專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件、其結(jié)構(gòu)單元及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠在紅到紫外范圍內(nèi)發(fā)光的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其結(jié)構(gòu)單元及其制造方法，更特別地，本發(fā)明涉及一種具有結(jié)合(bonded)到其上的導(dǎo)電襯底并具有凹槽部分的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件、其結(jié)構(gòu)單元及其制造方法。
背景技術(shù)：
例如以InxGayAlzN(x+y+z＝1，0≤x＜1，0＜y≤1，0≤z＜1)表示的氮化物基化合物半導(dǎo)體具有大的能量帶隙和高的熱穩(wěn)定性，并允許通過調(diào)節(jié)其組分控制帶隙寬度。因此，作為一種可以應(yīng)用到諸如發(fā)光器件、高溫器件等多種半導(dǎo)體器件的材料，氮化物基化合物半導(dǎo)體已經(jīng)引起人們的注意。
特別地，對(duì)于利用氮化物基化合物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管來說，已經(jīng)開發(fā)出了在藍(lán)色到綠色波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)光強(qiáng)度為幾個(gè)cd等級(jí)的器件并投入了實(shí)用。對(duì)于用于大容量光盤媒質(zhì)的拾取光源(pickup light source)來說，采用氮化物基化合物半導(dǎo)體的激光二極管的實(shí)際應(yīng)用正成為研究與開發(fā)的目標(biāo)。
日本專利公開No.09-008403公開了這樣的激光器或發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)。具體地說，如圖7所示，在形成有正電極107的導(dǎo)電襯底100上形成第一歐姆電極102和第二歐姆電極101。在其上依次堆疊P型氮化鎵基半導(dǎo)體層103、有源層104和N型層105，進(jìn)一步在其上形成負(fù)電極106。這里，第一歐姆電極102和第二歐姆電極101通過熱壓鍵合(hot pressure bonding)結(jié)合在一起。
照此，在日本專利公開No.09-008403所描述的常規(guī)方法中，在導(dǎo)電襯底上形成歐姆電極，且用熱壓鍵合等結(jié)合氮化鎵基半導(dǎo)體層。
不過，利用這種技術(shù)難以通過歐姆電極和鍵合金屬層均勻地加熱大面積導(dǎo)電襯底的整個(gè)表面并將其壓合到氮化物基化合物半導(dǎo)體層的整個(gè)表面。這樣，導(dǎo)電襯底和氮化物基化合物半導(dǎo)體層之間的粘著性差，導(dǎo)致其整個(gè)表面剝落。
此外，由于其間的粘著性差，導(dǎo)電襯底會(huì)從歐姆電極剝落。如果導(dǎo)電襯底和歐姆電極彼此完全分開，就不可能除去藍(lán)寶石襯底，從而妨礙了發(fā)光器件的形成。如果它們彼此部分地分開，電流就難于從氮化鎵基半導(dǎo)體層流到導(dǎo)電襯底，造成工作電壓增大，由此導(dǎo)致發(fā)光器件的可靠性變差。
此外，如果發(fā)生了部分剝落，在將晶片切割成芯片時(shí)支撐襯底可能會(huì)從氮化物基化合物半導(dǎo)體層分開，造成制造工藝成品率的降低。
再者，部分剝落的狀態(tài)在工藝期間會(huì)導(dǎo)致溶劑、光致抗蝕劑或蝕刻劑的滲透。例如，在制造燈發(fā)光器件的時(shí)候，樹脂、水等將通過剝落的部分進(jìn)入，這會(huì)使剝落擴(kuò)大，可能會(huì)破壞歐姆電極和鍵合金屬層。這會(huì)令發(fā)光器件的可靠性降低。
再者，在將Au線焊接到焊盤電極時(shí)，如果導(dǎo)電襯底和形成于其上的歐姆電極之間的粘著性差，導(dǎo)電襯底會(huì)從歐姆電極剝落，由此造成工作電壓增加。

發(fā)明內(nèi)容
做出本發(fā)明是為了解決如上所述的常規(guī)技術(shù)問題。本發(fā)明的目的是改善鍵合金屬層和歐姆電極之間的粘著性以及導(dǎo)電襯底和歐姆電極之間的粘著性，提供高度可靠的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件并確保良好的成品率，提供其構(gòu)造單元，以及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括第一導(dǎo)電襯底；形成在所述第一導(dǎo)電襯底上的第一歐姆電極；形成在所述第一歐姆電極上的鍵合金屬層；形成在所述鍵合金屬層上的第二歐姆電極；以及形成在所述第二歐姆電極上的氮化物基化合物半導(dǎo)體層。所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層包括至少P型層、發(fā)光層和N型層，且具有凹槽(concave groove)部分或凹面形(concave-shaped)部分。
優(yōu)選地，第一導(dǎo)電襯底具有凹槽部分。
優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電襯底是從由Si、GaAs、GaP、Ge和InP構(gòu)成的組中選擇的至少一種材料的半導(dǎo)體。
