專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
第III-V族氮化物半導(dǎo)體由于其物理和化學(xué)特性而廣泛用作發(fā)光器件，例如發(fā)光 二極管(LED)和激光二極管(LD)的核心材料。第III-V族氮化物半導(dǎo)體包括以化學(xué)式 InxAlyGal-x-yN(其中0《x《l，0《y《l禾P0《x+y《1)表示的半導(dǎo)體材料。
LED是一種利用化合物半導(dǎo)體的特性將電信號轉(zhuǎn)變成光信號(例如紅外線或其他 光)以使用光信號作為傳送/接收信號或光源的半導(dǎo)體器件。 使用氮化物半導(dǎo)體材料的LED或LD廣泛用于發(fā)光器件以獲得光。例如，LED或LD 應(yīng)用于各種產(chǎn)品，例如移動(dòng)電話的鍵盤的發(fā)光部分、電子顯示屏和作為光源的發(fā)光設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括發(fā)光結(jié)構(gòu)上的具有不平坦結(jié)構(gòu)的第二 電極層。 實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括不連續(xù)的第一半導(dǎo)體層和化合物半導(dǎo) 體層上的具有不平坦結(jié)構(gòu)的第二電極層。 —個(gè)實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第 一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層下方的第一 電極；所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層上的具有不平坦結(jié)構(gòu)的第二電極層；和所述第二電極層上 方的導(dǎo)電支撐構(gòu)件。 —個(gè)實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第 一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層下方的第一 電極；所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層上表面外周周圍的透光通道層；所述化合物半導(dǎo)體層上的 具有不平坦結(jié)構(gòu)的第二電極層；和所述第二電極層上方的導(dǎo)電支撐構(gòu)件。
—個(gè)實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第 一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；從所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層不連續(xù)地 突出的第一半導(dǎo)體層；所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層下方的第一電極；所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體 層上表面外周周圍的透光通道層；所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層上的第二 電極層；和所述第二電極層上的導(dǎo)電支撐構(gòu)件。 —個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)在下文在附圖和說明書中進(jìn)行闡述。從說明書和附圖以及權(quán)利要求書，其它的特征將變得明顯。


圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視圖。
圖2是示出圖1的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的突出結(jié)構(gòu)的視圖。 圖3是示出圖1的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二電極層之間的界面處的光反射的一 個(gè)實(shí)例的視圖。 圖4至8是示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的視圖。
圖9是根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。 圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案和一個(gè)對比實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件中 的光功率與注入電流之間的關(guān)系的圖。 圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝的側(cè)視截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照本公開內(nèi)容的實(shí)施方案，其實(shí)施例在附圖中示出。在實(shí)施方案的 說明中，各層的"上方"或"下方"可以參照附圖來描述，并且各層的厚度也是作為例子來描 述，而不限于附圖中所顯示的厚度。 在實(shí)施方案的說明中，將會(huì)理解，當(dāng)稱層(或膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)在另一層(或 膜)、區(qū)域、墊或圖案的"上方"和"下方"時(shí)，術(shù)語"上方"和"下方"既包含"直接"的含義， 也包含"間接"的含義。 圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視圖。圖2是示出圖1的第 二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的突出結(jié)構(gòu)的視圖。圖3是示出圖1的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二電極 層之間的界面處的光反射的一個(gè)實(shí)例的視圖。 參照圖l，半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110、有源層120、第二導(dǎo) 電型半導(dǎo)體層130、第一半導(dǎo)體層135、具有不平坦形狀的第二電極層150、導(dǎo)電支撐構(gòu)件 160和第一電極170。 