專利名稱：半導體發光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體發光裝置。
背景技術：
通常，作為一種半導體光源的發光二極管(LED)是這樣一種半導體裝置，即，當對 LED施加電流時，LED能夠由于電子和電子空穴在P型半導體和η型半導體之間的結節處的復合產生各種顏色的光。由于與燈絲類光源相比，發光二極管具有諸如長壽命、低功耗、優良的初始驅動特性和高抗震性等各種優點，所以對這類發光二極管的需求已經持續增加。 具體地講，近來能夠發射具有短波長的藍光的第III族氮化物半導體受到關注。然而，具體地講，這種發光二極管的局限性在于它的發光效率由于電流在發光層的某一區域中的聚集而劣化。因此，需要一種將半導體發光裝置設計成具有高的透光率和導電率的同時具有優良的電流分布效應的方法。
發明內容
本發明的一方面提供了一種具有高的透光率和導電率的同時具有良好的電流分布效應的半導體發光裝置。根據本發明的一方面，提供了一種半導體發光裝置，所述半導體發光裝置包括導電基底；Ρ型半導體層，設置在導電基底上；活性層，設置在P型半導體層上；η型半導體層， 設置在活性層上；η側電極，設置在η型半導體層上并包括摻雜有η型雜質的碳納米管層。η側電極還可包括與摻雜有η型雜質的碳納米管層電連接的歐姆金屬層。歐姆金屬層可形成在碳納米管層的上表面的中心區域中。歐姆金屬層可形成在η型半導體層的上表面的部分區域中，并且碳納米管層可形成在η型半導體層的上表面的除了形成有歐姆金屬層的部分區域之外的區域上。碳納米管層的η型雜質包括氧氣(O2)和堿金屬中的至少一種。所述半導體發光裝置還可包括設置在η型半導體層和η側電極之間的透光導電層。所述半導體發光裝置還可包括設置在碳納米管層上的鈍化層。鈍化層可形成為完全覆蓋碳納米管層的上表面。η側電極還可包括設置在碳納米管層上的熒光層。碳納米管層可形成為完全覆蓋η型半導體層的上表面。通過沉積在碳納米管層上的氧化物層，碳納米管層摻雜有η型雜質。氧化物層可包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)和鉍(Bi)中的至少一種。根據本發明的另一方面，提供了一種半導體發光裝置，所述半導體發光裝置包括η型半導體層；活性層和P型半導體層，順序形成在η型半導體層上；η側電極，形成在通過去除P型半導體層和活性層的部分而暴露的P型半導體層上；Ρ側電極，形成在P型半導體層上，其中，η側電極還包括摻雜有η型雜質的碳納米管層。η側電極還可包括與摻雜有η型雜質的碳納米管層電連接的歐姆金屬層。歐姆金屬層可形成在摻雜有η型雜質的碳納米管層的上表面的中心區域中。歐姆金屬層可形成在η型半導體層的上表面的至少一部分區域中，并且碳納米管層形成在η型半導體層的上表面的除了形成有歐姆金屬層的所述至少一部分區域之外的至少一部分區域中。所述半導體發光裝置還可包括設置在η型半導體層和η側電極之間的透光導電層。η側電極還可包括設置在碳納米管層上的熒光層。P側電極可包括摻雜有P型雜質的碳納米管。P側電極還可包括與摻雜有P型雜質的碳納米管層電連接的歐姆金屬層。歐姆金屬層可形成在摻雜有P型雜質的碳納米管層的上表面的中心區域中。歐姆金屬層可形成在P型半導體層的上表面的至少一部分區域中，并且碳納米管層可形成在P型半導體層的上表面的除了形成有歐姆金屬層的所述至少一部分區域之外的至少一部分區域中。所述半導體發光裝置還可包括設置在P型半導體層和P側電極之間的透光導電層。P側電極還可包括設置在碳納米管層上的熒光層。所述半導體發光裝置還可包括設置在碳納米管層上的鈍化層。
從下面結合附圖進行的詳細描述中，本發明的以上和其它方面、特征和其它優點將被更清楚地理解，在附圖中圖IA是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖；圖IB是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的平面圖；圖2是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖；圖3是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖；圖4是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖；圖5是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖；圖6是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖。
