发光设备的制造方法
【专利说明】发光设备
[0001]本申请要求于2014年4月25日提交的10-2014-0050041号韩国专利申请及于2014年8月19日提交的10-2014-0107556号韩国专利申请的优先权及权益，这些文献的内容以参考的方式整体并入文本中。
技术领域
[0002]本专利文献中公开的技术涉及一种η型氮化物半导体层，以及一种发光二极管。
【背景技术】
[0003]近来，广泛地被用作发光二极管基底材料的氮化物半导体通过在诸如氮化镓衬底的同质衬底或者诸如蓝宝石衬底的异质衬底上生长氮化物半导体的方式来制造。然而，由于氮化镓具有2，000°C或更高的熔点及非常高的氮蒸汽压，因此难以制造氮化镓的结晶。因此，氮化物半导体通常生长在异质衬底上，诸如蓝宝石衬底、碳化硅(SiC)衬底、硅(Si)衬底或类似物上。
【发明内容】
[0004]本专利文献中公开的技术的实施方式的实例提供了生长η型氮化物半导体层的方法，该半导体层表现出良好的结晶度和电子注入效率。
[0005]此外，本专利文献中公开的技术的实例提供了一种发光二极管及其制造方法，其允许均匀的电流扩散，并且在半导体层的结晶度和电子注入效率方面表现出良好的特性以提供尚的发光效率。
[0006]根据公开技术的一个方面，提供了一种发光设备，其包括:η型氮化物半导体层；设于η型氮化物半导体层上方的活性层；以及设于活性层上方的P型氮化物半导体层，其中η型氮化物半导体层包括η型氮化物基底层、设于η型氮化物基底层上方的第一中间层、形成于第一中间层上方的η型调制掺杂层、以及设于η型调制掺杂层上方的第二中间层，其中第二中间层包括其η型掺杂浓度比η型调制掺杂层的η型掺杂浓度高的子层(sub-layer)。根据公开技术的一个实施方式提供的发光设备可具有高的发光效率和低的正向电压。
[0007]在一些实施方式中，第二中间层可以包括超晶格层，该超晶格层包括第一子中间层和第二子中间层的堆叠结构，第二子中间层的掺杂浓度低于第一子中间层，第一子中间层的η型掺杂物浓度约为IX 1is原子/cm3或更大。
[0008]在一些实施方式中，η型调制掺杂层的η型掺杂物浓度可以等于或者大于约I X 117原子/cm 3，η型调制掺杂层的掺杂浓度可低于第二中间层的第一子中间层。
[0009]在一些实施方式中，η型调制掺杂层可以包括这样一种结构，其包括形成堆叠结构的相对低掺杂浓度区域和相对高掺杂浓度区域，从远离第二中间层设置的一个相对高掺杂浓度区域至靠近第二中间层设置的另一相对高掺杂浓度区域，η型调制掺杂层的相对高掺杂浓度区域的掺杂浓度在空间上变化。
[0010]在一些实施方式中，第二中间层包括超晶格结构，该结构包括第一子中间层，且相对靠近活性层设置的一个第一子中间层的掺杂浓度可高于相对远离活性层设置的另一第一子中间层。
[0011 ] 在一些实施方式中，发光设备还可以包括:第一超晶格层，其设置在η型氮化物半导体层和活性层之间；以及第二超晶格层，其夹置于第一超晶格层和活性层之间，其中第一超晶格层可包括其中GaN层和InGaN层重复彼此叠置的结构，第二超晶格层可包括其中AlxGau Χ)Ν层和AlyGau y)N层(0〈x〈l, 0〈y〈l,且y〈x)重复彼此叠置的结构。
[0012]在一些实施方式中，η型调制掺杂层可包括这样一种结构，其包括形成堆叠结构的相对低掺杂浓度区域和相对高掺杂浓度区域，η型调制掺杂层在η型调制掺杂层的最上部包括相对低掺杂浓度区域，使得第二中间层接触该相对低掺杂浓度区域。
[0013]在一些实施方式中，发光设备还包括未掺杂的氮化物半导体层，其设在η型氮化物基底层和衬底之间。
[0014]在另一方面，提供了一种发光设备，其包括:基于第一杂质的氮化物层，其形成于衬底上；第一中间层，其形成于基于第一杂质的氮化物层上且具有与基于η型氮化物的层不同的组成；第一杂质调制掺杂层，该层形成于第一中间层上且具有其杂质浓度彼此不同的非暴露部和暴露部；以及第二中间层，其形成于第一杂质调制掺杂层的暴露部上且包括相对对方交替设置的第一子中间层和第二子中间层，第一子中间层的杂质浓度不同于第二子中间层，且其中第一杂质调制掺杂层的暴露部和第二中间层与形成于第二中间层上方的第二杂质氮化物半导体层和活性层一同形成台面结构，基于第一杂质的氮化物层的掺杂浓度比第一杂质调制掺杂层的暴露部的掺杂浓度低。
[0015]在一些实施方式中，暴露部设置在非暴露部上方，且暴露部的掺杂浓度高于非暴露部。在一些实施方式中，第一杂质调制掺杂层的杂质浓度被调制成包括不高于约IXlO19原子/cm3的高掺杂浓度和不小于约I X 10 18原子/cm 3的低掺杂浓度。在一些实施方式中，第二子中间层具有比第一子中间层低的杂质浓度。在一些实施方式中，第一子中间层具有比第二子中间层高的能带间隙，其有助于将电子移至活性层。在一些实施方式中，第二子中间层的厚度大于第一子中间层。在一些实施方式中，第一子中间层的掺杂浓度高于第一杂质调制掺杂层。在一些实施方式中，第二中间层中的第一子中间层和第二子中间层的交替设置允许二维电子气(2DEG)形成于第一和第二子中间层的各个界面处。在一些实施方式中，与其它第一子中间层相比更靠近活性层设置的第一子中间层的掺杂浓度高于其它第一子中间层。
