专利名称：氮化物半导体发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及氮化物半导体发光器件及其制造方法，并且涉及可以提高光提取效率的氮化物半导体发光器件及其制造方法。
背景技术：
为了增加氮化物半导体发光器件的光提取效率，在图案化的衬底上生长氮化物半导体层。
在制造氮化物半导体发光器件的相关技术方法中，通过使用掩模材料将蓝宝石衬底或碳化硅(SiC)衬底选择性图案化成为预定形状。选择性干蚀刻衬底的暴露部分。然后移除掩模材料，从而获得具有预定图案的衬底。在图案化的衬底上生长氮化物半导体层。
图1说明相关技术的氮化物半导体发光器件的叠层结构。如图1所示，相关技术的氮化物半导体发光器件包括图案化的衬底101、用作第一电极接触的n-GaN层103、发射光的有源层105、用作第二接触层的p-GaN层107、以及通过其施加偏压的第一和第二电极109和111。
根据相关技术，氮化物半导体发光器件利用图案化的蓝宝石衬底(PSS)来制造，朝向蓝宝石衬底发射的光被再次反射至发光器件的表面，由此提高光提取效率。掩模材料可以是在蚀刻工艺后可以容易移除的SiO2、Si2N4，绝缘材料或金属材料。
此外，可以利用SiC衬底来提高光提取效率。与PSS不同，应用倒装晶片来获得大面积高功率的发光器件。为了使光提取效率最大化，蚀刻SiC衬底的背表面。在该方法中，在模拟基本蚀刻形状、横向角和拓扑结构之后，在可以获得最大提取效率的条件下实施蚀刻。而且，可以在被蚀刻衬底的表面上实施布图工艺(texturing process)。
此外，可以根据应用产品的所需性能选择性实施图案化衬底表面的工艺和图案化衬底背表面的工艺。
同时，根据选择性蚀刻蓝宝石衬底的表面并生长氮化物半导体发光器件从而提高光提取效率的方法，衬底通常具有沟槽结构。衬底的详细沟槽结构示于图2。
然而，当在沟槽表面和蓝宝石衬底的未蚀刻表面上生长低温缓冲层和高温GaN层时，GaN层在沟槽内沿C轴方向生长并填充该沟槽。在与表面上生长的GaN层的界面中，密集地聚集大量的穿透位错(TD)，导致发光器件的可靠性降低。
这种结果是由于沟槽表面和蓝宝石衬底表面之间的生长速率不同引起的。并且，由于干蚀刻导致具有预定深度和面积的沟槽的表面状态粗糙，并且被蚀刻的侧壁的表面能非常高，而在表面上的GaN层的生长速率相对高。
而且，由于沟槽内的生长速率快，因此当部分遭遇在蓝宝石衬底上生长的GaN层时，逐渐以横向生长为主，从而形成空隙。该空隙示于图3的区域A中。
此外，生长在沟槽内的GaN层具有比生长在蓝宝石衬底上的GaN层具有相对更多的晶体缺陷(TD等)。尽管晶体缺陷密度由沟槽的表面粗糙度、深度和图案化形状所决定，但在沟槽内生长的GaN层中存在大量的晶体缺陷。晶体缺陷穿过发光器件的有源区并传播至表面，表现出高漏电流和低反向击穿电压(Vbr)。因此，晶体缺陷极大地影响发光器件的可靠性。传播直至发光器件表面的晶体缺陷提供电流通路，使人体模式中ESD的特性降低。
根据制造氮化物半导体发光器件的相关技术的方法，为了改善光提取效率，将蓝宝石衬底掩模并图案化为预定形状，如带形、长方形、六边形和金字塔形。然后，实施干蚀刻至0.1-3μm的图案化蓝宝石衬底(PSS)法被广泛采用。然而，在使用PSS法的氮化物半导体发光器件中，蓝宝石衬底的表面和侧面的表面粗糙度不同，并且表面能不同。因此，由于初始氮化物半导体的生长模式不同，使得在各自表面上生长的氮化物半导体中包含的晶体缺陷密度变得不同。因此，晶体缺陷密度导致氮化物半导体发光器件中的漏电流，由此严重地影响可靠性，如光功率和长期运行的使用寿命。
发明内容
技术问题本发明提供一种能够改善器件的光提取效率、使用寿命和运行可靠性的氮化物半导体发光器件及其制造方法。
