专利名称：发光器件、发光器件封装以及照明系统的制作方法
技术领域：
实施例涉及半导体发光器件和具有半导体发光器件的发光器件封装。
背景技术：
III-V族氮化物半导体已经被广泛应用于诸如蓝色和绿色发光二极管(LED)的 光学装置、诸如MOSFET(金属半导体场效应晶体管)和HEMT(异质结场效应晶体管)的 高速切换装置、以及照明装置或者显示装置的光源。特别地，包括III族氮化物半导体的 发光器件具有与从可见光频带到紫外光频带相对应的直接基本带隙(directfimdamental bandgap)，使得能够高效率地发射光。氮化物半导体主要用于LED (发光二极管)或者LD (激光二极管)，并且已经不断 地进行研究以提高氮化物半导体的光效率或者制造工艺。
发明内容
实施例提供具有新的有源层的发光器件。实施例提供包括如下有源层的发光器件，所述有源层具有高的铟密度的团簇 (cluster)。实施例提供包括具有改善的表面缺陷密度的有源层的发光器件。实施例能够提高发光器件、发光器件封装、以及照明系统的可靠性。实施例提供一种发光器件，包括第一导电类型半导体层；有源层，所述有源层包 括被交替地布置在第一导电类型半导体层上的多个阻挡层和多个阱层；以及有源层上的第 二导电类型半导体层，其中，至少一个阱层包括具有lEll/cm2或者更大的密度的铟团簇。实施例提供一种发光器件，包括第一导电类型半导体层；有源层，所述有源层包 括被交替地布置在第一导电类型半导体层上的阻挡层和阱层；以及有源层上的第二导电类 型半导体层，其中，至少一个阱层包括具有lEll/cm2或者更大的密度的铟团簇，并且有源层 的表面上的缺陷密度低于第一导电类型半导体层的表面上的缺陷密度。实施例提供一种发光器件封装，包括主体；主体上的多个引线电极；发光器件， 该发光器件被布置在引线电极的至少一个上，并且被电气地连接到引线电极；以及成型构 件，该成型构件用于成型发光器件，其中，发光器件包括第一导电类型半导体层；有源层， 所述有源层包括被交替地布置在第一导电类型半导体层上的阻挡层和阱层；以及有源层上 的第二导电类型半导体层，其中，至少一个阱层包括具有lEll/cm2或者更大的密度的铟团 簇。
图1是示出根据第一实施例的发光器件的截面图；图2是根据实施例的基于有源层的生长温度和铟的成分(content)的相位图；图3是示出根据实施例和比较示例的PL强度的图4是示出根据第二实施例的发光器件的截面图；图5是示出根据第三实施例的发光器件的截面图；图6是示出图1的发光器件中的横向电极的截面图；图7是示出图1的发光器件中的垂直电极的截面图；图8是示出包括图6中所示的发光器件的发光器件封装的截面图；图9是示出根据实施例的显示装置的图；图10是根据实施例的另一显示装置的图；以及图11是示出根据实施例的照明装置的图。
具体实施例方式在实施例的描述中，将会理解的是，当层(或者膜)、区域、图案或结构被称为在另 一衬底、另一层(或膜)、另一区域、另一垫或另一图案“上”或“下”时，它能够“直接”或“间 接”位于其它衬底、层(或膜)、区域、垫或图案上，或者也可以存在一个或者多个中间层。将会参考附图描述该层的位置。另外，出于方便或清楚的目的而示意性地绘制附 图中所示的每层的厚度。另外，元件的尺寸没有完全反映实际尺寸。在下文中，将会参考附图描述根据实施例的半导体发光器件。图1是示出根据第一实施例的发光器件的侧面截面图。参考图1，发光器件100包括衬底101、缓冲层103、第一导电类型半导体层105、 有源层107、以及第二导电类型半导体层109。衬底101可以包括诸如蓝宝石(Al2O3)衬底或者玻璃衬底的透射衬底。衬底101可 以包括导电材料、绝缘材料、或者金属材料。优选地，衬底101可以包括从由GaN、SiC、ZnO、 Si、GaP, GaAs,以及Gii2O3组成的组中选择的一个，但是实施例不限于此。光提取结构能够 被形成在衬底101上。优选地，光提取结构包括具有被形成在衬底101上的条纹结构或者 透镜结构的突起。根据实施例，III族氮化物半导体晶体结构是在衬底的表面上生长的外 延层，但是实施例不限于此。另外，II至VI族化合物半导体层能够以层或者图案的形式形成在衬底101上。