專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體地，涉及一種被構(gòu)造成提高其光學(xué)特性和電特性的電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光二極管是一種用于將電能轉(zhuǎn)換為光能的光學(xué)器件。包括根據(jù)能帶隙發(fā)射特定波長(zhǎng)的光的化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體發(fā)光器件被廣泛地用作各種顯示器(諸如光通信和移動(dòng)顯示器)、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器等、以及各種類型的照明設(shè)備。通常，半導(dǎo)體發(fā)光器件可能需要在電極結(jié)構(gòu)中采用透明電極，以便將從有源層產(chǎn)生的光傳輸?shù)酵獠?。在這種情況下，通常使用的透明電極材料雖然容易滿足光發(fā)射的條件， 但是具有導(dǎo)電性不太良好的局限性。這種電特性方面的缺點(diǎn)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電壓的升高和不均勻的電流分布，潛在地造成整體發(fā)光效率的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種包括具有高水平導(dǎo)電性的材料層的半導(dǎo)體發(fā)光二極管， 從而通過(guò)保證高水平的透光性而提高其電特性和發(fā)光效率。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體，該半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層和位于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層；以及高導(dǎo)電性透明電極，其形成在第一和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)上。該高導(dǎo)電性透明電極包括由透明導(dǎo)電氧化物層和透明導(dǎo)電氮化物層中的至少一個(gè)形成的透明電極層和允許可見(jiàn)光譜內(nèi)的光透過(guò)的石墨烯(graphene)層。 透明電極層和石墨烯層是層疊的。透明電極層可形成在導(dǎo)電半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)上，并且石墨烯層可形成在透明電極層上。石墨烯層可形成在導(dǎo)電半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)上，并且透明電極層可形成在石墨烯層上。石墨烯層可介于透明電極層之間。透明電極層和石墨烯層可分別設(shè)置為多個(gè)透明電極層和多個(gè)石墨烯層，并且高導(dǎo)電性透明電極可具有其中多個(gè)透明電極層和多個(gè)石墨烯層交替地層疊的結(jié)構(gòu)。透明導(dǎo)電氧化物層可由選自以下物質(zhì)構(gòu)成的組中的至少一種構(gòu)成氧化銦 (In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氧化鎘(CdO)、氧化鎂鋅(MgZnO)、氧化銦鋅(InZnO)、氧化銦錫(InSnO)、氧化銅鋁(CuAlO2)、氧化銀(Ag2O)、氧化CN 102456797 A說(shuō)明書2/5 頁(yè)
鎵(Ga2O3)、氧化鋅錫(ZnSnO)和氧化鋅銦錫(ZITO)。透明導(dǎo)電氮化物層可由選自以下物質(zhì)構(gòu)成的組中的至少一種構(gòu)成氮化鈦 (TiN)、氮化鉻(CrN)、氮化鎢(WN)、氮化鉭(TaN)和氮化鈮(NbN)。半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體可以由AlxInyGa(1_x_y)AlN層(0彡χ彡1，0彡y彡1， 0 ^ x+y ^ 1)層形成。該半導(dǎo)體發(fā)光器件還可包括形成在透明電極層和至少一個(gè)半導(dǎo)體層之間的歐姆接觸層。


從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，將更清楚地理解本發(fā)明的上述以及其他的方面、 特征和其它優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖2A是示出石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2B是示出石墨烯中的σ軌道和π軌道的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件的變型；以及圖4和圖5是示出根據(jù)其他示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。但是本發(fā)明可以以很多不同的方式實(shí)現(xiàn)，不應(yīng)將本發(fā)明理解為僅限于這里所描述的實(shí)施方式。相反，提供這些實(shí)施方式的目的在于使本公開(kāi)更充分和完整，并將本發(fā)明的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。附圖中，為了清楚起見(jiàn)，可能放大了形狀和尺寸，并且附圖中的相同參考標(biāo)號(hào)將用來(lái)表示相同或類似元件。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖。如圖1所示，圖1中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件10包括襯底11和半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體，該半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體包括依次形成在襯底11上的η型半導(dǎo)體層12、有源層14和P型半導(dǎo)體層15。在本示例性實(shí)施方式中，在η型半導(dǎo)體層12的經(jīng)過(guò)臺(tái)面刻蝕以被露出的上表面上形成有η側(cè)接觸金屬19a，并且在ρ型半導(dǎo)體層15上形成有ρ側(cè)接觸金屬19b。如圖1所示，在ρ側(cè)接觸金屬19b和ρ型半導(dǎo)體層15之間形成有高導(dǎo)電性透明電極。本示例性實(shí)施方式中所采用的高導(dǎo)電性透明電極可具有如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中層疊有由透明導(dǎo)電氧化物或透明導(dǎo)電氮化物構(gòu)成的透明電極層17和形成在該透明電極層17上的石墨烯層18。透明導(dǎo)電氧化物可以是由氧化銦錫(ITO)構(gòu)成的透明電極層，但是本發(fā)明不限于此，而是可以采用各種其他透明導(dǎo)電氧化物。例如，該透明導(dǎo)電氧化物可以是選自以下物質(zhì)構(gòu)成的組中的至少一種氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氧化鎘(CdO)、氧化鎂鋅(MgZnO)、氧化銦鋅(InZnO)、氧化銦錫(InSnO)、氧化銅鋁(CuAlO2)、氧化銀(Ag2O)、氧化鎵(Ga2O3)、氧化鋅錫(ZnSnO)和氧化鋅銦錫(ZITO)。當(dāng)透明電極層由透明導(dǎo)電氮化物構(gòu)成時(shí)，該透明導(dǎo)電氮化物可以是選自以下物質(zhì)構(gòu)成的組中的至少一種氮化鈦(TiN)、氮化鉻(CrN)、氮化鎢(WN)、氮化鉭(TaN)和氮化鈮 (NbN)。透明電極層17具有相對(duì)較低水平的導(dǎo)電性，而石墨烯層由于它的獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)特征而能夠保證非常高的導(dǎo)電性。為了幫助理解本發(fā)明，將參考圖2A和圖2B簡(jiǎn)要地描述本文中所使用的石墨烯層。通?！笆笨梢岳斫鉃槭且环N單層的原子結(jié)構(gòu)，其中碳(C)原子在一個(gè)平面上排列成像六邊形蜂巢一樣的晶格。主要通過(guò)共價(jià)鍵鍵合形成的碳同素異形體可具有多種物理性質(zhì)，包括取決于四個(gè)外層電子的波函數(shù)的線性組合方案的晶體結(jié)構(gòu)。在石墨烯中，只有三個(gè)外層電子的線性組合參與碳原子之間的強(qiáng)共價(jià)鍵鍵合以形成六邊形網(wǎng)狀的平面，并且另外一個(gè)外層電子的波函數(shù)以垂直于該平面的形式存在。更具體地，如圖2B所示，石墨烯具有其中電子平行于該平面并參與強(qiáng)共價(jià)鍵鍵合的σ軌道狀態(tài)和其中電子垂直于該平面的η軌道狀態(tài)，并且接近決定石墨烯物理性質(zhì)的費(fèi)米(Fermi)能級(jí)的電子的波函數(shù)包括π軌道的線性鍵。這樣，期待石墨烯具有基于前述結(jié)構(gòu)特征的各種特性。具體地，本示例性實(shí)施方式中所采用的石墨烯可有利地提供高水平的導(dǎo)電性同時(shí)保持如同單個(gè)碳原子層一樣的透光性。在圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件10中，石墨烯層18可保持高透光性同時(shí)具有高水平的導(dǎo)電性。并且，諸如ITO的透明電極17具有相對(duì)較低水平的導(dǎo)電性，從而可期待分布電流的效果。因此，有效光發(fā)射面積可通過(guò)電流分布效果擴(kuò)展，同時(shí)提高了 Vf (正向電壓， 即工作電壓)特性。本示例性實(shí)施方式中所采用的石墨烯層18可直接從透明電極層17生長(zhǎng)。石墨烯層18可通過(guò)使用熱化學(xué)氣相沉積(CVD)或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝生長(zhǎng)。如果需要，石墨烯層18可單獨(dú)地形成并粘附或轉(zhuǎn)移到期望的透明電極層17上，而不是直接在透明電極層17上生長(zhǎng)。石墨烯層18可實(shí)現(xiàn)如同單個(gè)原子層一樣的充分的效果，但是如果需要，也可在光能夠透過(guò)的范圍內(nèi)形成多個(gè)石墨烯層。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件的變型。圖3中所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件30包括襯底31和半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體，該半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體包括依次形成在襯底31上的η型半導(dǎo)體層32、有源層34和ρ型半導(dǎo)體層35。在本示例性實(shí)施方式中，如同圖1中所示的結(jié)構(gòu)，在η型半導(dǎo)體層32的經(jīng)過(guò)臺(tái)面刻蝕以被露出的上表面上形成有η側(cè)接觸金屬39a，并且在ρ型半導(dǎo)體層35上形成有ρ側(cè)接觸金屬39b。如圖3所示，在ρ側(cè)接觸金屬39b和ρ型半導(dǎo)體層35之間形成有高導(dǎo)電性透明電極。與圖1中所示的實(shí)施方式類似，本示例性實(shí)施方式中所采用的高導(dǎo)電性透明電極可具有如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中層疊有由透明導(dǎo)電氧化物或透明導(dǎo)電氮化物構(gòu)成的透明電極層 37和形成在該透明電極層37上的石墨烯層38。本示例性實(shí)施方式中所采用的半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體可以由AlxInyGa(1_x_y)AlN層 (0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)形成。例如，η型半導(dǎo)體層32和ρ型半導(dǎo)體層35可以分別是η型GaN和ρ型AlGaN/p型GaN。有源層34可以是InGaN/GaN。
