CN1996626B - 氮化物基发光器件及其制造方法 - Google Patents
氮化物基发光器件及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1996626B CN1996626B CN200610081818.6A CN200610081818A CN1996626B CN 1996626 B CN1996626 B CN 1996626B CN 200610081818 A CN200610081818 A CN 200610081818A CN 1996626 B CN1996626 B CN 1996626B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gan
- coating
- layer
- nitride
- based light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 64
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 50
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 50
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 12
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 9
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 9
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 5
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 8
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/0242—Crystalline insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02513—Microstructure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
提供了一种高功率和长寿命的氮化物基发光器件及其制造方法。该氮化物基发光器件包括：形成于单晶晶片上的n覆层；通过在HCl和NH3的混合气体气氛下从顶表面处理该n覆层至预定深度而形成的多孔层；以及依次形成于所述多孔层上的有源层和p覆层。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮化物基发光器件，尤其涉及一种具有高功率和长寿命的氮化物基发光器件及其制造方法。
背景技术
诸如发光二极管(LED)的发光器件基本上是半导体PN结二极管。硅PN结扮演了电子信息革命的领导角色，而III-V族化合物半导体的PN结则扮演了光革命的领导角色。III-V族化合物半导体是通过组合元素周期表上的III族和V族元素制成的。它具有发光效率几乎接近100％的优势。这一发光效率比硅高近一千倍。于是，从材料开发的初始阶段开始，LED就广泛使用在诸如二极管激光器的发光器件中，并且扮演着光革命的领导角色。此外，由于LED具有高的电子运动速度并能够在高温下工作，因此，它们被广泛用在高速高功率电子器件中。尤其是，将几种III族和V族元素彼此混合，从而能够制造出具有各种材料组分和特性的半导体。
作为LED的基本特性，在可见光区在LED中使用发光强度(单位：坎德拉(cd))，在非可见光区中使用辐射通量(单位：瓦)。发光强度由每单位立体角的光速表示，而亮度由每单位面积的发光强度表示。使用光度计测量亮度。辐射通量表示从LED的所有波长辐射的全部功率，由每单位时间辐射的能量表示。
决定可见光LED性能的主要因素是由每瓦特流明(lm/W)表示的发光效率。这一因素对应于考虑到人眼的亮度因素时的壁上插座效率(wall-plugefficiency)(光输出/输入的电功率的量)。LED的发光效率可以主要由三个因素决定，诸如内量子效率、引出效率和工作电压。目前正在开展对于改善发光效率的研究。
通常，常规LED具有蓝宝石/n-GaN/MQW/p-GaN的结构。不过，在这种LED中，由于制造技术的制约，缺陷的密度高。于是，在解决当前的技术目的时存在限制，即，第一个目的是提高MQW层的内量子效率，第二个 目的是制造高功率的LED。具体而言，在高功率LED中，由于缺陷，导致漏电流大，这提高了器件的驱动电压并减少了器件的寿命。
韩国专利申请No.10-2005-0081139披露了一种具有纳米棒(nano rod)阵列结构的LED及其制造方法，该结构具有InGaN量子阱。在此，由于LED具有蓝宝石/n-GaN/MQW/p-GaN的结构，因此曾为改善上述问题而做出过工作。不过，制造纳米棒的方法很复杂，在产业中实际使用这种技术并不容易。
发明内容
本发明提供了一种高功率和长寿命的氮化物基发光器件及其制造方法。
根据本发明的一方面，提供了一种氮化物基发光器件，该氮化物基发光器件包括：形成于单晶晶片上的n覆层；多孔层，该多孔层通过在HCl和NH3的混合气体气氛下从所述n覆层的顶表面处理其直到预定深度而形成；以及依次形成于所述多孔层上的有源层和p覆层。
所述多孔层可以形成至1-10μm的厚度。
所述单晶晶片可以为Si、GaAs、SiC、GaN和蓝宝石衬底之一。所述n覆层可以为n-GaN层，且所述p覆层可以为p-GaN层。所述有源层可以具有多量子阱(MQW)结构，例如GaN/InGaN/GaN MQW或GaN/AlGaN/GaNMQW结构。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造氮化物基发光器件的方法，所述方法包括：在单晶晶片上形成n覆层；在HCl和NH3的混合气体气氛下从所述n覆层的顶表面处理其至预定深度，以形成多孔层；以及在所述多孔层上依次形成有源层和p覆层。