本发明还提供一种氮化物半导体发光器件及其制造方法，其中在衬底上形成反射部以反射可能由衬底发射出的光，由此改善光输出并且可以减少由反射部引起的晶体缺陷。
技术方案根据本发明的一个方面，提供一种氮化物半导体发光器件，包括具有通过蚀刻形成在其表面上的预定图案的衬底；位于衬底的未蚀刻区域上方并具有堆叠的第一缓冲层和第一氮化物半导体层的突出部；形成在衬底的蚀刻区域上方的第二缓冲层；形成在第二缓冲层和突出部上方的第二氮化物半导体层；形成在第二氮化物半导体层上方的第三氮化物半导体层；形成在第三氮化物半导体层上方发射光的有源层；以及形成在有源层上方的第四氮化物半导体层。
根据本发明的另一个方面，提供一种氮化物半导体发光器件，包括具有通过蚀刻形成在其表面上的预定图案的衬底；位于衬底的未蚀刻区域上并且具有堆叠的第一缓冲层和第一氮化物半导体层的突出部；形成在衬底的蚀刻区域上方的第二缓冲层；形成在第二缓冲层和突出部上方的第二氮化物半导体层；形成在第二氮化物半导体层上方发射光的有源层；以及形成在有源层上方的第三氮化物半导体层。
根据本发明的又一方面，提供一种制造氮化物半导体发光器件的方法，包括在衬底上方形成由第一缓冲层和第一氮化物半导体层构成的突出部并将未形成突出部的衬底的表面蚀刻至预定深度；在衬底的蚀刻区域上方形成第二缓冲层；在第二缓冲层的上方形成第二氮化物半导体层；在第二氮化物半导体层上方形成第三氮化物半导体层；在第三氮化物半导体层上方形成发光有源层；以及在有源层上方形成第四氮化物半导体层。
有益效果根据本发明，可以提高氮化物半导体发光器件的光提取效率和运行可靠性。
而且，可能损失的光被反射，由此增加光的利用，从而提高发光效率。而且，由衬底的图案化部分引起的晶体缺陷被抑制，从而极大地提高发光器件的运行可靠性。
通过附图将更容易理解本发明的实质，在附图中图1是说明相关技术的氮化物半导体发光器件的叠层结构的截面图。
图2是说明沟槽结构的衬底照片。
图3是具有空隙的半导体发光器件的截面图。
图4至图6是说明在根据本发明的氮化物半导体发光器件中制造选择性蚀刻的GaN和蓝宝石衬底(SEGSS)结构的方法的视图。具体地，图4是在蚀刻过程之前的SEGSS的截面图，图5是在蚀刻过程之后的SEGSS结构的截面图，图6是在蚀刻过程之后的SEGSS结构的平面图。
图7是SEGSS结构的截面图。
图8是其中形成有绝缘层的SEGSS结构的截面图。
图9是其中形成有第二缓冲层的SEGSS结构的截面图。
图10是根据本发明第一实施方案的氮化物半导体发光器件的截面图。
图11和图12是说明制造根据本发明第二实施方案的氮化物半导体发光器件的方法的视图。具体地，图11是在蚀刻过程之后的SEGSS结构的截面图，而图12是在蚀刻过程之后进一步形成第二缓冲层时的SEGSS结构的截面图。
图13是根据本发明第二实施方案的氮化物半导体发光器件的截面图。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施方案。
<第一实施方案>
图4至图6是说明在根据本发明的氮化物半导体发光器件中制造选择性蚀刻的GaN和蓝宝石衬底(SEGSS)结构的方法的视图。
为了制造本发明的SEGSS衬底，在衬底401上顺序形成第一层403和第一In掺杂GaN层405，得到如图4所示的叠层结构。
衬底401可以是蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底或GaAs衬底。第一缓冲层403可以是AlInN/GaN叠层结构、InGaN/GaN超晶格结构、InxGa1-xN/GaN叠层结构或AlxInyGa1-(x+y)N/InxGa1-xN/GaN叠层结构。虽然图4示出In掺杂GaN层405作为形成在第二缓冲层403上的GaN层，但GaN层405也可以是未掺杂的GaN层或由掺杂其它材料形成的GaN层。例如，掺杂材料可以为铟、硅、铟/硅，或者铝。GaN层405可以由多于两层组成，包括掺杂浓度为1～9×1017/em3的层和掺杂浓度为1～9×1017/cm3的层。优选地，第一缓冲层403通过在低温下生长第一AlInN/第一GaN/第二AlInN/第二GaN的多缓冲层而形成在衬底401上，并且使第一In掺杂GaN层405在高温下生长至厚度为1～2μm。
