半导体发光器件及其制造方法_3

文档序号:9525717阅读:来源:国知局
和第二电极180可被构造为包括电极焊盘和 从电极焊盘延伸的电极指状物。根据本发明的示例性实施例,在其中衬底101由导电材料 形成的情况下,第一电极170可设置在衬底101下方或者可省略。
[0083] 第一电极170和第二电极180可形成为单层导电材料,或者可具有多层结构的导 电材料。例如,第一电极170和第二电极180可包括金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝 (A1)、铟(In)、钛(Ti)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、镁(Mg)、钽(Ta)、铬(Cr)、钨(W)、钌(Ru)、 铑(Rh)、铱(Ir)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)及其合金中的一个或多个。
[0084] 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。图2A至图21是将图1的半导体发光器件的第一电极170和第二电极 180横断截取的剖视图,这里,为了示出的目的,任意地选择发光纳米结构140的数量。
[0085] 参照图2A,可在衬底101的上表面上形成凹陷和突起图案,并且第一导电类型的 半导体可生长在衬底101上以形成基本层120。
[0086] 基本层120可提供允许发光纳米结构140(参照图1)在其上生长的晶体生长表 面,并且可为将每个发光纳米结构140的端部电连接的结构。因此,基本层120可形成为具 有电导率的半导体单晶体,并且在这种情况下,衬底101可为用于晶体生长的衬底。
[0087] 参照图2B,可在基本层120上形成具有暴露了基本层120的多个开口Η的掩模层 130和模型层135。
[0088] 首先,用于形成掩模层130的材料和用于形成模型层135的材料可按次序沉淀和 利用掩模图案进行图案化以形成多个开口H,从而形成掩模层130和模型层135。多个开口 Η可具有直径向下减小的圆柱形,因此,多个开口Η的侧表面可具有相对于衬底101的上表 面的预定倾角(θΑ)。倾角(θΑ)的范围可为例如70度至90度。
[0089] 掩模层130和模型层135可由在特定蚀刻条件下具有不同蚀刻率的材料形成,并 且还可由具有与基本层120的蚀刻率不同的蚀刻率的材料形成。因此,当形成多个开口Η 时可控制蚀刻处理。例如,掩模层130由氮化硅(SiN)形成,并且模型层135由二氧化硅 (Si02)形成。
[0090] 可以考虑发光纳米结构140(参照图1)的期望高度来设计掩模层130和模型层 135的厚度之和。另外,可以考虑发光纳米结构140的期望尺寸来设计所述多个开口Η的尺 寸。
[0091] 参照图2C,第一导电类型的半导体生长在通过多个开口Η暴露的基本层120上,以 形成多个第一导电类型的半导体芯142 (参照图1)的第一区域142Α。
[0092] 第一区域142Α可具有倾斜的侧表面,以像多个开口Η的形状那样使得其上部具有 更大的直径。另外,当多个开口Η具有圆柱形时,第一区域142Α的主体部分Β可具有圆柱 形,并且第一区域142Α的末端部分Τ可具有拐角部分不完整的六棱锥形状或圆锥形状。在 当前示例性实施例中,从基本层120的上表面至模型层135的上表面的高度可为第三高度 Η3,并且从基本层120的上表面至第一区域142Α的主体部分Β的上端的高度可为等于或小 于第三高度Η3的第四高度Η4。
[0093] 第一区域142Α可由例如η型氮化物半导体形成,并且可由与基本层120的材料相 同的材料形成。可通过金属有机化学气相沉积(M0CVD)或分子束外延(ΜΒΕ)工艺形成第一 区域142Α。
[0094] 在该处理中,为了将第一区域142Α的末端部分Τ的顶点TC设置为靠近主体部分 Β的上表面的中心,也就是说,为了提高居中度,可控制诸如供应的前体的通量、温度等的处 理条件。
[0095] 例如,在第一区域142Α由基于氮化镓(GaN)的材料形成的情况下,可供应镓前体 和氮前体,并且供应的镓前体与氮前体的比率范围可为从1. 4至2. 0。通过将氮前体的通量 调整为更小,防止了在执行处理的室内生长的区域部分地生长,因此第一区域142A的生长 率可降低。
[0096] 另外,可确定处理温度在900°C至1000°C的范围内。当处理温度低于前述范围时, 生长效率会变差。另外,当处理温度高于前述范围时,生长衬底上的前体材料积极地散布以 加速在热力学不稳定表面中发生生长的异常生长,因此,末端部分T的边缘的生长率会增 大以降低居中度。
[0097] 第一区域142A随着其生长高度更高往往具有增大的生长率,因此,随着高宽比变 大,其上部中的异常生长增加。因此,通过如当前示例性实施例中那样控制处理条件,前体 有助于在稳定部位中生长以提高居中度。居中度在后续处理中影响主体部分B的m面的生 长,并且当居中度提高时,主体部分B可形成为具有六棱柱形状而不扭曲。
[0098] 参照图2D,可将模型层135去除,以暴露第一区域142A的一部分。
[0099] 首先,可相对于掩模层130和第一区域142A选择性地去除模型层135,从而留下掩 模层130。可基于例如湿法蚀刻处理执行该去除处理。掩模层130可用于防止在后续处理 期间形成的有源层144和第二导电类型的半导体层146连接至基本层120。
[0100] 第一区域142A可具有相对于衬底101的上表面的预定倾角(θB)。倾角(θB)可 与以上参照图2B描述的开口Η的倾角(θA)相似,并且可具有例如70度至90度的范围。 [0101]参照图2E,可在第一区域142A的暴露的表面上形成多个第一导电类型的半导体 芯142中的每一个的第二区域142B。