[0016]根据公开技术的各种实施方式能够确保均匀侧向电流扩散，以及在结晶度、电子注入效率和发光效率方面的良好特性。
【附图说明】
[0017]图1 一图7为横截面图，其示出了根据公开技术的一些实施方式的η型氮化物半导体层和半导体堆叠结构的生长方法。
[0018]图8Α —图SC为曲线图，其示出了在生长根据公开技术的一些实施方式的η型调制掺杂层时提供给生长室的η型掺杂物源、III族元素源和V族元素源的流量-时间关系。
[0019]图8D为曲线图，其描绘了根据公开技术的一些实施方式的η型调制掺杂层的η型掺杂物浓度。
[0020]图9A(b)和图9B(b)为示出在生长第二中间层时提供给生长室的η型掺杂物源、Ga源、Al源及N源的流量-时间关系的曲线图，以及图9Α(a)和图9B(a)示出根据公开技术的实施例的第二中间层的结构的横截面图。
[0021]图10为说明根据公开技术的一些实施方式的η型氮化物半导体层的示例性生长方法的横截面图。
[0022]图11 一图13为说明根据公开技术的一些实施方式的η型氮化物半导体层的示例性生长方法的横截面图。
[0023]图14为根据公开技术的一些实施方式的不例性发光二极管的横截面图。
[0024]图15为根据公开技术的一些实施方式的不例性发光二极管的横截面图。
【具体实施方式】
[0025]利用异质衬底制造的氮化物半导体至少在局部具有高的缺陷密度，其源于生长衬底和氮化物半导体之间在晶格参数和热膨胀系数上的差异。具体地，在异质衬底上生长的氮化物半导体容易受到由引起压电偏振的晶格参数差异导致的压力和应变的影响。此外，在C平面蓝宝石衬底上生长的氮化物半导体具有作为生长面的C平面，沿C平面的法向方向生长的氮化物半导体受到自发偏振的影响。这种压电偏振和自发偏振引起氮化物半导体能带的弯曲，因而空穴和电子独立分布于活性层中。作为结果，电子与空穴的复合效率降低，这导致发光效率下降、红移的光辐射、以及发光设备的正向电压(Vf)的增加。
[0026]为了克服氮化物半导体的这些问题，10-2013-0013968号韩国专利申请公开了一项通过将具有相对高的能带间隙的中间层插入η型半导体层中来阻止这些缺陷的技术。然而，这种中间层的能带间隙大于η型半导体层的其它半导体层，这阻碍电子注入活性层，因而导致发光设备的正向电压的增大。
[0027]此外，因为典型的发光二极管难以在半导体层内的整个发光区上形成均匀的侧向电流扩散，因此电子与空穴的复合主要发生在电极垫周围。因此，这种典型的发光二极管在一些发光区上具有降低的发光强度，并且在发光效率上出现整体下降。
[0028]为了解决由半导体层内低效的电流扩散引起的发光二极管的问题，已经提出使用电极伸长部的技术，其中包括10-2008-0042340号韩国专利申请公开文本。然而，这种电极伸长部是通过去除活性层以形成电极伸长部与半导体层的接触区域来形成的，因而导致发光区域的减少。另外，即使在能够通过电极伸长部获得均匀电流扩散的情况下，侧向电流扩散也不会顺畅地在半导体层内发生，因此在在整个发光区域上形成均匀电流扩散方面存在限制。
[0029]公开技术的实施方式的实例提供了一种发光二极管，其包括一种能够通过阻碍氮化物半导体缺陷来提高结晶度、维持电子注入活性层的效率、并且在半导体层内获得均匀侧向电流扩散的结构。
[0030]在下文中，将参考附图详细描述公开技术的各种示例性实施方式。下面对各种实施方式的描述是出于说明目的的，在附图中，某些组件的某些尺寸(诸如宽度、长度、厚度等)可以出于便利的目的而进行夸大。贯穿整个说明书，类似的附图标记表示具有相同或相似功能的类似元件。
[0031]应理解，在本专利文献中描述的氮化物半导体层中的每一个的组成比、生长方法、生长条件、厚度等只是作为实例被提供以用于说明目的，并且也可以具有其它实施方式。例如，当用AlGaN表示某个半导体时，必要时可由具有本领域普通知识的人员(下文中称作“本领域普通技术人员”)以各种方式确定Al和Ga的组成比。另外，本专利文献中描述的半导体层可以通过各种方法来生长，例如，金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、或者氢化物气相外延(HVPE)等。此处，在公开技术的下列实施方式中，这些半导体层将被举例说明成是通过MOCVD在生长室中进行生长。在生长半导体层的过程中，提供到生长室中的源可以包括任何其它替代源。