CN102047454A - 发光器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光器件和制造发光器件的方法。发光器件包括：支撑衬底；支撑衬底上的晶圆结合层；晶圆结合层上方的第二电极层，其包括电流阻挡层和反射电流扩展层；第二电极层上方的电流注入层；电流注入层上方的超晶格结构层；超晶格结构层上方的第二导电半导体层；第二导电半导体层上方的有源层；有源层上方的第一导电半导体层；以及第一导电半导体层上方的第一电极层。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光器件及其制造方法。
背景技术
最近，作为发光器件的发光二极管(LED)得以被关注。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。
LED可以被分成横向型LED和垂直型LED。
根据横向型LED，第一导电半导体层、有源层、以及第二导电半导体层被形成在生长衬底上，并且第二导电半导体层、有源层、以及第一导电半导体层被部分地去除使得能够暴露第一导电半导体层的一部分以形成电极层。因此，发光面积被减少，从而光效率可能被降低。
此外，根据横向型LED，由于第一导电半导体层、有源层、以及第二导电半导体层被形成在具有低导热性的生长衬底上，因此难以散热。
相反地，根据垂直型LED，第一电极层被形成在第一导电半导体层上并且第二电极层被形成在第二导电半导体层下面，因此不需要去除有源层，以形成电极层。因此，发光面积不被减少，使得与横向型LED相比，可以提高光效率。
此外，根据垂直型LED，通过第二电极层传输热，所以容易散热。
尽管垂直型LED具有优点，在垂直型LED和横向型LED中仍然存在多个需求。
首先，在LED中，通过防止在第一和第二电极之间流动的电流被集中在特定区域上，并且允许电流被宽范围地扩展以增加发光面积，从而增加光效率。
第二，在LED中，因为由于低的载流子浓度和迁移率导致第二导电半导体层具有相对高的薄膜电阻，所以要求包括ITO或者ZnO的透明电流注入层以形成欧姆接触界面。然而，通过诸如沉积和热处理工艺的下述工艺，包括ITO或者ZnO的电流注入层形成肖特基接触界面而不是欧姆接触界面。因此，需要形成欧姆接触界面的电流注入层。
第三，在垂直型LED中，当通过晶圆结合工艺将发光半导体层结合到导电支撑衬底(substrate)时，由于发光半导体层和导电支撑衬底之间的热膨胀系数中的差而导致在发光半导体层中可以引起裂缝或者破损。因此，必须在低于300℃的温度下执行晶圆结合工艺以最小化热应力，使得很难执行后续的工艺。
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及其制造方法。
实施例提供具有能够提高电特性的发光器件及其制造方法。
实施例提供能够提高光效率的发光器件及其制造方法。
技术方案
根据实施例，发光器件包括支撑衬底；支撑衬底上的晶圆结合层；晶圆结合层上方的第二电极层，所述第二电极层包括电流阻挡层和反射电流扩展层；第二电极层上方的电流注入层；电流注入层上方的超晶格结构层；超晶格结构层上方的第二导电半导体层；第二导电半导体层上方的有源层；有源层上方的第一导电半导体层；以及第一导电半导体层上方的第一电极层。
根据实施例，发光器件包括支撑衬底；支撑衬底上方的晶圆结合层；被部分地形成在晶圆结合层上方的电流阻挡层；晶圆结合层和电流阻挡层上方的反射电流扩展层；被提供在反射电流扩展层的横向表面和顶表面上方的电流注入层；电流注入层的横向表面和顶表面上方的超晶格结构层；超晶格结构层和反射电流扩展层上方的第二导电半导体层；第二导电半导体层上方的有源层；有源层上方的第一导电半导体层；以及第一导电半导体层上方的第一电极层。
有益效果
实施例提供具有新颖的结构的发光器件及其制造方法。
实施例提供具有能够提高电特性的发光器件及其制造方法。
实施例提供能够提高光效率的发光器件及其制造方法。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的发光器件的截面图；
图2是示出根据第二实施例的发光器件的截面图；
图3至图11是示出制造根据第一实施例的发光器件的方法的截面图；
图12是示出根据第三实施例的发光器件的截面图；
图13是示出根据第四实施例的发光器件的截面图；
图14至图23是示出制造根据第三实施例的发光器件的方法的截面图；
图24是示出根据第五实施例的发光器件的截面图；
图25是示出根据第六实施例的发光器件的截面图；
图26至图33是示出制造根据第五实施例的发光器件的方法的截面图；
图34是示出根据第七实施例的发光器件的截面图；
图35是示出根据第八实施例的发光器件的截面图；以及
图36至图44是示出制造根据第七实施例的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衬底、另一层(或膜)、另一区域、另一垫、或者另一图案“上”或“下”时，它能够“直接”或“间接”在另一衬底、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该种层的位置。
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。
图1是示出根据第一实施例的发光器件的截面图。
参考图1，第一和第二晶圆结合层130和170被形成在支撑衬底160上方，并且扩散阻挡层120被形成在第一晶圆结合层130上方。
包括反射电流扩展层111和电流阻挡层112的第二电极层110被形成在扩散阻挡层120上方，并且电流注入层100被形成在第二电极层110上方。
另外，超晶格结构层90被形成在电流注入层100上方，并且包括第二导电半导体层40、有源层30、以及第一导电半导体层20的发光半导体层被形成在超晶格结构层90上方。
另外，光提取结构层200和第一电极层210被形成在第一导电半导体层20上方。
更加详细地，通过电镀方案、PVD(物理气相沉积)方案、或者CVD(化学气相沉积)方案，支撑衬底160可以具有包括10μm或者更大的厚度的导电薄膜。例如，支撑衬底160可以包括从由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。
第一晶圆结合层130和第二晶圆结合层170可以包括可以在大约300℃至大约700℃的温度下具有强大的结合强度的导电材料。例如，第一晶圆结合层130和第二晶圆结合层170可以包括从由Au、Ag、Al、Rh、Cu、Ni、Ti、Pd、Pt、Cr、以及金属硅化物组成的组中选择的至少一个。
根据组成第二电极层110和第一晶圆结合层130的材料，扩散阻挡层120可以选择性地包括各种材料。例如，扩散阻挡层120可以包括从由Pt、Pd、Cu、Rh、Re、Ti、W、Cr、Ni、Si、Ta、TiW、TiNi、NiCr、TiN、WN、CrN、TaN、TiWN、以及金属硅化物组成的组中选择的至少一个。
第二电极110包括：电流阻挡层112，该电流阻挡层112与第一电极层210垂直地重叠；和反射电流扩展层111，该反射电流扩展层111被提供在电流阻挡层112的横向侧表面处。
电流阻挡层112阻止从外部提供的电流被集中在特定区域上方，使得电流宽范围地扩展，从而增加发光面积以增加光效率。电流阻挡层112可以被布置以与第一电极层210相对应，并且可以被划分为多层。电流阻挡层112可以包括与电流注入层100形成肖特基接触界面的薄膜层或者电绝缘薄膜层。例如，电流阻挡层112可以包括从由包括SiNx、SiO2、或者Al2O3、Al、Ag、Rh、Ti、Cr、V、Nb、TiN、Cu、Ta、Au、Pt、Pd、Ru以及金属硅化物的导电氧化层组成的组中选择的至少一个。
反射电流扩展层111可以包括相对于600nm或者较少的波长的光具有大约80％或者更大的反射率的导电材料。例如，反射电流扩展层111可以包括从由Al、Ag、Rh、Ti、Cr、V、Nb、TiN、Cu、Ta、Au、Pt、Pd、Ru、以及金属硅化物组成的组中选择的至少一个。
包括反射电流扩展层111和电流阻挡层112的第二电极层110防止电流被集中，并且用作用于光的反射器。另外，第二电极层110具有防止材料被扩散的多层结构，提高材料之间的结合强度，并且防止材料被氧化。
电流注入层100可以包括相对于超晶格结构层90形成在欧姆接触界面的包括如下的氮化物或者氮化碳的导电薄膜，其中，所述氮化物或者氮化碳包括II、III、或者IV元素。
例如，电流注入层100可以包括通过InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x，0≤y，x+y≤1)的化学式表示并且具有6nm或者更大的厚度的单层结构或者多层结构。
电流注入层100可以被掺杂有Si、Mg、或者Zn。例如，电流注入层100可以包括被掺杂有Si的GaN，或者被掺杂有Si的AlGaN。
超晶格结构层90与第二导电半导体层40形成欧姆接触界面，使得能够在垂直方向中容易地注入电流。超晶格结构层90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导电现象。
超晶格结构层90可以具有包括如下的氮化物或者氮化碳的多层结构，其中，所述氮化物或者氮化碳包括II、III、或者IV族元素，并且可以以5nm或者更小的厚度来形成具有超晶格结构层90的各层。具有超晶格结构层90的各层可以包括从由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，并且可以被掺杂有Si、Mg、或者Zn。例如，超晶格结构层90可以具有诸如InGaN/GaN、AlGaN/GaN、InGaN/GaN/AlGaN、或者AlGaN/GaN/InGaN的多层结构。
超晶格结构层90可以具有单层结构。例如，可以从由被掺杂有N型掺杂物的InGaN层、GaN层、AlInN层、AlN层、InN层、AlGaN层、以及AlInGaN层组成的组中选择超晶格结构层90，或者可以从由被掺杂有P型掺杂物的InGaN层、GaN层、AlInN层、AlN层、InN层、AlGaN层、以及AlInGaN层组成的组中选择超晶格结构层90。
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的发光半导体层可以包括III族氮化物基半导体材料。例如，第一半导体层20可以包括被掺杂有诸如Si的N型掺杂物的氮化镓基层，并且第二导电半导体层40可以包括如下的氮化镓层，所述氮化镓层包括诸如Mg或者Zn的P型掺杂物。
有源层30通过电子和空穴的复合产生光。例如，有源层30可以包括从由InGaN、AlGaN、GaN、以及AlInGaN组成的组中选择的一个。有源层30可以被涂覆有Si或者Mg。另外，根据组成有源层30的材料的类型来确定从发光器件发射的光的波长。
有源层30可以包括在其中阱层和阻挡层被重复地形成的多层。组成阻挡层的材料的能带隙大于组成阱层的材料的能带隙。阻挡层的厚度可以比阱层的厚度厚。
光提取结构层200以凹凸结构被形成在第一导电半导体层20上方，并且允许从有源层30发射的光被有效地释放到外部。通过选择性地蚀刻第一导电半导体层20可以形成光提取结构层200；或者通过将附加层形成在第一导电半导体层20上方，并且然后对合成结构进行蚀刻来形成光提取结构层200。
第一电极层210被形成在第一导电半导体层20上方，并且可以包括相对于具有大约600nm或者更短的波长的光具有50％或者更大的反射率的材料。例如，第一电极层210可以包括从由Al、Ag、Rh、Ti、Cr、V、Nb、TiN、Cu、Ta、Au、Pt、Pd、Ru、以及金属硅化物组成的组中选择的至少一个。
尽管未示出，但是钝化层可以被形成在发光半导体层的横向表面处。例如，钝化层可以包括如下的电绝缘氧化物，所述电绝缘氧化物包括SiNx、SiO2、或者Al2O3。
图2是示出根据第二实施例的发光器件的截面图。
图2中所示的根据第二实施例的发光器件具有与根据第一实施例的发光器件相类似的结构。因此，将会在描述根据第二实施例的发光器件的同时，集中描述与第一实施例的不同，以避免重复。
在根据第二实施例的发光器件中，在第一导电半导体层20和光提取结构层200上方形成第一欧姆接触电极层220之后，第一电极层210被形成在第一欧姆接触电极层220上方。
在第一欧姆接触电极层220的顶表面上提供凹凸结构，使得从有源层30发射的光能够被有效地提取到外部。
第一欧姆接触电极层220相对于第一导电半导体层20形成欧姆接触界面，并且相对于大约600nm或者更短的波长具有70％或者更大的透光率。
例如，第一欧姆接触电极层220可以包括从由TiN、TiO、ITO、ZnO、RuO2、IrO2、In2O3、SnO2、ZnGaO、InZnO、ZnInO、以及Ni-O-Au组成的组中选择的至少一个。
图3至图11是示出制造根据第一实施例的发光器件的方法的截面图。
参考图3，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的发光半导体层被形成在生长衬底10上方。超晶格结构层90和电流注入层100被形成在第二导电半导体层40上方。
例如，生长衬底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。
尽管未示出，但是缓冲层可以被形成在生长衬底10和第一导电半导体层20之间，并且缓冲层被形成在生长衬底10上方以提高生长衬底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MOCVD或者MBE单晶生长方案，可以将发光半导体层形成在缓冲层上方。例如，第一导电半导体层20可以包括被掺杂有Si的AlGaN层或者GaN层，并且有源层30可以包括未掺杂的GaN层和InGaN层。第二导电半导体层40可以包括被掺杂有Mg的AlGaN层或者GaN层。
超晶格结构层90和电流注入层100相对于第二导电半导体层40形成欧姆接触界面，使得在垂直方向中能够容易地注入电流。另外，超晶格结构层90和电流注入层100能够防止组成第二电极层110的材料被扩散到发光半导体层中。例如，超晶格结构层90可以包括被掺杂有Si的InGaN层/GaN层。InGaN层/GaN层可以具有大约5nm或者更小的厚度。另外，电流注入层100可以包括被掺杂有Mg的GaN层，并且GaN层可以具有大约6nm或者更大的厚度。
参考图4，包括反射电流扩展层111和电流阻挡层112的第二电极层110被形成在电流注入层100上方。另外，扩散阻挡层120和第一晶圆结合层130被形成在第二电极层110上方。
例如，反射电流扩展层111可以包括Ag或者包括Ag的合金。电流阻挡层112可以包括如下的电绝缘氧化层，所述电绝缘氧化层包括SiNx、SiO2、或者Al2O3。
扩散阻挡层120防止材料被扩散在第二电极层110和第一晶圆结合层130之间。例如，扩散阻挡层120可以包括TiW或者TiWN。
第一晶圆结合层130可以包括Au或者包括Au的合金，所述第一晶圆结合层130是通过预定的压力在大约300℃或者更高的温度下具有较强的结合强度的导电材料。
参考图5，制备临时衬底140，并且牺牲分离层150、支撑衬底160、以及第二晶圆结合层170被形成在临时衬底140上方。
临时衬底140可以具有与生长衬底10相同或者近似于生长衬底10的热膨胀系数。临时衬底140防止在将要描述的晶圆结合工艺中，由于生长衬底10和支撑衬底160之间的热膨胀系数的差而导致在发光半导体层中出现裂缝或者破损。换言之，在将支撑衬底160插入临时衬底140和生长衬底10之间的同时，布置临时衬底140和生长衬底10。换言之，具有相同的热膨胀系数或者近似的热膨胀系数的材料相互对称，使得防止生长衬底10被弯曲。
例如，与生长衬底10相类似，临时衬底140可以包括从由Al203、SiC、Si、AlN、GaN、AlGaN、玻璃、以及GaAs组成的组中选择的一个。
牺牲分离层150可以包括使用CMP(化学机械抛光)工艺、化学湿蚀刻方案、或者光子束而对其进行热化学分解反应的材料。例如，牺牲分离层150可以包括从由InGaN、ZnO、以及GaN组成的组中选择的一个。
例如，支撑衬底160可以具有包括金属、合金、或者固溶体的多层或者单层结构。第二晶圆结合层170可以包括Au或者包括Au的合金。
参考图6，通过晶圆结合工艺，将图4的结构结合到图5的结构，从而形成复合结构。
换言之，第一晶圆结合层130被结合到第二晶圆结合层170，从而形成复合结构。
在真空、氧、氩、或者氮气的环境、静水压、以及在正常温度或者700℃以下的温度的条件下可以执行晶圆结合工艺。
在晶圆结合工艺之前，为了提高第一和第二晶圆结合层130和170之间的欧姆接触界面或者机械结合强度，可以执行热表面工艺或者热处理工艺。
参考图7，生长衬底10与图6的复合结构分离。
例如，如果生长衬底10包括诸如蓝宝石衬底的光学透明衬底，或者使用使热化学分解反应发生的AlN衬底，那么光子束500被照射到生长衬底10，使得生长衬底10能够与复合结构分离。
参考图8，在移除生长衬底10之后，光提取结构200被形成在第一导电半导体层20上方。
通过用于第一导电半导体层20的湿法蚀刻工艺或者干法蚀刻工艺，在第一导电半导体层20的表面上方通过形成凹凸结构而可以形成光提取结构200。
参考图9，第一电极层210被形成在第一导电半导体层20上方。
第一电极层210可以与电流阻挡层112垂直地重叠。例如，第一电极层210可以包括Cr/Al/Cr/Au的堆叠结构。
参考图10和图11，临时衬底140与图9所产生的结构分离。
与生长衬底10相类似，通过使用光子束500，通过热化学分解反应可以将临时衬底140分离。在这样的情况下，通过热化学分解反应来将牺牲分离层150分解和移除。
因此，如图11中所示，能够制造根据第一实施例的发光器件。
同时，制造根据第二实施例的发光器件的方法与制造根据第一实施例的发光器件的方法相类似。
然而，在图9中，在第一欧姆接触电极层220已经被形成在第一导电半导体层20和光提取结构层200的上方之后，第一电极层210被形成在第一欧姆接触电极层220上方。
例如，第一欧姆接触电极层220可以包括从由ITO、InZnO、以及ZnInO组成的组中选择的一个，并且第一电极层210可以具有Ag/Ti/Pt/Au的堆叠结构。
图12是示出根据第三实施例的发光器件的截面图。
将会在描述根据第三实施例的发光器件的同时，集中描述与第一实施例的不同，以避免重复。
参考图12，第二晶圆结合层170被形成在支撑衬底160上方，并且电流阻挡层250和第一晶圆结合层130被形成在第二晶圆结合层170的上方。另外，扩散电阻层120被形成在第一晶圆结合层130上方。
第一晶圆结合层130和扩散阻挡层120被布置在电流阻挡层250的横向表面处。
反射电流扩展层111被形成在扩散阻挡层120和电流阻挡层250上方，并且电流注入层100被部分地形成在反射电流扩展层111上方。电流注入层100被形成在反射电流扩展层111的顶表面上方和横向表面处。
超晶格结构层90被形成在电流注入层100上方。另外，超晶格结构层90被提供在反射电流扩展层111的横向表面处。
包括第二导电半导体层40、有源层30、以及第一导电半导体层20的发光半导体层被形成在超晶格结构层90和反射电流扩展层111上方。
另外，光提取结构层200和第一电极层210被形成在第一导电半导体层20上方。
同时，电流阻挡层250被形成在第二晶圆结合层170上方，同时延伸到超晶格结构层90。电流阻挡层250与第一电极层210垂直地重叠。例如，电流阻挡层250可以包括诸如空气、SiNx、SiO2、或者Al2O3的电绝缘材料。
反射电流扩展层111的一部分被形成在电流阻挡层250上方，通过超晶格结构层90，并且接触第二导电半导体层40。
反射电流扩展层111与第二导电半导体层40和超晶格结构层90形成肖特基接触界面，并且相对于电流注入层100形成欧姆接触界面。例如，反射电流扩展层111可以包括从由Al、Ag、Rh、Ti、Cr、V、Nb、TiN、Cu、Ta、Au、Pt、Pd、Ru、以及金属硅化物组成的组中选择的至少一个。
电流阻挡层250和反射电流扩展层111防止从外部施加的电流被集中，并且允许电流被宽范围地扩展，从而增加发光面积以增加光效率。
图13是示出根据第四实施例的发光器件的截面图。
图13中所示的根据第四实施例的发光器件具有与根据第三实施例的发光器件相类似的结构。因此，将会在描述根据第四实施例的发光器件的同时，集中描述与第三实施例的不同，以避免重复。
在根据第四实施例的发光器件中，第一欧姆接触电极层220被形成在第一导电半导体层20和光提取结构层200上方，并且第一电极层210被形成在第一欧姆接触电极层220上方。
在第一欧姆接触电极层220的顶表面上提供凹凸结构，使得从有源层30发射的光能够被有效地提取到外部。
第一欧姆接触电极层220相对于第一导电半导体层20形成欧姆接触界面，并且相对于大约600nm或者更短的波长具有70％或者更大的透光率。
例如，第一欧姆接触电极层220可以包括从由TiN、TiO、ITO、ZnO、RuO2、IrO2、In2O3、SnO2、ZnGaO、InZnO、ZnInO、以及Ni-O-Au组成的组中选择的至少一个。
图14至图23是示出制造根据第三实施例的发光器件的方法的截面图。将会在描述制造根据第三实施例的发光器件的方法的同时，集中描述与根据第一实施例的发光器件的不同，以避免重复。
参考图14，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的发光半导体层被形成在生长衬底10上方。超晶格结构层90和电流注入层100被形成在第二导电半导体层40上方。
参考图15，电流注入层100、超晶格结构层90、以及第二导电半导体层40被选择性地移除以形成沟槽部分251。
通过沟槽部分251，第二导电半导体层40被部分地暴露。
参考图16，反射电流扩展层111被形成在包括沟槽部分251的电流注入层100上方，并且扩散阻挡层120和第一晶圆结合层130被形成在反射电流扩展层111上方，使得沟槽部分251能够被暴露。
反射电流扩展层111相对于第二导电半导体层40和超晶格结构层90形成肖特基接触界面，并且相对于电流注入层100形成欧姆接触界面。
另外，电流阻挡层250被形成在沟槽部分251中。
参考图17，制备临时衬底140，并且牺牲分离层150、支撑衬底160、以及第二晶圆结合层170被形成在临时衬底140上方。
参考图18，通过晶圆结合工艺，将图16的结构结合到图17的结构，从而形成复合结构。
换言之，第一晶圆结合层130被结合到第二晶圆结合层170，从而形成复合结构。
参考图19，生长衬底10与图18中所示的复杂结构分离。
例如，如果生长衬底10包括诸如蓝宝石衬底的光学透明衬底，或者使用使热化学分解反应发生的AlN衬底，那么光子束500被照射到生长衬底10，使得生长衬底10能够与复合结构分离。
参考图20，在已经移除生长衬底10之后，光提取结构200被形成在第一欧姆接触电极层220上方。
参考图21，第一电极层210被形成在第一导电半导体层20上方。
第一电极层210可以与电流阻挡层250垂直地重叠。例如，第一电极层210可以包括Cr/Al/Cr/Au的堆叠结构。
参考图22和图23，临时衬底140与图21的结构分离。
与生长衬底10相类似，通过使用光子束500，通过热化学分解反应临时衬底140能够被分离。在这样的情况下，通过热化学分解反应来将牺牲分离层150分解和移除。
因此，能够制造如图23中所示的根据第四实施例的发光器件。
同时，制造根据第四实施例的发光器件的方法与制造根据第三实施例的发光器件的方法相类似。
然而，在图21中，在第一欧姆接触电极层220已经被形成在第一导电半导体层20和光提取结构层200上方之后，第一电极层210被形成在第一欧姆接触电极层220上方。
例如，第一欧姆接触电极层220可以包括从由ITO、InZnO、以及ZnInO中的一个，并且电极层210可以具有Ag/Ti/Pt/Au的堆叠结构。
图24是示出根据第五实施例的发光器件的截面图。
图24中所示的根据第五实施例的发光器件具有与根据第一实施例的发光器件的相类似的结构。因此，将会在描述根据第五实施例的发光器件的同时，集中描述与第一实施例的不同，以避免重复。
参考图24，支撑衬底160被形成在第二欧姆接触电极层400上方，并且第一和第二晶圆结合层130和170被形成在支撑衬底160上方。另外，扩散阻挡层120被形成在第一晶圆结合层130上方。
包括反射电流扩展层111和电流阻挡层112的第二电极层110被形成在扩散阻挡层120上方，并且电流注入层100被形成在第二电极层110上方。
另外，超晶格结构层90被形成在电流注入层100上方，并且包括第二导电类型半导体层40、有源层30、以及第一导电半导体层20的发光半导体层被形成在超晶格结构层90上方。
另外，光提取结构层200和第一电极层210被形成在第一导电半导体层20上方。
与第一实施例相类似，支撑衬底160可以包括如下的金属板或者箔，所述金属板或者箔包括从由Cu、Ni、NiCu、NiCr、Nb、Au、Ta、以及Ti组成的组中选择的一个；或者可以包括如下的晶圆，所述晶圆包括从由Si、GaAs、Ge、SiGe、AlN、GaN、AlGaN、SiC、以及AlSiC组成的组中选择的一个。
图25是示出根据第六实施例的发光器件的截面图。
图25中所示的根据第六实施例的发光器件具有与根据第五实施例的发光器件相类似的结构。因此，将会在描述根据第六实施例的发光器件的同时，集中描述与第五实施例的不同，以避免重复。
在根据第六实施例的发光器件中，第一欧姆接触电极层220被形成在第一导电半导体层20和光提取结构层220上方，并且第一电极层210被形成在第一欧姆接触电极层220上方。
在第一欧姆接触电极层220的顶表面上提供凹凸结构，使得从有源层30发射的光能够被有效地提取到外部。
第一欧姆接触电极层220相对于第一导电半导体层20形成欧姆接触界面，并且相对于大约600nm或者更短的波长具有70％或者更大的透光率。
例如，第一欧姆接触电极层220可以包括从由TiN、TiO、ITO、ZnO、RuO2、IrO2、In2O3、SnO2、ZnGaO、InZnO、ZnInO、以及Ni-O-Au组成的组中选择的至少一个。
图26至图33是示出制造根据第五实施例的发光器件的方法的截面图。将会在描述制造根据第五实施例的发光器件的方法的同时，集中描述与根据第一实施例的发光器件的不同，以避免重复。
参考图26，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的发光半导体层被形成在生长衬底10上方。超晶格结构层90和电流注入层100被形成在第二导电半导体层40上方。
参考图27，包括反射电流扩展层111和电流阻挡层112的第二电极层110被形成在电流注入层100上方。另外，扩散阻挡层120和第一晶圆结合层130被形成在第二电极层110上方。
参考图28，制备支撑衬底160，并且第二晶圆结合层170和第三晶圆结合层180被形成在支撑衬底160的横向表面处。
第三晶圆结合层180可以包括与第二晶圆结合层170相同的材料。
参考图29，制备临时衬底140，并且牺牲分离层150和第四晶圆结合层190被形成在临时衬底140上方。
临时衬底140可以包括：相对于具有大约500nm或者更短的波长的光具有70％或者更大的透光率的材料；或者与生长衬底10的热膨胀系数具有大约2ppm/℃或者更小的差的材料。例如，临时衬底140可以包括从由Al2O3、SiC、GaN、InGaN、AlGaN、AlN、尖晶石、铌酸锂、镓酸钕(neodymium gallate)、以及Ga2O3组成的组中选择的一个。
为了通过使用光子束分离临时衬底140，牺牲隔离层150可以包括从由ZnO、GaN、InGaN、InN、ITO、AlInN、AlGaN、ZnInN、ZnGaN、以及MgGaN组成的的组选择的一个。为了通过使用湿法蚀刻溶液分离临时衬底140，牺牲隔离层150可以包括从由Au、Ag、Pd、SiO2、以及SiNx组成的组中选择的一个。
第四晶圆结合层190可以包括与第三晶圆结合层180相同的材料。
参考图30，通过晶圆结合工艺，将图27、图28、以及图29中所示的结构相互结合，从而形成复合结构。
换言之，第一晶圆结合层130被结合到第二晶圆结合层170，并且第三晶圆结合层180被结合到第四晶圆结合层190。
参考图31，生长衬底10和临时衬底140与图30中所示的复杂结构分离。
例如，通过照射光子束500，可以将生长衬底10和临时衬底140分离。
在这样的情况下，牺牲分离层150被移除。在牺牲分离层150已经被移除之后，第三和第四晶圆结合层180和190被移除。
参考图32，在生长衬底10已经被移除之后，光提取结构层200被形成在第一导电半导体层20上方。
参考图33，第一电极层210被形成在第一导电半导体层20上方。第二欧姆接触电极层400被形成在支撑衬底160下面。
因此，如图33中所示，能够制造根据第五实施例的发光器件。
同时，制造根据第六实施例的发光器件的方法与制造根据第五实施例的发光器件的方法相类似。
然而，在图33中，在第一欧姆接触电极层220已经被形成在第一导电半导体层20和光提取结构层200上方之后，第一电极层210被形成在第一欧姆接触电极层220上方。
图34是示出根据第七实施例的发光器件的截面图。
将会在描述根据第七实施例的发光器件的同时，集中描述与第三实施例的不同，以避免重复。
参考图34，支撑衬底160被形成在第二欧姆接触电极400上方，并且第二晶圆结合层170被形成在支撑衬底160上方。另外，电流阻挡层250和第一晶圆结合层130被形成在第二晶圆结合层170上方。另外，扩散阻挡层120被形成在第一晶圆结合层130上方。
第一晶圆结合层130和扩散阻挡层120被提供在电流阻挡层250的横向表面处。
反射电流扩展层111被形成在扩散阻挡层120和电流阻挡层250上方，并且电流注入层100被部分地形成在反射电流扩展层111上方。电流注入层100被布置在反射电流扩展层111的顶表面上方和横向表面处。
超晶格结构层90被形成在电流注入层100上方。另外，超晶格结构层90被提供在反射电流扩展层111的横向表面处。
包括第二导电半导体层40、有源层30、以及第一导电半导体层20的发光半导体层被形成在超晶格结构层90和反射电流扩展层111上方。
另外，光提取结构层200和第一电极层210被形成在第一导电半导体层20上方。
同时，电流阻挡层250被形成在第二晶圆结合层170上方，同时延伸到超晶格结构层90。电流阻挡层250与第一电极层210垂直地重叠。例如，电流阻挡层250可以包括诸如空气、SiNx、SiO2、或者Al2O3的电绝缘材料。
反射电流扩展层111的一部分被形成在电流阻挡层250上方，通过超晶格结构层90，并且接触第二导电半导体层40。
反射电流扩展层111相对于第二导电半导体层40和超晶格结构层90形成肖特基接触界面，并且相对于电流注入层100形成欧姆接触界面。例如，反射电流扩展层111可以包括从由Al、Ag、Rh、Ti、Cr、V、Nb、TiN、Cu、Ta、Au、Pt、Pd、Ru、以及金属硅化物组成的组中选择的至少一个。
电流阻挡层和反射电流扩展层111防止从外部施加的电流被集中在特定区域上，并且允许电流被宽范围地扩展，从而增加发光面积以增加光效率。
图35是示出根据第八实施例的发光器件的截面图。
图35中所示的根据第八实施例的发光器件具有与根据第七实施例的发光器件相类似的结构。因此，将会在描述根据第八实施例的发光器件的同时，集中描述与第七实施例的不同，以避免重复。
在根据第八实施例的发光器件中，第一欧姆接触电极层220被形成在第一导电半导体层20和光提取结构层200上方，并且第一电极层210被形成在第一欧姆接触电极层220上方。
在第一欧姆接触电极层220的顶表面上提供凹凸结构，使得从有源层30发射的光能够被有效地提取到外部。
第一欧姆接触电极层220相对于第一导电半导体层20形成欧姆接触界面，并且相对于大约600nm或者更短的波长具有70％或者更大的透光率。
例如，第一欧姆接触电极层220可以包括从由TiN、TiO、ITO、ZnO、RuO2、IrO2、In2O3、SnO2、ZnGaO、InZnO、ZnInO、以及Ni-O-Au组成的组中选择的至少一个。
图36至图44是示出制造根据第七实施例的发光器件的方法的截面图。将会在描述制造根据第七实施例的发光器件的方法的同时，集中描述与根据第三实施例的发光器件的制造方法的不同，以避免重复。
参考图36，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的发光半导体层被形成在生长衬底10上方。超晶格结构层90和电流注入层100被形成在第二导电半导体层40上方。
参考图37，电流注入层100、超晶格结构层90、以及第二导电半导体层40被选择性地移除，以形成沟槽部分251。
通过沟槽部分251，第二导电半导体层40被部分地暴露。
参考图38，反射电流扩展层111被形成在包括沟槽部分251的电流注入层100上方，并且扩散阻挡层120和第一晶圆结合层130被形成在反射电流扩展层111上方，使得沟槽部分251能够被暴露。
反射电流扩展层111相对于第二导电半导体层40和超晶格结构层90形成肖特基接触界面，并且相对于电流注入层100形成欧姆接触界面。
电流阻挡层250被形成在沟槽部分251中。
参考图39，制备支撑衬底160，并且第二晶圆结合层170和第三晶圆结合层180被形成在支撑衬底160的横向表面处。
参考图40，制备临时衬底140，并且牺牲分离层150和第四晶圆结合层190被形成在临时衬底140上方。
参考图41，通过晶圆结合工艺，将图38、图39、以及图40的结构相互结合，从而形成复合结构。
换言之，第一晶圆结合层130被结合到第二晶圆结合层170，并且第三晶圆结合层180被结合到第四晶圆结合层190。
参考图42，生长衬底10和临时衬底140与图41中所示的复杂结构分离。
例如，通过照射光子束500，生长衬底10和临时衬底140可以与复合结构分离。
在这样的情况下，牺牲隔离层150被移除。在牺牲隔离层150已经被移除之后，第三和第四晶圆结合层180和190被移除。
参考图43，在生长衬底10已经被移除之后，光提取结构层200被形成在第一导电半导体层20上方。
参考图44，第一电极层210被形成在第一导电半导体层20上方。然后，第二欧姆接触电极层400被形成在支撑衬底160下面。
因此，如图44中所示，能够制造根据第七实施例的发光器件。
同时，制造根据第八实施例的发光器件的方法与制造根据第七实施例的发光器件的方法相类似。
然而，在图44中，在第一欧姆接触电极层220已经被形成在第一导电半导体层20和光提取结构层200上方之后，第一电极层210被形成在第一欧姆接触电极层220上方。
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，本领域的技术人员能够设计出都将落入本发明原理的精神和范围内的多个其它修改和实施例。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题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的。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]
实施例可应用于被用作光源的发光器件。
Claims (18)
1.一种发光器件，包括：
支撑衬底；
位于所述支撑衬底上方的晶圆结合层；
位于所述晶圆结合层上方的第二电极层，所述第二电极层包括电流阻挡层和反射电流扩展层；
位于所述第二电极层上方的电流注入层；
位于所述电流注入层上方的超晶格结构层；
位于所述超晶格结构层上方的第二导电半导体层；
位于所述第二导电半导体层上方的有源层；
位于所述有源层上方的第一导电半导体层；以及
位于所述第一导电半导体层上方的第一电极层。
2.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括扩散阻挡层，所述扩散阻挡层在所述晶圆结合层和所述第二电极层之间。
3.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括第一欧姆接触电极层，所述第一欧姆接触电极层位于所述第一导电半导体层和所述第一电极层之间。
4.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括第二欧姆接触电极层，所述第二欧姆接触电极层位于所述支撑衬底下方。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一电极层与所述电流阻挡层竖直地重叠。
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从由Au、Ag、Al、Rh、Cu、Ni、Ti、Pd、Pt、Cr、以及金属硅化物组成的组中选择的至少一种。
7.根据权利要求2所述的发光器件，其中，所述扩散阻挡层包括从由Pt、Pd、Cu、Rh、Re、Ti、W、Cr、Ni、Si、Ta、TiW、TiNi、NiCr、TiN、WN、CrN、TaN、TiWN、以及金属硅化物组成的组中选择的至少一种。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述电流阻挡层包括薄膜层，所述薄膜层相对于电绝缘薄膜层或者所述电流注入层形成肖特基接触界面。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述电流阻挡层包括从由SiNx、SiO2、Al2O3、Al、Ag、Rh、Ti、Cr、V、Nb、TiN、Cu、Ta、Au、Pt、Pd、Ru、以及金属硅化物组成的组中选择的一种。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述电流注入层包括这样的导电薄膜：所述导电薄膜包括含有II、III、或者IV族元素的碳氮化物或者氮化物。
11.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述超晶格结构层包括从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种。
12.根据权利要求3所述的发光器件，其中，所述第一欧姆接触电极层包括从由TiN、TiO、ITO、ZnO、RuO2、IrO2、In2O3、SnO2、ZnGaO、InZnO、ZnInO、以及Ni-O-Au组成的组中选择的至少一种。
13.一种发光器件，包括：
支撑衬底；
晶圆结合层，所述晶圆结合层位于所述支撑衬底的上方；
电流阻挡层，所述电流阻挡层部分地形成在所述晶圆结合层的上方；
反射电流扩展层，所述反射电流扩展层位于所述晶圆结合层和所述电流阻挡层上方；
电流注入层，所述电流注入层设置在所述反射电流扩展层的横向表面和顶表面上方；
超晶格结构层，所述超晶格结构层位于所述电流注入层的横向表面和顶表面上方；
第二导电半导体层，所述第二导电半导体层位于所述超晶格结构层和所述反射电流扩展层上方；
有源层，所述有源层位于所述第二导电半导体层上方；
第一导电半导体层，所述第一导电半导体层位于所述有源层上方；以及
第一电极层，所述第一电极层位于所述第一导电半导体层上方。
14.根据权利要求13所述的发光器件，进一步包括扩散阻挡层，所述扩散阻挡层位于所述晶圆结合层和所述反射电流扩展层之间，其中，所述扩散阻挡层设置在所述电流阻挡层的横向表面处。
15.根据权利要求13所述的发光器件，其中，所述反射电流扩展层与所述电流阻挡层的顶表面和横向表面相接触。
16.根据权利要求13所述的发光器件，其中，所述反射电流扩展层相对于所述第二导电半导体层形成肖特基接触界面。
17.根据权利要求13所述的发光器件，其中，所述电流注入层包括这样的导电薄膜：所述导电薄膜包括含有II、III、或者IV族元素的碳氮化物或者氮化物。
18.根据权利要求13所述的发光器件，其中，所述超晶格结构层包括从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种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130410 Termination date: 20170416 |