CN102132427B - 发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种根据实施例的发光器件以及制造发光器件的方法。发光器件包括：第二电极层；第二电极层上的第三导电半导体层，该第三导电半导体层包括肖特基势垒特性区域和欧姆势垒特性区域；第三导电半导体层上的第二导电半导体层；第二导电半导体层上的有源层；有源层上的第一导电半导体层；以及第一导电半导体层上的第一电极层。

Description

发光器件及其制造方法
技术领域
本公开涉及发光器件和用于制造发光器件的方法。
背景技术
最近，使用发光二极管(LED)的器件已经被广泛地用作发光器件。
通过使用化合物半导体的特性，LED将电信号转换为光。LED包括被堆叠的第一导电半导体层、有源层、以及第二导电半导体层，并且其根据电源的应用通过有源层来辐射光。第一导电半导体层可以是n型半导体层，并且第二导电半导体层可以是p型半导体层。可供选择地，第一导电半导体层可以是p型半导体层，并且第二导电半导体层可以是n型半导体层。
在将电源施加到第一导电半导体层的第一电极层和将电源施加到第二导电半导体层的第二电极层被布置在垂直方向中的垂直LED结构中，在第一电极层的下侧处能够出现电流沟道。
当在第一电极层的下侧处出现电流沟道时，工作电压增加，发光器件的寿命缩短，并且发光器件的可靠性下降。
此外，因为主要从第一电极层的下侧处的有源层产生光，所以光没有被提取到发光器件的外部，并且通过第一电极层而被反射并且被吸收在发光器件中。因此，发光器件的光效率下降。
发明内容
[技术问题]
实施例提供具有新结构的发光器件和用于制造发光器件的方法。
实施例提供发光器件和用于制造发光器件的方法，其能够移除电流沟道。
实施例提供发光器件和用于制造发光器件的方法，其能够以稳定的工作电压而被驱动并且提高光提取效率。
实施例提供发光器件和用于制造发光器件的方法，其能够减少漏电流或者电短路。
[技术解决方案]
在实施例中，发光器件包括：第二电极层；第二电极层上的第三导电半导体层，该第三导电半导体层包括肖特基势垒特性区域和欧姆势垒特性区域；在第三导电半导体层上的第二导电半导体层；第二导电半导体层上的有源层；有源层上的第一导电半导体层；以及第一导电半导体层上的第一电极层。
在实施例中，发光器件包括：第二电极层；第二电极层上的第三导电半导体层，该第三导电半导体层包括具有第三厚度的第三区域和具有比第三厚度薄的第四厚度的第四区域；第三导电半导体层上的第二导电半导体层；第二导电半导体层上的有源层；有源层上的第一导电半导体层；以及第一导电半导体层上的第一电极层，其中，第一电极层的至少一部分在垂直方向中与第三区域重叠。
在实施例中，发光器件包括：第二电极层；第二电极层上的第三导电半导体层，该第三导电半导体层包括具有第三厚度并且被布置在外围部分处的第三区域，和具有比第三厚度薄的第四厚度的第四区域；第三导电半导体层上的第二导电半导体层；第二导电半导体层上的有源层；有源层上的第一导电半导体层；以及第一导电半导体层上的第一电极层。
[有益效果]
实施例提供具有新结构的发光器件和用于制造发光器件的方法。
实施例提供发光器件和用于制造发光器件的方法，其能够移除电流沟道。
实施例提供发光器件和用于制造发光器件的方法，其能够以稳定的工作电压而被驱动并且提高光提取效率。
实施例提供发光器件和用于制造发光器件的方法，其能够减少漏电流或者电短路。
附图说明
图1至图5是示出根据实施例的发光器件和用于制造发光器件的方法的视图。
图6是示出根据实施例的发光器件的光提取特性的视图。
图7和图8是用于描述根据实施例的发光器件中的欧姆势垒特性区域和肖特基势垒特性区域的视图。
具体实施方式
现在将会详细地描述本公开的实施例，在附图中示出其示例。
在实施例的描述中，将会理解的是，在层(或者膜)、区域、图案、或者组件被称为是在另一衬底、层(或者膜)、区域、或者图案“上面”或者“下面”时，“上面”和“下面”包括“直接地”和“间接地”的所有意义。此外，将会参考附图描述各层的“上面”或者“下面”的任何参考。
