專利名稱：用于半導體發光器件的反射性接觸的制作方法
技術領域：
本發明涉及包含反射性接觸的半導體發光器件。
背景技術：
包含發光二極管(LED)、諧振腔發光二極管(RCLED)、垂直腔激光二極管(VCSEL) 和邊發射激光器的半導體發光器件屬于目前可獲得的最高效光源之列。在制造能夠跨過可 見光譜工作的高亮度發光器件中目前感興趣的材料體系包含III-V族半導體，特別是鎵、 鋁、銦和氮的二元、三元和四元合金，也稱為III族氮化物材料。典型地，III族氮化物發光 器件是通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者其它外延技術，在藍寶 石、碳化硅、III族氮化物或者其它合適襯底上外延生長不同成份和摻雜劑濃度的半導體層 的疊層來制作的。該疊層經常包含形成于襯底之上的摻雜有例如Si的一個或多個η型層、 形成于該一個或多個η型層之上的有源區中的一個或多個發光層、以及形成于有源區之上 的摻雜有例如Mg的一個或多個ρ型層。電接觸形成于η型區和ρ型區上。由于ρ型III族氮化物層的高電阻率的原因，LED設計采用沿著ρ型層的金屬化 以提供P側電流擴展。當器件安裝成為倒裝芯片時(使得光從與其上形成接觸的表面相對 的表面從該器件出射)，使用高反射性接觸金屬化對于提高提取效率是關鍵的。對于III族 氮化物器件上的接觸，在可制造工藝中難以實現低光學吸收和低接觸電阻率的組合。例如， 銀形成良好的P型歐姆接觸且反射性非常高，但是會遭受與III族氮化物層的不良附連以 及遭受會導致災難性器件失效的容易在潮濕環境中電遷移。不良的附連會導致高的正向電 壓。鋁具有適度的反射性，但是不與P型III族氮化物材料形成良好的歐姆接觸，而其它單 質金屬吸收性非常強(在可見波長區域每次通過的吸收>25%)。在US6，486，499中描述 的一種可能解決方案是使用多層接觸，該多層接觸包含到半導體的非常薄的半透明歐姆接 觸連同用作電流擴展層的厚的反射性層。可選的阻擋層被包含在歐姆層和反射性層之間。 與具有和半導體直接接觸的反射性接觸金屬的器件相比，在半導體和反射性接觸金屬之間 包含歐姆層可減小器件的正向電壓，但是由于歐姆層中吸收的原因，也會減小光輸出。
發明內容
根據本發明的實施例，一種發光器件包含半導體結構，該半導體結構包含布置在η 型區和P型區之間的發光層。接觸形成于半導體結構上，該接觸包含與半導體結構直接接 觸的反射性金屬以及布置在反射性金屬之內的附加金屬或半金屬。在一些實施例中，附加 金屬或半金屬為電負性高于反射性金屬的材料。在接觸中存在高電負性材料可以增加接觸 的總體電負性，這可減小器件的正向電壓。
圖1說明具有包含單個高電負性層的反射性ρ接觸的III族氮化物發光器件的一 部分。
圖2說明具有包含多個高電負性層的反射性ρ接觸的III族氮化物發光器件的一 部分。圖3說明III族氮化物薄膜倒裝芯片發光器件。圖4說明具有包含一個或多個合金層的反射性ρ接觸的III族氮化物發光器件的 一部分。
具體實施例方式根據本發明的實施例，具有高電負性的材料嵌在反射性金屬接觸中。高電負性材 料可通過減小器件的正向電壓來改善接觸，且可減小反射性金屬的電遷移。圖1說明根據本發明實施例的器件的一部分。P接觸M形成于半導體結構38的 P型區上。P接觸對包含多個金屬層32、34和36。與半導體結構38直接接觸的層36為 反射性金屬，例如銀。層32也是反射性金屬，例如銀。盡管在此處的實例中，層32和36為 銀，但是層32和36可以是任何適當反射性的接觸金屬。 高電負性金屬或半金屬層34布置在反射性金屬32和36之間。對于層34，具有適 當高電負性的金屬的實例包含鎳、鉬、釕、銠、鈀和鉬。對于層34，具有適當高電負性的半金 屬的實例包含硒、碲、砷和銻。高電負性層；34 —般具有比反射性金屬32和36高的電負性。高電負性層34可以非常薄；例如，厚度介于4埃到12埃。層34可以是具有與反 射性層32和36相同圖案的單一連續薄片，不過其無需如此。層34置為足夠遠離反射性金 屬36/半導體38界面，使得其不吸收顯著數量的入射在該界面上的光。層34置為足夠遠 離反射性金屬32/基體12界面，使得其不氧化。在一些實施例中，層34和36之間的界面 置于距層36和半導體結構38之間的界面500人到1500人處。在一些實施例中，層；34和32 之間的界面置于距層32和基體12之間的界面200人到800A處。在一些實施例中，層；34 置為足夠靠近金屬-半導體界面，使得反射性層36不充分厚以反射所有入射在該界面上的 光，并且一些光投射在層34上。在這些實施例中，層36和32優選地是相同的高反射性材 料，使得反射性層32反射任何穿透層34的光。ρ接觸M可以例如通過蒸發、濺射、電鍍或者任何其它合適技術來形成。在蒸發期 間，第一反射性層36被蒸發在半導體結構38上，接著是高電負性層34，接著是第二反射性 層32。在一些實施例中，在沉積層32、34和36之后，退火ρ接觸M。少量的層34的高電 負性材料在退火期間會擴散靠近反射性層36和半導體結構38之間的金屬-半導體界面， 這會減小器件的正向電壓。圖2說明包含多個層35和39的器件的一部分。第一層35布置在反射性金屬層 32和36之間。第二層39布置在反射性金屬層32和基體12之間。第一和第二層35和39 可以是相同的材料或者不同的材料。在一些實施例中，選擇第一層35的屬性以改善器件的 正向電壓，并且選擇第二層39的屬性以減小層32中反射性金屬的電遷移。例如，在一些實 施例中，針對高電負性來選擇層35的材料。在一些實施例中，層39的材料針對其收集和穩 定O2的能力來選擇，減小了可以對層32的反射性金屬(經常是Ag)的遷移性有貢獻的氧氣 的數量。可具有比銀更高的形成穩定氧化物的傾向性的金屬，例如Al、Ni、Ti、Zn，是層39 的優選材料。氧氣穩定層39必須足夠厚以收集所有擴散到ρ金屬層內的氧氣。如果層39 不是足夠厚，它會變得飽和，允許氧氣穿透該層到達反射性層32。然而，層39的氧氣收集材料可以與反射性層32形成合金，該合金的反射性低于單獨的層32。因而，層39足夠薄以避 免致使P接觸M整體反射性不可接受的減小。例如，取決于工藝細節，層39厚度可以介于 Inm到大于lOOnm。由于O2通常在工藝期間從外部進入，層39中的氧氣收集材料可以阻止 O2與銀互作用。由于良好的氧氣收集體不一定是高電負性材料，包含具有獨立功能的多個 層的接觸可提供比具有單個高電負性層的接觸更好的結果。在一些實施例中，層39被布置在層39和基體12之間的附加金屬層(未示于圖2) 罩住。該罩層可以在層39暴露于空氣時保護層39防止過度氧化。圖4說明包含一個或多個合金層的器件的一部分。形成為與半導體結構38直接 接觸的合金層62為反射性金屬和具有高電負性的金屬(例如結合圖1在上文中列出的高 電負性金屬)的合金。在一些實施例中，合金層62含介于0.3%到3%的高電負性金屬，厚 度介于500人到ΙΟΟΟΑ。例如，合金層62可以是銀/鎳合金。反射性金屬層36，在一些實施例中為銀，形成于合金層62之上。在一些實施例中，可選的第二合金層60形成于反射性層36之上。合金層60為反 射性金屬和一種或多種其它材料的合金。所述一種或多種其它材料可包含例如結合圖1在 上文列出的高電負性材料，或者如結合圖1在上文列出的氧氣收集材料。在一些實施例中， 合金層60為反射性金屬/氧氣收集金屬合金，其含介于0. 5%到40%的氧氣收集金屬，厚 度介于500人到1500人。第二合金層60可覆有布置在合金層60和基體12之間的附加金屬 層。合金60和62可以例如通過蒸發、濺射、電鍍或者任何其它合適技術來形成。上述實施例可提供諸多優點。高電負性材料的存在增加了接觸的整體電負性，這 導致更好的P接觸。可由銀的氧化導致的電遷移可以減小，因為增加接觸的電負性可以抑 制銀氧化。如圖2和4說明的罩住反射性金屬的氧氣收集材料也可抑制氧化，并由此減小 反射性金屬的電遷移。此外，由于反射性金屬和半導體之間的歐姆金屬層是不需要的，包含 上述接觸的器件可具有比包含吸收歐姆金屬層的器件更好的光輸出。此處描述的實施例可以與需要反射性接觸的任何合適的器件設計一起使用。圖3說明合適的器件設計的一個實例，該器件設計為在通過引用結合于此的美國 專利7，256，483中更詳細描述的III族氮化物倒裝芯片薄膜LED。包含η型層16、有源區 18中的一個或多個發光層以及ρ型層20的半導體結構(圖1和2中的結構38)生長在例 如藍寶石或SiC的任何合適襯底上。ρ層表面重摻雜以形成與ρ接觸M的歐姆接觸，該ρ 接觸可以是任何上述的P接觸。接觸M對由有源層發射的光是反射性的。在LED形成工 藝期間P層20和有源層18的部分被蝕刻掉，并且金屬50 (接觸金屬化層加結合金屬)接 觸位于該器件的與P接觸M同一側上的η層16。η接觸50和ρ接觸M結合到封裝襯底12上的焊盤22。底填充材料52可以沉積 在LED之下的孔隙中以減小跨過LED的熱梯度，增加附連的機械強度，以及防止污染物接觸 LED材料。結合技術可以是焊料、熱壓縮、互擴散、或者通過超聲焊而結合的金柱凸點陣列。 管芯金屬化和結合材料的組合被示為金屬M和50，且可包含擴散阻擋或者其它層以保護 鄰近半導體材料的金屬化層的光學屬性。封裝襯底12可以由電學絕緣材料AlN形成，金接 觸焊盤22利用通路觀和/或金屬跡線連接到可焊接電極26。可替換地，封裝襯底12可由 在被鈍化時防止短路的傳導材料(例如陽極化的AlSiC)形成。封裝襯底12可以是熱傳導的以用作熱沉或者將熱傳導至更大的熱沉。可以使用準分子激光束移除生長襯底。激光束使GaN材料在它的和生長襯底的界 面處熔化，允許生長襯底隨后被剝離。可替換地，可以通過例如RIE蝕刻的蝕刻，通過例如 蝕刻掉生長襯底和LED層之間的層的剝離技術，或者通過研磨移除生長襯底。所露出的相對厚的η型區16 (經常為GaN層)可選地使用諸如RIE的干法蝕刻通 過蝕刻來減薄。在一個實例中，被蝕刻的GaN層16的厚度為7 μ m,且該蝕刻將GaN層16 的厚度減小到大約1 μ m。如果所有外延LED層的初始厚度為9 μ m，這種情況下該蝕刻致使 LED層的總厚度為3 μ m。成品器件中半導體結構的總厚度在一些實施例中可以為ΙΟμπι或 更少，在一些實施例中為5μπι或更少，在一些實施例中為2μπι或更少，以及在一些實施例 中為Iym或更少。減薄工藝移除由激光剝離工藝導致的損傷，并減小例如低溫GaN成核層 和相鄰層的不再需要的光學吸收層的厚度。鄰近有源區的η型覆層的全部或者一部分保持 原樣。LED的頂表面(η層16)被紋理化以增加光提取。在一個實施例中，使用KOH溶液 46來光電化學蝕刻層16。這在GaN表面(具有η型Si摻雜)中形成"白色"粗糙度。這 種蝕刻工藝也可以用于進一步減薄η層16并且利用在LED形成工藝期間生長的蝕刻停止 層而停止在預定厚度，留下平滑的表面。該后一種途徑對于諧振器件設計是有用的。對于 這種器件，反射鏡疊層(例如，布拉格反射器)現在可以沉積在LED的頂表面上。附加光提 取技術可包含微米或者納米尺度的圖案化蝕刻(凹痕或光子晶體)。盡管在上面的實例中，生長襯底從器件移除，但是它無需如此。已經詳細描述了本發明，本領域技術人員將理解，鑒于本公開內容，可以對本發明 進行調整而不背離此處描述的發明構思的精神。例如，盡管上述實例中的接觸形成于P型 半導體材料上，但是在一些實施例中它們形成于η型半導體材料上。此外，本發明不限于上 述實例中描述的接觸材料或半導體材料。因此，本發明的范圍不打算被限制到所說明和描 述的特定實施例。
權利要求
1.一種發光器件，包含半導體結構，其包含布置在η型區和ρ型區之間的發光層； 形成于該半導體結構上的接觸，該接觸包含與該半導體結構直接接觸的第一材料，其中該第一材料包含金屬，該金屬對于由該發 光層發射的光是反射性的；以及布置在該第一材料之內的第二材料，其中該第二材料為與該第一材料不同的材料。
2.權利要求1的發光器件，其中該第二材料具有比該第一材料高的電負性。
3.權利要求1的發光器件，其中該第一材料和第二材料組合在單一合金層內。
4.權利要求1的發光器件，其中該第二材料被限制于布置在該第一材料之內的層，其 中第二材料的層基本上不含有該第一材料的反射性金屬。
5.權利要求4的發光器件，其中 該發光層為III族氮化物層； 該第一材料包含銀；以及 該第二材料包含鎳。
6.權利要求4的發光器件，其中該第二材料為鎳、鉬、釕、銠、鈀、鉬、硒、碲、砷和銻中的一種。
7.權利要求4的發光器件，其中該第一材料劃分為布置在第二材料的層和該半導體結構之間的第一部分，和布置在第 二材料的層的與該第一部分相對的側面上的第二部分；以及 該第一部分具有介于500Α到1500人的厚度。
8.權利要求4的發光器件，其中該第一材料劃分為布置在第二材料的層和該半導體結構之間的第一部分，以及布置在 第二材料的層的與該第一部分相對的側面上的第二部分；以及 該第二部分具有介于200人到800Α的厚度。
9.權利要求4的發光器件，其中第二材料的層具有介于4人到12人的厚度。
10.權利要求ι的發光器件，其中該第一材料劃分為一緊鄰該半導體結構的第一部分以及一第二部分； 該接觸進一步包含第三材料；以及該第一材料的第二部分布置在該第二材料和該第三材料之間，該第一材料的第二部分 基本上不含有該第二材料和第三材料。
11.權利要求8的發光器件，其中該第三材料與該第二材料相同。
12.權利要求8的發光器件，其中該第三材料與該第二材料不同。
13.權利要求8的發光器件，其中該第二材料與該第一材料的第一部分組合成合金。
14.權利要求8的發光器件，其中 該第一材料進一步劃分為第三部分；以及 該第三材料與第三部分組合成合金。
15.權利要求8的發光器件，其中該第三材料包含鎳、鉬、釕、銠、鈀、鉬、硒、碲、砷和銻 中的一種。
16.權利要求8的發光器件，其中該第二材料具有比該第一材料高的電負性；以及 該第三材料比銀更容易氧化。
17.權利要求8的發光器件，其中該第三材料為Al、Ni、Ti和Si中的一種。
全文摘要
發光器件包含半導體結構，其包含布置在n型區和p型區之間的發光層。接觸形成于半導體結構上，該接觸包含與半導體結構直接接觸的反射性金屬以及布置在反射性金屬之內的附加金屬或半金屬。在一些實施例中，該附加金屬或半金屬為電負性高于反射性金屬的材料。在接觸中存在高電負性材料可增加接觸的整體電負性，這可減小器件的正向電壓。在一些實施例中，氧氣收集材料被包含在接觸中。
文檔編號H01L33/40GK102084506SQ200980111828
公開日2011年6月1日 申請日期2009年4月1日 優先權日2008年4月4日
發明者D·A·斯蒂格瓦爾德, H·K-H·蔡 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 飛利浦拉米爾德斯照明設備有限責任公司