[0102] 可将第二区域142B调整为在相对低的速率下生长以控制末端部分T的六棱锥形 状。第二区域142B可在例如氮(N2)氛围下形成,并且可将镓前体、氮前体和杂质的源气体 供应至处理室的内部。例如,三乙基镓(TEGa)可作为镓前体供应,并且氨(NH3)可用作氮 前体。可确定处理温度在950°C至1050°C的范围内。另外,可在相对高的压强范围内(例 如,在180mbar至220mbar的范围内)选择处理压强,以减小末端部分T与主体部分B的生 长率之间的差异。
[0103] 第二区域142B可形成为在末端部分T中具有第一厚度T1,并且在主体部分B中具 有等于或大于第一厚度T1的第二厚度T2。
[0104] 参照图2F,可在第二区域142B上形成多个第一导电类型的半导体芯142中的每一 个的第三区域142C。
[0105] 可调整第三区域142C,以使得其主体部分B以比第二区域142B的生长速率更快的 速率生长,从而控制主体部分B的六棱柱形状。可例如在氢(?)氛围下形成第三区域142C, 并且可将镓前体、氮前体和杂质的源气供应至处理室的内部。例如,容易在氢(?)氛围下分 解的三甲基镓(TMGa)可作为镓前体供应,并且氨(NH3)可用作氮前体。在氢(?)氛围下, 末端部分T的r面可通过氢(?)钝化,因此,可相对于末端部分T引导主体部分B的生长。
[0106] 可调整杂质的源气的量,以使得注入以形成第三区域142C的杂质浓度高于第二 区域142B的杂质浓度以及将在后续处理中形成的第四区域142D的杂质浓度。例如,供应 以形成第三区域142C的杂质源的量可为供应以形成第二区域142B和第四区域142D的杂 质源的量的五倍至七倍。因此,第三区域142C的杂质浓度可为第二区域142B和第四区域 142D的杂质浓度的五倍至七倍。然而,当第三区域142C的杂质部分散布至附近时,可缓解 浓度的差异,因此,第三区域142C的杂质浓度可为第二区域142B和第四区域142D的杂质 浓度的约四倍至六倍。
[0107] 可确定处理温度在高于用于形成第二区域142B的温度的范围内,例如,在1050°C 至1150Γ的范围内。另外,处理压强可选自低于用于形成第二区域142B的压强的范围内, 例如,在80mbar至120mbar的范围内。
[0108] 第三区域142C可形成为在主体部分B中比在末端部分T中更厚。另外,主体部分 B的上部可形成为具有第三厚度T3,并且主体部分B的下部可形成为具有大于第三厚度T3 的第四厚度T4。
[0109] 参照图2G,可在第三区域142C上形成多个第一导电类型的半导体芯142中的每一 个的第四区域142D。
[0110] 可控制第四区域142D在相对低的速率下生长,以通过自限性生长控制第一导电 类型的半导体芯142的整体形状。用于形成第四区域142D的处理条件可与用于形成第二 区域142B的处理条件相同或相似。可在例如氮(N2)氛围下形成第四区域142D。另外,可 确定处理温度在950°C至1050°C的范围内。
[0111] 第四区域142D用于允许通过自限性生长完美地形成每个第一导电类型的半导体 芯142的晶面,因此,根据示例性实施例,第四区域142D的厚度可改变,并且不限于示出的 相对厚度。例如,第四区域142D可相对于第一区域至第三区域(142A、142B和142C)的厚 度具有小的厚度。另外,在图2G中,示出了第四区域142D的末端部分T的顶点TC与第三 区域142C-致,但是本发明构思不限于此,并且根据示例性实施例,第四区域142D的末端 部分T的顶点TC可改变。
[0112] 通过形成第四区域142D,可形成各自包括第一区域至第四区域(142A、142B、142C 和142D)的第一导电类型的半导体芯142。根据当前示例性实施例,在形成第一区域142A 之后,第一导电类型的半导体芯142的其它区域可形成为第二区域至第四区域(142B、142C 和142D)这三个划分的区域。因此,通过增大第一导电类型的半导体芯142中的例如硅(Si) 的杂质的掺杂浓度,可在提高发光效率的同时防止可由于杂质源的供应而产生的第一导电 类型的半导体芯142的异常生长。详细地说,如果仅第二区域142B和第三区域142C形成 在第一区域142A上,则末端部分T的顶点TC距离主体部分B的中心竖直轴线CV未设置在 l〇nm以内的百分率的量为约60%,但是通过形成第四区域142D,在硅掺杂浓度相同的情况 下,该百分率降至3%。
[0113] 然而,本发明构思不限于此,并且根据示例性实施例,可省略第一区域至第四区域 (142A、142B、142C和142D)的一部分的形成。例如,在特定示例性实施例中,每个第一导电 类型的半导体芯142可仅包括除第四区域142D以外的第一区域至第三区域(142A、142B和 142C)〇
[0114] 参照图2H,可在每个第一导电类型的半导体芯142上形成有源层144和第二导电 类型的半导体层146。
[0115] 在该阶段,可形成具有芯-皮结构的发光纳米结构140。根据沉积方法,有源层144 和第二导电类型的半导体层146在每个第一导电类型的半导体芯142的m面和r面中可具 有不同的厚度。例如,有源层144和第二导电类型的半导体层146的主体部分B可比末端 部分T更厚。
[0116] 根据示例性实施例,还可在有源层144上设置电荷阻挡层。另外,根据示例性实施 例,有源层144可不设置在每个第一导电类型的半导体芯1
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