接着，通过照相过程选择性地图案化具有直径为3～5μm的圆形掩模材料。
然后，通过蚀刻过程(例如，干蚀刻过程)同时蚀刻衬底401的表面和掩模材料，得到如图5和图6所示的SEGSS结构。图5是在蚀刻过程之后的SEGSS结构的截面图，而图6是在蚀刻过程之后的SEGSS结构的平面图。
参照图5和图6，蚀刻衬底401本身成为SEGSS衬底的一部分。在衬底401的未蚀刻区域，第一缓冲层403和第一In掺杂GaN层405被正性蚀刻以形成具有光滑倾斜表面的锥形的突出叠层结构。在光刻工艺过程中选择性地实施圆形掩模图案化。在圆形掩模仍保留的区域内，第一缓冲层403和第一In掺杂GaN层405构成锥形叠层结构。在未形成掩模的区域内，蚀刻衬底401本身。因此，衬底401被蚀刻至预定深度。在这点上，圆形掩模的直径可以在3μm至5μm的范围内。
而且，与相关技术方法不同，利用蓝宝石衬底和掩模材料之间的蚀刻速率差来形成SEGSS结构。根据本发明，首先蚀刻没有实施掩蔽的区域，然后，在该蚀刻过程进行时，从掩模材料的边缘部分蚀刻实施掩蔽的区域。结果，掩模材料被完全蚀刻，从而GaN层和蓝宝石衬底的表面被同时蚀刻，由此从圆形改变为锥形。以这种方式，可以形成SEGSS结构。
随后，在SEGSS结构上再生长缓冲层和GaN层，以便改善氮化物半导体发光器件的光提取效率。
图7是SEGSS结构的截面图。下面将参照图7描述SEGSS的制造方法。
在衬底401上低温生长第一缓冲层403。使优质的In掺杂GaN层405生长至厚度为1～3μm，并利用光刻工艺将其图案化为圆形掩模形状。干蚀刻衬底401(例如，蓝宝石衬底)的表面和掩模材料，以将蓝宝石衬底的表面蚀刻至期望的蚀刻深度。在这点上，蓝宝石衬底的蚀刻深度取决于同时被蚀刻的掩模材料。优选地，为了获得氮化物半导体发光器件的光提取效率的效果，在0.3～1μm范围内蚀刻衬底的表面。
参照图8，在形成SEGSS结构之后，在SEGSS结构上形成1000的绝缘层407。绝缘层407可以由SiO2形成。在形成绝缘层407之后，仅保留锥形区域，并且从蓝宝石衬底的表面上移除SiO2绝缘层用于再生长。图案化绝缘层407的过程阻止在后面将描述的二次再生长期间GaN层在锥形第一In掺杂GaN层上的生长，并且允许GaN层仅在被蚀刻的蓝宝石衬底表面上再生长。当然，可以通过掩蔽和蚀刻来实施提供仅关于衬底401的绝缘层407的过程。
参照图9，第二缓冲层409形成在所得结构上。第二缓冲层409可以由与第一缓冲层403相同的材料形成。第二缓冲层409可以具有AlInN/GaN叠层结构、InGaN/GaN超晶格结构、InxGa1-xN/GaN叠层结构或AlxInyGa1-(x+y)N/InxGa1-xN/GaN叠层结构。具体而言，在低温下生长第二缓冲层409，以便在选择性形成SiO2绝缘层的SEGSS结构上再生长第二GaN层。
然后，在高生长温度下生长第二In掺杂GaN层(图10中的411)。
使第二In掺杂GaN层411再生长为预定厚度以完全覆盖已形成为锥形的第一In掺杂GaN层405。第二In掺杂GaN层411没有生长在绝缘层(例如，SiO2绝缘层)的表面上，而是仅生长在蚀刻衬底401的表面上。
