制造纳米结构的半导体发光元件的方法
【技术领域】
[0001]本发明构思涉及一种用于制造纳米结构半导体发光装置的方法。
【背景技术】
[0002]诸如发光二极管(LED)的半导体发光装置作为包括发射光的材料的装置，可将在结半导体中通过电子和空穴的复合产生的能量转换为将要从其中发射的光。发光二极管广泛地用在照明装置和显示装置中并且用作光源，因此加速了其发展。
【发明内容】
[0003]技术问题
[0004]本发明构思的一方面提供了一种通过利用纳米结构所提供的优点来制造具有稳定发光效率的纳米结构半导体发光装置的方法。
[0005]技术方案
[0006]根据本发明构思的一方面，提供了一种制造纳米结构半导体发光装置的方法，包括以下步骤:在基层上形成具有多个开口的掩模；在所述基层的暴露的区域上生长第一导电类型的半导体层，使得所述多个开口被填充，从而形成多个纳米芯；部分地去除所述掩模，以暴露出所述多个纳米芯的侧表面；在部分地去除所述掩模之后对所述多个纳米芯进行热处理；在所述热处理之后，在所述多个纳米芯的表面上依次生长有源层和第二导电类型的半导体层，以形成多个发光纳米结构；以及对所述多个发光纳米结构的上部分进行平坦化，以暴露出所述多个纳米芯的上表面。
[0007]可在从600°C至1200°C的温度范围内执行所述热处理。
[0008]在所述热处理之前，所述多个纳米芯可具有实质上圆柱形的形状，并且在所述热处理之后，所述多个纳米芯可具有实质上六棱柱的形状。
[0009]形成所述多个纳米芯的步骤可包括:在所述第一导电类型的半导体层的生长过程中在使所述第一导电类型的半导体层的生长暂时中断之后执行热处理的晶体稳定化操作。
[0010]所述方法还可包括:在平坦化工艺之前，在所述多个发光纳米结构的表面上形成接触电极。这里，所述方法还可包括:在形成所述接触电极之后，形成绝缘层以填充所述多个发光纳米结构之间的空间。
[0011]所述方法还可包括:部分地去除所述接触电极以使得所述接触电极的高度低于所述多个发光纳米结构的上表面。
[0012]所述多个纳米芯的侧表面的晶面可垂直于所述基层的上表面。这里，所述多个发光纳米结构和所述基层可为氮化物单晶体，并且所述多个纳米芯的侧表面可为非极性面(m面)。
[0013]所述掩模可包括位于所述基层上的第一材料层和位于所述第一材料层上并且蚀刻率大于所述第一材料层的蚀刻率的第二材料层，并且部分地去除所述掩模的步骤包括:去除所述第二材料层以仅保留所述第一材料层。
[0014]所述多个开口可分类为属于两个或更多个组，两个或更多个组在所述多个开口的直径和所述多个开口之间的间隔中的至少一个方面彼此不同，各组中的开口可具有实质上相同的直径和间隔，位于不同组的开口中的发光纳米结构可发射具有不同波长的光，并且位于相同组的开口中的发光纳米结构可发射具有实质上相同波长的光。
[0015]从位于不同组的开口中的发光纳米结构发射的不同波长的光可被组合以形成白光。
[0016]根据本发明构思的一方面，还提供了一种制造纳米结构半导体发光装置的方法，该方法包括以下步骤:在基层上形成具有多个开口的掩模；在所述基层的暴露的区域上生长第一导电类型的半导体层，使得所述多个开口被填充，从而形成多个纳米芯；在所述多个纳米芯的表面上依次生长有源层和第二导电类型的半导体层，以形成多个发光纳米结构；在所述多个发光纳米结构的表面上形成接触电极；对所述多个发光纳米结构的上部分进行平坦化，以暴露出所述多个纳米芯的上表面；以及部分地去除所述接触电极，使得所述接触电极的高度低于所述多个发光纳米结构的上表面。
[0017]所述方法还可包括:在形成所述接触电极的步骤与平坦化的步骤之间，形成绝缘层以填充所述多个发光纳米结构之间的空间。
[0018]所述掩模可包括位于所述基层上的第一材料层和位于所述第一材料层上并且蚀刻率大于所述第一材料层的蚀刻率的第二材料层，并且所述方法还可包括:在形成所述多个发光纳米结构之前，去除所述第二材料层，以暴露出所述多个纳米芯的侧表面并且仅保留所述第一材料层。
[0019]有益效果
[0020]即使在使用3D纳米结构的情况下，也可在相同晶面上设置有源层，从而可获得优秀的发光特性。
[0021]另外，即使在由于在3D晶体结构的生长工艺中生长速度根据3D纳米结构的直径(或宽度)或分布而不同从而导致纳米结构的生长高度不同的情况下，可应用平坦化工艺，可形成具有均匀高度的纳米结构，从而向发光装置的制造提供优点。具体地说，这种工艺可有效地用于为了实现多种波长的光(例如，白光)而使纳米结构的截面面积(或直径)和/或纳米结构之间的间隔不同的情况。
[0022]从以下结合特定实施例的【具体实施方式】中，将更清楚地理解以上和其它方面、特征和其它优点。
【附图说明】
[0023]图1是根据本发明构思的实施例的纳米结构半导体发光装置的剖视图；
[0024]图2和图3是分别示出在本发明构思的实施例中采用的纳米芯的示例的示图；
[0025]图4至图8是示出根据本发明构思的实施例的制造纳米结构半导体发光装置的方法中的主要工艺的剖视图；
[0026]图9至图13是示出针对图8的所得产品的电极形成工艺中的主要工艺的剖视图；
[0027]图14至图22是示出根据本发明构思的另一实施例的制造纳米结构半导体发光装置的方法中的主要工艺的剖视图；
[0028]图23和图24是分别示出应用于图17和图18的热处理工艺的模拟图；
