与生长衬底分离的紫外线发光装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种UV发光装置及其制造方法。该方法包括在衬底上形成包括AlxGa(1-x)N的第一超晶格层，在所述第一超晶格层上形成包括AlzGa(1-z)N的牺牲层，部分地去除牺牲层，在牺牲层上形成外延层以及将衬底与外延层分离，其中，牺牲层含有空隙，衬底与外延层在牺牲层处分离，形成外延层的步骤包括形成包括n型AluGa(1-u)N(0<u≤z≤x<1)的n型半导体层。通过这种结构，该发光装置可以发射UV光且与衬底分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种与生长衬底分离的紫外线(UV)发光装置及其制造方法，更具体地，涉及一种发射紫外线且。
技术介绍
发光装置指的是一种无机半导体装置，其通过电子和空穴的复合来发光，近来已经应用于显示装置、车用灯具、普通照明、光通等多种领域。更具体地，紫外线发光装置的应用范围已扩展到紫外光固化、消毒、白光光源、医药、辅助部件等多种应用。发光装置通常包含η-型半导体层、P-型半导体层和在两者之间形成的活性层。由于紫外线发光装置发射具有相对较小的峰值波长的光(通常，具有400nm或更小的峰值波长的光)，当紫外线发光装置使用氮化物半导体制造时，使用含有20%或更多的Al的AlGaN。当紫外线发光装置的η-型氮化物半导体层和ρ_型氮化物半导体层的带隙能量小于紫外光能量时，从活性层发出的紫外光可被吸收进紫外线发光装置中的η-型氮化物半导体层和P-型氮化物半导体层中。在这种情况下，发光装置显著降低了发光效率。因此，不仅紫外线发光装置的活性层，而且设置在发光装置的发光方向上的其它半导体层都含有20%或更多的Al。在紫外线发光装置的制造中，蓝宝石衬底被用作生长衬底。然而，当AlxGau χ)N (0.2彡X彡I)层在蓝宝石衬底上生长时，由于高的Al组成产生热或结构变形，AlxGaa χ)Ν(0.2彡X彡I)层可能发生裂缝或断裂。造成这些现象的原因是蓝宝石衬底和AlxGau χ)N (0.2彡X彡I)层之间的晶格失配和/或热膨胀系数的差别。在现有技术中，为了防止发光装置制造中的这些问题，AlN层在高温下生长在蓝宝石衬底上，或者AlN/AlGaN超晶格层形成在蓝宝石衬底上，随后形成包含AlxGau X)N(0.2彡X彡I)的N-型半导体层、活性层和P-型半导体层。通常，蓝宝石衬底通过激光剥离从半导体层上分离。在紫外线发光装置中，当蓝宝石衬底通过激光剥离被分离时，理想的情况是，设置于半导体层和蓝宝石衬底之间的AlN层或AlN/AlGaN超晶格层吸收大部分的激光束而不允许其经此传输。当AlN层或AlN/AlGaN超晶格层允许激光束经此传输时，蓝宝石衬底不能有效地从半导体层分离，并且在AlN层或AlN/AlGaN超晶格层上方的半导体层可吸收激光束。当吸收激光束时，半导体层可被加热分解，从而导致发光装置故障。在激光剥离中，通常使用与AlN的带隙能量基本相似或更长的波长的准分子激光束。例如，KrF准分子激光束的波长为248nm，其会穿过AlN层，因此难以使用。ArF准分子激光束的波长为193nm，其会被AlN层吸收，但是与AlN层的带隙能量对应的大约200nm的波长的微小的差异导致一些激光束穿过AlN层或AlN/AlGaN超晶格层。此外，ArF准分子激光的低脉冲能量无法为衬底的分离提供足够的能量。基于此类原因，在本领域中，紫外线发光装置以水平型或倒装芯片型发光装置的形式制造。因其结构限制，水平型或倒装芯片型紫外线发光装置具有发光效率低和光强度低的问题。因此，传统紫外线发光装置无法根据各种用途提供足够的光强度。
技术实现思路