具體實施例方式現在將參照附圖詳細描述本發明的示例性實施例。然而，本發明可以以很多不同的形式實施，并不應該被解釋為局限于在此提出的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和完整的，并將把本發明的范圍充分地傳達給本領域的技術人員。在附圖中， 為了清晰起見，夸大了組件的形狀和尺寸。盡管本領域技術人員能夠通過添加、修改或刪除元件將包含本發明的教導的實施例容易地設計成很多各種其它的實施例，但是這些實施例會落入本發明的范圍內。在整個說明書中，用相同的標號表示相同或等價的元件。圖IA和圖IB分別示出了根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置。這里，圖 IA是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖，圖IB是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的平面圖。參照圖IA和圖1B，根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置可被構造為包括通過在基底11上順序堆疊P型半導體層12、活性層13和η型半導體層14而形成的發光結構、形成在η型半導體層14上的碳納米管層15以及設置在碳納米管層15上的歐姆金屬層 16,其中,碳納米管層15摻雜有η型雜質。在這種情況下，作為在基底上堆疊發光結構的工藝，可以使用本領域公知的工藝。 例如，可在用于使氮化物單晶(未示出)生長的基底(例如，藍寶石基底)上順序生長η型半導體層14、活性層13和P型半導體層12，然后可在P型半導體層12上形成與支撐基底對應的具有導電性的基底11(在下文中，稱作“導電基底”)，并可去除藍寶石基底。通過這樣做，從活性層13產生的光可大致沿η型半導體層14的方向發射。之后，可提供形成摻雜有η型雜質的碳納米管層15的工藝。在下文中，將參照圖IA和圖IB來詳細解釋構成半導體發光裝置的組件。在諸如去除使單晶生長的基底(在下文中，稱作“生長基底”)等的工藝過程中， 導電基底11可支撐具有相對薄的厚度的發光結構。此外，根據本發明的實施例，導電基底 11可被設置為通過利用導電粘合層(未示出)與印刷電路板(PCB)等結合的結合部件，從而用作P側電極。此外，導電基底11可形成為通過利用鍍覆或晶圓結合方法與發光結構結合，并且可具有良好的導電性和導熱性。高的導熱性可使得容易散發在操作過程中產生的熱，從而可提高裝置的可靠性并延長裝置的壽命。導電基底11可具有將電信號傳輸給P型半導體層12的作用，也可以在去除生長基底的工藝(諸如激光剝離工藝等)中作為支撐發光結構的支撐件。為此，導電基底11可由包括金(Au)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、娃(Si)、硒(Se)和砷化鎵(GaAs)中的任意一種的材料制成，例如，可為摻雜有Al的Si基底。在本發明的示例性實施例中，可利用導電粘合層(未示出)將導電基底11與發光結構結合，并且導電基底11可被鍍覆。η型氮化物半導體層14和ρ型氮化物半導體層12可由具有組成式AlxInyGa(1_x_y) N(這里,0 ^ χ ^ 1,0 ^ y ^ 1,0^ x+y ( I)的摻雜有η型雜質和ρ型雜質的半導體材料制成。例如，作為半導體材料，可使用氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化銦鎵(InGaN)。 作為η型雜質，可使用硅(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)或碳(C)，作為ρ型雜質，可使用鎂 (Mg)、鋅(Zn)或鈹(Be)。活性層13可被構造為具有單量子阱結構或多量子阱結構的未摻雜的氮化物半導體層，并且可通過電子和空穴的復合發射具有預定能級的光。在這種情況下，可利用諸如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或氫化物氣相外延(HVPE)等各種方法來生長η型氮化物半導體層14、Ρ型氮化物半導體層12 和活性層13。η側電極15和16可包括摻雜有η型雜質的碳納米管層15和設置在碳納米管層 15上的η側歐姆金屬層16。這里，碳納米管具有管形，在該管形中，一個碳原子與另一碳原子結合從而具有六
6邊形蜂窩圖案。管的直徑可達幾至幾十納米。另外，由于碳納米管具有高導電性和導熱性并且可具有比鉆石的剛度高的剛度，所以除了用作傳統材料之外，碳納米管可廣泛地用作高科技電子產業領域中的材料。同時，碳納米管可具有這樣的結構，即，在該結構中形成由單管制成的單壁碳納米管(SWNT)、具有相互疊置的兩個管的雙壁碳納米管(DWNT)或多壁碳納米管(MWNT)。另外， 作為碳納米管，可使用金屬碳納米管、聚合物碳納米管和液態碳納米管中的任意一種。可通過利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)來合成這種碳納米管。通過PECVD工藝，可在相對低的溫度下合成碳納米管，并且可選擇性地生長碳納米管。因此，PECVD可適用于直接在支撐件上生長碳納米管的情況。作為PECVD的具體方法，通過濺射法在室內沉積諸如鐵(Fe)、鎳(Ni)或鈷(Co)等的金屬，從而形成催化劑金屬層(未示出)。然后，通過利用氨水、氫氣等蝕刻催化劑金屬層，從而作為具有納米級精細圖案的催化劑金屬層。在這種情況下，可通過控制蝕刻時間來控制催化劑金屬層的粒度和密度。之后，為了合成碳納米管， 通過在供應反應氣體的狀態下應用高頻電源，碳納米管可垂直對齊地生長在具有精細圖案的催化劑金屬層上，其中，反應氣體由乙炔(C2H2)、甲燒(CH4)、乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、丙烷 (C3H8)和一氧化碳(CO)中的至少一種制成。在這種情況下，可通過控制蝕刻時間來控制由碳納米管形成的圖案的尺寸。此外，可通過利用除了 PECVD之外的各種方法(例如，利用膏的屏幕印刷法、噴射法等)來形成碳納米管層。噴射法的優點可在于碳納米管可分散在諸如乙醇等的溶劑中， 從而制備分散溶液，并且分散溶液可被噴射在例如將在后續工藝中進行熱處理(例如，在大約80°C進行熱處理)的硅基底上，從而形成碳納米管層。如上所述形成的碳納米管層會自然具有P型半導體特性，而可以用氧(O2)或堿金屬(例如，鉀)摻雜碳納米管層，從而獲得η型碳納米管15。此外，可通過在具有P型半導體特性的碳納米管上沉積氧化層來獲得η型碳納米管15。可通過原子層沉積(ALD)工藝在300°C沉積鉍鈦硅氧化物(BTSO)來形成氧化層。在這種情況下，可使用水蒸汽作為氧源。按照這種方式，當沉積BTSO時，用η型雜質摻雜碳納米管32，而鉍層的電子粘附到碳納米管層的表面，。在這種情況下，可以簡化并有助于η型摻雜工藝。同時，如上所述，氧化物層可形成為氧化層；然而，本發明不限于此。氧化物層可由包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)和鉍(Bi)中的至少一種原子層的層形成。在這種情況下，碳納米管15可形成為全部覆蓋η型半導體層14的上表面，歐姆金屬層16可形成在碳納米管層15的中心部分中。通過按照這種方式沉積歐姆金屬層16，如圖IA所示，橫跨發光結構的電流流C可相對于整個半導體發光裝置具有對稱性，這就是為什么會更有效地執行電流分布的原因。盡管未示出，高反射歐姆接觸層可形成為導電基底11上的P側電極。高反射歐姆接觸層可與P型半導體層12形成歐姆接觸，并可形成為具有70%以上的反射率。另外，高反射歐姆接觸層可包括由從由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au和它們的混合物組成的組中選擇的材料制成的至少一層。高反射歐姆接觸層可由Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Ni/ Au、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al 或 Ni/Ag/Pt 制成。然而，高反射歐姆接觸層不是本發明示例性實施例中的必需的元件，可以根據本發明示例性實施例選擇性地采用高反射歐姆接觸層并對其進行各種變型。圖2是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖。參照圖2，根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置與圖I中的半導體發光裝置的不同之處在于歐姆金屬層26直接形成在η型半導體層24上，而不是形成在碳納米管層25上。即，歐姆金屬層26形成在η型半導體層24的上表面的部分區域上，碳納米管層 25可形成在η型半導體層24的除了形成有歐姆金屬層26的部分區域的上表面上。按照這種方式，η側電極的形狀不是必需限于如圖IA和圖IB所示的形狀，并且可通過對歐姆金屬層26和碳納米管層25的形狀進行各種改變來改變η側電極的形狀，以適用于本發明的各個示例性實施例。圖3是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖。參照圖3，根據本發明示例性實施例，半導體發光裝置可以按下面的方式進行設置，即，去除一部分發光結構，使得η型半導體層34暴露于外部，η側歐姆金屬層36形成在暴露的η型半導體34上,最后使η側電極和ρ側電極指向同一方向。按照這種方式，η側電極和ρ側電極的形狀不是必需限于如圖IA和圖IB所示的形狀，并且η側電極和ρ側電極的形狀還可應用于電流流沿水平方向而不是垂直方向的發光裝置結構。盡管未示出，但是η側電極和ρ側電極中的至少一個可設置為包括與摻雜有η型或P型雜質的碳納米管層電連接的歐姆金屬層。在這種情況下，歐姆金屬層可形成在碳納米管層的上表面的中心區域中，或者可形成在η型和P型半導體層的上表面的部分區域中。 碳納米管層可形成在η型和ρ型半導體層的除了形成有歐姆金屬層的部分區域之外的上表面上。另外，透光導電層可設置在η型半導體層和η側電極之間及P型半導體層和P側電極之間，或者鈍化層可設置在碳納米管層上，熒光層可設置在碳納米管層上。在這種情況下，如上所述，由于碳納米管可自然具有P型特性，所以半導體發光裝置可使用P型碳納米管層形成。圖4是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖。參照圖4，透光導電層47可形成在η型半導體層44和碳納米管層45之間。在這種情況下，透光導電層47可由具有高透光率的氧化物形成，優選地，由氧化銦錫(ITO)形成；然而，透光導電層47不是必需局限于此。圖5是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖，圖6是根據本發明示例性實施例的半導體發光裝置的剖視圖。參照圖5和圖6，鈍化層57和熒光層67中的至少一個可設置在碳納米管層55、65 和η型歐姆金屬層56、66之間。具有保護發光結構的功能的鈍化層57可通過化學表面處理而形成在碳納米管層 55上，并且鈍化層57可形成在碳納米管層55的整個上表面上。另外，例如，通過使用其中含有硒的水溶液，鈍化層57可形成在碳納米管層55上作為硒化合物層。鈍化層57可由諸如二氧化硅(SiO2)、SiOxNy的硅氧化物或者諸如SixNy等的硅氮化物制成，并且可以具有大約O. 1-2 μ m的厚度。此外，熒光層67可包括將分散在樹脂中的紅色熒光物質、綠色熒光物質和黃色熒光物質中的至少一種，從而轉變從活性層63產生的光的色度，優選地允許發射白光。如上所述，根據本發明的示例性實施例，可通過將電極形成為碳納米管層來獲得具有高的透射率和導電率的同時具有優良的電流分布效應的半導體發光裝置。盡管已經結合示例性實施例示出并描述了本發明，但是本領域技術人員將清楚的是，在不脫離由權利要求限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以做出變型和改變。
權利要求
