TWI798695B - 紫外led及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種紫外LED及其製作方法，該紫外線LED包括：電子提供層、電洞提供層以及電子提供層與電洞提供層之間的有源層，其中電子提供層上具有N型過渡層和/或電洞提供層上具有P型過渡層，N型過渡層與P型過渡層的材料為GaN；N電極，該N電極位於N型過渡層上，N型過渡層與N電極之間形成歐姆接觸；和/或，P電極，該P電極位於P型過渡層上，P型過渡層與P電極之間形成歐姆接觸。本發明實施例相對於在含鋁GaN基材料上直接形成歐姆接觸電極，可以避免退火，以及避免退火過程中因高溫造成的電子提供層性能下降，有源層中電子電洞複合率降低的問題。
Description
本發明屬於半導體技術領域，尤其關於一種紫外LED及其製作方法。
紫外(UV)光分為：UVC(波長＜280nm的紫外線)，UVB( 280nm≤波長≤315nm的紫外線，UVA(315nm≤波長≤400nm的紫外線)。UVA主要用途包括紫外線硬化、檔及紙幣辨偽；UVB主要用於醫療、印刷、以及利用光觸媒的空氣清新器等醫美範疇；UVC主要用於殺菌、生化檢測、高密度資訊儲存和軍用保密通訊等領域。由於紫外LED有節能、環保、輕量化、譜線純淨、安全、無汞污染等優點，所以可以取代傳統含汞紫外光源加以應用。以Alx
Ga1-x
N(0≤x≤1) 材料為有源區的紫外LED的發光波長覆蓋210nm~365nm的紫外波段（稱為短波紫外），Alx
Ga1-x
N是實現該波段紫外LED器件產品的理想材料。
現有的 Alx
Ga1-x
N基280nm以下波長的紫外LED發光效率不高。
本發明的發明目的是提供一種紫外LED及其製作方法，提高發光效率。
為實現上述目的，本發明的一方面提供一種紫外LED，包括：電子提供層、電洞提供層以及電子提供層與電洞提供層之間的有源層，其中電子提供層上具有N型過渡層和/或電洞提供層上具有P型過渡層，N型過渡層與P型過渡層的材料為GaN；N電極，N電極位於N型過渡層上，N型過渡層與N電極之間形成歐姆接觸；和/或，P電極，P電極位於P型過渡層上，P型過渡層與P電極之間形成歐姆接觸。
在本發明一實施例中，當電子提供層上具有N型過渡層時，電子提供層與N型過渡層之間具有N型漸變材料層，N型漸變材料層至少包括Al、Ga、N三種元素，N型漸變材料層的Ga的質量百分占比大於電子提供層的Ga的質量百分占比；當電洞提供層上具有P型過渡層時，電洞提供層與P型過渡層之間具有P型漸變材料層，P型漸變材料層至少包括Al、Ga、N三種元素，P型漸變材料層的Ga的質量百分占比大於電洞提供層的Ga的質量百分占比，其中電子提供層與電洞提供層的材料都至少包括Al、Ga、N三種元素。
在本發明一實施例中，N型過渡層為N型離子重摻雜GaN層，和/或P型過渡層為P型離子重摻雜GaN層。
在本發明一實施例中，有源層包括量子阱結構。
在本發明一實施例中，量子阱結構為多量子阱結構。
在本發明一實施例中，量子阱結構包括Alx
Ga1-x
N層與Aly
Ga1-y
N層，1≥x≥0，1≥y≥0。
在本發明一實施例中，電洞提供層與有源層之間具有電子阻擋層。
在本發明一實施例中，電子提供層與電洞提供層上具有掩膜層，掩膜層為絕緣材料，掩膜層的區域與N型過渡層與P型過渡層的區域互補。
本發明的第二方面提供一種紫外LED的製作方法，包括：提供第一功能層，第一功能層為電子提供層與電洞提供層中的一個；在第一功能層上形成有源層；在有源層上形成第二功能層，第二功能層為電子提供層與電洞提供層中的另一個；圖形化第二功能層與有源層，暴露第一功能層的部分區域，在第二功能層和/或暴露的第一功能層上形成過渡層，其中，電子提供層上的過渡層為N型過渡層，電洞提供層上的過渡層為P型過渡層，N型過渡層與P型過渡層的材料為GaN；和/或，在N型過渡層上形成N電極，N型過渡層與N電極之間形成歐姆接觸；在P型過渡層上形成P電極，P型過渡層與P電極之間形成歐姆接觸。
在本發明一實施例中，在圖形化第二功能層與有源層，暴露第一功能層的部分區域，在第二功能層和/或暴露的第一功能層上形成過渡層之前，還包括：形成N型漸變材料層，N型漸變材料層至少包括Al、Ga、N三種元素，N型漸變材料層的Ga的質量百分占比大於電子提供層的Ga的質量百分占比；和/或形成P型漸變材料層，P型漸變材料層至少包括Al、Ga、N三種元素，P型漸變材料層的Ga的質量百分占比大於電洞提供層的Ga的質量百分占比，其中，第一功能層的材料至少包括Al、Ga、N三種元素，第二功能層的材料至少包括Al、Ga、N三種元素。
在本發明一實施例中，在第二功能層和/或暴露的第一功能層上形成過渡層之前，還包括：在第二功能層和暴露的第一功能層上形成掩膜層，掩膜層為絕緣材料，掩膜層的區域與待形成的過渡層的區域互補。
在本發明一實施例中，該製作方法還包括在電洞提供層與有源層之間形成電子阻擋層。
與現有技術相比，本發明的有益效果在於：本發明提供的紫外LED的製作方法中，在電子提供層上形成N型過渡層和/或在電洞提供層上形成P型過渡層，電子提供層與電洞提供層的材料都至少包括Al、Ga、N三種元素，N型過渡層與P型過渡層的材料為GaN；在N型過渡層上形成N電極，N型過渡層與N電極之間形成歐姆接觸；在P型過渡層上形成P電極，P型過渡層與P電極之間形成歐姆接觸。相對於在含鋁GaN基材料上直接形成歐姆接觸電極，可以避免退火，以及避免退火過程中高溫造成的電子提供層性能下降，有源層中電子電洞複合率降低。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「橫向」、「上」、「下」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
圖1是本發明第一實施例的紫外LED的製作方法的流程圖。圖2至圖6是圖1流程對應的中間結構示意圖。圖7是按照圖1流程製作的紫外LED的截面結構示意圖。
首先，參照圖1中的步驟S1、圖2與圖3所示，提供第一功能層，第一功能層為電子提供層11，電子提供層11的材料至少包括Al、Ga、N三種元素。其中，圖3是沿著圖2中的AA線的剖視圖。
電子提供層11可以為N型半導體，例如N型III-V族化合物。N型摻雜元素可以包括Si、Ge、Sn、Se或Te中的至少一種。一些實施例中，電子提供層11的材料包括AlGaN ，即僅包括Al、Ga、N三種元素；更具體地，不限定Al、Ga、N三種元素的配比，即材料為Alm
Ga1-m
N，其中m為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，1＞m＞0。一些實施例中，電子提供層11的材料除了包括Al、Ga、N三種元素，還可以包括In、P等元素。
電子提供層11可以包括一層或多層。
接著，參照圖1中的步驟S2、圖2與圖3所示，在第一功能層上形成有源層12。
有源層12可以包括單量子阱結構、多量子阱(MQW)結構、量子線結構和量子點結構中的至少一種。有源層12可以包括GaN基半導體材料形成的阱層和勢壘層。
例如，阱層可以包括Alx
Ga1-x
N層，其中x為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，1≥x≥0；和/或勢壘層可以包括Aly
Ga1-y
N層，其中y為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，1≥y≥0。阱層的禁帶寬度小於勢壘層的禁帶寬度。
阱層和/或勢壘層的形成技術可以包括：原子層沉積法（ALD，Atomic layer deposition）、或化學氣相沉積法（CVD，Chemical Vapor Deposition）、或分子束外延生長法（MBE，Molecular Beam Epitaxy）、或等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD， Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）、或低壓化學蒸發沉積法（LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition），或金屬有機化合物化學氣相沉積法（MOCVD，Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）、或其組合方式。
阱層和/或勢壘層可以摻雜Al，也可以不摻雜Al。不摻雜Al可以提高自身結晶質量，但是摻雜Al可以降低自身電阻。
阱層和勢壘層多層交替可以形成多量子阱結構，進一步提高發光效率。
再接著，參照圖1中的步驟S3、圖2與圖3所示，在有源層12上形成第二功能層，第二功能層為電洞提供層13，第二功能層的材料至少包括Al、Ga、N三種元素。
電洞提供層13可以為P型半導體，例如P型III-V族化合物。P型摻雜元素可以包括Mg、Zn、Ca、Sr或Ba中的至少一種。一些實施例中，電洞提供層13的材料包括AlGaN ，即僅包括Al、Ga、N三種元素；更具體地，不限定Al、Ga、N三種元素的配比，即材料為Aln
Ga1-n
N，其中n為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，1＞n＞0。一些實施例中，電洞提供層13的材料除了包括Al、Ga、N三種元素，還可以包括In、P等元素。
電洞提供層13可以包括一層或多層。
之後，參照圖1中的步驟S4、圖4至圖6所示，圖形化第二功能層與有源層12，暴露第一功能層的部分區域，在暴露的第一功能層上形成N型過渡層141，N型過渡層141的材料為GaN。
參照圖4所示，圖形化第二功能層與有源層12可以包括：先在第二功能層上形成光刻膠掩膜層；之後對光刻膠掩膜層曝光，顯影出光刻膠圖案；再採用光刻膠圖案對第二功能層與有源層12進行乾法刻蝕或濕法刻蝕。
具體地，形成光刻膠掩膜層前，可以使用去膠液（二甲基亞碸）在70℃~100℃超聲狀態下對圖2與圖3所示中間結構進行清洗，去除表面有機物顆粒；以及使用H2
SO4
:H2
O2
:H2
O（5:1:1）在80℃~90℃下清洗，去除表面金屬顆粒和表面氧化層。
接著，在第二功能層表面塗布增粘劑HMDS(六甲基二矽胺)，將第二功能層表面由親水性改性為疏水性。
刻蝕完後，剩餘的光刻膠圖案可以採用灰化法去除。
參照圖5所示，圖形化第二功能層與有源層12後，可以在第二功能層和暴露的第一功能層上形成掩膜層18。
掩膜層18可以為絕緣材料，例如為二氧化矽、氮化矽等，可以採用物理氣相沉積法或化學氣相沉積法形成均等厚度的一層。
參照圖6所示，對掩膜層18進行圖形化，去除待形成N型過渡層141區域的掩膜層18。保留的掩膜層18可防止後續工序製作的N型過渡層141在其上形成。換言之，保留的掩膜層18的區域需與待形成的N型過渡層141的區域互補。
N型過渡層141的形成技術可參照阱層和/或勢壘層的形成技術。
參照圖6所示，為提高N型過渡層141的質量，還可以在暴露的第一功能層上先形成N型漸變材料層161。N型漸變材料層161的材料可以為Alt
Ga1-t
N，其中t為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，m＞t＞0。即N型漸變材料層161中的Ga元素的質量百分占比介於第一功能層中Ga元素的質量百分占比與N型過渡層141中Ga元素的質量百分占比之間。N型漸變材料層161中，自第一功能層至N型過渡層141的厚度方向上，Ga元素的質量百分占比可以逐漸增大。
根據第一功能層的材料，N型漸變材料層161的材料除了包括Al、Ga、N三種元素，還可以包括In、P等元素。
N型漸變材料層161的形成技術可參照阱層和/或勢壘層的形成技術。
接著，參照圖1中的步驟S5與圖7所示，在N型過渡層141上形成N電極151，N型過渡層141與N電極151之間形成歐姆接觸；在第二功能層上形成P電極152，第二功能層與P電極152之間為歐姆接觸。
參照圖7所示，N電極151與P電極152的材料可以為Ti、Al、Ni、Au中的至少一種。例如N電極151與P電極152為Ti層/Al層/Ni層/Au層的疊層結構，或Ti層/Al層的疊層結構，或Ni層/Au層的疊層結構，可以採用濺射法形成。
一些實施例中，第二功能層表面的P電極152可與N型過渡層141表面的N電極151在同一工序中濺射完成。此時，在形成P電極152前，去除第二功能層表面部分區域的掩膜層18。第二功能層表面的P電極152需採用高溫退火形成P型歐姆接觸。
一些實施例中，第二功能層表面的P電極152可在N型過渡層141表面的N電極151形成之前或之後濺射完成。
由於N型過渡層141的材料為GaN，因而N電極151與N型過渡層141之間不需退火就能形成低接觸電阻。此外，電子提供層11也無需製作太厚，能提高電子提供層11的質量。
本實施例的紫外LED的製作方法中，在電子提供層11上形成N型過渡層141，電子提供層11的材料至少包括Al、Ga、N三種元素，N型過渡層141的材料為GaN；在N型過渡層141上形成N電極151，N型過渡層141與N電極151之間形成歐姆接觸。相對於在含鋁GaN基材料上直接形成N電極151，後高溫退火形成歐姆接觸，可以避免退火，以及避免退火過程中的高溫造成電子提供層11性能下降，有源層12中電子電洞複合率降低。因而，可以提高紫外LED1的發光效率。
參照圖7所示，本發明第一實施例的紫外LED1包括：電子提供層11、電洞提供層13以及電子提供層11與電洞提供層13之間的有源層12，電子提供層11與電洞提供層13的材料都至少包括Al、Ga、N三種元素；電子提供層11上具有N型過渡層141，N型過渡層141的材料為GaN；N型過渡層141上設置有N電極151，N型過渡層141與N電極151之間形成歐姆接觸；電洞提供層13上設置有P電極152，電洞提供層13與P電極152之間為歐姆接觸。
電子提供層11可以包括一層或多層。電子提供層11可以為N型半導體，例如N型III-V族化合物。N型摻雜元素可以包括Si、Ge、Sn、Se或Te中的至少一種。一些實施例中，電子提供層11的材料包括AlGaN ，即僅包括Al、Ga、N三種元素；更具體地，不限定Al、Ga、N三種元素的配比，即材料為Alm
Ga1-m
N，其中m為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，1＞m＞0。一些實施例中，電子提供層11的材料除了包括Al、Ga、N三種元素，還可以包括In、P等元素。
有源層12可以包括單量子阱結構、多量子阱(MQW)結構、量子線結構和量子點結構中的至少一種。有源層12可以包括GaN基半導體材料形成的阱層和勢壘層。
例如，阱層可以包括Alx
Ga1-x
N層，其中x為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，1≥x≥0；和/或勢壘層可以包括Aly
Ga1-y
N層，其中y為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，1≥y≥0。阱層的禁帶寬度小於勢壘層的禁帶寬度。阱層和/或勢壘層可以摻雜Al，也可以不摻雜Al。
阱層和勢壘層多層交替可以形成多量子阱結構。
電洞提供層13可以包括一層或多層。電洞提供層13可以為P型半導體，例如P型III-V族化合物。P型摻雜元素可以包括Mg、Zn、Ca、Sr或Ba中的至少一種。一些實施例中，電洞提供層13的材料包括AlGaN ，即僅包括Al、Ga、N三種元素；更具體地，不限定Al、Ga、N三種元素的配比，即材料為Aln
Ga1-n
N，其中n為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，1＞n＞0。一些實施例中，電洞提供層13的材料除了包括Al、Ga、N三種元素，還可以包括In、P等元素。
電洞提供層13的上表面、電洞提供層13與有源層12的側表面以及電子提供層11的上表面可以具有掩膜層18，掩膜層18的區域與N型過渡層141的區域互補。掩膜層18可以為絕緣材料。
電子提供層11與N型過渡層141之間可以設置N型漸變材料層161。N型漸變材料層161的材料可以為Alt
Ga1-t
N，其中t為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，m＞t＞0。即N型漸變材料層161中的Ga元素的質量百分占比介於電子提供層11中Ga元素的質量百分占比與N型過渡層141中Ga元素的質量百分占比之間。N型漸變材料層161中，自電子提供層11至N型過渡層141的厚度方向上，Ga元素的質量百分占比可以逐漸增大。
根據電子提供層11的材料，N型漸變材料層161的材料除了包括Al、Ga、N三種元素，還可以包括In、P等元素。
N電極151與P電極152的材料可以為Ti、Al、Ni、Au中的至少一種。例如N電極151與P電極152為Ti層/Al層/Ni層/Au層的疊層結構，或Ti層/Al層的疊層結構，或Ni層/Au層的疊層結構。
由於N型過渡層141的材料為GaN，因而N電極151與N型過渡層141之間不需退火就能形成低接觸電阻。此外，電子提供層11也無需製作太厚，能提高電子提供層11的質量。
圖8是本發明第二實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
參照圖8所示，本實施例二的紫外LED2與實施例一的紫外LED1的結構大致相同。區別僅在於：N型過渡層141為N型離子重摻雜GaN層141'。
電子提供層11上的N型離子重摻雜GaN層141'相對於材料為GaN的N型過渡層141，能提供更多的電子參與導電。
N型離子重摻雜GaN層141'中，對於不同的N型離子，摻雜濃度可以大於1E19/cm3
。
N型離子重摻雜GaN層141'的形成技術可以包括：邊生長邊摻雜N型離子，也可以外延生長GaN層後進行N型離子注入形成。
圖9是本發明第三實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
參照圖9所示，本實施例三的紫外LED3與實施例一、二的紫外LED1、2的結構大致相同。區別僅在於：電洞提供層13與有源層12之間設置有電子阻擋層17。
電子阻擋層17可以防止電子自有源層12進入電洞提供層13，從而提高電子與電洞在有源層12中複合的幾率，提高發光效率。電子阻擋層17可以包括AlzGa1-zN層，其中z為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，1≥z≥0。
相應地，對於製作方法，與實施例一、二的紫外LED的製作方法大致相同，區別僅在於：步驟S2與步驟S3之間進行步驟：在有源層12上形成電子阻擋層17；步驟S4中，圖形化第二功能層、電子阻擋層17與有源層12。
圖10是本發明第四實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
參照圖10所示，本實施例四的紫外LED4與實施例一的紫外LED1的結構及製作方法大致相同。區別僅在於：第一功能層為電洞提供層13，第二功能層為電子提供層11；在暴露的第一功能層上形成P型過渡層142，P型過渡層142的材料為GaN；在P型過渡層142上形成P電極152，P型過渡層142與P電極152之間形成歐姆接觸；在第二功能層上形成N電極151，第二功能層與N電極151之間為歐姆接觸。
參照圖10所示，為提高P型過渡層142的質量，還可以在暴露的第一功能層上先形成P型漸變材料層162。P型漸變材料層162的材料可以為Alp
Ga1-p
N，其中p為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，m＞p＞0。即P型漸變材料層162中的Ga元素的質量百分占比介於第一功能層中Ga元素的質量百分占比與P型過渡層142中Ga元素的質量百分占比之間。P型漸變材料層162中，自電洞提供層13至P型過渡層142的厚度方向上，Ga元素的質量百分占比可以逐漸增大。
根據電洞提供層13的材料，P型漸變材料層162的材料除了包括Al、Ga、N三種元素，還可以包括In、P等元素。
P型漸變材料層162的形成技術可參照阱層和/或勢壘層的形成技術。
由於P型過渡層142的材料為GaN，因而P電極152不需退火就能形成低電阻P型歐姆接觸。此外，電洞提供層13也無需製作太厚，能提高電洞提供層13的質量。
圖11是本發明第五實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
參照圖11所示，本實施例五的紫外LED5與實施例四的紫外LED4的結構大致相同。區別僅在於：P型過渡層142為P型離子重摻雜GaN層142'。
電洞提供層13上的P型離子重摻雜GaN層142'相對於材料為GaN的P型過渡層142，能提供更多的電洞參與導電。
P型離子重摻雜GaN層142'中，對於不同的P型離子，摻雜濃度可以大於1E19/cm3
。
P型離子重摻雜GaN層142'的形成技術可以包括：邊生長邊摻雜P型離子，也可以外延生長GaN層後進行P型離子注入形成。
圖12是本發明第六實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
參照圖12所示，本實施例六的紫外LED6與實施例一、二、三的紫外LED1、紫外LED2、紫外LED3的結構大致相同。區別僅在於：電洞提供層13表面還具有P型過渡層142，P型過渡層142上具有P電極152，P型過渡層142與P電極152之間形成歐姆接觸。
相應地，對於製作方法，與實施例一、二、三的紫外LED的製作方法大致相同，區別僅在於：步驟S4中，在第二功能層上形成P型過渡層142以及在暴露的第一功能層上形成N型過渡層141，P型過渡層142與 N型過渡層141的材料為GaN；步驟S5中，在N型過渡層141上形成N電極151，N型過渡層141與N電極151之間形成歐姆接觸；在P型過渡層142上形成P電極152，P型過渡層142與P電極152之間形成歐姆接觸。
紫外LED6的第二功能層上的P電極152與第一功能層上的N電極151都無需退火，即可對應形成低電阻P型歐姆接觸與低電阻N型歐姆接觸。
進一步地，為提高P型過渡層142的質量，還可以在暴露的第二功能層上先形成P型漸變材料層162。P型漸變材料層162的材料可以為Alp
Ga1-p
N，其中p為Al元素的質量占Al元素與Ga元素質量之和的百分比，m＞p＞0。即P型漸變材料層162中的Ga元素的質量百分占比介於第二功能層中Ga元素的質量百分占比與P型過渡層142中Ga元素的質量百分占比之間。P型漸變材料層162中，自電洞提供層13至P型過渡層142的厚度方向上，Ga元素的質量百分占比可以逐漸增大。
根據電洞提供層13的材料，P型漸變材料層162的材料除了包括Al、Ga、N三種元素，還可以包括In、P等元素。
P型漸變材料層162的形成技術可參照阱層和/或勢壘層的形成技術。
圖13是本發明第七實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
參照圖13所示，本實施例七的紫外LED7與實施例六的紫外LED6的結構大致相同。區別僅在於：電子提供層11表面的N型過渡層141為N型離子重摻雜GaN層141'，電洞提供層13表面的P型過渡層142為P型離子重摻雜GaN層142'。
電洞提供層13上的P型離子重摻雜GaN層142'相對於材料為GaN的P型過渡層142，能提供更多的電洞參與導電。
圖14是本發明第八實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
參照圖14所示，本實施例八的紫外LED8與實施例七的紫外LED7的結構大致相同。區別僅在於：P型離子重摻雜GaN層142'上依次具有N型漸變材料層161與N型離子重摻雜GaN層141'；P電極152形成在N型離子重摻雜GaN層141'上。
P型離子重摻雜GaN層142'與N型離子重摻雜GaN層141'可以形成隧穿結（Tunnel Junction）。研究表明，隨施加在P電極152與N電極151之間的電壓增大，隧穿結的隧穿電流迅速增大，本實施例的紫外LED8可通過隧穿結形成接觸電阻較小的P型歐姆接觸。
紫外LED8的製作方法中，P型離子重摻雜GaN層142'上的N型漸變材料層161與N型離子重摻雜GaN層141'可與電子提供層11上的N型漸變材料層161與N型離子重摻雜GaN層141'同時製作，技術相容。
一些實施例中，也可以省略N型漸變材料層161，P型離子重摻雜GaN層142'與N型離子重摻雜GaN層141'直接接觸，形成隧穿結。
圖15是本發明第九實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
