CN108110110B - 半导体器件和包括该半导体器件的半导体器件封装 - Google Patents

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Abstract

公开了一种半导体器件以及包括该半导体器件的半导体器件封装。该器件包括发光结构，其包括：具有铝的第一半导体层；具有铝的第二半导体层；具有铝并且设置在第一和第二半导体层之间的有源层；在第二半导体层中展示的强度范围是在二次离子的第一最小强度和第一最大强度之间；在第一半导体层中展示的强度包括二次离子的第二最小强度，其不同于第一最小强度；在从第二半导体层的表面开始的第一预设距离处，第二半导体层展示出第一最小强度和第一最大强度之间的与第二最小强度对应的二次离子的第一中间强度，第一最大强度出现在从第一预设距离开始的第二预设距离处；第二预设距离(W1)对第一预设距离(W2)的比率是在1:0.2到1:1的范围内。

Description

半导体器件和包括该半导体器件的半导体器件封装
技术领域
本公开的实施例涉及一种半导体器件和包括该半导体器件的半导体器件封装。
背景技术
由于包括诸如GaN和AlGaN之类的化合物的半导体器件具有许多优点，例如能带隙宽而且容易调节等，因此这种半导体器件能够用到各个方面，例如用作发光器件、光接收器件、各种二极管等。
具体地，使用III-V族或者II-VI族化合物半导体材料的诸如发光二极管(LED)或者激光二极管之类的发光器件具有的优点在于：由于已经开发了薄膜生长技术和元件材料，因此这类发光器件能够表达诸如红色、绿色、蓝色和紫外光(UV)之类的各种颜色，能够使用荧光材料或者通过混合颜色来高效率地产生白光，并且与诸如荧光灯和白炽灯之类的传统光源相比，这类发光器件能够实现低功耗、具有半永久寿命、响应时间块、安全而且环境友好。
另外，当使用III-V或者II-VI族化合物半导体材料制造诸如光电探测器或者太阳能电池之类的光接收器件时，根据元件材料的开发的光接收元件通过在各种波长区域中吸收光而产生光电流，使得能够使用从伽马射线区域到无线电波长区域的各种波长区域中的光。而且，由于光接收元件具有响应速度快、安全、环境友好和元件材料容易控制的优点，因此发光器件也能够容易地被用于功率控制、微波电路或者通信模块。
因此，半导体器件的应用能够被推广到用作光通信器件的传输模块、代替用于配置液晶显示器(LCD)背光的冷阴极荧光灯(CCFL)的发光二极管(LED)、能够代替荧光灯或者白炽灯的白色LED发光器件、车辆的头灯、交通灯、用于感测气体或者火的传感器，等等。另外，半导体器件的应用可以被推广到高频应用电路、其它的功率控制器件、和通信模块。
具体地，由于固化作用和杀菌作用，配置为在UV波长区域中发光的发光器件能够被用于固化、医疗和杀菌应用。
近年来，关于UV发光器件的研究正在积极地进行，但是存在的问题是：难以实现垂直UV发光器件，并且当GaN薄膜被用于欧姆特性时光输出降低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有改善的光输出的发光器件。
而且，本发明的另一个目的是提供一种垂直型紫外(UV)发光器件。
实施例中要解决的问题不限于上述问题，本公开还包括能够从将在下述的问题的方案和实施例中确定的目的和效果。
根据本发明的一个方案，提供一种半导体器件，包括：发光结构，所述发光结构包括：具有铝的第一半导体层；具有铝的第二半导体层；以及具有铝并且设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的有源层；其中，在所述发光结构上轰击初级离子以溅射所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层的多个部分，二次离子包括所产生的针对所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层的各强度的铝；在所述第二半导体层中展示的强度的范围是在二次离子的第一最小强度和二次离子的第一最大强度之间；在所述第一半导体层中展示的强度包括二次离子的第二最小强度，所述第二最小强度不同于所述第一最小强度；以及在从所述第二半导体层的表面开始的第一预设距离处，所述第二半导体层展示出处于所述第一最小强度和所述第一最大强度之间的与所述第二最小强度对应的二次离子的第一中间强度，其中所述第一最大强度出现在从所述第一预设距离开始的第二预设距离处；其中，所述第二预设距离(W1)对所述第一预设距离(W2)的比率是在1:0.2到1:1的范围内。
所述第一最大强度和所述第二最小强度之间的第一强度差(D1)大于所述第一最小强度与所述第二最小强度之间的第二强度差(D2)。
所述第一强度差对所述第二强度差的比率是在1:0.2到1:2的范围内。
在所述第二半导体层中展示的所述第一最小强度和所述第一中间强度之间的强度包括两个强度峰和位于所述两个强度峰之间的强度谷。
所述两个强度峰处的强度高于所述强度谷处的强度。
所述第二半导体层是P型半导体层和阻挡层，所述第一半导体层是N型半导体层。
所述第一半导体层在所述第一半导体层最靠近所述有源层的部分展示出第二最大强度。
在所述有源层中展示出的强度低于所述第一最大强度和所述第二最大强度，并且高于所述第一最小强度和所述第二最小强度。
在所述有源层中展示出的强度包括多个峰和多个谷。
在所述有源层的多个峰中展示出的强度高于在所述有源层的多个谷中展示出的强度。
第二半导体层包括第一表面，第二电极设置在所述第一表面上，所述第一表面放置为与所述有源层相对，所述第二半导体层在所述第一表面处展示出所述第一最小强度。