優(yōu)選地，使用第二襯底形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層，所述第二襯底為藍(lán)寶石、尖晶石或鈮酸鋰絕緣襯底，或者碳化硅、硅、氧化鋅或砷化鎵導(dǎo)電襯底。
優(yōu)選地，所述鍵合金屬層包括第一鍵合金屬層和第二鍵合金屬層。
優(yōu)選地，所述鍵合金屬層包括由彼此不同的材料形成或由相同材料形成的至少兩層。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元包括具有緩沖層的氮化物基化合物半導(dǎo)體層；依次形成于第二襯底上的N型層、發(fā)光層和P型層，其中所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層具有凹槽部分。這里，所述凹槽部分也可以形成于第二襯底中。
優(yōu)選地，所述第二襯底可以是藍(lán)寶石、尖晶石或鈮酸鋰的絕緣襯底，或者可以是碳化硅、硅、氧化鋅或砷化鎵的導(dǎo)電襯底。
優(yōu)選地，進(jìn)一步在氮化物基化合物半導(dǎo)體層上形成第二歐姆電極。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件具有通過鍵合金屬層集成為一件的第一導(dǎo)電襯底和上述氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元，使得所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層和所述第一導(dǎo)電襯底彼此相鄰。
優(yōu)選地，第一導(dǎo)電襯底具有凹槽部分。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法包括在第二襯底上形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層的步驟；在所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層中形成凹槽部分的步驟；在具有所述凹槽部分的氮化物基化合物半導(dǎo)體層上形成第二歐姆電極的步驟；在所述第二歐姆電極上形成第二鍵合金屬層的步驟；在第一導(dǎo)電襯底上形成第一歐姆電極的步驟；在所述第一歐姆電極上形成第一鍵合金屬層的步驟；將所述第一鍵合金屬層結(jié)合到所述第二鍵合金屬層上的步驟；除去所述第二襯底以暴露所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層的表面的步驟；以及在所述暴露的表面上形成透明電極的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法包括在第二襯底上形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層的步驟；在所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層中形成凹槽部分的步驟；在具有所述凹槽部分的氮化物基化合物半導(dǎo)體層上形成第二歐姆電極的步驟；在所述第二歐姆電極上形成第二鍵合金屬層的步驟；在第一導(dǎo)電襯底中形成凹槽部分的步驟；在具有所述凹槽部分的第一導(dǎo)電襯底上形成第一歐姆電極的步驟；在所述第一歐姆電極上形成第一鍵合金屬層的步驟；將所述第一鍵合金屬層結(jié)合到所述第二鍵合金屬層上的步驟；除去所述第二襯底以暴露所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層的表面的步驟；以及在所述暴露的表面上形成透明電極的步驟。
優(yōu)選地，在所述第二襯底上形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層的步驟包括從第二襯底側(cè)按此順序至少依次堆疊N型層、發(fā)光層和P型層的步驟。
優(yōu)選地，該制造方法進(jìn)一步包括在形成第二歐姆電極的步驟和形成第二鍵合金屬層的步驟之間，在第二歐姆電極上形成反射層的步驟，且形成第二鍵合金屬層的步驟包括在反射層上形成第二鍵合金屬層的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，在第二襯底上形成凹槽部分，且可選擇地在第一導(dǎo)電襯底中形成另一凹槽部分，且至少一個(gè)鍵合金屬層形成為具有減小的結(jié)合面積。這確保了第一導(dǎo)電襯底和第二襯底之間的良好粘著性。有了這樣良好的粘著性，就降低了發(fā)光器件的工作電壓，因此，能夠提供非常可靠且產(chǎn)生高的光輸出的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。還便利了分割成發(fā)光器件的過程，且也改善了氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的工藝成品率。
當(dāng)結(jié)合附圖在下文詳細(xì)描述本發(fā)明之后，本發(fā)明的上述和其他目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明了。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性橫截面圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元的示意性橫截面圖。