在SEGSS结构中的GaN层的再生长期间，形成第二缓冲层409之后的最初生长中，在蓝宝石衬底的蚀刻区域中，主要进行c轴方向的垂直生长。其原因在于被蚀刻的蓝宝石衬底的表面能不同，即使形成相同的缓冲层，最初GaN晶种密度也由于缓冲层的生长厚度和结晶度的差异而减少，并且在随着生长进行中形成熔合岛的过程中垂直生长比横向生长更占优势。也就是说，在常用的蓝宝石衬底上低温生长缓冲层之后，在高温下形成的GaN层的最初生长的岛密度很大，由此有效地实现岛的再结合。因此，c轴方向的垂直生长在过程中占优势。因此，当使缓冲层生长至大于0.5μm的临界厚度时，可以再生长具有优质结晶度的镜面的第二In掺杂GaN层411。
为了在第二再生长期间生长具有优质结晶度的第二In掺杂GaN层411，需要优化存在的第二缓冲层409的生长条件，这是因为被蚀刻的蓝宝石衬底411的表面状态和表面能不同。通常，高温下第二In掺杂GaN层411的生长速度、V/III比和生长温度被用作重要的临界生长参数。
图10是根据本发明第一实施方案的氮化物半导体发光器件的截面图。
参照图10，在第二In掺杂GaN层411上顺序形成n-GaN层413、低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层415、有源层417、p-GaN层419和n-InGaN层421。以这种方式，可以制造具有改进的光提取效率的氮化物半导体发光器件。
而且，在形成用作第一电极接触层的n-GaN层413期间，可以形成AlGaN/n-GaN超晶格层。在这点上，AlGaN/n-GaN超晶格层包括生长厚度为10～200并且其Al组成为0.01～0.02的未掺杂AlGaN层和厚度在300以下的硅掺杂n-GaN层。而且，AlGaN/n-GaN超晶格层具有由AlGaN层和n-GaN层组成的一个周期并且生长成为400以下，并且重复该周期以生长为总厚度在2μm以下。
而且，第一电极接触层可以形成为具有由AlGaN/未掺杂GaN/GaN(Si)组成的一个周期的超晶格结构，另外第一电极接触层可以具有所述一个周期重复至少两次的结构。GaN(Si)表示通过掺杂Si形成的GaN层。
而且，第一电极接触层可以由同时掺杂Si/In或Si/Al的n-GaN层形成。在这点上，掺杂浓度可以在2～9×1018/cm3的范围内。
而且，为了增加有源层417的内部量子效率，生长低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层415，以便在生长有源层417之前可以控制有源层417的应变。在生长低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层415时，掺杂的铟的含量小于5％。而且，在生长低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层415时，其厚度在100～300的范围内。在人工控制生长模式以使低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层415具有螺旋形状之后，在螺旋的低摩尔In掺杂GaN层或低摩尔InGaN层415上生长有源层417。
发射期望波段的光的有源层417形成为由阱层和势垒层组成的InxGa1-xN(15～35％)/InyGa1-yN(小于5％)的单量子阱层或多量子阱层。尽管没有示出，但可以进一步在阱层和势垒层之间形成SiNX簇层。SiNX簇层形成为原子尺度并增加有源层417的发光效率。
而且，在生长有源层417之后，在增加的生长温度和NH3/H2气氛下生长p-GaN层419至总厚度为约1000。p-GaN层具有作为一个周期的u-GaN/Mg掺杂p-GaN/(Mg++)(δ-掺杂)。通过重复该周期来生长p-GaN层。一个周期的厚度小于250，并且提高了Mg掺杂效率。
而且，p-GaN层419具有作为一个周期的GaN/GaN(Mg)或u-GaN/(Mg++)/GaN(Mg)/(Mg++)超晶格结构。通过重复该周期，p-GaN层419可以生长至500～5000的厚度范围。这里，(Mg++)层表示通过δ-掺杂形成的层。例如，(Mg++)层可以在没有补充Ga的情况下在1～60秒内通过δ-掺杂形成。
而且，p-GaN层419形成为具有GaN/AlGaN(Mg)、GaN/AlGaN(Mg)/GaN(Mg)、或GaN/(Mg++)/AlGaN(Mg)/(Mg++)/GaN(Mg)的至少一个周期的超晶格结构。(Mg++)层可以在NH3/H2气氛下在1～60秒内通过δ-掺杂形成。
而且，第二电极接触层生长厚度小于60的n-InGaN层421，并且最终形成具有n-/p-/n-结型结构的发光器件，其光功率提高10～20％。在这点上，n-InGaN层421可以生长为铟含量顺序受控制的超梯度结构。此外，在n-InGaN层421上形成的第二电极材料通过n-InGaN层421的掺杂相或能带隙差确定。然而，由于n-InGaN层421具有能带隙受线性变化的铟含量控制的超梯度结构，因此为了增加电流扩散效果，可以使用透明氧化物和透明电阻金属(transparent resistivemetal)作为第二电极材料。具体而言，可以使用ITO、IZO(In-ZnO)、GZO(Ga-ZnO)、AZO(Al-ZnO)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(In-GaZnO)、IrOx、RuOx，或RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO。
而且，第二电极接触层可以形成为n-InGaN/InGaN超晶格结构。在这种情况下，也可以同样采用上述透明电极。
根据本发明，在衬底上低温生长缓冲层，并且在高温下生长具有良好结晶度的GaN层。然后，选择性实施掩蔽，并实施正性干蚀刻(positive dry etch)，使得从GaN层到蓝宝石衬底的形状形成为锥形。利用这种图案化的SEGSS结构，改善光功率和运行可靠性。与相关技术方法不同，SEGSS结构利用蓝宝石衬底和掩模材料之间的蚀刻速率差形成，以实现锥形结构。
根据本发明，首先蚀刻蓝宝石衬底的表面，然后在该蚀刻过程进行时从蓝宝石衬底的边缘部分蚀刻掩模材料。因此，掩模材料被完全蚀刻，从而GaN层和蓝宝石衬底的表面被同时蚀刻，由此从圆形改变为锥形。以这种方式，可以形成SEGSS结构。
而且，通过在选择性蚀刻的SEGSS中低温二次再生长缓冲层和GaN层来生长氮化物半导体发光器件。因此，提高光提取效率并且在再生长期间可以防止漏电流。锥形的度数由初始GaN层的厚度和掩模材料的状态确定。为了蚀刻具有良好结晶度的GaN层，GaN层必须生长至完全实现横向生长的临界厚度以上。
而且，向衬底发射的光从衬底的表面向发光器件的表面反射，从而提高光提取效率。因此，提高发光效率。
<第二实施方案>
图11和图12是说明根据本发明第二实施方案制造氮化物半导体发光器件的方法的视图。图13是根据本发明第二实施方案的氮化物半导体发光器件的截面图。
参照图11、图12和图13，除了省略在第一In掺杂GaN层405上图案化绝缘层407的过程外，第二实施方案类似于第一实施方案。因此，将仅描述差别。
根据本发明的第二实施方案，在没有实施图案化SiO2绝缘层的过程的情况下，在SEGSS结构上再生长第二GaN层。在蚀刻的锥形GaN层和蚀刻的蓝宝石衬底的表面被暴露的状态下实施第二GaN生长。
在GaN层的第二再生长中，由于由锥形GaN层的表面和蓝宝石衬底的表面的表面状态和表面能不同所引起的应变变化，使得相对于相同的生长时间，锥形GaN层的表面生长为GaN晶种形状，并且该生长主要仅在被蚀刻的蓝宝石衬底的表面上进行。换句话说，即使锥形GaN层的表面被暴露于生长环境，GaN层也主要在被蚀刻的蓝宝石衬底表面沿c轴方向生长。反之，GaN层在沿相对于c轴方向的倾斜部分的弯曲表面的所有方向上垂直生长，该生长难以进行。