[0029]图25和图26是示出可在本发明构思的实施例中采用的掩模中形成的开口的形状的侧剖视图；
[0030]图27至图30是示出在利用图25所示的掩模获得纳米芯的过程中的顺序工艺的剖视图；
[0031]图31是通过对实验性示例中采用的掩模进行成像获得的扫描电子显微镜(SEM)照片；
[0032]图32中的(a)和(b)是通过对利用实验性示例中采用的掩模而生长的纳米芯的平面排列和横截面结构进行成像获得的SEM照片；
[0033]图33中的(a)和(b)是通过对实验性示例中的经热处理的纳米芯的平面排列和横截面结构进行成像获得的SEM照片；
[0034]图34至图40是示出根据本发明构思的实施例的制造纳米结构半导体发光装置的方法中的主要工艺的剖视图；
[0035]图41和图42是示出根据本发明构思的实施例的采用半导体发光装置的背光单元的示图；
[0036]图43是示出根据本发明构思的实施例的采用半导体发光装置的照明装置的示例的不图；以及
[0037]图44是示出根据本发明构思的实施例的采用半导体发光装置的照明灯的示例的示图。
【具体实施方式】
[0038]下文中，将参照附图详细描述各实施例。
[0039]然而，实施例可按照许多不同形式实现，并且不应理解为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明构思的范围全面传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，可夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终用于指代相同或相似的元件。
[0040]图1是根据本发明构思的实施例的纳米结构半导体发光装置的剖视图。
[0041]如图1所示，根据本实施例的纳米结构半导体发光装置10可包括由第一导电类型的半导体材料形成的基层12和形成在基层12上的多个发光纳米结构15。
[0042]基层12可形成在衬底11上，可提供用于发光纳米结构15的生长表面，并且可电连接至多个发光纳米结构15。
[0043]衬底11可为绝缘衬底、导电衬底或半导体衬底。例如，衬底11可由蓝宝石、SiC,S1、MgAl204、MgO、LiA102、LiGaO2S GaN 形成。
[0044]衬底11可具有其上形成有具有半球形(凸起)形状的不规则图案S的上表面。不规则图案S的形状可不限于半球形形状，而是可被不同地修改。例如，不规则图案S可具有呈三角形形状、四边形形状或梯形形状的截面。通过引入不规则图案S，光提取效率可提高，并且缺陷密度可降低。考虑到这种效果，可不同地选择诸如截面的形状、不规则图案S的大小和/或分布之类的因素。
[0045]基层12可为满足AlxInyGa1 x yN的氮化物半导体，其中O彡χ<1、0彡y<l并且O ^ x+y < I，并且具体地说，基层12可掺杂有诸如硅(Si)的η型杂质，以具有特定导电类型。例如，针对纳米芯15a的生长提供的基层12的厚度可等于或大于I ym。考虑到后续电极形成工艺等，基层12的厚度可在3 μπι至10 μπι的范围内。基层12可包括具有I X 118/cm3或更大的η型杂质浓度的GaN。在基层12形成之前，可额外形成缓冲层。在特定示例中，衬底11可为硅衬底，并且在这种情况下，AlyGaa y)N(其中O彡y彡I)可用作缓冲层的材料。例如，缓冲层可具有其中具有不同组成的两层或更多层重复堆叠多次的结构。缓冲层可具有其中铝(Al)的组成逐渐减小或增大的分级结构。
[0046]具有开口 H的绝缘层13可设置在基层12上，并且开口 H可提供为用于发光纳米结构15的生长。基层12可通过开口 H被部分地暴露，并且纳米芯15a可形成在基层12的暴露的区域上。绝缘层可用作用于纳米芯15a的生长的掩模。例如，绝缘层13可由诸如S12或SiNx的可用于半导体形成工艺中的绝缘材料形成。
[0047]发光纳米结构15可包括由第一导电类型的半导体形成的纳米芯15a和依次形成在纳米芯15a的表面上的有源层15b和第二导电类型的半导体层15c。
[0048]有源层15b可具有其中量子阱和量子势皇层交替地堆叠的多量子阱(MQW)结构。例如，在有源层15b由氮化物半导体形成的情况下，可使用GaN/InGaN结构，但是也可使用单量子阱(SQW)结构。第二导电类型的半导体层15c可为满足P型AlxInyGa1 x yN的晶体，其中O彡χ<1、0彡y<l并且O ( x+y < I。第二导电类型的半导体层15c在其与有源层15b相邻的部分中可包括电子阻挡层(未示出)。电子阻挡层(未示出)可具有其中具有不同组成的AlxInyGalx yN(其中，O彡x< 1、0彡y < I并且O彡x+y < I)的多个层堆叠的多层结构，或者可包括由AlyGau y)N构成的至少一层，其中O彡y< I。电子阻挡层(未示出)可具有比有源层15b的带隙更大的带隙，以防止电子流入第二导电类型(P型)的半导体层15c中。
[0049]如图1所示，纳米芯15a的上表面可设为发光纳米结构15的上表面(P)的一部分，并且根据需要，发光纳米结构15的上表面(P)可通过研磨工艺具有平坦表面(例如，c面)。
[0050]在该结构中，有源层15b可仅存在于纳米芯15a的侧表面上，并且可不存