垂直紫外線發(fā)光裝置及其制造方法
【專利說明】垂直紫外線發(fā)光裝置及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年9月4日提交的申請?zhí)枮?2/046，005的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該美國專利申請為了所有目的在此引用作為參考，如同在本文充分地描述。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及垂直紫外線發(fā)光裝置及其制造方法，更具體地，涉及能夠發(fā)出紫外光和改善歐姆接觸電阻特性的垂直紫外線發(fā)光裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]發(fā)光裝置是無機半導(dǎo)體裝置，其通過電子和空穴的復(fù)合來發(fā)射光。最近，發(fā)光裝置已經(jīng)以不同方式用于顯示設(shè)備、車用燈具、通用照明設(shè)備、光纖通信設(shè)備等等。在這其中，發(fā)射紫外線的紫外線發(fā)光裝置可以用于醫(yī)療領(lǐng)域中的紫外線固化、紫外線消毒等等，以及設(shè)備零部件等，也可以作為制造白光源的源。因此，紫外線發(fā)光裝置可以以各種方式使用，其應(yīng)用也已經(jīng)得到擴展。
[0005]如同通用發(fā)光裝置，紫外線發(fā)光裝置具有位于η型半導(dǎo)體層和ρ型半導(dǎo)體層之間的有源層。在這種情況下，紫外線發(fā)光裝置發(fā)出的光具有相對更短的峰值波長(峰值波長通常為400納米或更短)。因為這個原因，在使用氮化物半導(dǎo)體制造紫外線發(fā)光裝置的時候，如果η型和ρ型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能量小于紫外光能量，那么會發(fā)生從有源層發(fā)射的紫外光被吸收進η型和ρ型氮化物半導(dǎo)體層的現(xiàn)象。結(jié)果，紫外線發(fā)光裝置的發(fā)光效率會嚴(yán)重降低。
[0006]如上所述，為了防止紫外線發(fā)光裝置的發(fā)光效率降低，在紫外線發(fā)光裝置的有源層和氮化物半導(dǎo)體層受到紫外光照射的一側(cè)中包含大約20%或更多的Α1。在GaN的情況下，帶隙在大約3.4eV下吸收的波長大約為280納米或者更長，因此GaN基本上包括A1。通常，在使用氮化物半導(dǎo)體制造340納米或更少的紫外線發(fā)光裝置的時候，使用具有20%或更多A1的AlGaN。
[0007]但是，當(dāng)通過增加A1含量增加帶隙以阻止紫外線被吸收進半導(dǎo)體層的時候，價帶的能級降低，因此功函數(shù)增加，這樣會發(fā)生歐姆接觸電阻增加的副作用。
[0008]尤其是，波長越短，A1含量越高。隨著A1含量的增加，歐姆接觸電阻會增加，因此紫外線發(fā)光裝置的光量會減少，裝置的激勵電壓會增加，這會成為降低墻裝插頭效率的一個因素。
[0009]進一步來說，在制造垂直發(fā)光裝置的情況下，當(dāng)移除藍寶石襯底暴露η型半導(dǎo)體，然后接觸η電極時，考慮到半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)特性，η電極不接觸Ga面，但是接觸Ν面。因此，隧道效應(yīng)減輕，歐姆接觸電阻會增加的更多。對于可見光發(fā)光裝置，上述的問題無關(guān)緊要，但是如果A1含量增加，歐姆接觸電阻是極高的，這樣墻裝插頭效率會顯著降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一個目的是提供紫外線發(fā)光裝置及其制造方法，能夠改善減少光量的因素，阻止因在制造紫外線發(fā)光裝置時A1含量增加所引起的來自接觸層的電特性。
[0011]根據(jù)本發(fā)明示例性的實施例，提供了垂直紫外線發(fā)光裝置，包括:包括A1的ρ型半導(dǎo)體層；設(shè)置在P型半導(dǎo)體層上且包括A1的有源層；設(shè)置在有源層上且包括A1的η型半導(dǎo)體層；設(shè)置在η型半導(dǎo)體層上且摻雜有η型的金屬接觸層；以及形成在金屬接觸層上的襯墊，其中金屬接觸層具有比η型半導(dǎo)體層的Α1含量低的Α1含量。
[0012]金屬接觸層的Α1含量可以從η型半導(dǎo)體層向襯墊減少，金屬接觸層與襯墊接觸的部分的Α1含量可以是0 %，并且金屬接觸層內(nèi)Α1含量最高的區(qū)域可以等于或小于η型半導(dǎo)體層的Α1含量。
[0013]金屬接觸層的一個表面的表面可以形成有粗糙度，并且襯墊可以在形成有粗糙度的表面上形成。
[0014]金屬接觸層可以在η型半導(dǎo)體層的上部區(qū)域的一部分上形成，并且垂直紫外線發(fā)光裝置還可以包括:置于金屬接觸層和η型半導(dǎo)體層之間的反射層。
[0015]反射層可以包括超晶格層，在超晶格層中具有不同折射率的各層交替堆疊，并且反射層可以由單層構(gòu)成，所述單層的折射率比相鄰層的折射率更低。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，提供了一種用于制造垂直紫外線發(fā)光裝置的方法，包括:在襯底上形成摻有η型的金屬接觸層；在金屬接觸層上形成包括Α1的η型半導(dǎo)體層；在η型半導(dǎo)體層上形成包括Α1的有源層；在有源層上形成包括Α1的ρ型半導(dǎo)體層；將襯底從金屬接觸層分離；以及在金屬接觸層的襯底從其上分離的表面上形成襯墊。
[0017]該方法還可以包括:對金屬接觸層的襯底從其上分離的表面進行濕法蝕刻來形成粗糙度，其中襯墊可以在形成粗糙度的表面上形成。
[0018]該方法還可以包括:對金屬接觸層的形成襯墊的表面進行濕法蝕刻以形成粗糙度。
[0019]該方法還可以包括:對金屬接觸層的襯底從其上分離的表面的某個區(qū)域進行濕法蝕刻來形成粗糙度，其中襯墊可以在未形成粗糙度的另一區(qū)域中形成。
[0020]該方法還可以包括:在金屬接觸層和η型半導(dǎo)體層之間形成反射層。反射層還可以以分布式布拉格反射器(DBR)結(jié)構(gòu)形成，在分布式布拉格反射器結(jié)構(gòu)中具有不同折射率的各層交替堆疊，或者反射層可以由單層構(gòu)成，該單層的折射率比相鄰層的折射率更低。
【附圖說明】
[0021]圖1到3是用于描述一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一個示例性實施例的紫外線發(fā)光裝置的方法的截面圖。
[0022]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一個示例性實施例的紫外線發(fā)光裝置的截面圖。
[0023]圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二個示例性實施例的紫外線發(fā)光裝置的截面圖。
[0024]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三個示例性實施例的紫外線發(fā)光裝置的截面圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將具體結(jié)合附圖更加詳細地說明本發(fā)明的示例性實施例。
[0026]圖1到3是用于描述一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一個示例性實施例的紫外線發(fā)光裝置的方法的截面圖，圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一個示例性實施例的紫外線發(fā)光裝置的截面圖。如下描述的氮化物半導(dǎo)體層可以通過各種方法形成。例如，氮化物半導(dǎo)體層可以由金屬有機化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)等來形成。
[0027]參考圖1，可以在襯底110上形成緩沖層120。襯底110用來生長氮化物半導(dǎo)體層，該襯底可以是藍寶石襯底、碳化硅襯底、尖晶石襯底、GaN襯底或A1N襯底等。在根據(jù)本發(fā)明的第一個示例性實施例中采用的襯底110可以是藍寶石襯底和A1N襯底。
[0028]可以將緩沖層120以約500納米的厚度生長在襯底110上。緩沖層120可以是包括(Al、Ga、In)N的氮化物層。尤其是，A1N具有大的帶隙，因此很少吸收激光，使得A1N可以包括用于激光剝離的GaN。其次，緩沖層120可以充當(dāng)用于在接下來的過程中生長氮化物層的核層，并且還可以用來減少襯底110與生長在緩沖層120上的氮化物層之間的晶格錯配。此外，如果必要的話，例如，當(dāng)襯底110是諸如GaN襯底和A1N襯底的氮化物襯底的時候，可以省去緩沖層120。
[0029]此外，如圖2所示，金屬接觸層130可以在緩沖層120上形成。金屬接觸層130可以以50納米至2微米的厚度形成，并可以摻有N型。此外，根據(jù)本發(fā)明的第一個示例性實施例，金屬接觸層130可以在其含有A1的狀態(tài)下制造。這樣，A1可以包含在金屬接觸層130中以減少可能發(fā)生在襯底110和包括AlGaN的半導(dǎo)體層之間的缺陷或?qū)ψ贤饩€的吸收。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第一個示例性實施例，當(dāng)A1包含到金屬接觸層130中時，A1并不是均勻地包含在全部的金屬接觸層130中，可以形成金屬接觸層130使得A1含量朝向圖2中的上方部分增加。也就是說，金屬接觸層130可以由多個層構(gòu)成，在多個層中A1含量朝向該上方部分增加，還可以形成金屬接觸層130使得一個層中的A1含量逐漸改變以朝向該上方部分逐漸增加。
[0031]金屬接觸層130的A1含量是逐漸增加的，因此A1含量為最大的區(qū)域可以接觸η型半導(dǎo)體層，并且Α1含量為最小的區(qū)域可以接觸襯墊150。此外，接觸襯墊150的區(qū)域的Α1含量變成0%，因此金屬接觸層130可以由GaN或InGaN形成，而且接觸η型半導(dǎo)體層141的區(qū)域的Α1含量可以小于或等于η型半導(dǎo)體層141的Α1含量。
[0032]參考圖3，η型半導(dǎo)體層141可以在金屬接觸層130上形成?？梢圆捎弥T如M0CVD的技術(shù)以厚度大約600納米至3微米來生長η型半導(dǎo)體層141。η型半導(dǎo)體層141可以包括AlGaN并可以包括諸如Si的η型雜質(zhì)。
[0033]此外，η型半導(dǎo)體層141可以包括具有不同組成比例的中間插入層。通過此配置可以減小勢密度，因此改善了晶體結(jié)構(gòu)。
[0034]此外，超晶格層143在η型半導(dǎo)體層141上形成。超晶格層143可以包括多層，其中具有不同Α1濃度的AlGaN的各層交替堆疊，并且超晶格層143還可以包括A1N。此外，超晶格層143還可以以A1N層和AlGaN層重復(fù)堆疊的結(jié)構(gòu)形成。
[0035]有源層145和ρ型半導(dǎo)體層147依次在這樣形成的超晶格層143上形成以形成外延層140。有源層145通過電子和空穴的復(fù)合發(fā)出具有預(yù)定的能量的光。此外，有源層145可以具有單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)，其中量子皇層和量子阱層交替堆疊。此外，各量子皇層中與η型半導(dǎo)體層臨近的量子皇層可能具有比其它量子皇層更高的Α1含