而且，在根据本发明第二实施方案的再生长中，进一步堆叠在第二缓冲层409上的第二In掺杂GaN层411主要沿c轴方向生长。由于锥形的光滑弯曲表面，使得可以降低在现有PSS法中出现的晶体缺陷。因此，可以抑制发光器件的漏电流，由此可以改善可靠性。此外，由于在锥形末端部分的弯曲表面中的表面能很强，因此发生在衬底的表面并传播至发光器件表面的穿透位错(TD)的方向在水平方向是弯曲的，从而阻止传播。
工业适用性本发明可以提高氮化物半导体发光器件的光提取效率。
权利要求
1.一种氮化物半导体发光器件，包含衬底，其具有通过蚀刻形成在其表面上的预定图案；位于所述衬底的未蚀刻区域上方并且具有堆叠的第一缓冲层和第一氮化物半导体层的突出部；形成在所述衬底的蚀刻区域上方的第二缓冲层；形成在所述第二缓层和所述突出部上方的第二氮化物半导体层；形成在所述第二氮化物半导体层上方的第三氮化物半导体层；形成在所述第三氮化物半导体层上方的发射光的有源层；和形成在所述有源层上方的第四氮化物半导体层。
2.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述衬底由选自蓝宝石、碳化硅、硅和GaAs中的一种形成。
3.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述第一缓冲层和/或所述第二缓冲层具有选自AlInN/GaN叠层结构、InGaN/GaN超晶格结构、InxGa1-xN/GaN叠层结构和AlxInyGa1-(x+y)N/InxGa1-xN/GaN叠层结构的结构。
4.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述第一缓冲层和/或所述第二缓冲层由未掺杂GaN层形成。
5.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述第一缓冲层和/或所述第二缓冲层是由选自铟、硅、铟/硅、和铝中的一种掺杂的n-GaN层。
6.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述第三氮化物半导体层由硅/铟或硅/铝同时掺杂的n-GaN层形成。
7.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述第三氮化物半导体层形成为具有AlGaN/GaN(Si)或AlGaN/未掺杂GaN/GaN(Si)超晶格结构的至少一个周期，其中重复执行所述周期。
8.根据权利要求7的氮化物半导体发光器件，其中所述第三氮化物半导体层的总厚度范围为1～2μm。
9.根据权利要求7的氮化物半导体发光器件，其中所述AlGaN层是未掺杂层并且形成为10～200的厚度范围并且具有0.01～0.02(1对应于100％)的Al组成。
10.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述第三氮化物半导体层和所述有源层之间并且具有1～5％的铟含量的低摩尔含In氮化物层。
11.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述有源层形成为由阱层和势垒层组成的单量子阱层或多量子阱层，并且在所述阱层和所述势垒层之间进一步形成SiNx簇层。
12.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述第四氮化物半导体层形成为具有GaN/GaN(Mg)、GaN/GaN(Mg)/(Mg++)或GaN/(Mg++)/GaN(Mg)/(Mg++)超晶格结构的至少一个周期，其中重复执行所述周期。
