半导体发光器件及其制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2014年7月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请 No. 10-2014-0087465的优先权，该申请的全部公开以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明构思涉及一种半导体发光器件以及一种用于制造半导体发光器件的方法。
【背景技术】
[0004] 发光二极管（LED)相对于现有技术的光源具有诸如相对长的寿命、低功耗等级、 响应速度快、环保等的许多优点，并且因此普遍将其看作下一代照明光源，并且作为用于诸 如普通照明装置的各种产品中的以及用于显示装置的背光中的重要类型的光源，其用途凸 显出来。具体地说，基于诸如GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN等的III族氮化物的LED通常用 作输出蓝光或紫外光的半导体发光器件。
[0005] 近来，随着LED的广泛使用，其应用已延伸至高电流和高输出应用中所使用的装 置光源。对用于高电流和高输出应用中的装置的LED的需求刺激了正在进行的研究，以改 进现有技术的发光特性。具体地说，为了通过结晶度的提高和发光区域的增大来增大发光 效率，提出了具有发光纳米结构的半导体发光器件及其制造技术。
【发明内容】
[0006] 本发明构思的一方面可提供一种具有提高的发光效率的半导体发光器件。
[0007] 根据本发明构思的一方面，一种半导体发光器件可包括：基本层，其由第一导电类 型的半导体形成；掩模层，其设置在基本层上并具有暴露出基本层的一些部分的多个开口； 以及多个发光纳米结构，其设置在开口中，并分别包括第一导电类型的半导体芯、有源层和 第二导电类型的半导体层。所述多个发光纳米结构中的每一个包括：主体部分，其设置在掩 模层上并具有柱形形状；以及末端部分，其设置在主体部分上，并具有圆锥形状，并且所述 多个发光纳米结构中的每一个的末端部分的顶点被布置在距离主体部分的中心竖直轴线 等于主体部分的宽度的1. 5%的距离以内的百分率为60%或更大。
[0008] 所述顶点可设置在距离主体部分的中心竖直轴线90nm以内。
[0009] 主体部分可具有六棱柱形状，末端部分可具有六棱锥形状。
[0010] 主体部分可具有作为m面的晶面，末端部分可具有作为r面的晶面。
[0011] 第一导电类型的半导体芯可包括杂质浓度高于相邻区域的杂质浓度的区域。
[0012] 所述多个发光纳米结构中的每一个还可包括设置为与末端部分中的有源层接触 的高电阻层。
[0013] 半导体发光器件还可包括位于第二导电类型的半导体层上的透明电极层。
[0014] 根据本发明构思的另一方面，一种半导体发光器件可包括：基本层，其由第一导电 类型的半导体形成；掩模层，其设置在基本层上并具有暴露出基本层的一些部分的多个开 口；以及多个发光纳米结构，其设置在开口中，并分别包括第一导电类型的半导体芯、有源 层和第二导电类型的半导体层。所述多个发光纳米结构中的每一个包括：主体部分，其设置 在掩模层上并具有六棱柱形状；以及末端部分，其设置在主体部分上，并具有六棱锥形状， 并且第一导电类型的半导体芯包括杂质浓度高于相邻区域的杂质浓度的区域。
[0015] 第一导电类型的半导体芯可包括从其中心按次序设置的第一区域至第四区域，并 且第三区域的杂质浓度可高于第二区域和第四区域的杂质浓度。
[0016] 主体部分的第一区域和第二区域可具有倾斜的侧表面。
[0017] 第三区域在主体部分的下部中可比在主体部分的上部中更厚。
[0018] 杂质可为娃（Si)。
[0019] 所述多个发光纳米结构中的每一个的末端部分的顶点被布置在距离主体部分的 中心竖直轴线等于主体部分的宽度的1. 5%的距离以内的百分率可为60%或更大。
[0020] 根据本发明构思的另一方面，一种用于制造半导体发光器件的方法可包括步骤： 在衬底上形成具有第一导电类型的半导体的基本层；在基本层上形成具有暴露出基本层的 一些部分的多个开口的掩模层和模型层；形成多个第一导电类型的半导体芯，每个第一导 电类型的半导体芯包括从基本层延伸穿过每个开口的主体部分和设置在主体部分上并具 有圆锥形状的末端部分；以及在所述多个第一导电类型的半导体芯中的每一个上按次序形 成有源层和第二导电类型的半导体层。形成所述多个第一导电类型的半导体芯的步骤包括 步骤：形成第一区域，以使得末端部分的顶点位于主体部分的中心竖直轴线上；去除模型 层；以及在第一区域上形成额外生长区域，以使得主体部分具有六棱柱形状。
[0021] 主体部分的第一区域可具有倾斜的侧表面。
[0022] 在形成额外生长区域的步骤中，主体部分可主要从主体部分的下部生长，以允许 主体部分相对于衬底基本垂直。
[0023] 可由基于氮化镓（GaN)的材料形成所述多个第一导电类型的半导体芯，并且在形 成第一区域的步骤中，供应的镓（Ga)前体与氮（N)前体的比率范围可为从1.4至2.0,并且 处理温度范围可为从900°C至1000°C。
[0024] 第一区域可填充各个开口，并且延伸至模型层的上部，以具有大于模型层上的各 个开口宽度的宽度。
[0025] 形成额外生长区域的步骤可包括在氢（?)氛围下生长多个第一导电类型的半导 体芯。
[0026] 所述方法还可包括：在氢（?)氛围下生长所述多个第一导电类型的半导体芯之 前，在氮（N2)氛围下生长所述多个第一导电类型的半导体芯。
[0027] 所述方法还可包括：在氢（?)氛围下生长所述多个第一导电类型的半导体芯之前 和之后，在氮（N2)氛围下生长所述多个第一导电类型的半导体芯。