半導(dǎo)體發(fā)光器件IOO包括使用多種化合物半導(dǎo)體如第III-V族元素的化合物半導(dǎo) 體的LED。 LED可以是發(fā)射藍(lán)光、綠光或紅光的彩色LED或UV LED。 LED所發(fā)出的光可以在 實(shí)施方案的技術(shù)范圍內(nèi)以不同的方式實(shí)現(xiàn)。 所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110、有源層120和第二導(dǎo)電 型半導(dǎo)體層130。 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110可以選自摻雜有第一導(dǎo)電型摻雜劑例如GaN、 A1N、 AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP和AlGalnP的第III-V族元 素的化合物半導(dǎo)體。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型半導(dǎo)體層IIO是N型半導(dǎo)體層時(shí)，第一導(dǎo)電型摻雜劑可 包括N型摻雜劑如Si、Ge、Sn、Se、Te。第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110可形成為單層或多層，但是 不限于此。 第一電極170形成于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110的下方。第一電極170形成為一定 的形狀或圖案，但是不限于此。粗糙圖案115可以形成于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110的下表 面上。
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有源層120形成于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層IIO上方，并且可以形成為單量子或多量 子阱結(jié)構(gòu)。有源層120可利用第III-V族元素的化合物半導(dǎo)體材料形成為具有阱層和勢壘 層的周期性層合體如InGaN阱層/GaN勢壘層、InGaN阱層/AlGaN勢壘層或InGaN阱層/ InGaN阱層。導(dǎo)電型覆層可以在有源層120的上方和/或下方形成，并且可由GaN-基半導(dǎo) 體形成。 第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可以形成于有源層120上方，并且可以選自摻雜有第二 導(dǎo)電型摻雜劑例如GaN、AlN、AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP 和AlGalnP的第III-V族元素的化合物半導(dǎo)體。當(dāng)?shù)诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層130是P型半導(dǎo)體 層時(shí)，第二導(dǎo)電型摻雜劑可包括P型摻雜劑例如Mg和Zn。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可形成 為單層或多層，但是不限于此。 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110、有源層120和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可以限定為發(fā)光 結(jié)構(gòu)。 可以在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上形成N型半導(dǎo)體層或P型半導(dǎo)體層。第一導(dǎo)電 型半導(dǎo)體層110可以實(shí)現(xiàn)為P型半導(dǎo)體層，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可以實(shí)現(xiàn)為N型半導(dǎo) 體層。因此，發(fā)光結(jié)構(gòu)可包括N-P結(jié)、P-N結(jié)、N-P-N結(jié)和P-N-P結(jié)中的至少其一。
第一半導(dǎo)體層135形成于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上方。第一半導(dǎo)體層135可從 第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的上表面突出，并可以以規(guī)則或不規(guī)則的間隔形成。第一半導(dǎo)體 層135形成為具有不連續(xù)的突出，例如，為錐形或金字塔形。 第一半導(dǎo)體層135可由與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130相同或不同的半導(dǎo)體材料形
成。第一半導(dǎo)體層135可由例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、
GaAs、GaAsP和AlGalnP中的至少一種形成。第一半導(dǎo)體層135可由未摻雜的半導(dǎo)體層、摻
雜有第一導(dǎo)電型摻雜劑的半導(dǎo)體層、摻雜有第二導(dǎo)電型摻雜劑的半導(dǎo)體形成。 參照圖2，第一半導(dǎo)體層135的厚度T可以為約0. 1 ii m至約2 ii m。第一半導(dǎo)體層
135的最大直徑D可以為約l.Oiim至約10iim。 第一半導(dǎo)體層135的一側(cè)表面可以相對于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的水平表面以 例如約55度至約57度的內(nèi)角e傾斜。在此處，第一半導(dǎo)體層135的內(nèi)角e可隨形成第 一半導(dǎo)體層135的材料的晶體性質(zhì)變化。第一半導(dǎo)體層135的突起之間的間隔可以為約 100nm至約100 ii m。 第一半導(dǎo)體層135的形狀可以形成為具有傾斜的側(cè)壁的三維形狀例如錐形或金 字塔形，其具有例如為菱形的各種底面，但是可以在實(shí)施方案的技術(shù)范圍內(nèi)變化。第一半導(dǎo) 體層135可以形成為漸縮的形狀，即其上部的寬度小于下部的寬度。 在此處，第一半導(dǎo)體層135可以通過選擇性生長或蝕刻方法在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體 層130上以規(guī)則或不規(guī)則的間隔形成。 參照圖l，第一半導(dǎo)體層135從第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的表面突出以具有不平坦 的結(jié)構(gòu)。 第二電極層150形成于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130和第一半導(dǎo)體層135上方。第二 電極層150的底面可以具有與第一半導(dǎo)體層135的形狀對應(yīng)的不平坦形狀。
第二電極層150的不平坦形狀可具有與第一半導(dǎo)體層135的形狀相同的角度和形 狀。第二電極層150的突出形狀可以是傾斜的。第二電極層150可沿第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130形成為錐形或倒錐形形狀。 第二電極層150可包括歐姆接觸層、反射層和粘合劑層中的至少其一。歐姆接 觸層可包括例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦鋅錫氧化物(IZTO)、銦鋁鋅氧化 物(IAZO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、銦鎵錫氧化物(IGTO)、鋁鋅氧化物(AZO)和銻錫氧化物 (ATO)、鎵鋅氧化物(GZO) 、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、Pt、Ni、Au、 Rh和Pd中的至少一種。反射層可包括由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf或至 少其中兩種形成的合金形成的層。粘合劑層可包含Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag和 Ta中的至少一種。 第二電極層150可用作鍍覆處理的種子層。 第二電極層150的凹部形成于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上方，而第二電極層150 的突起形成為具有與第一半導(dǎo)體層135對應(yīng)的形狀。第二電極層150的凹部和突起中的至 少其一可形成為差導(dǎo)電區(qū)域(inferiorconductive region)。 此外，可在第二電極層150和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130之間形成歐姆接觸層(未 顯示)。歐姆接觸層可在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上形成為具有分層的形狀或多個(gè)圖案，但 不限于此。歐姆接觸層可包括銦錫氧化物(IT0)、銦鋅氧化物(IZ0)、銦鋅錫氧化物(IZT0)、 銦鋁鋅氧化物(IAZ0)、銦鎵鋅氧化物(IGZ0)、銦鎵錫氧化物(IGT0)、鋁鋅氧化物(AZ0)和銻 錫氧化物(AT0)、鎵鋅氧化物(GZ0) 、 Ir0x、 Ru0x、 Ru0x/IT0、 Ni/Ir0x/Au、 Ni/Ir0x/Au/IT0、 Ni/Ir0x/Au和Ni/Ir0x/Au/IT0中的至少一種，但是實(shí)施方案不限于此?？梢栽诘诙姌O層 150和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130之間形成非導(dǎo)體層如MgN層。非導(dǎo)體層可設(shè)置在不連續(xù)的 第一半導(dǎo)體層135之間。 第一半導(dǎo)體層135可由具有與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130相同或不同極性的半導(dǎo)體 形成。第一半導(dǎo)體層135可由未摻雜的半導(dǎo)體、摻雜有第一導(dǎo)電型摻雜劑的半導(dǎo)體或摻雜 有第二導(dǎo)電型摻雜劑的半導(dǎo)體形成。 當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層135由未摻雜的半導(dǎo)體或第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體形成時(shí)，施加到第二 電極層150的電流可以供給到設(shè)置在第一半導(dǎo)體層135之間的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。
當(dāng)在第一半導(dǎo)體層135之間設(shè)置非導(dǎo)體層時(shí)，施加到第二電極層的電流可通過第 一半導(dǎo)體層135供給到第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。 當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層135是第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體時(shí)，施加到第二電極層150的電流可供 給到第一半導(dǎo)體層135和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。 導(dǎo)電支撐構(gòu)件160可以形成于第二電極層150上方，并可用作底部襯底。導(dǎo)電支撐 構(gòu)件160可以利用Cu、Au、Ni、Mo、Cu-W和晶圓載具(carrierwafer)如Si、 Ge、 GaAs、 ZnO、 SiC、 SiGe和GaN來實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)電支撐構(gòu)件160可以通過電鍍法形成，或者可以形成為板狀 (she印shape)，但是不限于此。 導(dǎo)電支撐構(gòu)件160的下部可以形成為具有與第二電極層150的不平坦結(jié)構(gòu)對應(yīng)的 結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電支撐構(gòu)件160的厚度可以為約30iim至約150iim，但是實(shí)施方案不限于此。第 二電極層150和導(dǎo)電支撐構(gòu)件160可以形成為反射電極層，例如第二電極單元，但是不限于 此。 半導(dǎo)體發(fā)光器件IOO通過第一電極170和導(dǎo)電支撐構(gòu)件160供電，光從有源層120 向各個(gè)方向發(fā)出。