II 至VI族化合物半导体层可以包括包含能够减少晶格失配的材料的结构或者光提取结构。通过诸如电子束蒸发器、PVD (物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、PLD(等离子 体激光沉积)、复式热蒸发器(dual-type thermal evaporator)、溅射、以及MOCVD (金属有 机化学气相沉积)的生长设备可以生长化合物半导体层，但是实施例不限于此。缓冲层103能够被形成在衬底101上。例如，缓冲层103可以包括如下的III-V族 化合物半导体，所述III-V族化合物半导体包括从由GaN、AlN、AWaN、InGaN、InN、IniUGaN、 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP、以及AlGaInP组成的组中选择的一个。通过使用具有 InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的组成式的半导体材料，或者通过使用 诸如SiO的氧化物材料能够形成缓冲层。缓冲层103可以包括单层或者能够减少衬底101 和化合物半导体层之间的晶格失配的超晶格结构(SLS)。超晶格结构可以包括hGaN/GaN 的堆叠结构。能够提供诸如未掺杂的氮化物半导体层的未掺杂的半导体层。未掺杂的半导体层 被特意用于指示未被掺杂导电掺杂物的半导体层。未掺杂的半导体层具有显著地低于第一导电类型半导体层的导电性。例如，未掺杂的半导体层包括具有第一导电属性的未掺杂的 GaN层。缓冲层103和/或未掺杂的半导体层能够被省略。发光结构层104被形成在缓冲层103上。发光结构层104可以具有N-P结结构、 P-N结结构、N-P-N结结构、或者P-N-P结结构，其中“N”称为N型半导体层，“P”称为P型 半导体层，并且“_”指的是具有被布置在有源层的两侧处或者被直接地堆叠在有源层上的 P型半导体结构和N型半导体层的结构。优选地，发光结构104包括第一导电类型半导体层105、有源层107、以及第二导电 类型半导体层109。第一导电类型半导体层105能够被布置在有源层107和衬底101之间，优选地，在 缓冲层103上。第一导电类型半导体层105可以包括被掺杂有第一导电掺杂物的III-V族 化合物半导体。例如，第一导电类型半导体层105可以包括从由GaN、A1N、AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP,以及 AlGaInP 组成的组中选择的一个。第 一导电类型半导体层105可以包括具有ΜχΑ ρ ^Ν (0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1) 的组成式的半导体材料。第一导电类型半导体层105是N型半导体层。N型半导体层可以包括诸如Si、Ge、 Sn.Se或者Te的N型掺杂物。第一导电类型半导体层105可以用作电极接触层，并且能够 被制备为单层或者多层，但是实施例不限于此。另外，第一导电类型半导体层105可以包括包含异质结半导体层的超晶格结构。 超晶格结构包括GaN/InGaN或者GaN/AWaN的堆叠结构。超晶格结构可以至少包括被相互 交替地堆叠的两对异质结半导体层，并且具有数个A或者更大的厚度。第一导电包覆层可以被形成在第一导电类型半导体层105和有源层107之间。第 一导电包覆层可以包括GaN基半导体，并且具有比被形成在有源层107中的阻挡层171和 173的带隙更大的带隙，以限定载流子。有源层107可以具有单量子阱结构或者多量子阱结构。有源层107可以具有包 括作为由III-V族化合物半导体材料构成的阱层171和阻挡层173的堆叠结构。例如，有 源层107可以包括haAlbGa(1_a_b)N阻挡层17lAnxAlyGaa_x_y)N阱层172，其中0彡a彡1， 0 ^ b ^ 1,0 ^ a+b ^ 1,0 < χ ^ 1,0 ^ y ^ 1，并且 0 彡 x+y 彡 1。能够一次至二十次重 复地堆叠阻挡层171和阱层172，但是实施例限于此。