1.一種半導體發光裝置，所述半導體發光裝置包括導電基底；P型半導體層，設置在導電基底上；活性層，設置在P型半導體層上； η型半導體層，設置在活性層上；η側電極，設置在η型半導體層上并包括摻雜有η型雜質的碳納米管層。
2.根據權利要求I所述的半導體發光裝置，其中，η側電極還包括與摻雜有η型雜質的碳納米管層電連接的歐姆金屬層。
3.根據權利要求2所述的半導體發光裝置，其中，歐姆金屬層形成在碳納米管層的上表面的中心區域中。
4.根據權利要求2所述的半導體發光裝置，其中，歐姆金屬層形成在η型半導體層的上表面的部分區域中，并且碳納米管層形成在η型半導體層的上表面的除了形成有歐姆金屬層的部分區域之外的區域上。
5.根據權利要求I所述的半導體發光裝置，其中，碳納米管層的η型雜質包括氧氣和堿金屬中的至少一種。
6.根據權利要求I所述的半導體發光裝置，所述半導體發光裝置還包括設置在η型半導體層和η側電極之間的透光導電層。
7.根據權利要求I所述的半導體發光裝置，所述半導體發光裝置還包括設置在碳納米管層上的鈍化層。
8.根據權利要求7所述的半導體發光裝置，其中，鈍化層形成為完全覆蓋碳納米管層的上表面。
9.根據權利要求I所述的半導體發光裝置，其中，η側電極還包括設置在碳納米管層上的突光層。
10.根據權利要求I所述的半導體發光裝置，其中，碳納米管層形成為完全覆蓋η型半導體層的上表面。
11.根據權利要求I所述的半導體發光裝置，其中，通過沉積在碳納米管層上的氧化物層，碳納米管層摻雜有η型雜質。
12.根據權利要求11所述的半導體發光裝置，其中，氧化物層包括N、P、As、Sb和Bi中的至少一種。
13.一種半導體發光裝置，所述半導體發光裝置包括 η型半導體層；活性層和P型半導體層，順序形成在η型半導體層上；η側電極，形成在通過去除P型半導體層和活性層的部分而暴露的η型半導體層上；P側電極，形成在P型半導體層上，其中，η側電極還包括摻雜有η型雜質的碳納米管層。
14.根據權利要求13所述的半導體發光裝置，其中，η側電極還包括與摻雜有η型雜質的碳納米管層電連接的歐姆金屬層。
15.根據權利要求14所述的半導體發光裝置，其中，歐姆金屬層形成在摻雜有η型雜質的碳納米管層的上表面的中心區域中。
16.根據權利要求14所述的半導體發光裝置，其中，歐姆金屬層形成在η型半導體層的上表面的至少一部分區域中，并且碳納米管層形成在η型半導體層的上表面的除了形成有歐姆金屬層的所述至少一部分區域之外的至少一部分區域中。
17.根據權利要求13所述的半導體發光裝置，所述半導體發光裝置還包括設置在η型半導體層和η側電極之間的透光導電層。
18.根據權利要求13所述的半導體發光裝置，所述η側電極還包括設置在碳納米管層上的突光層。
19.根據權利要求13所述的半導體發光裝置，其中，P側電極包括摻雜有P型雜質的碳納米管。
20.根據權利要求19所述的半導體發光裝置，其中，P側電極還包括與摻雜有P型雜質的碳納米管層電連接的歐姆金屬層。
21.根據權利要求20所述的半導體發光裝置，其中，歐姆金屬層形成在摻雜有P型雜質的碳納米管層的上表面的中心區域中。
22.根據權利要求20所述的半導體發光裝置，其中，歐姆金屬層形成在P型半導體層的上表面的至少一部分區域中，并且碳納米管層形成在P型半導體層的上表面的除了形成有歐姆金屬層的所述至少一部分區域之外的至少一部分區域中。
23.根據權利要求19所述的半導體發光裝置，所述半導體發光裝置還包括設置在P型半導體層和P側電極之間的透光導電層。
24.根據權利要求19所述的半導體發光裝置，其中，P側電極還包括設置在碳納米管層上的突光層。
25.根據權利要求13所述的半導體發光裝置，所述半導體發光裝置還包括設置在碳納米管層上的鈍化層。
全文摘要
在此公開了一種半導體發光裝置。所述半導體發光裝置包括導電基底；p型半導體層，設置在導電基底上；活性層，設置在p型半導體層上；n型半導體層，設置在活性層上；n側電極，設置在n型半導體層上并包括摻雜有n型雜質的碳納米管層。
文檔編號H01L33/42GK102593296SQ20121000835
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優先權日2011年1月12日
發明者崔丞佑, 張泰盛, 金臺勛 申請人:三星Led株式會社