紫外光发光二极管及其制造方法
【专利说明】紫外光发光二极管及其制造方法
[0001]相关申请的交叉参考及优先权要求
[0002]本专利文件要求2014年7月25日提交的、10-2014-0094958号韩国专利申请的优先权及权益，该文献以参考方式全文并入本文中。
技术领域
[0003]本专利文件的公开内容涉及一种UV光发光二极管及其制造方法。所公开技术的一些实施方式允许在UV光发光二极管制造过程中将生长衬底分离，并且包括具有良好结晶度的半导体层。
【背景技术】
[0004]发光二极管指的是发射由电子和空穴复合产生的光的无机半导体设备。具体地，紫外光(UV)发光二极管已逐渐应用于各个领域，诸如UV处理、杀菌、白光源、医学、仪器部件等。
[0005]UV光发光二极管所发出的光具有相对短的峰值波长(通常是峰值波长为400nm或更小的光)。在这种UV光发光二极管的制造中，有源层的形成材料的带隙能量对应于相对短的峰值波长，以便发出具有该相对短峰值波长的光。例如，作为氮化物半导体，有源层可以由含有10%或更多的A1的AlGaN形成。另外，如果η型和p型氮化物半导体层的带隙能量低于从有源层发出的UV光的能量，则从有源层发出的UV光会被吸收到发光二极管中的η型和ρ型氮化物半导体层中。因此，不仅是UV光发光二极管的有源层，而且沿发光二极管的发光方向设置的其他半导体层均被形成为具有10%或更大的Α1含量。
【发明内容】
[0006]示例性实施例提供了一种包括具有良好结晶度的半导体层的UV光发光二极管，及其制造方法。
[0007]根据本发明的一个方面，一种制造UV光发光二极管的方法包括:在生长腔室内，在生长衬底上形成η型半导体层；以及在η型半导体层上形成有源层和ρ型半导体层，其中形成η型半导体层包括生长包括AlGaN的第一 η型半导体层，且生长第一 η型半导体层包括改变生长腔室内的生长压力以及改变引入生长腔室中的η型掺杂物源的流速，在第一η型半导体层的生长过程中改变生长压力包括执行至少一个压力增长周期和压力下降周期的循环，改变η型掺杂物源的流速包括以脉冲形式提高η型掺杂物源的流速。
[0008]相应地，可以提供一种制造UV光发光二极管的方法，该二极管具有良好的结晶度和改善的发光效率。
[0009]第一 η型半导体层可以包括AlxGa{1 X)N层(0 < x < 1)和AlyGa{1 y)N层(0 < y< 1)，其中AlxGau x)N层生长于压力增长周期中，AlyGa{1 y)N层(0 < y < 1)生长于压力下降周期中，X沿远离生长衬底的方向逐渐下降，y沿远离生长衬底的方向逐渐增加。
[0010]另外，压力增长周期和压力下降周期的循环可以重复至少两次。
[0011]η型掺杂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；第二流速可以对应于以至少一个脉冲的形式增长的流速；η型掺杂物源可以在压力增加周期期间以第二流速被引入到生长腔室中，且在压力下降周期期间以第一流速被引入到生长腔室中。
[0012]另外，引入到生长腔室中的η型掺杂物源的流速相对于时间可以具有方形的波形。
[0013]压力增长周期和压力下降周期中的每一个中的压力变化相对于时间可以具有三角波形或者谐波波形。
[0014]在一些实施方式中，第一 η型半导体层的形成过程中，生长腔室内的生长温度、以及Al、Ga和Ν源的流速中的每一个可以是恒定的。
[0015]该制造方法可以进一步包括在形成η型半导体层之前在GaN层上形成A1N层，其中形成A1N层可以包括以恒定的流速将A1源和N源引入到生长腔室中，同时交替地将生长腔室的压力从第一压力变换为第二压力，反之亦然。此时，第一压力可以不同于第二压力。
[0016]在其他实施方式中，该制造方法可以进一步包括在形成η型半导体层之前形成未掺杂的氮化物层。
[0017]另外，形成未掺杂的氮化物层可以包括交替堆叠在第一压力下生长的AlwGa(1w)N层(0 < w < 1)和在第二压力下生长的AlzGau Z)N层(0 < z < 1)。此时，第一压力可以不同于第二压力。
[0018]进一步地，形成未掺杂的氮化物层可以包括使生长腔室内的生长压力随着时间变化，未掺杂氮化物层生长期间的压力变化可以包括至少一个压力增加周期和压力下降周期的循环。
[0019]形成η型半导体层可以进一步包括形成设置在第一 η型半导体层的下表面上的第二 η型半导体层和/或设置在第一 η型半导体层的上表面上的第三η型氮化物层。
[0020]进一步地，形成第二 η型半导体层和/或第三η型氮化物层可以包括改变引入生长腔室中的η型掺杂物源的流速，改变η型掺杂物源的流速可以包括以至少一个脉冲的形式提高η型掺杂物源的流速。