參照圖15所示，本實施例九的紫外LED9與實施例一至實施例八的紫外LED1、紫外LED2、紫外LED3、紫外LED4、紫外LED5、紫外LED6、紫外LED7、紫外LED8的結構大致相同。區別僅在於：僅電洞提供層13表面具有P型過渡層142，P型過渡層142上具有P電極152，P型過渡層142與P電極152之間形成歐姆接觸。
相應地，對於製作方法，與實施例一至實施例八的紫外LED的製作方法大致相同，區別僅在於：步驟S4中，在第二功能層上形成P型過渡層142，P型過渡層142的材料為GaN；步驟S5中，在第一功能層上形成N電極151，第一功能層與N電極151之間為歐姆接觸；在P型過渡層142上形成P電極152，P型過渡層142與P電極152之間形成歐姆接觸。
紫外LED9的第二功能層上的P電極152無需退火，即可形成低電阻P型歐姆接觸。
圖16是本發明第十實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
參照圖16所示，本實施例十的紫外LED10與實施例一至實施例九的紫外LED1、紫外LED2、紫外LED3、紫外LED4、紫外LED5、紫外LED6、紫外LED7、紫外LED8、紫外LED9的結構大致相同。區別僅在於：還包括襯底100。
襯底100可以為藍寶石、碳化矽、矽或GaN基材料。
相應地，對於製作方法，與實施例一至實施例九的紫外LED的製作方法大致相同，區別僅在於：步驟S1中，提供襯底100，在襯底100上形成第一功能層。
第一功能層的形成方法參照第二功能層的形成方法。
在襯底100上形成第一功能層之前，還可以先依次形成成核層及緩衝層（未圖示），成核層的材質可以例如為AlN、AlGaN等，緩衝層的材質可以包括AlN、GaN、AlGaN、AlInGaN中的至少一種。緩衝層的形成方法可以與第一功能層的形成方法相同。成核層可以緩解外延生長的半導體層，例如第一功能層與襯底100之間的晶格失配和熱失配的問題，緩衝層可以降低外延生長的半導體層的位元錯密度和缺陷密度，提升晶體品質。
以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
S1-S5:步驟
1:紫外LED
2:紫外LED
3:紫外LED
4:紫外LED
5:紫外LED
6:紫外LED
7:紫外LED
8:紫外LED
9:紫外LED
10:紫外LED
11:電子提供層
12:有源層
13:電洞提供層
17:電子阻擋層
18:掩膜層
100:襯底
141:N型過渡層
141':N型離子重摻雜GaN層
142:P型過渡層
142':P型離子重摻雜GaN層
151:N電極
152:P電極
161:N型漸變材料層
162:P型漸變材料層
圖1是本發明第一實施例的紫外LED的製作方法的流程圖；
圖2至圖6是圖1流程對應的中間結構示意圖；
圖7是按照圖1流程製作的紫外LED的截面結構示意圖；
圖8是本發明第二實施例的紫外LED的截面結構示意圖；
圖9是本發明第三實施例的紫外LED的截面結構示意圖；
圖10是本發明第四實施例的紫外LED的截面結構示意圖；
圖11是本發明第五實施例的紫外LED的截面結構示意圖；
圖12是本發明第六實施例的紫外LED的截面結構示意圖；
圖13是本發明第七實施例的紫外LED的截面結構示意圖；
圖14是本發明第八實施例的紫外LED的截面結構示意圖；
圖15是本發明第九實施例的紫外LED的截面結構示意圖；
圖16是本發明第十實施例的紫外LED的截面結構示意圖。
6:紫外LED
11:電子提供層
12:有源層
13:電洞提供層
18:掩膜層
141:N型過渡層
142:P型過渡層
151:N電極
152:P電極
161:N型漸變材料層
162:P型漸變材料層
Claims (14)
- 一種紫外LED，其特徵在於，包括：電子提供層(11)、電洞提供層(13)以及該電子提供層(11)與該電洞提供層(13)之間的有源層(12)；其中，該電子提供層(11)上具有N型過渡層(141)，並且該電子提供層(11)與該N型過渡層(141)之間具有N型漸變材料層(161)；該N型過渡層(141)的材料為GaN；N電極(151)，該N電極(151)位於該N型過渡層(141)上，該N型過渡層(141)與該N電極(151)之間形成歐姆接觸，以便該N電極(151)與該N型過渡層(141)之間不需退火就能形成低接觸電阻。
- 如請求項1所述之紫外LED，其特徵在於，該電洞提供層(13)上具有P型過渡層(142)，並且該電洞提供層(13)與該P型過渡層(142)之間具有P型漸變材料層(162)，該P型過渡層(142)的材料為GaN，該紫外LED還包括P電極(152)，該P電極(152)位於該P型過渡層(142)上，該P型過渡層(142)與該P電極(152)之間形成歐姆接觸。
- 如請求項2所述之紫外LED，其特徵在於，該N型漸變材料層(161)至少包括Al、Ga、N三種元素，該N型漸變材料層(161)的Ga的質量百分占比大於該電子提供層(11)的Ga的質量百分占比；和/或，該P型漸變材料層(162)至少包括Al、Ga、N三種元素，該P 型漸變材料層(162)的Ga的質量百分占比大於該電洞提供層(13)的Ga的質量百分占比，其中該電子提供層(11)與該電洞提供層(13)的材料都至少包括Al、Ga、N三種元素。
- 如請求項2所述之紫外LED，其特徵在於，該N型過渡層(141)為N型離子重摻雜GaN層(141')，和/或該P型過渡層(142)為P型離子重摻雜GaN層(142')。
- 如請求項1所述之紫外LED，其特徵在於，該有源層(12)包括量子阱結構。
- 如請求項5所述之紫外LED，其特徵在於，該量子阱結構為多量子阱結構。
- 如請求項5或6所述之紫外LED，其特徵在於，該量子阱結構包括AlxGa1-xN層與AlyGa1-yN層，1x
0，1
y
0。
- 如請求項1所述之紫外LED，其特徵在於，該電洞提供層(13)與該有源層(12)之間具有電子阻擋層(17)。
- 如請求項2所述之紫外LED，其特徵在於，該電子提供層(11)與該電洞提供層(13)上具有掩膜層(18)，該掩膜層(18)為絕緣材料，該掩膜層(18)的區域與該N型過渡層(141)與該P型過渡層(142)的區域互補。
- 一種紫外LED的製作方法，其特徵在於，包括：提供第一功能層，該第一功能層為電子提供層(11)；在該第一功能層上形成有源層(12)； 在該有源層(12)上形成第二功能層，該第二功能層為該電洞提供層(13)；圖形化該第二功能層與該有源層(12)，暴露該第一功能層的部分區域，在該暴露的第一功能層上形成過渡層，其中，該電子提供層(11)上的過渡層為N型過渡層(141)，該N型過渡層(141)的材料為GaN；在該N型過渡層(141)上形成N電極(151)，該N型過渡層(141)與該N電極(151)之間形成歐姆接觸，以便該N電極(151)與該N型過渡層(141)之間不需退火就能形成低接觸電阻；在該暴露的第一功能層上形成過渡層之前，還包括：形成N型漸變材料層(161)。
- 如請求項10所述之紫外LED的製作方法，其特徵在於，在該第二功能層上形成過渡層，該電洞提供層(13)上的過渡層為P型過渡層(142)，該P型過渡層(142)的材料為GaN，在該P型過渡層(142)上形成P電極(152)，該P型過渡層(142)與該P電極(152)之間形成歐姆接觸；在該第二功能層上形成過渡層之前，還包括：形成P型漸變材料層(162)。
- 如請求項11所述之紫外LED的製作方法，其特徵在於，該N型漸變材料層(161)至少包括Al、Ga、N三種元素，該N型漸變材料層(161)的Ga的質量百分占比大於該電子提供層 (11)的Ga的質量百分占比；和/或，該P型漸變材料層(162)至少包括Al、Ga、N三種元素，該P型漸變材料層(162)的Ga的質量百分占比大於該電洞提供層(13)的Ga的質量百分占比，其中，該第一功能層的材料至少包括Al、Ga、N三種元素，該第二功能層的材料至少包括Al、Ga、N三種元素。
- 如請求項11所述之紫外LED的製作方法，其特徵在於，還包括：在該第二功能層和該暴露的第一功能層上形成掩膜層(18)，該掩膜層(18)為絕緣材料，該掩膜層(18)的區域與待形成的該過渡層的區域互補。
- 如請求項10所述之紫外LED的製作方法，其特徵在於，還包括：在該電洞提供層(13)與該有源層(12)之間形成電子阻擋層(17)。
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