近紫外光發(fā)射裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無機(jī)半導(dǎo)體光發(fā)射裝置，且更具體地為，一種近紫外光發(fā)射裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常地，基于氮化鎵（GaN)的半導(dǎo)體已經(jīng)被廣泛地用于UV、藍(lán)/綠光發(fā)射二極管或 作為光源的激光二極管的大量技術(shù)中，包括全彩色顯示器、交通標(biāo)志板、一般照明、和光通 信裝置。特別地，氮化銦鎵（InGaN)復(fù)合半導(dǎo)體由于其窄的帶隙引起了廣泛注意。
[0003] 使用這樣的基于氮化鎵的復(fù)合半導(dǎo)體的光發(fā)射裝置已經(jīng)被廣泛用于大量技術(shù)中， 包括大的真彩平板顯示器、背光單元的光源、交通標(biāo)志板、高分辨率輸出系統(tǒng)、光通信等。特 別地，發(fā)射近紫外光（UV)的光發(fā)射裝置被用于防偽、樹脂固化、UV醫(yī)療等，并且其聯(lián)合熒光 體可以實(shí)現(xiàn)不同顏色的可見光。
[0004]近紫外光指的是波長(zhǎng)范圍從大約320nm到大約390nm的紫外光。光發(fā)射裝置包括InGaN阱層，發(fā)射具有大約360nm或更高的波長(zhǎng)的光，即是，波長(zhǎng)范圍為360nm到390nm的紫 外光，根據(jù)阱層內(nèi)In的含量。
[0005] 另一方面，因?yàn)樵谮鍖觾?nèi)產(chǎn)生的光通過勢(shì)壘層和接觸層發(fā)射到外邊，多個(gè)半導(dǎo)體 層排列在光路上，并吸收光。特別地，當(dāng)半導(dǎo)體層具有比阱層窄的帶隙或相近的帶隙時(shí)，由 于該半導(dǎo)體層，將發(fā)生大量光損失。特別地，需要控制n型接觸層和p型接觸層對(duì)光的吸收， 它們占了光發(fā)射裝置的大多數(shù)厚度。
[0006] 由于這個(gè)原因，在傳統(tǒng)的近紫外光發(fā)射裝置中，不僅電子阻擋層，而且勢(shì)壘層、n型 接觸層和P型接觸層均由AlGaN形成，其相比InGaN具有較高的帶隙。然而，因?yàn)閚型接觸 層由AlGaN形成，難于形成具有良好結(jié)晶度的活性層，因此近紫外光發(fā)射裝置表現(xiàn)出比藍(lán) 光發(fā)射裝置更低的電/光特性。
[0007] 另外，在基于氮化鎵的半導(dǎo)體中，空穴遷移率遠(yuǎn)小于電子遷移率。特別地，基于含 A1的氮化鎵半導(dǎo)體層與基于不含A1的氮化鎵半導(dǎo)體層相比具有顯著低的空穴遷移率。因 此，在近紫外光發(fā)射裝置中，在P型接觸層中包含AlGaN，空穴遷移率遠(yuǎn)小于電子遷移率。結(jié) 果，在阱層電子和空穴復(fù)合率被降低，由此引起光輸出的減少。特別地，電子和空穴的復(fù)合 率會(huì)進(jìn)一步降低光發(fā)射裝置的高電流密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提高基于氮化鎵的近紫外光發(fā)射裝置的光輸出。
[0009]本發(fā)明的目的還在于提供能夠提高活性層的結(jié)晶度的近紫外光發(fā)射裝置。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種光發(fā)射裝置包括：n型接觸層，包括AlGaN層或AlInGaN層；p型接觸層，包括AlGaN層或AlInGaN層；位于n型接觸層和p型接觸層之間 的多重量子阱結(jié)構(gòu)的活性區(qū)域；和至少一個(gè)設(shè)置于n型接觸層和活性區(qū)域之間的電子阻擋 層。另外，多重量子阱結(jié)構(gòu)的活性區(qū)域包括勢(shì)壘層和阱層，其中勢(shì)壘層有AlInGaN或AlGaN 形成，且第一勢(shì)壘層設(shè)置于最接近N型接觸層處，其相比其他勢(shì)壘層可以包括更多的A1。電 子阻擋層可以由A1InGaN或AlGaN形成，并且其相比鄰近的層包括更多的A1以阻擋電子流 入活性區(qū)域。從而，電子遷移率下降，由此提高了活性區(qū)域中電子和空穴的復(fù)合率。
[0011] 特別地，第一勢(shì)壘層還可以設(shè)計(jì)為阻擋電子流動(dòng)。從而，可以通過第一勢(shì)壘層和電 子阻擋層有效的阻擋電子流動(dòng)。
[0012] 這里，光發(fā)射裝置發(fā)射近紫外光。特別地，多重量子阱結(jié)構(gòu)的活性區(qū)域可以發(fā)射波 長(zhǎng)范圍為360nm到390nm的近紫外光。另外，講層可以由InGaN形成。
[0013] 另外，當(dāng)勢(shì)壘層包括銦（In)時(shí)，銦可以提高阱層結(jié)晶度，通過緩解阱層和勢(shì)壘層 之間的晶格失配度。
[0014] 設(shè)置在最鄰近n型接觸層的第一勢(shì)壘層可以包括比其他勢(shì)壘層多5%或更多的 A1，或者10 %或更多，或20 %或更多。在一些實(shí)施例中，設(shè)置在最鄰近n型接觸層的第一勢(shì) 壘層可以包含30%?50%的A1。
[0015] 本文所用的，由百分比表示的金屬成分含量指的是金屬成分含量相比基于氮化鎵 的層的金屬的總含量的百分比。即是，基于氮化鎵的層，其分子式由AlxInyGazN表示，其中 A1的含量由100x/(x+y+z)計(jì)算并由百分比表示。由于x+y+z= 1,每種金屬成分的百分比 通過將成分比（x、y或z)乘以100來得到。
[0016] 另一方面，除了第一勢(shì)壘層的其他勢(shì)壘層可以由AlInGaN或AlGaN形成，其包括 10%到30%的A1和1 %或更少的In。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，第一勢(shì)魚層可由AlInGaN形成，其含有1 %或更少的In。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，p型接觸層可以包括具有較低的高密度摻雜層，較高的高密度摻 雜層，和設(shè)置于較低高密度摻雜層和較高高密度摻雜層之間的低密度摻雜層。另外，低密度 摻雜層具有比較低和較高的高密度摻雜層更大的厚度。當(dāng)?shù)兔芏葥诫s層的厚度比其他摻雜 層的厚度大時(shí)，它能夠阻擋P型接觸層對(duì)光的吸收。
[0019] 另外，n型接觸層可以包括較低氮化鋁鎵層，較高氮化鋁鎵層，和設(shè)置于較低氮化 鎵層和較高氮化鋁鎵層之間的具有多層結(jié)構(gòu)的中間層。通過將多層結(jié)構(gòu)的中間層插入n型 接觸層的中間，能夠提高n型接觸層的外延層的結(jié)晶度。特別地，多層結(jié)構(gòu)的中間層可以具 有這樣的結(jié)構(gòu)，其中AlInN和GaN可以可變換的一個(gè)堆疊在另一個(gè)上面。
[0020] 另外，n型接觸層還可以包括調(diào)制摻雜AlGaN層。較高氮化鋁鎵層可以為調(diào)制摻 雜層。
[0021] 光發(fā)射裝置可以進(jìn)一步包括設(shè)置在n型接觸層和活性區(qū)域之間的超晶格層；和設(shè) 置在超晶格層和活性區(qū)域之間的電子注入層。電子注入層相比超晶格層可以具有較高的n 型雜質(zhì)摻雜濃度，并且第一勢(shì)壘層可以與電子注入層鄰接。由于第一勢(shì)壘層位于鄰接電子 注入層的位置，具有相對(duì)高的n型雜質(zhì)摻雜濃度，它能夠有效阻擋電子流動(dòng)。
[0022] 另外，光發(fā)射裝置可以進(jìn)一步包括設(shè)置在n型接觸層和超晶格層之間的抗靜電 層，且第一電子阻擋層可以設(shè)置在抗靜電層和超晶格層之間?？轨o電層阻擋了活性區(qū)域的 結(jié)晶度恢復(fù)造成的靜電放電，它是由于包含AlGaN或AlInGaN的n型接觸層摻雜雜質(zhì)造成 了惡化。
[0023] 在一些實(shí)施例中，抗靜電層可以包括不摻雜的AlGaN層；相比n型接觸層來說摻雜 了較低濃度的n型雜質(zhì)的低濃度AlGaN層；和相比低濃度AlGaN層來說摻雜了較高濃度的 n型雜質(zhì)的高濃度AlGaN層，其中低濃度AlGaN層可以設(shè)置在不摻雜的AlGaN層和高濃度 AlGaN層之間。當(dāng)摻雜濃度逐漸升高時(shí)，不摻雜的AlGaN層恢復(fù)了活性區(qū)域的結(jié)晶度，由此 保持了在其上生長(zhǎng)的層的結(jié)晶度。另外，第一電子阻擋層可以鄰接高濃度AlGaN層。第一 電子阻擋層可以設(shè)置于鄰接高濃度AlGaN層，通過它有效的阻擋電子流動(dòng)。
[0024]n型接觸層和超晶格層可以包含小于10%的A1并且第一電子阻擋層可以包含 10%到 20%的A1。
[0025] 另一方面，第二電子阻擋層設(shè)置在n型接觸層和抗靜電層之間。另外，n型接觸層 和抗靜電層可以包含小于10 %的A1，且第二電子阻擋層可以包含10 %到20 %的A1。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，光發(fā)射裝置可以提高電子和空穴的復(fù)合率，通過電子阻擋 層來阻擋電子的流動(dòng)，且第一勢(shì)壘層包含了比其他勢(shì)壘層多得多的A1，通過其提高了光的 輸出。另外，抗靜電層和/或超晶格層設(shè)置在n型接觸層和活性區(qū)域之間，其提高了活性區(qū) 域的結(jié)晶度，通過其提高了光輸出。
【附圖說明】
[0027] 本發(fā)明的上述和其他方面、特征和益處通過以下的實(shí)施例，并結(jié)合附圖的詳細(xì)描 述將變得更為清楚，其中 ：
[0028] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光發(fā)射裝置的截面圖；
[0029] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光發(fā)射裝置的多重量子阱結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0030] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的能量帶隙的帶隙示意圖；
[0031] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括電極的光發(fā)射裝置的截面圖
[0032] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光發(fā)射裝置的光輸出的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 在下文中，本發(fā)明的實(shí)施例將參考附圖進(jìn)行具體描述。以下實(shí)施例以示例方式提 供，旨在向本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分表達(dá)本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明不局限 于本文公開的實(shí)施例，并且還可以以不同形式實(shí)施。在圖中，為了方便，寬度、長(zhǎng)度、厚度、和 類似元素可以被夸大。在整個(gè)說明書中，相同附圖標(biāo)記表示具有相同或相似功能的元件。
[0034] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光發(fā)射裝置的截面圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施例的光發(fā)射裝置的多重量子阱結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0035] 參考圖1，根據(jù)該實(shí)施例的光發(fā)射裝置包括n型接觸層27、抗靜電層30、超晶格層 35、活性區(qū)域39、p型接觸層43、和電子阻擋層28、34。另外，所述光發(fā)射裝置還可以包括基 底21、成核層23、緩沖層25、電子注入層37、電子阻擋層41、或摻雜層45。
[0036] 基底21是用于基于氮化鎵的半導(dǎo)體層生長(zhǎng)的基底，并且可以選自藍(lán)寶石基底、 SiC基底、和尖晶石基底，并且不局限于此。例如，基底21可以是圖案化藍(lán)寶石基底（PSS)。
[0037] 成核層23可以由（Al，Ga)N在基底21上形成，以在400°C到600°C的低溫下生長(zhǎng) 緩沖層25。例如，成核層可以由GaN或A1N形成。成核層23可以形成為大約25nm的厚度。 緩沖層25的形成減少了缺陷的產(chǎn)生，例如基底21和n型接觸層27之間的位錯(cuò)，且它在相 對(duì)高的溫度下生長(zhǎng)。例如，緩沖層25是未摻雜的GaN層，并且可以形成大約1. 5m的厚度。