發(fā)光裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置及其制造方法。該發(fā)光裝置包括基底、半導(dǎo)體主體、過渡層及p接觸層。該半導(dǎo)體主體可用來產(chǎn)生光且包括設(shè)置于所述基底上的n型層、設(shè)置于所述n型層上的p型層及設(shè)置于所述n型層和p型層之間的發(fā)光層。該過渡層設(shè)置于所述基底上且位于所述n型層和所述基底間，該過渡層包括復(fù)數(shù)個子層，所述復(fù)數(shù)個子層中的每層均包含有與其他子層不同的化合物且每一個子層的化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素。該p接觸層設(shè)置于所述半導(dǎo)體主體的p型層上。
【專利說明】發(fā)光裝置及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置(Light Emitting Devices)及制造該發(fā)光裝置的方法，尤其涉及一種發(fā)光二極管(Light Emitting D1des, LED)及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光裝置，比如發(fā)光二極管，其是從電子(Electrons)和空穴(Holes)結(jié)合湮滅而形成質(zhì)子的電激勵過程中產(chǎn)生光的半導(dǎo)體裝置。典型的，III族氮化物(II1-Nitride)發(fā)光二極管，比如氮化鎵(Gallium Nitride, GaN)發(fā)光二極管因其可以產(chǎn)生在紫外線(UI tra-v i ο I e t)、藍(lán)光和綠光波普范圍內(nèi)的波長的光而被廣泛的使用。
[0003]在氮化鎵發(fā)光二極管的制備過程中，氮化鎵通常是通過金屬有機(jī)氣象沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n, MOCVD)法或分子束外延(Molecular-beamEpitaxy, MBE)法直接沉積在基底，比如藍(lán)寶石和硅基底上。然而，沉積在基底上的氮化鎵層可能會在冷卻至室溫的過程中破裂，同時鎵元素也可能由于在硅基底表面上的較差的潤濕性能從而導(dǎo)致不能制備氮化鎵發(fā)光二極管。
[0004]目前，已經(jīng)有一些嘗試來解決氮化鎵沉積中存在的問題。在一個示例中，在氮化鎵沉積到基底前，過渡金屬氮化物(Transit1n Metal Nitride),比如氮化鉿(HafniumNitride, HfN)或氮化錯(Zirconium Nitride, ZrN)被用來先沉積在基底上,從而作為緩沖層來沉積氮化鎵。在另一個示例里，氮化鉿或氮化鋯被設(shè)置于氮化鎵基發(fā)光二極管中作為電流分散層(Current Spreading Layer)和金屬反射器件(Metallic Reflector)來避免氮化鎵沉積過程中存在的問題。
[0005]然而，在氮化鎵發(fā)光二極管制備的過程中，氮化鎵和過渡金屬氮化物間界面可能不容易被控制。此外，在金屬有機(jī)氣象沉積過程中，過渡金屬氮化物可能會與氫氣發(fā)生反應(yīng)。另外，直接在基底上成長過渡金屬氮化物也有不小的挑戰(zhàn)，這都增加了制造發(fā)光二極管的難度，同時也導(dǎo)致成本增加。
[0006]所以，需要提供一種新的發(fā)光裝置及其制造方法，其不僅可以使發(fā)光二極管具有較高的性能而且可減少制造過程中的困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了一種發(fā)光裝置。該發(fā)光裝置包括基底、半導(dǎo)體主體、過渡層及P接觸層。該半導(dǎo)體主體可用來產(chǎn)生光且包括設(shè)置于所述基底上的η型層、設(shè)置于所述η型層上的P型層及設(shè)置于所述η型層和P型層之間的發(fā)光層。該過渡層設(shè)置于所述基底上且位于所述η型層和所述基底間，該過渡層包括復(fù)數(shù)個子層，所述復(fù)數(shù)個子層中的每層均包含有與其他子層不同的化合物且每一個子層的化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素。該P(yáng)接觸層設(shè)置于所述半導(dǎo)體主體的P型層上。
[0008]本發(fā)明另一個實(shí)施例提供了一種基底結(jié)構(gòu)。該基底結(jié)構(gòu)包括基底及過渡層。該過渡層其設(shè)置于所述基底上且其包括復(fù)數(shù)個子層，所述復(fù)數(shù)個子層中的每層均包含有與其他子層不同的化合物且每一個子層的化合物均包括有11IA族金屬、過渡金屬和氮元素。