[0021]第一 η型半导体层生长过程中的压力变化可以进一步包括至少一个压力维持周期，其中在所述维持周期中，在预定时期内保持压力恒定。
[0022]在第一压力下生长的Α1Ν层可以具有与在第二压力下生长的Α1Ν层相比不同的Α1摩尔分数。
[0023]根据本发明的另一方面，UV光发光二极管包括:支撑衬底；设置在支撑衬底上的Ρ型半导体层；设置在Ρ型半导体层上的有源层；以及设置在有源层上的η型半导体层，其中η型半导体层包括第一 η型半导体层，其在其至少一些区域中具有沿厚度方向持续变化的带隙能量。
[0024]第一 η型半导体层可以具有通过交替堆叠AlxGa(1 X)N层(0 < x < 1)和AlyGa(1 y)N层(0 < y < 1)形成的堆叠结构，其中x沿着远离生长衬底的方向逐渐变小，y沿着远离生长衬底的方向逐渐增大。
[0025]η型半导体层可以进一步包括设置在第一 η型半导体层的下表面上的第二 η型半导体层和/或设置在第一 η型半导体层的上表面上的第三η型氮化物层。
[0026]第二 η型半导体层和第三η型氮化物层中的每一个可以具有通过交替堆叠AluGa{1 U)N 层(Ο < u < 1)和 AlvGa(1 V)N 层(Ο < ν < 1)形成的堆叠结构，其中 AluGa{1 u)N层进行η型掺杂以具有第一杂质浓度，AlvGa{1 V)N层进行η型掺杂以具有第二杂质浓度，第一杂质浓度高于第二杂质浓度。
[0027]第一 η型半导体层可以包括沿厚度方向具有恒定带隙能量的区域。
[0028]本发明的实施例提供了一种制造UV光发光二极管的方法，其能够通过相对简单和容易的过程改善UV光发光二极管的结晶度。此外，本发明的实施例提供了一种UV光发光二极管，其中生长衬底被去除，从而提供良好的发光效率。另外，UV光发光二极管可以防止因半导体层内的应力造成的损坏，从而提供改善的可靠性。
【附图说明】
[0029]图1至图10为剖面图和图表，其说明了一种制造发光二极管的示例性方法，以及根据本发明的一些实施例制造的示例性发光二极管。
[0030]图11和图12为剖面图，其说明了一种制造发光二极管的示例性方法，以及根据本发明的一些实施例制造的示例性发光二极管。
[0031]图13和图14为剖面图，其说明了一种制造发光二极管的示例性方法，以及根据本发明的一些实施例制造的示例性发光二极管。
[0032]图15至图22为剖面图，其说明了一种制造发光二极管的示例性方法，以及根据本发明的一些实施例制造的示例性发光二极管。
[0033]图23(a)至图24(b)为图表，其描绘了根据本发明的一些实施例的发光二极管中带隙能量的变化。
【具体实施方式】
[0034]在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。下列实施例是以举例的方式提供以便于理解所公开技术的各种实施方式。相应地，本发明不限于在此公开的实施例，还可以以不同的形式实现。在附图中，元件的宽度、长度、厚度等可以出于清晰和便于描述的目的而被夸大。当元件或层被称作“置于”或“设于”另一元件或层之上时，它可以是直接“置于”或“设于”另一元件或层之上，或者可以存在中间元件。在整个说明书中，类似的参考数字指示具有相同或相似功能的类似元件。
[0035]在下面的描述中公开的组分比、生长方法、生长条件、厚度等是以示例的方式提供，也可以存在其他实施方式。例如，对于AlGaN而言，具有本领域普通知识的人员(“本领域技术人员”)可以根据需要采用A1和Ga的各种组分比。另外，下面公开的半导体层可以通过各种方法来生长，诸如金属有机化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)或类似方法。在下面的示例性实施例中，半导体层在相同腔室中通过M0CVD来生长，具有预定组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，这种组分只是以示例的方式被提供，也可以有其他实施方式。
[0036]在UV光发光二极管的制造中，蓝宝石衬底被用作示例性的生长衬底。当AlxGa(1 x)N层(0.1 < x < 1)生长在蓝宝石衬底上时，由于高的Α1含量造成的热或结构性变形会导致形成破裂或断裂。这种问题源于蓝宝石衬底和AlxGa(1 x)层(0.1 < X < 1)之间的热膨胀系数差异和/或晶格失配。在相关技术中，为了最小化这种问题的发生，通过在高的温度下在蓝宝石衬底上形成A1N层或者在蓝宝石