技术问题本专利技术的各方面提供了一种在紫外线发光装置的制造中简单分离衬底的方法。本专利技术的各方面还提供了与衬底分离且具有高强度光源的UV发光装置。问题解决方案根据本专利技术的一个示例性实施例，制造UV发光装置的方法包括:在衬底上形成包括AlxGau X)N的第一超晶格层；在第一超晶格层上形成包括AlzGau z)N的牺牲层；部分地去除牺牲层；在牺牲层上形成外延层；以及将衬底与外延层分离，其中，牺牲层含有空隙，衬底与牺牲层在外延层处分离，形成外延层的步骤包括形成包括η型AluGau u)N(0<u ^ z ^ x〈l)的η型半导体层。根据本实施例，有可能制造出发射UV范围内的峰值波长的光且与生长的衬底分离的发光装置。因此，该UV发光装置可显著地增强光的强度。形成η型半导体层的步骤可以包括:在第一温度下在牺牲层上形成第一 η型半导体层；在第二温度下在第一 η型半导体层上形成第二 η型半导体层；以及在第三温度下在第二 η型半导体层上形成第三η型半导体层。这里，第二温度可以不同于第一温度和第三温度。第一温度可以低于或等于第三温度，第三温度可以低于第二温度。此外，第一温度的范围可以在1000°C至IlOOcC之间；第二温度的范围可以在1150°C至1200°C之间；第三温度的范围可以在1100°C至1150°C之间且小于第二温度。该方法还可以包括:在形成牺牲层之前，在第一超晶格层上形成包括AlyGauy)N(0〈u ^ z ^ χ<1)的第二超晶格层。X的范围是0.75至0.85，z的范围是0.55至0.65，u的范围是0.45至0.55。第一超晶格层可以包括AlN层和AlxGau x)N层交互堆叠的堆叠结构。衬底可以是蓝宝石衬底、GaN衬底或AlN衬底。该方法还可以包括:在形成第一超晶格层之前，在衬底上形成缓冲层。这里，缓冲层可以包括A1N。在一些实施例中，牺牲层可以包括η型杂质，部分地去除牺牲层的步骤可以包括在牺牲层上形成掩模图案，并通过对牺牲层进行电化学蚀刻而在该牺牲层中形成细小空隙。在形成外延层期间，细小空隙中的至少一些细小空隙在牺牲层中可以结合以形成空隙。牺牲层可以具有3 X 1liVcm3至3 X 10 1Vcm3的η型杂质浓度。此外，将衬底与外延层分离的步骤可以包括使用蚀刻溶液化学蚀刻掩模图案。在一些实施例中，将衬底与外延层分离的步骤可以包括向牺牲层施加应力。该方法还可以包括:在衬底与外延层分离之前，在外延层上形成第二衬底，并且还可以包括:将与衬底分离的外延层和第二衬底划分成多个区域。根据本专利技术的另一实施例，用于制造UV发光装置的模板包括:衬底；第一超晶格层，设置在衬底上并包括AlxGau X)N ;以及牺牲层，设置在第一超晶格层上并包括AlzGau z)N (0〈z ^ χ〈1) ο模板还可以包括第二超晶格层，设置在第一超晶格层和牺牲层之间且包括AlyGaa y)N(0〈z ^ y ^ x〈l)。模板还可以包括AlN缓冲层，设置在衬底与第一超晶格层之间。根据本专利技术的另一实施例，UV发光装置可以包括:p型半导体层，包括P型AlGaN ；活性层，设置在P型半导体层上且包括AlGaN ;以及η型半导体层，设置在活性层上且包括η型AluGau U)N，其中，从活性层发射的光被构造成通过η型半导体层的表面向外部发射。u的范围可以是0.45至0.55。发光装置可以具有形成在η型半导体层的光通过其发射的表面上的粗糙度。发光装置还可以包括设置在P型半导体层下方的第二衬底。发光装置还可以包括η型电极和P型电极，其中，第二衬底具有比P型半导体层大的宽度，第二衬底的上表面被部分地暴露，η型电极设置在η型半导体层上，P型电极设置在第二衬底的上表面的暴露部分上。光可以具有200nm至400nm的范围的峰值波长。专利技术的有益效果本专利技术的实施例提供用于制造UV发光装置的模板、其制造方法以及使用该模板制造与衬底分离的UV发光装置的方法。根据本专利技术的实施例，在UV发光装置的制造过程中，衬底可以容易地与外延层分离。此外，根据本专利技术的实施例，本方法和模板可以使分离衬底时施加于半导体层的应力最小化，同时确保半导体层的优异晶体质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造紫外线发光装置的方法，所述方法包括：在衬底上形成包括AlxGa(1‑x)N的第一超晶格层；在所述第一超晶格层上形成包括AlzGa(1‑z)N的牺牲层；部分地去除所述牺牲层；在所述牺牲层上形成外延层；以及将所述衬底与所述外延层分离，其中，所述牺牲层包括空隙，所述衬底与所述外延层在所述牺牲层处分离，其中，形成外延层的步骤包括形成包括n型AluGa(1‑u)N的n型半导体层，其中，0<u≤z≤x<1。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩昌锡，金华睦，高美苏，李阿兰澈，徐大雄，
申请(专利权)人：首尔伟傲世有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR