制备发光器件晶片的方法及其发光器件技术

本发明专利技术可得到一种具有蓝光亮度更高的发光器件。在ＧａＡｓ衬底（８）上形成氮化镓复合层（９），然后至少部分去除ＧａＡｓ衬底（８）以形成发光器件。由于去除了ＧａＡｓ衬底（８），与全部保留ＧａＡｓ衬底（８）的情况相比，光吸收减少。这样，可以得到蓝光亮度更高的发光器件。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及蓝或蓝绿光。最近几年，GaN发光器件很受重视。在这些发光器件中，特别是使用兰宝石作衬底的器件已经工业化。但是，由于兰宝石为绝缘衬底，很难在其下部形成金属电极。所以，为了形成金属电极，必须用刻蚀从兰宝石衬底上面提取氮化物混晶，这样导致复杂的制备步骤和高成本。而且由于兰宝石不能解理，因而不能形成激光二极管所需的由解理面构成的反射器。为此，通常已提出发光器件使用砷化镓(GaAs)衬底来代替存在这些缺点的兰宝石衬底。例如，日本专利特许公开8-181070(1996)公开了这种发光器件。但是，使用GaAs衬底的这种发光器件对蓝光等短波长光有很大的吸收。因此，通过GaAs衬底的光被吸收，导致整个发光器件的亮度不希望地降低。通常，决定发光器件亮度的因素包括从发光器件的出光部位出光进入空气中的出光效率。该出光效率由取决于晶体中的光反射和晶体中的光吸收的因素来决定。然而，当使用GaAs作衬底时，后一因素即光吸收系数(cm-1)在光能量大于1.48eV时超过10,000，即超过通常的兰宝石衬底吸收系数100倍。因此，和兰宝石衬底相比GaAs衬底具有吸收较强的缺点。本专利技术的一个目的是提供一种发光器件和亮度更高的发光器件的晶片。本专利技术的另一个目的是用一种制备发光器件的晶片的方法容易地制备亮度更高发光器件的晶片。根据本专利技术的一个方案，在制备发光器件的晶片的方法中，在砷化镓(GaAs)衬底上形成氮化镓复合层。在氮化镓复合层形成后，至少部分去除砷化镓衬底。由于至少部分去除了砷化镓衬底，和保留整个砷化镓衬底的情况相比，砷化镓衬底的光吸收减少。相应地，能容易地制备亮度更高的发光器件的晶片。氮化镓复合层可以包括GaN缓冲层和GaN外延层，所以GaAs衬底可以全部去除。在这种情况下，GaN缓冲层和GaN外延层的总厚度较好设置为至少70μm但不超过400μm，并且GaN缓冲层和GaN外延层构成GaN衬底。可以用机械加工去除方法、使用氯气(Cl2)的反应离子刻蚀去除方法、用氨和过氧化氢的湿法腐蚀去除方法、和在氯化氢(HCl)的高温气氛中分解去除的方法中至少一种方法去除砷化镓衬底。另外，氮化镓复合层可以包括氮化镓(GaN)缓冲层、第一GaN外延层、第一氮化铝镓(AlGaN)外延层、含氮化铟镓(InGaN)的发光层、第二氮化铝镓(AlGaN)外延层、第二GaN外延层。在这种情况下，氮化镓复合层可以具有至少70μm但不超过200μm的厚度，以便完全去除砷化镓衬底。或者，氮化镓层可以具有至少1μm但不超过70μm的厚度，以便部分去除砷化镓衬底。形成氮化镓层的步骤可以括以下步骤在GaAs衬底上形成由绝缘薄膜组成的条形图形，然后形成由GaAs衬底上的GaN或AlN构成的缓冲层和条形图形，并在缓冲层上形成GaN外延层，同时，至少部分去除GaAs衬底的步骤可以包括完全去除GaAs衬底。由于使用由绝缘薄膜组成的条形图形，所以可以改善形成的缓冲层和GaN外延层的结晶性。最好用二氧化硅或氮化硅制备绝缘薄膜。绝缘薄膜较好具有至少3μm但不超过20μm的宽度、和至少0.05μm但不超过0.5μm的厚度。根据本专利技术的另一方案，发光器件的晶片包括GaN衬底，该衬底包括GaN缓冲层和GaN外延层。GaN缓冲层和GaN外延层的总厚度至少为70μm但不超过400μm。在根据该方案的发光器件的晶片中，包括GaN缓冲层和GaN外延层的GaN衬底具有很多用途。例如，GaN衬底可作为激光二极管的衬底。由于在GaN缓冲层下不存在其他衬底，通过在激光器单元的芯片端面解理形成的反射面非常光滑，由此可以改善激光器的特性。