所述第二半导体层包括设置为所述第二半导体层最靠近所述有源层的一部分的阻挡层。
所述第一最大强度展示在所述阻挡层中。
所述有源层包括单阱结构、多阱结构、单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子点结构或量子线结构之一。
所述有源层包括交替设置在所述有源层中的多个阱层和多个势垒层。
所述第一半导体层包括第一子层、第二子层和第三子层，所述第二子层设置在所述第一子层和所述第三子层之间，其中，所述第二子层的铝成分低于所述第三子层的铝成分，其中，所述第二子层的铝成分是在30％到60％的范围内。
所述第二半导体层包括与电极接触的第一子层、第二子层以及设置在有源层和第二子层之间的第三子层，其中，所述第一子层、所述第二子层和所述第三子层中的每一个的铝成分都随着远离所述有源层而减小。
所述二次离子还包括镓、氮或碳中的至少之一。
所述第一半导体层包括具有化学式Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,和0≤x1+y1≤1)的第一半导体材料，第二半导体层包括具有化学式Inx5Aly2Ga1-x5-y2N(0≤x5≤1,0≤y2≤1,和0≤x5+y2≤1)的第二半导体材料。
采用本公开的实施例，可以改善光输出。
附图说明
从以下结合附图对实施例的描述中，本公开的上述和/或其它方案将变得清楚和更容易理解，其中：
图1是根据本公开一个实施例的发光结构的概念图；
图2是示出根据本公开一个实施例的发光结构的铝(Al)成分比的曲线图。
图3是示出根据本公开一个实施例的发光结构的Al离子强度的变化的二次离子质谱(SIMS)图；
图4是图3的一部分的放大示意图；
图5是根据本公开一个实施例的发光结构的图片(照片)；
图6表示通过测量根据本公开一个实施例的第二导电半导体层的表面获得的原子力显微镜(AFM)数据；
图7是示出根据本公开另一个实施例的发光结构的Al离子强度的变化的SIMS图；
图8是根据本公开一个实施例的半导体器件的概念图；
图9A和图9B是根据本公开的实施例的半导体器件的平面图；和
图10是根据本公开的一个实施例的发光器件封装的概念图。
具体实施方式
本实施例可以被修改为其它形式，或者可以组合各种实施例，并且本公开的范围不局限于下面将说明的每个实施例。
尽管在一个具体实施例中说明的项目在另一个实施例中没有描述，但是该项目可以被理解为与该另一个实施例相关，除非在其它实施例中另外说明或者其中没有矛盾的解释。
例如，当在一个具体实施例中描述了结构A的特征而在另一个实施例中描述了结构B的特征时，即使将结构A和结构B组合的实施例没有被明确说明，也应当理解，这样的实施例落在本公开的范围内，除非在其它实施例中另外说明或者其中没有矛盾的解释。
在实施例的描述中，当元件被描述为被形成在另一个元件“上”或者“下”时，术语“上”或者“下”包括两个元件被相互直接接触的意思以及一个或者更多个其他部件被间接地布置和形成在这两个部件之间的意思。而且，当提到一个元件形成在另一个元件“上”或者“下”时，可以包括其它元件“被形成在元件的向上方向上”和“被形成在元件的向下方向上”的意思。
下面，将参考附图详细地全面描述本公开的实施例，以适合于由本领域技术人员实施。
根据本公开实施例的发光结构可以输出在紫外光(UV)波长范围内的光。例如，发光结构可以发出在近UV波长范围的光(UV-A)、在远UV波长范围的光(UV-B)、或者在深UV波长范围的光(UV-C)。波长范围可以由发光结构120的铝(Al)成分比来确定。
例如，UV-A可以具有在320nm至420nm范围内的波长，UV-B可以具有在280nm至320nm范围内的波长，UV-C可以具有在100nm至280nm范围内的波长。
图1是根据本公开一个实施例的发光结构的概念图，图2是示出根据本公开一个实施例的发光结构的铝(Al)成分比的曲线图。
参考图1，根据本实施例的半导体器件包括发光结构120，该发光结构具有第一导电半导体层124、第二导电半导体层127、以及布置在第一导电半导体层124和第二导电半导体层127之间的有源层126。
第一导电半导体层124可以由III-V或者II-VI族化合物半导体形成，并且可以用第一掺杂剂掺杂。例如，第一导电半导体层124的材料可以选自GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN等，它们是具有化学式Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,和0≤x1+y1≤1)的半导体材料。而且，第一掺杂剂可以是n型掺杂剂，诸如Si、Ge、Sn、Se或者Te。当第一掺杂剂是n型掺杂剂时，用第一掺杂剂掺杂的第一导电半导体层124可以是n型半导体层。
第一导电半导体层124可以包括1-1(第一-一)导电半导体层(第一子层)124a、1-2(第一-二)导电半导体层(第三子层)124c、和布置在1-1导电半导体层124a和1-2导电半导体层124c之间的中间层(第二子层)124b。
1-2导电半导体层124c可以布置为比1-1导电半导体层124a更靠近有源层126。1-2导电半导体层124c的Al成分可以低于1-1导电半导体层124a的Al成分。1-2导电半导体层124c的Al成分可以在40％至70％的范围内，1-1导电半导体层124a的Al成分可以在50％至80％的范围内。
1-2导电半导体层124c的厚度可以比1-1导电半导体层124a的厚度更薄。1-1导电半导体层124a的厚度可以是1-2导电半导体层124c的厚度的130％或者更多。根据该结构，由于在具有高Al成分的1-1导电半导体层124a被充分地生长之后形成中间层124b，因此能够改善发光结构120的整体结晶度。
中间层124b的Al成分可以比第一导电半导体层124的Al成分低。中间层124b在激光剥离(lift-off)(LLO)处理期间可以吸收朝向发光结构120辐射的激光以用于防止对有源层126的损害。因此，在根据本实施例的半导体器件中，对有源层的损害能够被减少，并且因此能够增强光输出和其电特性。
中间层124b的厚度和Al成分可以被合适地调节以吸收在LLO处理期间朝向发光结构120辐射的激光。例如，中间层124b的Al成分可以在30％至60％的范围内，其厚度可以在1nm至10nm的范围内。例如，中间层124b可以是AlGaN，但不限于此。
中间层124b可以被布置在第一导电半导体层124和有源层126之间。作为一种替代实施方式，中间层124b可以包括具有比第一导电半导体层124的Al成分更低的Al成分的第一中间层(未示出)和具有比第一导电半导体层124的Al成分更高的Al成分的第二中间层(未示出)。多个第一中间层和多个第二中间层可以被交替地配置。
有源层126可以被布置在第一导电半导体层124和第二导电半导体层127之间。有源层126是其中通过第一导电半导体层124注入的电子(或者空穴)和通过第二导电半导体层127注入的空穴(或者电子)被复合(或再结合)的层。有源层126可以产生具有UV波长的光，通过电子和空穴的复合，过渡到处于低能级。
有源层126可以具有单阱结构、多阱结构、单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子点结构或者量子线结构的任何一种，但有源层126不限于此。
第二导电半导体层127可以被形成在有源层126上，可以由III-V或者II-VI族化合物半导体形成，并且可以用第二掺杂剂掺杂。第二导电半导体层127可以由具有化学式Inx5Aly2Ga1-x5-y2N(0≤x5≤1,0≤y2≤1,和0≤x5+y2≤1)的半导体材料形成或者选自AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、和AlGaInP的材料形成。当第二掺杂剂是诸如Mg、Zn、Ca、Sr、或者Ba的p型掺杂剂时，用第二掺杂剂掺杂的第二导电半导体层127可以是p型半导体层。
第二导电半导体层127可以包括2-1、2-2、和2-3导电半导体层(第一、第二和第三子层)127a、127b、和127c。2-1导电半导体层(第一子层)127a可以具有比2-2导电半导体层127b的Al成分更低的Al成分。
电子阻挡层129可以被布置在有源层126和第二导电半导体层127之间。电子阻挡层129可以阻挡从第一导电半导体层124供给的并且被流出到第二导电半导体层127的第一载流子(例如电子)的流动，由此增加在有源层126中电子与空穴进行复合的几率。电子阻挡层129的能带间隙可以大于有源层126和/或第二导电半导体层127的能带间隙。
例如，电子阻挡层129的材料可以选自AlGaN、InGaN、InAlGaN等，它们是具有化学式Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,和0≤x1+y1≤1)的半导体材料。
参考图2，所有的第一导电半导体层124、有源层126、第二导电半导体层127和电子阻挡层129都可以包括Al。因此，第一导电半导体层124、有源层126、第二导电半导体层127和电子阻挡层129可以具有AlGaN成分。
电子阻挡层129的Al成分可以在50％至100％的范围内。当电子阻挡层129的Al成分小于50％时，存在的问题是：用于阻挡电子的能量壁垒的高度可能是不足的，并且从有源层126发出的光可以被电子阻挡层129吸收。
电子阻挡层129可以包括1-1部分129a和1-2部分129c。电子阻挡层129可以包括第二掺杂剂。第二掺杂剂可以包括诸如Mg、Zn、Ca、Sr、和Ba之类的p型掺杂剂。当第二掺杂剂被包括在电子阻挡层129中时，电子阻挡层129可以包括与第二导电半导体层相同的掺杂剂。然而，本公开不局限于此，电子阻挡层129可以具有与第二导电半导体层127的极性相同的极性并且可以包括与在第二导电半导体层中包括的掺杂剂不同的第二掺杂剂。
根据本实施例，通过1-1部分129a和1-2部分129c增加了第二载流子(例如空穴)的注入效率，降低了电阻，使得操作电压Vf得以改善。
靠近第二导电半导体层127，可以增加1-1部分129a的Al成分。1-1部分129a的Al成分可以在80％至100％的范围内。即，1-1部分129a可以是AlGaN或者AlN。作为一种替代方式，1-1部分129a可以是超晶格层，其中AlGaN和AlN被交替地配置。
1-1部分129a的厚度可以是在大约0.1nm至4nm的范围内。当1-1部分129a的厚度比0.1nm薄时，存在的问题是：第一载流子(例如电子)的运动可能没有被有效地阻挡。而，当1-1部分129a的厚度比4nm厚时，第二载流子(例如空穴)进入有源层的注入效率可能被降低。
没有用第二掺杂剂掺杂的未掺杂部分129b可以被布置在1-1部分129a和1-2部分129c之间。未掺杂部分129b可以用于防止掺杂剂从第二导电半导体层127扩散到有源层126。
第二导电半导体层127可以包括2-1、2-2和2-3导电半导体层127a、127b和127c。
2-2导电半导体层127b的厚度可以大于10nm且小于50nm。例如，2-2导电半导体层127b的厚度可以是25nm。当2-2导电半导体层127b的厚度小于10nm时，电阻可能在水平方向上增大，使得电流注入效率可能被降低。而，当2-2导电半导体层127b的厚度大于50nm时，电阻在垂直方向上增大，使得电流注入效率可能被降低。
2-2导电半导体层127b的Al成分可以高于阱层126a的Al成分。为了产生UV光，阱层126a的Al成分可以是在大约30％至70％的范围内。当2-2导电半导体层127b的Al成分低于阱层126a的Al成分时，由于2-2导电半导体层127b吸收光，因此光提取效率可能被降低。然而，本公开不限于此。例如，2-2导电半导体层127b的一些部分中的Al成分可以低于阱层126a的Al成分。
2-2导电半导体层127b的Al成分可以大于40％且小于80％。当2-2导电半导体层127b的Al成分小于40％时，存在的问题在于光吸收速率增加，当其Al成分大于80％时，电流注入效率可以被变差。例如，当阱层126a的Al成分是30％时，2-2导电半导体层127b的Al成分可以是40％。
2-1导电半导体层127a的Al成分可以低于阱层126a的Al成分。当2-1导电半导体层127a的Al成分高于阱层126a的Al成分时，在2-1导电半导体层127a和第二电极之间的电阻增大，使得无法实现充分的欧姆接触并且电流注入效率降低。
2-1导电半导体层127a的Al成分可以大于1％且小于50％。当2-1导电半导体层127a的Al成分大于50％时，在2-1导电半导体层127a和第二电极之间无法实现充分的欧姆接触，当其Al成分小于1％时，其Al成分基本上是与GaN成分相同以吸收光。
2-1导电半导体层127a的厚度可以是在1nm至30nm的范围或者1nm至10nm的范围内。如上述，由于2-1导电半导体层127a的Al成分对于欧姆接触而言是低的，因此2-1导电半导体层127a可能吸收UV光。这样，从光输出的观点来看，将2-1导电半导体层127a的厚度控制为尽可能薄是有利的。
但是，当2-1导电半导体层127a的厚度被控制为1nm或更少时，Al成分可能发生突然地变化，使得结晶度可能被降低。而且，当2-1导电半导体层127a的厚度太薄时，片电阻可能增大，半导体器件的电特性可能被降低。另外，当其厚度大于30nm时，由2-1导电半导体层127a吸收的光的量将太大，光输出效率可能被减小。
2-1导电半导体层127a的厚度可以小于2-2导电半导体层127b的厚度。2-2导电半导体层127b与2-1导电半导体层127a的厚度比率可以是在1.5:1至20:1的范围内。当厚度比率小于1.5:1时，2-2导电半导体层127b的厚度太薄，并且电流注入效率可能被减小。而，当厚度比率大于20:1时，2-1导电半导体层127a的厚度太薄，并且欧姆接触可靠性可能被降低。
2-2导电半导体层127b的Al成分可以远离有源层126而降低。另外，2-1导电半导体层127a的Al成分可以远离有源层126而降低。
就此而言，2-1导电半导体层127a的Al成分的降低可以大于2-2导电半导体层127b的Al成分的降低。即，2-1导电半导体层127a的Al成分在其厚度方向上的变化可以大于2-2导电半导体层127b的Al成分在其厚度方向上的变化。
由于2-2导电半导体层127b的厚度应该大于2-1导电半导体层127a的厚度，同时2-2导电半导体层127b的Al成分应该高于阱层126a的Al成分，因此其Al成分的降低可以是相对缓慢。但是，由于2-1导电半导体层127a的厚度是如上面所描述的并且其Al成分变化大，因此其Al成分的降低可以是相对大。
2-3导电半导体层127c可以具有均一的Al成分。2-3导电半导体层127c的厚度可以是在20nm至60nm的范围内。2-3导电半导体层127c的Al成分可以是在40％至70％的范围内。
如上所述，2-1导电半导体层127a的厚度可以是在1nm至10nm的范围内，2-2导电半导体层127b的厚度可以是在10nm至50nm的范围内，以及2-3导电半导体层127c的厚度可以是在20nm至60nm的范围内。
因此，2-1导电半导体层127a的厚度对第二导电半导体层127的整体厚度的比率可以是在1：3至1：120的范围内。但是，本公开不局限于此，2-1导电半导体层127a的厚度对第二导电半导体层127的整体厚度的比率可以是在1：3至1：50的范围或者1：3至1：70的范围内。
图3是示出根据本公开一个实施例的发光结构的Al离子强度变化的二次离子质谱(SIMS)图，图4是图3的一部分的放大示意图。
SIMS数据可以是通过飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)获得的分析数据。
SIMS数据可以通过用初级离子辐射靶的表面和计数及分析从表面释放出的二次离子的数量来获得。初级离子可以选择自O2+、Cs+、Bi+等。例如，加速电压可以是在20keV至30keV的范围内，辐射电流可以是在0.1pA至5.0pA的范围内，注入面积可以是20nm×20nm，但是本公开不局限于此。
SIMS数据可以由通过刻蚀来收集二次离子质谱而获得，该刻蚀是在第一导电半导体层的方向上在第二导电半导体层的表面(即在深度为零的位置)上被渐渐地执行。
但是，本公开不局限于此，可以使用用于检测AlGaN基和/或GaN基的半导体材料以及第一和第二掺杂剂材料的各种测量条件。
参考图3和图4，在发光结构中，Al离子(即二次离子)的强度可以从第一导电半导体层124朝向第二导电半导体层127变化。第二导电半导体层127可以包括P型半导体层和阻挡层。
发光结构可以包括具有在第一导电半导体层124中的最低Al强度的第一中间强度P1、具有在发光结构中的最高Al强度的第一最大强度P2、以及具有在发光结构中的最低Al强度的第一最小强度P3。
第二半导体层127包括二次离子的第一最小强度P3和二次离子的第一最大强度P2。第一半导体层124包括二次离子的第二最小强度P5和二次离子的第二最大强度P4。第二最小强度P5不同于第一最小强度P3。
第一中间强度P1可以具有与在第一导电半导体层124中布置的中间层124b相同的离子强度。第一最大强度P2可以是电子阻挡层129的1-1部分129a。而且，第一最小强度P3可以是表面层(即，2-1导电半导体层)，在该表面层，第二导电半导体层直接与第二电极(即，P欧姆电极)接触。SIMS分析的结果可以被解释为关于材料或者其掺杂浓度的二次离子强度的谱，并且，当分析二次离子强度或者掺杂浓度时，在该结果中可以包括在强度或掺杂浓度的0.9至1.1倍范围内发生的噪声。因此，当提到“等于/与…相同”时可以指在该结果中包括特定二次离子强度或掺杂浓度的大于等于0.9倍且小于等于1.1倍的噪声。就此而言，第一中间强度P1可以具有与中间层124b的二次离子强度的最高点相同的离子强度。
第二半导体层包括位于第一最小强度P3和第一中间强度P1之间的两个强度峰P11和强度谷P12。
在有源层126中展示出的强度低于第一和第二最大强度P2和P4并且高于第一和第二最小强度P3和P4。在有源层126中展示出的强度包括多个峰P61和多个谷P62。在有源层126的多个峰P61中展示出的强度高于在有源层126的多个谷P62中展示出的强度。
除了使用SIMS谱的方法之外，强度的测量可以通过诸如透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射光谱法(XRD)等测量方法完成。
在第一中间强度P1和第一最大强度P2之间的第一Al强度差D1对在第一中间强度P1和第一最小强度P3之间的第二Al强度差D2的比率D1:D2可以是在1:0.2至1:2的范围或者1:0.2至1:1的范围内。当比率D1:D2小于1:0.2时，第二Al强度差D2相对小，存在的问题在于Al强度可能没有被充分降低。因此，与第二电极的接触电阻可能增加。而且，当比率D1:D2大于1:2时，第二Al强度差D2相对大，存在的问题在于Al强度被突然地变化，结晶性被降低。
传统上，薄GaN层被插入在电极和第二导电半导体层之间用于在它们之间形成欧姆接触。但是，在这种情况下，由于GaN层不包含Al，因此第二Al强度差D2可能被突然地增加。结果，第一Al强度差D1对第二Al强度差D2的比率D1:D2变成1:0.2至1:2的范围之外。
参考图4，基于SIMS数据，第一厚度W1对第二厚度W2的比率W1:W2可以是在1:0.2至1:1的范围内。第一厚度W1可以是发光结构在第一中间强度P1和第一最大强度P2之间的厚度，第二厚度W2可以是发光结构在第一中间强度P1和第一最小强度P3之间的厚度。
当第一厚度W1对第二厚度W2的比率W1:W2小于1:0.2时，第二厚度W2相对小，并且在第二导电半导体层127中的Al强度的变化可能突然改变。结果，结晶性可能被降低。
而且，当比率W1:W2大于1:1时，第二厚度W2相对大，并且存在的问题在于光提取效率被减少。
图5是根据本公开一个实施例的发光结构的图片，图6表示通过测量根据本公开一个实施例的第二导电半导体层的表面获得的原子力显微镜(AFM)数据。
参考图5，发光结构可以被配置成使得第一导电半导体层124、有源层126、电子阻挡层129和第二导电半导体层127顺序堆叠。第二电极可以与第二导电半导体层127的表面127a直接接触，以在它们之间形成欧姆接触。
参考图6，可以看出，在第二导电半导体层127的表面层上观察到了团簇(cluster)。根据实施例，由于作为表面层的2-1导电型半导体层的Al成分是在1％至10％的范围内，因此诸如AlN、AlGaN和GaN之类的材料以团簇形式产生，使得结面积可以增加。结果，能够改善电特性。
图7是示出根据本公开另一个实施例的发光结构的Al离子强度的变化的SIMS图。
参考图7，在第一中间强度P1和第一最大强度P2之间的第一Al强度差D1对在第一中间强度P1和第一最小强度P3之间的第二Al强度差D2的比率D1:D2被测量是1:0.72。因此，可以确定，比率D1:D2满足1:0.2至1:2的范围。第一Al强度差D1被测量是6.8，第二Al强度差D2被测量是4.9。
图8是根据本公开一个实施例的半导体器件的概念图，图9A和图9B是根据本公开实施例的半导体器件的平面视图。
参考图8，发光结构120的上述结构可以被直接地应用于本实施例。第一电极142可以被布置在凹部128的上表面上，以与第一导电半导体层124电连接。第二电极246可以被形成在第二导电半导体层127之下。
第二电极246可以与2-2导电半导体层127b接触，以与其电连接。
由于与第二电极246接触的2-1导电半导体层127a的Al成分是在1％至10％的范围内，因此在2-1导电半导体层127a和第二电极246之间可以容易地建立欧姆连接。而且，由于2-1导电半导体层127a的厚度大于1nm且小于30nm，因此光吸收量小。
第一电极142和第二电极246可以是欧姆电极。第一电极142和第二电极246可以由包括下述材料的至少一个的材料形成：氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铝锌氧化物(AZO)、氧化锑锡(ATO)、氧化镓锌(GZO)、氮化IZO(IZON)、Al-Ga ZnO(AGZO)、In-Ga ZnO(IGZO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Sn、In、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、以及Hf，但是本公开不局限于这些材料。
第二电极焊盘166可以被布置在半导体器件一侧的边缘处。第二电极焊盘16的中央部分凹入，使得第二电极焊盘166的上表面可以具有凹入部分和凸出部分。线(未示出)可以被接合到上表面的凹入部分。因此，接合面积可以被加宽，使得第二电极焊盘166和线可以被更牢固地接合。
第二电极焊盘166可以用来反射光，使得当第二电极焊盘166靠近发光结构120时能够改善光提取效率。
第二电极焊盘166的凸出部分的高度可以高于有源层126的高度。因此，第二电极焊盘166可以向上反射在器件的水平方向上从有源层126发出的光，由此改善光提取效率并控制指向角。
第一绝缘层131在第二电极焊盘166下可以是部分开口，使得第二导电层150和第二电极246被电连接。钝化层180可以被形成在发光结构120的上表面和侧面上。钝化层180可以与邻近第二电极246的区域和在第二电极246下方的第一绝缘层131接触。
例如，第二电极246通过被开口的第一绝缘层131与第二导电层150接触的部分的宽度d22可以是在40μm至90μm的范围内。当宽度d22小于40μm时，存在的问题在于操作电压可能增大，而当宽度d22大于90μm时，难以确保用于不使第二导电层150暴露于外部的工艺余量。当第二导电层150被暴露于第二电极246的外部区域时，发光器件的可靠性可能被降低。因此，优选地，宽度d22可以是相对于第二电极焊盘166的整体宽度60％至95％的范围内。
第一绝缘层131可以将第一电极142与有源层126和第二导电半导体层127电绝缘。而且，第一绝缘层131可以将第二电极246和第二导电层150与第一导电层165电绝缘。
第一绝缘层131可以由从由SiO2、SixOy、Si3N4、SixNy、SiOxNy、Al2O3、TiO2、AlN等构成的组中选择的至少一种材料形成，但不局限于此。第一绝缘层131可以形成为单层或者多层。例如，第一绝缘层131可以是分布式布拉格反射器(DBR)，其具有包括AlSi氧化物或者Ti化合物的多层结构。但是，本公开不局限于此，第一绝缘层131也可以包括各种反射结构。
当第一绝缘层131执行绝缘功能时，从有源层126的侧面发出的光可以被向上反射以改善光提取效率。如下面将说明的，在UV半导体器件中，随着凹部128的数量增加，光提取效率可能更有效。
第二导电层150可以覆盖第二电极246。因此，第二电极焊盘166、第二导电层150和第二电极246可以形成一个电通道。
第二导电层150可以完全地包围第二电极246以与第一绝缘层131的侧面和上表面接触。第二导电层150可以由具有与第一绝缘层131良好粘合强度的材料制成，至少一个材料从由Cr、Al、Ti、Ni、Au等以及其合金构成的组中选择，并且可以形成为单层或者多个层。
当第二导电层150是与第一绝缘层131的侧面和上表面接触时，第二电极246的热电可靠性能够被改善。而且，第二导电层150可以具有反射功能，用于向上反射在第一绝缘层131和第二电极246之间发射的光。
第二导电层150还可以被设置在第一绝缘层131和第二电极246之间的区域中，并且第二导电半导体层以第二间隔距离暴露于该区域。第二导电层150可以第二间隔距离与第二电极246的侧面和上表面以及第一绝缘层131的侧面和上表面接触。
而且，第二导电层150和第二导电半导体层127可以在第二间隔距离内互相接触，以被布置在形成肖特基结的区域中，并且可以形成肖特基结以促进电流扩散。
第二绝缘层132将第二电极246和第二导电层150与第一导电层165电绝缘。第一导电层165可以穿过第二绝缘层132以被电连接到第一电极142。
第一导电层165和接合层160可以沿着发光结构120的底表面和凹部128的形状布置。第一导电层165可以由具有优异反射率的材料制成。例如，第一导电层165可以包括Al。当第一导电层165包括Al时，第一导电层165用于向上反射从有源层126发出的光，使得光提取效率能够被改善。
接合层160可以包括导电材料。例如，接合层160可以包括从由金、锡、铟、Al、硅、银、镍和铜或者其合金构成的组中选择的材料。
衬底170可以由导电材料制成。例如，衬底170可以包括金属或者半导体材料。衬底170可以是具有优异电导率和/或优异热导率的金属。在这种情况下，在半导体器件工作期间所产生的热能够快速地释放到外部。
衬底170可以包括从由硅、钼、钨、铜和Al或者其合金构成的组中选择的材料。
在发光结构120的上表面上可以形成不规则部。该不规则部能够改善从发光结构120发出的光的提取效率。该不规则部根据UV波长可以具有不同的平均高度，在UV-C的情况下，当每一个不规则部的高度处于大约300nm至800nm的范围内并且其平均高度处于500nm至600nm的范围内时，光提取效率能够被改善。
图9A和图9B是根据本公开的实施例的半导体器件的平面视图。
当发光结构120的Al成分增加时，在发光结构120内部的电流分布特性可能被降低。而且，与GaN基蓝色发光器件相比，有源层126增加了从其侧面(即，TM模式)发出的光的量。TM模式可以在UV半导体器件中产生。
根据本实施例，为了电流扩散，可以布置第一电极142，在发出具有UV区域波长的光的GaN半导体中形成的凹部128的数量相对大于发出蓝光的GaN半导体。
参考图9A，当Al成分被增加时，电流分布特性可能变差。因此，电流仅被分布到邻近每一个第一电极142的位置，使得在远离每一个第一电极142的位置，电流密度可能被急剧地降低。因此，有效发光区域P2可能变窄。有效发光区域P2可以被定义为从基于电流密度在电流密度为40％或更小的边界点到具有最高电流密度的邻近第一电极142的位置的区域。例如，可以根据注入电流的电平和从每一个凹处128的中心开始在5μm至40μm的范围内的Al成分来调节有效发光区域P2。
具体地，在相邻第一电极142之间的低电流密度区域P3具有低的电流密度，因此难以对光发射有贡献。因此，在本实施例中，第一电极142被布置在具有低电流密度的低电流密度区域P3中，使得光输出能够被改善。
通常，由于GaN半导体层具有相对优异的电流分布特性，因此使凹部128和第一电极142的面积最小化可以是优选的。这是因为，当凹部128和第一电极142的面积增加时，有源层126的面积减小。但是，在实施例中，由于因高Al成分导致的电流分布特性相对低，因此，甚至牺牲有源层126的面积，通过增加第一电极142的数量来减少低电流密度区域P3也可以是优选的。
参考图9B，当凹部128的数量是48时，代替被水平垂直地布置成直线，凹部128可以被布置成折线形式。在这种情况下，低电流密度区域P3的区域是比较窄的，因此大部分有源层可以参与光发射。当凹部128的数量是在82至110的范围内时，电流可以被更加有效地分布，使得操作电压能够被进一步降低，并且光输出能够被改善。在发出UV-C光的半导体器件中，当凹部128的数量小于70时，电特性和光特性可能被降低，并且当凹部128的数量大于110时，尽管发光层的体积被减少使得光特性可能被降低，但能够改善电特性。
多个第一电极142与第一导电半导体层124接触的第一区域可以是相对于发光结构120在水平方向上的最大剖面区域7.4％至20％的范围或者10％至20％的范围内。第一区域可以是多个第一电极142与第一导电半导体层124接触的若干区域的和。
当多个第一电极142的第一区域小于7.4％时，由于电流分布特性不充分导致光输出可能被降低，而当其第一区域超过20％时，有源层和第二电极的面积过度地减少，存在的问题在于操作电压升高和光输出降低。
而且，多个凹部128的整体面积可以是相对于发光结构120在水平方向上的最大剖面区域的13％至30％的范围内。当多个凹部128的整个区域不满足上述条件时，则难以将第一电极142的整个区域控制为处于7.4％至20％的范围内。另外，存在的问题在于操作电压升高和光输出降低。
第二电极246与第二导电半导体层127接触的第二区域可以是相对于发光结构120在水平方向上的最大剖面区域的35％至70％的范围内。第二区域可以是第二电极246与第二导电半导体层127接触的整个区域。
当第二区域小于35％时，第二电极246的面积过小，使得存在的问题在于操作电压升高和第二载流子(例如空穴)的注入效率下降。当第二区域超过70％时，第一区域可以不是有效地宽，使得存在的问题在于第一载流子(例如电子)的注入效率下降。
第一区域和第二区域具有反向关系。即，当凹部的数量被增加以增加第一电极的数量时，第二电极的区域下降。为了增加光输出，电子和空穴的扩散特性应当平衡。因此，确定第一区域和第二区域的合适比率是重要的。
多个第一电极与第一导电半导体层接触的第一区域对第二电极与第二导电半导体层接触的第二区域的比率(即：第一区域：第二区域)可以是处于1:3至1:10的范围内。
当区域比率大于1:10时，第一区域相对小，使得电流分布特性可能变差。而，当区域比率小于1:3时，存在的问题在于第二区域相对小。
图10是根据本公开的一个实施例的发光器件封装的概念图。
半导体装置被配置为封装并且可以被用来硬化树脂、抗蚀剂、旋涂介电材料(SOD)或者旋涂玻璃(SOG)的器件。另外，半导体器件封装可以被用于临床医学应用或者电子器件，例如用于空气净化器或者水净化器的消毒装置。
参考图10，半导体器件封装可以包括形成有凹部3的主体2、布置在主体2上的半导体器件1、以及布置在主体2上并且被电连接到半导体器件1的一对引线框5a和5b。半导体器件1可以包括所有的上述配置。
主体2可以包括用于反射UV光的材料或者涂层。主体2可以通过堆叠多个层2a、2b、2c和2d形成。多个层2a、2b、2c和2d可以是相同的材料或者可以包括不同的材料。
凹部3可以被形成为远离半导体器件而变宽，并且台阶3a可以被形成在凹部3的倾斜表面上。
光传输层4可以覆盖凹部3。光传输层4可以由玻璃材料制成，但不局限于此。光传输层4可以包括能够有效地传输UV光的任何材料。凹部3的内部可以是空的空间。
半导体器件可以被用作照明系统、图像显示装置或者发光装置的光源。即，半导体器件可以被应用到被布置在壳体中提供光的各种电子装置。例如，当半导体器件和RGB荧光材料混合使用时，可以实现具有较高显色指数(CRI)的白光。
上述半导体器件可以以例如发光器件封装的形式配置，以用作照明系统、图像显示装置、发光装置等的光源。
当半导体器件被用作图像显示装置的背光单元时，半导体器件可以被用作边缘型背光单元或者直接型(direct-type)背光单元，并且，当半导体器件被用作照明装置的光源时，半导体器件可以被用作照明设备或者灯泡型设备，并且还可以被用作移动终端的光源。
除了上述LED之外，发光器件包括激光二极管。
类似于发光器件，激光二极管可以包括具有上述结构的第一导电半导体层、有源层、和第二导电半导体层。而且，激光二极管使用电致发光现象，在电致发光现象中，在p型第一导电半导体和n型第二导电半导体被接合之后，当电流在其中流动时发射光，但是激光二极管具有的光的方向性和相位不同于从发光器件中发出的光的方向性和相位。即，激光二极管使用被称为受激发射的现象和结构干涉现象可以在特定单波长(即单色束)上发出在相同方向上具有相同相位的光，并且借助上述特征，激光二极管可以被用于光通信、医疗设备、半导体处理设备等。
光电检测器是光接收器件的例子，其是一种变换器，检测光并将光的强度变换成电信号。光电检测器的例子有光电池(硅和硒)、光变换器件(硫化镉和硒化镉)、光敏二极管(PD)(例如，在可见盲光谱区或者真正盲光谱区中具有峰值波长的PD)、光电晶体管、光电倍增管、光电管(例如真空和充气型)、红外(IR)检测器等，但是实施例不局限于此。
此外，诸如光电检测器之类的半导体器件可以使用通常具有较高光变换效率的直接带隙半导体来制造。另外，光电检测器具有各种各样的结构，并且包括作为最通常结构的使用PN结的pin型光电检测器、使用肖特基结的肖特基光电检测器、以及金属-半导体-金属(MSM)型光电检测器。
类似于发光器件，PD可以包括具有上述结构的第一导电半导体层、有源层、和第二导电半导体层，并且可以被配置有PN结或者pin结构。PD通过施加反向偏置或者零偏置而工作，并且当光进入PD时，产生电子和空穴，使得电流流动。就此而言，电流的幅值可以近似地正比于在PD上入射的光的强度。
光伏电池或者太阳能电池是一种PD，并且可以将光变换成电流。类似于发光器件，太阳能电池可以包括具有上述结构的第一导电半导体层、有源层、和第二导电半导体层。
而且，PD可以通过使用PN结的一般二极管的整流特性被用作电子电路的整流器，并且通过被利用作为微波电路而可以被应用到振荡电路等。
另外，上述半导体器件不必仅仅用半导体来实现，并且在一些情况下还可以包括金属材料。例如，诸如光接收器件的半导体器件可以使用Ag、Al、Au、In、Ga、N、Zn、Se、P、和As、或者用p型或者n型掺杂剂掺杂的半导体材料或者本征半导体材料当中的至少一种来实现。
根据本公开的实施例，在半导体器件中抑制了光吸收，使得光输出能够增强。
本公开的各种有益优点和效果不受详细说明的限制，并且通过本公开详细实施例的说明应当容易理解这些优点和效果。
尽管本发明已经参考实施例主要进行了说明，然而应当理解，本公开不限于公开的示例性实施例，在不脱离本发明宗旨的情况下，本领域技术人员能够进行各种改进和应用。例如，在实施例中具体示出的每个部件能够被改进和实施。与这些改进和应用相关的差别应当被解释为落入由所附权利要求限定的本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种半导体器件，包括：
发光结构，所述发光结构包括：
具有铝的第一半导体层；
具有铝的第二半导体层；以及
具有铝并且设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的有源层；
其中，在所述发光结构上轰击初级离子以溅射所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层的多个部分，二次离子包括所产生的针对所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层的各强度的铝；
在所述第二半导体层中展示的强度的范围是在二次离子的第一最小强度和二次离子的第一最大强度之间；
在所述第一半导体层中展示的强度包括二次离子的第二最小强度，所述第二最小强度不同于所述第一最小强度；以及
在从所述第二半导体层的表面开始的第一预设距离处，所述第二半导体层展示出处于所述第一最小强度和所述第一最大强度之间的与所述第二最小强度对应的二次离子的第一中间强度，其中所述第一最大强度出现在从所述第一预设距离开始的第二预设距离处；
其中，所述第二预设距离(W1)对所述第一预设距离(W2)的比率是在1:0.2到1:1的范围内；所述第二半导体层包括表面层，所述表面层含有AlGaN，所述表面层展示所述第一最小强度。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一最大强度和所述第二最小强度之间的第一强度差(D1)大于所述第一最小强度与所述第二最小强度之间的第二强度差(D2)。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一最大强度和所述第二最小强度之间的第一强度差(D1)对所述第一最小强度与所述第二最小强度之间的第二强度差(D2)的比率是在1:0.2到1:2的范围内。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，在所述第二半导体层中展示的所述第一最小强度和所述第一中间强度之间的强度包括两个强度峰和位于所述两个强度峰之间的强度谷。
5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述两个强度峰处的强度高于所述强度谷处的强度。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第二半导体层是P型半导体层和阻挡层，所述第一半导体层是N型半导体层。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一半导体层在所述第一半导体层最靠近所述有源层的部分展示出第二最大强度。
8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中，在所述有源层中展示出的强度低于所述第一最大强度和所述第二最大强度，并且高于所述第一最小强度和所述第二最小强度。
9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，在所述有源层中展示出的强度包括多个峰和多个谷。
10.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，在所述有源层的多个峰中展示出的强度高于在所述有源层的多个谷中展示出的强度。
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