紫外線發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】提供一種紫外線發(fā)光元件。該紫外線發(fā)光元件包括：氮化鎵基的n型接觸層；氮化鎵基的p型接觸層；多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層，位于n型接觸層與p型接觸層之間，并具有多個(gè)勢(shì)壘層和多個(gè)阱層；氮化鎵基的電子阻擋層，置于p型接觸層與活性層之間，并含有鋁，多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層釋放具有365至390nm范圍內(nèi)的峰值波長(zhǎng)的紫外線，n型接觸層與p型接觸層包括含有鋁的相同組成的氮化鎵基半導(dǎo)體層，相同組成的氮化鎵系半導(dǎo)體層是在n型接觸層及p型接觸層內(nèi)具有最窄帶隙的層。因此，能夠減小因n型接觸層及p型接觸層導(dǎo)致的光損失，改善發(fā)光效率。
【專利說(shuō)明】
紫外線發(fā)光元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及無(wú)機(jī)物半導(dǎo)體發(fā)光元件，特別是涉及一種紫外線發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0002] -般而言，氮化鎵系半導(dǎo)體作為全彩色顯示裝置、交通信號(hào)燈、普通照明及光通信 設(shè)備的光源，廣泛應(yīng)用于紫外線、藍(lán)/綠色發(fā)光元件(light emitting diode)或激光二極管 (laser diode)。特別是氮化銦鎵(InGaN)化合物半導(dǎo)體，由于窄帶隙而倍受矚目。
[0003] 利用這種氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的發(fā)光元件，應(yīng)用于大型天然色平板顯示裝置、 背光源、信號(hào)燈、室內(nèi)照明、高密度光源、高分辨率輸出系統(tǒng)和光通信等多樣的應(yīng)用領(lǐng)域。特 別是釋放近紫外線的發(fā)光元件，用于假幣鑒別、樹脂硬化及紫外線治療等，另外，可以與熒 光體組合，體現(xiàn)多樣顏色的可見(jiàn)光線。
[0004] 近紫外線一般指約320~390nm波長(zhǎng)范圍的紫外線。GaN具有約3.42eV的帶隙能量， 該能量對(duì)應(yīng)于約365nm波長(zhǎng)的光能。因此，把InGaN用作阱層的發(fā)光元件，可以根據(jù)In的含有 量而用于釋放365nm以上的光，即，365~390nm范圍的近紫外線。
[0005] 另一方面，在阱層生成的光通過(guò)勢(shì)皇層及接觸層等的多個(gè)半導(dǎo)體層而釋放到外 部。在光行進(jìn)的路徑上有多個(gè)半導(dǎo)體層，因這些半導(dǎo)體層而發(fā)生光吸收。特別是在具有比阱 層更窄帶隙或帶隙類似的情況下，會(huì)發(fā)生相當(dāng)多的光損失。特別是需要控制因占發(fā)光元件 大部分厚度的η型接觸層及p型接觸層導(dǎo)致的光吸收。
[0006] 另一方面，與藍(lán)色發(fā)光元件相比，近紫外線發(fā)光元件的電氣、光學(xué)特性相對(duì)不好， 因而要求一種改善散熱特性及光提取特性的近紫外線發(fā)光元件。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是改善氮化鎵系近紫外線發(fā)光元件的光功率或發(fā) 光效率。
[0008] 本實(shí)用新型要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是控制因多個(gè)接觸層導(dǎo)致的光吸收，使發(fā)光元 件的光損失減小。
[0009] 本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件包括:氮化鎵基的η型接觸層;氮化鎵基 的Ρ型接觸層;多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層，位于η型接觸層與ρ型接觸層之間，并且具有多個(gè)勢(shì) 皇層和多個(gè)阱層;氮化鎵基的電子阻擋層，置于Ρ型接觸層與活性層之間，并且含有鋁，多量 子阱結(jié)構(gòu)的活性層釋放具有365至390nm范圍內(nèi)的峰值波長(zhǎng)的紫外線，η型接觸層與ρ型接觸 層包括含有鋁的相同組成的氮化鎵系半導(dǎo)體層，相同組成的氮化鎵系半導(dǎo)體層是在η型接 觸層及Ρ型接觸層內(nèi)具有最窄帶隙的層。
[0010] η型接觸層及ρ型接觸層內(nèi)的具有最窄帶隙的層，相對(duì)于在活性層生成的光顯示出 支配性的吸收特性。因此，需要使η型接觸層及ρ型接觸層內(nèi)的具有最窄帶隙的層的帶隙增 加。因此，優(yōu)選這些層的具有最窄帶隙的層含有鋁。
[0011] 另一方面，在活性層生成的光的一部分將全部通過(guò)η型接觸層及ρ型接觸層。特別 是，在利用反射金屬層而使光反射的豎直結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件中，相當(dāng)量的光束通過(guò)P型接觸層 及η型接觸層。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，將η型接觸層及p型接觸層內(nèi)的具有最窄帶隙的 層，以相互相同組成的氮化鎵基半導(dǎo)體層形成，從而能夠相同地保持在各層中的光吸收特 性，減小因重復(fù)吸引導(dǎo)致的光損失。
[0012] 另外，η型接觸層及ρ型接觸層可以是單層。進(jìn)而，η型接觸層及ρ型接觸層可以是 AlxGal-xN單層，Α1的組成比X可以為0.05至0.1范圍內(nèi)。
[0013] 以單層形成η型接觸層及ρ型接觸層，從而能夠減小在界面生成的結(jié)晶缺陷，因此， 能夠減少在多個(gè)半導(dǎo)體層的界面可能發(fā)生的光損失。另外，使Α1的組成比X在所述范圍內(nèi)， 從而η型接觸層及ρ型接觸層的結(jié)晶生長(zhǎng)容易，能夠減小在活性層內(nèi)發(fā)生的結(jié)晶缺陷，能夠 使光吸收減少。
[0014] 多個(gè)阱層可以以InGaN形成，釋放具有365~390nm范圍內(nèi)的峰值波長(zhǎng)的紫外線。為 了釋放具有所述范圍內(nèi)的峰值波長(zhǎng)的紫外線，可以調(diào)節(jié)InGaN阱層內(nèi)的In的組成比、阱層的 厚度等。
[0015] 另一方面，多個(gè)勢(shì)皇層可以以AlGaN或AlInGaN形成。進(jìn)而，最靠近電子阻擋層的勢(shì) 皇層可以比其它勢(shì)皇層厚。多個(gè)勢(shì)皇層具有比阱層更寬的帶隙，在阱層內(nèi)囚禁電子與空穴。 當(dāng)多個(gè)勢(shì)皇層包含In時(shí)，能夠緩和與InGaN阱層的晶格失配，有利于改善活性層的結(jié)晶品 質(zhì)。
[0016] 另一方面，電子阻擋層含有比多個(gè)勢(shì)皇層多的A1，因而與電子阻擋層相接的勢(shì)皇 層相對(duì)更厚地形成。
[0017] 在幾個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)勢(shì)皇層中含有的A1的組成比大于η型接觸層及ρ型接觸層含 有的Α1的組成比。
[0018] 另一方面，最靠近ρ型接觸層的勢(shì)皇層可以為非摻雜層，其它勢(shì)皇層可以為η型雜 質(zhì)摻雜層。將非摻雜層作為最靠近Ρ型接觸層的勢(shì)皇層，從而幫助空穴從Ρ型接觸層注入活 性層。
[0019] 在幾個(gè)實(shí)施例中，ρ型接觸層包括下部摻雜層、上部摻雜層及位于下部摻雜層與上 部摻雜層之間的中間摻雜層，中間摻雜層具有比下部摻雜層及上部摻雜層的摻雜濃度低的 摻雜濃度。另一方面，Ρ-電極連接于下部摻雜層。下部摻雜層可以是表面摻雜了高濃度雜質(zhì) 的所謂"delta摻雜層"。
[0020] 另一方面，中間摻雜層可以比下部摻雜層及上部摻雜層的厚度厚。相對(duì)更厚地形 成以低濃度摻雜了雜質(zhì)的中間摻雜層，從而能夠減小因 P型接觸層導(dǎo)致的光吸收。
[0021] 進(jìn)而，電子阻擋層可以具有比下部摻雜層的摻雜濃度低而比上部摻雜層的摻雜濃 度高的摻雜濃度。
[0022] 在ρ型接觸層及電子阻擋層中，通常Mg可以作為ρ型雜質(zhì)進(jìn)行摻雜，但并非限定于 此，可以摻雜不同種類的ρ型雜質(zhì)。
[0023] 另一方面，中間摻雜層及上部摻雜層的摻雜濃度也可以從下部摻雜層朝向電子阻 擋層逐漸增加。此時(shí)，中間摻雜層的摻雜濃度坡度可以更陡。
[0024] 在幾個(gè)實(shí)施例中，η型接觸層包括以相對(duì)高的濃度摻雜的高濃度摻雜層和以相對(duì) 低的濃度摻雜的低濃度摻雜層，低濃度摻雜層可以置于高濃度摻雜層與活性層之間。η-電 極連接于高濃度摻雜層。
[0025] 通過(guò)包括低濃度摻雜層，可以減小光吸收，能夠幫助η型接觸層內(nèi)電子分散。另外， 通過(guò)導(dǎo)入低濃度摻雜層，可以改善活性層的結(jié)晶品質(zhì)。
[0026] 進(jìn)而，低濃度摻雜層可以從高濃度摻雜層朝向活性層包括摻雜濃度互不相同的第 一摻雜層、第二摻雜層及第三摻雜層。第一摻雜層可以具有比第三摻雜層的摻雜濃度高的 摻雜濃度，第二摻雜層具有比第三摻雜層的摻雜濃度高而比高濃度摻雜層的摻雜濃度低的 摻雜濃度。借助于這種摻雜分布，能夠強(qiáng)化η型接觸層內(nèi)的電子分散。
[0027] 在幾個(gè)實(shí)施例中，η型接觸層可以還包括位于低濃度摻雜層與活性層之間的超晶 格層。超晶格層例如可以為調(diào)制摻雜層。
[0028] 另一方面，紫外線發(fā)光元件可以還包括:ρ-電極，接觸于ρ型接觸層;η-電極，接觸 于η型接觸層;支撐基板，與Ρ型接觸層相向設(shè)置，并且Ρ-電極置于Ρ型接觸層與支撐基板之 間，Ρ-電極可以包括反射金屬層。
[0029] 通過(guò)包括反射金屬層，可以使入射到ρ型接觸層的光發(fā)生反射，增加發(fā)光效率。
[0030] 另一方面，支撐基板作為導(dǎo)熱率比藍(lán)寶石基板高的基板，可以是硅基板或金屬基 板。
[0031] 進(jìn)而，η型接觸層可以具有粗糙的表面，因此，光提取效率得到改善。另外，所述紫 外線發(fā)光元件還可以包括覆蓋粗糙的表面的絕緣保護(hù)層。絕緣保護(hù)層可以是折射率比η型 接觸層低的硅氧化膜或硅氮化膜。因此，能夠使因內(nèi)部全反射導(dǎo)致的光損失減少，進(jìn)一步增 加發(fā)光效率。
[0032] 在活性層生成并朝向ρ型接觸層的光的至少一部分被反射金屬層反射，并通過(guò)η型 接觸層釋放到外部。特別是，η型接觸層比ρ型接觸層厚。被反射金屬層反射的光在穿過(guò)ρ型 接觸層后，通過(guò)η型接觸層釋放到外部。因此，與通過(guò)ρ型接觸層釋放到外部的情形相比，能 夠減小多個(gè)半導(dǎo)體層內(nèi)的光路徑，能夠減小光損失。
[0033] 本實(shí)用新型將含有相互相同組成的鋁的氮化鎵基半導(dǎo)體層作為η型接觸層及ρ型 接觸層內(nèi)帶隙最窄的層，從而能夠減小因重復(fù)吸收導(dǎo)致的光損失。進(jìn)而，使連接于Ρ型接觸 層的Ρ-電極中包含反射金屬層，通過(guò)η型接觸層釋放光，從而能夠提供改善了散熱效率及發(fā) 光效率的紫外線發(fā)光元件。
[0034] 另外，通過(guò)控制η型接觸層及ρ型接觸層的鋁含量，能夠減小活性層的結(jié)晶缺陷，能 夠減小因光吸收導(dǎo)致的光損失。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件的概略性設(shè)計(jì)圖。
[0036]圖2是為了說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件沿著圖1的截取線Α-Α截取的 剖面圖。
[0037]圖3是為了說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件沿著圖1的截取線Β-Β截取的 剖面圖。
[0038]圖4是為了說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件沿著圖1的截取線C-C截取的 剖面圖。
[0039]圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件的多個(gè)半導(dǎo)體層的局部放大 剖面圖。
[0040] 圖6至圖9作為用于說(shuō)明制造本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件的方法的剖面 圖，分別是與圖1的截取線A-A對(duì)應(yīng)的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。下面介紹的實(shí)施例，作為示例，提供用 于使本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思能夠充分傳遞給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。因此，本實(shí)用新型并不限定 于以上說(shuō)明的實(shí)施例，可以以其它形式具體化。而且，就附圖而言，構(gòu)成元件的寬度、長(zhǎng)度、 厚度等，為了便利而可以夸張地表現(xiàn)。在整個(gè)說(shuō)明書中，相同的附圖標(biāo)記代表相同的構(gòu)成元 件。
[0042] 圖1是用于說(shuō)明發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件的概略性設(shè)計(jì)圖，圖2至圖4是 分別沿圖1的截取線A-A、B_B及C-C截取的剖面圖。在圖1中，用虛線顯示了位于半導(dǎo)體層疊 結(jié)構(gòu)體30下方的反射金屬層31及中間絕緣層33的開口部33a。
[0043] 參照?qǐng)D1至圖4,發(fā)光元件包括支撐基板41、半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30、反射金屬層31、 中間絕緣層33、勢(shì)皇金屬層35、保護(hù)絕緣層47、n-電極片51及電極延長(zhǎng)部51a。另外，發(fā)光元 件可以包括粘合金屬43。
[0044]支撐基板41與用于使多個(gè)化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)的生長(zhǎng)基板相區(qū)分，是附著于已生 長(zhǎng)的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的二次基板。支撐基板41作為導(dǎo)熱率比諸如藍(lán)寶石的生長(zhǎng)基板高 的基板，例如可以是硅基板或金屬基板。
[0045]半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30位于支撐基板41上，并且包括p型接觸層29、電子阻擋層28、 活性層27及η型接觸層25。其中，半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30與普通的豎直型發(fā)光元件類似，p型接 觸層29比η型接觸層25更靠近支撐基板41側(cè)。半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30可以位于支撐基板41的 一部分區(qū)域上。即，支撐基板41具有比半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30相對(duì)大的面積，半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu) 體30位于環(huán)繞支撐基板41邊緣的區(qū)域內(nèi)。
[0046] η型接觸層25、活性層27、電子阻擋層28及ρ型接觸層29可以由含有鋁的ΙΠ -Ν系列 的化合物半導(dǎo)體，例如由AlGaN或AlInGaN半導(dǎo)體形成。對(duì)于η型接觸層25、活性層27、電子阻 擋層28及ρ型接觸層29,后面將參照?qǐng)D5進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0047]電阻相對(duì)小的η型接觸層25位于支撐基板41的相反側(cè)，從而容易在η型接觸層25的 上部面形成粗糙的表面，粗糙的表面使在活性層27生成的光的提取效率提高。
[0048] Ρ-電極位于ρ型接觸層29與支撐基板41之間，并且可以包括反射金屬層31及勢(shì)皇 金屬層35。反射金屬層31在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30與支撐基板41之間，并且歐姆接觸ρ型接觸 層29。反射金屬層31例如可以包括諸如Ag的反射層。反射金屬層31限定地位于半導(dǎo)體層疊 結(jié)構(gòu)體30區(qū)域下方。如圖1所示，反射金屬層31可以由多個(gè)板(plate)形成，在多個(gè)板之間形 成有槽。半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30通過(guò)槽被暴露。
[0049]中間絕緣層33覆蓋在多個(gè)反射金屬層31之間暴露的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30。中間絕 緣層33可以在反射金屬層31與支撐基板41之間覆蓋反射金屬層31。中間絕緣層33覆蓋反射 金屬層31，例如多個(gè)板的側(cè)面及邊緣，并且具有暴露反射金屬層31的多個(gè)開口部33a。中間 絕緣層33可以由硅氧化膜或硅氮化膜的單層或多層形成，另外，可以是反復(fù)層疊折射率互 不相同的多個(gè)絕緣層，例如反復(fù)層疊 Si〇2/Ti〇2或Si〇2/Nb2〇5的分布布拉格反射器。借助于中 間絕緣層33,可以防止反射金屬層31的側(cè)面暴露到外部。中間絕緣層33還可以位于半導(dǎo)體 層疊結(jié)構(gòu)體30的側(cè)面下方，因此，可以防止通過(guò)半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30側(cè)面的漏電流。
[0050]勢(shì)皇金屬層35在反射金屬層31下方覆蓋反射金屬層31。勢(shì)皇金屬層35在中間絕緣 層33下方覆蓋中間絕緣層33,并且可以通過(guò)中間絕緣層33的開口部而連接到反射金屬層 31。勢(shì)皇金屬層35防止反射金屬層31的例如Ag的金屬物質(zhì)擴(kuò)散，從而保護(hù)反射金屬層31。勢(shì) 皇金屬層35例如可以包括Ni層。勢(shì)皇金屬層35可以位于支撐基板41的前面。
[0051]另一方面，支撐基板41可以通過(guò)粘合金屬43而粘合于勢(shì)皇金屬層35上。粘合金屬 43例如可以以Au-Sn，利用共融粘合而形成，或利用Au粘合。不同于此，支撐基板41例如也可 以使用鍍金技術(shù)形成在勢(shì)皇金屬層35上。當(dāng)支撐基板41為導(dǎo)電性基板時(shí)，可以執(zhí)行p-電極 片的功能。不同于此，當(dāng)支撐基板41為絕緣基板時(shí)，p-電極片可以形成在位于支撐基板41上 的勢(shì)皇金屬層35上。
[0052]另一方面，半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30的上面，即η型接觸層25的表面，可以具有粗糙的 表面和平坦的表面。如圖2至圖4所示，η-電極片51及電極延長(zhǎng)部51a可以位于平坦的表面 上。如圖所示，η-電極片51及電極延長(zhǎng)部51a可以限定地位于平坦的表面上，并且具有比平 坦表面的寬度窄的寬度。因此，能夠防止電極片或電極延長(zhǎng)部因在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30上 發(fā)生底切等而剝離，能夠提高可靠性。另一方面，粗糙的表面可以位于比平坦表面更下方。 即，粗糙的表面位于η-電極片51及電極延長(zhǎng)部51a下方。但是，本發(fā)明并不限于此，η-電極片 51及電極延長(zhǎng)部51a也可以位于粗糙的表面上。此時(shí)，省略平坦表面。
[0053]另一方面，η-電極可以位于半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30上，并且包括η-電極片51和從n-電極片51延長(zhǎng)的電極延長(zhǎng)部51a。在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30上可以有多個(gè)η-電極片51，各個(gè)電 極延長(zhǎng)部51a可以分別從多個(gè)η-電極片51延長(zhǎng)。這些電極延長(zhǎng)部51a既可以相互連接，也可 以相互隔離。η-電極片51及電極延長(zhǎng)部51a可以電氣連接于半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30,并且直接 接觸η型接觸層25。
[0054] η-電極片51還可以位于反射金屬層31的槽區(qū)域上部。即，在η-電極片51的下方，沒(méi) 有歐姆接觸Ρ型接觸層29的反射金屬層31，取而代之，存在中間絕緣層33。進(jìn)而，電極延長(zhǎng)部 51a還位于反射金屬層31的槽區(qū)域上部。如圖1所示，在由多個(gè)板構(gòu)成的反射金屬層31中，電 極延長(zhǎng)部51a可以位于多個(gè)板之間的區(qū)域上部及多個(gè)板的外部區(qū)域上部。電極延長(zhǎng)部51a與 中間絕緣層33疊置，但不與多個(gè)板疊置，因此，能夠防止電流在電極延長(zhǎng)部51a上沿豎直方 向集中地流動(dòng)。
[0055]另一方面，保護(hù)絕緣層47覆蓋η型接觸層25的上面。保護(hù)絕緣層47可以覆蓋電極延 長(zhǎng)部51a。但是，保護(hù)絕緣層47具有暴露η-電極片51的開口部47a。保護(hù)絕緣層47覆蓋η型接 觸層25的粗糙的表面。保護(hù)絕緣層47可以具有沿著粗糙的表面形成的凹凸面。借助于保護(hù) 絕緣層47,可以減小在保護(hù)絕緣層47的上部表面中發(fā)生的內(nèi)部全反射。
[0056]保護(hù)絕緣層47還可以覆蓋半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30的側(cè)面，保護(hù)半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30 不受外部環(huán)境影響。
[0057]圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件的多個(gè)半導(dǎo)體層的局部放大 剖面圖。下面參照?qǐng)D5,詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30。
[0058]半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30包括η型接觸層25、活性層27、電子阻擋層28及ρ型接觸層29。 [0059] η型接觸層25由摻雜η型雜質(zhì)，例如摻雜了Si的氮化鎵系半導(dǎo)體層形成，例如，可以 具有約1至2um的厚度。η型接觸層25可以以單層或多層形成。η型接觸層25內(nèi)具有最窄帶隙 的層并且含有鋁。例如，具有最窄帶隙的層可以由AlxGal-xN的組成，x可以具有0.05至0.1的 范圍內(nèi)的值。進(jìn)而，η型接觸層25可以是均一的氮化鎵系組成的單層，可以是具有AlxGal-xN 組成的單層。
[0060] 另一方面，η型接觸層25可以包括摻雜濃度相對(duì)高的高濃度摻雜層25a和摻雜濃度 相對(duì)低的低濃度摻雜層25b。高濃度摻雜層25a比低濃度摻雜層25b厚。η-電極連接于高濃度 摻雜層25a，因此，能夠降低接觸電阻。例如，高濃度摻雜層25a可以具有IX 1019/cm3~5 X 1019/cm3范圍內(nèi)的摻雜濃度，低濃度摻雜層25b可以具有1 X 1018/cm3~1 X 1019/cm3范圍內(nèi)的 摻雜濃度。
[0061] 另外，低濃度摻雜層25b從高濃度摻雜層25a側(cè)朝向活性層27側(cè)可以包括摻雜濃度 互不相同的第一層、第二層及第三層。這些第一層至第三層均具有低于高濃度摻雜層25a的 摻雜濃度，例如，具有5 X 1017/cm3~1 X 1019/cm3范圍內(nèi)的摻雜濃度，不過(guò)，第一層可以具有 高于第三層的摻雜濃度，第二層可以具有高于第三層的摻雜濃度。
[0062] 通過(guò)在高濃度摻雜層25a與活性層27之間構(gòu)造低濃度摻雜層25b，因而從高濃度摻 雜層25a流入活性層27的電子在通過(guò)低濃度摻雜層25b之前，可以在η型接觸層25內(nèi)均勻地 分散。
[0063]光可以通過(guò)η型接觸層25的表面而釋放到外部，為此，η型接觸層25可以具有粗糙 的表面R。
[0064]雖然圖中未示出，但在η型接觸層25與活性層27之間，也可以存在超晶格層，例如， 使雜質(zhì)摻雜濃度周期性地變化的調(diào)制摻雜層。
[0065]活性層27具有包括相互交替地層疊的多個(gè)勢(shì)皇層27b和多個(gè)阱層27w的多量子阱 結(jié)構(gòu)。阱層27w與勢(shì)皇層27b可以形成3對(duì)以上，進(jìn)而，可以形成5對(duì)以上。多個(gè)阱層27w具有釋 放365nm至390nm范圍的近紫外線的組成及厚度。例如，多個(gè)講層27w可以以InGaN形成，并且 具有5至20nm范圍內(nèi)的厚度。此時(shí)，阱層27w含有的In的含量根據(jù)期望的近紫外線波長(zhǎng)而決 定。例如，講層27w含有的In含量可以為約1 %至10%，因此，Ga為約90~99%范圍內(nèi)。
[0066]多個(gè)勢(shì)皇層27b可以以含有鋁、帶隙比阱層寬的氮化鎵系半導(dǎo)體層形成，例如以 AlGaN或AlInGaN形成。特別地，多個(gè)勢(shì)皇層27b可以以AlInGaN形成，通過(guò)包含In，能夠緩和 阱層27w與勢(shì)皇層27b之間的晶格失配。
[0067]另一方面，多個(gè)勢(shì)皇層27b、27b'中最靠近電子阻擋層28的勢(shì)皇層27b'比其它多個(gè) 勢(shì)皇層27b厚。最靠近電子阻擋層28的勢(shì)皇層27b'可以為其它多個(gè)勢(shì)皇層27b厚度的約2倍 以上。例如，勢(shì)皇層27b可以具有20至30nm范圍內(nèi)的厚度，勢(shì)皇層27b '可以具有40至60nm的 厚度。除最靠近電子阻擋層28的勢(shì)皇層27b'之外的其余多個(gè)勢(shì)皇層27b，具有幾乎相互同等 的厚度。
[0068]多個(gè)勢(shì)皇層27b、27b '可以具有與η型接觸層25及p型接觸層29相同或更寬的帶隙。 因此，多個(gè)勢(shì)皇層27b、27b'中含有的鋁含量可以高于η型接觸層25及ρ型接觸層29中含有的 鋁的含量。通過(guò)使多個(gè)勢(shì)皇層27b、27b'中含有高的鋁，可以容易地把電子與空穴囚禁于阱 層，能夠提高再結(jié)合率，進(jìn)而通過(guò)使相對(duì)厚的η型接觸層25及ρ型接觸層29中含有更低的鋁， 能夠改善半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30的整體結(jié)晶品質(zhì)。
[0069]另一方面，優(yōu)選地，最靠近ρ型接觸層29的勢(shì)皇層27b'為非摻雜層。以非摻雜層為 勢(shì)皇層27b'，從而空穴能夠充分從ρ型接觸層29流入活性層27。
[0070] 電子阻擋層28含有鋁，并且具有半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30內(nèi)最寬的帶隙。電子阻擋層 28可以以AlGaN或AlInGaN形成。電子阻擋層28防止電子從活性層27流至Ijp型接觸層29,使再 結(jié)合率增加。
[0071] 例如Mg的p型雜質(zhì)可以摻雜于電子阻擋層28。電子阻擋層28的摻雜的雜質(zhì)的摻雜 濃度可以高于P型接觸層29內(nèi)除delta摻雜層之外其余部分的摻雜濃度。
[0072] p型接觸層29作為氮化鎵系半導(dǎo)體層，含有鋁。p型接觸層29可以是單層或多層。不 過(guò)，P型接觸層29內(nèi)帶隙最窄的層含有鋁，是與η型接觸層25的帶隙最窄的層相同組成的氮 化鎵系半導(dǎo)體層。
[0073] 例如，ρ型接觸層29內(nèi)帶隙最窄層可以具有AlxGal-xN的組成，X可以具有0.05至0.1 的范圍內(nèi)的值。進(jìn)而，P型接觸層29可以是均一的氮化鎵系組成的單層，可以是具有AlxGal-XN的組成的單層。
[0074] ρ型接觸層29可以包括下部摻雜層29c、中間摻雜層29b及上部摻雜層29a。中間摻 雜層29b與上部摻雜層29a及下部摻雜層29c相比具有相對(duì)低的摻雜濃度，并且位于下部摻 雜層29c與上部摻雜層29a之間。中間摻雜層29b可以在生長(zhǎng)期間截?cái)郙g的源氣體（例如 Cp2Mg)的供應(yīng)并生長(zhǎng)。另外，低濃度的摻雜層29b與上部摻雜層29a及下部摻雜層29c相比， 相對(duì)更厚地形成。因此，通過(guò)提高P型接觸層29的結(jié)晶品質(zhì)并減小雜質(zhì)濃度，可以緩和因 ρ型 接觸層29而導(dǎo)致的近紫外線損失。
[0075]另一方面，下部摻雜層29c可以是"delta"摻雜層，ρ-電極連接于下部摻雜層29c。 下部摻雜層29c以高濃度摻雜Mg，降低與ρ-電極的接觸電阻。下部摻雜層29c可以以約2至 的厚度形成。
[0076]圖6至圖9是用于說(shuō)明制造本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紫外線發(fā)光元件的方法的剖面圖。 其中，剖面圖與沿著圖1的截取線A-A而截取的剖面圖對(duì)應(yīng)。
[0077]首先，參照?qǐng)D6,在生長(zhǎng)基板21上形成包括η型接觸層25、活性層27、電子阻擋層28 及Ρ型接觸層29的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30。
[0078]生長(zhǎng)基板21作為用于使氮化鎵系半導(dǎo)體層生長(zhǎng)的基板，如藍(lán)寶石、SiC、尖晶石等， 不特別限定。
[0079] η型接觸層25及ρ型接觸層29與參照?qǐng)D5進(jìn)行說(shuō)明的內(nèi)容類似，除了在η型接觸層25 上不形成粗糙的面R。為了使η型接觸層25生長(zhǎng)，在基板21上，也可以追加生長(zhǎng)核層及緩沖 層。核層為了在基板21上使緩沖層生長(zhǎng)，可以在400~600 °C的低溫下以(Al、Ga)N形成，優(yōu)選 地，以GaN或A1N形成。核層可以以約25nm的厚度形成。緩沖層作為用于緩和在基板21與η型 接觸層25之間發(fā)生諸如電位的缺陷的層，在相對(duì)高溫下生長(zhǎng)。緩沖層例如可以以無(wú)摻雜GaN 形成約1.5um的厚度。
[0080]多個(gè)氮化鎵系半導(dǎo)體層可以以ΙΠ -Ν系列的化合物半導(dǎo)體形成，可以借助于金屬有 機(jī)化學(xué)氣相沉積法(M0CVD)或分子束外延法(molecular beam epitaxy;MBE)等工藝在生長(zhǎng) 基板21上生長(zhǎng)。
[0081 ]在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30上形成反射金屬層31。反射金屬層31具有使半導(dǎo)體層疊結(jié) 構(gòu)體30暴露的槽。例如，反射金屬層31可以由多個(gè)板構(gòu)成，在多個(gè)板之間可以形成有槽(參 照?qǐng)D1)。
[0082]接著，形成覆蓋反射金屬層31的中間絕緣層33。中間絕緣層33填充反射金屬層內(nèi) 的槽，并且覆蓋反射金屬層的側(cè)面及邊緣。另外，中間絕緣層33具有使反射金屬層31暴露的 多個(gè)開口部。中間絕緣層33可以以硅氧化膜或硅氮化膜形成，也可以反復(fù)層疊折射率互不 相同的多個(gè)絕緣層，從而形成分布布拉格反射器。雖然說(shuō)明的是中間絕緣層33在反射金屬 層31上形成的情形，但中間絕緣層33也可以限定于反射金屬層31之間的槽內(nèi)形成。進(jìn)而，中 間絕緣層33也可以具有使p型接觸層29暴露的開口部地首先形成，然后反射金屬層31在中 間絕緣層33上形成。
[0083]在反射金屬層31上形成勢(shì)皇金屬層35。勢(shì)皇金屬層35可以在中間絕緣層33上形 成，可以填充在中間絕緣層33形成的開口部并連接于反射金屬層31。
[0084]如果參照?qǐng)D7,在勢(shì)皇金屬層35上附著支撐基板41。支撐基板41獨(dú)立于半導(dǎo)體層疊 結(jié)構(gòu)體30制作后，可以通過(guò)粘合金屬43而粘合于勢(shì)皇金屬層35上。不同于此，支撐基板41可 以在勢(shì)皇金屬層35上鍍金形成。
[0085]然后，去除生長(zhǎng)基板21，暴露半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30的η型接觸層25的表面。生長(zhǎng)基 板21可以利用激光剝離（laser lift-off;LL0)等基板分析技術(shù)而去除。
[0086]如果參照?qǐng)D8,在暴露的η型接觸層25上形成掩模圖案45。掩模圖案45覆蓋與反射 金屬層31的槽對(duì)應(yīng)的η型接觸層25區(qū)域，并使額外的區(qū)域暴露。特別是，掩模圖案45覆蓋之 后η-電極片及電極延長(zhǎng)部將形成的區(qū)域。掩模圖案45可以以諸如光刻膠的聚合物形成。
[0087] 接著，把掩模圖案用作蝕刻掩模，對(duì)η型接觸層25的表面進(jìn)行各向異性蝕刻，從而 在η型半導(dǎo)體層25上形成粗糙的表面R。然后，去除掩模圖案45。掩模圖案45所在的η型接觸 層25表面保持平坦的表面。
[0088] 另一方面，對(duì)半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30進(jìn)行圖案化，形成芯片分離區(qū)域，暴露中間絕緣 層33。芯片分離區(qū)域可以在形成粗糙的表面R之前或之后形成。
[0089] 如果參照?qǐng)D9，在形成粗糙表面R的η型接觸層25上，形成η-電極，即，圖1的η-電極 片51及電極延長(zhǎng)部51a。]!-電極可以利用剝離（lift off)技術(shù)形成。
[0090] 然后，形成覆蓋電極延長(zhǎng)部51a并具有使η-電極片51暴露的開口部的保護(hù)絕緣層 47,將支撐基板41分割成單個(gè)發(fā)光元件，從而完成參照?qǐng)D1至圖4進(jìn)行說(shuō)明的紫外線發(fā)光元 件。
[0091] 在本實(shí)施例中，說(shuō)明了η-電極片51及電極延長(zhǎng)部51a在η型接觸層25的平坦表面上 形成的情形，但本發(fā)明并非限定于此，η-電極片51及電極延長(zhǎng)部51a也可以在粗糙的表面R 上直接形成。
[0092] 以上對(duì)本發(fā)明多樣的實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但所述實(shí)施例用于幫助本發(fā)明的理解， 并非本發(fā)明限定于這些實(shí)施例。所述實(shí)施例可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)多樣地變形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種紫外線發(fā)光元件，其特征在于，所述紫外線發(fā)光元件包括： 氮化鎵基的η型接觸層； 氮化鎵基的Ρ型接觸層； 多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層，位于所述η型接觸層與所述ρ型接觸層之間，并且具有多個(gè)勢(shì) 皇層與多個(gè)阱層；以及 氮化鎵基的電子阻擋層，置于所述Ρ型接觸層與所述活性層之間，并且由AlGaN或 AlInGaN 形成， 所述多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層釋放具有365至390nm范圍內(nèi)峰值波長(zhǎng)的紫外線， 所述η型接觸層與所述ρ型接觸層為相同的AlxGa^N單層，A1的組成比X為0.05至0.1范 圍內(nèi)， 所述AlxGahN單層是所述η型接觸層及所述ρ型接觸層的具有最窄帶隙的層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 所述多個(gè)阱層以InGaN形成，并且釋放具有365~390nm范圍內(nèi)的峰值波長(zhǎng)的紫外線。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 所述多個(gè)勢(shì)皇層以AlGaN或AlInGaN形成， 最靠近所述P型接觸層的勢(shì)皇層比其它勢(shì)皇層厚。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 所述多個(gè)勢(shì)皇層中含有的A1的組成比大于所述η型接觸層及所述ρ型接觸層含有的A1 的組成比。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 最靠近所述電子阻擋層的勢(shì)皇層為非摻雜層，其它勢(shì)皇層為η型雜質(zhì)摻雜層。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 所述Ρ型接觸層包括下部摻雜層、上部摻雜層及位于所述下部摻雜層與所述上部摻雜 層之間的中間摻雜層， 所述中間摻雜層具有比所述下部摻雜層及所述上部摻雜層的摻雜濃度低的摻雜濃 度， Ρ-電極連接于所述下部摻雜層。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 所述電子阻擋層具有比所述下部摻雜層的摻雜濃度低而比所述上部摻雜層的摻雜濃 度高的摻雜濃度。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 所述中間摻雜層及所述上部摻雜層的摻雜濃度從所述下部摻雜層朝向所述電子阻擋 層逐漸增加。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 所述η型接觸層包括高濃度摻雜層和低濃度摻雜層，所述低濃度摻雜層置于所述高濃 度摻雜層與所述活性層之間， η_電極連接于所述高濃度摻雜層。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 所述低濃度摻雜層從所述高濃度摻雜層朝向所述活性層包括摻雜濃度互不相同的第 一摻雜層、第二摻雜層及第三摻雜層， 所述第一摻雜層具有比第三摻雜層的摻雜濃度高的摻雜濃度，第二摻雜層具有比第三 摻雜層的摻雜濃度高而比所述高濃度摻雜層的摻雜濃度低的摻雜濃度。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于，所述紫外線發(fā)光元件還包括： p-電極，接觸于所述P型接觸層； η-電極，接觸于所述η型接觸層；以及 支撐基板，與所述Ρ型接觸層相向設(shè)置，并且所述Ρ-電極置于所述支撐基板與所述Ρ型 接觸層之間， 所述Ρ-電極包括反射金屬層。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于，所述支撐基板為金屬基板。13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于，所述η型接觸層具有粗糙的 表面。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于，還包括覆蓋所述粗糙的表面 的絕緣保護(hù)層。15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 在所述活性層生成并朝向所述Ρ型接觸層的光的至少一部分被所述反射金屬層反射， 并且通過(guò)所述η型接觸層釋放到外部。16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線發(fā)光元件，其特征在于， 所述η型接觸層比所述ρ型接觸層厚， 在所述活性層生成并入射到所述Ρ型接觸層的光的至少一部分在所述Ρ型接觸層的表 面反射，并且通過(guò)所述η型接觸層釋放到外部。
【文檔編號(hào)】H01L33/14GK205645855SQ201620229001
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月23日
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