在這種情況下，如圖3所示，當(dāng)諸如ITO的透明電極層37不能與ρ型半導(dǎo)體層35 進(jìn)行充分歐姆接觸時(shí)，可在P型半導(dǎo)體層35和透明電極層37之間形成另外的歐姆接觸層 36。當(dāng)然，歐姆接觸層36也可以是另一石墨烯層，或者可以使用不同的歐姆接觸層。例如，歐姆接觸層36可以是包括選自由銅(Cu)、鋅(Zn)和鎂(Mg)構(gòu)成的組中的至少一種的Ιη203。不同地，歐姆接觸層36可以由以下物質(zhì)構(gòu)成選自由MnNi、LaNi5、ZnNi、 MgNi和ZnMg構(gòu)成的組中的合金；或者選自由銠(Rh)、釕(Ru)、鉬(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、鎳 (Ni)、鈷(Co)或其合金構(gòu)成的組中的金屬或合金。在上述實(shí)施方式中，采用石墨烯和透明電極層作為用于ρ型半導(dǎo)體層的電極結(jié)構(gòu)，但是該電極結(jié)構(gòu)也可以用于η型半導(dǎo)體層。并且，該高導(dǎo)電性透明電極可以類似地適用于具有不同的結(jié)構(gòu)以及變化地變型和實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件?，F(xiàn)在將參考圖4和圖5 描述本發(fā)明的一種變型。圖4中所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件40包括導(dǎo)電襯底41和半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體，該半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體包括依次形成在導(dǎo)電襯底41上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層45、有源層44和第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層42。本示例性實(shí)施方式中，與前面的示例性實(shí)施方式不同，接觸部位于發(fā)光元件的彼此相對(duì)的上表面和下表面上。也就是說(shuō)，一個(gè)接觸金屬49位于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層42上，并且導(dǎo)電襯底41用作另一接觸金屬。如圖4所示，在接觸金屬49和第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層42之間設(shè)有高導(dǎo)電性透明電極。 本示例性實(shí)施方式中所采用的高導(dǎo)電性透明電極具有如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中層疊有形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層42上的石墨烯層48和形成在石墨烯層48上的透明電極層47。透明電極層47可以由透明導(dǎo)電氧化物或透明導(dǎo)電氮化物構(gòu)成。在本示例性實(shí)施方式中，石墨烯層48可允許電極結(jié)構(gòu)和第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層42進(jìn)行歐姆接觸。并且，因?yàn)橥该麟姌O層47具有相對(duì)較低水平的導(dǎo)電性，所以它可散布由具有有限面積的接觸金屬49提供的電流并通過(guò)提供優(yōu)良的歐姆接觸結(jié)構(gòu)的石墨烯層48供應(yīng)電流。圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中石墨烯介于透明電極層之間。如圖5所示，根據(jù)本示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件50包括導(dǎo)電襯底51和半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體，該半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體包括依次形成在導(dǎo)電襯底51上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層55、有源層54和第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層52。在圖5所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件50中，與圖4中所示的結(jié)構(gòu)類似，接觸部定位成使得它們?cè)诎雽?dǎo)體發(fā)光器件50的上表面和下表面上彼此相對(duì)。并且，定位在接觸電極59和第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層52之間的高導(dǎo)電性透明電極包括透明電極層57a和57b以及介于透明電極層57a和57b之間的石墨烯層58。