[0009]本發(fā)明再一個實(shí)施例提供了一種制造發(fā)光裝置的方法。該方法包括設(shè)置基底；在基底上成長過渡層，其中該過渡層包括復(fù)數(shù)個子層，所述復(fù)數(shù)個子層中的每層均包含有與其他子層不同的化合物且每一個子層的化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素；在所述過渡層上成長η型半導(dǎo)體層；在所述η型半導(dǎo)體層上成長發(fā)光層；在所述發(fā)光層上成長P型半導(dǎo)體層，其中所述發(fā)光層設(shè)置于所述η型和P型半導(dǎo)體層之間；及在所述P型半導(dǎo)體層上形成有P接觸層及在所述過渡層或η型半導(dǎo)體層上形成有η型接觸層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0011]圖1為本發(fā)明設(shè)置有過渡層(Transit1n Layer)的發(fā)光裝置的一個實(shí)施例的示意圖；
[0012]圖2到圖3為本發(fā)明圖1中所示的過渡層的兩個實(shí)施例的示意圖；
[0013]圖4為制造本發(fā)明發(fā)光裝置的一個實(shí)施例的流程示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明設(shè)置有過渡層(Transit1n Layer)的發(fā)光裝置的另一個實(shí)施例的示意圖；
[0015]圖6為本發(fā)明的設(shè)置有緩沖層的圖1所示發(fā)光裝置的一個實(shí)施例的示意圖；
[0016]圖7為本發(fā)明的設(shè)置有緩沖層的圖5所示發(fā)光裝置的一個實(shí)施例的示意圖；
[0017]圖8為本發(fā)明緩沖層的一個實(shí)施例的示意圖；及
[0018]圖9到圖10為本發(fā)明的發(fā)光裝置的其他實(shí)施例的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下將描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，需要指出的是，在這些實(shí)施方式的具體描述過程中，為了進(jìn)行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實(shí)際的實(shí)施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實(shí)施方式的實(shí)際實(shí)施過程中，正如在任意一個工程項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過程中，為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實(shí)施方式到另一種實(shí)施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本公開的內(nèi)容不充分。
[0020]除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分。“一個”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，也不限于是直接的還是間接的連接。
[0021]圖1所示為本發(fā)明設(shè)置有過渡層11的發(fā)光裝置10的一個實(shí)施例的示意圖。如圖1所示，發(fā)光裝置10包括基底結(jié)構(gòu)12及設(shè)置在基底結(jié)構(gòu)12上的半導(dǎo)體主體13。在非限定示例中，發(fā)光裝置10包括發(fā)光二極管。在本示例中，基底結(jié)構(gòu)12包括基底14和過渡層11。半導(dǎo)體主體13設(shè)置在過渡層11上，其包括第一層15、第二層16及設(shè)置在第一層15和第二層16間的發(fā)光層(Active Layer) 17。第一層15設(shè)置在過渡層11上,從而位于發(fā)光層17和過渡層11間。過渡層11設(shè)置于第一層15和基底14間。在本發(fā)明實(shí)施例中，“層”并不表示材料或成分的特定厚度。
[0022]在一些示例中，發(fā)光二極管的半導(dǎo)體主體13包括有半導(dǎo)體材料，其可在發(fā)光裝置10運(yùn)行中產(chǎn)生光。在非限定示例中，第一層15可為η型層(或稱為η型半導(dǎo)體層)，第二層16可為P型層(或稱為P型半導(dǎo)體層)。對于業(yè)界技術(shù)人員而言，η型層和P型層指的是在相應(yīng)的層中占多數(shù)的載流子(Charge Carriers)。比如,在η型層中，占多數(shù)的載流子是電子；在P型層中，占多數(shù)的載流子為空穴(沒有電子)。
[0023]在一個非限定示例中，第一層15為η型氮化鎵(n_GaN)層；第二層16為p型氮化鎵(p-GaN)層。發(fā)光層17包括有半導(dǎo)體材料,從而在該發(fā)光層17中，來自第一層15的電激勵電子與來自第二層16的空穴結(jié)合產(chǎn)生具有特定波長的光子而產(chǎn)生光。在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置10的發(fā)光層17可能包括一個雙異質(zhì)結(jié)(Double Heterojunct1n)或一個量子講(Quantum-Well, QW)結(jié)構(gòu)或一個多量子講(Multiple-Quantum-Well, MQW)結(jié)構(gòu)。
[0024]在一定的應(yīng)用中，發(fā)光層17也可不設(shè)置,這樣，第一層15直接與第二層16相連。在本發(fā)明實(shí)施例中，半導(dǎo)體主體13的結(jié)構(gòu)僅是示意性的，在其他應(yīng)用中，除過第一層15、第二層16和發(fā)光層17外，半導(dǎo)體主體13還可包括有其他合適的層。
[0025]基底14可用來支撐過渡層11和半導(dǎo)體主體13在其上形成。在一些應(yīng)用中，基底14可包括，但不限于藍(lán)寶石(Sapphire)、娃(Silicon)、碳化娃(Silicon Carbide,SiC)、氧化鋅(Zinc Oxide, ZnO)、尖晶石(MgAl2O4)、氮化鎵,氮化招(Aluminum Nitride,AIN)、憐化嫁(Gallium Phosphide, GaP)、氧化鎂(Magnesium Oxide, MgO)、偏招酸鋰(Lithium Aluminate,LiAlO2)、欽嫁氧化物(Neodymium Gallium Oxide,NdGaO3)、招續(xù)酸坑(ScAlMgO4) Xa8La2 (PO4)6O2或其組合。在一定的應(yīng)用中，基底14可能包括藍(lán)寶石、硅或碳化娃。在一個不例中，基底14包括娃。
[0026]如前所述，在傳統(tǒng)的方法中，直接在基底14成長第一層15，比如η型氮化鎵層時可會產(chǎn)生瑕疵。這對于發(fā)光裝置的性能是不利的。如圖1所示，過渡層11設(shè)置于基底14和第一層15間來促使第一層15在基底14上的成長。
[0027]在一些示例中，過渡層11可包括復(fù)數(shù)個子層(Sub-layers)。圖2到圖3所示為本發(fā)明發(fā)光裝置10的過渡層11的兩個實(shí)施例的示意圖。如圖2所示，過渡層11包括有第一和第二子層18、19。在本示例中，第一子層18直接設(shè)置在(或成長于)基底14上。第二子層19直接設(shè)置在第一子層18上，從而位于第一子層18和η型層15間。
[0028]在圖3所示的實(shí)施例中，過渡層11包括第一、第二和第三子層18、19、20。相似的，第一子層18可直接設(shè)置在基底14上；第二子層19可直接設(shè)置(或成長)于第一子層18上；第三子層20可直接設(shè)置于第二子層19上。N型層15設(shè)置在第三子層20上，這樣第三子層20就設(shè)置在η型層15和第二子層19之間。圖2到圖3所示的示例僅是示意性的，在一定的應(yīng)用中，過渡層11可包括多個子層，比如三層或三層以上的子層。每一個子層也可進(jìn)一步包括有一層或多層材料或成分。在圖1到圖10所示的示例中,相同的標(biāo)號可表示相同或相似的元件或組分。
[0029]在一些實(shí)施例中，過渡層11可包括IIIA族-過渡金屬氮化物(IIIA-Transit1nMetal Nitride),從而過渡層11也可稱為IIIA族-過渡金屬氮化物層。在本發(fā)明實(shí)施例中，此處使用的“IIIA族-過渡金屬氮化物”可指包含有IIIA族金屬、過渡金屬和氮(Nitrogen, N)元素的化合物。在非限定示例中，IIIA族-過渡金屬氮化物可通過把IIIA族金屬形成于過渡金屬氮化物中，或者把過渡金屬形成于IIIA族金屬氮化物中來形成期望的IIIA族-過渡金屬氮化物。
[0030]在本發(fā)明示例中，IIIA族金屬可包括但不限于招(Aluminum, Al)、鎵(Gallium,Ga)、銦(Indium，In)、鉈(Thallium，Tl)或其組合。過渡金屬包括IIIB族到VB族金屬，其包括但不限于欽(Titanium, Ti)、錯(Zirconium, Zr)、給(Hafnium, Hf)、爐(Rutherfordium,Rf)或其組合?；诓煌膽?yīng)用，IIIA族金屬和過渡金屬可包括有任何合適的金屬材料。在一個非限定示例中，IIIA族金屬包括鎵及/或招,過渡金屬包括鉿及/或錯。
[0031]在本發(fā)明示例中，第一子層18可包括有HfxAa1YN,其中x”值可處于從O到0.5的范圍內(nèi)(包括 O 和 0.5)。第二子層 19 可包括有(HfxZryAlzGamNZHfx,Zry,Alz,Ga1-X,_y,_z,N}n,其中x、x’、y、y’、z和z’中每一個的值均可處于從O到I的范圍內(nèi)(包括O和I) ；x+y+z=I ;x’+y’+z’ = 1，且η為整數(shù)，其數(shù)值可處于從O到60的范圍內(nèi)(包括O和60)。在一些應(yīng)用中，第二子層19可進(jìn)一步包括有η個子層?；诓煌膽?yīng)用，第二子層19的η個子層中的每一層均可包括一層或多層由HfxZryAlzGa1IizN及Hfx，Zry> Alz，Ga^x- _y，_z，N結(jié)合形成的結(jié)構(gòu)。在其他示例中，第一子層18可包括化合物Η?.χ，，Ζιν，Α1ζ，，6&1_χ，，ν，_ζ，，Ν，其中x”、y”和z”值均處于從O至IJ I的范圍內(nèi)，且x”+y”+z”= I。
