紫外发光器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种紫外发光器件及其制造方法，其呈现出改进的晶体质量、平坦性以及填充表面奇点的可实现性。该紫外发光器件包括：具有表面奇点的衬底；通过溅射在衬底上形成的AlN缓冲层；未掺杂AlGaN层；n型AlGaN层；发光层；由p型AlGaN制成的电子阻挡层；以及由p型AlGaN制成的p型接触层，所述层中的各个层顺次沉积。未掺杂层的Al组成比是最小的，并且Al组成比按照未掺杂层、n型层、p型接触层和电子阻挡层的顺序增加。因而，整个器件的Al组成比降低。因此，改进了晶体质量或平坦性以及填充衬底上的表面奇点的可实现性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及第III族氮化物半导体紫外发光器件及其制造方法。
技术介绍
在常规的第III族氮化物半导体紫外发光器件中，为了减少材料的自吸收，各个层必须由具有大的带隙能量(特别是，在室温下3.39eV以上)的材料制成，并且已经主要使用AlGaN。日本公开特许公报(kokai)第2013-222746号描述了具有以下结构的第III族氮化物半导体紫外发光器件。日本公开特许公报(kokai)第2013-222746号的紫外发光器件包括：在衬底上以岛状形成的晶核；形成为用以填充和覆盖晶核的缓冲层；形成在缓冲层上的n型层；形成在n型层上的发光层；形成在发光层上的电子阻挡层；以及形成在电子阻挡层上的p型层。这些层中的每一个由AlGaN或AlN形成。n型层的Al组成比是最低的，并且缓冲层和p型层的Al组成比仅次于n型层是最低的。电子阻挡层的Al组成比是除了AlN缓冲层之外最高的。因为紫外发光器件是由比GaN更容易纵向生长的AlGaN制成，所以存在诸如晶体质量或平坦性劣化的问题。在使用处理的在其上具有表面奇点(irregularities)的衬底的情况下，所述表面奇点必须被填充。为了解决这些问题，各个层的Al组成比优选为尽可能的低。然而，在日本公开特许公报(kokai)第2013-222746号中所公开的紫外发光器件的结构导致了各个层的较高的Al组成比。
技术实现思路
本专利技术目的是改进在第III族氮化物半导体紫外发光器件中的结晶性、平坦性以及填充在经处理的衬底的表面上的表面奇点的可实现性。本专利技术提供了一种第III族氮化物半导体紫外发光器件，该器件包括：衬底；缓冲层，缓冲层设置在衬底上并且由含Al的第III族氮化物半导体制成；未掺杂层，未掺杂层设置在缓冲层上并且由未掺杂的第III族氮化物半导体制成；n型层，n型层设置在未掺杂层上并且由含Al的n型第III族氮化物半导体制成；发光层，发光层设置在n型层上并且由第III族氮化物半导体制成，发光层发射紫外线；电子阻挡层，电子阻挡层设置在发光层上并且由含Al的p型第III族氮化物半导体制成；以及p型接触层，p型接触层设置在电子阻挡层上并且由含Al的p型第III族氮化物半导体制成，其中，未掺杂层的带隙能量是未掺杂层、n型层、p型接触层和电子阻挡层这四个层中最小的，并且带隙能量按照未掺杂层、n型层、p型接触层和电子阻挡层的顺序增加。本专利技术的紫外发光器件是发射波长为210nm至400nm的紫外线的发光器件。具体地，本专利技术有效的作为发射波长为320nm至400nm的UVA射线的发光器件。如在本文中所使用的，术语“发射波长”指的是在额定电流下或者在生产中所实际使用的电流下的峰值波长。当未掺杂层由GaN或AlGaN形成时，n型层、电子阻挡层和p型接触层由AlGaN形成，未掺杂层的Al组成比是未掺杂层、n型层、p型接触层和电子阻挡层这四个层中最低的，并且Al组成比按照未掺杂层、n型层、p型接触层和电子阻挡层的顺序增加。本专利技术适合于衬底在缓冲层侧处的表面上具有表面奇点以提高光提取的情况。本专利技术通过填充表面奇点而促进平坦化。当缓冲层由AlN制成时，进一步促进对表面奇点的填充。当发射波长为365nm以上时，未掺杂层由GaN形成，并且当发射波长为365nm以下时，未掺杂层由AlGaN形成。这是为了减小由于自吸收的损失。当发射波长为350nm以上至小于370nm时，未掺杂层的Al组成比为3％至6％，n型层的Al组成比为6％至10％，电子阻挡层的Al组成比为37％至50％，并且p型接触层的Al组成比为8％至15％。下文中，％指的是针对第III族元素的总量的mol％或者atomic％。从而，能够进一步改进晶体质量或平坦性以及填充表面奇点的可实现性。当发射波长为370nm以上至小于390nm时，未掺杂层的Al组成比为0％至2％，n型层的Al组成比为1％至4％，电子阻挡层的Al组成比为29％至40％，并且p型接触层的Al组成比为5％至10％。从而，能够进一步改进晶体质量或平坦性以及填充表面奇点的可实现性。当发射波长小于350nm时，未掺杂层的Al组成比为6％以上，n型层的Al组成比为10％以上，电子阻挡层的Al组成比为50％以上，并且p型接触层的Al组成比为15％以上。从而，能够进一步改进晶体质量或平坦性以及填充表面奇点的可实现性。本专利技术提供了一种用于制造第III族氮化物半导体紫外发光器件的方法，该方法包括：通过溅射或PPD(脉冲等离子体扩散)，在具有表面奇点的衬底上形成AlN缓冲层；通过经由低压MOCVD生长未掺杂的第III族氮化物半导体并且填充在衬底上的表面奇点而在缓冲层上形成平坦的未掺杂层；通过低压MOCVD在未掺杂层上形成带隙能量大于未掺杂层的带隙能量的由n型第III族氮化物半导体制成的n型层；通过低压MOCVD在n型层上形成第III族氮化物半导体发光层；通过低压MOCVD在发光层上形成带隙能量大于n型层的带隙能量的由p型第III族氮化物半导体制成的电子阻挡层；以及通过低压MOCVD在电子阻挡层上形成带隙能量大于n型层的带隙能量且小于电子阻挡层的带隙能量的由p型第III族氮化物半导体制成的p型接触层。本专利技术还提供了一种用于制造第III族氮化物半导体紫外发光器件的方法，该方法包括：通过溅射或PPD，在平坦衬底上形成AlN缓冲层；通过低压MOCVD在缓冲层上形成未掺杂的GaN层；通过低压MOCVD在未掺杂层上形成由n型第III族氮化物半导体制成的n型层；通过低压MOCVD在n型层上形成第III族氮化物半导体发光层；通过低压MOCVD在发光层上形成带隙能量大于n型层的带隙能量的由p型第III族氮化物半导体制成的电子阻挡层；通过低压MOCVD在电子阻挡层上形成带隙能量大于n型层的带隙能量且小于电子阻挡层的带隙能量的由p型第III族氮化物半导体制成的p型接触层；通过激光剥离去除衬底露出未掺杂层；通过用湿法蚀刻从未掺杂层的露出的表面去除未掺杂层而露出n型层；以及在n型层的露出的表面上形成表面奇点。本专利技术能够降低整个第III族氮化物半导体紫外发光器件的Al组成比，从而改进晶体质量、平坦性以及填充经处理的衬底的可实现性。附图说明在结合附图考虑的情况下，参照优选实施方式的以下详细描述，本专利技术的各种其他目的、特征和许多附带优点将变得更好理解，所以可以容易地认识到本专利技术的各种其他目的、特征以及许多附带优点，其中:图1是示出根据实施方式1的紫外发光器件的结构的示意图；图2是示出根据实施方式1的紫外发光器件的结构的变型的示意图；图3A和图3B是示出用于制造根据实施方式1的紫外发光器件的过程的简图；图4是示出根据实施方式2的紫外发光器件的结构的示意图；以及图5A至图5D是示出用于制造根据实施方式2的紫外发光器件的过程的简图。具体实施方式下面将参照附图描述本专利技术的具体实施方式。然而，本专利技术不限于所述实施方式。