CN107534073B - Uv发光装置 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种UV发光装置。所述UV发光装置包括：第一导电型半导体层；防裂层，设置在第一导电型半导体层上；活性层，设置在防裂层上；以及第二导电型半导体层，设置在活性层上，其中，防裂层包括设置在第一导电型半导体层与防裂层之间的界面处的第一晶格点和第二晶格点，第一晶格点连接到第一导电型半导体层的晶格，第二晶格点不连接到第一导电型半导体层的晶格。

Description

UV发光装置
技术领域
本公开的示例性实施例涉及一种紫外光(UV)发光装置，更具体地，涉及一种包括能够防止裂纹的产生以改善半导体层的结晶度的防裂层的UV发光装置。
背景技术
因为UV发光装置发射具有相对短的峰值波长(通常，400nm或更小的峰值波长)的光，在使用氮化物半导体的UV发光装置的制造中，发光区域由包含10％或更多的Al的AlGaN形成。在这样的UV发光装置中，如果n型和p型氮化物半导体层具有比从活性层发射的UV光的能量小的能量带隙，则从活性层发射的UV光可以被吸收到发光装置中的n型和p型氮化物半导体层中。然后，发光装置遭受发光效率的显著劣化。因此，不仅UV发光装置的活性层，而且位于UV发光装置的发光方向上的其它半导体层(具体地，n型半导体层)含有10％或更多的Al。
在UV发光装置的制造中，蓝宝石基底通常用作生长基底。然而，当在蓝宝石基底上生长包含10％或更多的Al的AlxGa(1-x)N层(0.1≤x≤1)时，UV发光装置由于高Al含量而遭受由热或结构变形引起的裂纹或破裂。该问题由蓝宝石基底与AlxGa(1-x)N层(0.1≤x≤1)之间的晶格失配或热膨胀系数的差异引起。具体地，由于具有相对高的热膨胀系数的蓝宝石基底与具有相对低的热膨胀系数的氮化物半导体之间的热膨胀系数的差异，因此当在高温(在大约1000℃或更高)下生长氮化物半导体时，晶片遭受弯曲成凹形。当生长温度再次降低时，晶片再次变平或弯曲成凸形。由于晶片的弯曲，在氮化物半导体中产生裂纹，从而引起发光装置的生产成品率和质量的劣化。
发明内容
技术问题
本公开的示例性实施例提供了一种包括具有良好结晶度并且具有防裂结构的半导体层的UV发光装置。
本公开的示例性实施例提供了一种包括具有良好的结晶度的半导体层的垂直型UV发光装置。
技术方案
根据本公开的方面，UV发光装置包括：第一导电型半导体层；防裂层，设置在第一导电型半导体层上；活性层，设置在防裂层上；以及第二导电型半导体层，设置在活性层上，其中，防裂层包括设置在第一导电型半导体层与防裂层之间的界面处的第一晶格点和第二晶格点，第一晶格点连接到第一导电型半导体层的晶格，第二晶格点不连接到第一导电型半导体层的晶格。
根据本公开的各个方面，UV发光装置包括：第一导电型半导体层；防裂层，设置在第一导电型半导体层上；活性层，设置在防裂层上；以及第二导电型半导体层，设置在活性层上，其中，位于第一导电型半导体层与防裂层之间的界面上方的部分具有比位于界面下方的部分的晶格密度高的晶格密度。
根据本公开的各个方面，制造UV发光装置的方法包括下述步骤：在生长基底上形成第一导电型半导体层；在第一导电型半导体层上形成防裂层；在防裂层上形成活性层；以及在活性层上形成第二导电型半导体层，其中，在比第一导电型半导体层的生长温度低的生长温度下形成防裂层，形成防裂层的步骤包括形成不连接到第一导电型半导体层的晶格的第一晶格点。
有益效果
根据示例性实施例，UV发光装置包括设置在第一导电型半导体层上的防裂层，以改善半导体层的结晶度，从而改善UV发光装置的可靠性和效率。此外，根据示例性实施例，制造UV发光装置的方法包括在第一导电型半导体层上形成防裂层，从而有利于生长基底与第一导电型半导体层的分离。
附图说明
图1至图7是根据示例性实施例的UV发光装置及其制造方法的剖视图。
图8是示出根据示例性实施例的形成防裂层的方法的曲线图。
图9a至图10b是示出根据示例性实施例的形成防裂层的方法的剖视图。
图11a和图11b是根据示例性实施例的第一导电型半导体层与防裂层之间的关系的放大剖视图。
图12是根据其它示例性实施例的UV发光装置及其制造方法的剖视图。
图13至图16是根据另外的示例性实施例的UV发光装置及其制造方法的剖视图。
具体实施方式
根据各种示例性实施例的UV发光装置及其制造方法可以以各种方式实现。
根据一些示例性实施例的UV发光装置包括：第一导电型半导体层；防裂层，设置在第一导电型半导体层上；活性层，设置在防裂层上；以及第二导电型半导体层，设置在活性层上，其中，防裂层包括设置在第一导电型半导体层与防裂层之间的界面处的第一晶格点和第二晶格点，第一晶格点连接到第一导电型半导体层的晶格，第二晶格点不连接到第一导电型半导体层的晶格。
在第一导电型半导体层与防裂层之间的界面处，防裂层可以具有比第一导电型半导体层的每单位面积的晶格点密度高的每单位面积的晶格点密度。
第一导电型半导体层可以包括晶格距离在向上方向上逐渐增大的裂纹诱导部。
在裂纹诱导部的最上部分中的水平晶格距离可以比第一导电型半导体层中的平均水平晶格距离大。
第二晶格点中的至少一些可以位于裂纹诱导部上。
防裂层可以包括多个层，所述多个层中的至少一层可以包括不连接到位于所述至少一层下方的层中的晶格的晶格点。
防裂层中的所述多个层可以构成超晶格结构。
第一导电型半导体层和防裂层中的每个可以包括包含Al和Ga的氮化物基半导体。
防裂层还可以包括铟(In)，活性层可以具有包括垒层和阱层的多量子阱结构，垒层可以包括包含Al、Ga和In的氮化物基半导体。
发光装置还可以包括设置在第一导电型半导体层下方的生长基底，其中，生长基底可以具有比第一导电型半导体层的热膨胀系数高的热膨胀系数。
UV发光装置还可以包括设置在防裂层与活性层之间的超晶格层。
在一些示例性实施例中，UV发光装置还可以包括：第一电极，设置在第一导电型半导体层的上侧上并且电连接到第一导电型半导体层；以及第二电极，设置在第二导电型半导体层的上侧上并且电连接到第二导电型半导体层。
防裂层可以具有5nm至15nm的厚度。
根据其他示例性实施例的UV发光装置包括：第一导电型半导体层；防裂层，设置在第一导电型半导体层上；活性层，设置在防裂层上；以及第二导电型半导体层，设置在活性层上，其中，位于第一导电型半导体层与防裂层之间的界面上方的部分具有比位于所述界面下方的部分的晶格密度高的晶格密度。
防裂层可以在比第一导电型半导体层的生长温度低的生长温度下生长，在防裂层的生长期间，可以形成不连接到第一导电型半导体层的晶格的晶格点。
根据其他示例性实施例的制造UV发光装置的方法可以包括下述步骤：在生长基底上形成第一导电型半导体层；在第一导电型半导体层上形成防裂层；在防裂层上形成活性层；以及在活性层上形成第二导电型半导体层，其中，在比第一导电型半导体层的生长温度低的生长温度下形成防裂层，形成防裂层的步骤包括形成不连接到第一导电型半导体层的晶格的第一晶格点。
在防裂层的形成期间，生长室的内部温度可以在至少一些时间段逐渐降低。
可以在第一温度下生长第一导电型半导体层，可以在比第一温度低的第二温度下生长活性层，可以在将温度从第一温度降低到第二温度期间生长防裂层。
在将温度从第一温度降低到第二温度期间，可以在第一导电型半导体层中形成裂纹诱导部，可以在裂纹诱导部中形成防裂层的不连接到第一导电型半导体层的晶格的第一晶格点。
形成防裂层的步骤还可以包括形成连接到第一导电型半导体层的晶格的第二晶格点。
形成防裂层的步骤可以包括使用引入生长室中以形成第一导电型半导体层的源之中的剩余源来生长防裂层，而不是在防裂层的形成期间向生长室中引入单独的源。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。通过示例的方式提供下面的实施例，以将本公开的精神充分地传达给本公开所属领域的技术人员。因此，本公开不限于这里公开的实施例，并且也可以以不同的形式来实现。在图中，为了清楚和描述的目的，可夸大元件的宽度、长度、厚度等。将理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称为“在”另一元件上“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。贯穿说明书，同样的附图标记表示具有相同或相似功能的同样的元件。
应理解的是，下面描述的各个组成比、生长方法、生长条件和半导体层的厚度仅用于说明，并且不限制本公开的范围。例如，当某一半导体层由AlGaN表示时，半导体层中的Al和Ga的组成比可以根据需要以各种方式确定。此外，下面描述的半导体层可以通过本领域中具有普通知识的人员(在下文中，“本领域技术人员”)通常已知的各种方法来生长，例如，金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)等。在下面的示例性实施例中，半导体层将被描述为通过MOCVD在相同的腔室中生长。在半导体层的生长期间，引入腔室中的源可以从本领域技术人员已知的源中选择，例如作为Ga源的TMGa、TEGa、作为Al源的TMA1、TEA1、作为In源的TMIn、TEIn以及作为N源的NH3，而不限于此，其它实施方式也是可行的。
虽然在下面的示例性实施例中描述了制造单个UV发光装置的方法，但是应理解的是，本公开不限于此。下面的示例性实施例也可以应用于制造用于位于具有几英寸或更大尺寸的基底上的多个发光装置的制造的晶片。
图1至图7是根据示例性实施例的UV发光装置及其制造方法的剖视图。图1至图7顺序地示出了根据示例性实施例的制造发光装置的方法。然而，应理解的是，根据该示例性实施例的制造发光装置的方法不限于以下描述的顺序。此外，图8是示出根据一个示例性实施例的形成防裂层的方法的曲线图，图9a至图10b是根据示例性实施例的形成防裂层的方法的剖视图，图11a和图11b是根据示例性实施例的第一导电型半导体层与每个防裂层之间的关系的放大剖视图。
参照图1，制备生长基底110。此外，根据该示例性实施例的制造方法还可以包括在生长基底110上形成缓冲层121。
生长基底110可以选自允许氮化物半导体层在其上的生长的任何基底，并且可以是例如蓝宝石基底、碳化硅基底、尖晶石基底或诸如GaN基底或AlN基底的氮化物基底。具体地，在该示例性实施例中，生长基底110可以是蓝宝石基底。此外，根据该示例性实施例的生长基底110可以具有比通过下面描述的下述工艺形成的氮化物半导体层的热膨胀系数高的热膨胀系数。
缓冲层121可以包括Ga，例如GaN。缓冲层121可以在生长基底110上生长至大约25nm或更小的厚度，并且可以在大约600℃的温度和600Torr的压强下生长。具体地，在生长基底110是蓝宝石基底的示例性实施例中，缓冲层121可以充当核层以允许其它半导体层在其上的生长，并且也可以用于减轻由于蓝宝石基底与通过下面的工艺形成在其上的其它半导体层之间的晶格参数的差异引起的应力。例如，缓冲层121可以包括2D生长层和3D生长层。在该示例性实施例中，缓冲层121由包括GaN的氮化物半导体形成，从而进一步有助于通过激光剥离来分离生长基底。在一些示例性实施例中，根据需要，也可以省略缓冲层121。
然后，参照图2，在生长基底110上形成基体氮化物层123。
基体氮化物层123可以包括Ga，并且可以包括例如未掺杂的GaN层。可以在大约900℃至1100℃的温度和大约200Torr的压强下在引入Ga源和N源的生长室中生长基体氮化物层123。基体氮化物层123可以生长至大约1μm至1.2μm的厚度。可以选择地，基体氮化物层123可以包括含Al氮化物半导体。在该示例性实施例中，可以调节Al含量，以允许基体氮化物层123在激光剥离工艺中吸收激光束。例如，基体氮化物层123可以包含大约40％或更少的Al，优选地20％或更少的Al。
在根据该示例性实施例的制造发光装置的方法中，基体氮化物层123生长在生长基底110上，并且可以吸收在分离生长基底110的工艺期间发射的激光束。因此，根据该示例性实施例的制造发光装置的方法使得容易分离生长基底110。此外，生长在生长基底110上的GaN具有比AlN的晶体缺陷密度低的晶体缺陷密度。因此，在n型半导体层的生长之前形成包括具有相对良好的结晶度的GaN的基体氮化物层123，从而与现有技术中的在n型半导体层的生长之前生长AlN层相比，改善发光装置的整体结晶度。
在一些示例性实施例中，根据需要，可以省略缓冲层121和/或基体氮化物层123。例如，在水平型发光装置的制造中，可以省略基体氮化物层123。
然后，参照图3，在生长基底110上(即，在基体氮化物层123上)形成第一导电型半导体层130。
可以通过向生长室中供应包括Al源的III族元素源、N源和掺杂剂源来生长第一导电型半导体层130。例如，可以通过向生长室中供应作为III族元素源的TMA1和TMGa、作为N源的NH3和作为掺杂剂源的硅烷来生长第一导电型半导体层130。在生长室中，生长温度可以设定在大约1050℃至1150℃的范围内，虽然未具体地限制生长压强，但是生长压强可以是例如大约200Torr。生长的第一导电型半导体层130可以包括浓度为例如1×1018cm-1或更多的Si，因此表现n型导电性。这里，应理解的是，用于第一导电型半导体层130的掺杂剂不限于Si，并且可以包括诸如Ge、C、Sn等的各种掺杂剂。
第一导电型半导体层130可以由单层或多层组成。在第一导电型半导体层130由多层组成的示例性实施例中，第一导电型半导体层130可以包括接触层、包覆层等，并且还可以包括超晶格层。
参照图4，在第一导电型半导体层130上形成防裂层140。接下来，参照图8至图11b，将详细描述防裂层140的示例性实施例。图8是示出根据一个示例性实施例的形成防裂层140的方法的图；图9a至图10b是示出根据示例性实施例的形成防裂层140的方法的剖视图。此外，图11a和图11b是根据示例性实施例的第一导电型半导体层130与防裂层140之间的关系的放大剖视图，其中，示意性地示出了第一导电型半导体层130和防裂层140的晶格。
首先，参照图8、图9a和图9b，在生长室的内部温度被设定为第一温度T1的情况下，在第一时间段P1生长第一导电型半导体层130。如上所述，第一温度T1可以是在大约1050℃至1150℃(例如，大约1100℃)范围内的温度。此外，可以通过向生长室中供应III族元素源(例如，TMA1和TMGa)、N源(例如，NH3)和掺杂剂源(例如，硅烷)来生长第一导电型半导体层130。
在第一导电型半导体层130的生长期间，如图9a中所示，具有在生长基底110上生长的第一导电型半导体层130的晶片变形为凹形。如上所述，该变形由包括第一导电型半导体层130的氮化物半导体层与生长基底110之间的热膨胀系数的差异引起，生长基底110具有比氮化物半导体层的热膨胀系数高的热膨胀系数。具体地，最初在生长基底110上生长的缓冲层121的生长温度(例如，大约600℃)比第一导电型半导体层130的生长温度低。因此，在缓冲层121的生长之后，当为了第一导电型半导体层130的生长将生长室的内部温度上升到大约1000℃或更高的高温时，基底的膨胀率变得高于氮化物半导体的膨胀率，从而引起晶片变形为凹形，即，弯曲现象。
这里，第一导电型半导体层130中的晶格131中的一些可以如图9b中所示地布置。在图9b中，为了便于描述，晶格131被示出为大体布置在平行于生长方向(即，相对于生长基底110的生长平面的垂直的方向)的方向上。因此，根据该示例性实施例的第一导电型半导体层130的晶格不限于此。
接下来，参照图8、图10a和图10b，在第一导电型半导体层130上形成防裂层140。可以在比第一导电型半导体层130的温度低的温度下形成防裂层140。此外，可以在降低生长室的内部温度以在第一导电型半导体层130上生长超晶格层150或活性层160的过程中生长防裂层140。如图8中所示，在第一导电型半导体层130的生长之后，在将生长室的内部温度从第一温度T1降低到在第一导电型半导体层130上生长超晶格层150或活性层160的第二温度T2的过程中，可以在第二时间段P2生长防裂层140。在该工艺中，保持用于生长第一导电型半导体层130的源的供应，由此，可以在第一导电型半导体层130上生长防裂层140。因此，可以使用与用于第一导电型半导体层130的源相同的源生长防裂层140。然而，本公开不限于此，对于生长防裂层140的第二时间段P2，TEGa可以作为III族元素源被进一步供应到生长室中，或者可以代替TMGa而作为III族元素源被供应到生长室中。这里，根据是否停止掺杂剂源的供应，防裂层140可以掺杂为n型层或处于未掺杂状态。此外，在将生长室的内部温度从第一温度T1降低到第二温度T2的过程中，可以在不向生长室中供应源的情况下生长防裂层140。即使在温度降低过程期间不向生长室供应单独的源的情况下，也可以通过为第一导电型半导体层130的生长而供应的剩余源来生长防裂层140。
在一些示例性实施例中，在防裂层140的生长期间，还可以向生长室中供应铟(In)源，防裂层140可以包括AlInGaN。当活性层160中的垒层包含铟(In)时，防裂层140形成为包括AlInGaN，因此通过减轻晶格失配来进一步改善活性层160的晶体质量。
第二温度T2可以在大约800℃至900℃的范围内，并且可以是例如大约840℃。此外，第二时间段P2可以在大约8分钟至15分钟的范围内，具体地，大约10分钟至12分钟。因此，防裂层140可以形成为大约5nm至15nm的厚度。如果第二时间段P2太长，那么防裂层14会变得太厚，从而使防裂层140的防裂功能劣化。优选地，调整第二时间段P2，使得防裂层140具有以上厚度。应理解的是，本公开不限于此。
当生长室的内部温度从第一温度T1降低到第二温度T2时，包括生长基底110和氮化物半导体层121、123、130、140的晶片的弯曲现象减轻。即，当生长室的内部温度在第二时间段P2内降低时，可以减小晶片的曲率半径。如图10a中所示，与第一温度T1下的晶片(如由虚线表示的)的弯曲程度相比，当生长室的内部温度降低到第二温度T2时，可以降低晶片的弯曲程度。
此时，随着晶片的弯曲程度的降低(即，随着变形为凹形的晶片的曲率半径的减小)，在第一导电型半导体层130的上部处产生裂纹的可能性会增大。具体地，如图10b中所示，第一导电型半导体层130的晶格131中的一些会具有在第一导电型半导体层130的生长方向上逐渐增大的晶格距离。在晶格131之间的距离在第一导电型半导体层130的生长方向上逐渐增大的部分中，晶格可以彼此断开，并且该部分具有高的破裂可能性。因此，在将生长室的内部温度降低到第二温度T2之后，第一导电型半导体层130可以包括裂纹诱导部132。裂纹诱导部132的最上部分可以具有比在第一导电型半导体层130中的平均水平晶格距离大的水平晶格距离。在该示例性实施例中，防裂层140中的一些晶格141可以位于裂纹诱导部132上。
接下来，参照图11a，将更详细地描述防裂层140。
如图11a中所示，防裂层140包括位于防裂层140与第一导电型半导体层130之间的界面处的晶格点142、136。虽然防裂层140的大部分晶格141可以连接到第一导电型半导体层130的晶格131，但是防裂层140的一些晶格141不连接到第一导电型半导体层130的晶格131。因此，形成防裂层140的步骤可以包括形成不连接到第一导电型半导体层130的晶格131的晶格点。即，防裂层140包括第一晶格点136和第二晶格点142，第一晶格点136位于界面135处并连接到第一导电型半导体层130的晶格131，第二晶格点142位于界面135处并且不连接到第一导电型半导体层130的晶格131。因此，在第一导电型半导体层130与防裂层140之间的界面135处，防裂层140可以具有比第一导电型半导体层130的每单位面积的晶格点密度高的每单位面积的晶格点密度。此外，第一导电型半导体层130与防裂层140之间的界面135上方的部分可以具有比位于界面135下方的部分的晶格密度高的晶格密度。
具体地，防裂层140的第二晶格点142中的至少一些可以位于第一导电型半导体层130的裂纹诱导部132上。如上所述，随着生长室的内部温度降低到第二温度T2，一些晶格131之间的距离在第一导电型半导体层130上变宽，从而可以产生晶格距离向上逐渐增大的裂纹诱导部132。在将生长室的内部温度从第一温度T1降低到第二温度T2的过程中，可以在裂纹诱导部132上形成第二晶格点142，可以在防裂层140中形成晶格141，以连接到第二晶格点142。即，防裂层140包括位于界面135处并且不连接到第一导电型半导体层130的晶格的第二晶格点142，从而防止在第一导电型半导体层130中产生裂纹。
具体地，当由于第一导电型半导体层130的裂纹诱导部132中的晶格分离而发生缺陷时，在第一导电型半导体层130中产生裂纹的可能性由于缺陷而增大。具体地，在制造发光装置的后期工艺中，当工艺温度降低到低于第二温度T2时，晶片可以从凹弯曲形变形为凸弯曲形。在这种情况下，在第一导电型半导体层130中产生裂纹的可能性迅速增大。根据该示例性实施例，在第一导电型半导体层130上形成包括第二晶格点142的防裂层140，从而允许附加晶格位于第一导电型半导体层130的裂纹诱导部上。连接到这样的第二晶格点142的晶格141可以减轻施加到第一导电型半导体层130的裂纹诱导部132的应力。此外，即使当晶格的分离发生在裂纹诱导部132中时，连接到第二晶格点142的晶格141也可以防御由第一导电型半导体层130中的晶格分离引起的缺陷扩张和发展成裂纹或者传播。因此，可以降低第一导电型半导体层130的缺陷和裂纹密度，从而改善第一导电型半导体层130的结晶度。
此外，在可以包括含Al氮化物半导体层的UV发光装置中，例如以AlGaN为例的氮化物半导体的含Al氮化物半导体具有比GaN的热膨胀系数低的热膨胀系数。因此，在由含Al氮化物半导体形成第一导电型半导体层130的UV发光装置的制造中，晶片会遭受比在第一导电型半导体层130由GaN形成的蓝光发光装置的制造中严重的弯曲现象。即，在变形时，第一导电型半导体层130由AlGaN形成的晶片具有比第一导电型半导体层130由GaN形成的晶片的曲率大的曲率。因此，当将应用于制造典型的蓝光发光装置的工艺应用于UV发光装置时，存在发光装置的氮化物半导体层将遭受诸如裂纹的缺陷的高的可能性。另一方面，根据该示例性实施例，在第一导电型半导体层130上形成防裂层140，以降低在第一导电型半导体层130中产生裂纹的可能性，从而提供不仅第一导电型半导体层130而且在下面的工艺中形成的活性层160和第二导电型半导体层170具有良好的结晶度的UV发光装置。
此外，为了在形成第一导电型半导体层130之后形成超晶格层150或活性层160，可以通过保持向生长室供应源或通过在降低生长室的内部温度的过程中向生长室中添加特定的源来自然地形成防裂层140。因此，根据该示例性实施例，能够在保持典型UV发光装置的制造工艺的同时提供包括具有改善的结晶度的半导体层的UV发光装置。
根据其它示例性实施例，防裂层可以由多个层组成。在多个防裂层240a至240d之中，至少一层可以包括未连接到设置在所述至少一层下方的其它层的晶格的晶格点。因此，在防裂层240a至240d之中的连续堆叠在彼此上方的至少一些层对中的两层之间的界面处，上侧防裂层可以具有比下侧防裂层的每单位面积的晶格点密度高的每单位面积的晶格点密度。
具体地，参照图11b，防裂层240可以包括第一防裂层240a、第二防裂层240b、第三防裂层240c和第四防裂层240d。第一防裂层240a位于第一导电型半导体层130上，并且可以包括第一晶格点136和第二晶格点242a，第一晶格点136连接到第一导电型半导体层130的晶格131，第二晶格点242a不连接到第一导电型半导体层130的晶格131。因此，在第一导电型半导体层130与第一防裂层240a之间的界面135处，第一防裂层240a可以具有比第一导电型半导体层130的每单位面积的晶格点密度高的每单位面积的晶格点密度。具体地，第一防裂层240a的第二晶格点242a中的至少一些可以位于第一导电型半导体层130的裂纹诱导部132上。
类似地，第二防裂层240b位于第一防裂层240a上，并且可以包括连接到第一防破裂层240a的晶格241a的第一晶格点246a和不连接到第一防裂层240a的晶格241a的第二晶格点242b。因此，在第一防裂层240a与第二防裂层240b之间的界面处，第二防裂层240b可以具有比第一防裂层240a的每单位面积的晶格点密度高的每单位面积的晶格点密度。该关系也可以应用于第二防裂层240b与第三防裂层240c之间的关系以及第三防裂层240c与第四防裂层240d之间的关系。
在一些示例性实施例中，在多个防裂层之中的两个相邻防裂层之间的界面处，上侧防裂层与下侧防裂层可以具有相同的晶格点密度。例如，如图11b中所示，在第一防裂层240a与第二防裂层240b之间的界面处，第一防裂层240a与第二防裂层240b可以具有相同的每单位面积的晶格点密度。
根据该示例性实施例，防裂层240包括多个防裂层240a、240b、240c、240d，从而允许包括未连接到位于下侧处的另一防裂层的晶格的晶格点的防裂层的形成。因此，可以更有效地防止由于晶格分离的缺陷或裂纹的产生。
另一方面，多个防裂层240a、240b、240c、240d可以包括具有不同组成比的氮化物半导体，并且可以以多个层以特定的循环重复堆叠的结构形成。此外，多个防裂层240a、240b、240c、240d可以构成超晶格结构。
虽然防裂层240在以上示例性实施例中包括四层，但是应理解的是，本公开不限于此。防裂层240可以包括至少两层。
再次参照图5，可以在防裂层140上形成超晶格层150。超晶格层150可以具有至少两层重复堆叠在彼此上方的结构。所述至少两层可以包括例如AlGaN/GaN堆叠结构、AlGaN/AlGaN堆叠结构等的氮化物半导体。超晶格层150可以在第二温度T2下形成。超晶格层150阻止诸如位错或裂纹的缺陷从防裂层140传播到活性层160，从而防止活性层160的结晶度的劣化。因此，根据该示例性实施例的UV发光装置可以具有改善的内部量子效率。在一些示例性实施例中，可以省略超晶格层150。
然后，参照图6，在超晶格层150上形成活性层160。
活性层160可以包括(Al、Ga、In)N，并且可以通过调整氮化物半导体的组成比来发射具有预定UV范围内的峰值波长的光。活性层160可以包括交替堆叠在彼此上方的垒层(未示出)和阱层(未示出)，以形成多量子阱(MQW)结构。例如，可以通过在大约700℃至900℃的温度和大约100Torr至400Torr的压强下使用含Al氮化物半导体形成垒层和阱层来获得活性层160。此外，活性层160的垒层和/或阱层可以包含铟(In)，并且可以由例如以AlInGaN为例的四元氮化物半导体形成。在活性层160包含In的结构中，可以在防裂层140的生长期间将In源引入生长室中，使得防裂层140包括In。因此，可以减轻防裂层140与活性层160(具体地，活性层160的垒层)之间的晶格失配，从而改善活性层160的结晶度。
此外，在活性层160的垒层之中，与第一导电型半导体层130最靠近的垒层可以具有比其它垒层的Al含量高的Al含量。与第一导电型半导体层130最靠近的垒层形成为具有比其他垒层的带隙大的带隙，从而可以通过电子的移动速度的降低有效地防止电子的溢出。
接下来，参照图7，在活性层160上形成第二导电型半导体层170。因此，可以提供如图7中所示的发光装置。
第二导电型半导体层170可以形成在活性层160上，并且可以通过在大约900℃至1000℃的温度和大约100Torr至400Torr的压强下向腔室中供应含Al的III族元素源、N源和掺杂剂源而形成为大约0.2μm或更小的厚度。第二导电型半导体层170可以包括诸如AlGaN或GaN的氮化物半导体，并且还可以包括用其形成p型层的诸如Mg的掺杂剂。
此外，第二导电型半导体层170还可以包括用于减小欧姆接触电阻的增量掺杂层(未示出)，并且还可以包括电子阻挡层(未示出)。电子阻挡层可以包括AlGaN层。此外，电子阻挡层可以包括第一电子阻挡层(未示出)和位于第一电子阻挡层上的第二电子阻挡层(未示出)，其中，第一电子阻挡层可以具有比第二电子阻挡层的Al含量高的Al含量。
在一些实施例中，第一导电型半导体层130、活性层140和第二导电型半导体层150还可以包括附加层。例如，半导体层130、140、150还可以包括超晶格层、高密度掺杂层等，从而改善发光装置的结晶度和发光效率。
图7的发光装置可以通过附加工艺制造为具有各种结构。在下文中，将通过参照图12至图16的示例性实施例来描述UV发光装置的结构。然而，应理解的是，本公开不限于下面的示例性实施例。
首先，图12是根据示例性实施例的UV发光装置及其制造方法的剖视图。
参照图12，UV发光装置包括生长基底110、第一导电型半导体层130、防裂层140、活性层160、第二导电型半导体层170、第一电极181和第二电极183。UV发光装置还可以包括缓冲层121、基体氮化物层123和超晶格层150。
图12的UV发光装置可以由图7的UV发光装置制造。由图7的UV发光装置开始，部分地去除第二导电型半导体层170、活性层160和超晶格层150，使得部分地暴露第一导电型半导体层130，并且分别在第一导电型半导体层130和第二导电型半导体层170上形成第一电极181和第二电极183。因此，可以提供如图12中所示的水平型UV发光装置。
图13至图16是根据另外的示例性实施例的UV发光装置及其制造方法的剖视图。图13至图16中示出的UV发光装置可以由图7的UV发光装置制造。在下文中，将描述根据该示例性实施例的制造UV发光装置的方法。
参照图13，在第二导电型半导体层170上形成支撑基底193。
支撑基底193可以是绝缘基底、导电基底或电路板。例如，支撑基底193可以是蓝宝石基底、氮化镓基底、玻璃基底、碳化硅基底、硅基底、金属基底、陶瓷基底等。此外，支撑基底193可以经由接合而形成在第二导电型半导体层170上，由此，还可以在支撑基底193与第二导电型半导体层170之间形成接合层(未示出)，以使支撑基底193和第二导电型半导体层170彼此接合。
接合层可以包括金属材料，例如AuSn。包括AuSn的接合层在支撑基底193与第二导电型半导体层170之间提供共晶接合。在支撑基底193是导电基底的结构中，接合层将第二导电型半导体层170电连接到支撑基底193。
此外，还可以在支撑基底193与第二导电型半导体层170之间形成反射层(未示出)。反射层可以包括反射金属层(未示出)和可以形成为覆盖反射金属层的阻挡金属层(未示出)。
反射金属层可以通过沉积形成。反射金属层可以用于反射光并且可以充当电连接到第二导电型半导体层170的电极。因此，期望的是，反射金属层包括能够在相对于UV光表现高反射率的同时形成欧姆接触的材料。反射金属层可以包括例如Ni、Mg、Pt、Pd、Rh、W、Ti、Al、Ag和Au中的至少一种金属。另一方面，阻挡层防止反射金属层与其它材料之间的相互扩散。因此，能够防止由于对反射金属层的损坏而引起的接触电阻增加和反射率的降低。阻挡层可以包括Ni、Cr、Ti、W、Pt等，并且可以由多层组成。
可以选择地，还可以在支撑基底193与第二导电型半导体层170之间形成透明电极，该透明电极可以包括诸如ITO、IZO和AZO的导电氧化物和诸如Ni/Au的金属材料中的至少一种。
参照图14，将生长基底110与第一导电型半导体层130分离。具体地，可以将生长基底110与基体氮化物层123或缓冲层121分离。
可以通过激光剥离来实现生长基底110与第一导电型半导体层130的分离。如图14中所示，可以通过在从生长基底110到第一导电型半导体层130的方向上用激光束(L)照射基体氮化物层123，然后将生长基底110与第一导电型半导体层130分离来分解基体氮化物层123。这里，生长基底110可以是蓝宝石基底，基体氮化物层123可以包括GaN或AlGaN。
根据该示例性实施例，包括GaN或AlGaN的基体氮化物层123可以插入第一导电型半导体层130与生长基底110之间，从而即使使用KrF准分子激光器也允许容易地分离生长基底110。因此，能够在典型的UV发光装置的制造中通过激光剥离来解决在生长基底的分离方面的困难。
此外，与包括AlN缓冲层的UV发光装置相比，包括包含GaN的缓冲层120以及包含具有相对较高的Ga组成比的GaN或AlGaN的基体氮化物层123的UV发光装置具有更高的在第一导电型半导体层130中产生裂纹的可能性。即，在在蓝宝石基底与第一导电型半导体层130之间形成具有相对较高的Ga组成比的氮化物半导体层的结构中，由于施加到第一导电型半导体层130的应力而使裂纹发生的可能性进一步增加。因此，按照惯例，难以在生长基底110与第一导电型半导体层130之间形成包含GaN的缓冲层120以及包含具有相对较高的Ga组成比的GaN或AlGaN的基体氮化物层123以防止在第一导电型半导体层130中产生裂纹。
然而，根据示例性实施例，因为形成了防裂层140，所以即使当在第一导电型半导体层130的形成之前形成包含GaN的缓冲层120以及包含具有相对较高的Ga组成比的GaN或AlGaN的基体氮化物层123时，也能够防止第一导电型半导体层130中的裂纹的产生。因此，激光剥离工艺可以在生长基底110与其分离的垂直型发光装置或倒装芯片型发光装置的制造中应用于分离生长基底110的工艺。因此，本公开的示例性实施例提供了一种制造UV发光装置的方法和通过该方法制造的UV发光装置，该方法使得容易分离生长基底110。
然而，本公开不限于此，还可以在生长基底110与半导体层之间形成附加层(例如，牺牲层)，使得可以通过化学剥离、应力剥离或热剥离来分离生长基底110。可选择地，可以通过诸如研磨和抛光的物理/化学工艺来去除生长基底110。
参照图15，在分离生长基底110之后，可以去除第一导电型半导体层130上的其它剩余的半导体层(例如，基体氮化物层123和/或缓冲层121上的剩余材料)，以暴露第一导电型半导体层130的一个表面。可以通过化学和/或物理方法或者例如从CMP、抛光、湿法蚀刻和干法蚀刻中选择的至少一种的工艺来去除位于第一导电型半导体层130上的剩余层。
参照图16，在第一导电型半导体层130上形成第一电极191，从而提供如图16中所示的垂直UV发光装置。在一些示例性实施例中，在形成第一电极191之前或之后，可以通过增加第一导电型半导体层130的表面粗糙度而在第一导电型半导体层130上进一步形成粗糙部130R。
可以使用干法蚀刻、湿法蚀刻和例如PEC(光增强化学)蚀刻的电化学蚀刻、使用硫磷酸溶液的蚀刻，或使用氢氧化物溶液(例如，KOH、NaOH)的蚀刻来执行增大第一导电型半导体层130的表面粗糙度。粗糙部根据蚀刻条件而变化，并且可以具有例如1.5μm或更小的平均高度。粗糙部可以改善根据示例性实施例的UV发光装置的光提取效率。
在其它示例性实施例中，可以在形成第一电极191之前或之后执行增大第一导电型半导体层130的表面粗糙度。此外，粗糙部130R可以不形成在位于第一导电型半导体层130的表面上的第一电极191的区域中。然而，本公开不限于此，通过将第一电极191与第一导电型半导体层130之间的接触电阻考虑在内，粗糙部130R可以选择性地形成在第一电极191的区域中。
第一电极191可以通过沉积和剥离形成在第一导电型半导体层130上，并且可以由单层或多层组成。第一电极191可以包括诸如Ti、Pt、Au、Cr、Ni和Al的金属，并且可以与第一导电型半导体层130形成欧姆接触。
虽然已经在参照附图描述的以上示例性实施例中描述了具有从其中去除的生长基底110的垂直型发光装置，但是应理解的是，本公开不限于此。根据示例性实施例的制造方法也可以应用于从其中去除生长基底110的倒装芯片型发光装置。
虽然这里已经描述了一些示例性实施例，但是应理解的是，这些实施例仅通过说明的方式给出，并且在不脱离发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以做出各种修改、变化和变更。

Claims (20)

1.一种UV发光装置，所述UV发光装置包括：
第一导电型半导体层，包括接触层和包覆层；
防裂层，设置在第一导电型半导体层上；
活性层，设置在防裂层上；以及
第二导电型半导体层，设置在活性层上，
其中，防裂层包括设置在第一导电型半导体层与防裂层之间的界面处的第一晶格点和第二晶格点，
第一晶格点连接到第一导电型半导体层的晶格，第二晶格点不连接到第一导电型半导体层的晶格，
在第一导电型半导体层与防裂层之间的界面处，防裂层具有比第一导电型半导体层的每单位面积的晶格点密度高的每单位面积的晶格点密度。
2.根据权利要求1所述的UV发光装置，其中，第一导电型半导体层包括晶格距离在向上方向上逐渐增大的裂纹诱导部。
3.根据权利要求2所述的UV发光装置，其中，在裂纹诱导部的最上部分中的水平晶格距离比第一导电型半导体层中的平均水平晶格距离大。
4.根据权利要求2所述的UV发光装置，其中，第二晶格点中的至少一些位于裂纹诱导部上。
5.根据权利要求1所述的UV发光装置，其中，防裂层包括多个层，所述多个层中的至少一层包括不连接到位于所述至少一层下方的层中的晶格的晶格点。
6.根据权利要求5所述的UV发光装置，其中，防裂层中的所述多个层构成超晶格结构。
7.根据权利要求1所述的UV发光装置，其中，第一导电型半导体层和防裂层中的每个包括包含Al和Ga的氮化物基半导体。
8.根据权利要求7所述的UV发光装置，其中，防裂层还包括铟(In)，活性层具有包括垒层和阱层的多量子阱结构，垒层包括包含Al、Ga和In的氮化物基半导体。
9.根据权利要求1所述的UV发光装置，所述UV发光装置还包括：
生长基底，设置在第一导电型半导体层下方，
其中，生长基底具有比第一导电型半导体层的热膨胀系数高的热膨胀系数。
10.根据权利要求1所述的UV发光装置，所述UV发光装置还包括：
超晶格层，设置在防裂层与活性层之间。
11.根据权利要求1所述的UV发光装置，所述UV发光装置还包括：
第一电极，设置在第一导电型半导体层的上侧上并且电连接到第一导电型半导体层；以及
第二电极，设置在第二导电型半导体层的上侧上并且电连接到第二导电型半导体层。
12.根据权利要求1所述的UV发光装置，其中，防裂层具有5nm至15nm的厚度。
13.一种UV发光装置，所述UV发光装置包括：
第一导电型半导体层，包括接触层和包覆层；
防裂层，设置在第一导电型半导体层上；
活性层，设置在防裂层上；以及
第二导电型半导体层，设置在活性层上，
其中，位于第一导电型半导体层与防裂层之间的界面上方的部分具有比位于所述界面下方的部分的晶格密度高的晶格密度。
14.根据权利要求13所述的UV发光装置，其中，防裂层在比第一导电型半导体层的生长温度低的生长温度下生长，在防裂层的生长期间，形成不连接到第一导电型半导体层的晶格的晶格点。
15.一种制造UV发光装置的方法，所述方法包括下述步骤：
在生长基底上形成第一导电型半导体层；
在第一导电型半导体层上形成防裂层；
在防裂层上形成活性层；以及
在活性层上形成第二导电型半导体层，
其中，在比第一导电型半导体层的生长温度低的生长温度下形成防裂层，
形成防裂层的步骤包括形成不连接到第一导电型半导体层的晶格的第一晶格点，
第一导电型半导体层包括接触层和包覆层，
在第一导电型半导体层与防裂层之间的界面处，防裂层具有比第一导电型半导体层的每单位面积的晶格点密度高的每单位面积的晶格点密度。
16.根据权利要求15所述的制造UV发光装置的方法，其中，在防裂层的形成期间，生长室的内部温度在至少一些时间段逐渐降低。
17.根据权利要求16所述的制造UV发光装置的方法，其中，在第一温度下生长第一导电型半导体层，在比第一温度低的第二温度下生长活性层，在将温度从第一温度降低到第二温度期间生长防裂层。
18.根据权利要求17所述的制造UV发光装置的方法，其中，在将温度从第一温度降低到第二温度期间，在第一导电型半导体层中形成裂纹诱导部，在裂纹诱导部上形成防裂层的不连接到第一导电型半导体层的晶格的第一晶格点。
19.根据权利要求15所述的制造UV发光装置的方法，其中，形成防裂层的步骤还包括形成连接到第一导电型半导体层的晶格的第二晶格点。
20.根据权利要求15所述的制造UV发光装置的方法，其中，形成防裂层的步骤包括使用引入生长室中以形成第一导电型半导体层的源之中的剩余源来生长防裂层，而不是在防裂层的形成期间向生长室中引入单独的源。
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