所述表面处理可以在950-1200℃的温度下执行，例如，在1065℃的温度下执行。所述表面处理可以在卤化物或氢化物气相外延(HVPE)系统中执行。在这种情况下，HCl和NH3的混合比可以为1:10。所述混合气体还可以包括载气，所述载气包括N2、Ar和H2中至少一种。在这种情况下，HCl、NH3和所述载气的混合比可以为1:10:80。
所述多孔层可以形成为1-10μm的厚度。
所述单晶晶片可以为Si、GaAs、SiC、GaN和蓝宝石衬底之一。所述n覆层可以为n-GaN层，且所述p覆层可以为p-GaN层。所述有源层可以具有多量子阱(MQW)结构，例如GaN/InGaN/GaN MQW或GaN/AlGaN/GaN MQW结构。
所述n覆层、所述有源层和所述p覆层可以使用气相淀积形成。所述气相淀积可以是卤化物或氢化物气相外延(HVPE)、金属有机化学气相淀积(MOCVD)或分子束外延(MBE)之一。
根据具有以上结构的本发明，能够获得高功率和长寿命的氮化物基发光器件。
附图说明
通过参考附图详细描述其示范性实施例，本发明的上述和其他方面将变得更明了，附图中：
图1为根据本发明实施例的氮化物基发光器件的示意性截面图；
图2A到2G为流程图，示出了制造图1所示的氮化物基发光器件的方法；以及
图3为截面扫描电子显微镜(SEM)照片，示出了在本发明的<试验例>中制造的多孔GaN层。
具体实施方式
将参考附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的示范性实施例。在附图中，为了清晰夸大了层和区域的厚度。
图1为根据本发明实施例的氮化物基发光器件的示意性截面图。参考图1，该氮化物基发光器件包括依次形成于单晶晶片10上的n覆层20、多孔层22、有源层30和p覆层40。n电极50和p电极60分别形成于n覆层20的被蚀刻表面和p覆层40上。
单晶晶片10可以是Si、GaAs、SiC、GaN和蓝宝石衬底之一。n覆层20可以由n-GaN基III-V族氮化物半导体层形成，例如n-GaN层或n-GaN/AlGaN层。p覆层40可以由p-GaN基III-V族氮化物半导体层形成，例如，p-GaN层或p-GaN/AlGaN层。由于n覆层20和p覆层40的结构和材料及其形成方法是本领域公知的，因此将省略其详细描述。
在HCl和NH3的混合气体气氛中从其顶表面将n覆层20处理至预定深度，由此形成多孔层22。多孔层22由多个凸起柱形成。从实验上讲，当多孔层22形成1-10μm的厚度时，氮化物基发光器件的光功率特性是最佳的。 将在稍后介绍的制造氮化物基发光器件的方法中详细描述形成多孔层22的方法。
有源层30可以由GaN基III-V族氮化物半导体层形成，其例如是nxAlyGa1-x-yN(0≤x＜1，0≤y＜1且0≤x+y＜1)、InGaN层或AlGaN层。在此，有源层30可以具有多量子阱(MQW)或单量子阱之一种结构。有源层30的结构不限制本发明的技术范围。例如，有源层30可以具有GaN/InGaN/GaNMQW或GaN/AlGaN/GaN MQW结构。
在具有以上结构的氮化物基发光器件中，如果在n电极50和p电极60之间施加预定的电压，就分别从n覆层20和p覆层40向有源层30中注入电子和空穴，电子和空穴在有源层30中复合，从而能够从有源层30输出光。
根据本发明，将n-GaN层20的表面处理至预定厚度，由此形成多孔层22。在进行该工艺期间，能够除去n-GaN层20中所包括的大量缺陷，例如，刃型位错。于是，能够在低缺陷密度的多孔层22上形成MQW层，由此制得具有改善的电特性的氮化物基发光器件，其漏电流减小且内量子效率提高。
根据本发明的当前实施例，有源层30由形成于多孔层22的每个凸出柱上且排列成一条线的多个点(dot)形成。不过，根据本发明的另一实施例，这些点也可以彼此连续地连接。具体而言，在形成有源层30时，调节垂直生长(下文称为GV)速度和横向生长(下文称为GL)速度的相对大小，从而能够控制有源层30的形状。于是，在不限制本发明的技术范围的范围内，可以将有源层30形成多种形状。
图2A到2G为流程图，示出了制造图1所示的氮化物基发光器件的方法。
参考图2A，使用同种堆叠方法，例如在GaN衬底上生长GaN基晶体层，或者使用异种堆叠方法，例如在蓝宝石衬底上生长GaN基晶体，在诸如Si、GaAs、SiC、GaN或蓝宝石衬底的已制备单晶晶片10上形成n覆层20。n覆层20可以由n-GaN基III-V族氮化物半导体层，例如n-GaN层或n-GaN/AlGaN层形成。n覆层20可以使用气相淀积形成，例如卤化物或氢化物气相外延(HVPE)、金属有机化学气相淀积(MOCVD)或分子束外延(MBE)。由于这些方法是本领域公知的，因此将省略它们的详细描述。
参考图2B和2C，在HCl和NH3的混合气体气氛中从其顶表面处理n 覆层20至预定深度，由此形成多孔层22。在此，可以由多个凸出柱形成多孔层22至1-10μm的厚度。在这种情况下，将HCl和NH3的混合比控制在1:10。该混合气体还可以包括载气，该载气包括N2、Ar和H2中的至少一种。此时，可以将HCl、NH3和载气的混合比控制在1:10:80。可以在950-1200℃的温度，例如1065℃下执行表面处理。表面处理可以在反应室中，例如在HVPE系统中进行。
在执行形成多孔层22的工艺期间，能够除去n-GaN层20中所包括的大量缺陷，例如，刃型位错。具体而言，HCl和NH3的混合气体气氛可以充当一种气相蚀刻剂。此时，n-GaN层20中的缺陷区首先被蚀刻并能够变成多孔形状。
参考图2D和2E，在多孔层22上依次形成有源层30和p覆层40。在此，可以使用诸如HVPE、MOCVD或MBE的气相淀积形成有源层30和p覆层40。
有源层30可以由GaN基III-V族氮化物半导体层InxAlyGa1-x-yN(0≤x<1，0≤y<1且0≤x+y<1)形成，其例如是InGaN层或AlGaN层。在此，有源层30可以是多量子阱(MQW)或单量子阱中的一种结构。有源层30的结构不限制本发明的技术范围。例如，有源层30可以由GaN/InGaN/GaN MQW或GaN/AlGaN/GaN MQW形成。
