與生長襯底分離的紫外線發光裝置及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種與生長襯底分離的紫外線(UV)發光裝置及其制造方法，更具體地，涉及一種發射紫外線且與生長襯底分離的紫外線發光裝置及其制造方法。
【背景技術】
[0002]發光裝置指的是一種無機半導體裝置，其通過電子和空穴的復合來發光，近來已經應用于顯示裝置、車用燈具、普通照明、光通等多種領域。更具體地，紫外線發光裝置的應用范圍已擴展到紫外光固化、消毒、白光光源、醫藥、輔助部件等多種應用。
[0003]發光裝置通常包含η-型半導體層、P-型半導體層和在兩者之間形成的活性層。由于紫外線發光裝置發射具有相對較小的峰值波長的光(通常，具有400nm或更小的峰值波長的光)，當紫外線發光裝置使用氮化物半導體制造時，使用含有20%或更多的Al的AlGaN。當紫外線發光裝置的η-型氮化物半導體層和ρ_型氮化物半導體層的帶隙能量小于紫外光能量時，從活性層發出的紫外光可被吸收進紫外線發光裝置中的η-型氮化物半導體層和P-型氮化物半導體層中。在這種情況下，發光裝置顯著降低了發光效率。因此，不僅紫外線發光裝置的活性層，而且設置在發光裝置的發光方向上的其它半導體層都含有20%或更多的Al。
[0004]在紫外線發光裝置的制造中，藍寶石襯底被用作生長襯底。然而，當AlxGau χ)N (0.2彡X彡I)層在藍寶石襯底上生長時，由于高的Al組成產生熱或結構變形，AlxGaa χ)Ν(0.2彡X彡I)層可能發生裂縫或斷裂。造成這些現象的原因是藍寶石襯底和AlxGau χ)N (0.2彡X彡I)層之間的晶格失配和/或熱膨脹系數的差別。在現有技術中，為了防止發光裝置制造中的這些問題，AlN層在高溫下生長在藍寶石襯底上，或者AlN/AlGaN超晶格層形成在藍寶石襯底上，隨后形成包含AlxGau X)N(0.2彡X彡I)的N-型半導體層、活性層和P-型半導體層。
[0005]通常，藍寶石襯底通過激光剝離從半導體層上分離。在紫外線發光裝置中，當藍寶石襯底通過激光剝離被分離時，理想的情況是，設置于半導體層和藍寶石襯底之間的AlN層或AlN/AlGaN超晶格層吸收大部分的激光束而不允許其經此傳輸。當AlN層或AlN/AlGaN超晶格層允許激光束經此傳輸時，藍寶石襯底不能有效地從半導體層分離，并且在AlN層或AlN/AlGaN超晶格層上方的半導體層可吸收激光束。當吸收激光束時，半導體層可被加熱分解，從而導致發光裝置故障。
[0006]在激光剝離中，通常使用與AlN的帶隙能量基本相似或更長的波長的準分子激光束。例如，KrF準分子激光束的波長為248nm，其會穿過AlN層，因此難以使用。ArF準分子激光束的波長為193nm，其會被AlN層吸收，但是與AlN層的帶隙能量對應的大約200nm的波長的微小的差異導致一些激光束穿過AlN層或AlN/AlGaN超晶格層。此外，ArF準分子激光的低脈沖能量無法為襯底的分離提供足夠的能量。
[0007]基于此類原因，在本領域中，紫外線發光裝置以水平型或倒裝芯片型發光裝置的形式制造。因其結構限制，水平型或倒裝芯片型紫外線發光裝置具有發光效率低和光強度低的問題。因此，傳統紫外線發光裝置無法根據各種用途提供足夠的光強度。
【發明內容】
[0008]技術問題
[0009]本發明的各方面提供了一種在紫外線發光裝置的制造中簡單分離襯底的方法。
[0010]本發明的各方面還提供了與襯底分離且具有高強度光源的UV發光裝置。
[0011]問題解決方案
[0012]根據本發明的一個示例性實施例，制造UV發光裝置的方法包括:在襯底上形成包括AlxGau X)N的第一超晶格層；在第一超晶格層上形成包括AlzGau z)N的犧牲層；部分地去除犧牲層；在犧牲層上形成外延層；以及將襯底與外延層分離，其中，犧牲層含有空隙，襯底與犧牲層在外延層處分離，形成外延層的步驟包括形成包括η型AluGau u)N(0<u ^ z ^ x〈l)的η型半導體層。
[0013]根據本實施例，有可能制造出發射UV范圍內的峰值波長的光且與生長的襯底分離的發光裝置。因此，該UV發光裝置可顯著地增強光的強度。
[0014]形成η型半導體層的步驟可以包括:在第一溫度下在犧牲層上形成第一 η型半導體層；在第二溫度下在第一 η型半導體層上形成第二 η型半導體層；以及在第三溫度下在第二 η型半導體層上形成第三η型半導體層。這里，第二溫度可以不同于第一溫度和第三溫度。
[0015]第一溫度可以低于或等于第三溫度，第三溫度可以低于第二溫度。此外，第一溫度的范圍可以在1000°C至IlOOcC之間；第二溫度的范圍可以在1150°C至1200°C之間；第三溫度的范圍可以在1100°C至1150°C之間且小于第二溫度。
[0016]該方法還可以包括:在形成犧牲層之前，在第一超晶格層上形成包括AlyGauy)N(0〈u ^ z ^ χ<1)的第二超晶格層。
[0017]X的范圍是0.75至0.85，z的范圍是0.55至0.65，u的范圍是0.45至0.55。
[0018]第一超晶格層可以包括AlN層和AlxGau x)N層交互堆疊的堆疊結構。
[0019]襯底可以是藍寶石襯底、GaN襯底或AlN襯底。
[0020]該方法還可以包括:在形成第一超晶格層之前，在襯底上形成緩沖層。這里，緩沖層可以包括A1N。
[0021]在一些實施例中，犧牲層可以包括η型雜質，部分地去除犧牲層的步驟可以包括在犧牲層上形成掩模圖案，并通過對犧牲層進行電化學蝕刻而在該犧牲層中形成細小空隙。
[0022]在形成外延層期間，細小空隙中的至少一些細小空隙在犧牲層中可以結合以形成空隙。
[0023]犧牲層可以具有3 X 1liVcm3至3 X 10 1Vcm3的η型雜質濃度。
[0024]此外，將襯底與外延層分離的步驟可以包括使用蝕刻溶液化學蝕刻掩模圖案。
[0025]在一些實施例中，將襯底與外延層分離的步驟可以包括向犧牲層施加應力。
[0026]該方法還可以包括:在襯底與外延層分離之前，在外延層上形成第二襯底，并且還可以包括:將與襯底分離的外延層和第二襯底劃分成多個區域。
[0027]根據本發明的另一實施例，用于制造UV發光裝置的模板包括:襯底；第一超晶格層，設置在襯底上并包括AlxGau X)N ;以及犧牲層，設置在第一超晶格層上并包括AlzGau z)N (0〈z ^ χ〈1) ο
[0028]模板還可以包括第二超晶格層，設置在第一超晶格層和犧牲層之間且包括AlyGaa y)N(0〈z ^ y ^ x〈l)。
[0029]模板還可以包括AlN緩沖層，設置在襯底與第一超晶格層之間。
[0030]根據本發明的另一實施例，UV發光裝置可以包括:p型半導體層，包括P型AlGaN ；活性層，設置在P型半導體層上且包括AlGaN ;以及η型半導體層，設置在活性層上且包括η型AluGau U)N，其中，從活性層發射的光被構造成通過η型半導體層的表面向外部發射。
[0031]u的范圍可以是0.45至0.55。
[0032]發光裝置可以具有形成在η型半導體層的光通過其發射的表面上的粗糙度。
[0033]發光裝置還可以包括設置在P型半導體層下方的第二襯底。
[0034]發光裝置還可以包括η型電極和P型電極，其中，第二襯底具有比P型半導體層大的寬度，第二襯底的上表面被部分地暴露，η型電極設置在η型半導體層上，P型電極設置在第二襯底的上表面的暴露部分上。
[0035]光可以具有200nm至400nm的范圍的峰值波長。
[0036]發明的有益效果
[0037]本發明的實施例提供用于制造UV發光裝置的模板、其制造方法以及使用該模板制造與襯底分離的UV發光裝置的方法。根據本發明的實施例，在UV發光裝置的制造過程中，襯底可以容易地與外延層分離。此外，根據本發明的實施例，本方法和模板可以使分離襯底時施加于半導體層的應力最小化，同時確保半導體層的優異晶體質量。
[0038]此外，本發明的實施例提供使用該方法的具有高UV強度的UV發光裝置。
【附圖說明】
[0039]圖1至圖14是示出根據本發明的一個實施例的用于制造與襯底分離的UV發光裝置的方法的剖視圖，更具體地，圖1至圖4是示出根據本發明的一個實施例的用于制造UV發光裝置的模板及其制造方法的剖視圖，圖5至圖14是示出根據本發明的一個實施例的UV發光裝置及其制造方法的剖視圖；
[0040]圖15是根據本發明的另一實施例的與襯底分離的倒裝型UV發光裝置的剖視圖；以及
[0041]圖16是根據本發明的又一實施例的與襯底分離的通孔型UV發光裝置的剖視圖。
【具體實施方式】
[0042]下面將參照附圖更詳細