垂直紫外线发光装置及其制造方法
【专利说明】垂直紫外线发光装置及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年9月4日提交的申请号为62/046，005的美国临时专利申请的优先权和权益，该美国专利申请为了所有目的在此引用作为参考，如同在本文充分地描述。
技术领域
[0003]本发明涉及垂直紫外线发光装置及其制造方法，更具体地，涉及能够发出紫外光和改善欧姆接触电阻特性的垂直紫外线发光装置及其制造方法。
【背景技术】
[0004]发光装置是无机半导体装置，其通过电子和空穴的复合来发射光。最近，发光装置已经以不同方式用于显示设备、车用灯具、通用照明设备、光纤通信设备等等。在这其中，发射紫外线的紫外线发光装置可以用于医疗领域中的紫外线固化、紫外线消毒等等，以及设备零部件等，也可以作为制造白光源的源。因此，紫外线发光装置可以以各种方式使用，其应用也已经得到扩展。
[0005]如同通用发光装置，紫外线发光装置具有位于η型半导体层和ρ型半导体层之间的有源层。在这种情况下，紫外线发光装置发出的光具有相对更短的峰值波长(峰值波长通常为400纳米或更短)。因为这个原因，在使用氮化物半导体制造紫外线发光装置的时候，如果η型和ρ型氮化物半导体层的带隙能量小于紫外光能量，那么会发生从有源层发射的紫外光被吸收进η型和ρ型氮化物半导体层的现象。结果，紫外线发光装置的发光效率会严重降低。
[0006]如上所述，为了防止紫外线发光装置的发光效率降低，在紫外线发光装置的有源层和氮化物半导体层受到紫外光照射的一侧中包含大约20%或更多的Α1。在GaN的情况下，带隙在大约3.4eV下吸收的波长大约为280纳米或者更长，因此GaN基本上包括A1。通常，在使用氮化物半导体制造340纳米或更少的紫外线发光装置的时候，使用具有20%或更多A1的AlGaN。
[0007]但是，当通过增加A1含量增加带隙以阻止紫外线被吸收进半导体层的时候，价带的能级降低，因此功函数增加，这样会发生欧姆接触电阻增加的副作用。
[0008]尤其是，波长越短，A1含量越高。随着A1含量的增加，欧姆接触电阻会增加，因此紫外线发光装置的光量会减少，装置的激励电压会增加，这会成为降低墙装插头效率的一个因素。
[0009]进一步来说，在制造垂直发光装置的情况下，当移除蓝宝石衬底暴露η型半导体，然后接触η电极时，考虑到半导体的晶体结构特性，η电极不接触Ga面，但是接触Ν面。因此，隧道效应减轻，欧姆接触电阻会增加的更多。对于可见光发光装置，上述的问题无关紧要，但是如果A1含量增加，欧姆接触电阻是极高的，这样墙装插头效率会显著降低。
【发明内容】
[0010]本发明的一个目的是提供紫外线发光装置及其制造方法，能够改善减少光量的因素，阻止因在制造紫外线发光装置时A1含量增加所引起的来自接触层的电特性。
[0011]根据本发明示例性的实施例，提供了垂直紫外线发光装置，包括:包括A1的ρ型半导体层；设置在P型半导体层上且包括A1的有源层；设置在有源层上且包括A1的η型半导体层；设置在η型半导体层上且掺杂有η型的金属接触层；以及形成在金属接触层上的衬垫，其中金属接触层具有比η型半导体层的Α1含量低的Α1含量。
[0012]金属接触层的Α1含量可以从η型半导体层向衬垫减少，金属接触层与衬垫接触的部分的Α1含量可以是0 %，并且金属接触层内Α1含量最高的区域可以等于或小于η型半导体层的Α1含量。
[0013]金属接触层的一个表面的表面可以形成有粗糙度，并且衬垫可以在形成有粗糙度的表面上形成。
[0014]金属接触层可以在η型半导体层的上部区域的一部分上形成，并且垂直紫外线发光装置还可以包括:置于金属接触层和η型半导体层之间的反射层。
[0015]反射层可以包括超晶格层，在超晶格层中具有不同折射率的各层交替堆叠，并且反射层可以由单层构成，所述单层的折射率比相邻层的折射率更低。
[0016]根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种用于制造垂直紫外线发光装置的方法，包括:在衬底上形成掺有η型的金属接触层；在金属接触层上形成包括Α1的η型半导体层；在η型半导体层上形成包括Α1的有源层；在有源层上形成包括Α1的ρ型半导体层；将衬底从金属接触层分离；以及在金属接触层的衬底从其上分离的表面上形成衬垫。
[0017]该方法还可以包括:对金属接触层的衬底从其上分离的表面进行湿法蚀刻来形成粗糙度，其中衬垫可以在形成粗糙度的表面上形成。
[0018]该方法还可以包括:对金属接触层的形成衬垫的表面进行湿法蚀刻以形成粗糙度。