從有源層120發(fā)出的光的一部分到達(dá)第二電極層150。第二電極層150可利用不 平坦結(jié)構(gòu)改變?nèi)肷涔獾呐R界角，由此提高外量子效率。 參照圖1和3，發(fā)射到第二電極層150的光通過臨界角的改變而被反射。第二電極 層150改變?nèi)肷涔獾姆瓷浣?。在該情況下，第二電極層150可以將光的反射角改變?yōu)樾∮?允許光發(fā)射的臨界角，由此增加光提取到外部的可能性。 實(shí)施方案可利用多個(gè)化合物半導(dǎo)體層或發(fā)光結(jié)構(gòu)上方具有不平坦形狀的不連續(xù) 第一半導(dǎo)體層135和第二電極層150來提高外量子效率。 圖4至8是示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的視圖。
參照圖4，將襯底101裝入生長系統(tǒng)中，并且可以在其上生長第II至VI族元素的 化合物半導(dǎo)體層。 生長系統(tǒng)的實(shí)例可以包括電子束蒸發(fā)器、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積 (CVD)、等離子體激光沉積(PLD)、雙型熱蒸發(fā)器、濺射和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)， 但是實(shí)施方案不限于這些系統(tǒng)。 襯底101可選自藍(lán)寶石襯底(Al203)、GaN、SiC、Zn0、Si、GaP、InP、Ga203、導(dǎo)電襯底 和GaAs?？梢栽谝r底101的表面上方形成不平坦圖案。可以在襯底101上方形成至少一個(gè) 層或圖案，例如ZnO層(未顯示)、緩沖層(未顯示)或由第II至VI族元素的化合物半導(dǎo) 體形成的未摻雜的半導(dǎo)體層(未顯示)。 緩沖層和未摻雜的半導(dǎo)體層可以利用第III-V族元素的化合物半導(dǎo)體形成。緩沖 層可降低與襯底101的晶格常數(shù)差異。未摻雜的半導(dǎo)體層可由未摻雜的GaN-基半導(dǎo)體形 成。 包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的發(fā)光結(jié)構(gòu)形成于襯底101上。發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電 型半導(dǎo)體層110、第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110上的有源層120和有源層120上的第二導(dǎo)電型半 導(dǎo)體層130。 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110可選自摻雜有第一導(dǎo)電型摻雜劑如GaN、AlN、 AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP和AlGalnP的第III-V族元素的化 合物半導(dǎo)體。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型半導(dǎo)體層110是N型半導(dǎo)體層時(shí)，第一導(dǎo)電型摻雜劑包括N型 摻雜劑如Si、Ge、Sn、Se和Te。第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110可形成為單層或多層，但是不限于 此。 有源層120形成于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層IIO上方，并且可以形成為單量子或多量 子阱結(jié)構(gòu)。有源層120可利用第III-V族元素的化合物半導(dǎo)體材料形成為具有阱層和勢壘 層的周期性層合體如InGaN阱層/GaN勢壘層、InGaN阱層/AlGaN勢壘層或InGaN阱層/ InGaN勢壘層。 導(dǎo)電型覆層可以形成于有源層120的上方和/或下方，并且可由GaN-基半導(dǎo)體形 成。 第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130形成于有源層120上方，并且可以選自摻雜有第二導(dǎo) 電型慘雜齊U如GaN、 A1N、 AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP禾卩 AlGalnP的第III-V族元素的化合物半導(dǎo)體。當(dāng)?shù)诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層130是P型半導(dǎo)體層 時(shí)，第二導(dǎo)電型摻雜劑可包括P型摻雜劑如Mg和Zn。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可形成為單 層或多層，但是不限于此。
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第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可包括通過供給包含P型摻雜劑的氣體如NH3、TMGa(或 TEGa)和Mg(CP2Mg)而形成的具有一定厚度的P型GaN層。 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110、有源層120和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可以限定為發(fā)光 結(jié)構(gòu)?？梢栽诘诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層130上形成第三導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，例如N型半導(dǎo)體層或 P型半導(dǎo)體層。因此，發(fā)光結(jié)構(gòu)可包括N-P結(jié)、P-N結(jié)、N-P-N結(jié)和P-N-P結(jié)中的至少一種。
參照圖4和5，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130生長為具有一定的厚度。在第二導(dǎo)電型半 導(dǎo)體層130上形成掩模圖案132。在掩模圖案132上可以以規(guī)則或不規(guī)則的間隔形成多個(gè) 開口區(qū)134。掩模圖案132的開口區(qū)134可具有約l.Oiim至約10iim的直徑。掩模圖案 132的開口區(qū)134之間的間隔可以為約100nm至約100 y m。 再生長第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。例如，P型GaN層可以通過供給包含P型摻雜劑 的氣體如NHpTMGa(或TEGa)禾PMg(C&Mg)而形成為具有一定的厚度。在該情況下，可以調(diào) 節(jié)生長溫度和壓力以形成P型層。因此，利用掩模圖案132的開口區(qū)134形成第一半導(dǎo)體 層135。第一半導(dǎo)體層135可形成為具有三角形或多邊形(例如梯形)垂直截面和圓形或 多邊形(例如六邊形)底面的三維形狀。此外，第一半導(dǎo)體層135的傾斜可具有如圖2所 示相對于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的上表面為約55度至約57度的內(nèi)角e 。
如果在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上形成第一半導(dǎo)體層135，則可以除去掩模圖案 132。 在此處，將按如下描述形成第一半導(dǎo)體層135的方法。有兩種形成第一半導(dǎo)體層 135的示例性方法。在第一方法中，在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可以生長為具有一定厚度之 后，可以利用掩模圖案進(jìn)行干和/或濕蝕刻以形成如上所述的第一半導(dǎo)體層135。在此處， 第一半導(dǎo)體層135可由與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130相同的材料形成，但是不限于此。
在第二方法中，可以在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上形成具有開口區(qū)的非導(dǎo)體層。 非導(dǎo)體層可以利用MgN層實(shí)現(xiàn)，但是不限于此。第一半導(dǎo)體層135可利用非導(dǎo)體層的開口 區(qū)形成。在此處，可以利用Mg和氨(NH3)形成MgN層。MgN層可形成為具有不規(guī)則的圖案。 因此，第一半導(dǎo)體層135可以在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上以不規(guī)則的間隔形成。此后，可 以除去或可以不除去MgN層。由于MgN層是非導(dǎo)體，所以施加到第二電極層的電流可以通 過第一半導(dǎo)體層135供給到第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。 因此，第一半導(dǎo)體層135可以在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上形成為具有不平坦的 形狀。 第一半導(dǎo)體層135可由與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130相同或不同的半導(dǎo)體材料形
成。第一半導(dǎo)體層135可由例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、
GaAs、 GaAsP和AlGalnP中的至少一種形成。第一半導(dǎo)體層135可由具有與第二導(dǎo)電型半
導(dǎo)體層130相同或不同極性的半導(dǎo)體形成。第一半導(dǎo)體層135可由未摻雜的半導(dǎo)體層、摻
雜有第一導(dǎo)電型摻雜劑的半導(dǎo)體層、摻雜有第二導(dǎo)電型摻雜劑的半導(dǎo)體形成。 參照圖6，在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上形成第二電極層150。第二電極層150可
在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的內(nèi)側(cè)區(qū)域或整個(gè)表面上形成，但是不限于此。 第二電極層150可包括歐姆接觸層、反射層和粘合劑層中的至少一種。歐姆接
觸層可包括例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦鋅錫氧化物(IZTO)、銦鋁鋅氧化
物(IAZO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、銦鎵錫氧化物(IGTO)、鋁鋅氧化物(AZO)和銻錫氧化物(AT0)、鎵鋅氧化物(GZO) 、Ir0x、Ru0x、Ru0x/IT0、Ni/Ir0x/Au、Ni/Ir0x/Au/IT0、Pt、Ni、Au、 Rh和Pd中的至少一種。反射層可包括由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf或至 少其中兩種形成的合金形成的層。粘合劑層可包含Ti、 Au、 Sn、 Ni、 Cr、 Ga、 In、 Bi、 Cu、 Ag和
Ta中的至少一種。 第二電極層150可包括種子層。種子層可包括Ti、 Cr、 Ta、 Cr/Au、 Cr/Cu、 Ti/Au、 Ta/Cu和Ta/Ti/Cu中的至少一種。 第二電極層150可形成為具有沿第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的第一半導(dǎo)體層135形 狀的不平坦形狀。第二電極層150的凹部可具有倒錐體形狀，而其突起可具有錐體形狀。
在此處，第二電極層150的凹部可接觸第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130，而其突起可接觸 第一半導(dǎo)體層135。 當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層135是未摻雜的半導(dǎo)體或第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體時(shí)，施加到第二電極 層150的電流可供給到設(shè)置在第一半導(dǎo)體層135之間的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。
當(dāng)在第一半導(dǎo)體層135之間設(shè)置非導(dǎo)體層時(shí)，施加到第二電極層的電流可通過第 一半導(dǎo)體層135供給到第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。 當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層135是第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體時(shí)，施加到第二電極層150的電流可通 過第一半導(dǎo)體層135和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130供給。 此外，可以在第二電極層150和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130之間形成歐姆接觸層 (未顯示)。在形成第二電極層150之前，歐姆接觸層可形成為具有分層形狀或多個(gè)圖案。 歐姆接觸層可包括銦錫氧化物(IT0)、銦鋅氧化物(IZO)、銦鋅錫氧化物(IZT0)、銦鋁鋅氧 化物(IAZO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、銦鎵錫氧化物(IGTO)、鋁鋅氧化物(AZO)和銻錫氧化物 (ATO)、鎵鋅氧化物(GZO) 、 IrOx、 RuOx、 Ru0x/IT0、 Ni/IrOx/Au、 Ni/IrOx/Au/ITO、 Ni/IrOx/ Au和Ni/IrOx/Au/ITO中的至少一種。 參照圖7，導(dǎo)電支撐構(gòu)件160可以形成于第二電極層150上方，并可用作底部襯底。 導(dǎo)電支撐構(gòu)件160可以利用Cu、Au、Ni、Mo、Cu-W和晶圓載具如Si、Ge、GaAs、ZnO、SiC、SiGe 和GaN來實(shí)現(xiàn)。 導(dǎo)電支撐構(gòu)件160可以通過電鍍法形成，或者可以形成為板狀，但是不限于此。導(dǎo)
電支撐構(gòu)件160的厚度可以為約30iim至約150iim，但是實(shí)施方案不限于此。 導(dǎo)電支撐構(gòu)件160的下部可以形成為具有與第二電極層150的不平坦結(jié)構(gòu)匹配的
不平坦結(jié)構(gòu)。 參照圖7和8，在導(dǎo)電支撐構(gòu)件160形成之后，導(dǎo)電支撐構(gòu)件160可以位于底部。 然后，可以通過物理和/或化學(xué)去除法除去襯底101。 通過物理去除法，襯底101可以通過用具有一定范圍波長的激光輻照襯底的激光 剝離法(LLO)分離。在化學(xué)去除法中，在將另一半導(dǎo)體層(例如緩沖層)插入襯底101和 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110之間時(shí)，襯底101可以通過利用濕蝕刻劑分離以除去緩沖層。
在除去襯底101之后，可以在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110的表面上執(zhí)行蝕刻過程如 感應(yīng)耦合等離子體/反應(yīng)離子蝕刻(ICP/RIE)或研磨過程。 第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的第一半導(dǎo)體層135和第二電極層140的不平坦結(jié)構(gòu)可 以增強(qiáng)化合物半導(dǎo)體層(例如130)和第二電極層140之間的粘合強(qiáng)度。因此，甚至當(dāng)輻照 LLO法的激光時(shí)也可以克服化合物半導(dǎo) 層130和第二電極層140之間的剝離。
可以在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110的下表面上通過濕和/或干蝕刻法形成粗糙圖案 115。 然后，在芯片之間的邊界區(qū)(即通道區(qū))上進(jìn)行臺(tái)面蝕刻(mesa etching)之后， 可以將半導(dǎo)體發(fā)光器件100分成單元芯片?？梢栽诘谝粚?dǎo)電型半導(dǎo)體層110的下方形成具 有一定圖案的第一電極170。在此處，用于形成第一電極170的過程可以在臺(tái)面蝕刻之前或 之后，或者半導(dǎo)體發(fā)光器件100分離之后進(jìn)行，但是不限于此。第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110、有 源層120和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可以形成為具有部分被切除的外緣103。然而，臺(tái)面蝕 刻只是用于分開芯片的方法，實(shí)施方案不限于此。 如果通過第一電極170和導(dǎo)電支撐構(gòu)件160將正向電流施加到半導(dǎo)體發(fā)光器件 IOO，則光從有源層120向各個(gè)方向發(fā)射。在該情況下，入射到第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的 第二電極層150和第一半導(dǎo)體層135的光可以通過臨界角的改變來反射。也就是說，可以 改變?nèi)肷涞骄哂胁黄教菇Y(jié)構(gòu)的第二電極層150的光的反射角以被反射。第二電極層150可 以反射其反射角小于允許光發(fā)射的臨界角的光。在該情況下，光可以以大于臨界角的角度 反射，由此提高光的提取效率。 圖9是根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。在第二實(shí)施方案的說 明中，對與第一實(shí)施方案相同的部分的詳細(xì)說明將用第一實(shí)施方案的那些說明替換，并在 此省略。 參照圖9，半導(dǎo)體發(fā)光器件IOOA包括環(huán)繞第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上表面外周的 透光通道層140。 通道層140可沿第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130外周形成為具有連續(xù)或不連續(xù)圖案的 環(huán)、條或火焰形狀。也就是說，通道層140可形成為具有開環(huán)形狀或閉環(huán)形狀。通道層140 的至少一部分可以暴露于發(fā)光結(jié)構(gòu)的通道區(qū)域，并且可以形成為保護(hù)發(fā)光結(jié)構(gòu)的外壁不受 潮或不發(fā)生短路。 通道層140可沿第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的外周形成為具有一定的寬度。通道層 140的內(nèi)側(cè)位于第二電極層150和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130之間，而通道層140的外側(cè)位于 第二電極層150下方。在該情況下，通道層140的外側(cè)暴露于化合物半導(dǎo)體層U0、120和 130的通道區(qū)域103。 通道層140可由透光絕緣材料或透光導(dǎo)電材料形成，并且可包括例如Si02、 SiOx、 SiOxNy、 Si3N4、 A1203、 Ti02、 ITO(銦錫氧化物)、IZO(銦鋅氧化物)、IZTO(銦鋅錫氧化物)、 IAZO (銦鋁鋅氧化物)、IGZO (銦鎵鋅氧化物)、IGTO (銦鎵錫氧化物)、AZO (鋁鋅氧化物)、 ATO(銻錫氧化物)、GZO(鎵鋅氧化物)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au和Ni/IrOx/Au/ ITO中的至少一種。除了上述材料之外，通道層140可使用透光材料或幾乎不被激光碎裂的 材料，但是實(shí)施方案不限于此。 通道層140可允許將導(dǎo)電支撐構(gòu)件160與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130隔開。通道層 140可使半導(dǎo)體制造過程中由激光束產(chǎn)生的金屬材料碎片減至最少。 圖10是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案和一個(gè)對比實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件中 的光功率與注入電流之間的關(guān)系的圖。 參照圖10，當(dāng)半導(dǎo)體發(fā)光器件的注入電流增加時(shí)，實(shí)施方案E2的輸出功率比對比 實(shí)施方案E1的輸出功率增加一定的間距G。在此處，對比實(shí)施方案E1代表第一半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的第二電極層為平坦?fàn)顣r(shí)的情形。
圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝的側(cè)視截面圖。 參照圖ll，發(fā)光器件封裝包括主體部20、主體部20中的第一引線電極31和第二
引線電極32、與第一引線電極31和第二引線電極32電連接的發(fā)光器件100和環(huán)繞發(fā)光器
件100的模制構(gòu)件40。 主體部20可由硅、復(fù)合樹脂或金屬形成，并且可在發(fā)光器件100周圍具有傾斜表 面。 第一引線電極31和第二引線電極32相互電隔離，并且為發(fā)光器件100供電。此 外，第一引線電極31和第二引線電極32可以反射發(fā)光器件100中產(chǎn)生的光，由此提高光效 率。第一引線電極31和第二引線電極32還用于將發(fā)光器件100中產(chǎn)生的熱排放到外部。
發(fā)光器件100可置于主體部20或第一引線電極31和第二引線電極32上方。
發(fā)光器件100可通過電線電連接至第一引線電極31 ，并且可以通過芯片連接(die bonding)電連接至引線電極32。 模制構(gòu)件40環(huán)繞發(fā)光器件100以保護(hù)發(fā)光器件100。此外，模制構(gòu)件40可包含磷 光體以改變從發(fā)光器件100發(fā)出的光的波長。 在根據(jù)本發(fā)明的所述實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片連接至穿過絕緣襯底或生 長襯底的第二引線電極32之后，其被封裝以用作指示設(shè)備、照明設(shè)備和顯示設(shè)備的光源。
在又一實(shí)施方案中，一種用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法包括形成包括第一導(dǎo) 電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層；形成從第二導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層不連續(xù)地突出的第一半導(dǎo)體層；在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第一半導(dǎo)體層上形成第 二電極層；在第二電極層上形成導(dǎo)電支撐構(gòu)件；和在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層下方形成第一電 極。 上述實(shí)施方案中描述的特征、結(jié)構(gòu)和效果并入本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中，但 是不限于僅一個(gè)實(shí)施方案。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地將一個(gè)實(shí)施方案中示出的特 征、結(jié)構(gòu)和效果與另一實(shí)施方案相結(jié)合或?qū)ζ溥M(jìn)行修改。因此，這些組合和修改方案應(yīng)被解 釋為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件或發(fā)光器件封裝可用作顯示設(shè)備、指示設(shè)備 和照明設(shè)備的光源，但是不限于此。 實(shí)施方案可提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，例如LED。
實(shí)施方案可改善半導(dǎo)體發(fā)光器件的電可靠性。
實(shí)施方案可改善垂直型半導(dǎo)體發(fā)光器件的光效率。 實(shí)施方案可將封裝有半導(dǎo)體發(fā)光器件的光源應(yīng)用于照明設(shè)備、指示設(shè)備和顯示設(shè) 備。 實(shí)施方案可改善外量子效率。 實(shí)施方案可增強(qiáng)半導(dǎo)體層和第二電極層之間的粘合強(qiáng)度。
實(shí)施方案可改善半導(dǎo)體發(fā)光器件的可靠性。 雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施方案描述本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)多種其它修改方案和實(shí)施方案，它們也在本公開內(nèi)容的原理的精神和范 圍內(nèi)。更具體地，可以對本公開內(nèi)容、附圖和所附權(quán)利要求中的主題組合布置的組成部件和
12/或布置進(jìn)行各種變化和修改。除了對組成部件和/或布置進(jìn)行變化和修改之外，可替代使 用對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言也是明顯的。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層下方的第一電極；所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層上具有不平坦結(jié)構(gòu)的第二電極層；和所述第二電極層上的導(dǎo)電支撐構(gòu)件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第二電極層的不平坦結(jié)構(gòu)具有三 維形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述 第二電極層之間不連續(xù)地形成的第一半導(dǎo)體層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層以規(guī)則或不規(guī)則的 間隔設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層包含與所述第二導(dǎo) 電型半導(dǎo)體層相同或不同的半導(dǎo)體材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層包括第III-V族元 素的化合物半導(dǎo)體中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層包括第一導(dǎo)電型半 導(dǎo)體、未摻雜的半導(dǎo)體和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體中的至少一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第二電極層的凹部和突起中的至 少其一形成為差導(dǎo)電區(qū)域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第二電極層的不平坦結(jié)構(gòu)具有向 所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層傾斜的突起。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第二電極層的不平坦結(jié)構(gòu)的所 述突起具有相對于所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層成約55度至約57度的傾斜表面。
11. 一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層； 所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層下方的第一電極； 所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層上表面外周周圍的透光通道層； 所述化合物半導(dǎo)體層上的具有不平坦結(jié)構(gòu)的第二電極層；禾口 所述第二電極層上的導(dǎo)電支撐構(gòu)件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所 述第二電極層之間不連續(xù)地形成的第一半導(dǎo)體層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層具有與所述第二 導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相同或不同的極性。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述透光通道層包含Si02、 SiOx、 Si0，y、Si3N4、AlA、Ti02、銦錫氧化物(IT0)、銦鋅氧化物(IZ0)、銦鋅錫氧化物(IZT0)、銦鋁 鋅氧化物(IAZ0)、銦鎵鋅氧化物(IGZ0)、銦鎵錫氧化物(IGT0)、鋁鋅氧化物(AZ0)和銻錫氧 化物(AT0)、鎵鋅氧化物(GZ0) 、 IrOx、 RuOx、 Ru0乂IT0、 Ni/IrOx/Au、 Ni/Ir0x/Au/IT0中的至 少一種。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層具有約O. lym至約2 ii m的厚度和約1. 0 ii m至約10 ii m的最大直徑。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層具有直徑不同的 上部和下部以及傾斜的外周表面。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所 述第二電極層之間包含MgN的非導(dǎo)體層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第二電極層在所述通道層上延伸。
19. 一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層； 從所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層不連續(xù)地突出的第一半導(dǎo)體層； 所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層下方的第一電極； 所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上表面外周周圍的透光通道層； 所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層上的第二電極層；禾口 所述第二電極層上的導(dǎo)電支撐構(gòu)件。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層包括未摻雜的半 導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體中的至少其一。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。所述半導(dǎo)體發(fā)光器件包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層、第一電極、第二電極層和導(dǎo)電支撐構(gòu)件。所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。所述第一電極形成于所述化合物半導(dǎo)體層下方。所述第二電極層形成于所述化合物半導(dǎo)體層上方。所述第二電極層具有不平坦結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)電支撐構(gòu)件形成于所述第二電極層上方。
文檔編號H01L33/38GK101740698SQ20091022476
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者樸炯兆 申請人:Lg伊諾特有限公司