[0028] 额外生长区域可包括：第二区域，其形成在第一区域上并且在氮（N2)氛围下生长； 第三区域，其位于第二区域上并且在氢（?)氛围下生长；以及第四区域，其位于第三区域上 并且在氮（N2)氛围下生长，并且第三区域在主体部分的下部中可比在主体部分的上部中更 厚。
[0029] 第三区域的杂质浓度可高于第二区域和第四区域的杂质浓度。
[0030] 供应以形成第三区域的杂质源的量可为供应以形成第二区域和第四区域的杂质 源的量的五倍至七倍。
[0031] 末端部分的顶点被布置在距离主体部分的中心竖直轴线等于主体部分的宽度的 1. 5%的距离以内的百分率可为60%或更大。
[0032] 根据本发明构思的另一方面，一种用于制造半导体发光器件的方法可包括步骤： 在基本层上形成多个第一导电类型的半导体芯，每个第一导电类型的半导体芯包括从基本 层突起的主体部分和设置在主体部分上并具有圆锥形状的末端部分；以及在所述多个第一 导电类型的半导体芯中的每一个上按次序形成有源层和第二导电类型的半导体层。形成所 述多个第一导电类型的半导体芯的步骤可包括步骤：在第一温度下在第一气氛中形成所述 多个第一导电类型的半导体芯的第一区域；在第二温度下在第二气氛中在所述多个第一导 电类型的半导体芯的第一区域上形成所述多个第一导电类型的半导体芯的第二区域；以及 在第三温度下在第三气氛中在所述多个第一导电类型的半导体芯的第二区域上形成所述 多个第一导电类型的半导体芯的第三区域。第三气氛的压强可小于第二气氛的压强。
[0033] 可由基于氮化镓（GaN)的材料形成所述多个第一导电类型的半导体芯，并且在形 成第一区域的步骤中，供应的镓（Ga)前体与氮（N)前体的比率范围可为从1.4至2.0,并且 第一温度的范围可为从900°C至1000°C。
[0034] 第二温度可低于第三温度。
[0035] 第二温度可在950°C至1050°C的范围内，并且第三温度可在1050°C至1150°C的范 围内。
[0036] 第二气氛可为氮（N2)氛围，第三气氛为氢（?)氛围。
[0037] 形成所述多个第一导电类型的半导体芯的步骤还可包括步骤：在第四温度下在第 四气氛中在所述多个第一导电类型的半导体芯的第三区域上形成所述多个第一导电类型 的半导体芯的第四区域。第四气氛可与第二气氛相同，并且第四温度可与第二温度相同。
[0038] 末端部分的顶点被布置在距离主体部分的中心竖直轴线等于主体部分的宽度的 1. 5%的距离以内的百分率可为60%或更大。
[0039] 供应以形成第三区域的杂质源的量可为供应以形成第二区域的杂质源的量的五 倍至七倍。
【附图说明】
[0040] 通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的以上和其它方面、 特征和其它优点，其中：
[0041] 图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的透视图；
[0042] 图2A至图21是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的制造半导体发光器件 的方法的剖视图；
[0043] 图3是示出根据本发明的示例性实施例的根据制造半导体发光器件的方法形成 第一导电类型的半导体芯的处理的示意图；
[0044] 图4是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的透视图；
[0045] 图5A至图f5D是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的制造半导体发光器件 的方法的剖视图；
[0046] 图6是示出根据本发明的示例性实施例的根据制造半导体发光器件的方法形成 第一导电类型的半导体芯的处理的示意图；
[0047] 图7A至图7C是基于根据本发明的示例性实施例的制造半导体发光器件的方法的 第一导电类型的半导体芯的显微图像；
[0048] 图8是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的剖视图；
[0049] 图9是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的剖视图；
[0050] 图10是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的剖视图；
[0051] 图11和图12是示出采用根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的封装件 的示例的图；
[0052] 图13和图14是采用根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的背光单元的 示例；
[0053] 图15是示出采用根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的照明装置的示 例的图；以及
[0054] 图16是示出采用根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的车前灯的示例 的图。
【具体实施方式】
[0055] 下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
[0056] 然而，本公开可按照许多不同形式例示，并且不应理解为限于本文阐述的特定实 施例。此外，提供这些实施例是为了使得本公开将是彻底和完整的，并将把本公开的范围完 全传递给本领域技术人员。
[0057] 在附图中，为了清楚起见，可将元件的形状和尺寸夸大，并且相同的附图标记将始 终用于指代相同或相似的元件。
[0058] 在本发明中，除非另有说明，否则基于附图来确定诸如'上部'、'上表面'、'下部'、 '下表面'、'侧表面'等的术语，而在现实中，所述术语可根据装置