層14上的有源層15、設(shè)置在有源層15上的空穴注入層16以及設(shè)置在空穴注入層16上的第二半導(dǎo)體層17。
[0050]可基于作為II1-V族化合物半導(dǎo)體的GaN來形成半導(dǎo)體發(fā)光器件10。在這種情況下，襯底11可由具有例如六方晶型結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石(Al2O3)或碳化硅(SiC)形成。緩沖層12是這樣的層，其用于減小襯底11的晶格常數(shù)與形成在襯底11上的GaN基的半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)之間的差，從而降低形成在襯底11上的半導(dǎo)體層的缺陷密度和應(yīng)力。例如，緩沖層12可由AlN或AlInGaN形成。通常，襯底11的晶格常數(shù)與緩沖層12的晶格常數(shù)不同，因此當(dāng)緩沖層12在襯底11上生長(zhǎng)時(shí)形成位錯(cuò)20。雖然為了便于解釋，圖1僅示出了一個(gè)位錯(cuò)20，但是在現(xiàn)實(shí)中可能形成多個(gè)位錯(cuò)20。
[0051]設(shè)置在緩沖層12上的第一半導(dǎo)體層13可由摻雜有η型雜質(zhì)的η-GaN形成。η型雜質(zhì)可為Si，但不限于此。第一半導(dǎo)體層13可用作用于向下文描述的有源層15提供電子并限制有源層15內(nèi)的電子和空穴的包覆層。在第一半導(dǎo)體層13在緩沖層12上生長(zhǎng)的同時(shí)，在緩沖層12中形成的位錯(cuò)20可能延伸至第一半導(dǎo)體層13。
[0052]位錯(cuò)20會(huì)使形成在第一半導(dǎo)體層13上的有源層15的缺陷密度和應(yīng)力增大，因此半導(dǎo)體發(fā)光器件10的反向漏電流也會(huì)增大。通過人為地形成凹坑30(無晶體的空的空間)，凹坑擴(kuò)大層14自然地緩解了有源層15的應(yīng)力，從而減小和/或抑制了反向漏電流。雖然為了便于解釋，圖1僅將凹坑擴(kuò)大層14示為單層，但是可通過以交替方式生長(zhǎng)多個(gè)InGaN層和多個(gè)GaN層來形成凹坑擴(kuò)大層14。例如,可通過堆疊約20對(duì)InxGa1J^層(χ < I)和GaN層來形成凹坑擴(kuò)大層14。例如,可通過堆疊約20對(duì)Inatl3Gaa97N層和GaN層來形成凹坑擴(kuò)大層14。然而，InxGa1J層(χ < I)和GaN層的對(duì)數(shù)不限于20，并且χ的值可不同于(例如，小于或大于)0.03。
[0053]隨著凹坑擴(kuò)大層14生長(zhǎng)，位錯(cuò)20會(huì)轉(zhuǎn)換為凹坑30，凹坑30以相對(duì)于作為生長(zhǎng)方向的方向(0001)約62度的方式向上開口。如圖1所示，由于凹坑30的垂直截面具有類似V的形狀，因此通常將凹坑30稱作V凹坑。凹坑30的實(shí)際形狀可為具有六邊形水平截面的倒棱錐形。雖然為了便于解釋，圖1僅示出了一個(gè)凹坑30，但是在凹坑擴(kuò)大層14中可形成多個(gè)凹坑30，如位錯(cuò)20那樣。
[0054]有源層15可設(shè)置在凹坑擴(kuò)大層14上。有源層15通過將電子和空穴結(jié)合而發(fā)射光。例如，有源層15可具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，其包括由InyGai_yN(y < I)形成的多個(gè)量子講層和由GaN形成的多個(gè)勢(shì)魚層。例如，可通過堆疊約5對(duì)Inai5Gaa85N層和GaN層來形成有源層15。然而，y可不同于0.15。InyGai_yN量子阱層中的y的值可大于凹坑擴(kuò)大層14的InxGa1J層中的χ的值。另外，量子阱和勢(shì)壘層的對(duì)數(shù)可選擇地小于5或大于5。如圖1所示，在凹坑擴(kuò)大層14處形成的凹坑30可延伸至有源層15。
[0055]空穴注入層16可設(shè)置在有源層15上并且可容易地向有源層15中的所有量子阱層提供遷移率比電子低的空穴。這樣，空穴注入層16可形成在有源層15的頂表面上?？昭ㄗ⑷雽?6的厚度可整體恒定(和/或?qū)嵸|(zhì)上恒定，諸如具有變化小于約Inm或2nm的厚度)。如圖1所示，空穴注入層16可在有源層15的頂表面和凹坑30的斜表面上形成為具有恒定厚度(和/或?qū)嵸|(zhì)上恒定的厚度，諸如具有變化小于約Inm或2nm的厚度)。由于凹坑30始于凹坑擴(kuò)大層14，因此空穴注入層16的一部分也會(huì)與凹坑擴(kuò)大層14接觸。由于空穴注入層16形成在凹坑30的斜表面上，因此空穴注入層16會(huì)與有源層15中的所有量子阱層接觸。例如，空穴注入層16可由摻雜有P型雜質(zhì)的ρ-1nGaN形成?？昭ㄗ⑷雽?6的厚度可為約3nm至約5nm,但不限于此。
