CN101990714A - 发光器件和用于制造发光器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发光器件和用于制造发光器件的方法。在实施例中，发光器件包括：第二电极层；第二电极层上的第二导电型半导体层；电流阻挡层，该电流阻挡层包括第二导电型半导体层的氧化物；第二导电型半导体层上的有源层；有源层上的第一导电型半导体层；以及第一导电型半导体层上的第一电极层。
Description
技术领域
本公开涉及发光器件和用于制造发光器件的方法。
背景技术
最近，已经对使用发光二极管(LED)作为发光器件的器件进行许多的研究。
LED是通过使用化合物半导体的特性将电子信号转化为光的器件。LED具有堆叠结构，该堆叠结构包括第一导电型的半导体层、有源层、以及第二导电型的半导体层，并且当施加电压时从有源层发射光。第一导电型半导体层可以是n型半导体层，并且第二导电型半导体层可以是p型半导体层，反之亦然。
同时，在将电压施加给第一导电型半导体层的第一电极层和将电压施加给第二导电型半导体层的第二电极层被布置在垂直方向上的垂直LED结构中，电流可能不在宽广的区域中流动并且可能集中在第一电极层的下侧流动。如果电流集中在特定的区域流动，那么操作电压可能增加以降低光的强度，因此劣化发光器件的可靠性。
此外，需要提高光提取效率从而从有源层发射的光被有效率地提取到外部。
发明内容
技术问题
实施例提供具有新结构的发光器件，和用于制造发光器件的方法。
实施例还提供具有提高的光提取效率的发光器件，和用于制造发光器件的方法。
实施例还提供能够抑制电流集中在特定区域流动的发光器件，和用于制造发光器件的方法。
实施例还提供能够以稳定的驱动电压操作的发光器件，以及用于制造发光器件的方法。
技术方案
在实施例中，发光器件包括：第二电极层；第二电极层上的第二导电型半导体层；电流阻挡层，该电流阻挡层包括第二导电型半导体层的氧化物；第二导电型半导体层上的有源层；有源层上的第一导电型半导体层；以及第一导电型半导体层上的第一电极层。
在实施例中，发光器件包括：第二电极层；第二电极层上的第二导电型半导体层；第二导电型半导体层上的有源层；有源层上的第一导电型半导体层；第一导电型半导体层中的电流阻挡层；以及第一导电型半导体层上的第一电极层。
有益效果
实施例能够提供具有新结构的发光器件，和用于制造发光器件的方法。
实施例还提供具有提高的光提取效率的发光器件，和用于制造发光器件的方法。
实施例还提供能够抑制电流集中在特定区域流动的发光器件，和用于制造发光器件的方法。
实施例还提供能够以稳定的驱动电压操作的发光器件，和用于制造发光器件的方法。
附图说明
图1至图6是解释根据第一实施例的发光器件和用于制造发光器件的方法的截面图。
图7是解释根据第二实施例的发光器件的截面图。
图8是解释根据本发明的第三实施例的发光器件的截面图。
图9至图15是解释根据第四实施例的发光器件和用于制造发光器件的方法的截面图。
图16是解释根据第五实施例的发光器件的截面图。
图17是图15中示出的电流阻挡层的平面图。
图18是图16中所示的电流阻挡层的平面图。
具体实施方式
在下面的描述中，将会理解的是，当层(或者膜)被称为在另一层或者衬底“上”时，它能够直接地在其它的层或者衬底上，或者也可以存在中间层。此外，将会理解的是，当层被称为在另一层的“下方”时，它能够直接地位于其它层的下方，并且也可以存在一个或者多个中间层。另外，还将会理解的是，当层被称为在两个层“之间”时，它能够仅仅是两个层之间的层，或者也可以存在一个或者多个中间层。
在附图中，为了澄清而夸大区域和层的厚度。而且，每个元件的尺寸没有完全反映实际尺寸。
在下文中，将会参考附图详细地描述根据实施例的发光器件和用于制造发光器件的方法。
图1至图6是解释根据第一实施例的发光器件和用于制造发光器件的方法的截面图。
参考图6，根据第一实施例的发光器件包括第二电极层90、第二电极层90上的欧姆接触层80、欧姆接触层80上的第二导电型半导体层50、有源层40、第一导电型半导体层30、以及第一导电型半导体层30上的第一电极100。
而且，用于改变电流路径的电流阻挡层70被布置在第二导电型半导体层50上。
欧姆接触层80的底表面和侧表面可以与第二电极层90接触。欧姆接触层80的顶表面和第二电极层90的顶表面可以被布置在相同的水平面上。