[0019]该方法还可以包括:对金属接触层的衬底从其上分离的表面的某个区域进行湿法蚀刻来形成粗糙度，其中衬垫可以在未形成粗糙度的另一区域中形成。
[0020]该方法还可以包括:在金属接触层和η型半导体层之间形成反射层。反射层还可以以分布式布拉格反射器(DBR)结构形成，在分布式布拉格反射器结构中具有不同折射率的各层交替堆叠，或者反射层可以由单层构成，该单层的折射率比相邻层的折射率更低。
【附图说明】
[0021]图1到3是用于描述一种用于制造根据本发明的第一个示例性实施例的紫外线发光装置的方法的截面图。
[0022]图4是示出了根据本发明的第一个示例性实施例的紫外线发光装置的截面图。
[0023]图5是示出了根据本发明的第二个示例性实施例的紫外线发光装置的截面图。
[0024]图6是示出了根据本发明的第三个示例性实施例的紫外线发光装置的截面图。
【具体实施方式】
[0025]下面将具体结合附图更加详细地说明本发明的示例性实施例。
[0026]图1到3是用于描述一种用于制造根据本发明的第一个示例性实施例的紫外线发光装置的方法的截面图，图4是示出了根据本发明的第一个示例性实施例的紫外线发光装置的截面图。如下描述的氮化物半导体层可以通过各种方法形成。例如，氮化物半导体层可以由金属有机化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)等来形成。
[0027]参考图1，可以在衬底110上形成缓冲层120。衬底110用来生长氮化物半导体层，该衬底可以是蓝宝石衬底、碳化硅衬底、尖晶石衬底、GaN衬底或A1N衬底等。在根据本发明的第一个示例性实施例中采用的衬底110可以是蓝宝石衬底和A1N衬底。
[0028]可以将缓冲层120以约500纳米的厚度生长在衬底110上。缓冲层120可以是包括(Al、Ga、In)N的氮化物层。尤其是，A1N具有大的带隙，因此很少吸收激光，使得A1N可以包括用于激光剥离的GaN。其次，缓冲层120可以充当用于在接下来的过程中生长氮化物层的核层，并且还可以用来减少衬底110与生长在缓冲层120上的氮化物层之间的晶格错配。此外，如果必要的话，例如，当衬底110是诸如GaN衬底和A1N衬底的氮化物衬底的时候，可以省去缓冲层120。
[0029]此外，如图2所示，金属接触层130可以在缓冲层120上形成。金属接触层130可以以50纳米至2微米的厚度形成，并可以掺有N型。此外，根据本发明的第一个示例性实施例，金属接触层130可以在其含有A1的状态下制造。这样，A1可以包含在金属接触层130中以减少可能发生在衬底110和包括AlGaN的半导体层之间的缺陷或对紫外线的吸收。
[0030]根据本发明的第一个示例性实施例，当A1包含到金属接触层130中时，A1并不是均匀地包含在全部的金属接触层130中，可以形成金属接触层130使得A1含量朝向图2中的上方部分增加。也就是说，金属接触层130可以由多个层构成，在多个层中A1含量朝向该上方部分增加，还可以形成金属接触层130使得一个层中的A1含量逐渐改变以朝向该上方部分逐渐增加。
[0031]金属接触层130的A1含量是逐渐增加的，因此A1含量为最大的区域可以接触η型半导体层，并且Α1含量为最小的区域可以接触衬垫150。此外，接触衬垫150的区域的Α1含量变成0%，因此金属接触层130可以由GaN或InGaN形成，而且接触η型半导体层141的区域的Α1含量可以小于或等于η型半导体层141的Α1含量。
[0032]参考图3，η型半导体层141可以在金属接触层130上形成。可以采用诸如M0CVD的技术以厚度大约600纳米至3微米来生长η型半导体层141。η型半导体层141可以包括AlGaN并可以包括诸如Si的η型杂质。
[0033]此外，η型半导体层141可以包括具有不同组成比例的中间插入层。通过此配置可以减小势密度，因此改善了晶体结构。
[0034]此外，超晶格层143在η型半导体层141上形成。超晶格层143可以包括多层，其中具有不同Α1浓度的AlGaN的各层交替堆叠，并且超晶格层143还可以包括A1N。此外，超晶格层143还可以以A1N层和AlGaN层重复堆叠的结构形成。
[0035]有源层145和ρ型半导体层147依次在这样形成的超晶格层143上形成以形成外延层140。有源层145通过电子和空穴的复合发出具有预定的能量的光。此外，有源层145可以具有单量子阱结构或多量子阱结构，其中量子皇层和量子阱层交替堆叠。此外，各量子皇层中与η型半导体层临近的量子皇层可能具有比其它量子皇层更高的Α1含