CN102017203A

CN102017203A - 发光器件和制造发光器件的方法

Info

Publication number: CN102017203A
Application number: CN200980115885.7A
Authority: CN
Inventors: 宋俊午
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2029-05-04
Also published as: EP2290708A4; WO2009134109A2; EP2290708B1; US9059338B2; US20110163294A1; WO2009134109A3; CN102017203B; EP2290708A2

Abstract

根据本发明的实施例，发光器件包括：支撑基板；支撑基板上的晶圆结合层；晶圆结合层上的电流扩展层；电流扩展层上的第二导电半导体层；第二导电半导体层上的有源层；有源层上的第一导电半导体层；第一导电半导体层上的表面改性层；以及表面改性层上的第一电极层。

Description

发光器件和制造发光器件的方法

技术领域

本发明涉及发光器件和制造发光器件的方法。

背景技术

最近，关注发光二极管(LED)作为发光器件。由于LED能够高效率地将电能转换为光能并且具有大约5年或更长的寿命，所以LED能够显著地减少能量消耗以及维修和维护成本。在这方面，在下一代照明领域中LED受到关注。

这样的LED包括发光器件半导体层，其包括第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层，其中有源层根据施加给第一和第二导电半导体层的电流产生光。

同时，可以从蓝宝石生长基板生长LED，并且发光半导体层被布置在围绕蓝宝石生长基板的晶体c轴相互垂直相交的c(0001)平面上。包含在纤锌矿晶体结构中的对称元素表示III族氮化物基半导体的单晶体具有沿着c轴的自发极化。另外，如果纤锌矿晶体结构是非中心对称的晶体结构，那么III族氮化物基半导体的单晶体可以额外地表现出压电极化。

最近，III族氮化物基半导体的单晶体的生长技术采用终止于3族金属极性表面并且在c轴方向上生长的III族氮化物基半导体的单晶体。换言之，当通过MOCVD或者HVPE生长装置来生长III族氮化物基半导体的单晶体时，与空气接触的表面表现III族金属极性，并且与用作生长基板的蓝宝石基板接触的表面表现氮极性。

因此，如果同一电极材料，即，Ti/Al被堆叠在属于III族金属的具有镓极性的氮化镓的表面和具有氮极性的氮化镓的表面上，那么接触界面根据热处理温度表现不同的行为。

同时，LED被分成横向型LED和垂直型LED。在横向型LED中，第一电极层形成在具有III族金属极性表面的第一导电半导体层上。在垂直型LED中，第一电极层形成在具有氮极性的第一导电半导体层上。

因此，当在垂直型LED中与横向型LED相类似地形成第一电极层时，不能够形成优异的欧姆接触界面，并且出现高驱动压降，使得会发出大量的热并且能够减少LED的寿命。

发明内容

[技术问题]

实施例提供具有新颖的结构的发光器件和制造发光器件的方法。

实施例提供能够提高电气特性的发光器件和制造发光器件的方法。

[技术解决方案]

根据实施例，发光器件包括支撑基板；支撑基板上的晶圆结合层；晶圆结合层上的电流扩展层；电流扩展层上的第二导电半导体层；第二导电半导体层上的有源层；有源层上的第一导电半导体层；第一导电半导体层上的表面改性层；以及表面改性层上的第一电极层。

[有利效果]

附图说明

图1至图5是示出根据实施例的发光器件和制造发光器件的方法的截面图。

具体实施方式

在实施例的描述中，将理解的是，当层(或膜)、区域、图案或结构被称为在另一基板、另一层(或膜)、另一区域、另一垫、或者另一图案“上”或“下”时，它可以“直接”或“间接”在另一基板、层(或膜)、区域、垫、或图案上，或者也可以存在一个或多个中间层。已经参考附图描述了层的这样的位置。

为了方便或清楚起见，附图中所示的每层的厚度和尺寸可以被夸大、省略或示意性绘制。另外，元件的尺寸没有完全反映真实尺寸。

参考图1，包括第一导电半导体层20、有源层30、以及第二导电半导体层40的发光半导体层形成在生长基板10上，并且电流扩展层50和第一晶圆结合层60形成在第二导电半导体层40上。

例如，生长基板10可以包括从由Al₂O₃、SiC、Si、AlN、GaN、AlGaN、玻璃、以及GaAs组成的组中选择的一个。

尽管在附图中未示出，但是缓冲层可以形成在生长基板10和第一导电半导体层20之间。缓冲层形成在生长基板10上以改进生长基板10和第一导电半导体层20之间的晶格匹配。例如，缓冲层可以包括从由InGaN、AlN、SiC、SiCN、以及GaN组成的组中选择的至少一个。

通过诸如MOCVD和MBE的单晶生长方案可以在缓冲层上形成发光半导体层。例如，第一导电半导体层20可以包括掺杂有Si、Ge、Se、或者Te的GaN层或者AlGaN层。有源层30可以包括未掺杂的InGaN层和未掺杂的GaN层，并且第二导电半导体层40可以包括掺杂有Mg、Zn、Ca、Sr、或者Ba的GaN层或者AlGaN层。

发光半导体层具有下述表面，该表面具有氮极性并且与生长基板10相对；并且具有下述表面，该表面具有金属极性并且与电流扩展层50相对。

电流扩展层50可以包括表现出600nm或者更少的波长带中的反射率的70％或者更多的诸如Al、Ag、或者Rh的材料。

电流扩展层50形成与第二导电半导体层40的欧姆接触界面，使得在垂直方向上能够容易地注入电流。

第一晶圆结合层60形成在电流扩展层50上，并且可以包括表现出优异的导热性和强的机械结合力的诸如Au、Ag、Cu、Pt、Pd、或者Al的材料。

尽管未示出，但是超晶格结构层可以形成在第二导电半导体层40和电流扩展层50之间。

超晶格结构层与第二导电半导体层40形成欧姆接触界面使得在垂直方向上能够容易地注入电流。超晶格结构层可以通过减少第二导电半导体层40的掺杂物活化能来增加空穴的有效浓度，或者可以通过带隙工程引起量子力学隧道效应。

超晶格结构层可以具有包括包含II、III、或者IV族元素的氮化碳或者氮化物的多层结构。组成超晶格结构层的每层可以具有大约5nm或者更少的厚度。组成超晶格结构层的每层可以包括从由InN、InGaN、InAlN、AlGaN、GaN、AlInGaN、AlN、SiC、SiCN、MgN、ZnN、以及SiN组成的组中选择的至少一个，并且可以掺杂有Si、Mg、或者Zn。例如，超晶格结构层可以具有诸如InGaN/GaN、AlGaN/GaN、InGaN/GaN/AlGaN、或者AlGaN/GaN/InGaN的多层结构。

另外，超晶格结构层可以具有单层结构。例如，超晶格结构层可以包括掺杂有N型杂质的InGaN层、GaN层、AlInN层、AlN层、InN层、AlGaN层、或者AlInGaN层，或者可以包括掺杂有P型杂质的InGaN层、GaN层、AlInN层、AlN层、InN层、AlGaN层、或者AlInGaN层。

参考图2，具有第二晶圆结合层70的支撑基板80被结合到第一晶圆结合层60的上部分。

在制备支撑基板80之后，第二晶圆结合层70形成在支撑基板80上，并且然后被结合到第一晶圆结合层60。第二晶圆结合层70可以被省略，或者支撑基板80可以被直接结合在第一晶圆结合层60的上部分上。

与第一晶圆结合层60类似地，第二晶圆结合层70可以包括表现出优异的导热性和强的机械结合力的诸如Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Al的材料。

支撑基板80可以包括从由Al₂O₃、SiC、Si、GaAs、Cu、Ni、NiCu、NiCr、Nb、Au、Ta、Ti、以及金属硅化物组成的组中选择的至少一个。

参考图3和图4，生长基板10与图2的结构分开。

当生长基板10与图2的结构分开时，第一导电半导体层20被暴露到外部。在这样的情况下，具有氮极性的表面，即，第一导电半导体层20的氮(N)面被暴露。

参考图5，表面改性层90形成在具有氮极性的暴露表面的第一导电半导体层20上，并且第一电极层100形成在表面改性层90上。

尽管如图5中所示，表面改性层90和第一电极层100形成在第一导电半导体层20的整个表面上，但是表面改性层90和第一电极层100可以部分地形成在第一导电半导体层20上。

表面改性层90形成在第一导电半导体层20的具有氮极性的表面上，使得第一电极层100可以形成欧姆接触界面。

根据第一实施例，表面改性层90可以包括具有5nm或者更小的厚度的金属化合物。金属化合物可以包括从由S、Se、Te、以及F组成的组中选择的至少一个和从由In、Mg、Al、Ga、以及La组成的组中选择的至少一个的化合物。例如，表面改性层90包括In₂S₃，并且第一电极层100可以具有ITO/Cr/Al/Ni/Au的堆叠结构。

根据第二实施例，表面改性层90可以包括包含Ga元素的金属化合物。金属化合物可以包括从由氧化镓、Ga-S、Ga-Se、以及Ga-Te组成的组中选择的一个。例如，表面改性层90包括Ga₂O₃，并且第一电极层100可以具有ITO/Cr/Al/Ni/Au的堆叠结构。

根据第三实施例，表面改性层90可以包括其原子半径大于Ga的原子半径的金属，或者可以包括其原子半径大于Ga的原子半径的金属的固溶体或者合金。其原子半径大于Ga的原子半径的金属可以包括Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Fe、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Bi，或者La基金属。例如，表面改性层90可以包括Rh(铑)，并且第一电极层100可以具有Cr/Al/Ni/Au的堆叠结构。

通过电子束沉积、PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、PLD(等离子体激光沉积)、复式热蒸镀器、或者溅射可以形成表面改性层90和第一电极层100。例如，可以在大约20℃至大约1500℃的温度和大气压到10^-12托的压力的条件下形成表面改性层90和第一电极层100。

在已经形成表面改性层90和第一电极层100之后，能够在室中执行热处理工艺。在大约100℃至大约800℃的温度和真空或者大气的条件下能够执行10秒钟至三个小时的热处理工艺。被引入室中的气体可以包括氮气、氩气、氦气、氧气、氢气、以及空气中的至少一种。

因此，能够制造根据实施例的发光器件。

根据实施例的发光器件，表面改性层90形成在具有氮极性的第一导电半导体层20上，使得能够形成优异的欧姆接触界面。因此，能够提高发光器件的电气特性。

尽管已经描述本发明的示例性实施例，但是理解的是，本发明不应限于这些示例性实施例而是本领域的技术人员能够在如下文的权利要求所要求的本发明的精神和范围内进行各种变化和修改。

[工业实用性]

实施例可用于被用作光源的发光器件。

Claims

1.一种发光器件，包括：

支撑基板；

位于所述支撑基板上的晶圆结合层；

位于所述晶圆结合层上的电流扩展层；

位于所述电流扩展层上的第二导电半导体层；

位于所述第二导电半导体层上的有源层；

位于所述有源层上的第一导电半导体层；

位于所述第一导电半导体层上的表面改性层；以及

位于所述表面改性层上的第一电极层。

2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一导电半导体层具有下述表面：所述表面具有氮极性，同时与所述表面改性层相对。

3.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括位于所述第二导电半导体层和所述电流扩展层之间的超晶格结构层。

4.根据权利要求3所述的发光器件，其中，所述超晶格结构层具有包括包含II族元素、III族元素、或者IV族元素的氮化碳或者氮化物的多层结构。

5.根据权利要求4所述的发光器件，其中，所述超晶格结构层具有包括InGaN/GaN、AlGaN/GaN、InGaN/GaN/AlGaN、以及AlGaN/GaN/InGaN中的一种的多层结构。

6.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述晶圆结合层包括第一晶圆结合层和第二晶圆结合层。

7.根据权利要求6所述的发光器件，其中，所述晶圆结合层包括Au、Ag、Al、Cu、Pd、以及Pt中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述电流扩展层包括Al、Ag、以及Rh中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述表面改性层包括S、Se、Te、以及F中的至少一种和In、Mg、Al、Ga、以及La中的至少一种的化合物。

10.根据权利要求9所述的发光器件，其中，所述表面改性层包括In2S3。

11.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述表面改性层包括包含Ga的金属化合物。

12.根据权利要求11所述的发光器件，其中，所述金属化合物包括氧化镓、Ga-S、Ga-Se、以及Ga-Te中的一种。

13.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述表面改性层包括以下之一：原子半径大于Ga的原子半径的金属、包括原子半径大于Ga的原子半径的金属的合金、以及原子半径大于Ga的原子半径的金属的固溶体。

14.根据权利要求13所述的发光器件，其中，原子半径大于Ga的原子半径的金属包括从以下元素组成的组中选择的至少一种：Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Fe、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Bi，以及La。

15.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述表面改性层和所述第一电极层部分地形成在所述第一导电半导体层上。