半导体发射器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有纳米图案的半导体发射器件以及制造该半导体发射器件的方法。该半导体发射器件包括：半导体层，包括多个纳米图案，其中所述纳米图案形成在所述半导体层内；以及有源层，形成在该半导体层上。因此光学输出效率提高且半导体发射器件的内部缺陷减少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发射器件，更特别地，涉及具有用于改善光学效率的纳米图案的。
技术介绍
发光二极管(LED)是用于利用化合物半导体的特性发射从电能转化为光例如红外线或可见射线的信号的器件。LED是一类电致发光(EL)器件，近来，III-V族化合物半导体LED被大量使用。III族氮化物的化合物半导体是直接跃迁型半导体，其与利用其他类半导体的器件相比能在更高温下稳定地操作，且广泛用于诸如LED或激光二极管(LD)的发射器件中。这样的III族氮化物化合物半导体通常形成在蓝宝石(Al2O3)衬底上。正在对各类LED进行研究以提高发光效率，即光学输出效率。例如，正在研究在LED的光学输出区域中形成不平坦结构以提高光学输出效率。在具有不同折射率的材料层的界面，光学传播根据各材料层的折射率而受到限制。当光从具有高折射率n＝2.5的半导体层行进到平坦界面上具有小折射率n＝1的空气层时，光应当相对于界面的垂直方向以预定角或更小的角入射在该平坦界面上。当光以预定角或更大的角入射时，光在该平坦界面上全内反射且光学输出效率极大降低。因此，为了防止光学输出效率的降低，已经尝试在界面处引入不平坦结构。图1是示意图，示出包括不平坦结构的常规半导体发射器件。参照图1，n-GaN层112形成在蓝宝石衬底111上，n-AlGaN层113、有源层114、p-AlGaN层115、p-GaN层116、以及p电极117顺序形成在部分n-GaN层112上。然后，n电极118形成在n-GaN层112的未形成n-AlGaN层113的部分中。上述结构以倒装芯片形式将在有源层114中产生的光主要输出到透射性蓝宝石衬底111。不平坦结构120形成在蓝宝石衬底111的表面上从而提高光学输出效率。不平坦结构120用于提高光学输出效率。然而，当蓝宝石衬底111被构图从而形成不平坦结构120时，特别地，如图1所示，蓝宝石衬底111与形成在蓝宝石衬底111上的半导体层的晶体结构不彼此匹配，因此缺陷会产生在半导体层中。于是难以生长均匀的半导体层。相应地，光学效率由于内部晶体缺陷而下降。
技术实现思路
本专利技术提供一种半导体发射器件以及制造该半导体发射器件的方法以用于提高光学输出效率且减小该半导体发射器件中的内部晶体缺陷。根据本专利技术的一个方面，提供一种半导体发射器件，包括半导体层，包括多个纳米图案，其中该纳米图案形成在该半导体层内；以及形成在该半导体层上的有源层。该半导体层可包括第一半导体层，其中形成所述纳米图案；以及形成在该第一半导体层的形成该纳米图案的区域上的第二半导体层。该第一和第二半导体层可包含GaN。该半导体发射器件还可包括形成在该有源层上的第三半导体层。该纳米图案的每个可以由具有小于2.5的折射率的透光材料形成。该纳米图案的每个可以是透明绝缘体且包含SiO2、SiNx、Al2O3、HfO、TiO2或ZrO的至少一种。该纳米图案的每个可以是ZnO或含有选自Ag、Zn、Sc、Hf、Zr、Te、Se、Ta、W、Nb、Cu、Si、Ni、Co、Mo、Cr、Mn、Hg、Pr和La构成的组的至少一种添加剂的In氧化物形成的透明导体。该半导体层可以形成在蓝宝石衬底上。该半导体发射器件还可包括第一电极，形成在该第三半导体层上；以及第二电极，形成在该第二半导体层的未形成该有源层的部分上。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造具有纳米图案的半导体发射器件的方法，该方法包括(a)在衬底上形成第一半导体层；(b)通过构图该第一半导体层形成不平坦结构；(c)通过用透光材料填充该第一半导体层的所述图案来形成纳米图案；以及(d)在该第一半导体层上顺序形成第二半导体层、有源层、以及第三半导体层。该方法的操作(b)可包括利用H3PO4或KOH蚀刻。该方法的操作(c)可包括在该暴露的衬底和该第一半导体层的所述不平坦结构上涂覆透光材料；以及平坦化该第一半导体层使得该第一半导体层的表面被暴露。该方法还可包括在用该透光材料涂覆之后加热。附图说明通过参照附图详细描述其示例性实施例，本专利技术的上述和其他特征和优点将变得更加明显，附图中图1示出包括不平坦结构的常规半导体发射器件；图2和3示出根据本专利技术实施例的具有纳米图案的半导体发射器件；图4A至4E示出根据本专利技术一实施例制造半导体发射器件的方法的操作；图5A和5B是照片图像，示出在所述制造的操作期间根据本专利技术一实施例的具有纳米图案的半导体发射器件；以及图6A和6B是曲线图，示出根据本专利技术一实施例的半导体发射器件和常规半导体发射器件的发光特性。具体实施例方式现在将参照附图更充分地描述本专利技术，附图中示出本专利技术的示例性实施例。图中，层的厚度为了清晰而被放大。图2和3示出根据本专利技术实施例的具有纳米图案的半导体发射器件。图2示出倒装芯片型半导体发射器件，图3示出垂直型半导体发射器件。参照图2，第一半导体层22形成在衬底21的第一表面上，纳米图案23形成在第一半导体层22内。第二半导体层24形成在第一半导体层22的其中未形成纳米图案23的表面上。有源层25、第三半导体层25和第一电极27顺序形成在第二半导体层24的第一区域中，第二电极28形成在第二区域中。衬底21可以由通常使用的蓝宝石(Al2O3)形成，或者可以是GaN、ZnO、SiC、Si或GaO衬底，第一和第二半导体层22和24可以由p-GaN形成。纳米图案23可以是具有2.5或更小的折射率的透明绝缘体或透明导体。例如，所述透明绝缘体可以由SiO2、SiNx、Al2O3、HfO、TiO2或ZrO形成。所述透明导体可以由ZnO或含有选自Mg、Ag、Zn、Sc、Hf、Zr、Te、Se、Ta、W、Nb、Cu、Si、Ni、Co、Mo、Cr、Mn、Hg、Pr和La构成的组的至少一种添加剂的In氧化物形成。然而，本专利技术不限于上述示例。纳米图案23的尺寸(宽度或长度)可以从数纳米到数微米，其可以根据需要来调节。有源层25可以由半导体发射器件或激光发射器件中经常使用的材料形成，且以具有多量子阱结构的多重结构形成。第三半导体层26可以由p-GaN形成，第一电极27可以由p型导电材料形成，第二电极28可以由n型导电材料形成。如图2所示，形成在第一半导体层22中的纳米图案23未彼此规则地间隔开，纳米图案23之间的间距可以由第一半导体层22内的缺陷，特别地由螺旋位错确定。这将相关于后面描述的制造工艺来更详细地说明。根据本专利技术的当前实施例，纳米图案23形成在第一半导体层22的缺陷区域中且第二半导体层24形成在其上从而减小半导体发射器件的内部缺陷且增大有源层25中产生的光的外部光学输出效率。图3示出垂直型半导体发射器件。参照图3，第一电极32、第三半导体层33、有源层34和第二半导体层35顺序形成在下结构31上。包括纳米图案36的第一半导体层37形成在第二半导体层35上。第二电极38形成在第一半导体层37上。用于图3所示的垂直型半导体发射器件的各层的材料如下。第一和第二半导体层37和35可以由p-GaN形成。纳米图案36可由具有2.5或更小折射率的透明绝缘体或透明导体形成。例如，所述透明绝缘体可由SiO2、SiNx、Al2O3、HfO、TiO2或ZrO形成。所述透明导体可以由ZnO或含有选自Mg、Ag、Zn、Sc、Hf、Zr、Te、Se本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发射器件，包括：　　　　半导体层，包括多个纳米图案，其中所述纳米图案形成在所述半导体层内；以及　　　　有源层，形成在该半导体层上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李庭旭，金显秀，金柱成，尹皙胡，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]