根据本发明的当前实施例，有源层30由形成于多孔层22的每个凸出柱上且排列成一条线的多个点形成。不过，根据本发明的另一实施例，这些点也可以彼此连续连接。具体而言，在形成有源层30时，调节垂直生长(下文称为GV)速度和横向生长(下文称为GL)速度的相对大小，从而能够控制有源层30的形状。这里，可以通过调节GaN基III-V族源材料的相对组分比，即三甲基镓(TMGa)和NH3的相对组分比来控制速度GV和GL。由于这是本领域公知的事实，因此将省略其详细描述。
p覆层40可以由p-GaN基III-V族氮化物半导体层形成，例如p-GaN层或p-GaN/AlGaN层。类似地，控制p覆层40的速度GV和GL，从而使p覆层40能够连续地连接到有源层30。
参考图2F和2G，首先，蚀刻p覆层40的顶表面直到n覆层20的预定深度，由此在n覆层20上形成被蚀刻表面。接着，在n覆层20的被蚀刻表面和p覆层40上由导电材料，例如Ag、Au或氧化铟锡(ITO)形成n电极 50和p电极60。可以使用上述工艺制造根据本发明的氮化物基发光器件。
<实验例：制造具有n-GaN/多孔GaN/MQW/p-GaN结构的LED>
为了形成多孔GaN层，在HVPE系统中固定GaN衬底，然后，将系统温度升至1065℃。接着，向HVPE系统中注入100sccm的HCl气体、1000sccm的NH3气体，和8000sccm的N2气体。将HVPE系统的压强调节至常压。在这样的条件下形成多孔GaN层。此时，通过调节诸如温度、气体流量和工艺时间的工艺参数，控制多孔GaN层的厚度或者多孔GaN层中空气间隙。之后，将堆叠结构置入MOCVD反应室中并在多孔GaN层上生长MQW层和p-GaN层。在生长MQW层时，垂直生长速度高于横向生长速度。并且，在生长p-GaN层时，横向生长速度高于垂直生长速度，使得p-GaN层彼此连接并彼此粘附。然后，通过执行形成电极的工艺形成n电极和p电极，从而使用以上工艺制造了LED。图3为截面扫描电子显微镜(SEM)照片，示出了在本发明的<试验例>中制造的多孔GaN层。
根据具有以上结构的本发明，能够获得高功率和长寿命的氮化物基发光器件。在该氮化物基发光器件中，将n覆层的预定厚度，例如n-GaN层的表面处理至预定厚度，从而获得多孔层。在执行该处理时，能够除去n-GaN层中所包括的大量缺陷。
于是，能够在缺陷密度低的多孔层上形成MQW层，从而能够制造电特性得以改善的氮化物基发光器件，其漏电流减小且内量子效率提高。照此，能够改善氮化物基发光器件的制造产率。
此外，制造氮化物基发光器件的方法可以简单而容易，且可以降低制造成本。于是，根据本发明，能够以低成本制造高质量的氮化物基发光器件。
尽管已经参考其示范性实施例具体展示和描述了本发明，本领域的技术人员应当理解，在不背离由权利要求所界定的本发明的精神和范围的情况下可以在其中做出多种形式和细节上的变化。
Claims (20)
1.一种氮化物基发光器件，包括：
形成于单晶晶片上的n覆层；
多孔层，该多孔层具有多个突起柱，并通过在HCl和NH3的气体气氛下从所述n覆层的顶表面处理其直到预定深度而形成；以及
依次形成于所述多孔层上的有源层和p覆层，
其中，所述有源层由形成于所述多孔层的每个突起柱上且排列成一条线的多个点形成。
2.如权利要求1所述的氮化物基发光器件，其中所述多孔层形成至1-10μm的厚度。
3.如权利要求1所述的氮化物基发光器件，其中所述单晶晶片为Si、GaAs、SiC、GaN和蓝宝石衬底之一。
4.如权利要求1所述的氮化物基发光器件，其中所述n覆层为n-GaN层，且所述p覆层为p-GaN层。
5.如权利要求1所述的氮化物基发光器件，其中所述有源层具有多量子阱结构。
6.如权利要求5所述的氮化物基发光器件，其中所述有源层具有GaN/InGaN/GaN MQW或GaN/AlGaN/GaN MQW结构。
7.一种制造氮化物基发光器件的方法，所述方法包括：
在单晶晶片上形成n覆层；
通过在HCl和NH3的气体气氛下从所述n覆层的顶表面处理其至预定深度来形成具有多个突起柱的多孔层；以及
在所述多孔层上依次形成有源层和p覆层，
其中，所述有源层由形成于所述多孔层的每个突起柱上且排列成一条线的多个点形成。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述表面处理在950-1200℃的温度下执行。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述表面处理在1065℃的温度下执行。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述表面处理在卤化物或氢化物气相外延系统中执行。
11.如权利要求7所述的方法，其中HCl和NH3的混合比为1∶10。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述混合气体还包括载气，所述载气包括N2、Ar和H2中至少一种。
13.如权利要求12所述的方法，其中HCl、NH3和所述载气的混合比为1∶10∶80。
14.如权利要求7所述的方法，其中所述多孔层形成为1-10μm的厚度。
15.如权利要求7所述的方法，其中所述单晶晶片为Si、GaAs、SiC、GaN和蓝宝石衬底之一。
16.如权利要求7所述的方法，其中所述n覆层为n-GaN层，且所述p覆层为p-GaN层。
17.如权利要求7所述的方法，其中所述有源层具有多量子阱结构。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述有源层具有GaN/InGaN/GaNMQW或GaN/A1GaN/GaN MQW结构。
19.如权利要求7所述的方法，其中所述n覆层、所述有源层和所述p覆层是使用气相淀积形成的。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述气相淀积为卤化物或氢化物气相外延、金属有机化学气相淀积或分子束外延之一。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1393/06 | 2006-01-05 | ||
| KR1020060001393A KR100668351B1 (ko) | 2006-01-05 | 2006-01-05 | 질화물계 발광소자 및 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1996626A CN1996626A (zh) | 2007-07-11 |
| CN1996626B true CN1996626B (zh) | 2011-06-08 |
Family
ID=37867890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200610081818.6A Expired - Fee Related CN1996626B (zh) | 2006-01-05 | 2006-05-12 | 氮化物基发光器件及其制造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7910154B2 (zh) |
| JP (1) | JP4989978B2 (zh) |
| KR (1) | KR100668351B1 (zh) |
| CN (1) | CN1996626B (zh) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100707166B1 (ko) * | 2005-10-12 | 2007-04-13 | 삼성코닝 주식회사 | ＧａＮ 기판의 제조방법 |
| GB2436398B (en) * | 2006-03-23 | 2011-08-24 | Univ Bath | Growth method using nanostructure compliant layers and HVPE for producing high quality compound semiconductor materials |
| US8174025B2 (en) * | 2006-06-09 | 2012-05-08 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Semiconductor light emitting device including porous layer |
| CN101681813B (zh) * | 2007-01-12 | 2012-07-11 | 昆南诺股份有限公司 | 氮化物纳米线及其制造方法 |
| GB0701069D0 (en) * | 2007-01-19 | 2007-02-28 | Univ Bath | Nanostructure template and production of semiconductors using the template |
| US20090001416A1 (en) * | 2007-06-28 | 2009-01-01 | National University Of Singapore | Growth of indium gallium nitride (InGaN) on porous gallium nitride (GaN) template by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) |
| US8652947B2 (en) * | 2007-09-26 | 2014-02-18 | Wang Nang Wang | Non-polar III-V nitride semiconductor and growth method |
| US7928448B2 (en) * | 2007-12-04 | 2011-04-19 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | III-nitride light emitting device including porous semiconductor layer |
| KR20100073757A (ko) * | 2008-12-23 | 2010-07-01 | 삼성전자주식회사 | 마이크로 로드를 이용한 발광소자 및 그 제조방법 |
| US8460949B2 (en) | 2008-12-30 | 2013-06-11 | Chang Hee Hong | Light emitting device with air bars and method of manufacturing the same |
| KR101060975B1 (ko) * | 2008-12-30 | 2011-08-31 | 전북대학교산학협력단 | 에어갭을 구비하는 발광소자 및 그 제조방법 |
| US8216379B2 (en) * | 2009-04-23 | 2012-07-10 | Applied Materials, Inc. | Non-circular substrate holders |
| TW201203602A (en) * | 2010-07-09 | 2012-01-16 | Epistar Corp | A light emitting device with a single quantum well rod |
| US20120049151A1 (en) | 2010-08-30 | 2012-03-01 | Invenlux Corporation | Light-emitting devices with two-dimensional composition-fluctuation active-region and method for fabricating the same |
| EP2617069B1 (fr) * | 2010-09-14 | 2014-12-03 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Dispositif optoélectronique à base de nanofils pour l'émission de lumière |
| CN102418146A (zh) * | 2011-10-27 | 2012-04-18 | 华灿光电股份有限公司 | 一种提高GaN基LED发光效率的外延方法 |
| WO2013117155A1 (en) * | 2012-02-08 | 2013-08-15 | Lei Guo | Semiconductor structure and method for forming same |
| WO2013121289A2 (en) | 2012-02-14 | 2013-08-22 | Qunano Ab | Gallium nitride nanowire based electronics |
| US9574135B2 (en) * | 2013-08-22 | 2017-02-21 | Nanoco Technologies Ltd. | Gas phase enhancement of emission color quality in solid state LEDs |
| JP6724687B2 (ja) * | 2016-08-01 | 2020-07-15 | 日亜化学工業株式会社 | ナノロッドの形成方法及び半導体素子の製造方法 |
| GB2597109B (en) * | 2020-07-16 | 2023-05-10 | Plessey Semiconductors Ltd | Strain relaxation layer |
| KR20220060049A (ko) * | 2020-11-02 | 2022-05-11 | 삼성디스플레이 주식회사 | 발광 소자, 발광 소자의 제조 방법, 및 이를 포함하는 표시 장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6316785B1 (en) * | 1998-10-15 | 2001-11-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitride-compound semiconductor device |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3612985B2 (ja) | 1998-02-02 | 2005-01-26 | 豊田合成株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 |
| US6657300B2 (en) * | 1998-06-05 | 2003-12-02 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Formation of ohmic contacts in III-nitride light emitting devices |
| JP2002261075A (ja) | 2001-03-02 | 2002-09-13 | Gakushuin School Corp | 窒化ガリウム部材の気相エッチング方法 |
| JP2002353195A (ja) * | 2001-05-23 | 2002-12-06 | Sony Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2003031552A (ja) * | 2001-07-19 | 2003-01-31 | Sharp Corp | 窒化物半導体処理方法および窒化物半導体並びに窒化物半導体素子 |
| KR20050025139A (ko) * | 2002-07-11 | 2005-03-11 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 다공질 반도체 및 그의 제조 방법 |
| JP4600641B2 (ja) * | 2004-01-27 | 2010-12-15 | 日立電線株式会社 | 窒化物半導体自立基板及びそれを用いた窒化物半導体発光素子 |
| JP4160000B2 (ja) * | 2004-02-13 | 2008-10-01 | ドンゴク ユニバーシティ インダストリー アカデミック コーポレイション ファウンデイション | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
| KR100695117B1 (ko) * | 2005-10-25 | 2007-03-14 | 삼성코닝 주식회사 | ＧａＮ 제조방법 |
-
2006
- 2006-01-05 KR KR1020060001393A patent/KR100668351B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2006-05-12 CN CN200610081818.6A patent/CN1996626B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2006-08-17 US US11/505,341 patent/US7910154B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-01-05 JP JP2007000813A patent/JP4989978B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6316785B1 (en) * | 1998-10-15 | 2001-11-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitride-compound semiconductor device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JP平11-220169A 1999.08.10 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7910154B2 (en) | 2011-03-22 |