13.根据权利要求12的氮化物半导体发光器件，其中所述(Mg++)层在没有补充Ga的情况下在1～60秒的时间内通过δ-掺杂而形成。
14.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述第四氮化物半导体层形成为具有GaN/AlGaN(Mg)、GaN/AlGaN(Mg)/GaN(Mg)、或者GaN/(Mg++)/AlGaN(Mg)/(Mg++)/GaN(Mg)超晶格结构的至少一个周期，其中重复执行所述周期。
15.根据权利要求14的氮化物半导体发光器件，其中所述(Mg++)层在NH3/H2气氛下在1～60秒的时间内通过δ-掺杂而形成。
16.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述第四氮化物半导体层上方的第五氮化物半导体层。
17.根据权利要求16的氮化物半导体发光器件，其中所述第五氮化物半导体层形成为具有In含量逐渐变化的SG(超梯度)结构的n-InGaN层或形成为n-InGaN/InGaN超晶格结构层。
18.根据权利要求16的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述第五氮化物半导体层上的透明电极。
19.根据权利要求18的氮化物半导体发光器件，其中所述透明电极由选自ITO、IZO(In-ZnO)、GZO(Ga-ZnO)、AZO(Al-ZnO)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(In-Ga ZnO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、和Ni/IrOx/Au/ITO中的一种形成。
20.根据权利要求16的氮化物半导体发光器件，其中所述第三和第五氮化物半导体层由n型氮化物半导体层形成，而所述第四氮化物半导体层由p型氮化物半导体层形成，以提供n-/p-/n-结型结构。
21.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，还包含形成在所述突出部上方的绝缘层。
22.根据权利要求21的氮化物半导体发光器件，其中所述绝缘层由SiO2形成。
23.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中所述突出部成形为锥形。
24.根据权利要求23的氮化物半导体发光器件，其中所述锥形以逐渐弯曲表面的形式倾斜。
25.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中在蚀刻所述第一缓冲层和所述第一氮化物半导体层的同时蚀刻所述衬底。
26.一种氮化物半导体发光器件，包含衬底，具有通过蚀刻形成在其表面上的预定图案；位于所述衬底的未蚀刻区域上方并且具有堆叠的第一缓冲层和第一氮化物半导体层的突出部；形成在所述衬底的蚀刻区域上方的第二缓冲层；形成在所述第二缓冲层和所述突出部上方的第二氮化物半导体层；形成在所述第二氮化物半导体层上方的发射光的有源层；和形成在所述有源层上方的第三氮化物半导体层。
27.一种用于制造氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括在衬底上方形成由第一缓冲层和第一氮化物半导体层组成的突出部，并且将未形成所述突出部的所述衬底的表面蚀刻至预定深度；在所述衬底的蚀刻区域上方形成第二缓冲层；在所述第二缓冲层上方形成第二氮化物半导体层；在所述第二氮化物半导体层上方形成第三氮化物半导体层；在所述第三氮化物半导体层上方形成发射光的有源层；和在所述有源层上方形成第四氮化物半导体层。
28.根据权利要求27的方法，还包括在所述第四氮化物半导体层上方形成第五氮化物半导体层。
29.根据权利要求27的方法，其中所述突出部被成形为锥形。
30.根据权利要求29的方法，其中所述突出部具有逐渐弯曲部分。
31.根据权利要求27的方法，其中形成所述第二氮化物半导体层以覆盖所述突出部。
32.根据权利要求27的方法，其中所述形成突出部和蚀刻的衬底包括在所述衬底上方形成所述第一缓冲层；在所述第一缓冲层上方形成所述第一氮化物半导体层；在所述第一氮化物半导体层上方形成掩模图案；蚀刻所得衬底以使在其上具有所述掩模图案的区域形成由堆叠的所述第一缓冲层和所述第一氮化物半导体层组成的所述突出部，并且在其上不具有所述掩模图案的区域形成所述蚀刻的衬底。
33.根据权利要求32的方法，其中所述衬底和所述掩模图案具有不同的蚀刻速率。
34.根据权利要求32的方法，其中所述掩模图案形成为具有两个维度的圆形。
35.根据权利要求32的方法，其中所述掩模图案通过光刻过程形成。
36.根据权利要求32的方法，其中通过干蚀刻来实施所述蚀刻。
37.根据权利要求32的方法，其中所述具有掩模图案的区域从其边缘进行蚀刻。
38.根据权利要求32的方法，其中所述突出部通过蚀刻所述第一缓冲层和所述第一氮化物半导体层而提供。
39.根据权利要求27的方法，在蚀刻所述衬底之后，还包括形成所述绝缘层；和移除未形成所述突出部的区域上的所述绝缘层；
40.根据权利要求27的方法，其中所述第一缓冲层和/或所述第二缓冲层具有选自AlInN/GaN叠层结构、InGaN/GaN超晶格结构、InxGa1-xN/GaN叠层结构和AlxInyGa1-(x+y)N/InxGa1-xN/GaN叠层结构中的结构。
41.根据权利要求27的方法，其中所述第三氮化物半导体层由硅/铟或硅/铝同时掺杂的n-GaN层形成。
42.根据权利要求27的方法，其中所述第三氮化物半导体层形成为具有至少两个周期的超晶格结构，其中所述周期由AlGaN/GaN(Si)或AlGaN/未掺杂GaN/GaN(Si)组成。
43.根据权利要求27的方法，还包括形成具有铟含量为1～5％的低摩尔氮化物半导体层。
44.根据权利要求27的方法，其中所述第四氮化物半导体层形成为具有至少两个周期的超晶格结构，其中所述周期由GaN/GaN(Mg)、GaN/GaN(Mg)/(Mg++)或GaN/(Mg++)/GaN(Mg)/(Mg++)组成。
45.根据权利要求27的方法，其中所述第四氮化物半导体层形成为具有至少两个周期的超晶格结构，其中所述周期由GaN/AlGaN(Mg)、GaN/AlGaN(Mg)/GaN(Mg)或GaN/(Mg++)/AlGaN(Mg)/(Mg++)/GaN(Mg)组成。
46.根据权利要求27的方法，还包括所述第五氮化物半导体层形成为具有In含量逐渐变化的SG(超梯度)结构的n-InGaN层或形成为n-InGaN/InGaN超晶格结构层。
全文摘要
本发明涉及一种氮化物半导体发光器件，包括具有通过蚀刻形成在其表面上的预定图案的衬底；位于所述衬底的未蚀刻区域上并且具有在其上堆叠的第一缓冲层和第一氮化物半导体层的突出部；形成在所述衬底的蚀刻区域上的第二缓冲层；形成在所述第二缓冲层和所述突出部上的第二氮化物半导体层；形成在所述第二氮化物半导体层上的第三氮化物半导体层；形成在所述第三氮化物半导体层上用于发光的有源层；和形成在所述有源层上的第四氮化物半导体层。根据本发明，可以提高氮化物半导体发光器件的光提取效率。
文档编号H01L33/42GK101069290SQ200580040990
公开日2007年11月7日 申请日期2005年12月5日 优先权日2004年12月23日
发明者李昔宪 申请人:Lg伊诺特有限公司