[发明专利]与生长衬底分离的紫外线发光装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明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与生长衬底分离的紫外线发光装置及其制造方法。

背景技术

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n-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n-型氮化物半导体层和p-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n-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Al_xGa_(1-x)N(0.2≤x≤1)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，Al_xGa_(1-x)N(0.2≤x≤1)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Al_xGa_(1-x)N(0.2≤x≤1)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Al_xGa_(1-x)N(0.2≤x≤1)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。

发明内容

技术问题

本发明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。

本发明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

根据本发明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Al_xGa_(1-x)N的第一超晶格层；在第一超晶格层上形成包括Al_zGa_(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，衬底与牺牲层在外延层处分离，形成外延层的步骤包括形成包括n型Al_uGa_(1-u)N(0<u≤z≤x<1)的n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。