氮化物半导体发光器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化物半导体发光器件，其包括基板、定位在基板上的包括第一导电层、活性层和第二导电层的氮化物半导体层，在第一导电层上形成的第一电极、在第二导电层上形成的第二电极，其中，在与所述第一导电层接触的所述基板的表面上形成图案，所述图案具有按预定间隔形成的一个以上的突出部以及从所述突出部的上表面下陷预定深度而获得的下陷部。本发明专利技术还提供制造氮化物半导体发光器件的方法。当使用具有包括突出部和下陷部的图案的基板时，能够获得更高的光提取效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，尤其涉及在具备供氮化物半导 体层生长的结构的蓝宝石基板上变形形成图案以使氮化物半导体层生长，从而减少晶体的 缺陷并提高光输出的。
技术介绍
基础基板取决于所需生长的薄膜的种类，而且基础基板的晶格常数和所要生长的 薄膜的晶格常数之差可能导致生长晶体缺陷，而这将成为阻碍外延层有效生长的因素。因上述问题，一般而言，主要通过MOCVD或MBE法，在蓝宝石基板上生长AlGaP、 InGaN, AlGaN, GaN、GaP/AlP、异质结构；在 InP 基板上生长 InP、InGaAs, GaAs, AlGaAs 等； 而在 GaAs 基板上生长 GaAs GaAlAs, InGaP, InGaAlP 等。在作为氮化物半导体的GaN的情况下，因蓝宝石晶格常数和GaN的晶格常数相似， 因此，基板主要使用蓝宝石。在可供氮化物生长的蓝宝石基板上使氮化物生长之后，若施加一定电源则将发 光，而据报告称一般在具备图案的蓝宝石基板上生长相同氮化物结构时，其光输出较之在 一般平整基板上生长的优秀。根据图案结构的不同，碳化物生长后的光输出存在差异，而为了获得较之现有图 案更高的光输出，现在也进行着不断的努力。图1为现有利用蓝宝石基板的III族碳化物系化合物半导体的一般结构示意图。在蓝宝石基板11上部形成n-GaN层12，而在上述n-GaN层12上部的一部分依次 形成活性(active)层13、p-GaN层14及ρ型电极层15。另外，在上述n-GaN层12上部的 未形成上述活性层13的部位，形成η型电极层16。在一般的LED上，若何有下地将内部活 性层产生的光提取至外部是至关重要的问题。为了有效提取蓝宝石基板及活性层沿纵向产生的光，进行了形成透明电极或反射 层等各种尝试。但是，因相当一部分在活性层产生的光横向传播，因此，为了实现纵向提取，曾尝 试例如在半导体元件的层叠结构侧壁形成一定角度，以使上述侧壁成为反射面的技术等， 但其加工及费用方面存在问题。另外，为提高利用蓝宝石基板的III组氮化物系化合物半导体发光器件的光 输出，采用了倒装芯片(flip chip)形式的元件结构，而其光提取效率(extraction efficiency)因GaN和蓝宝石基板之间的折射率差异，停留在约40%左右的水平。如图2所示，公开了通过加工蓝宝石基板21表面形成凹凸结构，并在其上部形成 包括活性层22等在内的半导体晶体层的LED结构。这通过在活性层22下方形成凹凸形状 的折射率界面，向外部提取一部分在元件内部消灭的横向的光。另外，在蓝宝石基板21上形成III族氮化物系化合物半导体时，因蓝宝石基板21 和III族氮化物系化合物半导体的晶格常数的不匹配(miss fit)而产生电位。为防止上述现象，如图3所示，在蓝宝石基板21表面形成凹凸结构并在其上形成GaN层23。如图4 所示为具备上述凹凸结构的蓝宝石基板上形成LED的大致工序。即，若在如图4的a所示的具备凹凸结构的蓝宝石基板21上形成GaN层23，则如 b所示，在凹凸结构的上部及侧部琢面(facet)生长GaN24，而经过这样的生长之后，获得如 c所示的平整化了的GaN层23。在这样平整化了的GaN层23上部形成活性层22等，以完成如d所示的发光二极 管。上述在利用图案化蓝宝石基板(PatternedSapphire Substrate,PSS)生长半导体晶体 层时，因在图案上实际完成琢面(facet)生长之后再进行平整化，因此，需为上述平整化进 行相当厚度的再生长。另外，公开了在蓝宝石基板上形成段差并在上述段差上面及侧部生长III族氮化 物系化合物半导体，以防止穿透电位的结构(W02001-69663号)。但是，在段差下端形成空 间(void)且为了平整化生长层，需形成相对较厚的III族氮化物系化合物半导体。另外，作为减少在蓝宝石基板上再生长半导体晶体层时的缺陷密度的方法，利用 ELOG及PENDEO等方法。但是，ELOG需要另外的遮罩层，而PENDEO因在与基板的界面部位 形成空洞(void)，因此，产生光提取效率的损失。因此，最近公开了如图5所示的在发光器件的基板31表面形成球形突出部32的 曲面型结构，其因基板31表面上的半球形突出部32整体形成曲面，没有上端部及侧部的区 别，从而不存在平正面。但是，在上述半球形突出部32表面不易生长III族氮化物系化合物半导体，且在 形成发光器件的GaN平整化层32时不进行琢面(facet)生长，另外，防止平整化的GaN层 32的厚度相对较薄。因此，具有板球杆形、半球形、梯形、三角形、金字塔形等形状的现有基板图案形 状，在光提取效率方面存在一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，通过改善基板的图案结构获得较高的光 提取效率。本专利技术的目的是这样实现的提供一种氮化物半导体发光器件，包括基板、定位在 基板上的包括第一导电层、活性层和第二导电层的氮化物半导体层，在第一导电层上形成 的第一电极、在第二导电层上形成的第二电极，其中，在与第一导电层接触的所述基板的表 面上形成图案，该图案具有按预定间隔形成的一个以上的突出部以及从所述突出部的上表 面下陷预定深度而获得的下陷部。根据本专利技术的优先特征，上述基板为蓝宝石基板。根据本专利技术的另一优先特征，上述突出部和下陷部具备各自预定的曲率。根据本专利技术的又一优先特征，上述突出部的曲率小于或大于上述下陷部的曲率。根据本专利技术的还一优先特征，上述下陷部具有小于或大于上述突出部高度的深度。根据本专利技术的再一优先特征，第一导电层和第二导电层包含选自二元氮化物、三 元氮化物和四元氮化物中的任一种，所述二元氮化物包括GaN、AlN和InN。一种氮化物半导体发光器件制造方法，所述氮化物半导体发光器件包括基板、定 位在所述基板上的包括第一导电层、活性层和第二导电层的氮化物半导体层、在所述第一 导电层上形成的第一电极、以及在所述第二导电层上形成的第二电极，所述方法包括利用 遮罩(掩模，MASK)在所述基板的表面上形成图案；在预定温度下烘烤具有所述图案的所述 基板，由此在所述图案中形成突出部和下陷部；通过蚀刻从具有所述突出部和所述下陷部 的所述图案中去除所述遮罩；在具有所述突出部和所述下陷部的所述基板上，形成所述第 一导电层、所述活性层、和所述第二导电层；以及形成所述第一电极层和所述第二电极层。根据本专利技术的优先特征，上述遮罩是选自光刻胶(PR)、Si02、SixNx、金属薄膜中的 任一种。根据本专利技术的另一优先特征，通过干式蚀刻或湿式蚀刻法来去除遮罩。根据本专利技术的又一优先特征，氮化物半导体发光器件包括基板和生长在所述基板 上的氮化物半导体层，其中，在与第一导电层接触的基板的表面上形成图案，该图案包括按 预定间隔形成的一个以上的突出部和从所述突出部的上表面下陷一定深度而获得的下陷 部。上述构成的本专利技术，通过在蓝宝石基板上形成包括突出部及下陷部的图案，较之 半球形、凹凸形、三角形等现有图案结构，获得更高光提取效率。附图说明图1为利用蓝宝石基板的III族碳化物系化合物半导体发光器件的一般结构剖面 图；图2为在现有技术的蓝宝石基板上形成III族氮化物系化合物半导体发光器件的 剖面图；图3及图4为根据现有技术在具备凹凸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光器件，包括基板、定位在基板上的包括第一导电层、活性层和第二导电层的氮化物半导体层，在第一导电层上形成的第一电极、在第二导电层上形成的第二电极，其中，在与所述第一导电层接触的所述基板的表面上形成图案，所述图案具有按预定间隔形成的一个以上的突出部以及从所述突出部的上表面下陷预定深度而获得的下陷部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔然祚，
申请(专利权)人：艾普拉斯泰克株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]