專利名稱：發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實施 例涉及發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。
背景技術(shù)：
最近，發(fā)光二極管(LED)被關(guān)注作為發(fā)光器件。由于LED能夠高效率地將電 能轉(zhuǎn)換為光能，并且具有大約5年或更長的壽命，所以LED能夠顯著地減少能量消耗以 及維修和維護的成本。在這方面，在下一代照明領(lǐng)域中，LED受到關(guān)注?？蓪ED制備為包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、有源層以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的發(fā) 光半導(dǎo)體層，在其中，有源層根據(jù)通過第一和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層而施加到其上的電流來 產(chǎn)生光。同時，因為由于低載流子濃度和遷移率導(dǎo)致第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層具有相對高的薄 層電阻(sheet resistance)，所以LED需要包括ITO (氧化銦錫)、或者ZnO (氧化鋅)的電
流擴展層，以形成相對于第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的歐姆接觸界面。為了允許從有源層產(chǎn)生的光被盡可能地發(fā)射到外部，必須提高LED的光提取效 率。在這方面，已經(jīng)進行了在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上形成具有凹凸圖案的光提取結(jié)構(gòu)的調(diào) 查和研究。然而，當(dāng)凹凸圖案被形成在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上時，可能會降低LED的電氣 特性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題實施例提供了具有新穎的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。實施例提供了具有改善的電氣特性的發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。實施例提供了具有改善的高效率的發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。技術(shù)方案根據(jù)實施例的發(fā)光器件包括支撐襯底；支撐襯底上方的平面層；平面層上方 的晶片結(jié)合層；晶片結(jié)合層上方的電流擴展層；電流擴展層上方的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的有源層；有源層上方的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層 上方的第一電極層；以及電流擴展層上方的第二電極層。根據(jù)實施例的發(fā)光器件可以包括支撐襯底；支撐襯底上方的金屬厚膜層；金 屬厚膜層上方的晶片結(jié)合層；晶片結(jié)合層上方的電流擴展層；電流擴展層上方的第二導(dǎo) 電半導(dǎo)體層；第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的有源層；有源層上方的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；第一 導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的第一電極層；以及電流擴展層上方的第二電極層。有益效果實施例可以提供具有新穎的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。實施例可以提供具有改善的電氣特性的發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。實施例提供具有改善的高效率的發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。


圖1是示出根據(jù)第一實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2是示出根據(jù)第二實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3是示出根據(jù)第三實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖4是示出根據(jù)第四實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖5至圖11是示出用于制造根據(jù)第一實施例的發(fā)光器件的流程的截面圖；圖12是示出根據(jù)第五實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖13是示出根據(jù)第六實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖14是示出根據(jù)第七實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖15是示出根據(jù)第八實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；以及圖16至圖21是示出用于制造根據(jù)第五實施例的發(fā)光器件的流程的截面圖。