阻挡层171和173能够分别被布置在 有源层107的最上侧和最下侧处，并且阻挡层171的数目可以比阱层172的数目至少大于 1，但是实施例不限于此。与第一导电类型半导体层105相邻的有源层107的第一阻挡层171能够被掺杂有 η型掺杂物，并且与第二导电类型半导体层109相邻的有源层107的第二阻挡层173可以具 有比其它的阻挡层的掺杂物浓度小的掺杂物浓度。第二阻挡层173的掺杂物浓度被称为η 型掺杂物和/或P型掺杂物的浓度。为了生长有源层107，通过在采用氮和/或氢作为载体气体的同时，在第一温度Tl 下选择性地提供ΝΗ3、TMGa(或者TEGa)、TMln或者TMAl来交替地生长阻挡层171和阱层 172。第一温度Tl处于700°C至800°C的范围内。用于阻挡层171和173的生长温度可以 等于或者高于用于阱层172的生长温度。至少一个阱层172的生长率是0. Olnm/sec或者更小。至少一个阱层172的厚度大约是3nm或者更大，优选地，为3nm至4nm。在至少一个阱层172中的铟(In)组分是12% 或者更大。能够在阱层172上形成单阻挡层或者多阻挡层。在阱层172与阻挡层171和173之间存在铟组分的差。在薄膜生长工艺期间，通 过控制铟流动速率可以调整铟组分。即，为了减少铟组分，则升高生长温度或者减小铟的流 动速率。详细地，通过使用具有比用于阱层172的材料的铟组分更低的铟组分的半导体材 料，能够生长阻挡层171和173。阻挡层171和173的带隙可以大于阱层172的带隙。另外，当阱层172与阻挡层171和173被交替地生长时要求有稳定时间，以稳定用 于各层的生长温度。例如，将稳定时间给定为在用于阻挡层171的生长温度被变成用于阱 层172的生长温度，或者用于阱层172的生长温度被变成用于阻挡层171和173的生长温 度的时段。通过利用稳定时间能够形成有源层107。第二导电包覆层能够被形成在第二导电类型半导体层109和有源层107之间。第 二导电包覆层可以包括GaN基半导体层，并且具有比被形成在有源层107中的阻挡层171 和173的带隙更大的带隙，以限定载流子。第二导电类型半导体层109被形成在有源层107上。第二导电类型半导体层109 可以包括被掺杂有第二导电掺杂物的III-V族化合物半导体。例如，III-V族化合物半导 体可以包括从由 GaN、AlN、AlGaN、InGaN, InN, InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、 以及AlGaInP组成的组中选择的一个。优选地，通过使用具有hxAly(}ai_x_yN(0彡χ彡1， O^y^ 1)的组成式的半导体材料能够形成第二导电类型半导体层109。第二导电类型半导体层109能够被制备为单层或者多层。如果第二导电类型半导 体层109被制备为多层，那么第二导电类型半导体层109可以包括超晶格结构，诸如AlGaN/ GaN。第二导电类型半导体层109是被掺杂有诸如Mg、Be、或者Si的P型掺杂物的P型 半导体层。第二导电类型半导体层109可以用作电极接触层，但是实施例不限于此。另外，发光结构层104可以具有包括P型半导体的第一导电类型半导体层105和 包括N型半导体的第二导电类型半导体层109。具有与第一导电类型半导体层105相反的 极性的第三导电类型半导体层(未示出)能够被形成在第二导电类型半导体层109上。如图2中所示，当阱层172中的铟组分Xln是处于10%至20%的范围内时，有源层 107保持在亚稳区Dl中。然而，如果在有源层107的阱层172的生长的工艺中已经确定大 多数属性，那么当在有源层107已经被生长之后的后续工艺中执行最佳化时，波长很少会 发生变化。根据实施例，有源层107的阱层172的生长率是0. Olnm/sec或者更小，阱层172 的厚度是3nm或者更大，并且阱层172的铟组分是12%或者更大。在这样的情况下，生长 阱层172，并且然后在已经经过稳定时间之后生长阻挡层171。这样，阱层172与阻挡层 171和173能够被交替地生长。阻挡层171和173可以比阱层172更厚。