圖3為示意性橫截面圖，示出了這樣一種狀態(tài)第一和第二鍵合金屬層彼此鍵合，以將第二襯底側(cè)的結(jié)構(gòu)和第一導(dǎo)電襯底側(cè)的結(jié)構(gòu)組合成一件。
圖4為示意性橫截面圖，示出了這樣一種狀態(tài)在第一導(dǎo)電襯底中形成了凹槽部分。
圖5為示意性橫截面圖，示出了這樣一種狀態(tài)第一和第二鍵合金屬層彼此鍵合，以將第二襯底側(cè)的結(jié)構(gòu)和第一導(dǎo)電襯底側(cè)的結(jié)構(gòu)組合成一件。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性橫截面圖。
圖7為常規(guī)氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括第一導(dǎo)電襯底，形成在所述第一導(dǎo)電襯底上的第一歐姆電極，形成在所述第一歐姆電極上的鍵合金屬層，形成在所述鍵合金屬層上的第二歐姆電極，以及形成在所述第二歐姆電極上的氮化物基化合物半導(dǎo)體層。所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層包括至少一P型層、發(fā)光層和N型層，且具有凹槽部分或凹面形部分。
由于凹槽部分形成在氮化物基化合物半導(dǎo)體層中，因此可以減小鍵合金屬層鍵合所用的面積。這提供了鍵合金屬層之間的緊密接觸，結(jié)果，確保了第一導(dǎo)電襯底和氮化物基化合物半導(dǎo)體層之間良好的粘著。這里，凹槽部分指具有凹陷的凹面形狀，不限于溝槽。
在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。圖1為本發(fā)明的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性橫截面圖。本發(fā)明的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括形成在第一導(dǎo)電襯底11上的第一歐姆電極12，形成在所述第一歐姆電極12上的鍵合金屬層20，形成在所述鍵合金屬層20上的第二歐姆電極13，形成在所述第二歐姆電極13上的氮化物基化合物半導(dǎo)體層30，形成在所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層30上的透明電極17，以及形成于透明電極17上的焊盤電極18。凹槽部分50形成于氮化物基化合物半導(dǎo)體層30中，這減少了與氮化物基化合物半導(dǎo)體層30接觸的鍵合金屬層20的面積，由此確保了與第一導(dǎo)電襯底11的良好粘著。
在圖1中，氮化物基化合物半導(dǎo)體層30由從第一導(dǎo)電襯底11側(cè)按照P型層31、發(fā)光層32和N型層33的順序堆疊的層形成，使其起到發(fā)光器件的作用。鍵合金屬層20由第一鍵合金屬層21和第二鍵合金屬層22形成。
優(yōu)選地，在圖1的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在第一導(dǎo)電襯底11的背面上再形成歐姆電極14，并在焊盤電極18上形成引線結(jié)合10。再優(yōu)選地，在第二歐姆電極13和第二鍵合金屬層22之間形成反射層19。在圖1中，形成凹槽部分50，延伸到反射層19和第二鍵合金屬層22。具體地說，在制造有關(guān)發(fā)光器件的過程中，在氮化物基化合物半導(dǎo)體層30中形成凹槽部分50之后，在P型層31上形成反射層19和第二鍵合金屬層22，使得反射層19和第二粘合金屬層22保持半導(dǎo)體層30的凹槽部分。
在本發(fā)明中，可以將Si、GaAs、GaP、Ge或InP用于第一導(dǎo)電襯底11。在這種情況下，第一導(dǎo)電襯底的電阻率優(yōu)選在不低于10-4Ωm且不大于10Ωm的范圍內(nèi)。電阻率小于10-4Ωm的襯底難以制造。如果超過10Ωm，與歐姆電極的歐姆接觸將會(huì)劣化，導(dǎo)致電壓增大，引起發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電壓增加。更為優(yōu)選地，電阻率在不小于10-3Ωm且不大于10-2Ωm的范圍內(nèi)。
第一導(dǎo)電襯底11優(yōu)選地具有不小于50μm且不大于500μm的厚度。如果厚度超過500μm，可能難以分割成芯片。如果小于50μm，將難以操作芯片。
在本發(fā)明中，可以將Al、Cr、Ti、In或Ti-Al用于第一歐姆電極，但不限于它們。
在本發(fā)明中，提供鍵合金屬層以確保第一和第二歐姆電極之間的良好粘著，這將在后面描述。作為鍵合金屬層，可以使用Au、Sn、Au-Sn、Au-Si或Au-Ge。在鍵合金屬層由兩或多層形成時(shí)，可以將相同或不同的材料用于諸層，或者可以酌情組合選自上述材料的相同或不同的材料用于相應(yīng)諸層。
這里，鍵合金屬層由兩或多層形成的情況可以包括如下情況。在形成鍵合金屬層的過程中，預(yù)先在第一歐姆電極上形成第一鍵合金屬層，且預(yù)先在第二歐姆電極上形成第二鍵合金屬層，并將第一和第二鍵合金屬層鍵合到一起，在這種情況下鍵合金屬層包括兩層。另一個(gè)例子是這種情況在鍵合之前第一和第二鍵合金屬層中的每一個(gè)均由多層形成。
在本發(fā)明中，雖然不限于此，可以將Pd、Pt、Ni、Au或Ni-Au用于第二歐姆電極。第二歐姆電極優(yōu)選具有不少于1nm且不大于15nm的厚度。如果超過15nm，所發(fā)射的光可能透射不充分。如果小于1nm，歐姆接觸可能會(huì)劣化。