具體實施例方式在實施例的描述中，將理解的是，當(dāng)層(或膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)被稱為在另 一襯底、另一層(或膜)、另一區(qū)域、另一襯墊、或另一圖案“上”或“下”時，其可 以“直接”或“間接”在另一襯底、層(或膜)、區(qū)域、襯墊、或圖案上，或者也可以 存在一個或多個中間層。已經(jīng)參考附圖描述了層的位置。為了方便或清楚起見，附圖中所示的每層的厚度和尺寸可以被夸大、省略或示 意性地繪制。另外，元件的尺寸沒有完全反映真實尺寸。圖1是示出根據(jù)第一實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。參考圖1，支撐襯底101被形成在反射層303上，并且平面層102被形成在支撐 襯底101上。另外，第一晶片結(jié)合層103和第二晶片結(jié)合層207被形成在平面層102上，并且 電流擴展層206被形成在第二晶片結(jié)合層207上。包括第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205、有源層204、以及第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203的發(fā)光半 導(dǎo)體層被形成在電流擴展層206上。同時，第一電極層301被形成在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205上，并且電流擴展層206 和發(fā)光半導(dǎo)體層被選擇性地蝕刻，使得電流擴散層206的一部分暴露在外部，并且第二 電極302被形成在電流擴展層206的暴露的部分上。更加詳細(xì)地，反射層被形成在支撐襯底101的底表面上，以反射在向上方向中 從有源層204發(fā)射的光，從而改善光提取效率。例如，反射層303可以包括相對于具有 大約600nm或者以下的波長的光具有大約70%或者以上的反射率的材料。詳細(xì)地，反射 層303可以包括從由Al、Ag、Rh、Cr、Ni以及Au組成的組中選擇的至少一個。凹凸結(jié)構(gòu)被形成在支撐襯底101的頂表面上。可以通過濕蝕刻工藝或者干蝕刻 工藝來形成凹凸結(jié)構(gòu)。例如，支撐襯底101可以包括A1N、GaN、外延藍(lán)白石、多晶藍(lán) 寶石、以及SiC中的一個。支撐襯底101的凹凸結(jié)構(gòu)可以改善發(fā)光器件的光提取效率。平面層102被形成在支撐襯底101的 頂表面上。例如，通過使用MOCVD、 HVPE或者MBE裝置來生長透明材料，或者通過使用濺射、蒸發(fā)器、PLD或者勻膠機(spin-coater)來沉積透明材料，從而能夠形成平面層102。平面層102可以包括GaN、 AlGaN、ZnO> SiO2> SiNx、S0G、以及 Al2O3 中的一個。形成平面層102，在其底表面上具有與支撐襯底101的凹凸結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的凹凸結(jié) 構(gòu)，并且平面層102的頂表面被平面化。第一和第二晶片結(jié)合層103和207在平面層102和電流擴展層206之間提供穩(wěn) 定的機械結(jié)合力。例如，第一和第二晶片結(jié)合層103和207可以包括諸如Si02、SiNx、 Al2O3> ZnO> ZnS> MgF2,或者SOG(旋轉(zhuǎn)涂布玻璃)的能夠改善光效率的透明材料。電流擴展層206可以包括透明材料，并且形成相對于第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205的歐 姆接觸界面。例如，電流擴展層206可以包括相對于具有600nm或者以下的波長的光具有大 約70%或者以上的透射率的Ni-Au-O、ITO>以及ZnO中的一個。通過物理氣相沉積(PVD)或者化學(xué)氣相沉積(CVD)能夠形成電流擴展層206。由于電流擴展層206，電流能夠被有效地注入到有源層204，使得能夠降低發(fā)光 器件的操作電壓，并且防止電流泄漏。結(jié)果，能夠改善發(fā)光器件的電氣特性。通過使用III族氮化物基半導(dǎo)體材料能夠形成包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203、有源 層204、以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205的發(fā)光半導(dǎo)體層。第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203可以包括 包括諸如Si的η型雜質(zhì)的GaN層，并且第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205可以包括包括諸如Mg 或者Zn的ρ型雜質(zhì)的GaN層。有源層204通過電子和空穴的重組來發(fā)射光。例如，有源層204可以包括 InGaN、AlGaN、GaN、以及AlInGaN中的一個。有源層204被涂有Si或者Mg。另
夕卜，取決于有源層204的本征材料可以確定從發(fā)光器件發(fā)射的光的波長。有源層204可以包括在其中阱層和阻擋層被重復(fù)地形成的多層。用于阻擋層的 本征材料的能帶隙大于用于阱層的本征材料的能帶隙，并且阻擋層比阱層厚。同時，盡管在附圖中未示出，超晶格結(jié)構(gòu)層能夠被形成在電流擴展層206和第 二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205之間。超晶格結(jié)構(gòu) 層相對于第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205形成歐姆接觸界面，使得在垂直方 向中能夠容易地注入電流。另外，超晶格結(jié)構(gòu)層通過減少第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205的摻雜 物活化能可以增加有效空穴濃度，或者通過能帶隙操作可以引起量子力學(xué)遂穿導(dǎo)電。能夠?qū)⒊Ц窠Y(jié)構(gòu)層制備為如下的多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)包括包含II、III或 者IV族元素的氮化物或者碳氮化物。超晶格結(jié)構(gòu)層的各層可以被形成大約5nm或者以 下的厚度。