半導體發光器件及其制造方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2014年7月11日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請 No. 10-2014-0087465的優先權，該申請的全部公開以引用方式并入本文中。
技術領域
[0003] 本發明構思涉及一種半導體發光器件以及一種用于制造半導體發光器件的方法。
【背景技術】
[0004] 發光二極管（LED)相對于現有技術的光源具有諸如相對長的壽命、低功耗等級、 響應速度快、環保等的許多優點，并且因此普遍將其看作下一代照明光源，并且作為用于諸 如普通照明裝置的各種產品中的以及用于顯示裝置的背光中的重要類型的光源，其用途凸 顯出來。具體地說，基于諸如GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN等的III族氮化物的LED通常用 作輸出藍光或紫外光的半導體發光器件。
[0005] 近來，隨著LED的廣泛使用，其應用已延伸至高電流和高輸出應用中所使用的裝 置光源。對用于高電流和高輸出應用中的裝置的LED的需求刺激了正在進行的研究，以改 進現有技術的發光特性。具體地說，為了通過結晶度的提高和發光區域的增大來增大發光 效率，提出了具有發光納米結構的半導體發光器件及其制造技術。
【發明內容】
[0006] 本發明構思的一方面可提供一種具有提高的發光效率的半導體發光器件。
[0007] 根據本發明構思的一方面，一種半導體發光器件可包括：基本層，其由第一導電類 型的半導體形成；掩模層，其設置在基本層上并具有暴露出基本層的一些部分的多個開口； 以及多個發光納米結構，其設置在開口中，并分別包括第一導電類型的半導體芯、有源層和 第二導電類型的半導體層。所述多個發光納米結構中的每一個包括：主體部分，其設置在掩 模層上并具有柱形形狀；以及末端部分，其設置在主體部分上，并具有圓錐形狀，并且所述 多個發光納米結構中的每一個的末端部分的頂點被布置在距離主體部分的中心豎直軸線 等于主體部分的寬度的1. 5%的距離以內的百分率為60%或更大。
[0008] 所述頂點可設置在距離主體部分的中心豎直軸線90nm以內。
[0009] 主體部分可具有六棱柱形狀，末端部分可具有六棱錐形狀。
[0010] 主體部分可具有作為m面的晶面，末端部分可具有作為r面的晶面。
[0011] 第一導電類型的半導體芯可包括雜質濃度高于相鄰區域的雜質濃度的區域。
[0012] 所述多個發光納米結構中的每一個還可包括設置為與末端部分中的有源層接觸 的高電阻層。
[0013] 半導體發光器件還可包括位于第二導電類型的半導體層上的透明電極層。
[0014] 根據本發明構思的另一方面，一種半導體發光器件可包括：基本層，其由第一導電 類型的半導體形成；掩模層，其設置在基本層上并具有暴露出基本層的一些部分的多個開 口；以及多個發光納米結構，其設置在開口中，并分別包括第一導電類型的半導體芯、有源 層和第二導電類型的半導體層。所述多個發光納米結構中的每一個包括：主體部分，其設置 在掩模層上并具有六棱柱形狀；以及末端部分，其設置在主體部分上，并具有六棱錐形狀， 并且第一導電類型的半導體芯包括雜質濃度高于相鄰區域的雜質濃度的區域。
[0015] 第一導電類型的半導體芯可包括從其中心按次序設置的第一區域至第四區域，并 且第三區域的雜質濃度可高于第二區域和第四區域的雜質濃度。
[0016] 主體部分的第一區域和第二區域可具有傾斜的側表面。
[0017] 第三區域在主體部分的下部中可比在主體部分的上部中更厚。
[0018] 雜質可為娃（Si)。
[0019] 所述多個發光納米結構中的每一個的末端部分的頂點被布置在距離主體部分的 中心豎直軸線等于主體部分的寬度的1. 5%的距離以內的百分率可為60%或更大。
[0020] 根據本發明構思的另一方面，一種用于制造半導體發光器件的方法可包括步驟： 在襯底上形成具有第一導電類型的半導體的基本層；在基本層上形成具有暴露出基本層的 一些部分的多個開口的掩模層和模型層；形成多個第一導電類型的半導體芯，每個第一導 電類型的半導體芯包括從基本層延伸穿過每個開口的主體部分和設置在主體部分上并具 有圓錐形狀的末端部分；以及在所述多個第一導電類型的半導體芯中的每一個上按次序形 成有源層和第二導電類型的半導體層。形成所述多個第一導電類型的半導體芯的步驟包括 步驟：形成第一區域，以使得末端部分的頂點位于主體部分的中心豎直軸線上；去除模型 層；以及在第一區域上形成額外生長區域，以使得主體部分具有六棱柱形狀。
[0021] 主體部分的第一區域可具有傾斜的側表面。
[0022] 在形成額外生長區域的步驟中，主體部分可主要從主體部分的下部生長，以允許 主體部分相對于襯底基本垂直。
[0023] 可由基于氮化鎵（GaN)的材料形成所述多個第一導電類型的半導體芯，并且在形 成第一區域的步驟中，供應的鎵（Ga)前體與氮（N)前體的比率范圍可為從1.4至2.0,并且 處理溫度范圍可為從900°C至1000°C。
[0024] 第一區域可填充各個開口，并且延伸至模型層的上部，以具有大于模型層上的各 個開口寬度的寬度。
[0025] 形成額外生長區域的步驟可包括在氫（?)氛圍下生長多個第一導電類型的半導 體芯。
[0026] 所述方法還可包括：在氫（?)氛圍下生長所述多個第一導電類型的半導體芯之 前，在氮（N2)氛圍下生長所述多個第一導電類型的半導體芯。
[0027] 所述方法還可包括：在氫（?)氛圍下生長所述多個第一導電類型的半導體芯之前 和之后，在氮（N2)氛圍下生長所述多個第一導電類型的半導體芯。
[0028] 額外生長區域可包括：第二區域，其形成在第一區域上并且在氮（N2)氛圍下生長； 第三區域，其位于第二區域上并且在氫（?)氛圍下生長；以及第四區域，其位于第三區域上 并且在氮（N2)氛圍下生長，并且第三區域在主體部分的下部中可比在主體部分的上部中更 厚。
[0029] 第三區域的雜質濃度可高于第二區域和第四區域的雜質濃度。
[0030] 供應以形成第三區域的雜質源的量可為供應以形成第二區域和第四區域的雜質 源的量的五倍至七倍。
[0031] 末端部分的頂點被布置在距離主體部分的中心豎直軸線等于主體部分的寬度的 1. 5%的距離以內的百分率可為60%或更大。
[0032] 根據本發明構思的另一方面，一種用于制造半導體發光器件的方法可包括步驟： 在基本層上形成多個第一導電類型的半導體芯，每個第一導電類型的半導體芯包括從基本 層突起的主體部分和設置在主體部分上并具有圓錐形狀的末端部分；以及在所述多個第一 導電類型的半導體芯中的每一個上按次序形成有源層和第二導電類型的半導體層。形成所 述多個第一導電類型的半導體芯的步驟可包括步驟：在第一溫度下在第一氣氛中形成所述 多個第一導電類型的半導體芯的第一區域；在第二溫度下在第二氣氛中在所述多個第一導 電類型的半導體芯的第一區域上形成所述多個第一導電類型的半導體芯的第二區域；以及 在第三溫度下在第三氣氛中在所述多個第一導電類型的半導體芯的第二區域上形成所述 多個第一導電類型的半導體芯的第三區域。第三氣氛的壓強可小于第二氣氛的壓強。
[0033] 可由基于氮化鎵（GaN)的材料形成所述多個第一導電類型的半導體芯，并且在形 成第一區域的步驟中，供應的鎵（Ga)前體與氮（N)前體的比率范圍可為從1.4至2.0,并且 第一溫度的范圍可為從900°C至1000°C。
[0034] 第二溫度可低于第三溫度。
[0035] 第二溫度可在950°C至1050°C的范圍內，并且第三溫度可在1050°C至1150°C的范 圍內。
[0036] 第二氣氛可為氮（N2)氛圍，第三氣氛為氫（?)氛圍。
[0037] 形成所述多個第一導電類型的半導體芯的步驟還可包括步驟：在第四溫度下在第 四氣氛中在所述多個第一導電類型的半導體芯的第三區域上形成所述多個第一導電類型 的半導體芯的第四區域。第四氣氛可與第二氣氛相同，并且第四溫度可與第二溫度相同。
[0038] 末端部分的頂點被布置在距離主體部分的中心豎直軸線等于主體部分的寬度的 1. 5%的距離以內的百分率可為60%或更大。
[0039] 供應以形成第三區域的雜質源的量可為供應以形成第二區域的雜質源的量的五 倍至七倍。
【附圖說明】
[0040] 通過以下結合附圖的詳細描述，將更清楚地理解本發明構思的以上和其它方面、 特征和其它優點，其中：
[0041] 圖1是示意性地示出根據本發明的示例性實施例的半導體發光器件的透視圖；
[0042] 圖2A至圖21是示意性地示出根據本發明的示例性實施例的制造半導體發光器件 的方法的剖視圖；
[0043] 圖3是示出根據本發明的示例性實施例的根據制造半導體發光器件的方法形成 第一導電類型的半導體芯的處理的示意圖；
[0044] 圖4是示意性地示出根據本發明的示例性實施例的半導體發光器件的透視圖；
[0045] 圖5A至圖f5D是示意性地示出根據本發明的示例性實施例的制造半導體發光器件 的方法的剖視圖；
[0046] 圖6是示出根據本發明的示例性實施例的根據制造半導體發光器件的方法形成 第一導電類型的半導體芯的處理的示意圖；
[0047] 圖7A至圖7C是基于根據本發明的示例性實施例的制造半導體發光器件的方法的 第一導電類型的半導體芯的顯微圖像；
[0048] 圖8是示意性地示出根據本發明的示例性實施例的半導體發光器件的剖視圖；
[0049] 圖9是示意性地示出根據本發明的示例性實施例的半導體發光器件的剖視圖；
[0050] 圖10是示意性地示出根據本發明的示例性實施例的半導體發光器件的剖視圖；
[0051] 圖11和圖12是示出采用根據本發明的示例性實施例的半導體發光器件的封裝件 的示例的圖；
[0052] 圖13和圖14是采用根據本發明的示例性實施例的半導體發光器件的背光單元的 示例；
[0053] 圖15是示出采用根據本發明的示例性實施例的半導體發光器件的照明裝置的示 例的圖；以及
[0054] 圖16是示出采用根據本發明的示例性實施例的半導體發光器件的車前燈的示例 的圖。
【具體實施方式】
[0055] 下文中，將參照附圖詳細描述本發明的示例性實施例。
[0056] 然而，本公開可按照許多不同形式例示，并且不應理解為限于本文闡述的特定實 施例。此外，提供這些實施例是為了使得本公開將是徹底和完整的，并將把本公開的范圍完 全傳遞給本領域技術人員。
[0057] 在附圖中，為了清楚起見，可將元件的形狀和尺寸夸大，并且相同的附圖標記將始 終用于指代相同或相似的元件。
[0058] 在本發明中，除非另有說明，否則基于附圖來確定諸如'上部'、'上表面'、'下部'、 '下表面'、'側表面'等的術語，而在現實中，所述術語可根據裝置