| KR100668351B1 (ko) | 2007-01-12 |
| JP2007184619A (ja) | 2007-07-19 |
| CN1996626A (zh) | 2007-07-11 |
| US20070152353A1 (en) | 2007-07-05 |
| JP4989978B2 (ja) | 2012-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1996626B (zh) | 氮化物基发光器件及其制造方法 | |
| US8525221B2 (en) | LED with improved injection efficiency | |
| KR101282775B1 (ko) | 수직형 발광 소자 및 그 제조방법 | |
| US20170069793A1 (en) | Ultraviolet light-emitting device and production method therefor | |
| US7646027B2 (en) | Group III nitride semiconductor stacked structure | |
| JP6910341B2 (ja) | 縦型紫外発光ダイオード | |
| Wang et al. | Efficiency improvement of near-ultraviolet InGaN LEDs using patterned sapphire substrates | |
| CN102738321A (zh) | 用于斜切块状衬底上的外延处理的方法和系统 | |
| JP2008199016A (ja) | 発光素子のエピタキシャル構造 | |
| CN1147010C (zh) | 自钝化非平面结三族氮化物半导体器件及其制造方法 | |
| JP6298462B2 (ja) | Ｓｉ基板上に成長した閃亜鉛鉱型（立方晶とも言う。）ＡｌｙＩｎｘＧａ１−ｙ−ｘＮ結晶（ｙ≧０、ｘ＞０）からなる母結晶にナノドット（「量子ドット」とも言う。）を有する活性領域及びこれを用いた発光デバイス（ＬＥＤ及びＬＤ） | |
| US7294519B2 (en) | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same | |
| US10161046B2 (en) | Method for forming metal particle layer and light emitting device fabricated using metal particle layer formed by the method | |
| JP4765415B2 (ja) | 発光ダイオード及びその製造方法 | |
| JP2009123836A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2009231745A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子、ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法、及びランプ | |
| CN107863421A (zh) | 发光器件及其制造方法 | |
| JP2006005044A (ja) | 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP2006339427A (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法、窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハ、及び窒化物半導体発光ダイオード | |
| JP4548117B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法、集積型半導体発光装置の製造方法、画像表示装置の製造方法および照明装置の製造方法 | |
| US20120122258A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor light emitting device | |
| JP2003212695A (ja) | 窒化物系化合物半導体ウェハの製造方法、および窒化物系化合物半導体ウェハ、ならびに窒化物系半導体デバイス | |
| WO2019039240A1 (ja) | 半導体成長用基板、半導体素子、半導体発光素子、および半導体素子の製造方法 | |
| KR20030072762A (ko) | 반도체 발광 다이오드 및 그의 제조방법 | |
| JP2004363349A (ja) | 窒化物系化合物半導体装置及び発光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110608 Termination date: 20150512 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |