專利名稱：電極結(jié)構(gòu)以及具有該電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用氮化物半導(dǎo)體等材料的半導(dǎo)體發(fā)光器件，尤其涉及一種同時(shí)滿足低接觸電阻和高反射率的高反射電極結(jié)構(gòu)以及一種具有該電極結(jié)構(gòu)的倒裝芯片發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
一般用于可見(jiàn)光發(fā)射器件的氮化物基化合物半導(dǎo)體經(jīng)過(guò)藍(lán)和綠可見(jiàn)光區(qū)目前發(fā)展到用于發(fā)射白光的紫外光區(qū)。該氮化物基化合物半導(dǎo)體主要分為從有源層發(fā)出的光中提取向上的光的結(jié)構(gòu)、以及提取穿過(guò)透明襯底例如藍(lán)寶石襯底的向下的光的結(jié)構(gòu)。
在具有提取通過(guò)透明襯底的光的結(jié)構(gòu)的倒裝芯片發(fā)光器件中，P型電極界面處的反射率對(duì)于再次將向上的光反射為指向下是非常重要的。
同時(shí)，發(fā)光器件具有低工作電壓是有利的。目前，降低發(fā)光器件工作電壓的最一般方法是減小在電極層和有源層之間形成的材料層的電阻。特別是，由于在倒裝芯片發(fā)光器件中空穴注入層和P型電極彼此是歐姆接觸的，所以非常期望空穴注入層和P型電極具有在它們之間形成的低歐姆接觸電阻，以降低工作電壓。
圖1是說(shuō)明常規(guī)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意剖視圖。
如圖1所示，常規(guī)倒裝芯片氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件10包括藍(lán)寶石襯底11；在藍(lán)寶石襯底11上順序形成的N型GaN層12；由InGaN構(gòu)成的有源層16；P型GaN層18；鎳層20；P型反射電極22和在N型GaN層12一側(cè)表面上形成的N型電極14。發(fā)光器件10具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中N型GaN層12用作第一導(dǎo)電型的包層(cladding layer)，P型GaN層18用作第二導(dǎo)電類型的包層。
而且，在P型GaN層18上形成鎳層20至具有小于約10nm的厚度，鎳層用作形成歐姆接觸的接觸金屬層。由于P型反射電極22由鋁(Al)或銀(Ag)構(gòu)成，所以透過(guò)作為接觸金屬的鎳層20的光在P型反射電極22和鎳層20之間的界面反射。
常規(guī)發(fā)光器件10能夠直接從P型反射電極提取光，P型反射電極由例如具有高反射率的鋁(Al)或銀(Ag)之類的材料構(gòu)成，發(fā)光器件10能夠獲得高效率的光提取。但是，常規(guī)發(fā)光器件具有缺點(diǎn)，即當(dāng)直接應(yīng)用具有高反射率的P型反射電極22時(shí)，接觸電阻增加。因此，形成鎳層20作為用于形成歐姆接觸的接觸金屬，從而降低了接觸電阻。
但是，在具有鎳層20作為接觸金屬的倒裝芯片氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件10中，由于從由InGaN構(gòu)成的有源層16發(fā)出的光穿過(guò)鎳層20，接著在鎳層20和P型反射電極22的界面反射，并再次穿過(guò)鎳層20和藍(lán)寶石襯底11而發(fā)射，所以鎳層20吸收大量光。因此，常規(guī)倒裝芯片氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件10具有非常難于增加反射率的不足。
換句話說(shuō)，由于作為接觸金屬的鎳層20被用于與P型GaN層18可靠地接觸，所以較厚的鎳層20能夠提供與P型GaN層18更好的接觸。但是，如果鎳層20具有大于10nm的厚度，則難于具有足夠的反射率。
因此，要求半導(dǎo)體發(fā)光器件具有維持高反射率同時(shí)維持低接觸電阻的反射結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有同時(shí)滿足低接觸電阻和高反射率的P型電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
而且，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件中同時(shí)滿足低接觸電阻和高反射率的電極結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括透明襯底；在透明襯底上形成的電子注入層；在電子注入層的第一區(qū)域上形成的有源層；在有源層上形成的空穴注入層；形成在空穴注入層上并同時(shí)提供高反射率和低接觸電阻的第一電極結(jié)構(gòu)；在電子注入層的第二區(qū)域上形成的第二電極結(jié)構(gòu)；和與第一和第二電極結(jié)構(gòu)電連接的電路基板，其中第一電極結(jié)構(gòu)包括接觸金屬結(jié)構(gòu)，其具有從低接觸電阻的鎳、鈀、鉑和ITO(氧化銦錫)構(gòu)成的組中選出的任意一種；以及具有鋁或銀的反射層。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種電極結(jié)構(gòu)，包括透明襯底；在透明襯底上形成的電子注入層；接觸金屬結(jié)構(gòu)，其具有從低接觸電阻的鎳、鈀、鉑和ITO構(gòu)成的組中選出的任意一種，用在具有有源層和空穴注入層的半導(dǎo)體發(fā)光器件中；以及具有高反射率的反射層，例如鋁或銀。
這里，接觸金屬結(jié)構(gòu)可以是島型或網(wǎng)格型(mesh-type)。
接觸金屬結(jié)構(gòu)與反射層的面積比可以是1％到90％，接觸金屬結(jié)構(gòu)的厚度小于200nm。
而且，反射層可以由具有高反射率的鋁(Al)或銀(Ag)構(gòu)成。
而且，透明襯底可以由藍(lán)寶石或碳化硅構(gòu)成。
而且，電子注入層可以由N型GaN構(gòu)成，有源層可以由InGaN構(gòu)成，空穴注入層可以由P型GaN構(gòu)成。


通過(guò)參照附圖對(duì)其示例實(shí)施例的詳細(xì)介紹，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中圖1是說(shuō)明常規(guī)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意剖視圖；圖2是說(shuō)明按照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖；圖3A和3B是說(shuō)明用在按照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的圖2的半導(dǎo)體發(fā)光器件中的電極結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖4A至4F是說(shuō)明按照本發(fā)明的，取決于鈀層和銀層的不同面積比的電極結(jié)構(gòu)的平面圖；以及圖5A和5B是曲線圖，說(shuō)明光發(fā)射與圖4A至4F所示的各個(gè)網(wǎng)格區(qū)的相互關(guān)系、以及工作電壓與半導(dǎo)體發(fā)光器件中的各個(gè)網(wǎng)格區(qū)的相互關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更全面地介紹本發(fā)明，其中示出了發(fā)明的示例實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以諸多不同形式實(shí)施，并不應(yīng)解釋成受限于這里闡釋的實(shí)施例；相反地，提供這些實(shí)施例是為了使這里的公開(kāi)詳盡、完全，而且這些實(shí)施例將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明的原理。在附圖中，為了清晰而放大了層的厚度和區(qū)域。還應(yīng)理解，當(dāng)稱一層在另一層或襯底“上”時(shí)，它可以直接在該另一層或襯底上，或者還可以存在插入層。
圖2是說(shuō)明按照本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。
如圖2所示，半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括由例如藍(lán)寶石(Al2O3)或碳化硅(SiC)的透明材料制成的透明襯底102；透明襯底102上由N型GaN形成的電子注入層104；由InGaN形成的有源層106；以及由P型GaN形成的空穴注入層108。電子注入層104包括第一部分和第二部分、和第一部分比第二部分薄的臺(tái)階形。有源區(qū)106和空穴注入層108形成在第二部分上。
此外，半導(dǎo)體發(fā)光器件100還包括按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的在空穴注入層108上形成的還用作反射層的P型電極結(jié)構(gòu)110，該P(yáng)型電極結(jié)構(gòu)110可以包括接觸金屬結(jié)構(gòu)，其用作形成歐姆接觸以降低接觸電阻的接觸金屬；以及反射層，其由具有高反射率的例如銀(Ag)或鋁(Al)的金屬形成。
圖3A和3B是說(shuō)明用在按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖2的半導(dǎo)體發(fā)光器件中的電極結(jié)構(gòu)的剖視圖。
參照?qǐng)D3A，按照本發(fā)明第一實(shí)施例的P型電極結(jié)構(gòu)110形成在空穴注入層108上，包括用作形成歐姆接觸以降低接觸電阻的接觸金屬的接觸金屬結(jié)構(gòu)110A；以及反射層110B。此外，接觸金屬結(jié)構(gòu)110A可以由自具有低接觸電阻的鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)或氧化銦錫(ITO)構(gòu)成的組中選出的任意一種物質(zhì)形成。反射層110B可以由諸如鋁(Al)或銀(Ag)的具有高反射率的金屬形成。
此外，按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的P型電板結(jié)構(gòu)110起到在空穴注入層108中均勻分布電流的功能、以及接觸功能，該電流由稍后裝配的電路板施加。
同時(shí)，在有源層106中，從電子注入層104注入的電子與從空穴注入層108注入的空穴復(fù)合。復(fù)合的電子和空穴落到低能帶，從而引起光發(fā)射。此時(shí)，在P型電極結(jié)構(gòu)110的反射層110B和接觸金屬結(jié)構(gòu)110A之間的界面處和反射層110B和空穴注入層108之間的界面處反射發(fā)出的光。反射的光順序穿過(guò)空穴注入層108、有源層106、電子注入層104和透明襯底102，并在圖2的箭頭方向上發(fā)射出。
接觸金屬結(jié)構(gòu)110A是島形的，反射層110B覆蓋包括空穴注入層108和接觸金屬結(jié)構(gòu)110A的組合結(jié)構(gòu)。盡管接觸金屬結(jié)構(gòu)110A是矩形的島狀，但在本發(fā)明的范圍或精神內(nèi)還可以有其它形狀，例如半球形或正四面體。
參照?qǐng)D3B，按照本發(fā)明第二實(shí)施例的P型電極結(jié)構(gòu)210形成在空穴注入層208上，且包括用作形成歐姆接觸以降低接觸電阻的接觸金屬的接觸金屬結(jié)構(gòu)210A；和反射層210B。反射層210B可以由諸如鋁(Al)或銀(Ag)的具有高反射率的金屬形成。
接觸金屬結(jié)構(gòu)210A是網(wǎng)格形的，并且反射層210B覆蓋包括空穴注入層208和接觸金屬結(jié)構(gòu)210A的組合結(jié)構(gòu)。盡管網(wǎng)格形接觸金屬結(jié)構(gòu)210A具有正方形條形形狀(square bar shape)，但在本發(fā)明的范圍或精神內(nèi)還可以具有其它形狀，例如圓柱形形狀或矩形形狀。
再參照?qǐng)D2，在電子注入層104較薄的第一部分上形成N型電極112。N型電極112還可以形成為具有例如Ti/Al/Pt/Au的電極結(jié)構(gòu)，其中金屬是沉積的。如上所述，在半導(dǎo)體發(fā)光部件安裝在透明襯底102上之后，在具有Au層116和形成在Au層116上的焊球114的輔助安裝臺(tái)(sub-mount)118上對(duì)準(zhǔn)所得的透明襯底102。Au層116是布線形的，例如引線框。
接著，進(jìn)行倒裝芯片焊接，從而把輔助安裝臺(tái)118與透明襯底102裝配到一起，在透明襯底102上安裝有半導(dǎo)體發(fā)光部件，由此完成了半導(dǎo)體發(fā)光器件100。盡管附圖中沒(méi)有詳細(xì)示出，但可以附加進(jìn)行形成焊接金屬的工藝，該焊接金屬用于把P型電極結(jié)構(gòu)110和N型電極112與輔助安裝臺(tái)118焊接。
圖4A至4F是說(shuō)明按照本發(fā)明的取決于鈀(Pd)層與銀(Ag)層的不同面積比的電極結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖4A至4F說(shuō)明由鈀(Pd)形成的接觸金屬層，其形成在空穴注入層上從而具有約3nm的厚度。這代表電極結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中從圖4A到圖4F，Pd層與Ag層的面積比改變，從而說(shuō)明本發(fā)明的效果。
詳細(xì)地說(shuō)，在圖4A中，所有由402代表的部分形成為具有大約25-35厚度的標(biāo)準(zhǔn)型Pd層。在圖4B至4E中，區(qū)域(網(wǎng)格1到網(wǎng)格4)402分別對(duì)應(yīng)Pd層。所述區(qū)域的Pd層與Ag層的每個(gè)面積比分別是1.25、0.78、0.56和0.44。這里，附圖標(biāo)記400代表由Ag形成的反射層，附圖標(biāo)記402代表由Pd形成的接觸金屬層。在圖4F中，僅形成Ag層，而不形成Pd層。
圖5A和5B是說(shuō)明光發(fā)射與圖4A至4F所示的各個(gè)網(wǎng)格區(qū)的相互關(guān)系、以及工作電壓與半導(dǎo)體發(fā)光器件中各個(gè)網(wǎng)格區(qū)的相互關(guān)系的曲線圖。
圖5A示出了按標(biāo)準(zhǔn)電極結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格1到網(wǎng)格4電極結(jié)構(gòu)和僅有Ag層的電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件的光發(fā)射的相關(guān)性，這些電極結(jié)構(gòu)示于圖4A至4F。
如圖所示，可以看出，標(biāo)準(zhǔn)電極結(jié)構(gòu)中亮度最低，該標(biāo)準(zhǔn)電極結(jié)構(gòu)中Pd層整體形成為接觸金屬層，然后Al層整體形成在Pd層上。如上所述，之所以發(fā)生這種現(xiàn)象，是因?yàn)閺挠性磳影l(fā)出的光在Pd層和P型電極結(jié)構(gòu)之間的界面處反射，使得反射的光射向透明襯底，從而在Pd層內(nèi)大量吸收。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)電極結(jié)構(gòu)采用Pd層和Ag層的結(jié)合時(shí)，亮度增加超過(guò)10％。此外，隨著Ag層與Pd層的面積比變小，亮度逐漸地增加。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電極結(jié)構(gòu)具有最低亮度，僅具有Ag層的電極結(jié)構(gòu)具有最高的亮度。
圖5B示出了按標(biāo)準(zhǔn)電極結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格1到網(wǎng)格4電極結(jié)構(gòu)和僅有Ag層的電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件的工作電壓的相關(guān)性，這些電極結(jié)構(gòu)分別示于圖4A至4F。
如圖5A所示，在發(fā)光器件中，僅具有Ag層而不具有Pd層的電極結(jié)構(gòu)具有最高的亮度，但如圖5B所示地卻具有超過(guò)4.99V的工作電壓。因此，電極結(jié)構(gòu)具有超出可施加到實(shí)際器件上的3.80V很多的工作電壓。這是因?yàn)樵趦H具有Ag層的電極結(jié)構(gòu)中接觸電阻增加。
但是，當(dāng)電極結(jié)構(gòu)采用按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的Pd層和Ag層的組合時(shí)，該電極結(jié)構(gòu)具有與常規(guī)電極結(jié)構(gòu)相比不那么大的工作電壓，同時(shí)提供高反射率，從而能夠維持發(fā)光器件的光發(fā)射。此外，本發(fā)明控制了Pd層的面積以控制工作電壓和P型電極結(jié)構(gòu)的反射率，從而使發(fā)光器件的光效率最優(yōu)。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，接觸金屬結(jié)構(gòu)與反射層的面積比可以是1％到90％，接觸金屬結(jié)構(gòu)的厚度小于200nm。
如上所述，本發(fā)明具有這樣的效果，即通過(guò)控制與P型半導(dǎo)體構(gòu)成的空穴注入層相接觸的接觸金屬層的面積，減小了接觸金屬層造成的光吸收，同時(shí)改善了半導(dǎo)體發(fā)光器件的光效率。
盡管已經(jīng)參照其示例實(shí)施例具體地示出并介紹了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對(duì)其做出形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括透明襯底；在該透明襯底上形成的電子注入層；在該電子注入層的第一區(qū)域上形成的有源層；在該有源層上形成的空穴注入層；形成在該空穴注入層上并同時(shí)提供高反射率和低接觸電阻的第一電極結(jié)構(gòu)；在該電子注入層的第二區(qū)域上形成的第二電極結(jié)構(gòu)；以及與該第一和第二電極結(jié)構(gòu)電連接的電路基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中該第一電極結(jié)構(gòu)包括接觸金屬結(jié)構(gòu)，其具有從具有低接觸電阻的鎳、鈀、鉑和氧化銦錫構(gòu)成的組中選出的任意一種物質(zhì)；以及在該接觸金屬結(jié)構(gòu)上形成的反射層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中該接觸金屬結(jié)構(gòu)為島形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中該接觸金屬結(jié)構(gòu)為網(wǎng)格形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的發(fā)光器件，其中該接觸金屬結(jié)構(gòu)與該反射層的面積比為1％到90％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)光器件，其中該接觸金屬結(jié)構(gòu)的厚度小于200nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中該反射層由具有高反射率的鋁或銀形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中該透明襯底由藍(lán)寶石構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中該空穴注入層由P型GaN構(gòu)成。
10.一種用在半導(dǎo)體發(fā)光器件中的電極結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體發(fā)光器件具有有源層和在該有源層的一個(gè)表面上形成的空穴注入層，該結(jié)構(gòu)包括接觸金屬結(jié)構(gòu)，其在該空穴注入層的一個(gè)表面上形成以與該有源層相對(duì)，且具有從具有低接觸電阻的鎳、鈀、鉑和氧化銦錫構(gòu)成的組中選出的任意一種物質(zhì)；以及形成在該接觸金屬結(jié)構(gòu)上的反射層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電極結(jié)構(gòu)，其中該接觸金屬結(jié)構(gòu)為島形。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的電極結(jié)構(gòu)，其中該接觸金屬結(jié)構(gòu)為網(wǎng)格形。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的電極結(jié)構(gòu)，其中該接觸金屬結(jié)構(gòu)與該反射層的面積比為1％到90％。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電極結(jié)構(gòu)，其中該接觸金屬結(jié)構(gòu)的厚度小于200nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的電極結(jié)構(gòu)，其中該反射層由具有高反射率的鋁或銀構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的電極結(jié)構(gòu)，其中該空穴注入層由P型GaN構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電極結(jié)構(gòu)以及具有該電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件。該半導(dǎo)體發(fā)光器件包括透明襯底；在透明襯底上形成的電子注入層；在電子注入層的第一區(qū)域上形成的有源層；在有源層上形成的空穴注入層；形成在空穴注入層上并同時(shí)提供高反射率和低接觸電阻的第一電極結(jié)構(gòu)；在電子注入層的第二區(qū)域上形成的第二電極結(jié)構(gòu)；和與第一和第二電極結(jié)構(gòu)電連接的電路基板，第一電極結(jié)構(gòu)包括具有任一選自由具有低接觸電阻的鎳、鈀、鉑和ITO構(gòu)成的組的物質(zhì)的接觸金屬結(jié)構(gòu)；和具有鋁或銀的反射層。
文檔編號(hào)H01L33/46GK1612367SQ20041004844
公開(kāi)日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者金顯秀, 趙濟(jì)熙, 尹皙胡 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社