在本發(fā)明中，氮化物基化合物半導(dǎo)體能夠在紅到紫外范圍內(nèi)發(fā)光。雖然不限于此，這種氮化物基化合物半導(dǎo)體可以是InxAlyGa1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)。本發(fā)明的氮化物基化合物半導(dǎo)體層包括自第二襯底側(cè)的N型層、發(fā)光層和P型層，這將在后面描述。N型層、發(fā)光層和P型層可以用任何已知方法制造，這些方法可以包括金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)、分子束外延(MBE)等。
在本發(fā)明中，在制造上述氮化物基化合物半導(dǎo)體層之后形成凹槽部分?？梢杂梅磻?yīng)離子刻蝕(RIE)形成凹槽部分，使凹槽部分的寬度優(yōu)選在不小于1μm且不大于100μm的范圍內(nèi)。如果超過100μm，可獲得的芯片數(shù)量可能會(huì)減少。如果小于1μm，可能難于分割成芯片。就深度而言，優(yōu)選地形成凹槽部分使之抵達(dá)第二襯底或延伸到第二襯底的中間，這將在后面描述。
在本發(fā)明中，在鍵合到第一鍵合金屬層之前，即，在鍵合到第一導(dǎo)電襯底之前，通過在第二襯底上按所述順序堆疊緩沖層、N型層、發(fā)光層和P型層，將氮化物基化合物半導(dǎo)體層制作成氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元。
更具體地說，如圖2所示，以此順序在第二襯底35上堆疊緩沖層36、N型層33、發(fā)光層32和P型層31，形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層。然后，在氮化物基化合物半導(dǎo)體層中形成凹槽部分50，使之抵達(dá)緩沖層36或延伸到第二襯底的中間，由此獲得氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元。爾后，在沒有設(shè)置凹槽部分50的P型層的部分上，通過蒸鍍等以此順序形成第二歐姆電極13、反射層19、阻擋層(未示出)和第二鍵合金屬層22。然后，將結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的第二鍵合金屬層22鍵合到第一鍵合金屬層21。
以這種方式，通過預(yù)先形成氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元，確保了氮化物基化合物半導(dǎo)體層和第一導(dǎo)電襯底之間良好的粘著。此外，便利了在氮化物基化合物半導(dǎo)體層中形成凹槽部分。再者，電極可以在半導(dǎo)體發(fā)光器件的相對(duì)側(cè)上形成。
第二襯底可以是例如藍(lán)寶石、尖晶石或鈮酸鋰的絕緣襯底，或者可以是例如碳化硅、硅、氧化鋅或砷化鎵的導(dǎo)電襯底。襯底可以通過研磨、拋光或激光剝離除去。
反射層用于將來自發(fā)光層的光向上反射。雖然不限于此，反射層可以由Ag、Al或混合Ag的稀土元素(Nd等)形成。
阻擋層用于防止鍵合金屬進(jìn)入反射層。阻擋層可以由Mo、Ni、Ti或Ni-Ti形成，但不限于此。阻擋層優(yōu)選地具有不小于5nm的厚度。如果它小于5nm，阻擋層的厚度可能變得不均勻，在這種情況下，鍵合金屬可能會(huì)通過未形成阻擋層的區(qū)域進(jìn)入反射層。
在本發(fā)明中，透明電極可以由Pd、Ni或Ni-Au形成，并且可以具有不小于1nm且不大于15nm的厚度。如果超過15nm，所發(fā)射的光可能無法透射。如果小于1nm，歐姆接觸可能會(huì)劣化。
在本發(fā)明中，上述氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元可以通過鍵合金屬層鍵合，即，它可以鍵合到形成于第一導(dǎo)電襯底上的第一鍵合金屬層，以組合第一導(dǎo)電襯底和氮化物基化合物半導(dǎo)體層，由此獲得氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。對(duì)于上述鍵合而言，可以使用低共熔鍵合(eutecticbonding)，可以在約250℃到約320℃范圍內(nèi)的溫度和約200N到約3000N范圍內(nèi)的壓力條件下進(jìn)行低共熔鍵合。
在本發(fā)明中，也可以在第一導(dǎo)電襯底中形成凹槽部分，為此可以使用蝕刻。凹槽部分優(yōu)選地具有不小于2μm且不大于150μm的寬度。如果超過150μm，第一導(dǎo)電襯底可能無法支撐氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元。如果不到2μm，可能難以形成與形成于氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元中的凹槽部分相對(duì)的凹槽部分。對(duì)于蝕刻而言，可以使用基于氫氟酸的蝕刻劑或用于干法蝕刻的鹵素基氣體。
在本發(fā)明中，當(dāng)將第一導(dǎo)電襯底和氮化物基化合物半導(dǎo)體層結(jié)合成一件時(shí)，如上所述，可以在結(jié)合到氮化物基化合物半導(dǎo)體層之前在第一導(dǎo)電襯底中形成凹槽部分。當(dāng)凹槽部分形成在第一導(dǎo)電襯底和氮化物基化合物半導(dǎo)體層二者中時(shí)，用于結(jié)合的面積進(jìn)一步減小，由此確保了更可靠的粘著。
以下將描述本發(fā)明的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法。本發(fā)明的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法包括在第二襯底上形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層的步驟；在氮化物基化合物半導(dǎo)體層中形成凹槽部分的步驟；在具有所述凹槽部分的氮化物基化合物半導(dǎo)體層上形成第二歐姆電極的步驟；在所述第二歐姆電極上形成第二鍵合金屬層的步驟；在第一導(dǎo)電襯底上形成第一歐姆電極的步驟；在所述第一歐姆電極上形成第一鍵合金屬層的步驟；將所述第一和第二鍵合金屬層鍵合到一起的步驟；除去所述第二襯底以暴露所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層的表面的步驟；以及在所述暴露的表面上形成透明電極的步驟。
如上所述，本發(fā)明的制造方法其特征在于，預(yù)先在所述第二襯底上形成具有凹槽部分的氮化物基化合物半導(dǎo)體層、第二歐姆電極和第二鍵合金屬層，且這一結(jié)構(gòu)被結(jié)合到第一導(dǎo)電襯底側(cè)上的、包括第一導(dǎo)電襯底、第一歐姆電極和第一鍵合金屬層的結(jié)構(gòu)。圖3示出了這樣一種狀態(tài)第二襯底側(cè)上的結(jié)構(gòu)和第一導(dǎo)電襯底側(cè)上的結(jié)構(gòu)被集成為一件，第一和第二鍵合金屬層彼此鍵合到一起。
通過這種方式，通過在氮化物基化合物半導(dǎo)體層中形成凹槽部分，用于結(jié)合的面積可以減小，由此確保了氮化物基化合物半導(dǎo)體層和第一導(dǎo)電襯底之間良好的粘著。此外，電極可以形成于器件的頂部和底部，通過鍵合金屬層鍵合在一起。這防止了歐姆電極剝落并確保了良好的粘著。因此，可以獲得非?？煽康陌l(fā)光器件。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，在如圖3所示將第一導(dǎo)電襯底側(cè)上的結(jié)構(gòu)和第二襯底側(cè)上的結(jié)構(gòu)集成為一件之后，除去第二襯底35。在除去第二襯底35時(shí)，已經(jīng)預(yù)先形成的凹槽部分50可能會(huì)分開器件結(jié)構(gòu)，這簡(jiǎn)化了發(fā)光器件分割工藝。爾后，在對(duì)應(yīng)于凹槽部分50的位置沿著垂直于襯底表面的方向?qū)澗€引入第一導(dǎo)電襯底中。分割操作沿著劃線進(jìn)行，因此制成了如圖1所示的本發(fā)明的發(fā)光器件。
在本發(fā)明的制造方法中，優(yōu)選在鍵合第一和第二鍵合金屬層之前，預(yù)先在第一導(dǎo)電襯底中形成凹槽部分。更具體地說，如圖4所示的，在第一導(dǎo)電襯底11上形成第一歐姆電極12和第一鍵合金屬層21之前，通過蝕刻形成凹槽部分51。爾后，如圖5所示，如在上述制造方法中那樣，將第二襯底側(cè)的結(jié)構(gòu)和第一導(dǎo)電襯底側(cè)的結(jié)構(gòu)集成為一件并除去第二襯底。爾后，沿著垂直于襯底表面的方向?qū)澗€引入第一導(dǎo)電襯底中，直至凹槽部分51的底部X。劃線用于分割晶片，由此獲得了如圖6所示的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
以這種方式，通過也在第一導(dǎo)電襯底中形成凹槽部分，可以進(jìn)一步在尺寸上減小用于鍵合第一鍵合金屬層和第二鍵合金屬層的區(qū)域，因此進(jìn)一步增大了結(jié)合強(qiáng)度。
在本發(fā)明的制造方法中，在第一導(dǎo)電襯底上形成第一歐姆電極和第一鍵合金屬層的步驟可以通過電子束(EB)蒸鍍、濺射或電阻熱蒸鍍(resistivethermal evaporation)進(jìn)行。此外，在氮化物基化合物半導(dǎo)體層上形成第二歐姆電極的步驟可以通過EB蒸鍍等進(jìn)行。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，可以使用低共熔鍵合將第一鍵合金屬層和第二鍵合金屬層鍵合到一起。在這種情況下，可以根據(jù)所用材料酌情設(shè)定溫度和壓力。
再者，在第一導(dǎo)電襯底中形成劃線的步驟可以通過用紅外透射型劃線器沿垂直于襯底表面的方向?qū)?yīng)于或相對(duì)凹槽部分從第一導(dǎo)電襯底的背側(cè)形成劃線來進(jìn)行。此外，可以通過折斷(breaking)執(zhí)行沿劃線分割的步驟。
在下文中，將參照實(shí)例詳細(xì)介紹本發(fā)明。注意，本發(fā)明不限于這些實(shí)例。
實(shí)例1
在該例中，形成了如圖1所示的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，下面將要詳細(xì)介紹。
在充當(dāng)?shù)诙r底35的藍(lán)寶石襯底上，通過MOCVD依次形成由GaN材料制作的緩沖層36、N型氮化物基化合物半導(dǎo)體層33、多量子阱(MQW)發(fā)光層32和P型氮化物基化合物半導(dǎo)體層31。具體地，GaN緩沖層36形成為20nm厚，N型氮化物基化合物半導(dǎo)體層33形成為5μm厚，MQW發(fā)光層32形成為50nm厚，而P型氮化物基化合物半導(dǎo)體層31形成為150nm厚。
接著，在形成于藍(lán)寶石襯底上的氮化物基化合物半導(dǎo)體層中形成凹槽部分50。此時(shí)使用的是RIE。凹槽部分的寬度設(shè)為20μm，其深度設(shè)為到達(dá)藍(lán)寶石襯底。
爾后，在P型氮化物基化合物半導(dǎo)體層31上，通過蒸鍍按下述順序形成第二歐姆電極13、反射層19和第二鍵合金屬層22。具體地說，通過EB蒸鍍形成Pd(3nm)作為第二歐姆電極13、形成Ag(150nm)作為反射金屬層19，形成Mo(50nm)作為阻擋層(未示出)，且形成AuSn(3μm)和Au(10nm)作為第二鍵合金屬層22。這里，AuSn中包含的Sn為20％的質(zhì)量比。上述Au(10nm)充當(dāng)著AuSn層的抗氧化劑膜。通過這種方式，形成了氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元。
接著，在第一導(dǎo)電襯底11上形成第一歐姆電極12和第一鍵合金屬層21。具體地說，使用EB蒸鍍將充當(dāng)?shù)谝粴W姆電極12的Ti(15nm)/Al(150nm)形成于由Si材料制作的第一導(dǎo)電襯底11上，且將充當(dāng)阻擋層(未示出)的Mo(50nm)和充當(dāng)?shù)谝绘I合金屬層21的Au(3μm)形成于其上。
爾后，將具有凹槽部分50的氮化物基化合物半導(dǎo)體層和第一導(dǎo)電襯底結(jié)合在一起。也就是說，將上述氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元和第一導(dǎo)電襯底集成為一件。更具體地說，由Au材料制作的第一鍵合金屬層21和AuSn第二鍵合金屬層22上的Au層彼此相對(duì)設(shè)置，且在290℃的溫度和300N的壓力下執(zhí)行低共熔鍵合將它們鍵合到一起。
爾后，除去作為第二襯底35的藍(lán)寶石襯底。具體地說，從藍(lán)寶石襯底鏡面拋光的背側(cè)照射YAG-THG激光(355nm波長(zhǎng))，用于熱分解藍(lán)寶石襯底、形成和藍(lán)寶石襯底的界面的GaN材料的緩沖層36，以及N型層33的一部分。
此外，在除去未形成凹槽部分50處的藍(lán)寶石襯底而暴露的N型層的一部分上形成由ITO(摻Sn的In2O3)制成的透明電極17。在透明電極17的中心處形成N型結(jié)合焊盤電極18。Au絲10被球焊(ball-bonded)在N型結(jié)合焊盤電極18上。進(jìn)一步在第一導(dǎo)電襯底11的背面上形成歐姆電極14。這樣就制成了氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
在以上描述中，其中形成有凹槽部分的氮化物基化合物半導(dǎo)體層被結(jié)合到不具有凹槽部分的第一導(dǎo)電襯底的晶片上。或者，凹槽部分可以形成在第一導(dǎo)電襯底側(cè)，且相關(guān)襯底可以結(jié)合到不具有凹槽部分的氮化物基化合物半導(dǎo)體層的晶片上。
根據(jù)實(shí)例1，在形成于藍(lán)寶石襯底上的氮化物基化合物半導(dǎo)體層中形成凹槽部分。這能夠在將第一導(dǎo)電襯底側(cè)上的晶片與第二襯底側(cè)上的晶片結(jié)合的時(shí)候減小結(jié)合表面的面積，因此，確保了形成于相應(yīng)側(cè)上的第一和第二鍵合金屬層之間良好的粘著。結(jié)合強(qiáng)度提高了，就進(jìn)一步確保了其間的緊密接觸。結(jié)果，防止了第一導(dǎo)電襯底從氮化物基化合物半導(dǎo)體層剝落，且減少了芯片分割時(shí)的晶片剝落。因此，隨著工藝中成品率的提高，就可以提供廉價(jià)的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。此外，在氮化物基化合物半導(dǎo)體層中提供凹槽部分使得僅僅通過除去藍(lán)寶石襯底就能夠分割氮化物基化合物半導(dǎo)體層，由此進(jìn)一步便利了芯片分割。
實(shí)例2在該例中，制造了如圖6所示的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，下面將要詳細(xì)介紹。
在充當(dāng)?shù)诙r底35的藍(lán)寶石襯底上，通過MOCVD依次形成由GaN材料制作的緩沖層36、N型氮化物基化合物半導(dǎo)體層33、MQW發(fā)光層32和P型氮化物基化合物半導(dǎo)體層31。具體地說，在藍(lán)寶石襯底上，GaN緩沖層36形成為30nm厚，N型氮化物基化合物半導(dǎo)體層33在其上形成為5μm厚，MQW發(fā)光層32在其上形成為50nm厚，而P型氮化物基化合物半導(dǎo)體層31在其上形成為200nm厚。
接著，在形成于藍(lán)寶石襯底上的氮化物基化合物半導(dǎo)體層中使用RIE形成凹槽部分50。凹槽部分形成20μm的寬度，深度到達(dá)藍(lán)寶石襯底。
接著，在P型氮化物基化合物半導(dǎo)體層31的除了凹槽部分50的表面上，通過EB蒸鍍形成第二歐姆電極13、反射金屬層19和第二鍵合金屬層22。具體地說，形成3nm厚的Pd作為第二歐姆電極13，形成150nm厚的Ag-Nd作為反射金屬層19，形成50nm厚的Mo作為阻擋層(未示出)，且分別形成3μm和10nm厚的AuSn和Au作為第二鍵合金屬層22。這里，AuSn中包含的Sn為20％的質(zhì)量比。上述Au充當(dāng)著AuSn的抗氧化劑膜。以這種方式，制成了氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元。