[0056]可用作包覆層的第二半導(dǎo)體層17可形成在空穴注入層16上。第二半導(dǎo)體層17可由摻雜有P型雜質(zhì)(例如Mg、Zn、Ca、Na、K)的ρ-GaN形成。如圖1所示，第二半導(dǎo)體層17具有平坦的頂表面，并且第二半導(dǎo)體層17的下部17a可向下延伸至凹坑30中。換句話說，有源層15內(nèi)的通過凹坑30形成的空的空間可由第二半導(dǎo)體層17的部分17a填充。各個(gè)下部17a可具有以頂點(diǎn)為最低表面的棱錐形。
[0057]由于空穴注入層16可為密集地?fù)诫s的，并且可形成在凹坑30的斜表面上，因此可容易地將空穴注入到有源層15的所有量子阱層中。如果第二半導(dǎo)體層17直接形成在有源層15上而沒有空穴注入層16，則用于填充凹坑30的第二半導(dǎo)體層17的部分17a的摻雜濃度可能不夠密集，因此無法容易地將空穴注入有源層15中。
[0058]通常，構(gòu)成第二半導(dǎo)體層17的p-GaN的生長(zhǎng)方向(0001)與凹坑30的斜表面的方向(101_1)大不相同。同時(shí)，P型摻雜物(例如，Mg、Zn、Ca、Na、K等)與GaN之間的摻入率(incorporat1n efficiency)取決于晶體表面的形狀。因此,設(shè)置在凹坑30中的第二半導(dǎo)體層17的部分17a的摻雜濃度因?yàn)榈诙雽?dǎo)體層17的生長(zhǎng)方向與凹坑30的斜表面的方向不同而減小。換句話說，第二半導(dǎo)體層17的用于填充凹坑30的部分17a的摻雜濃度低于第二半導(dǎo)體層17的形成在有源層15上方的上部分的摻雜濃度。例如，第二半導(dǎo)體層17的形成在有源層15上方的上部分的摻雜濃度可為約102°/cm3，而第二半導(dǎo)體層17的用于填充凹坑30的部分17a的摻雜濃度可小于1019/cm3。因此，如果未形成空穴注入層16，則第二半導(dǎo)體層17的具有相對(duì)低的摻雜濃度的部分17a與有源層15接觸，因此無法將空穴充分地注入到有源層15中。
[0059]相反，由于用于形成空穴注入層16的InGaN具有比GaN的激活能更低的激活能以及具有與P型摻雜物的高摻入率，因此可在凹坑30中實(shí)現(xiàn)高摻雜濃度。此外，由于與P-GaN不同，構(gòu)成空穴注入層16的ρ-1nGaN可在氮?dú)夥罩猩L(zhǎng)，因此可進(jìn)一步提高與P型摻雜物的摻入率。因此，空穴注入層16的在有源層15上方的部分的摻雜濃度和空穴注入層16的在凹坑30中的部分的摻雜濃度不會(huì)明顯不同。例如，空穴注入層16的在有源層15上方的那部分的摻雜濃度可為約102°/cm3，而空穴注入層16的在凹坑30中的那部分的摻雜濃度可為約7?8X1019/cm3。因此，空穴注入層16可在凹坑30中保持高摻雜濃度，因此可容易地將空穴注入到有源層15中。
[0060]例如，參照?qǐng)D2，空穴注入層16不僅可以將空穴從有源層15的頂表面注入到有源層15中，而且還可以沿著凹坑30的斜表面將空穴直接注入到有源層15中的所有量子阱層15b。因此，盡管空穴的遷移率低，但空穴也可有效地注入到甚至最下面的量子阱層15b (距離第二半導(dǎo)體層17最遠(yuǎn)的一層)。雖然圖2示出了有源層15具有包括四個(gè)勢(shì)壘層15a和三個(gè)量子阱層15b的MQW結(jié)構(gòu)，但這僅是示例，并且以交替方式堆疊的勢(shì)壘層15a和量子阱層15b的數(shù)量可改變。勢(shì)壘層15a和量子阱層15b的數(shù)量可由于情況需要而改變。
[0061]此外，參照?qǐng)D3所示的能帶圖，將具有低能級(jí)的量子阱層15b(例如，InGaN)和具有高能級(jí)的勢(shì)壘層15a(例如，GaN)重復(fù)地設(shè)置，并且具有最高能級(jí)的第二半導(dǎo)體層17設(shè)置在最外側(cè)位置。此外，空穴注入層16 (例如，p-1nGaN)設(shè)置在勢(shì)壘層15a與第二半導(dǎo)體層17之間。如圖3所示，空穴注入層16的能級(jí)在勢(shì)壘層15a的能級(jí)與量子阱層15b的能級(jí)之間。因此，通過第二半導(dǎo)體層17產(chǎn)生的空穴可隧穿具有高摻雜濃度的空穴注入層16并可注入至量子阱層15b。結(jié)果，可提高半導(dǎo)體發(fā)光器件10的發(fā)光效率和光輸出功率。
[0062]圖4是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖視圖。參照?qǐng)D4，根據(jù)示例實(shí)施例，半導(dǎo)體發(fā)光器件還可包括位于有源層15與空穴注入層16之間的電子阻擋層18。例如，電子阻擋層18可由p-AlGaN形成。如圖4所示，電子阻擋層18可在有源層15的頂表面和凹坑30的斜表面上形成為具有恒定厚度(和/或?qū)嵸|(zhì)上恒定的厚度，諸如具有變化小于或等于約Inm或2nm的厚度)。例如，電子阻擋層18的厚度可為約1nm至約20nm,但不限于此。空穴注入層16可在電子阻擋層18的頂表面上形成為具有恒定厚度(和/或?qū)嵸|(zhì)上恒定的厚度)。電子阻擋層18限制和/或防止電子運(yùn)動(dòng)到有源層15以外進(jìn)入到第二半導(dǎo)體層17中，因此提高了有源層15中的電子和空穴的結(jié)合效率。
[0063]此外，圖5是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖視圖。參照?qǐng)D5，根據(jù)示例實(shí)施例，半導(dǎo)體發(fā)光器件可包括兩個(gè)空穴注入層16a和16b以及設(shè)置在它們之間的電子阻擋層18。換句話說，第一空穴注入層16a可在有源層15的頂表面和凹坑30的斜表面上形成為具有恒定厚度(和/或?qū)嵸|(zhì)上恒定的厚度，諸如具有變化小于或等于約Inm或2nm的厚度)，電子阻擋層18可在第一空穴注入層16a上形成為具有恒定厚度(和/或?qū)嵸|(zhì)上恒定的厚度，諸如具有變化小于或等于約Inm或2nm的厚度)，并且第二空穴注入層16b可在電子阻擋層18上形成為具有恒定厚度(和/或?qū)嵸|(zhì)上恒定的厚度，諸如具有變化小于或等于約Inm或2nm的厚度)。通過在電子阻擋層18上進(jìn)一步布置第二空穴注入層16b，可進(jìn)一步提聞?dòng)性磳?5的空穴注入效率。
[0064]圖6是示出根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的性能與根據(jù)對(duì)比實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的性能的比較的表。在圖6中，根據(jù)對(duì)比實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件是其中第二半導(dǎo)體層17直接設(shè)置在有源層15上的半導(dǎo)體發(fā)光器件，而根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件是包括單個(gè)電子阻擋層18和單個(gè)空穴注入層16的圖4所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件。此外，在圖6中，IR指在將反向電壓施加至半導(dǎo)體發(fā)光器件的情況下的漏電流，IF指在將正向電壓施加至半導(dǎo)體發(fā)光器件的情況下的漏電流，VR指在將反向電壓施加至半導(dǎo)體發(fā)光器件的情況下在半導(dǎo)體發(fā)光器件兩端之間的電壓，VFl指在將正向電壓施加至半導(dǎo)體發(fā)光器件的情況下在半導(dǎo)體發(fā)光器件兩端之間的電壓，并且VF2指驅(qū)動(dòng)電壓。這里，有利的是，IR、IF和VF2低，而VR和VF高。參照?qǐng)D6，關(guān)于IR、IF和VFl，對(duì)比實(shí)施例與根據(jù)示例實(shí)施例的發(fā)光器件之間無明顯差別。然而，與對(duì)比實(shí)施例的發(fā)光器件相比，根據(jù)示例實(shí)施例的發(fā)光器件的VR明顯提高，并且根據(jù)示例實(shí)施例的發(fā)光器件中的驅(qū)動(dòng)電壓稍低于對(duì)比實(shí)施例的發(fā)光器件中的驅(qū)動(dòng)電壓。具體地說，根據(jù)示例實(shí)施例的發(fā)光器件的光輸出功率可比對(duì)比實(shí)施例的發(fā)光器件的光輸出功率高約7.7%。
[0065]圖7A至圖7G是示出制造圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件10的方法的示意性剖視圖。下文中，將參照?qǐng)D7A至圖7G來描述制造半導(dǎo)體發(fā)光器件10的方法。
[0066]首先，參照?qǐng)D7A，在襯底11上生長(zhǎng)緩沖層12。襯底11可由例如具有六方晶型結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石(Al2O3)或碳化硅(SiC)形成?？蛇x擇地，襯底11可由GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP等形成。緩沖層12可由AlN或AlInGaN形成，并具有約1nm至約10 μ m的厚度。如圖7A所示，由于襯底11的晶格常數(shù)與緩沖層12的晶格常數(shù)之間的差別，因此在緩沖層12的生長(zhǎng)過程中形成位錯(cuò)20。位錯(cuò)20可延伸至緩沖層12的頂表面。