更具體地，本示例性實(shí)施方式中所采用的高導(dǎo)電性透明電極具有如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，第一透明電極層57a形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層52上，并且石墨烯層58形成在第一透明電極層57a上，進(jìn)而另外地形成第二透明電極層57b。這里，第一透明電極層57a和第二透明電極層57b可以由透明導(dǎo)電氧化物或透明導(dǎo)電氮化物構(gòu)成。類似地，該高導(dǎo)電性電極結(jié)構(gòu)可變型為具有如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，諸如ITO的多個(gè)透明電極層和多個(gè)石墨烯層可交替地形成。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，因?yàn)樽鳛榫哂懈咚綄?dǎo)電性的材料層的石墨烯與諸如ITO的透明電極層一起使用，所以可保證高水平的透光性以及電特性。在透光性水平不會(huì)下降的范圍內(nèi)可形成單個(gè)石墨烯層或多個(gè)石墨烯層，并且因?yàn)樵谂c石墨烯層相比具有稍高電阻的ITO層中可預(yù)期地獲得一定的電流分布效果，所以可增加有效的光發(fā)射面積，以提高發(fā)光效率并保證高水平的透光性。盡管已經(jīng)結(jié)合示例性實(shí)施方式示出并描述了本發(fā)明，但是，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很顯然，在不背離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可做出變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體，其包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層和位于所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層；以及高導(dǎo)電性透明電極，其形成在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)上，并且包括由透明導(dǎo)電氧化物層和透明導(dǎo)電氮化物層中的至少一個(gè)形成的透明電極層和允許可見(jiàn)光譜內(nèi)的光透過(guò)的石墨烯層，所述透明電極層和所述石墨烯層是層疊的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述透明電極層形成在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)上，并且所述石墨烯層形成在所述透明電極層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述石墨烯層形成在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)上，并且所述透明電極層形成在所述石墨烯層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述石墨烯層介于所述透明電極層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述透明電極層和所述石墨烯層分別設(shè)置為多個(gè)透明電極層和多個(gè)石墨烯層，并且所述高導(dǎo)電性透明電極具有其中所述多個(gè)透明電極層和所述多個(gè)石墨烯層交替地層疊的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述透明導(dǎo)電氧化物層由選自以下物質(zhì)構(gòu)成的組中的至少一種構(gòu)成氧化銦、氧化錫、氧化銦錫、氧化鋅、氧化鎂、氧化鎘、氧化鎂鋅、氧化銦鋅、氧化銦錫、氧化銅鋁、氧化銀、氧化鎵、氧化鋅錫和氧化鋅銦錫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述透明導(dǎo)電氮化物層由選自以下物質(zhì)構(gòu)成的組中的至少一種構(gòu)成氮化鈦、氮化鉻、氮化鎢、氮化鉭和氮化鈮。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體由AlxInyGa(1_x_y)AlN層形成，其中0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括形成在所述透明電極層和所述至少一個(gè)導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的歐姆接觸層。
全文摘要
一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括半導(dǎo)體光發(fā)射層疊體，其包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層和位于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層；以及高導(dǎo)電性透明電極，其形成在第一和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)上，并且包括由透明導(dǎo)電氧化物層和透明導(dǎo)電氮化物層中的至少一個(gè)形成的透明電極層以及允許可見(jiàn)光譜內(nèi)的光透過(guò)的石墨烯層，透明電極層和石墨烯層是層疊的。
文檔編號(hào)H01L33/40GK102456797SQ20111035508
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者李東柱, 沈炫旭, 金晟泰 申請(qǐng)人:三星Led株式會(huì)社