发光器件和照明系统的制作方法
【专利说明】发光器件和照明系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 该申请根据美国法典第35条119款要求韩国专利申请No.10-2014-0108235(在 2014年8月20日提交）、韩国专利申请No.10-2014-0111062(在2014年8月25日提交） 和韩国专利申请No.10-2014-0111095(在2014年8月25日提交）的优先权，其整体通过 引用并入在此。
【背景技术】
[0003] 一种发光器件包括具有将电能转换成光能的特性的P-N结二极管。可W使用在元 素周期表上属于HI和V族的化合物半导体生产该发光器件。通过调节化合物半导体的构 成比，该发光器件能够呈现各种颜色。
[0004] 当正向电压施加到发光器件时，N层的电子与P层的空穴组合，从而能量可W对应 于在导电带和价电带之间的带隙能地发散。主要地W热或者光的形式发射能量。在发光器 件的情形中，能量W光的形式发散。 阳0化]例如，氮化物半导体呈现高的热稳定性和宽的带隙能从而在光学装置和大功率电 子装置领域中氮化物半导体已经成为焦点。具体地，采用氮化物半导体的蓝色、绿色和紫外 0JV)发光器件已经被商业化并且被广泛地使用。
[0006] 具体地，随着UV发光器件被越来越多地利用，对于UV发光器件的需求增加，从而 对于UF发光器件的兴趣增长。
[0007]然而，UV发光器件的发光结构可W由具有不同于其他氮化物发光器件的那些的构 成的材料形成。相应地，当除了该发光结构，将设置在发光器件中W发射不同的发光带的光 的其他结构（例如，位错控制层、应变控制层、电流扩展层等）应用于UV发光器件时，UV发 光器件可W产生意外的不利效果，而非其他氮化物发光器件的效果。
[0008] 同时，发光器件可W根据电极的位置分类成横向型和竖直型。
[0009] 根据现有技术的竖直型的发光器件，当生长衬底被移除并且电极被连接时，根据 与电极形成接触的半导体层的构成，操作电压（V巧可W受到影响或者可W引起光损失 (Po)。
[0010] 同时，根据具有传统结构的发光器件，如果注入电流的数量增加，则因为在发光层 中空穴注入效率低于电子注入效率，所W发光效率会劣化。为了解决W上问题，要求研发运 样一项技术，即，空穴能够在发光层中有效地从P层移动到n层，从而空穴能够在发光层中 均匀地分布，由此允许发光层的所有的量子阱参与发光。
【发明内容】
[0011] 实施例提供一种能够改进发光效率的发光器件和一种照明系统。
[0012] 根据该实施例，提供一种发光器件，该发光器件包括第一电极、布置在第一电极上 并且包括第一导电渗杂剂的第一半导体层、布置在第一半导体层上并且包括具有比第一半 导体层的渗杂浓度低的渗杂浓度的第一导电渗杂剂的第二半导体层、布置在第二半导体层 上W调节应力的第=半导体层、在第=半导体层上的第一导电半导体层、在第一导电半导 体层上的有源层、在有源层上的第二导电半导体层、和在第二导电半导体层上的第二电极。 第=半导体层具有在第二半导体层的渗杂浓度和第一导电半导体层的渗杂浓度之间的范 围中的渗杂浓度，W及第=半导体层的渗杂浓度朝向第一导电半导体层增加。
[0013] 根据该实施例，提供一种发光器件，该发光器件包括第一导电半导体层、在第一 导电半导体层上的有源层、在有源层上的AlpGaqIriiPqN层（0<p《1并且0《q《1)、在 AlpGaqIniPqN层（0<p《1并且0《q《1)上的非渗杂AltGai tN层（0《t<l)、和在非渗杂 AltGai tN层（0《t<l)上的第二导电半导体层。
[0014] 根据该实施例，提供一种发光器件，该发光器件包括第一导电半导体层、在第一 导电半导体层上的有源层、在有源层上的AlpGaqIriiPqN层（0<p《1并且0《q《1)、在 AlpGaqInipqN层（0<p《1并且0《q《1)上的AlGaN基超晶格层、和在AlGaN基超晶格 层上的第二导电半导体层。
【附图说明】
[0015] 图1是示出根据第一实施例的发光器件的截面图；
[0016] 图2是示出根据第一实施例的第二半导体层、第=半导体层和第一导电半导体层 的渗杂浓度的曲线图；
[0017] 图3是示出根据第二实施例的第二半导体层、第=半导体层和第一导电半导体层 的渗杂浓度的曲线图；
[0018] 图4是示出根据第=实施例的第二半导体层、第=半导体层和第一导电半导体层 的渗杂浓度的曲线图；
[0019] 图5是示出根据第S半导体层的存在性的在VR良率（yield rate)之间的比较的 曲线图；
[0020] 图6到11是示出制造根据第一实施例的发光器件的方法的截面图；
[0021] 图12是示出根据第四实施例的发光器件的截面图；
[0022] 图13是示出根据第四实施例的发光器件的能带隙的图表；
[0023] 图14到16是示出制造根据第四实施例的发光器件的方法的截面图；
[0024] 图17是示出根据第五实施例的发光器件的截面图；
[0025] 图18是示出根据第五实施例的发光器件的第一能带隙的图表；
[0026] 图19是示出根据第五实施例的发光器件的第二能带隙的图表；
[0027] 图20A是示出根据第五实施例的发光器件的构成数据的曲线图；
[0028] 图20B是示出根据第五实施例的发光器件的构成数据的部分放大视图；
[0029] 图21A是示出作为根据第五实施例的发光器件的注入电流的函数的第二内部发 光效率E2和比较数据El的曲线图；
[0030] 图21B是示出作为根据第五实施例的发光器件的注入电流的函数的第=内部发 光效率E3和比较数据El的曲线图；
[0031] 图22到24是示出制造根据第五实施例的发光器件的方法的截面图；
[0032] 图25是示出根据实施例的发光器件封装的截面图；
[0033]图26是示出根据实施例的照明装置的分解透视图。
【具体实施方式】
[0034] 在下文中，将参考附图描述根据实施例的发光器件和照明系统。
[0035] 在实施例的说明中，将会理解，当层（或者膜）被称作在另一个层或者衬底"上" 时，它能够直接地在另一个层或者衬底上，或者还可W存在中间层。此外，将会理解，当一个 层被称作在另一个层"下面"时，它能够直接地在另一个层下面，并且还可W存在一个或者 多个中间层。另外，还将理解，当一个层被称作在两个层"之间"时，它能够是在该两个层之 间的唯一的层，或者还可W存在一个或者多个中间层。
[0036] 图1是示出根据第一实施例的发光器件100的截面图。
[0037] 根据第一实施例的发光器件100可W包括第一电极110、在第一电极110上的第一 半导体层120、在第一半导体层120上的第二半导体层130、在第二半导体层130上的第= 半导体层140、在第=半导体层140上的发光结构150和在发光结构150上的第二电极160。 另外，发光结构150可W包括第一导电半导体层151、在第一导电半导体层151上的有源层 153和在有源层153上的第二导电半导体层155。
[003引根据第一实施例，第一电极110可W包括具有欧姆接触层、粘结层和结合层的特 性的金属层，并且可W具有透射性或者非透射性，但是实施例不限于此。例如，电极的图案 可W包括选自由Ti、Ru、化、打、1邑、211、41、111、1'日、？(1、(：0、化、51、66、4邑、411、和具有^上元 素中的至少两种的合金组成的组的一种，并且可W W单层结构或者多层结构形成。
[0039] 根据第一实施例，第一电极110可W包括多个图案，并且图案的截面形状可W具 有=角形形状、矩形形状和梯形形状中的至少一种，但是实施例不限于此。第一电极110可 W包括多个图案W增加第一半导体层120的接触区域从而可W有效率地注入电流。 W40] 第一半导体层120可W布置在第一电极110上。
[0041] 根据第一实施例，第一电极110可W布置在第一半导体层120的一部分上。相应 地，从第一电极110暴露出的第一半导体层120的区域可W增加，使得可W改进光提取效 率。
[0042] 根据第一实施例，第一半导体层120可W包括第一导电渗杂剂W便将载流子注入 发光结构150中。例如，第一半导体层120可W包括N型渗杂剂，诸如Si、Ge、Sn、Se或者 Te〇 阳0创另外，根据第一实施例，第一半导体层120可W包括AlxGa(i x)N(0《X《1)和GaN 中的至少一种。例如，第一半导体层120可W包括通过反复地堆叠AlxGa^i x>N(〇《X《1) 和GaN形成的超晶格层121。
[0044]当第一半导体层120可W由GaN形成时，在第一半导体层120和第一电极110之 间形成的接触电阻可W降低，使得发光器件100的操作电压VF3能够降低。另外，当第一半 导体层120由GaN形成时，能够获得优良的晶体质量。 W45] 另夕F，当第一半导体层120由AlxGa;i x>N(〇《X《1)形成时，在低的波长带处呈现 了低的光吸收效率，使得光提取效率能够得到改进。根据第一实施例，最后层123 (例如，与 第二半导体层130接触的层）可W布置在第一半导体层120的超晶格层121上。另外，最 后层123可W由GaN形成。因为第一半导体层120的主要意图在于注入载流子，所W与第 二半导体层130接触的最后层123由GaN形成W增加注入载流子的数量。另外，当最后层 123由GaN形成时，与第二半导体层130的接触表面的晶体质量能够得到改进。最后层123 可W具有20nm到IOOnm的厚度。例如，最后层123可W具有40nm的厚度。当最后层123的 厚度小于20nm时，到发光结构150中的载流子注入是困难的，使得操作电压可W增加。当 最后层123的厚度超过100皿时，通过最后层123的光吸收增加使得光损失可W快速地增 加。
[0046] 同时，根据第一实施例，构成超晶格层m的AlxGa(ix)N(0《X《1)中的侣（Al) 的构成比（X)可W在2%到15%的范围中。当AlxGa;ix>N(〇《X《1)中的侣（Al)的构成 比（X)小于2%时，快速光损失可W发生。当侣（Al)的构成比（X)超过15%时，操作电压 VF可队陕速地增加。
[0047] 根据第一实施例，构成超晶格层121的AlxGa(i x)N层（0《X《1)的厚度可W比 GaN层的薄。根据第一实施例的发光器件100,当GaN层的厚度比AlxGa^ x>N层（0《X《1) 的厚度厚时，操作电压VF可W降低。 柳48] 根据第一实施例，构成超晶格层121的AlxGa(ix)N层（0《X《1)和GaN层每一 个可W具有在1皿到15皿的范围中的厚度。当AlxGa(Ix)N层（0《1)和GaN层的厚 度超过15nm时，阻挡位错和调节裂纹的效果能够劣化。由于工艺特性不可形成小于Inm的 厚度。超晶格层121可W包括至少两对AlxGa(ix)N(0《X《1)和GaN层。例如，第一半导 体层120可W具有通过反复地堆叠20对分别地具有15皿的厚度的AlxGa^x)N(0《X《1) 和GaN层而形成的超晶格结构。可替代地，第一半导体层120可W具有通过反复地堆叠20 对分别地具有2皿的厚度的AlxGa^xjN(0《X《1)和GaN层而形成的超晶格结构，并且 AlxGa(ix)N(0《X《1)和GaN层的对数不限于此。 W例此外，根据第一实施例，第一半导体层120的厚度可W在300nm到ISOOnm的范围 中。详细地，第一半导体层120的厚度可W是1000皿。当第一半导体层120具有小于300皿 的厚度时，当执行蚀刻过程W形成图案时，通过第二和第=半导体层130和140将该图案形 成于第一半导体层120的内部部分，使得操作电压可W增加。另外，当第一半导体层120的 厚度超过ISOOnm时，超晶格层121的GaN层的厚度增加W增加第一半导体层120的光吸收 率使得可W引起光损失。第一半导体层120的图案的宽度W和深度D可W分别地等于第一 电极110的图案的那些。第一半导体层120的图案可W增加第一电极110的接触区域使得 能够有效率地注入电流。另外，第一半导体层120的图案用作光提取结构，使得能够改进光 提取效率。
[0050] 第一半导体层120的图案的两端可W与第一电极110的图案的两端重叠。 阳〇5U 换言么根据第一实施例，第一电极110可W同时地与AlxGa(ix)N(0《x《1)和 GaN层接触。
[0052] 第二半导体层130和第=半导体层140可W布置在第一半导体层120上。当第二 半导体层130和第=半导体层140布置在第一半导体层120上W直接地与第一导电半导体 层151接触时，由于在第一半导体层120和第一导电半导体层151之间的构成的差异，过度 应力诸如拉伸应力可W施加到第一导电半导体层151。另外，由于应力，缺陷诸如错配位错 和裂纹可W发生。缺陷引起泄漏电流，使得发光器件100的ESD良率、VR良率，或者IR良 率可W降低。
[0053] 为了防止W上缺陷，第二半导体层130和第=半导体层140被置入第一半导体层