超晶格結(jié)構(gòu)層的各層可以包括從由InN、InGaN、InAlN> AlGaN、GaN、 AlInGaN、A1N、SiC> SiCN> MgN、ZnN、以及SiN構(gòu)成的組中選擇的至少一個，并且 可以被摻雜有Si、Mg、或者Zn。例如，可以將超晶格結(jié)構(gòu)層制備為如下的多層結(jié)構(gòu)， 例如，InGaN/GaN、AlGaN/GaN、InGaN/GaN/AlGaN、或者 AlGaN/GaN/InGaN 的多層 結(jié)構(gòu)?？梢詫⒊Ц窠Y(jié)構(gòu)層制備為單層結(jié)構(gòu)。例如，超晶格結(jié)構(gòu)層可以包括被摻雜有 η 型雜質(zhì)的 InGaN 層、GaN 層、AlInN 層、AlN 層、InN 層、AlGaN 層、AlInGaN 層、 SiC層、SiCN層、MgN層、或者ZnN層。另外，超晶格結(jié)構(gòu)層可以包括被摻雜有ρ型 雜質(zhì)的 InGaN 層、GaN 層、AlInN 層、AlN 層、InN 層、AlGaN 層、或者 AlInGaN 層。
通過使用相對于具有600nm或者以下的波長的光具有大約50%或者以上的反射 率的材料，將第一電極層301形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上。例如，第一電極層301 可以包括從由 Al、Ag、Rh、Ti、Cr、V、Nb、TiN、Cu、Ta、Au、Pt、Pd、Ru 以及
金屬硅化物組成的組中選擇的至少一個。第二電極層302被形成在電流擴展層206上，同時相對于電流擴展層206形成歐 姆接觸界面。例如，將第二電極層302制備為堆疊結(jié)構(gòu)，諸如Pt/Au結(jié)構(gòu)。圖2是示出根據(jù)第二實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。根據(jù)第二實施例的發(fā)光器件與根據(jù)第一實施例的發(fā)光器件相類似。因此，為了 避免重復(fù)將會省略在第一實施例中已經(jīng)描述的元件或者結(jié)構(gòu)的詳情。參考圖2，根據(jù)第二實施例的發(fā)光器件包括被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上的 光提取結(jié)構(gòu)層304。光提取結(jié)構(gòu)層304在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上具有凹凸結(jié)構(gòu)，以允許從有源層 204產(chǎn)生的光被有效地發(fā)射到外部。通過選擇性地蝕刻第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203能夠形成光 提取結(jié)構(gòu)層304。否則，附加的材料被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上，并且然后第一導(dǎo) 電半導(dǎo)體層203被蝕刻以形成光提取結(jié)構(gòu)層304。通過光提取結(jié)構(gòu)層304，能夠容易地通過第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203來提取從有源層 204發(fā)射的光，使得能夠改善發(fā)光器件的光效率。圖3是示出根據(jù)第三實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。根據(jù)第三實施例的發(fā)光器件與根據(jù)第一實施例的發(fā)光器件相類似。因此，為了 避免重復(fù)將會省略在第一實施例中已經(jīng)描述的元件或者結(jié)構(gòu)的詳情。參考圖3，歐姆接觸電極層305被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上，并且第一電 極層301被形成在歐姆接觸電極層305上。歐姆接觸電極層305相對于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203形成歐姆接觸界面，并且包括 相對于具有大約600nm或者以下的波長的光具有大約70%或者以上的透射率的材料。例如，歐姆接觸電極層305 包括從 TiN、TiO> ITO> ZnO> RuO2> IrO2> In2O3> SnO2> ZnGaO> InZnO> ZnInO>以及Ni-O-Au組成的組中選擇的至少一個。由于歐姆接觸電極層305，電流能夠被有效地注入到有源層204，使得能夠改善 發(fā)光器件的電氣特性。圖4是示出根據(jù)第四實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。根據(jù)第四實施例的發(fā)光器件與根據(jù)第一實施例的發(fā)光器件相類似。因此，為了 避免重復(fù)將會省略在第一實施例中已經(jīng)描述的元件或者結(jié)構(gòu)的詳情。參考圖4，根據(jù)第四實施例的發(fā)光器件包括被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上 的光提取結(jié)構(gòu)層304，和被形成在光提取結(jié)構(gòu)層304上的歐姆接觸電極層305。另外，第 一電極301被形成在歐姆接觸電極層305上。光提取結(jié)構(gòu)層304在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上具有凹凸結(jié)構(gòu)，以允許從有源層 204產(chǎn)生的光被有效地發(fā)射到外部。通過選擇性地蝕刻第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203能夠形成光 提取結(jié)構(gòu)層304。否則，附 加的材料被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上，并且然后第一導(dǎo) 電半導(dǎo)體層203被蝕刻以形成光提取結(jié)構(gòu)層304。