阱层172满足 InxAly(iai_x_yN的组成式，其中χ是处于0. 12至0.2的范围内，优选地，在0. 12至0. 15。在有源层107已经被生长之后，执行热退火工艺以提高光学特性。以第二温度 T2(T2 > Tl)执行热退火工艺，以最优化有源层107的光学特性。第二温度Τ2高于阱层172 的生长温度或者第一温度，并且被设置为800至1100°C的范围内。可以取决于有源层107的生长温度而改变第二温度T2。根据实施例，在有源层107已经完成生长之后并且在第二 导电类型半导体层109被生长之前执行热退火工艺。热退火工艺可以保护有源层107的阱 层172，并且防止微粒被分解或者蒸发，同时提高界面特性、光学特性、以及厚度均勻性。同时，在高于有源层107的阱层172的生长温度的温度下执行至少一个热退火工 艺，使得能够防止阱层172的质量退化并且能够提高光效率。作为高密度铟团簇的富铟团 簇(In rich cluster)，或者可以在至少一个阱层172中诱发量子点(quantum dot)。为了便 于解释，高密度铟团簇将会被称为铟团簇。铟团簇具有比阱层172中的铟组分更高的铟组 分。另外，铟团簇具有20nm或者更小的尺寸，优选地，为1至20nm。阱层172中的铟团簇的 密度可以是lEll/cm2或者更大(例如，lEll/cm2至lE13/cm2)。铟团簇具有比化/明 ！力 阱层中的铟(In)的组分更高的组分。铟团簇可以具有不规则的形状或者随机的形状，并且以随机的间隔被相互隔开。另外，热退火时间比有源层107的稳定时间长。例如，热退火时间大约是20分钟。具有上述结构的发光器件可以具有相对于静电放电(ESD)的改善的耐久性和改 善的光致发光(photo Iuminescence(PL))强度，并且能够提高诸如工作电压的发光器件 100的电气特性。因此，能够提供具有高的光致发光强度和可靠性的发光器件。由于热退火 工艺，发光器件100能够发射低于有源层107的本征材料的带隙的能量的光。有源层107 的阱层172可以具有矩形、锥形、或者梯形的带隙。如图3中所示，从有源层107发射的光的波长可以被延长Inm或者更多，并且光的 光致发光强度可以被提高了大约10%或者更多。由于在已经形成有源层107之后执行退火工艺，所以能够发射具有适合于发光器 件的光致发光强度的光，而不需要在有源层107和第二导电类型半导体层109之间形成的 诸如P-AWaN/GaN的超晶格结构和/或P_AWaN。另外，即使诸如图案化蓝宝石衬底(PSS) 的附加图案没有被形成在衬底101上，也能够提供具有最佳的光发射的有源层107。有源层107的表面上的缺陷密度，即，最上表面上的缺陷密度是lE8/cm2或者更 小。缺陷密度可以包括电势凹坑或者V-pit。第二阻挡层173可以被布置在有源层107的 最上层处。通过热退火工艺能够改善有源层107的表面上的缺陷密度，即，第二阻挡层173的 表面上的缺陷密度。当执行热退火工艺时，有源层107中的h和( 的原子(atom)迁移到 缺陷区域并且相互组合，从而能够改善有源层107的表面上的缺陷密度。另外，通过热退火 工艺，h和( 的原子被组合在缺陷区域中，使得能够生长具有高质量的InGaN层。有源层107的第二阻挡层173的表面上的缺陷密度可以低于第一导电类型半导体 层105的下表面或者顶表面上的缺陷密度。另外，第二阻挡层173的缺陷密度可以低于阻 挡层171的缺陷密度，其中，所述第二阻挡层173与第一导电类型半导体层105相比离第二 导电类型半导体层109更近，所述阻挡层171与第二导电类型半导体层109相比离第一导 电类型半导体层105更近。由于通过热退火工艺能够减少有源层107的表面上的缺陷密度，所以能够提高具 有高质量的有源层107。另外，能够防止由缺陷引起的低的电流和耐受电压，使得能够提高 有源层107的内部量子效率。如图3中所示，由于具有上述结构的阱层和热退火工艺，根据实施例的有源层发射具有比比较示例的长2. 3nm的波长的光，并且与比较示例的相比较光致发光强度被增加 了大约50%。在阱层具有2nm的厚度，并且h组分是10%的条件下获得比较示例。当生 长有源层时确定有源层的特性。根据实施例，通过在预定的条件下已经生长阱层和有源层之后的后续工艺来最优 化有源层，使得发光器件能够提高光致发光强度，同时增强相对于ESD的耐久性和诸如工 作电压的电气特性。因此，能够实现具有高的光致发光强度和高的可靠性的发光器件。表1示出实施例和比较示例的电压、功率以及ESD特性。表 权利要求
1.一种发光器件，包括第一导电类型半导体层；有源层，所述有源层包括被交替地布置在所述第一导电类型半导体层上的阻挡层和阱 层；以及所述有源层上的第二导电类型半导体层，其中，所述至少一个阱层包括具有lEll/cm2或者更大的密度的铟团簇。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述阱层包括具有hxAlyGa(1_x_y)N(0 < χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的组成式的材料。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述阱层的至少一个铟团簇具有20nm或者 更小的尺寸。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述阱层的铟团簇具有不规则的形状或者 随机的形状。
5.根据权利要求2所述的发光器件，其中，所述铟团簇具有比所述至少一个阱层中的 铟(In)组分更高的组分。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述阱层中的铟组分是处于10%至20%的 范围内。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述阱层具有至少3nm的厚度。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述有源层的表面上的缺陷密度比所述第 一导电类型半导体层的表面上的缺陷密度低。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述有源层的表面上的所述缺陷密度是 lE8/cm2或者更小。
10.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述有源层的最上边的层是第一阻挡层， 并且从所述第一阻挡层的表面获得所述有源层的缺陷密度。
11.根据权利要求8所述的发光器件，进一步包括在所述有源层和所述第二导电类型 半导体层之间的第二导电缓冲层，其中，所述第二导电缓冲层包括InMGaN或者AWaN。
12.根据权利要求8所述的发光器件，进一步包括在所述第二导电类型半导体层上的 第三导电类型半导体层，其中，所述第三导电类型半导体层具有与所述第二导电类型半导 体层的极性相反的极性。
13.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述至少一个阱层具有3nm至4nm的厚度， 所述厚度比所述阻挡层的厚度薄。
14.根据权利要求8所述的发光器件，其中，与所述第二导电类型半导体层相比离所述 第一导电类型半导体层更近的所述阻挡层包括η型掺杂物。
15.根据权利要求8所述的发光器件，其中，与所述第一导电类型半导体层相比较离所 述第二导电类型半导体层更近的所述阻挡层的缺陷密度比与所述第二导电类型半导体层 相比较离所述第一导电类型半导体层更近的所述阻挡层的缺陷密度低。
全文摘要
本发明公开一种发光器件和具有发光器件的发光器件封装以及照明系统。发光器件包括第一导电类型半导体层；有源层，其包括被交替地布置在第一导电类型半导体层上的阻挡层和阱层；以及有源层上的第二导电类型半导体层。至少一个阱层包括具有1E11/cm2或者更大的密度的铟团簇。
文档编号H01L33/02GK102097552SQ201010579229
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月3日 优先权日2009年12月4日
发明者尹浩相, 沈相均 申请人:Lg伊诺特有限公司