CN110010734B - 紫外半导体发光器件 - Google Patents

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Abstract

紫外半导体发光器件包括半导体堆叠、沟槽、填充绝缘体以及第一电极和第二电极。半导体堆叠包括第一导电类型的半导体层和第二导电类型的半导体层以及在它们之间的有源层，有源层包括AlGaN半导体材料。沟槽延伸通过第二导电类型的半导体层和有源层到达第一导电类型的半导体层并具有第一宽度。填充绝缘体填充沟槽，使得填充绝缘体在沟槽中至少延伸通过有源层，并且包括具有特定折射率的绝缘材料。第一电极连接到第一导电类型的半导体层，第二电极连接到第二导电类型的半导体层。

Description

紫外半导体发光器件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月13日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2017-0171131的优先权，其全部公开通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及紫外半导体发光器件。
背景技术
近年来，紫外光源已经被用于各种器件，诸如消毒灭菌器件或UV固化器件。作为紫外光源，半导体发光二极管(LED)至少部分地基于相对环保和高效率而越来越受欢迎。例如，氮化物半导体LED被广泛使用。
然而，紫外氮化物半导体LED不仅由于由晶体缺陷所导致的俄歇复合和低载流子浓度(特别是低空穴浓度)而具有低的外部量子效率，而且由于它们由具有高折射率的半导体材料形成，所以具有非常低的光提取效率。例如，由于被配置为发射短波长紫外光的氮化物半导体LED(例如UV-B和UV-C)具有极低的光提取效率(例如2％至3％)，所以其商业化可能是困难的。这种低的光提取效率是因为与在InxGa1-xN量子阱中产生的光相比，在AlxGa1-xN量子阱中产生的光在横向方向上比在竖直方向上行进更多。另外，在横向方向上行进的光很有可能被重新吸收到诸如有源层的半导体堆叠中。
发明内容
示例实施例提供了一种紫外半导体发光器件，其基于提高横向方向上的光提取效率而具有相当大提高的发光效率。
根据一些示例实施例，紫外半导体发光器件可以包括半导体堆叠。半导体堆叠可以包括第一导电类型的AlGaN半导体层，第一导电类型的AlGaN半导体层包括第一A1GaN半导体材料。半导体堆叠可以包括第二导电类型的AlGaN半导体层，第二导电类型的AlGaN半导体层包括第二A1GaN半导体材料。半导体堆叠可以包括在第一导电类型的AlGaN半导体层和第二导电类型的AlGaN半导体层之间并且包括第三AlGaN半导体材料的有源层。紫外半导体发光器件可以包括：至少一个沟槽，通过第二导电类型的AlGaN半导体层和有源层延伸到第一导电类型的AlGaN半导体层；填充绝缘体，填充至少一个沟槽，使得填充绝缘体在至少一个沟槽中至少延伸通过有源层，填充绝缘体包括绝缘材料，绝缘材料具有比有源层低的折射率；第一电极，连接到第一导电类型的AlGaN半导体层；以及第二电极，连接到第二导电类型的AlGaN半导体层。所述至少一个沟槽的侧壁倾角(θ0)，相对于所述至少一个沟槽的侧壁的横向方向上的入射角(θ1)，以及相对于横向方向的折射角(θ2)满足下面的等式(1)至(3)：
θ0＝90°-θ1......(1)
n1×sin(θ1)＝n2×sin(θ2)......(2)
θ2≥9°+θ1.......(3)，
其中，n1是有源层的折射率，n2是绝缘材料的折射率。
根据一些示例实施例，紫外半导体发光器件可以包括半导体堆叠。半导体堆叠可以包括第一导电类型的AlGaN半导体层，第一导电类型的AlGaN半导体层包括第一AlGaN半导体材料。半导体堆叠可以包括第二导电类型的AlGaN半导体层，第二导电类型的AlGaN半导体层包括第二AlGaN半导体材料。半导体堆叠可以包括在第一导电类型的AlGaN半导体层和第二导电类型的AlGaN半导体层之间并且包括第三AlGaN半导体材料的有源层。紫外半导体发光器件可以包括：至少一个第一沟槽，通过第二导电类型的AlGaN半导体层和有源层延伸到第一导电类型的AlGaN半导体层，所述至少一个第一沟槽具有第一宽度；至少一个第二沟槽，通过第二导电类型的AlGaN半导体层和有源层延伸到第一导电类型的AlGaN半导体层，所述至少一个第二沟槽具有第二宽度，第二宽度大于第一宽度；填充绝缘体，填充所述至少一个第一沟槽，使得所述填充绝缘体在所述至少一个第一沟槽中至少延伸通过有源层，所述填充绝缘体包括绝缘材料，所述绝缘材料具有特定的折射率；第一接触电极，通过所述至少一个第二沟槽连接到第一导电类型的AlGaN半导体层；以及第二接触电极，在第二导电类型的AlGaN半导体层上。
根据一些示例实施例，紫外半导体发光器件可以包括半导体堆叠。半导体堆叠可以包括：第一导电类型的半导体层，包括Alx1Ga1-x1N(0＜x1≤1)半导体材料；第二导电类型的半导体层，包括Alx2Ga1-x2N(0＜x2≤1)半导体材料；以及有源层，在第一导电类型的半导体层和第二导电类型的半导体层之间并且包括Alx3Ga1-x3N(0＜x3＜x1和0＜x3＜x2)半导体材料。紫外半导体发光器件可以包括多个第一沟槽，延伸通过第二导电类型的半导体层和有源层，以到达第一导电类型的半导体层，所述多个第一沟槽中的每一个具有第一宽度；多个第二沟槽，延伸通过第二导电类型的半导体层和有源层，以到达第一导电类型的半导体层，所述多个第二沟槽中的每一个具有第二宽度，第二宽度大于第一宽度；绝缘层，填充所述多个第一沟槽并且在所述多个第二沟槽的内侧壁和第二导电类型的半导体层的顶表面上；第一电极，通过多个第二沟槽连接到第一导电类型的半导体层；以及第二电极，在第二导电类型的半导体层上。
附图说明
根据结合附图给出的以下具体实施方式，将更清楚地理解本公开的上述和其他方面、特征和优点，在附图中：
图1是根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件的俯视图；
图2是沿着图1中示出的紫外半导体发光器件的观察线II-II′的横截面图；
图3是根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件的俯视图；
图4是根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件的俯视图；
图5是沿着图4中示出的紫外半导体发光器件的观察线V-V′的侧横截面图；
图6是示出图5中示出的紫外半导体发光器件的一部分(A区域)的放大图；
图7示出了根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件的部分放大图；以及
图8、图9、图10、图11和图12是用于示出根据一些示例实施例的制造紫外半导体发光器件的方法所提供的工艺横截面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述示例实施例。
图1是根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件的俯视图，图2是沿着图1中示出的紫外半导体发光器件的观察线II-II′的横截面图。
参考图1和图2，根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件20可以包括衬底10和半导体堆叠S，半导体堆叠S被设置在衬底10上并被配置为发射紫外光。半导体堆叠S可以包括第一导电类型的半导体层22和第二导电类型的半导体层26以及设置在第一导电类型的半导体层22和第二导电类型的半导体层26之间的有源层24。
衬底10可以是绝缘衬底、导电衬底或半导体衬底。例如，衬底10可以是蓝宝石、AlN、SiC、MgAl2O4、MgO、LiAlO2或LiGaO2。根据一些示例实施例的半导体堆叠S可以包括基层21，基层21形成在衬底10上并被配置为生长第一导电类型的半导体层22。例如，基层21可以由氮化物材料形成，诸如AlN或AlGaN。
第一导电类型的半导体层22可以是由Alx1Ga1-x1N(0＜x1≤1)表示的n型氮化物半导体材料，并且n型杂质可以是硅(Si)。再次申明，第一导电类型的半导体层22(例如第一导电类型的AlGaN半导体层)可以包括第一AlGaN半导体材料，并且第一导电类型的半导体层22可以包括Alx1Ga1-x1N(0＜x1≤1)半导体材料。例如，第一导电类型的半导体层22可以包括n型AlGaN。第二导电类型的半导体层26可以是由Alx2Ga1-x2N(0＜x2≤1)表示的p型氮化物半导体材料，并且p型杂质可以是镁(Mg)。再次申明，第二导电类型的半导体层26(例如第二导电类型的AlGaN半导体层)可以包括第二AlGaN半导体材料，并且第二AlGaN半导体材料可以与第一AlGaN半导体材料不同。第二导电类型的半导体层26可以包括Alx2Ga1-x2N(0＜x2≤1)半导体材料。例如，第二导电类型的半导体层26可以包括p型AlGaN。
在一些示例实施例中，第一导电类型的半导体层22的铝(Al)组分比(x1)可以在0.55至0.70的范围内，并且更优选地在0.60至0.65的范围内。同样地，第二导电类型的半导体层26的Al组分比(x2)可以在0.55至0.70的范围内，并且更优选地在0.60至0.65的范围内。
根据示例的有源层24可以包括由Alx3Ga1-x3N(0＜x3＜1)形成(“至少部分地包括Alx3Ga1-x3N(0＜x3＜1)”)的量子阱。再次申明，有源层24可以包括第三AlGaN半导体材料，第三AlGaN半导体材料可以与前述的第一AlGaN半导体材料和第二AlGaN半导体材料中的一种或多种不同。有源层包括Alx3Ga1-x3N(0＜x3＜x1和0＜x3＜x2)半导体材料。有源层24可以具有单量子阱(SQW)结构，单量子阱(SQW)结构具有单个的量子阱，但不限于此。有源层24可以具有多量子阱(MQW)结构，其中交替堆叠有由AlxaGa1-xaN(0＜xa＜1)形成的多个量子阱层和由AlxbGa1-xbN(xa＜xb＜1)形成的多个量子势垒层。再次申明，有源层24可以包括第一量子阱层和第二量子阱层的交替堆叠，其中第一量子阱层包括AlxaGa1-xaN(0＜xa＜1)，第二量子势垒层包括AlxbGa1-xbN(Xa＜Xb＜1)。
有源层24的量子阱可以具有带隙，通过该带隙确定紫外光的波长。根据一些示例实施例的有源层24可以被配置为发射波长在约210nm至约315nm的范围内的光。第一导电类型的半导体层22和第二导电类型的半导体层26可以具有比量子阱大的带隙，使得在有源层24中产生的紫外光不被吸收。再次申明，第一导电类型的半导体层22和第二导电类型的半导体层26中的至少一个半导体层可以具有比有源层24的第三AlGaN半导体材料大的能带隙。例如，量子阱的Al组分比(x3或xa)可以低于第一导电类型的半导体层22和第二导电类型的半导体层26的Al组分比(x1和x2)。例如，量子阱的Al组分比(x3或xa)可以在0.35至0.5的范围内。
根据一些示例实施例，半导体堆叠S还可以包括设置在第二导电类型的半导体层26和有源层24之间的电子阻挡层(EBL)25。电子阻挡层25可以具有比第二导电类型的半导体层26大的能带隙。电子阻挡层25可以是由Alx4Ga1-x4N(x2＜x4≤1)表示的p型氮化物半导体材料。电子阻挡层25可以包括A1GaN半导体层，A1GaN半导体层具有比第二导电类型的半导体层26的Al组分比大的Al组分比。例如，电子阻挡层25的Al组分比(x4)可以约为0.8或更高。
当在本说明书中结合数值使用术语“约”或“基本上”时，其意指的是相关联的数值包括所述数值附近的±10％的公差。当指定范围时，所述范围包括其间的所有值，诸如0.1％的增量。
根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件20可以包括穿过第二导电类型的半导体层26和有源层24以到达第一导电类型的半导体层22的多个沟槽T。可以在沟槽T中形成由具有比有源层24(特别是量子阱)的折射率n1低的折射率n2的绝缘材料形成(“至少部分地包括该绝缘材料”)的填充绝缘体27，使得填充绝缘体27在沟槽T中至少延伸通过有源层24，由此至少定位在比有源层24深的水平面处(例如，从有源层的水平面至少部分地延伸到由第一导电类型的半导体层22界定的沟槽T的一部分中)，至少如图2所示。
由于填充绝缘体27具有相对低的折射率，所以它可以改变在横向方向TM上行进的光的路径，从而增加了光提取的可能性。因此，填充绝缘体27可以减少有源层24中的光损耗，并且可以增强在竖直方向TE上行进的相对微弱的光，从而提高整体发光效率。
在一些示例实施例中，填充绝缘体27被示出为几乎完全填充沟槽T，但不限于此。例如，由于填充绝缘体27仅在填充绝缘体27的顶表面至少高于有源层24的顶表面的情况下才影响在横向方向TM上从有源层24行进的光的路径，因此可以预期根据一些示例实施例的提高光提取效率的方法的效果。
在横向方向TM上行进的光的路径可以在第一导电类型的半导体层22的方向上改变大约9度或更多，以实现有效的光提取。在横向方向TM上行进的光的路径的这种改变可以取决于形成填充绝缘体27的绝缘材料的折射率和沟槽T的侧壁TS倾角(θ0)。
当有源层24的折射率和绝缘材料的折射率分别表示为n1和n2时，至少一个沟槽T的侧壁倾角(θ0)、相对于沟槽T的侧壁的横向方向上的入射角(θ1)以及相对于横向方向的折射角(θ2)可以满足下面的等式(1)至(3)：
θ0＝90°-θ1.....(1)
n1×sin(θ1)＝n2×sin(θ2).....(2)
θ2≥9°+θ1.......(3)。
例如，当有源层24或量子阱的折射率n1为2.4并且填充沟槽T的绝缘材料的折射率n2为1.5时，沟槽T的侧壁倾角(θ0)可以被设计为比约75度更窄。另一方面，当沟槽T的侧壁倾角(θ0)被设计为60度时，填充沟槽T的绝缘材料的折射率n2可以低于1.91。
考虑到绝缘材料的折射率条件，沟槽T的侧壁倾角(θ0)可以为约80度或更小。再次申明，沟槽T的侧壁倾角(θ0)可以等于或小于约80度。例如，绝缘材料可以包括从由SiO2、SiN、TiO2、HfO和MgF2构成的组中选择的至少一种材料。
根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件20可以包括分别连接到第一导电类型的半导体层22和第二导电类型的半导体层26的第一电极28和第二电极29。如图所示，第一电极28可以连接到第一导电类型的半导体层22，使得第一导电类型的半导体层22在第一电极28和有源层24之间，第二电极29可以连接到第二导电类型的半导体层26，使得第二导电类型的半导体层26在第二电极29和有源层24之间。进一步申明，第一电极28可以直接连接到第一导电类型的半导体层22，并且可以不直接连接到第二导电类型的半导体层26，而第二电极29可以直接连接到第二导电类型的半导体层26，并且可以不直接连接到第一导电类型的半导体层22。
如图2所示，第二电极29可以包括设置在第二导电类型的半导体层26上的欧姆接触层29a，以及设置在欧姆接触层29a的一部分上的接合电极29b。半导体堆叠S可以具有(“可以包括”)台面刻蚀区域M，其中部分地去除第二导电类型的半导体层26和有源层24以暴露第一导电类型的半导体层22的一部分。再次申明，至少如图2所示，台面刻蚀区域M暴露第一导电类型的半导体层22的一部分。第一电极28可以被设置在第一导电类型的半导体层22的所述一部分上。例如，第一电极28可以具有n型电极结构。另外，第一电极28可以由Al、Ti、Ni、Cr、Au、Ag或ITO形成，或者可以具有由它们的组合形成的多层结构。
用于形成第一电极28的台面刻蚀区域M和用于形成填充绝缘体27的沟槽T可以在相同的工艺中形成。因此，台面刻蚀区域M可以被设置在与沟槽T的底表面基本相同的水平面处。再次申明，如图2所示，台面刻蚀区域M的底表面MB和沟槽T的底表面TSB可以与第一导电类型的半导体层22的底表面22B间隔开基本上共同的距离D1。另外，台面刻蚀区域M的侧壁倾角(θ0’)可以与沟槽T的侧壁TS倾角(θ0)基本上相同。然而，沟槽T的底表面可以高于台面刻蚀区域M，以促进电流动，或者可以改变台面刻蚀区域M的侧壁MS倾角(θ0’)，以提高光提取效率。
如上所述，填充绝缘体27可以用作改变光的路径的结构，并且可以在紫外半导体发光器件20的平面图中为点状，如图1所示。填充绝缘体27可以以规则的间隔布置在半导体堆叠S上。由于填充有填充绝缘体27的沟槽T不包括诸如电极之类的其他元件，并且仅需要用于嵌入具有低折射率的绝缘层的空间，所以可以将在形成沟槽T的工艺中去除有源层24的区域最小化。因此，如图1所示，可以布置多个填充绝缘体27。
虽然为了如一些示例实施例中所述的那样提高光提取效率，在整个发光区域上布置了多个填充绝缘体27，但是可以形成单个的填充绝缘体。另外，可以以各种形状和/或各种布置(与图1中示出的那些不同)对填充绝缘体27进行修改。
图3是根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件的俯视图。可以将图3中示出的紫外半导体发光器件20′理解为具有与图1中示出的紫外半导体发光器件20的横截面区域类似的结构。
参考图3，在紫外半导体发光器件20′的平面图中，填充绝缘体27′可以为线状。沟槽TA和TB中的每一个可以被配置为被划分成多个发光区域。因此，横向沟槽TA和纵向沟槽TB可以彼此交叉，并且提供有效地改变半导体堆叠(图2中的“S”)中的整个发光区域上的分隔壁形式的光路径的结构。
根据一些示例实施例的填充绝缘体27′可以与被配置为形成电极的通孔结构一起提供。图4和图5中示出的紫外半导体发光器件可以包括被配置为形成电极的通孔结构。
图4是根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件的俯视图，图5是沿着图4中示出的紫外半导体发光器件的观察线V-V′的侧横截面图，图6是示出图5中示出的紫外半导体发光器件的一部分(A区域)的放大图。
参考图4和图5，紫外半导体发光器件100可以包括衬底10和设置在衬底10上的半导体堆叠S。半导体堆叠S可以包括基层21、第一导电类型的半导体层22、有源层24和第二导电类型的半导体层26，其可以参考图1和图2中示出的紫外半导体发光器件20的对应的组件的描述来理解。
半导体堆叠S可以包括多个第一沟槽T1和多个第二沟槽T2。关于沟槽T，第一沟槽T1在平面图中可以为点状，例如如图1所示。第一沟槽T1在平面图中可以为线状，例如如图4所示。多个第一沟槽T1和第二沟槽T2中的每一个可以穿越(“延伸”)通过第二导电类型的半导体层26和有源层24以到达第一导电类型的半导体层22。再次申明，第一沟槽T1和第二沟槽T2中的每一个可以通过第二导电类型的半导体层26和有源层24延伸到第一导电类型的半导体层22。
在一些示例实施例中，可以将多个第一沟槽T1提供为形成改变光的路径的填充绝缘体47的结构，并且可以将多个第二沟槽T2提供为形成第一电极50的结构，其中第一电极50通过多个第二沟槽T2连接到第一导电类型的半导体层22。更具体地，虽然提供了多个第一沟槽T1以形成仅用于嵌入具有低折射率的绝缘材料的空间以改变光的路径，但是多个第二沟槽T2可能需要空间，在该空间中形成连接到第一导电类型的半导体层22的第一电极50和将第一电极50与半导体堆叠S电分离的绝缘层40。
因此，多个第一沟槽T1可以具有第一宽度w1，多个第二沟槽T2可以具有第二宽度w2，第二宽度w2大于第一宽度w1。例如，基于顶部宽度，第一宽度w1可以是约8μm或更小，第二宽度w2可以在8μm至50μm的范围内。
如图5和图6所示，多个第二沟槽T2的横截面区域可以具有倒梯形状，多个第一沟槽T1的横截面区域可以具有倒梯形状(其底部宽度比第二沟槽T2的底部宽度窄)或V形状。
在一些示例实施例中，可以用填充绝缘体47填充第一沟槽T1，填充绝缘体47由具有比有源层24(特别是量子阱)的折射率n1低的折射率n2的绝缘材料形成。由于填充绝缘体47具有相对低的折射率，所以它可以改变在横向方向上行进的光的路径，从而增加了光提取的可能性。
填充绝缘体47可以几乎完全填充第一沟槽T1，以便至少被填充到至少比有源层24的水平面高的水平面。再次申明，填充绝缘体47可以在第一沟槽T1中至少延伸通过有源层24。至少一个第一沟槽T1的侧壁倾角(θa)、相对于至少一个第一沟槽T1的侧壁的横向方向上的入射角(θ1)以及相对于横向方向的折射角(θ2)可以满足以上提供的等式(1)至(3)。考虑到绝缘材料的折射率条件，第一沟槽T1侧壁倾角可以为约80度或更小。例如，绝缘材料可以包括从由SiO2、SiN、TiO2、HfO和MgF2构成的组中选择的至少一种。
在一些示例实施例中，第一沟槽T1可以与第二沟槽T2一起形成。多个第一沟槽T1和第二沟槽T2可以具有基本相同的(“共同的”)深度D2。同样地，多个第一沟槽T1和第二沟槽T2中的多个可以具有基本相同的侧壁倾角。
根据一些示例实施例的第二沟槽T2可以提供第一导电类型的半导体层22的接触区域22C。可以通过部分地去除第二导电类型的半导体层26和有源层24来形成第二沟槽T2，以暴露第一导电类型的半导体层22的接触区域22C。
第二沟槽T2可以包括连接多个圆形区域的多个线状的区域，如图4所示。然而，第二沟槽T2不限于此，并且可以具有各种形状，诸如从线状、圆形状和多边形状或其组合中选择的一种。
紫外半导体发光器件100可以包括设置在半导体堆叠S的表面上的绝缘层40。可以将绝缘层40提供为保护半导体堆叠S的钝化层。绝缘层40可以包括第一绝缘层41和设置在第一绝缘层41上的第二绝缘层42。除了第一导电类型的半导体层22的接触区域22C和第二导电类型的半导体层26的接触区域26C之外，第一绝缘层41可以形成在半导体堆叠S的表面上。也就是说，至少如图6所示，第一绝缘层41可以被设置在多个第二沟槽T2的内侧壁44和第二导电类型的半导体层26的顶表面的一部分上。
第一接触电极51和第二接触电极61可以分别形成在第一导电类型的半导体层22的接触区域22C和第二导电类型的半导体层26的接触区域26C上。第一接触电极51和第二接触电极61可以包括分别与第一导电类型的半导体层22和第二导电类型的半导体层26形成欧姆接触的电极材料。例如，第一接触电极51可以包括Ti/Al/Ni/Au，第二接触电极61可以包括Ag或Ni/Au。
第二绝缘层42可以包括至少一个第一开口O1和至少一个第二开口O2，至少一个第一开口O1被配置为打开第一接触电极51的至少一部分，至少一个第二开口O2被配置为打开第二接触电极61的至少一部分。
如图4和图5所示，第一接合金属59和第二接合金属69可以形成在第二绝缘层42上。第一接合金属59和第二接合金属69可以被设置为分别与半导体堆叠S的相对边缘相邻。第一接合金属59可以通过第一开口O1连接到第一接触电极51，第二接合金属69可以通过第二开口O2连接到第二接触电极61(请参考图5)。
以这种方式，根据一些示例实施例的第一电极50可以包括第一接触电极51和第一接合金属59。同样地，第二电极60可以在第二导电类型的半导体层26上，并且可以包括第二接触电极61和第二接合金属69。在芯片倒装结构中，第一接触电极51和第二接触电极61可以形成为反射电极。在包括至少在图5中示出的示例实施例的一些示例实施例中，第一接触电极51可以通过至少一个第二沟槽T2连接到第一导电类型的半导体层22，第二接触电极61可以在第二导电类型的半导体层26上。
尽管根据一些示例实施例的填充绝缘体47被描述为在另外的工艺中形成，但是可以在形成另一绝缘层(例如第一绝缘层41)时，形成填充绝缘体47以填充第一沟槽T1。
图7示出了根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件的部分放大图。图7示出了填充第一沟槽T1的填充绝缘体47′可以与第一绝缘层41相同的一些示例实施例。
参考图7，填充第一沟槽T1的绝缘材料可以是形成在第二沟槽T2的内侧壁44上的第一绝缘层41的一部分。更具体地，根据一些示例实施例的填充绝缘体47′可以与在与第一绝缘层41相同的工艺中形成的绝缘材料相同。再次申明，填充绝缘体47’和第一绝缘层41可以包括共同的材料，并且第一绝缘层41的一部分可以在第一沟槽T1中的至少一个中。第一绝缘层41可以与具有相对大的宽度的第二沟槽T2的内侧壁44共形地形成。然而，第一绝缘层41可以几乎完全填充具有相对小的宽度的第一沟槽T1的内部空间，即使它以相同的厚度沉积，如图7所示。可以将图7中示出的区域理解为对应于图12中示出的紫外半导体发光器件100A的区域B。
图8、图9、图10、图11和图12是用于示出根据一些示例实施例的制造紫外半导体发光器件的方法所提供的工艺横截面图。根据一些示例实施例的方法可以是制造包括图7中示出的填充绝缘体47′的紫外半导体发光器件100A的方法。
参考图8，可以通过在衬底10上顺序堆叠基层21、第一导电类型的半导体层22、有源层24和第二导电类型的半导体层26来形成被配置为发射紫外光的半导体堆叠S。
例如，如上所述，衬底10可以由蓝宝石或A1N形成。可以使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺、氢化物气相外延(HVPE)工艺或分子束外延(MBE)工艺来生长基层21、第一导电类型的半导体层22、有源层24和第二导电类型的半导体层26。
第一导电类型的半导体层22可以包括由Alx1Ga1-x1N(0＜x1≤1)表示的n型氮化物半导体材料。例如，第一导电类型的半导体层22可以包括n型AlGaN。第二导电类型的半导体层26可以包括由Alx2Ga1-x2N(0＜x2≤1)表示的p型氮化物半导体。例如，第二导电类型的半导体层26可以包括p型AlGaN。根据一些示例实施例的有源层24可以包括由Alx3Ga1-x3N(0＜x3＜1)形成的量子阱。有源层24可以具有MQW结构。
接下来，参考图9，可以形成被配置为形成填充绝缘体(图7中的47′)的第一沟槽T1和暴露第一导电类型的半导体层22的接触区域22C的第二沟槽T2。
可以通过部分地刻蚀第二导电类型的半导体层26和有源层24来形成第一沟槽T1和第二沟槽T2。第一沟槽T1的宽度w1可以被设计为比第二沟槽T2的宽度w2窄。第一沟槽T1的侧壁倾角(θa)可以为约80度或更小(例如等于或小于约80度)，以便有效地改变光的路径。
由于第一沟槽T1和第二沟槽T2是在相同的刻蚀工艺中形成的，所以第一沟槽T1和第二沟槽T2可以基本上具有相同的侧壁倾角 和基本相同的深度/>第一沟槽T1可以具有V形状的横截面区域，第二沟槽T2可以具有倒梯形横截面区域。由于第一沟槽T1具有小的宽度w1，所以即使当大量的第一沟槽T1形成为线状时，被去除以在有源层24中形成第一沟槽T1的区域也可以非常小。
在该工艺中，可以沿着衬底10的边缘从第二导电类型的半导体层26部分地去除半导体堆叠S，如图4所示。该工艺可以是反应离子刻蚀(RIE)工艺。
接下来，参考图10，可以在半导体堆叠S的顶表面上形成围绕将在后续工艺中形成的第二接触电极61的第一绝缘层41。可以去除第一绝缘层41以暴露第一导电类型的半导体层22和第二导电类型的半导体层26的接触区域22C和26C。接下来，可以分别在接触区域22C和26C上沉积第一接触电极51和第二接触电极61。
第一绝缘层41可以由从SiO2、SiN、TiO2、HfO和MgF2构成的组中选择的绝缘材料形成。第一绝缘层41可以共形地形成在具有相对大的宽度的第二沟槽T2的内侧壁44上，但几乎完全填充具有相对小的宽度的第一沟槽T1。可以将形成在第一沟槽T1中的第一绝缘层41提供为填充绝缘体47′。被提供为填充绝缘体47′的第一绝缘层41的折射率可以低于有源层24的折射率，并且与第一沟槽T1的倾斜的侧壁一起用作改变在横向方向上行进的紫外光的路径的光学结构，从而提高光提取效率。在一些示例实施例中，第一绝缘层41可以通过沉积工艺形成，诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺或溅射工艺。
第一接触电极51和第二接触电极61可以包括由从Ag、Al、Ni、Cr、Pd、Cu、Pt、Sn、W、Au、Rh、Ir、Ru、Mg、Zn及其合金构成的组中选择的一种形成的单层，或由它们的组合形成的多层。在一些示例实施例中，第一接触电极51可以包括Ti/Al/Ni/Au，第二接触电极61可以包括Ag或Ni/Au。
接下来，参考图11，第二绝缘层42可以形成在第一绝缘层41上以覆盖第一接触电极51和第二接触电极61，并且部分地打开第一接触电极51和第二接触电极61的第一开口O1和第二开口O2可以分别形成在第二绝缘层42上。
第二绝缘层42可以由氧化硅层、氮化硅层、绝缘聚合物层或它们的组合形成。例如，第二绝缘层42可以由与第一绝缘层41相同的绝缘材料形成。在一些示例实施例中，第二绝缘层42可以通过沉积工艺形成，诸如PECVD工艺或溅射工艺，类似于形成第一绝缘层41的工艺。
第二绝缘层42可以与第一绝缘层41一起提供保护紫外半导体发光器件100A的钝化。在一些示例实施例中，形成在第二绝缘层42上的第一开口O1和第二开口O2可以限定连接到将在后续工艺中形成的接合电极的区域。
接下来，参考图12，可以形成通过第一开口O1和第二开口O2连接到第一接触电极51和第二接触电极61的第一接合焊盘和第二接合焊盘。
通过形成分别连接到第一接触电极51和第二接触电极61的第一接合金属59和第二接合金属69，可以完成图4中示出的接合焊盘的布置。例如，第一接合金属59和第二接合金属69可以包括Au、Sn或Au/Sn。在一些示例实施例中，第一接合金属59和第二接合金属69可以由相同的金属形成。
通过上述工艺，除了其中形成电极的沟槽(即第二沟槽)之外，可以在紫外半导体发光器件中形成宽度相对小的沟槽和用折射率与有源层不同的绝缘材料填充沟槽的填充绝缘体。因此，可以提高在向上方向上的光提取效率。根据一些示例实施例的沟槽和填充绝缘体可以在不执行附加的工艺的情况下形成，并且用于在将有源层的区域减小最小化的同时提高发光效率。
如以上所阐述的，根据一些示例实施例的紫外半导体发光器件可以通过形成沟槽并用折射率与有源层不同的绝缘材料填充沟槽而在向上方向上具有提高的光提取效率。由于用于提取光的沟槽以简单的结构提供，所以可以在将有源层的区域减小最小化的同时提高发光效率。特别地，用于提取光的沟槽可以与用于形成电极的沟槽一起形成。
虽然以上已经示出并描述了示例实施例，但是本领域技术人员将清楚的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明构思的范围的情况下，可以进行修改和改变。

Claims (9)

1.一种紫外半导体发光器件，包括：
半导体堆叠，所述半导体堆叠包括：
第一导电类型的AlGaN半导体层，所述第一导电类型的AlGaN半导体层包括第一AlGaN半导体材料，以及
第二导电类型的AlGaN半导体层，所述第二导电类型的AlGaN半导体层包括第二AlGaN半导体材料，以及
有源层，在所述第一导电类型的AlGaN半导体层和所述第二导电类型的AlGaN半导体层之间且包括第三AlGaN半导体材料；
至少一个第一沟槽，通过所述第二导电类型的AlGaN半导体层和所述有源层延伸到所述第一导电类型的AlGaN半导体层，所述至少一个第一沟槽具有第一宽度；
至少一个第二沟槽，通过所述第二导电类型的AlGaN半导体层和所述有源层延伸到所述第一导电类型的AlGaN半导体层，所述至少一个第二沟槽具有第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度；
填充绝缘体，填充所述至少一个第一沟槽，使得所述填充绝缘体在所述至少一个第一沟槽中至少延伸通过所述有源层，所述填充绝缘体包括绝缘材料，所述绝缘材料具有比所述有源层低的折射率；
第一绝缘层，共形地在所述至少一个第二沟槽的内侧壁和所述第二导电类型的AlGaN半导体层的顶表面的一部分上，其中，所述第一绝缘层的一部分完全填充所述至少一个第一沟槽而形成所述填充绝缘体；
第一接触电极，通过所述至少一个第二沟槽连接到所述第一导电类型的AlGaN半导体层；以及
第二接触电极，在所述第二导电类型的AlGaN半导体层上。
2.根据权利要求1所述的紫外半导体发光器件，其中，所述至少一个第一沟槽的侧壁倾角θa、相对于所述至少一个第一沟槽的侧壁的横向方向上的入射角θ1以及相对于所述横向方向上的折射角θ2满足下面的等式(1)至(3)：
θa＝90°-θ1.....(1)
n1×sin(θ1)＝n2×sin(θ2).....(2)
θ2≥9°+θ1.......(3)，
其中，n1是所述有源层的折射率，n2是所述绝缘材料的折射率。
3.根据权利要求1所述的紫外半导体发光器件，还包括：
第二绝缘层，在所述第一绝缘层上，所述第二绝缘层包括第一开口和第二开口，所述第一开口被配置为打开所述第一接触电极的一部分，所述第二开口被配置为打开所述第二接触电极的一部分；以及
第一接合金属和第二接合金属，在所述第二绝缘层上，所述第一接合金属和所述第二接合金属分别通过所述第一开口和所述第二开口连接到所述第一接触电极和所述第二接触电极的所述部分。
4.根据权利要求1所述的紫外半导体发光器件，其中，所述至少一个第一沟槽和所述至少一个第二沟槽具有基本相同的深度。
5.根据权利要求1所述的紫外半导体发光器件，其中，
所述至少一个第一沟槽和所述至少一个第二沟槽具有相同的侧壁倾角，并且
所述至少一个第一沟槽的侧壁倾角θa和所述至少一个第二沟槽的侧壁倾角θb均等于或小于80度。
6.根据权利要求1所述的紫外半导体发光器件，其中，
所述至少一个第一沟槽具有V形的横截面区域，以及
所述至少一个第二沟槽具有倒梯形的横截面区域。
7.根据权利要求1所述的紫外半导体发光器件，还包括：
多个第一沟槽，所述多个第一沟槽包括所述至少一个第一沟槽，所述多个第一沟槽在平面图中为点状。
8.根据权利要求1所述的紫外半导体发光器件，还包括：
多个第一沟槽，所述多个第一沟槽包括所述至少一个第一沟槽，所述多个第一沟槽在平面图中为线状。
9.一种紫外半导体发光器件，包括：
半导体堆叠，所述半导体堆叠包括：
第一导电类型的半导体层，包括Alx1Ga1-x1N半导体材料，0<x1≤1，
第二导电类型的半导体层，包括Alx2Ga1-x2N半导体材料，0<x2≤1，以及
有源层，在所述第一导电类型的半导体层和所述第二导电类型的半导体层之间且包括Alx3Ga1-x3N半导体材料，0<x3<x1且0<x3<x2；
多个第一沟槽，延伸通过所述第二导电类型的半导体层和所述有源层，以到达所述第一导电类型的半导体层，所述多个第一沟槽中的每个第一沟槽具有第一宽度；
多个第二沟槽，延伸通过所述第二导电类型的半导体层和所述有源层，以到达所述第一导电类型的半导体层，所述多个第二沟槽中的每个第二沟槽具有第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度；
绝缘层，完全填充所述多个第一沟槽，且共形地在所述多个第二沟槽的内侧壁和所述第二导电类型的半导体层的顶表面上；
第一电极，通过所述多个第二沟槽连接到所述第一导电类型的半导体层；以及
第二电极，在所述第二导电类型的半导体层上，
其中，所述多个第一沟槽中的每个第一沟槽的侧壁倾角θ0、相对于该第一沟槽的侧壁的横向方向上的入射角θ1以及相对于所述横向方向的折射角θ2满足下面的等式(1)至(3)：
θ0＝90°-θ1.....(1)
n1×sin(θ1)＝n2×sin(θ2).....(2)
θ2≥9°+θ1.......(3)，
其中，n1是所述有源层的折射率，n2是所述绝缘层的折射率。
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