通過光提取結(jié)構(gòu)層304，能夠容易地通過第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203提取從有源層204發(fā)射的光，使得能夠改善發(fā)光器件的光效率。歐姆接觸電極層305包 括相對于具有大約600nm或者以下的波長的光具有大約 70%或者以上的透射率的材料。例如，歐姆接觸電極層305 包括從 TiN、TiO> ITO> ZnO> RuO2> IrO2> In2O3> SnO2> ZnGaO> InZnO> ZnInO>以及Ni-O-Au組成的組中選擇的至少一個。由于歐姆接觸電極層305，電流能夠被有效地注入到有源層204，使得能夠改善 發(fā)光器件的電氣特性。圖5至圖11是示出用于制造根據(jù)第一實施例的發(fā)光器件的流程的截面圖。參考圖5，緩沖層202被形成在生長襯底201上，包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203、 有源層204、以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205的發(fā)光半導(dǎo)體層被形成在緩沖層202上，并且電 流擴展層206和第二晶片結(jié)合層207被形成在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205上。例如，生長襯底201可以包括A1203、SiC> Si、A1N、GaN、AlGaN、玻璃、或 者 GaAs。緩沖層202被形成在用于晶格匹配的生長襯底201上，并且包括從由InGaN、 A1N、SiC> SiCN、以及GaN組成的組中選擇的至少一個。通過MOCVD工藝或者MBE工藝，發(fā)光半導(dǎo)體層能夠被形成在緩沖層上。例 如，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203可以包括被摻雜有Si的GaN層或者AlGaN層，并且有源層 204可以包括未被摻雜的InGaN層或者未被摻雜的GaN層。另外，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205 可以包括被摻雜有Mg的GaN層或者AlGaN層。參考圖6，制備支撐襯底101，并且平面層102和第一晶片結(jié)合層103被形成在 支撐襯底101上。首先，凹凸結(jié)構(gòu)被形成在生長襯底101上，并且平面層102被生長或者被沉積在 具有凹凸結(jié)構(gòu)的支撐襯底101上。支撐襯底101可以包括具有與生長襯底201相同或者 類似的熱膨脹系數(shù)的材料。另外，第一晶片結(jié)合層103被形成在平面層102上。第一晶片結(jié)合層103可以包括與第二晶片結(jié)合層207的材料相同或者不同的材 料。參考圖7，通過結(jié)合工藝，圖5中所示的結(jié)構(gòu)與圖6中所示的結(jié)構(gòu)相結(jié)合，從而 形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。S卩，通過結(jié)合第一晶片結(jié)合層103和第二晶片結(jié)合層207，形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。能夠在施加預(yù)定的靜液壓(hydrostatic pressure)的同時，在從常溫到700°C或者
以下的溫度范圍內(nèi)，在真空、氧、氬或者氮氣氛圍下執(zhí)行晶片結(jié)合工藝。這時，第二導(dǎo) 電半導(dǎo)體層205和電流擴展層206之間的界面性能不能夠被降低。參考圖8，生長襯底201與圖7中所示的復(fù)雜結(jié)構(gòu)隔開。通過熱化學(xué)分解反應(yīng)或 者化學(xué)蝕刻反應(yīng)，能夠?qū)⑸L襯底201與復(fù)雜結(jié)構(gòu)隔開。例如，如果諸如藍(lán)寶石襯底或者AlN襯底的進行熱化學(xué)分解反應(yīng)的透明襯底被 用于生長襯底201，則可以通過將光束照射到生長襯底201上來將生長襯底201與復(fù)雜結(jié) 構(gòu)隔開。這時，還從第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203移除緩沖層202。
參考圖9，以電流擴展層206被部分地暴露在外部的方式，通過干蝕刻或者濕蝕 刻工藝來選擇性地移除第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203、有源層204、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205、以 及電流擴展層206。當(dāng)執(zhí)行濕蝕刻工藝時，能夠采用諸如KOH的堿、鹽或者酸性溶液。參考圖10，第一電 極層301被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上，并且第二電極層 302被形成在電流擴展層206上。參考圖11，反射層303被形成在支撐襯底101下面。通過上面的流程，能夠制造根據(jù)第一實施例的發(fā)光器件。同時，制造根據(jù)第二實施例的發(fā)光器件的方法與第一實施例的相類似。根據(jù)第二實施例，在已經(jīng)執(zhí)行圖9中所示的工藝之后，在第一電極層301被形成 之前，通過干蝕刻或者濕蝕刻第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203來形成光提取結(jié)構(gòu)304。另外，用于制造根據(jù)第三實施例的發(fā)光器件的方法與根據(jù)第一實施例的相類 似。根據(jù)第三實施例，在已經(jīng)執(zhí)行圖9中所示的工藝之后，在第一電極層301被形成 之前，歐姆接觸電極層305被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上。此外，制造根據(jù)第四實施例的發(fā)光器件的方法與第一實施例的相類似。