[0067]接著，參照?qǐng)D7B，在緩沖層12上生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層13。第一半導(dǎo)體層13可由n-GaN形成，并且可利用包括氫化物氣相外延(HVPE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)等方法中的任何方法生長(zhǎng)為具有約1nm至約1ym的厚度。如圖7B所示，形成在緩沖層12中的位錯(cuò)20可延伸至第一半導(dǎo)體層13。
[0068]接著，參照?qǐng)D7C，為了緩解由于位錯(cuò)20導(dǎo)致的應(yīng)力，可在第一半導(dǎo)體層13上生長(zhǎng)凹坑擴(kuò)大層14?？赏ㄟ^以交替方式堆疊約20對(duì)InxGa1J^層(x < I)和GaN層來形成凹坑擴(kuò)大層14。例如,可通過以交替方式堆疊約20對(duì)Inatl3Gaa97N層和GaN層來形成凹坑擴(kuò)大層14。然而，InxGahN層(x < I)和GaN層的對(duì)數(shù)不限于20，并且x的值可不同于(例如，小于或大于)0.03。如圖7C所示，位錯(cuò)20變成凹坑30，凹坑30以相對(duì)于作為凹坑擴(kuò)大層14的生長(zhǎng)方向的方向(0001)約62度的方式向上開口。隨著凹坑擴(kuò)大層14生長(zhǎng)，凹坑30的大小增大。凹坑擴(kuò)大層14的整體厚度可為約1nm至約lOOOnm。
[0069]接著，參照?qǐng)D7D，在凹坑擴(kuò)大層14上生長(zhǎng)有源層15。有源層15可具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)勢(shì)壘層15a和多個(gè)量子阱層15b以交替方式布置。例如，量子阱層15b可由InyGahyN(y < I)形成,而勢(shì)魚層15a可由GaN形成。例如，量子講層15b可由Inai5Gaa85N形成,而勢(shì)魚層15a可由GaN形成。然而,y可不同于0.15。InyGa^N量子講層中的I的值可大于凹坑擴(kuò)大層14的InxGahN層中的x的值。雖然圖7D示出了三個(gè)量子阱層15b和四個(gè)勢(shì)壘層15a，但是可進(jìn)一步堆疊量子阱層15b和勢(shì)壘層15a。有源層15的厚度可根據(jù)光發(fā)射波長(zhǎng)以及量子阱層15b和勢(shì)壘層15a的對(duì)數(shù)而改變。如圖7D所示，形成在凹坑擴(kuò)大層14的凹坑30可延伸至有源層15，并且凹坑30在有源層15處變得更大。圖7D示出了凹坑30的截面具有簡(jiǎn)單的類似V的形狀。然而，參照?qǐng)D7E，凹坑30的實(shí)際形狀可為具有六邊形水平截面的倒棱錐形。
[0070]參照?qǐng)D7F，空穴注入層16在有源層15上生長(zhǎng)為具有恒定厚度(和/或?qū)嵸|(zhì)上恒定的厚度，諸如具有變化小于或等于約Inm或2nm的厚度)?？昭ㄗ⑷雽?6可由例如p-1nGaN形成。如圖7F所示，空穴注入層16可在有源層15的頂表面和凹坑30的斜表面上形成為具有恒定厚度。結(jié)果，空穴注入層16的一部分沿著凹坑30的斜表面與凹坑擴(kuò)大層14接觸，并且可與有源層15中的所有量子阱層15b接觸。空穴注入層16可在氮?dú)夥罩性诩s100托的壓強(qiáng)和約930°C的溫度下生長(zhǎng)為具有約3nm至約5nm的厚度。
[0071]最后，參照?qǐng)D7G，在空穴注入層16上生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層17。第二半導(dǎo)體層17可由例如P-GaN形成，并且可利用諸如HVPE、MOCVD或MBE的方法在氫氣氛或含氫的氣氛中生長(zhǎng)為具有約1nm至約100nm的厚度。如圖7G所示，第二半導(dǎo)體層17具有平坦的頂表面，第二半導(dǎo)體層17的部分17a填充凹坑30。
[0072]圖8是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖視圖。
[0073]參照?qǐng)D8，根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件可與先前參照?qǐng)D1描述的半導(dǎo)體發(fā)光器件10相同。然而，如圖8所示，根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件可包括多個(gè)空穴注入層16a至16c而非圖1所不的僅一個(gè)空穴注入層16。例如，空穴注入層16a至16c可各自由摻雜有P型雜質(zhì)的ρ-1nGaN形成?？昭ㄗ⑷雽?6a至16c的In濃度和/或p型雜質(zhì)的濃度可不同。
[0074]圖9是根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖視圖。
[0075]參照?qǐng)D9，根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件可與先前參照?qǐng)D1描述的半導(dǎo)體發(fā)光器件10相同。然而，半導(dǎo)體發(fā)光器件還可包括第一半導(dǎo)體層13的上表面上的第一電極40和第二半導(dǎo)體層17的上表面上的第二電極50。
[0076]應(yīng)該理解，本文描述的示例實(shí)施例應(yīng)該僅被認(rèn)為是描述性的，而不是為了限制。對(duì)根據(jù)示例實(shí)施例的各個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件和/或其制造方法中的特征或方面的描述應(yīng)該通常被認(rèn)為可用于根據(jù)示例實(shí)施例的其它半導(dǎo)體發(fā)光器件和/或其制造方法中的其它相似特征或方面。
[0077]雖然已經(jīng)特別示出并描述了一些示例實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離權(quán)利要求的精神和范圍的情況下，可在其中作出形式和細(xì)節(jié)上的改變。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括: 第一半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層摻雜有第一導(dǎo)電類型的摻雜物并在其中包括位錯(cuò)； 所述第一半導(dǎo)體層上的凹坑擴(kuò)大層； 所述凹坑擴(kuò)大層上的有源層，所述凹坑擴(kuò)大層的上表面和所述有源層的側(cè)表面在所述位錯(cuò)上限定了具有斜表面的凹坑，所述凹坑為倒棱錐形空間； 空穴注入層，其位于所述有源層的頂表面和所述凹坑的所述斜表面上；以及所述空穴注入層上的第二半導(dǎo)體層，所述第二半導(dǎo)體層摻雜有與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的摻雜物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述有源層具有多量子阱結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括以交替方式堆疊在彼此上的多個(gè)勢(shì)壘層和多個(gè)量子阱層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述空穴注入層沿著所述凹坑的斜表面與所述有源層的全部所述多個(gè)量子阱層接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述空穴注入層的一部分與所述凹坑擴(kuò)大層接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中 所述空穴注入層位于所述有源層的頂表面和所述凹坑的斜表面上，并且 所述空穴注入層的厚度實(shí)質(zhì)上恒定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述空穴注入層的厚度為3=0至
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中 所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層包括&并且 所述空穴注入層包括摻雜有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物的1成抓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中 所述空穴注入層在所述有源層的頂表面上的部分的摻雜濃度為10270！113，并且 所述空穴注入層在所述凹坑的斜表面上的部分的摻雜濃度為7?8乂 1019八！113。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中 所述第二半導(dǎo)體層包括平坦的頂表面，并且 所述第二半導(dǎo)體層的下部部分地突出到所述凹坑中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括: 電子阻擋層，其位于所述有源層與所述空穴注入層之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中 所述電子阻擋層和所述空穴注入層位于所述有源層的頂表面和所述凹坑的斜表面上，并且 所述電子阻擋層和所述空穴注入層分別具有實(shí)質(zhì)上恒定的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中 所述電子阻擋層包括摻雜有第二導(dǎo)電類型的摻雜物的八16抓，并且 所述空穴注入層包括摻雜有第二導(dǎo)電類型的摻雜物的1成抓。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括: 電子阻擋層，其中 所述空穴注入層包括第一空穴注入層和第二空穴注入層，并且 所述電子阻擋層位于所述第一空穴注入層與所述第二空穴注入層之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中 所述電子阻擋層、所述第一空穴注入層和所述第二空穴注入層位于所述有源層的頂表面和所述凹坑的斜表面上，并且 所述電子阻擋層、所述第一空穴注入層和所述第二空穴注入層分別具有實(shí)質(zhì)上恒定的厚度。
15.一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法包括步驟: 生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層摻雜有第一導(dǎo)電類型的摻雜物，并且所述第一半導(dǎo)體層包括位錯(cuò)； 在所述第一半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)凹坑擴(kuò)大層； 在所述凹坑擴(kuò)大層上生長(zhǎng)有源層，所述凹坑擴(kuò)大層的上表面和所述有源層的側(cè)表面在所述位錯(cuò)上限定了具有斜表面的凹坑； 在所述有源層的頂表面和所述凹坑的所述斜表面上生長(zhǎng)空穴注入層；以及在所述空穴注入層上生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層，所述第二半導(dǎo)體層摻雜有與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的摻雜物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中， 所述生長(zhǎng)有源層的步驟包括形成多量子阱結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括以交替方式堆疊在彼此上的多個(gè)勢(shì)壘層和多個(gè)量子阱層， 所述生長(zhǎng)空穴注入層的步驟包括形成所述空穴注入層以使得所述空穴注入層沿著所述凹坑的斜表面與所述有源層的全部所述多個(gè)量子阱層接觸，以及 所述生長(zhǎng)空穴注入層的步驟包括形成所述空穴注入層以使得所述空穴注入層的一部分與所述凹坑擴(kuò)大層接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述生長(zhǎng)空穴注入層的步驟包括在所述有源層的頂表面和所述凹坑的斜表面上形成所述空穴注入層以使其具有實(shí)質(zhì)上恒定的厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中， 所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層包括&并且 所述空穴注入層包括摻雜有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物的1成抓。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括步驟: 在所述有源層與所述空穴注入層之間形成電子阻擋層，其中，所述電子阻擋層包括摻雜有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物的八16抓，并且 所述空穴注入層包括摻雜有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物的1成抓。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括步驟: 在所述空穴注入層上形成電子阻擋層；以及 在所述電子阻擋層上形成額外的空穴注入層。
【文檔編號(hào)】H01L33/14GK104425665SQ201410431583
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】金在均, 金柱成, 金峻淵, 樸永洙, 卓泳助 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社