在附图中，为了方便和示出的清楚，层和区域的尺寸被夸大或者被示意地示出。而且，各个元件的尺寸没有完全地反映实际尺寸。
在下文中，将会参考附图详细地描述根据实施例的发光器件和用于制造发光器件的方法。
图1至图5是示出根据实施例的发光器件和用于制造发光器件的方法的视图。
参考图5，根据实施例的发光器件包括：第二电极层90；第三导电半导体层60，该第三导电半导体层60被形成在第二电极层90上；被形成在第三导电半导体层60上的第二导电半导体层50、有源层40和第一导电半导体层30；第一电极层100，该第一电极层100被形成在第一导电半导体层30上。
第二电极层90可以包括具有第一厚度和比第一厚度薄的第二厚度的区域。被形成在第二电极层90上的第三导电半导体层60可以包括第三厚度和比第三厚度薄的第四厚度。在此，第三厚度可以被形成为大约100至大约1,000
Figure GPA00001317723200041
并且第四厚度可以被形成为大约10至大约90
Figure GPA00001317723200042
例如，第一导电半导体层30可以被形成为n型半导体层，第二导电半导体层50可以被形成为p型半导体层，并且第三导电半导体层60可以被形成为n型半导体层或者未掺杂的氮化物半导体层。
具有被形成在具有第二电极层90的第一厚度的区域上的第三导电半导体层60的第四厚度的区域被形成为欧姆势垒特性区域62。具有被形成在具有第二电极层90的第二厚度的区域上的第三导电半导体层60的第三厚度的区域被形成为肖特基势垒特性区域61。
基于第三导电半导体层60的厚度形成欧姆势垒特性区域62和肖特基势垒特性区域61。
图7和图8是示出在根据实施例的发光器件中，用于描述其中基于第三导电半导体层的厚度形成肖特基势垒特性区域和欧姆势垒特性区域的试验结果和试验结构的视图。
参考图7和图8，具有大约50和大约300
Figure GPA00001317723200051
(30nm)的厚度的n型GaN层61被形成在P型GaN层51上，并且多个电极71被分开地形成在n型GaN层61上。此时，n型GaN层61可以被形成为未掺杂层GaN层。
当正电压和负电压分别被施加到电极层71中的两个时，电流从电极层71中的任何一个在垂直方向中流过n型GaN层61，并且然后在水平方向中流入p型GaN层51。接下来，电流在垂直方向中流过n型GaN层61，并且然后流入电极层71的另一个。
在执行本试验的同时，将相邻的两个电极层71之间的间隔调节为大约10μm、35μm、以及55μm。
当n型GaN层61的厚度大约是300
Figure GPA00001317723200052
(30nm)时，试验结果显示肖特基势垒特性，并且当n型GaN层的厚度大约是50(5nm)时，试验结果显示欧姆势垒特性。
通过试验所示，能够看到，在根据实施例的发光器件中，基于第三导电半导体层60的厚度来形成肖特基势垒特性区域61和欧姆势垒特性区域62。
欧姆势垒特性区域62和肖特基势垒特性区域61更改在发光器件中流动的电流的路径。
例如，肖特基势垒特性区域61的至少一部分可以被形成在在垂直方向中与第一电极层100重叠的位置处。即，第一电极层100可以被形成在第一导电半导体层30的顶部的中心区域处，并且肖特基势垒特性区域61可以被形成在第三导电半导体层60的中心部分处。
此外，肖特基势垒特性区域61可以被形成在第三导电半导体层60的外围部分处，并且可以被布置在第三导电半导体层60的多个区域处。同样地，欧姆势垒特性区域62可以被布置在第三导电半导体层60的多个区域处。
因为高电阻，所以电流几乎没有在肖特基势垒特性区域61中流动，并且因为低电阻，它能够容易地在欧姆势垒特性区域62中流动。
在根据实施例的发光器件中，当肖特基势垒特性区域61被形成在第三导电半导体层60的外围部分处时，其减少了在发光器件的侧表面或者外围部分中流动的电流，并且因此能够减少电流泄露。此外，因为肖特基势垒特性区域61被形成为比欧姆势垒特性区域62厚，所以其增加了第二电极层90和第一电极层100或者第一导电半导体层30之间的距离。因此，肖特基势垒特性区域61防止在发光器件中出现电短路，提高了发光器件的电气特性。
如图5中的虚线所示，因此，从第二电极层90流入第一电极层100的电流几乎没有流过肖特基势垒特性区域61，并且其通过欧姆势垒特性区域62而流入第一电极层100。
第二电极层90可以包括导电衬底，和被形成在导电衬底上的反射电极层。
例如，导电衬底可以是由铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)以及注入杂质的半导体衬底中的至少一个形成。反射电极层可以是由铝(Al)或者银(Ag)形成。
在根据实施例的发光器件中，当肖特基势垒特性区域61被形成在在垂直方向中与第一电极层100重叠的位置处，相对于第一电极层100，从第二电极层90流入第一电极层100的电流没有集中地仅在垂直方向中流动，并且还被分布在水平方向中，并且从而流入第二导电半导体层50、有源层40、以及第一导电半导体层30的较宽区域中。
因此，根据实施例的发光器件能够防止电流沟道，在所述电流沟道中，相对于第一电极层100，电流在垂直方向中集中地流动。结果，能够以稳定的操作电压来驱动发光器件。
此外，当相对于第一电极层100，电流集中地在垂直方向中流动时，主要从被布置在第一电极层100下面的有源层40的区域产生光。然而，存在高可能性，即，(从第一电极层100下面的有源层40产生的)光被吸收到第一电极层100中，并且从而引起光量的减少，或者其通过第一电极层100被反射并且从而消失在发光器件中。
然而，在根据实施例的发光器件中，肖特基势垒特性区域61和欧姆势垒特性区域62被形成在第二导电半导体层50下面，并且因此从第二电极层90流入第一电极层100的电流被较宽地分布，并且在水平方向中流动。因为在有源层40的较宽的区域处产生光，因此，存在低可能性，即，(从有源层40的区域产生的)光被吸收到第一电极层100中，或者其通过第一电极层100而被反射并且因此消失在发光器件中。因此，根据实施例的发光器件能够增加光效率。
在下文中，将会参考图1至图5详细地描述用于制造根据实施例的发光器件的方法。
图1至图5是示出用于制造根据实施例的发光器件的方法的视图。
参考图1，未掺杂的GaN层20、第一导电半导体层30、有源层40、第二导电半导体层50、以及第三导电半导体层60被形成在衬底10上。此外，缓冲层(未示出)可以被进一步形成在衬底10和未掺杂的GaN层20之间。
衬底10可以是由蓝宝石(Al2O3)、Si、SiC、GaAs、ZnO以及MgO中的至少一个形成。
缓冲层(未示出)可以被形成为具有诸如AlxIn1-xN/GaN、InxGa1-xN/GaN以及AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN的堆叠结构的多层，或者包括AlxInyGa1-x-yN、AlxGa1-xN、以及InyGa1-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的至少一个的层。例如，通过将三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、以及三甲基铝(TMAl)连同氢气和氨气注入腔室中，可以生长缓冲层。
通过将三甲基镓(TMGa)与氢气和氨气注入腔室，可以生长未掺杂的GaN层。
第一导电半导体层30可以是注入第一导电杂质离子的氮化物半导体层。例如，第一导电半导体层30可以是注入n型杂质离子的半导体层。通过将三甲基镓(TMGa)和包括n型杂质(例如，Si)的SiN4气体连同氢气和氨气注入腔体，可以生长第一导电半导体层30。
可以以单量子阱结构或者多量子阱结构形成有源层40。例如，可以以InGaN阱层/GaN势垒层，或者AlxInyGa1-x-yN阱层/AlxInyGa1-x-yN势垒层(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的堆叠结构形成有源层40。第二导电半导体层50可以是注入第二导电杂质的氮化物半导体层。例如，第二导电半导体层50可以是注入p型杂质离子的半导体层。通过将包括p型杂质(例如，Mg)的(EtCp2Mg)Mg(C2H5C5H4)2和三甲基镓(TMGa)连同氢气和氨气注入腔室中，可以生长第二导电半导体层50。
第三导电半导体层60可以是注入第三导电杂质离子的氮化物半导体层。例如，第三导电半导体层60可以是注入n型杂质离子的半导体层。与第一导电半导体层30一样，通过将包括n型杂质(例如，Si)的SiN4气体和三甲基镓(TMGa)连同氢气和氨气注入腔室中，可以生长第三导电半导体层60。
掩模层70被形成在第三导电半导体层60上。形成掩模层70，以对第三导电半导体层60进行选择性地蚀刻。
参考图2，通过使用掩模层70作为掩模，选择性地蚀刻第三导电半导体层60。
例如，第三导电半导体层60可以被形成为大约100至大约1,000
Figure GPA00001317723200091
的第三厚度。通过使用掩模层70作为掩模，选择性地蚀刻第三导电半导体层60以具有大约10至大约90的第四厚度。
因此，第三导电半导体层60可以被形成为第三厚度和比第三厚度薄的第四厚度。
参考图3，选择性地蚀刻第三导电半导体层60，并且第二电极层90被形成在第三导电半导体层60上。
第二电极层90可以是由诸如Ni、Pd或者Pt、金属合金、或者金属氧化物的金属材料的多层或者单层形成。金属氧化物包括ITO、IZO(In-ZnO)、GZO(Ga-ZnO)、AZO(Al-ZnO)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(In-Ga ZnO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO中的至少一个。但是，第二电极层90的材料不限于已公开的材料。
第二电极层90可以被形成为诸如Ag、Al以及APC的反射层，或者可以被形成为导电衬底。这时，反射电极层被形成在第三导电半导体层60上，并且导电衬底被形成在反射电极层上。
参考图4，第二电极层90被形成，并且衬底10和未掺杂的GaN层20被移除。在此，如果缓冲层已经被形成，那么它也可以被移除。
参考图5，第一电极层100被形成在第一导电半导体层30上。
例如，第一电极100，可以是由Ti、Cr、Ni、Al、Pt、或者Au中的至少一个形成。
以上述方法可以制造根据实施例的发光器件。
图6是示出根据实施例的发光器件的光提取效率的视图。
在图6中，X轴表示图5的横截面表面中的从发光器件的左端到它的右端的距离，并且肖特基势垒特性区域61被布置在与大约0至大约50μm、大约225至大约275μm、以及大约450至大约500μm相对应的部分处。假定从发光器件产生的光量是“1”，Y轴是相对地表示从发光器件提取的光量的值。
在图6中，发光器件的现有结构是指其中第三导电半导体层60没有被形成在第二导电半导体层50和第二电极层90之间的结构。在现有结构中，随着电流朝着发光器件的中心部分流动，大量的电流流动。因此，从在垂直方向中与第一电极层100重叠的有源层40的区域中产生和提取最大量的光。
在根据实施例的被提议的结构中，因为电流流过在肖特基势垒特性区域61之间的欧姆势垒特性区域62，所以从处于与其中形成欧姆势垒特性区域62的区域相对应的位置中的有源层40产生和提取最大量的光。
根据现有结构，存在高可能性，(从在垂直方向中与第一电极层100垂直的有源层40的区域产生的)光被吸收到第一电极层100，并且从而引起光量的减少，或者其通过第一电极层100反射并且从而消失在发光器件中。
根据实施例，在另一方面，如图6中所示，因为从在垂直方向中没有与第一电极层100重叠的有源层40的区域产生的大量的光，所以能够减少(通过第一电极层100反射并且消失在发光器件中的)光量。
虽然已经参照本发明的多个示例性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域的技术人员可以想到将落入本发明原理的精神和范围内的多个其它修改和实施例。更加具体地，在本说明书、附图、和所附权利要求的范围内的主题组合布置的组成部件和/或布置中，各种变化和修改都是可能的。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外，对于本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。
[工业实用性]
实施例可以被应用于发光器件和用于制造发光器件的方法。

Claims (12)

1.一种发光器件，包括：
第二电极层；
所述第二电极层上的第三导电半导体层，所述第三导电半导体层包括肖特基势垒特性区域和欧姆势垒特性区域；
所述第三导电半导体层上的第二导电半导体层；
所述第二导电半导体层上的有源层；
所述有源层上的第一导电半导体层；以及
所述第一导电半导体层上的第一电极层，
其中，所述欧姆势垒特性区域下面的所述第二电极层具有第一厚度，并且
所述肖特基势垒特性区域下面的所述第二电极层具有比所述第一厚度薄的第二厚度。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中：
所述第一导电半导体层是n型半导体层，
所述第二导电半导体层是p型半导体层，并且
所述第三导电半导体层是n型半导体层或未掺杂半导体层。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中：
所述肖特基势垒特性区域被形成在所述第三导电半导体层的中心部分处，并且
所述欧姆势垒特性区域被形成在所述肖特基势垒特性区域的外围处。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其中，进一步地，所述肖特基势垒特性区域被形成在所述第三导电半导体层的外围部分处。
5.根据权利要求1所述的发光器件，所述第一电极层的至少一部分在垂直方向中与所述肖特基势垒特性区域的至少一个重叠。
6.一种发光器件，包括：
第二电极层；
所述第二电极层上的第三导电半导体层，所述第三导电半导体层包括具有第三厚度的第三区域和具有比所述第三厚度薄的第四厚度的第四区域；
所述第三导电半导体层上的第二导电半导体层；
所述第二导电半导体层上的有源层；
所述有源层上的第一导电半导体层；以及
所述第一导电半导体层上的第一电极层，其中，所述第一电极层的至少一部分在垂直方向中与所述第三区域重叠；
其中，所述第二电极层包括：
第一区域，所述第一区域具有第一厚度，被布置在所述第一区域的至少一部分在垂直方向中与所述第四区域重叠的区域处；和
第二区域，所述第二区域具有比所述第一厚度薄的第二厚度，被布置在所述第二区域的至少一部分在垂直方向中与所述第三区域重叠的区域处。
7.根据权利要求6所述的发光器件，其中：
所述第一导电半导体层是n型半导体层，
所述第二导电半导体层是p型半导体层，并且
所述第三导电半导体层是n型半导体层或未掺杂半导体层。
8.根据权利要求6所述的发光器件，其中，所述第三区域的至少一部分被布置在所述第三导电半导体层的中心部分处。
9.一种发光器件，包括：
第二电极层；
所述第二电极层上的第三导电半导体层，所述第三导电半导体层包括具有第三厚度并且被布置在外围部分处的第三区域；和具有比所述第三厚度薄的第四厚度的第四区域；
所述第三导电半导体层上的第二导电半导体层；
所述第二导电半导体层上的有源层；
所述有源层上的第一导电半导体层；以及
所述第一导电半导体层上的第一电极层；
其中，所述第二电极层包括：
第一区域，所述第一区域具有第一厚度，被布置在所述第一区域的至少一部分在垂直方向中与所述第四区域重叠的区域处；和
第二区域，所述第二区域具有比所述第一厚度薄的第二厚度，被布置在所述第二区域的至少一部分在垂直方向中与所述第三区域重叠的区域处。
10.根据权利要求9所述的发光器件，其中，所述第三区域包括另一第三区域，所述另一第三区域被布置在与所述第三导电半导体层的外围部分分离的位置处。
11.根据权利要求10所述的发光器件，其中，所述第一电极层的至少一部分在垂直方向中与所述第三区域重叠。
12.根据权利要求10所述的发光器件，其中：
所述第一导电半导体层是n型半导体层，
所述第二导电半导体层是p型半导体层，并且
所述第三导电半导体层是n型半导体层或未掺杂半导体层。
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