根據(jù)第四實施例，在已經(jīng)執(zhí)行圖9中所示的工藝之后，通過干蝕刻或者濕蝕刻 第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203來形成光提取結(jié)構(gòu)304，并且在第一電極層301被形成之前，歐姆 接觸電極層305被形成在光提取結(jié)構(gòu)304上。圖12是示出根據(jù)第五實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。參考圖5，結(jié)合加強層402被形成在支撐襯底401上，并且金屬厚膜層403被形 成在結(jié)合加強層402上。另外，第一和第二晶片結(jié)合層103和207被形成在金屬厚膜層403上，并且電流 擴展層206被形成在第二晶片結(jié)合層207上。包括第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205、有源層204、以及第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203的發(fā)光半 導(dǎo)體層被形成在電流擴展層206上。同時，第一電極層310被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上，并且以電流擴展層 206能夠被部分地暴露在外部的方式，選擇性地蝕刻電流擴展層206和發(fā)光半導(dǎo)體層。因 此，第二電極層302被形成在電流擴展層206的暴露部分上。更加詳細(xì)地，支撐襯底401包括與用于生長襯底(未示出)的材料相同的材料， 其被用于生長發(fā)光半導(dǎo)體層。例如，支撐襯底401可以包括A1N、GaN、外延藍(lán)白石、 多晶藍(lán)寶石、以及SiC中的一個。結(jié)合加強層402加強支撐襯底401和金屬厚膜層403之間的結(jié)合力。結(jié)合加強 層402用作晶種層，以通過電鍍工藝形成金屬厚膜層403。結(jié)合加強層402包括金屬或者
I=I 巫 O金屬厚膜層403能夠?qū)陌l(fā)光半導(dǎo)體層產(chǎn)生的熱消散到外部。通過使用具有大 約5μιη或者以上的厚度的金屬或者合金，通過電鍍工藝、濺射工藝或者沉積工藝能夠形 成金屬厚膜層403。例如，金屬厚膜層403可以包括從由Cu、Ag、Au、Ni、Ti、Nb、 W、Cr、NiCr以及CuW組成的組中選擇的至少一個。第一和第二晶片結(jié)合層103和207在金屬厚膜層403和電流擴展層206之間提供穩(wěn)定的機械結(jié)合力。例如，第一和第二晶片結(jié)合層103和207可以包括從由Al、Ag、 Cu、Pt、Pd以及Au組成的組中選擇的至少一個。電流擴展層206包括具有高反射率的材料，并且相對于第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205形 成歐姆接觸界面。例如，電流擴散層206包括被氧化的Al、Ag以及Rh中的一個，其相對于具有大約600nm或者以下的波長的光具有大約70%或者以上的反射率。通過物理氣相沉積(PVD)或者化學(xué)氣相沉積(CVD)能夠形成電流擴散層206。由于電流擴散層206，電流能夠被有效地注入到有源層204，使得能夠降低發(fā)光 器件的操作電壓，并且防止電流泄漏。結(jié)果，能夠改善發(fā)光器件的電氣特性。通過使用III族氮化物基半導(dǎo)體材料，能夠形成包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203、有 源層204、以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205的發(fā)光半導(dǎo)體層。第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203可以包 括包括諸如Si的η型雜質(zhì)的GaN層，并且第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205可以包括包括諸如 Mg或者Zn的ρ型雜質(zhì)的GaN層。有源層204通過電子和空穴的重組來發(fā)射光。例如，有源層204可以包括 InGaN、AlGaN、GaN、以及AlInGaN中的一個。有源層204能夠被涂有Si或者Mg。
另外，取決于有源層204的本征材料可以確定從發(fā)光器件發(fā)射的光的波長。有源層204可以包括在其中阱層和阻擋層被重復(fù)地形成的多層。用于阻擋層的 本征材料的能帶隙大于用于阱層的本征材料的能帶隙，并且阻擋層比阱層厚。同時，盡管在附圖中未示出，超晶格結(jié)構(gòu)層能夠被形成在電流擴展層206和第 二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205之間。超晶格結(jié)構(gòu)層相對于第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205形成歐姆接觸界面，使得在垂直方 向中能夠容易地注入電流。另外，超晶格結(jié)構(gòu)層通過減少第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205的摻雜 物活化能可以增加有效空穴濃度，或者通過能帶隙操作可以引起量子力學(xué)遂穿導(dǎo)電。能夠?qū)⒊Ц窠Y(jié)構(gòu)層制備為多層結(jié)構(gòu)，其包括包含II、III或者IV族元素的氮 化物或者碳硅化物。超晶格結(jié)構(gòu)層的各層可以被形成大約5nm或者以下的厚度。超晶 格結(jié)構(gòu)層的各層可以包括從由InN、InGaN、InAIN、AlGaN、GaN、AlInGaN、A1N、 SiC> SiCN、MgN> ZnN、以及SiN構(gòu)成的組中選擇的至少一個，并且可以被摻雜有Si、 Mg、或者Zn。例如，可以將超晶格結(jié)構(gòu)層制備為多層結(jié)構(gòu)，諸如InGaN/GaN、AlGaN/ GaN、InGaN/GaN/AlGaN、或者 AlGaN/GaN/InGaN 的多層結(jié)構(gòu)?？梢詫⒊Ц窠Y(jié)構(gòu)層制備為單層結(jié)構(gòu)。例如，超晶格結(jié)構(gòu)層可以包括被摻雜有 η 型雜質(zhì)的 InGaN 層、GaN 層、AlInN 層、AlN 層、InN 層、AlGaN 層、AlInGaN 層、 SiC層、SiCN層、MgN層、或者ZnN層。另外，超晶格結(jié)構(gòu)層可以包括被摻雜有ρ型 雜質(zhì)的 InGaN 層、GaN 層、AlInN 層、AlN 層、InN 層、AlGaN 層、或者 AlInGaN 層。通過使用相對于具有600nm或者以下的波長的光具有大約50%或者以上的反射 率的材料，將第一電極層301形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上。例如，第一電極層301 可以包括從由 Al、Ag、Rh、Ti、Cr、V、Nb、TiN、Cu、Ta、Au、Pt、Pd、Ru 以及 金屬硅化物組成的組中選擇的至少一個。第二電極層302被形成在電流擴展層206上，同時相對于電流擴展層206形成歐 姆接觸界面。例如，將第二電極層302制備為堆疊結(jié)構(gòu)，諸如Pt/Au的結(jié)構(gòu)。
圖13是示出根據(jù)第六實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。根據(jù)第六實施例的發(fā)光器件與根據(jù)第五實施例的發(fā)光器件相類似。因此，為了 避免重復(fù)將會省略在第五實施例中已經(jīng)描述的元件或者結(jié)構(gòu)的詳情。
參考圖13，根據(jù)第六實施例的發(fā)光器件包括被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上 的光提取結(jié)構(gòu)層304。光提取結(jié)構(gòu)層304在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上具有凹凸結(jié)構(gòu)，以允許從有源層 204產(chǎn)生的光被有效地發(fā)射到外部。通過選擇性地蝕刻第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203能夠形成光 提取結(jié)構(gòu)層304。否則，附加的材料被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上，并且然后第一導(dǎo) 電半導(dǎo)體層203被蝕刻以形成光提取結(jié)構(gòu)層304。通過光提取結(jié)構(gòu)層304，能夠容易地通過第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203提取從有源層 204發(fā)射的光，使得能夠改善發(fā)光器件的光效率。圖14是示出根據(jù)第七實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。根據(jù)第七實施例的發(fā)光器件與根據(jù)第五實施例的發(fā)光器件相類似。因此，為了 避免重復(fù)將會省略在第五實施例中已經(jīng)描述的元件或者結(jié)構(gòu)的詳情。參考圖14，歐姆接觸電極層305被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上，并且第一電 極層301被形成在歐姆接觸電極層305上。歐姆接觸電極層305相對于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203形成歐姆接觸界面，并且包括 相對于具有大約600nm或者以下的波長的光具有大約70%或者以上的透射率的材料。例如，歐姆接觸電極層305 包括從 TiN、TiO> ITO> ZnO> RuO2> IrO2> In2O3> SnO2> ZnGaO> InZnO> ZnInO>以及Ni-O-Au組成的組中選擇的至少一個。由于歐姆接觸電極層305，電流能夠被有效地注入到有源層204，使得能夠改善 發(fā)光器件的電氣特性。圖15是示出根據(jù)第八實施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。根據(jù)第八實施例的發(fā)光器件與根據(jù)第五實施例的發(fā)光器件相類似。因此，為了 避免重復(fù)將會省略在第五實施例中已經(jīng)描述的元件或者結(jié)構(gòu)的詳情。參考圖15，根據(jù)第八實施例的發(fā)光器件包括被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203 上的光提取結(jié)構(gòu)層304，和被形成在光提取結(jié)構(gòu)層304上的歐姆接觸電極層305。另外， 第一電極301被形成在歐姆接觸電極層305上。光提取結(jié)構(gòu)層304在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上具有凹凸結(jié)構(gòu)，以允許從有源層 204產(chǎn)生的光被有效地發(fā)射到外部。通過選擇性地蝕刻第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203能夠形成光 提取結(jié)構(gòu)層304。否則，附加的材料被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上，并且然后第一導(dǎo) 電半導(dǎo)體層203被蝕刻以形成光提取結(jié)構(gòu)層304。通過光提取結(jié)構(gòu)層304，能夠容易地通過第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203提取從有源層 204發(fā)射的光，使得能夠改善發(fā)光器件的光效率。歐姆接觸電極層305包括相對于具有大約600nm或者以下的波長的光具有大約 70%或者以上的透射率的材料。例如，歐姆接觸電極層305 包括從 TiN、TiO> ITO> ZnO> RuO2> IrO2> In2O3> SnO2> ZnGaO> InZnO> ZnInO>以及Ni-O-Au組成的組中選擇的至少一個。