[0032]在一些示例中，過渡層11可進(jìn)一步包括第三子層20，其可包括有化合物Hfx,,,Zry,,,Alz,,,Ga1YffN,其中 x”’、y”’和 z”’值均處于從 O 到 I 的范圍內(nèi)，且 x”’+y”’+z”’=I。這樣，在非限定示例中，根據(jù)不同的應(yīng)用，過渡層11的結(jié)構(gòu)就為:
[0033]Hfx”’Zry’’’Alz’’’Gah”’_y”’_z”’N/ {H^ZryAl^a^^^N/Hf^Zry.Al^Ga^^^.^.NiyHf^.Ga^^.N的結(jié)構(gòu)，其中X”值均處于從O到0.5的范圍內(nèi)，η值可處于從O到60的范圍內(nèi)。
[0034]在一些應(yīng)用中，第一子層18、第二子層19及/或第三子層20的成分或組成物是彼此不相同的。在一定的應(yīng)用中，第一子層18、第二子層19及/或第三子層20的材料或組分可相互交換。如，第一子層 18 可包括(HfxZryAlzGa1HzNAlfx, ZiyAlvGa1WvNin ;第二子層19可包括Hfx,,Ga^,,N。第三子層20可設(shè)置或不設(shè)置。
[0035]在本發(fā)明實(shí)施例中，字母^?^”、1”’、7、7’、7”、7”’、2、2’、2”及2”’僅是用來表示相應(yīng)的化合物中鉿、鎵、氮、招及錯元素的含量，其字母本身并不對本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)成任何限制，且可被其他任何合適的符號代替或彼此相互替換來表示所對應(yīng)的元素的含量。比如，盡管如上所述，第一子層18可包括化合物Hfx,,Zry,,Alz,,Ga1^fz,,N，其中x”、y”和z”值均處于從O到I的范圍內(nèi)，且x”+y”+z”= I ;然而，第一子層18也可被定義為包含化合物Hfx, Zry, Alz, Ga1^w N,其中x’、y’和z’值均處于從O到I的范圍內(nèi)，且x’ +y’ +z’ =
I，這種符號本身的變化不會對第一子層18的成分和含量構(gòu)成任何限制或改變。
[0036]在一個非限定示例中，過渡層11包括化合物Hf1JaxN，其中x值大于0.97、0.9或等于0.995。在其他示例中，過渡層11可包括HfhAlxN，其中X值小于0.01、0.17或等于0.005。在一定的應(yīng)用中，每一個過渡層11的子層可包括有漸變成分(GradingComposit1ns)，其表示每一個子層中的一個或多個元素的含量在該層中可以是逐漸變化的。比如，當(dāng)過渡層11包括有化合物HfVxGaxN層時，其中的X值可從O向0.03變化，或者從0.03向O變化。當(dāng)過渡層11包括有化合物HfVxAlxN層時，x值可從O向0.17變化，或者從0.17向O變化。
[0037]這樣，由于在基底14上形成有過渡層11，基底結(jié)構(gòu)12就形成有具有較高質(zhì)量的單晶體結(jié)構(gòu)(Single-Crystal Substrate),從而半導(dǎo)體主體13成長于基底結(jié)構(gòu)12上來形成薄膜微腔發(fā)光裝置(Thin-film Micro-cavity Light Emitting Device) 10。
[0038]與傳統(tǒng)的過渡金屬氮化物和IIIA族金屬氮化物相比較，本發(fā)明實(shí)施例中的IIIA族-過渡金屬氮化物具有更好的性能。比如，相較于氮化鉻(HfN)、氮化鋁(AlN)和氮化鎵(GaN)而言，HffAl1YN或者Hfx，，Gai_x，，N具有更好的結(jié)晶性能(Crystallinity)和導(dǎo)電性能。在一個示例中，由于包含有IIIA族-過渡金屬氮化物，HfN和GaHfN形成的HfN/GaHfN結(jié)構(gòu)就比HfN和GaN形成的HfN/GaN具有更好的導(dǎo)電性能。IIIA族-過渡金屬氮化物可更好的提升發(fā)光裝置10的性能。
[0039]在本發(fā)明實(shí)施例中，HfN/GaHfN結(jié)構(gòu)表示該結(jié)構(gòu)可包括兩層結(jié)構(gòu)，一層為HfN層，另一層為 HfGaN 層。相似的，(HfxZryAlzGamNAlfVZry,Alz,Gay _y,_z,N}n 結(jié)構(gòu)可表示該結(jié)構(gòu)包括 η 層 HfxZryAlzGahTzNZHfVZiyAlvGalYwN 結(jié)構(gòu)，其中，由于 x、x’、y、y’、z 和 z’的取值不同，基于不同的應(yīng)用，每一個HfxZryAlzGai_x_y_zN/Hfx，Zry, Alz, Ga1Y _y，_z，N結(jié)構(gòu)可包括HfxZryAlzGa1H2N層和Hfx, Zry, Alz, Ga1^w N層中的一個或兩個。比如當(dāng)η等于I時，(HfxZryAlzGamNZHfx,Zry,Alz,Gai_x,_y,_z,N} n 結(jié)構(gòu)表示該結(jié)構(gòu)包括有一層 HfxZryAlzGa1^zN/Hfx, Zry, Alz, Ga1Y _y’ _z’ N 結(jié)構(gòu)。當(dāng) η 等于 2 時，{HfxZryAlzGai_x_y_zN/Hfx, Zry, Alz, Ga1^ _y’ _z’ N}n結(jié)構(gòu)表示該結(jié)構(gòu)包括有兩層HfxZryAlzGai_x_y_zN/Hfx，Zry, Alz, Ga1^, _y，_z，N結(jié)構(gòu)，其中，每一層 HfxZryAlzGai_x_y_zN/Hfx, Zry, Alz, Ga1^x, _y’ _z’ N 結(jié)構(gòu)均包括一個 HfxZryAlzGai_x_y_zN/Hfx, Zrr Alz, Ga1Y _y, _z, N 結(jié)構(gòu)。
[0040]在圖1所示的示例中，發(fā)光裝置10可進(jìn)一步包括有設(shè)置于第二層16上的P接觸層21,其可與第二層16間形成歐姆接觸(Ohmic Contact)。在一個非限定示例中，P接觸層21包括有銦錫氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)。在一定的應(yīng)用中，與過渡層11相似，P接觸層21也可包括IIIA族-過渡金屬氮化物。
[0041]此外，發(fā)光裝置10還包括有第一和第二導(dǎo)電兀件22、23。第一導(dǎo)電兀件22可與21導(dǎo)電性相連，第二導(dǎo)電元件23可與過渡層11導(dǎo)電性相連，其也可分被被定義為P元件和η兀件。在一些不例中，第一和第二導(dǎo)電兀件22、23可用來作為電極端子來和電源(未圖示)相連。
[0042]在發(fā)光裝置10的運(yùn)行過程中，第一層15和第二層16受到電激勵從而分別產(chǎn)生電子和空穴來進(jìn)一步產(chǎn)生光。在一些應(yīng)用中，第一導(dǎo)電元件22可包括金屬，該金屬包括但不限于鎳(Nickel，Ni)、金(Gold，Au)、銦錫氧化物或其組合。第二導(dǎo)電元件23包括有金屬，其包括但不限于鈦(Titanium, Ti)、招、鎳、金或其組合。在本示例中,第一導(dǎo)電元件22的架構(gòu)是示意性的。在其他示例中，比如當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電元件22包括ITO時，第一導(dǎo)電元件22也可選擇性的設(shè)置在P接觸層21整個上表面(未標(biāo)注)。
[0043]這樣，在形成發(fā)光裝置10的過程中，如圖4所示，在步驟24中，先設(shè)置有基底14。在步驟25中，過渡層11形成于基底14上，從而在基底14上形成有IIIA族-過渡金屬氮化物層。不同的技術(shù)或工藝方法可用來在基底14上成長過渡層11，其包括但不限于分子束外延(Molecular-beam Epitaxy,MBE)法、金屬有機(jī)氣象沉積(Metal Organic ChemicalVapor Deposit1n,MOCVD)法、化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposit1n,CVD)法、物理氣相沉積(Physical Vapor Deposit1n, PVD)法和反應(yīng)灘射(Reactive Sputtering)法。
[0044]在步驟26中，半導(dǎo)體主體13形成于過渡層11上。在形成半導(dǎo)體主體13的過程中，第一層15、發(fā)光層17及/或第二層16依次成長于過渡層11上。與過渡層11形成于基底14上相似，可采用不同的技術(shù)或工藝方法來成長半導(dǎo)體主體13于過渡層11上。
[0045]在步驟27中，P接觸層21可與第二層16電性連接。在步驟28中，第一和第二導(dǎo)電元件22、23分別與P接觸層21和過渡層電性連接。在本示例中，第二導(dǎo)電元件23與過渡層11的上表面(未標(biāo)注)電性連接，該上表面靠近半導(dǎo)體主體13。在其他示例中，如圖5所示，第二導(dǎo)電元件(或η元件)23與第一層(或η型層)15電性連接，從而與第一導(dǎo)電元件22相配合來激勵發(fā)光層17來產(chǎn)生期望的光。
[0046]在一些實(shí)施例中，由于II1-V族金屬氮化物和過渡層(或稱為IIIA族-過渡金屬氮化物層)11的過渡金屬氮化物具有相似的性能，比如晶格常數(shù)(Lattice Constant)和晶體結(jié)構(gòu)(Crystalline Structure),過渡層11可較容易的與II1-V族金屬氮化物和過渡金屬氮化物結(jié)合。在非限定示例中，II1-V族金屬包括招(Aluminum, Al)、鎵(Gallium, Ga)、銦(Indium, In)、.它(Thallium, Tl)或其組合。過渡金屬包括但不限于鈦(Titanium, Ti)、錯(Zirconium, Zr)、給(Hafnium, Hf)、爐(Rutherfordium, Rf)或其組合。
[0047]圖6所示為圖1中所示的發(fā)光裝置10的一個實(shí)施例的示意圖。如圖6所示，該發(fā)光裝置10設(shè)置有緩沖層29。設(shè)置于基底結(jié)構(gòu)12上的緩沖層29包括II1-V族氮化物，這樣過渡層11可設(shè)置于緩沖層29和η型層15之間。在本實(shí)施例中，η型層15為n_GaN層。這樣，由于過渡層(或稱為IIIA族-過渡金屬氮化物層)11的存在，緩沖層(或稱為II1-V族氮化物層)29就可較容易的設(shè)置于過渡層11上，從而與基底14相接。圖6與圖1所示的實(shí)施例相似，二者的不同在于在圖6中，緩沖層29設(shè)置于過渡層11和基底14間。在其他示例中，與圖6中所示的緩沖層29相似,也可在圖5所示的示例中設(shè)置有緩沖層30,就如圖7所示。