第一电极层100和欧姆接触层80被布置在垂直方向上。第一电极层100和第二电极层90可以被布置在垂直方向上。即，至少部分第一电极层100和欧姆接触层80或者第二电极层90可以被布置在同一垂直面上。
在根据第一实施例的发光器件中，电流阻挡层70被布置在第二导电型半导体层50的内部。电流阻挡层70可以被布置在第二导电型半导体层50和欧姆接触层80之间的边界处。例如，电流阻挡层70的顶表面和侧表面可以与第二导电型半导体层50相接触，并且电流阻挡层70的底表面可以与欧姆接触层80相接触。
电流阻挡层70可以由具有绝缘特性的材料形成，并且电流阻挡层70可以通过氧化第二导电型半导体层50由氧化物形成。电流阻挡层70可以通过等离子体氧化工艺由GaxOy形成，并且可以具有大约10nm至大约100nm的厚度。
如图6中的箭头所示，由于电流阻挡层70的形成，使得从欧姆接触层80流到第一电极层100的电流没有集中在第一电极层100的下侧，并且在第一导电型半导体层30上的大面积中流动。
因此，能够防止电流集中在第一电极层100的下侧流动的电流集中现象。因此，发光器件能够以稳定的操作电压进行操作并且能够提高发光效率。
此外，第一导电型半导体层30可以包括第一氮化物层31和第二氮化物层32。第一氮化物层31可以由具有比第二氮化物层32低的折射率的介质层形成。换言之，第二氮化物层32可以由具有比第一氮化物层31高的折射率的介质层形成。
第一氮化物层31可以由例如n-AlGaN或者n-AlN的AlxGa1-xN(0＜x≤1)形成，并且第二层32可以由n-GaN形成。当从有源层40发射的光的波长是450nm时，GaN的折射率大于是2.44，并且AlGaN或者AlN的折射率大约是2.12至大约2.44。
根据Al与Ga的构成比，AlGaN的折射率变成大约2.12至大约2.44。当Al的含量相对大于Ga的含量时，那么折射率变低，因此增加光提取效率。
在根据第一实施例的发光器件中，由于第一导电型半导体层30包括第一氮化物层31和第二氮化物层32，所以从有源层40发射并且入射到第二氮化物层32上的光能够通过第一氮化物层31有效率地提取到外部。因此，能够提高发光器件的发光效率。
图7是根据第二实施例的发光器件的截面图，并且图8是根据第三实施例的发光器件的截面图。
图7和图8的发光器件的基本特性与图6的发光器件的相类似。然而，在图7和图8的发光器件中，在位置、尺寸以及数目方面对电流阻挡层70进行了修改。可以根据电流阻挡层70的位置、尺寸以及数目改变第一电极层100的位置。
在实施例中，电流阻挡层70可以被布置在第二导电型半导体层50的底表面的中心区域中，或者除了中心区域之外的区域中。此外，电流阻挡层70可以具有至少两个不同的尺寸。
在下文中，将会参考图1至图6详细地描述用于制造根据第一实施例的发光器件的方法。
参考图1，在衬底10上形成未掺杂的GaN层20、第一导电型半导体层30、有源层40、以及第二导电型半导体层50。缓冲层(未示出)可以进一步形成在衬底10和未掺杂的GaN层20之间。
衬底10可以由蓝宝石(Al2O3)、Si、SiC、GaAs、ZnO、或者MgO中的至少一个形成。
缓冲层可以包括诸如AlInN/GaN、InxGa1-xN/GaN、以及AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN的具有堆叠结构的多层。例如，可以通过将三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、以及三甲基铝(TMAl)连同氢气和氨气一起注入腔室来可以生长缓冲层。
可以通过将三甲基镓(TMGa)连同氢气和氨气一起注入腔室来生长未掺杂的GaN层20。
第一导电型半导体层30可以是掺杂有第一导电型的杂质离子的氮化物半导体层，并且第一导电型半导体层30可以包括具有低折射率的第一氮化物层31和具有高的折射率的第二氮化物层32。
第一导电型半导体层30可以是掺杂有n型杂质离子的半导体层。通过将包含n型杂质(例如，Si)的矽甲烷气体(SiN4)、三甲基镓(TMGa)以及三甲基铝(TMAl)连同氢气和氨气一起注入腔室来生长第一导电型半导体层30。
有源层40和第二导电型半导体层50形成在第一导电型半导体层30上。
可以以单量子阱结构或者多量子阱结构形成有源层40。例如，可以以InGaN阱层/GaN阻挡层的堆叠结构形成有源层40。
第二导电型半导体层50可以是掺杂有第二导电型的杂质离子的氮化物半导体层。例如，第二导电型半导体层50可以是掺杂有p型杂质离子的半导体层。可以通过将双(乙基环戊二烯基)镁(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}连同氢气和氨气一起注入腔室来生长第二导电型半导体层50。
参考图2，掩模60可以形成在第二导电型半导体层50上，并且通过O2等离子体选择性地形成电流阻挡层70。
电流阻挡层70可以由例如GaxOy的氧化物形成。可以通过下面的化学式表示电流阻挡层70。
4GaN+3O2→2Ga2O3+2N2
同时，可以根据掩模60的图案，如图7或者图8中所示地形成电流阻挡层70。
参考图3，在形成电流阻挡层70之后，移除掩模60。
参考图4，欧姆接触层80和第二电极层90形成在第二导电型半导体层50和电流阻挡层70上。
欧姆接触层80可以包括透明电极层。例如，欧姆接触层80可以由铟锡氧化物(ITO)、ZnO、RuOx、TiOx、或者IrOx中的至少一个形成。
而且，欧姆接触层80可以包括反射层和粘性层中的至少一个。
第二电极层90可以由铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、或者导电衬底中的至少一个形成。
参考图5，从图4的结构移除衬底10和未掺杂的GaN层20。如果缓冲层已经形成，那么缓冲层也被移除。
参考图6，对图5的结构执行用于芯片分离的隔离蚀刻工艺。
第一电极层100形成在第一导电型半导体层30上。第一电极层100可以由铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、铂(Pt)、或者金(Au)中的至少一个形成。
这样，能够制造图6的发光器件。
图9至图15是解释根据第四实施例的发光器件和用于制造发光器件的方法的截面图。
参考图15，根据第四实施例的发光器件包括第二电极层90、第二电极层90上的欧姆接触层80、欧姆接触层80上的第二导电型半导体层50、有源层40、第一导电型半导体层30、以及第一导电型半导体层30上的第一电极100。而且，用于改变电流路径的电流阻挡层70被布置在第一导电型半导体层30上。
欧姆接触层80的底表面和侧表面可以与第二电极层90相接触。欧姆接触层80的顶表面和第二电极层90的顶表面可以被布置在同一水平面上。
第一电极层100和欧姆接触层80被布置在垂直方向上。第一电极层100和第二电极层90可以被布置在垂直方向上。即，至少部分第一电极层100和欧姆接触层80或者第二电极层90可以被布置在同一垂直面上。
在根据第四实施例的发光器件中，电流阻挡层70被布置在第一电极层100下方的第一导电型半导体层30的内部。电流阻挡层70由绝缘材料形成。电流阻挡层70可以由SiO2、SiNx、TiO2、Ta2O3、SiOn、以及SiCN中的至少一个形成。
如图15中的箭头所示，由于电流阻挡层70的形成，使得从欧姆接触层80流到第一电极层100的电流没有集中在第一电极层100的下侧，并且在第一导电型半导体层30上的大面积中流动。
因此，能够防止电流集中在第一电极层100的下侧流动的电流集中现象。因此，发光器件能够以稳定的操作电压进行操作并且能够提高发光效率。
此外，第一导电型半导体层30可以包括第一氮化物层31和第二氮化物层32。第一氮化物层31可以由具有比第二氮化物层32低的折射率的介质层形成。换言之，第二氮化物层32可以由具有比第一氮化物层31高的折射率的介质层形成。
在本实施例中，电流阻挡层70形成在第二氮化物层32中。
第一氮化物层31可以由例如n-AlGaN或者n-AlN的AlxGa1-xN(0＜x≤1)形成，并且第二层32可以由n-GaN形成。当从有源层40发射的光的波长是450nm时，GaN的折射率大约是2.44，并且AlGaN或者AlN的折射率是大约2.12至大约2.44。
根据Al与Ga的构成比，AlGaN的折射率变成大约2.12至大约2.44。当Al的含量相对大于Ga的含量时，折射率变低，因此增加光提取效率。
在根据第四实施例的发光器件中，由于第一导电型半导体层30包括第一氮化物层31和第二氮化物层32，所以从有源层40发射并且入射到第二氮化物层32上的光能够通过第一氮化物层31有效率地提取到外部。因此，能够提高发光器件的发光效率。
图16是根据第五实施例的发光器件的截面图。
图16的发光器件的基本特性与图15的相类似。然而，在图16的发光器件中，电流阻挡层70被部分地设置为多个。
当电流阻挡层70被部分地设置为多个时，能够更加容易地生长第一导电型半导体层30。
由于电流也在电流阻挡层70之间流动，所以电流分散效果能够被最大化。
图17是图15中所示的电流阻挡层的平面图，并且图18是图16中所示的电流阻挡层的平面图。
如图15和图16中所示，第一导电型半导体层30也生长在电流阻挡层70上。如图18中所示，当电流阻挡层70被划分为多层并且彼此隔开时，第一导电型半导体层30能够生长在电流阻挡层70之间。
在下文中，将会参考图9至图15详细地描述用于制造根据第四实施例的发光器件的方法。
参考图9，未掺杂的GaN层20和第一导电型半导体层30形成在衬底10上。缓冲层(未示出)可以进一步形成在衬底10和未掺杂的GaN层20之间。
衬底10可以由蓝宝石(Al2O3)、Si、SiC、GaAs、ZnO、或者MgO中的至少一个形成。
缓冲层可以包括诸如AlInN/GaN、InxGa1-xN/GaN、以及AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN的具有堆叠结构的多层。例如，可以通过将三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、以及三甲基铝(TMAl)连同氢气和氨气一起注入腔室来生长缓冲层。
可以通过将三甲基镓(TMGa)连同氢气和氨气一起注入腔室来生长未掺杂的GaN层20。
第一导电型半导体层30可以是掺杂有第一导电型的杂质离子的氮化物半导体层，并且第一导电型半导体层30可以包括具有低折射率的第一氮化物层31和具有高折射率的第二氮化物层32。
第一导电型半导体层30可以是掺杂有n型杂质离子的半导体层。可以通过将包含n型杂质(例如，Si)的矽甲烷气体(SiN4)、三甲基镓(TMGa)以及以及三甲基铝(TMAl)连同氢气和氨气一起注入腔室来生长第一导电型半导体层30。
第一氮化物层31形成在未掺杂的GaN层20上，并且第二氮化物层32在第一氮化物层31上生长到预定的厚度。
参考图10，掩模(未示出)形成在第二氮化物层32上，并且电流阻挡层70由绝缘材料形成。电流阻挡层70可以由SiO2、SiNx、TiO2、Ta2O3、SiON以及SiCN中的至少一个形成。例如，当电流阻挡层70由SiO2形成时，能够通过注入诸如SiH4或者Si2H6的含硅气体和诸如N2O、O2或者O3的含氧气体通过CVD工艺形成。
在这样的情况下，可以根据掩模(未示出)的图案形状，如图10和图17或者图16和图18中所示地形成电流阻挡层70。
参考图11，移除掩膜(未示出)，并且额外地生长第二氮化物层30。随着额外地生长第二氮化物层32，电流阻挡层70被掩埋在第二氮化物层32内。
有源层40和第二导电型的半导体层50形成在第一导电型半导体层30上。
可以以单量子阱结构或者多量子阱结构形成有源层40。例如，可以以InGaN阱层/GaN阻挡层的堆叠结构形成有源层40。
第二导电型半导体层50可以是掺杂有第二导电型的杂质离子的氮化物半导体层。例如，第二导电型半导体层50可以是掺杂有p型杂质离子的半导体层。可以通过将双(乙基环戊二烯基)镁(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}连同氢气和氨气一起注入腔室来生长第二导电型半导体层50。
参考图12，欧姆接触层80和第二电极层90形成在第二导电型半导体层50上。
欧姆接触层80可以包括透明电极层。例如，欧姆接触层80可以由铟锡氧化物(ITO)、ZnO、RuOx、TiOx、或者IrOx中的至少一个形成。
而且，欧姆接触层80可以包括反射层和粘性层中的至少一个。
第二电极层90可以由铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、或者导电衬底中的至少一个形成。
参考图13，从图12的结构移除衬底10和未掺杂的GaN层20。如果缓冲层已经形成，那么缓冲层也被移除。
参考图14，对图13的结构执行用于芯片分离的隔离蚀刻工艺。
参考图15，第一电极层100形成在第一导电型半导体层30上。第一电极层100可以由铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、铂(Pt)、或者金(Au)中的至少一个形成。
这样，能够制造图15和图16的发光器件。
虽然已经参照本发明的多个示例性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域的技术人员可以想到多个其它修改和实施例，这将落入本发明原理的精神和范围内。更加具体地，在本说明书、附图和所附权利要求的范围内的主要内容组合布置的组成部件和/或布置中，各种变化和修改都是可能性。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外，对于本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。
[工业实用性]
实施例能够应用于用作光源的发光器件，以及用于制造发光器件的方法。
Claims (15)
1.一种发光器件，包括：
第二电极层；
所述第二电极层上的第二导电型半导体层；
电流阻挡层，所述电流阻挡层包括所述第二导电型半导体层的氧化物；
所述第二导电型半导体层上的有源层；
所述有源层上的第一导电型半导体层；以及
所述第一导电型半导体层上的第一电极层。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中至少部分所述第一电极层、所述第二电极层、以及所述电流阻挡层在垂直方向上重叠。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述电流阻挡层的顶表面和侧表面与所述第二导电型半导体层相接触，并且所述电流阻挡层的底表面被布置为面向所述第二电极层。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述电流阻挡层被设置为多个并且彼此隔开。
5.根据权利要求1所述的发光器件，包括在所述第二电极层和所述电流阻挡层之间的欧姆层。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述电流阻挡层被设置为多个并且至少两个电流阻挡层具有不同的尺寸。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一导电型半导体层包括第一氮化物层和第二氮化物层，并且所述第一氮化物层具有比所述第二氮化物层小的折射率。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述第一氮化物层包括AlGaN层或者AlN层，并且所述第二氮化物层包括GaN层。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述电流阻挡层由GaxOy形成。
10.一种发光器件，包括：
第二电极层；
所述第二电极层上的第二导电型半导体层；
所述第二导电型半导体层上的有源层；
所述有源层上的第一导电型半导体层；
所述第一导电型半导体层中的电流阻挡层；以及
所述第一导电型半导体层上的第一电极层。
11.根据权利要求10所述的发光器件，其中至少部分所述第一电极层、所述第二电极层、以及所述电流阻挡层在垂直方向上重叠。
12.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述电流阻挡层的顶表面、底表面、以及侧表面由所述第一导电型半导体层包围。
13.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述电流阻挡层由SiO2、SiNx、TiO2、Ta2O3、SiON、或者SiCN中的至少一个形成。
14.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述电流阻挡层被设置为多个并且彼此隔开。
15.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述第一导电型半导体层包括第一氮化物层和第二氮化物层，并且所述第一氮化物层具有比所述第二氮化物层小的折射率，以及
其中所述电流阻挡层被形成在所述第二氮化物层中。
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