由于歐姆接觸電極層305，電流能夠被有效地注入到有源層204，使得能夠改善發(fā)光器件的電氣特性。圖16至圖21是示出用于制造根據(jù)第五實施例的發(fā)光器件的流程的截面圖。參考圖16，緩沖層202被形成在生長襯底201上，包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203、 有源層204、以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205的發(fā)光半導(dǎo)體層被形成在緩沖層202上，并且電 流擴展層206和第二晶片結(jié)合層207被形成在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205上。例如，生長襯底201可以包括A1203、SiC> Si、A1N、GaN、AlGaN、玻璃、或 者 GaAs。緩沖層202被形成在用于晶格匹配的生長襯底201上，并且包括從由InGaN、 A1N、SiC> SiCN、以及GaN組成的組中選擇的至少一個。通過MOCVD工藝或者MBE工藝，發(fā)光半導(dǎo)體層能夠被形成在緩沖層上。例 如，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203可以包括被摻雜有Si的GaN層或者AlGaN層，并且有源層 204可以包括未被摻雜的InGaN層或者未被摻雜的GaN層。另外，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205 可以包括被摻雜有Mg的GaN層或者AlGaN層。參考圖17，制備支撐襯底401，并且結(jié)合加強層402和金屬厚膜層403被形成在 支撐襯底401上。另外，第一晶片結(jié)合層103被形成在金屬厚膜層403上。支撐襯底401可以包括具有與生長襯底201相同或者相似的熱膨脹系數(shù)的材料。 另外，第一晶片結(jié)合層103可以包括與第二晶片結(jié)合層207相同或者不同的材料。參考圖18，通過結(jié)合工藝，圖16中所示的結(jié)構(gòu)與圖17中所示的結(jié)構(gòu)相結(jié)合，從 而形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。能夠在施加預(yù)定的靜液壓的同時，在從常溫到700°C或者以下的溫度范圍內(nèi)，在 真空、氧、氬或者氮氣氛圍下執(zhí)行晶片結(jié)合工藝。這時，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205和電流 擴展層206之間的界面性能不能夠被降低。參考圖19，生長襯底201與圖18中所示的復(fù)雜結(jié)構(gòu)隔開。通過熱化學(xué)分解反應(yīng) 或者化學(xué)蝕刻反應(yīng)，能夠?qū)⑸L襯底201與復(fù)雜結(jié)構(gòu)隔開。例如，如果諸如藍(lán)寶石襯底或者AlN襯底的進行熱化學(xué)分解反應(yīng)的透明襯底被 用于生長襯底201，通過將光束照射到生長襯底201上，能夠?qū)⑸L襯底201與復(fù)雜結(jié)構(gòu) 隔開。這時，還從第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203移除緩沖層202。參考圖20，以電流擴展層206被部分地暴露在外部的方式，通過干蝕刻或者濕 蝕刻工藝來選擇性地移除第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203、有源層204、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層205、 以及電流擴展層206。當(dāng)執(zhí)行濕蝕刻工藝時，能夠采用諸如KOH的堿、鹽或者酸性溶 液。參考圖21，第一電極層301被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上，并且第二電極層 302被形成在電流擴展層206上。通過上面的流程，能夠制造根據(jù)第五實施例的發(fā)光器件。同時，制造根據(jù)第六實施例的發(fā)光器件的方法與第五實施例的相類似。根據(jù)第六實施例，在已經(jīng)執(zhí)行圖20中所示的工藝之后，在第一電極層301被形 成之前，通過干蝕刻或者濕蝕刻第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203來形成光提取結(jié)構(gòu)304。另外，制 造根據(jù)第七實施例的發(fā)光器件的方法與第五實施例的相類似。
根據(jù)第七實施例，在已經(jīng)執(zhí)行圖20中所示的工藝之后，在第一電極層301被形 成之前，歐姆接觸電極層305被形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203上。此外，制造根據(jù)第八實施例的發(fā)光器件的 方法與第五實施例的相類似。根據(jù)第八實施例，在已經(jīng)執(zhí)行圖20中所示的工藝之后，通過干蝕刻或者濕蝕刻 第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層203來形成光提取結(jié)構(gòu)304，并且在第一電極層301被形成之前，歐姆 接觸電極層305被形成在光提取結(jié)構(gòu)304上。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的多個示例性實施例描述了實施例，但是應(yīng)該理解，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以想到的多個其它修改和實施例都將落入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)。 更加具體地，在本說明書、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的主題組合布置的組成部件和 /或布置中，各種變化和修改都是可能的。除了組成部件和/或布置中的變化和修改之 夕卜，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，替代使用也將是顯而易見的。工業(yè)實用性實施例可應(yīng)用于被用作光源的發(fā)光器件。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括 支撐襯底；所述支撐襯底上方的平面層； 所述平面層上方的晶片結(jié)合層； 所述晶片結(jié)合層上方的電流擴展層； 所述電流擴展層上方的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的有源層； 所述有源層上方的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的第一電極層；以及 所述電流擴展層上方的第二電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，進一步包括所述支撐襯底下面的反射層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，進一步包括在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第一 電極層之間的歐姆接觸電極層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光器件，進一步包括在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和歐姆接觸 電極層之間的光提取結(jié)構(gòu)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，進一步包括在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的光提 取結(jié)構(gòu)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，進一步包括在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述電流 擴展層之間的超晶格結(jié)構(gòu)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中，形成所述支撐襯底，在所述支撐襯底的頂 表面上具有凹凸結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中，所述晶片結(jié)合層包括Si02、SiNx, Al2O3> ZnO> ZnS> MgF2>或者SOG(旋轉(zhuǎn)涂布玻璃)中的一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中，所述電流擴展層包括Ni-Au-0、ΙΤ0、以 及ZnO中的一個。
10.—種發(fā)光器件，包括 支撐襯底；所述支撐襯底上方的金屬厚膜層； 所述金屬厚膜層上方的晶片結(jié)合層； 所述晶片結(jié)合層上方的電流擴展層； 所述電流擴展層上方的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的有源層； 所述有源層上方的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的第一電極層；以及 所述電流擴展層上方的第二電極層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光器件，進一步包括在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第 一電極層之間的歐姆接觸層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，進一步包括在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述歐 姆接觸電極層之間的光提取結(jié)構(gòu)層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光器件，進一步包括所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的光提取結(jié)構(gòu)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光器件，進一步包括在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述電 流擴展層之間的超晶格結(jié)構(gòu)層。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光器件，其中，所述金屬厚膜層包括從Cu、Ag、Au、 Ni、Ti、Nb、W、Cr、NiCr以及CuW組成的組中選擇的至少一個。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光器件，其中，所述電流擴展層包括從Al、Ag、Cu、 Pt、Pd以及Au組成的組中選擇的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。所述發(fā)光器件包括支撐襯底；支撐襯底上方的平面層；平面層上方的晶片結(jié)合層；晶片結(jié)合層上方的電流擴展層；電流擴展層上方的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層；第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的有源層；有源層上方的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上方的第一電極層；以及電流擴展層上方的第二電極層。
文檔編號H01L33/14GK102017200SQ200980114626
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者宋俊午 申請人:Lg伊諾特有限公司