接著，在由Si材料制作且具有凹槽部分51的第一導(dǎo)電襯底11上，用EB蒸鍍形成第一歐姆電極12和第一鍵合金屬層21。具體地說，使用氫氟酸基蝕刻劑在第一導(dǎo)電襯底11中形成一定深度的凹槽部分51，其寬度為20μm。進(jìn)一步，在除了凹槽部分51之外的Si襯底的表面上，形成Ti(15nm)/Al(150nm)作為第一歐姆電極12，形成50nm厚的Mo作為阻擋層(未示出)，且形成3μm厚的Au作為第一鍵合金屬層21。
爾后，通過將第一和第二鍵合金屬層鍵合到一起，將氮化物基化合物半導(dǎo)體層側(cè)上的具有凹槽部分50的結(jié)構(gòu)和第一導(dǎo)電襯底側(cè)上的具有凹槽部分51的結(jié)構(gòu)集成為一件。亦即，將氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元和第一導(dǎo)電襯底側(cè)上的結(jié)構(gòu)結(jié)合。具體地說，上述Au層21和上述AuSn層上的Au層22彼此相對(duì)地設(shè)置，且在290℃的溫度和200N的壓力下執(zhí)行低共熔鍵合將它們鍵合。
接著，除去藍(lán)寶石襯底。具體地說，從藍(lán)寶石襯底鏡面拋光的背側(cè)照射YAG-THG激光(355nm波長(zhǎng))，用于熱分解藍(lán)寶石襯底、形成和藍(lán)寶石襯底的界面的GaN材料，以及N型層33的一部分，由此除去藍(lán)寶石襯底。
爾后，在通過除去藍(lán)寶石襯底而暴露的N型層33的大致整個(gè)表面上形成ITO(摻Sn的In2O3)透明電極。N型結(jié)合焊盤電極18形成于其中心。Au絲10被球焊在N型結(jié)合焊盤電極18上。因此就獲得了氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
這里，雖然透明電極17形成于N型層33的大致整個(gè)表面上，它可以是分支形狀(branch-shaped)的電極。或者，可以只提供N型結(jié)合焊盤電極。
在本例中，凹槽部分形成于Si襯底中，且凹槽部分還形成于其上堆疊有氮化物基化合物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石襯底上。與實(shí)例1的情況相比，這可以進(jìn)一步減小結(jié)合器件結(jié)構(gòu)時(shí)的結(jié)合表面的面積，并進(jìn)一步改善形成于Si襯底和藍(lán)寶石襯底上的鍵合金屬層的粘著性。因此，進(jìn)一步提高了結(jié)合強(qiáng)度，且確保了更好的粘著。結(jié)果，防止了Si襯底從氮化物基化合物半導(dǎo)體層剝落，且減少了芯片分割過程時(shí)的晶片剝落。因此，工藝中成品率的得以提高，可以提供廉價(jià)的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述和示出了本發(fā)明，顯然可以理解，其僅是圖示和示例，并非用作限制，本發(fā)明的原理和范圍僅受權(quán)利要求的條款限制。
本申請(qǐng)以2004年9月2日提交到日本專利局的日本專利申請(qǐng)No.2004-255953為依據(jù)，其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括第一導(dǎo)電襯底(11)；形成在所述第一導(dǎo)電襯底(11)上的第一歐姆電極(12)；形成在所述第一歐姆電極(12)上的鍵合金屬層(20)；形成在所述鍵合金屬層(20)上的第二歐姆電極(13)；以及形成在所述第二歐姆電極(13)上的氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)；其中，所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)包括至少P型層(31)、發(fā)光層(32)和N型層(33)，且具有凹槽部分(50)或凹面形部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述第一導(dǎo)電襯底(11)具有凹槽部分(51)或凹面形部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述第一導(dǎo)電襯底(11)為選自Si、GaAs、GaP、Ge和InP的至少一種材料的半導(dǎo)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)用第二襯底(35)形成，所述第二襯底(35)為藍(lán)寶石、尖晶石或鈮酸鋰的絕緣襯底，或者為碳化硅、硅、氧化鋅或砷化鎵的導(dǎo)電襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述鍵合金屬層(20)包括第一鍵合金屬層(21)和第二鍵合金屬層(22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述鍵合金屬層(20)包括由彼此不同的材料或相同的材料形成的至少兩層。
7.一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元，包括氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)，所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)具有依次形成于第二襯底(35)上的緩沖層(36)、N型層(33)、發(fā)光層(32)和P型層(31)，其中，所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)具有凹槽部分(50)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元，其中，所述凹槽部分(50)也形成于所述第二襯底(35)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元，其中，所述第二襯底(35)為藍(lán)寶石、尖晶石或鈮酸鋰的絕緣襯底，或者為碳化硅、硅、氧化鋅或砷化鎵的導(dǎo)電襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元，其中，在所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)上還形成第二歐姆電極(13)。
11.一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，具有通過鍵合金屬層(20)集成為一件的第一導(dǎo)電襯底(11)和權(quán)利要求7所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)單元，使得所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)和所述第一導(dǎo)電襯底(11)彼此相鄰。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一導(dǎo)電襯底(11)具有凹槽部分(51)。
13.一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，包括如下步驟在第二襯底(35)上形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)；在所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)中形成凹槽部分(50)；在具有所述凹槽部分(50)的氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)上形成第二歐姆電極(13)；在所述第二歐姆電極(13)上形成第二鍵合金屬層(22)；在所述第一導(dǎo)電襯底(11)上形成第一歐姆電極(12)；在所述第一歐姆電極(12)上形成第一鍵合金屬層(21)；將所述第一鍵合金屬層(21)鍵合到所述第二鍵合金屬層(22)；除去所述第二襯底(35)以暴露所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)的表面；以及在所述暴露的表面上形成透明電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其中在所述第二襯底(35)上形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)的所述步驟包括從第二襯底側(cè)按下述順序至少依次堆疊N型層(33)、發(fā)光層(32)和P型層(31)的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，在形成所述第二歐姆電極(13)的所述步驟和形成所述第二鍵合金屬層(22)的所述步驟之間包括，在所述第二歐姆電極(13)上形成反射層(19)的步驟，且形成第二鍵合金屬層(22)的所述步驟包括在所述反射層(19)上形成第二鍵合金屬層(22)的步驟。
16.一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，包括如下步驟在第二襯底(35)上形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)；在所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)中形成凹槽部分(50)；在具有所述凹槽部分(50)的氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)上形成第二歐姆電極；在所述第二歐姆電極(13)上形成第二鍵合金屬層(22)；在第一導(dǎo)電襯底(11)中形成凹槽部分(51)；在具有所述凹槽部分(51)的第一導(dǎo)電襯底(11)上形成第一歐姆電極(12)；在所述第一歐姆電極(12)上形成第一鍵合金屬層(21)；將所述第一鍵合金屬層(21)鍵合到所述第二鍵合金屬層(22)；除去所述第二襯底(35)以暴露所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)的表面；以及在所述暴露的表面上形成透明電極。
全文摘要
一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括第一導(dǎo)電襯底(11)；形成在所述第一導(dǎo)電襯底(11)上的第一歐姆電極(12)；形成在所述第一歐姆電極(12)上的鍵合金屬層(20)；形成在所述鍵合金屬層(20)上的第二歐姆電極(13)；以及形成在所述第二歐姆電極(13)上的氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)。所述氮化物基化合物半導(dǎo)體層(30)包括至少一P型層(31)、發(fā)光層(32)和N型層(33)，且具有凹槽部分(50)或凹面形部分。
文檔編號(hào)H01S5/02GK1925177SQ200510099629
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月2日
發(fā)明者幡俊雄 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社