实施方式1图1是示出根据实施方式1的紫外发光器件的结构的示意图。如图1所示，根据实施方式1的紫外发光器件包括衬底10；以及经由缓冲层11在衬底10上顺次沉积的未掺杂层12、n型层13、发光层14、电子阻挡层15以及p型接触层16。形成有从p型接触层16的表面向n型层13延伸的沟槽，并且在沟槽的底部中露出的n型层13上设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种第III族氮化物半导体的紫外发光器件，包括：衬底；缓冲层，所述缓冲层设置在所述衬底上，并且由含Al的第III族氮化物半导体制成；未掺杂层，所述未掺杂层设置在所述缓冲层上，并且由未掺杂的第III族氮化物半导体制成；n型层，所述n型层设置在所述未掺杂层上，并且由含Al的n型第III族氮化物半导体制成；发光层，所述发光层设置在所述n型层上，并且由第III族氮化物半导体制成；电子阻挡层，所述电子阻挡层设置在所述发光层上，并且由含Al的p型第III族氮化物半导体制成；以及p型接触层，所述p型接触层设置在所述电子阻挡层上，并且由含Al的p型第III族氮化物半导体制成，其中，所述未掺杂层的带隙能量是所述未掺杂层、所述n型层、所述p型接触层和所述电子阻挡层这四个层中最小的，并且所述带隙能量按照所述未掺杂层、所述n型层、所述p型接触层和所述电子阻挡层的顺序增加。

【技术特征摘要】
2015.09.03 JP 2015-1735251.一种第III族氮化物半导体的紫外发光器件，包括：衬底；缓冲层，所述缓冲层设置在所述衬底上，并且由含Al的第III族氮化物半导体制成；未掺杂层，所述未掺杂层设置在所述缓冲层上，并且由未掺杂的第III族氮化物半导体制成；n型层，所述n型层设置在所述未掺杂层上，并且由含Al的n型第III族氮化物半导体制成；发光层，所述发光层设置在所述n型层上，并且由第III族氮化物半导体制成；电子阻挡层，所述电子阻挡层设置在所述发光层上，并且由含Al的p型第III族氮化物半导体制成；以及p型接触层，所述p型接触层设置在所述电子阻挡层上，并且由含Al的p型第III族氮化物半导体制成，其中，所述未掺杂层的带隙能量是所述未掺杂层、所述n型层、所述p型接触层和所述电子阻挡层这四个层中最小的，并且所述带隙能量按照所述未掺杂层、所述n型层、所述p型接触层和所述电子阻挡层的顺序增加。2.根据权利要求1所述的紫外发光器件，其中，所述未掺杂层由GaN和AlGaN中至少之一制成，其中所述n型层、所述电子阻挡层和所述p型接触层中的每一个分别由AlGaN制成，并且其中，所述未掺杂层的Al组成比是所述未掺杂层、所述n型层、所述p型接触层和所述电子阻挡层这四个层中最小的，并且所述Al组成比按照所述未掺杂层、所述n型层、所述p型接触层和所述电子阻挡层的顺序增加。3.根据权利要求2所述的紫外发光器件，其中，发射波长为350nm以上至小于370nm，并且其中，所述未掺杂层的Al组成比为3％至6％，所述n型层的Al组成比为6％至10％，所述电子阻挡层的Al组成比为37％至50％，并且所述p型接触层的Al组成比为8％至15％。4.根据权利要求2所述的紫外发光器件，其中，发射波长为370nm以上至小于390nm，并且其中，所述未掺杂层的Al组成比为0％至2％，所述n型层的Al组成比为1％至4％，所述电子阻挡层的Al组成比为29％至40％，并且所述p型接触层的Al组成比为5％至10％。5.根据权利要求2所述的紫外发光器件，其中，发射波长小于350nm，并且其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：斋藤义树，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP