紫外光發光二極管及其制造方法
【專利說明】紫外光發光二極管及其制造方法
[0001]相關申請的交叉參考及優先權要求
[0002]本專利文件要求2014年7月25日提交的、10-2014-0094958號韓國專利申請的優先權及權益，該文獻以參考方式全文并入本文中。
技術領域
[0003]本專利文件的公開內容涉及一種UV光發光二極管及其制造方法。所公開技術的一些實施方式允許在UV光發光二極管制造過程中將生長襯底分離，并且包括具有良好結晶度的半導體層。
【背景技術】
[0004]發光二極管指的是發射由電子和空穴復合產生的光的無機半導體設備。具體地，紫外光(UV)發光二極管已逐漸應用于各個領域，諸如UV處理、殺菌、白光源、醫學、儀器部件等。
[0005]UV光發光二極管所發出的光具有相對短的峰值波長(通常是峰值波長為400nm或更小的光)。在這種UV光發光二極管的制造中，有源層的形成材料的帶隙能量對應于相對短的峰值波長，以便發出具有該相對短峰值波長的光。例如，作為氮化物半導體，有源層可以由含有10%或更多的A1的AlGaN形成。另外，如果η型和p型氮化物半導體層的帶隙能量低于從有源層發出的UV光的能量，則從有源層發出的UV光會被吸收到發光二極管中的η型和ρ型氮化物半導體層中。因此，不僅是UV光發光二極管的有源層，而且沿發光二極管的發光方向設置的其他半導體層均被形成為具有10%或更大的Α1含量。
【發明內容】
[0006]示例性實施例提供了一種包括具有良好結晶度的半導體層的UV光發光二極管，及其制造方法。
[0007]根據本發明的一個方面，一種制造UV光發光二極管的方法包括:在生長腔室內，在生長襯底上形成η型半導體層；以及在η型半導體層上形成有源層和ρ型半導體層，其中形成η型半導體層包括生長包括AlGaN的第一 η型半導體層，且生長第一 η型半導體層包括改變生長腔室內的生長壓力以及改變引入生長腔室中的η型摻雜物源的流速，在第一η型半導體層的生長過程中改變生長壓力包括執行至少一個壓力增長周期和壓力下降周期的循環，改變η型摻雜物源的流速包括以脈沖形式提高η型摻雜物源的流速。
[0008]相應地，可以提供一種制造UV光發光二極管的方法，該二極管具有良好的結晶度和改善的發光效率。
[0009]第一 η型半導體層可以包括AlxGa{1 X)N層(0 < x < 1)和AlyGa{1 y)N層(0 < y< 1)，其中AlxGau x)N層生長于壓力增長周期中，AlyGa{1 y)N層(0 < y < 1)生長于壓力下降周期中，X沿遠離生長襯底的方向逐漸下降，y沿遠離生長襯底的方向逐漸增加。
[0010]另外，壓力增長周期和壓力下降周期的循環可以重復至少兩次。
[0011]η型摻雜物源的流速可以包括第一流速和比第一流速高的第二流速；第二流速可以對應于以至少一個脈沖的形式增長的流速；η型摻雜物源可以在壓力增加周期期間以第二流速被引入到生長腔室中，且在壓力下降周期期間以第一流速被引入到生長腔室中。
[0012]另外，引入到生長腔室中的η型摻雜物源的流速相對于時間可以具有方形的波形。
[0013]壓力增長周期和壓力下降周期中的每一個中的壓力變化相對于時間可以具有三角波形或者諧波波形。
[0014]在一些實施方式中，第一 η型半導體層的形成過程中，生長腔室內的生長溫度、以及Al、Ga和Ν源的流速中的每一個可以是恒定的。
[0015]該制造方法可以進一步包括在形成η型半導體層之前在GaN層上形成A1N層，其中形成A1N層可以包括以恒定的流速將A1源和N源引入到生長腔室中，同時交替地將生長腔室的壓力從第一壓力變換為第二壓力，反之亦然。此時，第一壓力可以不同于第二壓力。
[0016]在其他實施方式中，該制造方法可以進一步包括在形成η型半導體層之前形成未摻雜的氮化物層。
[0017]另外，形成未摻雜的氮化物層可以包括交替堆疊在第一壓力下生長的AlwGa(1w)N層(0 < w < 1)和在第二壓力下生長的AlzGau Z)N層(0 < z < 1)。此時，第一壓力可以不同于第二壓力。
[0018]進一步地，形成未摻雜的氮化物層可以包括使生長腔室內的生長壓力隨著時間變化，未摻雜氮化物層生長期間的壓力變化可以包括至少一個壓力增加周期和壓力下降周期的循環。
[0019]形成η型半導體層可以進一步包括形成設置在第一 η型半導體層的下表面上的第二 η型半導體層和/或設置在第一 η型半導體層的上表面上的第三η型氮化物層。
[0020]進一步地，形成第二 η型半導體層和/或第三η型氮化物層可以包括改變引入生長腔室中的η型摻雜物源的流速，改變η型摻雜物源的流速可以包括以至少一個脈沖的形式提高η型摻雜物源的流速。
[0021]第一 η型半導體層生長過程中的壓力變化可以進一步包括至少一個壓力維持周期，其中在所述維持周期中，在預定時期內保持壓力恒定。
[0022]在第一壓力下生長的Α1Ν層可以具有與在第二壓力下生長的Α1Ν層相比不同的Α1摩爾分數。
[0023]根據本發明的另一方面，UV光發光二極管包括:支撐襯底；設置在支撐襯底上的Ρ型半導體層；設置在Ρ型半導體層上的有源層；以及設置在有源層上的η型半導體層，其中η型半導體層包括第一 η型半導體層，其在其至少一些區域中具有沿厚度方向持續變化的帶隙能量。
[0024]第一 η型半導體層可以具有通過交替堆疊AlxGa(1 X)N層(0 < x < 1)和AlyGa(1 y)N層(0 < y < 1)形成的堆疊結構，其中x沿著遠離生長襯底的方向逐漸變小，y沿著遠離生長襯底的方向逐漸增大。
[0025]η型半導體層可以進一步包括設置在第一 η型半導體層的下表面上的第二 η型半導體層和/或設置在第一 η型半導體層的上表面上的第三η型氮化物層。
[0026]第二 η型半導體層和第三η型氮化物層中的每一個可以具有通過交替堆疊AluGa{1 U)N 層(Ο < u < 1)和 AlvGa(1 V)N 層(Ο < ν < 1)形成的堆疊結構，其中 AluGa{1 u)N層進行η型摻雜以具有第一雜質濃度，AlvGa{1 V)N層進行η型摻雜以具有第二雜質濃度，第一雜質濃度高于第二雜質濃度。
[0027]第一 η型半導體層可以包括沿厚度方向具有恒定帶隙能量的區域。
[0028]本發明的實施例提供了一種制造UV光發光二極管的方法，其能夠通過相對簡單和容易的過程改善UV光發光二極管的結晶度。此外，本發明的實施例提供了一種UV光發光二極管，其中生長襯底被去除，從而提供良好的發光效率。另外，UV光發光二極管可以防止因半導體層內的應力造成的損壞，從而提供改善的可靠性。
【附圖說明】
[0029]圖1至圖10為剖面圖和圖表，其說明了一種制造發光二極管的示例性方法，以及根據本發明的一些實施例制造的示例性發光二極管。
[0030]圖11和圖12為剖面圖，其說明了一種制造發光二極管的示例性方法，以及根據本發明的一些實施例制造的示例性發光二極管。
[0031]圖13和圖14為剖面圖，其說明了一種制造發光二極管的示例性方法，以及根據本發明的一些實施例制造的示例性發光二極管。
[0032]圖15至圖22為剖面圖，其說明了一種制造發光二極管的示例性方法，以及根據本發明的一些實施例制造的示例性發光二極管。
[0033]圖23(a)至圖24(b)為圖表，其描繪了根據本發明的一些實施例的發光二極管中帶隙能量的變化。
【具體實施方式】
[0034]在下文中，將參照附圖詳細描述本發明的實施例。下列實施例是以舉例的方式提供以便于理解所公開技術的各種實施方式。相應地，本發明不限于在此公開的實施例，還可以以不同的形式實現。在附圖中，元件的寬度、長度、厚度等可以出于清晰和便于描述的目的而被夸大。當元件或層被稱作“置于”或“設于”另一元件或層之上時，它可以是直接“置于”或“設于”另一元件或層之上，或者可以存在中間元件。在整個說明書中，類似的參考數字指示具有相同或相似功能的類似元件。
[0035]在下面的描述中公開的組分比、生長方法、生長條件、厚度等是以示例的方式提供，也可以存在其他實施方式。例如，對于AlGaN而言，具有本領域普通知識的人員(“本領域技術人員”)可以根據需要采用A1和Ga的各種組分比。另外，下面公開的半導體層可以通過各種方法來生長，諸如金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)或類似方法。在下面的示例性實施例中，半導體層在相同腔室中通過M0CVD來生長，具有預定組分比的普通源可以被使用和引入到腔室中。例如，Ga源可以包括TMGa或TEGa等；A1源可以包括TMA或TEA等；In源可以包括TMI或TEI等；N源可以包括NH3。然而，這種組分只是以示例的方式被提供，也可以有其他實施方式。
[0036]在UV光發光二極管的制造中，藍寶石襯底被用作示例性的生長襯底。當AlxGa(1 x)N層(0.1 < x < 1)生長在藍寶石襯底上時，由于高的Α1含量造成的熱或結構性變形會導致形成破裂或斷裂。這種問題源于藍寶石襯底和AlxGa(1 x)層(0.1 < X < 1)之間的熱膨脹系數差異和/或晶格失配。在相關技術中，為了最小化這種問題的發生，通過在高的溫度下在藍寶石襯底上形成A1N層或者在藍寶石