[0048]在本實(shí)施例中，如圖8所示，緩沖層29包括有一個或多個緩沖子層，比如第一和第二緩沖子層31、32。在圖8所示的示例中，第一緩沖子層31可與基底14相連，其可包括(AlxGayIn1IyNAlvGay.1rvx._y，N} η物質(zhì),其中x、x’、y和I，值均處于從O到I的范圍內(nèi)(包括O和I) ；x+y = I ;x’+y’ = I ;且η值可處于從O到60的范圍內(nèi)(包括O和60)。(AlxGayIn1^yNAlx, Gay, In1^x, Njn 結(jié)構(gòu)表示第一緩沖子層 31 可包括化合物 AlxGayIni_x_yN層和Alx，Gay，In1^x.N層中的一個或兩個。第二緩沖子層32可與第一緩沖子層31相連，且其可包括化合物Alx，,Gay，,Ini_x，,_y，,N，其中X”和y”值均處于從O到I的范圍內(nèi)(包括O和I)且 x，，+y，，= I。
[0049]這樣，緩沖層29可具有:
[0050]AlxAvInlWWAlxGayIrwyNAlx, Gay, In1Y _y，N}n 結(jié)構(gòu)。在一些示例中，第一和第二緩沖子層31、32的成分可不相同。在一定的應(yīng)用中，其組成物質(zhì)可變換。比如，第一緩沖子層31包括化合物Alx，，Gay，，Ini_x，，_y，，N，而第二緩沖子層32可包括{AIxGayIn1^N/Alx, Gay, Irvx, _y, N}^物質(zhì)。在非限定示例中，緩沖層29可包括氮化招(Aluminum Nitride,A1N)、氮化鎵(Gallium Nitride, GaN)或AlxGa1J^,其中x值處于從O到I的范圍內(nèi)。
[0051]圖9到圖10所示為本發(fā)明發(fā)光裝置10的其他實(shí)施例的示意圖。圖9所示的示例與圖1中相似，二者的不同之處在于在圖9中，第二導(dǎo)電元件23與基底14的底面(未標(biāo)注)接觸。圖10所示的示例與圖9中的示例相似,二者不同之處在于在圖10中，緩沖層33設(shè)置在過渡層11和基底14之間。緩沖層33可具有和圖6中所示的緩沖層29相似的結(jié)構(gòu)和材料組成。在一個非限定示例中，在圖9到圖10的示例中，基底14為硅基底。
[0052]在本發(fā)明的實(shí)施例中，發(fā)光裝置10設(shè)置有位于半導(dǎo)體主體13和基底14之間的過渡層11來提升發(fā)光裝置10的性能。在一定的應(yīng)用中，過渡層11也可被作為緩沖層。由于在基底14上成長有過渡層11，基底結(jié)構(gòu)12就形成有具有較高質(zhì)量的單晶體結(jié)構(gòu)(Single-Crtstal Substrate),半導(dǎo)體主體13成長于基底結(jié)構(gòu)12上來形成薄膜微腔發(fā)光裝置(Thin-film Micro-cavity Light Emitting Device) 10。
[0053]此外，過渡層(或稱為IIIA族-過渡金屬氮化物層)11具有與II1-V族金屬氮化物和該過渡層11中的過渡金屬氮化物相似的性能，比如晶格常數(shù)(Lattice Constant)和晶體結(jié)構(gòu)(Crystalline Structure),過渡層11可較容易的與II1-V族金屬氮化物和過渡金屬氮化物結(jié)合。比如基于其中IIIA族金屬含量的不同，IIIA族-過渡金屬氮化物，比如Hf (Zr)xGa(Al)HN可在x小于0.5和x大于0.5的情況下分別與II1-V族金屬氮化物和過渡金屬氮化物容易結(jié)合。與傳統(tǒng)的直接在基底14上成長半導(dǎo)體主體13的n-GaN層15比較，本發(fā)明實(shí)施例可避免或減輕n-GaN層破裂的問題，從而提高發(fā)光裝置10的質(zhì)量和性能。
[0054]雖然結(jié)合特定的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識到權(quán)利要求書的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光裝置，包括: 基底； 半導(dǎo)體主體，其可用來產(chǎn)生光且包括設(shè)置于所述基底上的η型層、設(shè)置于所述η型層上的P型層及設(shè)置于所述η型層和P型層之間的發(fā)光層； 過渡層，其設(shè)置于所述基底上且位于所述η型層和所述基底間，該過渡層包括復(fù)數(shù)個子層，所述復(fù)數(shù)個子層中的每層均包含有與其他子層不同的化合物且每一個子層的化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素；及 P接觸層，其設(shè)置于所述半導(dǎo)體主體的P型層上。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述IIIA族金屬包括鋁(Aluminum)、鎵(Gallium)、銦(Indium)、銘(Thallium)或其組合，所述過渡金屬包括鈦(Titanium)、錯(Zirconium)、給(Hafnium)、爐(Rutherfordium)或其組合。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其中所述IIIA金屬包括鋁和鎵中的一個或兩個，所述過渡金屬包括鉿和鋯中的一個或兩個。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述過渡層包括有第一子層和第二子層，該第一子層包括化合物Hfx該第二子層包括{HfxZryAlzGai_x_y_zN/Hfx.Zry.Alz.Ga1^x.N}n 的化合物結(jié)構(gòu)，x、x’、x”、y> y’、y”、z、z’ 和 z” 中每一個的值均處于從O到I的范圍內(nèi)，x+y+z = l,x’ +y’ +z’ = l,x”+y”+z” = I,n為整數(shù),其數(shù)值處于從O到60的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其中所述過渡層包括化合物HfVxGaxN或Hf^xAlxN,當(dāng)過渡層包括Hf^xGaxN時，X值大于0.97,0.9或等于0.995，當(dāng)過渡層包括Hf^xAlxN時，χ值小于0.01,0.17或等于0.005。
6.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其中所述過渡層進(jìn)一步包括第三子層，該第三子層包括化合物把!￡，，，21>412，，，6&1_!￡，，，1，，，_2，，，化1”’、7”’、和2”’中每一個的值均處于從O到I的范圍內(nèi)，X”，+y’” +Z”’ = I。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其進(jìn)一步包括設(shè)置于所述過渡層和基底間的緩沖層，該緩沖層包括有復(fù)數(shù)個緩沖子層，弟一緩沖子層包括(AlxGayIn1IyN/Alx，Gay，In1^- _y，N} n化合物結(jié)構(gòu)，第二緩沖子層包括化合物AlyGayIn1WN, x、x’、x”、y、y’和y”中每一個的值均處于從O到I的范圍內(nèi)，x+y = I, χ’ +y’ = I, x”+y” = I, η為整數(shù),其數(shù)值處于從O到60的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其中所述緩沖層包括氮化鋁、氮化鎵或AlxGai_xN，χ值處于從O到I的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述過渡層的每一個子層均包含有漸變成分，即過渡層中的每一個子層中的一個或多個元素的含量在該層中是可逐漸變化的。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其進(jìn)一步包括與所述接觸層電性相連的第一導(dǎo)電元件和與所述過渡層或η型層電性相連的第二導(dǎo)電元件，所述發(fā)光裝置包括利用電子和空穴結(jié)合湮滅而形成質(zhì)子的電激勵過程中產(chǎn)生光的半導(dǎo)體光發(fā)射裝置。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述η型層包括η型氮化鎵層，所述P型層包括P型氮化鎵層，所述基底包括藍(lán)寶石、硅或碳化硅。
12.—種基底結(jié)構(gòu)，包括 基底；及 過渡層，其設(shè)置于所述基底上，該過渡層包括復(fù)數(shù)個子層，所述復(fù)數(shù)個子層中的每層均包含有與其他子層不同的化合物，且每一個子層的化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素。
13.如權(quán)利要求12所述的基底結(jié)構(gòu)，其中所述IIIA金屬包括鋁和鎵中的一個或兩個，所述過渡金屬包括鉿。
14.如權(quán)利要求13所述的基底結(jié)構(gòu)，其中所述過渡層包括有第一子層和第二子層，該第一子層包括化合物Hfx該第二子層包括{HfxZryAlzGai_x_y_zN/Hfx.Zry.Alz.Ga1^x.N} n 的化合物結(jié)構(gòu)，χ、χ’、χ”、y> y’、y”、ζ、ζ’ 和 ζ” 中每一個的值均處于從O到I的范圍內(nèi)，x+y+z = l,x’ +y’ +z’ = l,x”+y”+z” = I,n為整數(shù),其數(shù)值處于從O到60的范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的基底結(jié)構(gòu)，其中所述過渡層包括化合物當(dāng)過渡層包括Hf^xGaxN時，χ值大于0.97,0.9或等于0.995，當(dāng)過渡層包括Hf^xAlxN時，χ值小于0.01,0.17或等于0.005。
16.如權(quán)利要求14所述的基底結(jié)構(gòu)，其中所述過渡層進(jìn)一步包括第三子層，該第三子層包括化合物叫，,，21>41^6&1_!￡，,，1，,，1，,，1 χ”’、y”’、和ζ”’中每一個的值均處于從O到I的范圍內(nèi)，χ’” +y’” +ζ’” = I。
17.如權(quán)利要求12所述的基底結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括設(shè)置于所述過渡層和基底間的緩沖層，該緩沖層包括有復(fù)數(shù)個緩沖子層，弟一緩沖子層包括(AlxGayIn1IyN/Alx，Gay，In1^- _y，N} n化合物結(jié)構(gòu)，第二緩沖子層包括化合物AlyGayIn1WN, x、x’、x”、y、y’和y”中每一個的值均處于從O到I的范圍內(nèi)，x+y = I, χ’ +y’ = I, x”+y” = I, η為整數(shù),其數(shù)值處于從O到60的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的基底結(jié)構(gòu)，其中所述緩沖層包括氮化鋁、氮化鎵或AlxGai_xN，χ值均處于從O到I的范圍內(nèi)。
19.如權(quán)利要求12所述的基底結(jié)構(gòu)，其中所述過渡層的每一個子層均包含有漸變成分，即過渡層中的每一個子層中的一個或多個元素的含量在該層中是可逐漸變化的。
20.如權(quán)利要求12所述的基底結(jié)構(gòu)，其中所述過渡層設(shè)置于所述基底上且可在其上成長η型半導(dǎo)體層。
21.一種制造發(fā)光裝置的方法，包括: 設(shè)置基底； 在基底上成長過渡層，其中該過渡層包括復(fù)數(shù)個子層，所述復(fù)數(shù)個子層中的每層均包含有與其他子層不同的化合物，且每一個子層的化合物均包括有11IA族金屬、過渡金屬和氮元素； 在所述過渡層上成長η型半導(dǎo)體層； 在所述η型半導(dǎo)體層上成長發(fā)光層； 在所述發(fā)光層上成長P型半導(dǎo)體層，其中所述發(fā)光層設(shè)置于所述η型和P型半導(dǎo)體層之間；及 在所述P型半導(dǎo)體層上形成有P接觸層及在所述過渡層或η型半導(dǎo)體層上形成有η型接觸層。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述P接觸層上設(shè)置第一導(dǎo)電元件及在所述過渡層或η型半導(dǎo)體層上設(shè)置第二導(dǎo)電元件。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述IIIA金屬包括鋁和鎵中的一個或兩個，所述過渡金屬包括鉿和鋯中的一個或兩個。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述過渡層包括有第一子層和第二子層，該第一子層包括化合物Hfx該第二子層包括{HfxZryAlzGai_x_y_zN/Hfx.Zry.Alz.Ga1^x.N} n 的化合物結(jié)構(gòu)，χ、χ’、χ”、y> y’、y”、ζ、ζ’ 和 ζ” 中每一個的值均處于從O到I的范圍內(nèi)，x+y+z = l,x’ +y’ +z’ = l,x”+y”+z” = I,n為整數(shù),其數(shù)值處于從O到60的范圍內(nèi)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述過渡層進(jìn)一步包括第三子層，該第三子層包括化合物 Hfx，，，Zrt，，，Alz，，，Gai_x，，，_y，，，_z，，，N, x”’、y”’、和 z”’ 中每一個的值均處于從 O 到 I 的范圍內(nèi)，χ’” +y’” +ζ’” = I。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其進(jìn)一步包括設(shè)置于所述過渡層和基底間的緩沖層，該緩沖層包括有復(fù)數(shù)個緩沖子層，第一緩沖子層包括{AlxGayIni_x_yN/Alx，Gay, In1^x, _y，N}n化合物結(jié)構(gòu)，第二緩沖子層包括化合物Alx，，Gaylrv^N, x、x’、x”、y、y’和y”中每一個的值均處于從O到I的范圍內(nèi)，x+y = I, χ’ +y’ = I, x”+y” = I, η為整數(shù),其數(shù)值處于從O到60的范圍內(nèi)。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述緩沖層包括氮化鋁、氮化鎵或AlxGai_xN，χ值均處于從O到I的范圍內(nèi)。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述過渡層的每一個子層均包含有漸變成分，即過渡層中的每一個子層中的一個或多個元素的含量在該層中是可逐漸變化的。
【文檔編號】H01L33/00GK104282811SQ201410318584
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月10日
【發(fā)明者】奚衍罡 申請人:奚衍罡