根据本专利技术的又一方案的发光器件包括砷化镓衬底和氮化镓复合层。砷化镓衬底具有一个主表面。氮化镓复合层形成在砷化镓衬底的主表面上，并包括兰或兰-绿发光层。该氮化镓复合层包括氮化镓缓冲层、第一GaN外延层、第一氮化铝镓外延层、含铟氮化镓的发光层、第二氮化铝镓外延层、及第二GaN外延层。另外，部分去除砷化镓衬底以暴露氮化镓复合层的表面。在根据该方案的发光器件中，通过部分去除砷化镓衬底以暴露氮化镓复合层的表面，由此和砷化镓衬底全部保留的情况相比，对应蓝光的短波长光的吸收量减小。这样，可以得到亮度更高的发光器件。在这种情况下，形成发光器件的氮化镓复合层的厚度较好设置为至少1μm但不超过70μm。下面结合附图，详细描述本专利技术的其他目的、特征、方案和优点。图1A是表示根据本专利技术第一实施例的发光器件的剖面图，图1B是图1A所示发光器件的底视图；图2是表示根据本专利技术第一或第二实施例的制备发光器件的外延晶片的工艺的剖面图；图3是表示根据本专利技术第二实施例的发光器件的剖面图；图4是表示根据本专利技术第三实施例的制备发光器件的外延晶片的工艺的剖面图；图5是表示根据本专利技术第三实施例的发光器件的剖面图；图6是用来形成根据本专利技术的复合半导体外延层的汽相淀积装置的结构示意图。下面参考附图说明本专利技术的实施例。实施例一如图1A和1B所示根据本专利技术第一实施例的发光器件，在GaAs衬底8的表面上形成氮化镓化合物的氮化物混晶层9，在GaAs衬底8的另一面形成金属电极7b。另外，在氮化物混晶层9的上表面形成金属电极7a。氮化物混晶层9包括六层氮化镓缓冲层1、n型GaN外延层2、n型AlGaN外延层3、InGaN发光层4、p型AlGaN外延层5、p型GaN外延层6。该氮化物混晶层9具有双异质结构，即InGaN发光层4的两个表面置于作为限制层的AlGaN外延层3和5之间。另外，n型和p型GaN外延层2和6作为刻蚀步骤的保护膜。与作为限制层的n型和p型AlGaN外延层3和5相比，n型和p型GaN外延层2和6具有更好的抗蚀性能。根据本专利技术的第一实施例。部分去除GaAs衬底8以暴露去除部分上的GaN缓冲层1的表面。在GaAs衬底8的未去除部分10的表面上形成金属电极7b。由于在第一实施例中部分去除了GaAs衬底8，所以，与具有整个表面的GaAs衬底的常规发光器件相比，GaAs衬底8吸收的光减少。这样，便可以得到比现有技术的发光器件亮度更高的发光器件。根据本专利技术的第一实施例，氮化物混晶层9的厚度设置为至少1μm不超过70μm。以较小厚度这样形成氮化物混晶层9，是因为可以用GaAs衬底8的未去除部分10来保持机械强度。因此，根据第一实施例，可以以低成本提供使用较薄的氮化物混晶层9的发光器件。GaAs衬底8的未去除部分10所形成的最小面积必须保证不防碍发光区。除了GaN外延层2和6，形成氮化物混晶层9的每一层皆具有0.1μm到0.2μm的小的厚度。因此，实际上，氮化物混晶层9的厚度基本上和GaN外延层2和6的总厚度相同。因此，为了增加氮化物混晶层9的厚度，可以增加GaN外延层2和6的厚度。为了增加强度，还可以有效增加n型和p型AlGaN外延层3和5的厚度，AlGaN外延层3和5用作夹住InGaN发光层4的限制层。下面参照图2和6，来说明制备用于图1A和1B所示的、根据本专利技术第一实施例发光器件的半导体外延晶片的工艺。首先，参照图6说明通过金属有机氯化物汽相外延(MOCVPE)制备外延晶片的汽相淀积装置。该装置包括具有第一和第二进气口51和52以及排气口53的反应腔54，和用来从整个反应腔54外部加热该腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备发光器件晶片的方法，该方法包括下列步骤： 在ＧａＡｓ衬底（８）上形成氮化物复合层（９）；和 在形成所述氮化物复合层后，至少部分去除所述ＧａＡｓ衬底。

【技术特征摘要】
JP 1997-5-13 122378/97;JP 1996-5-31 137332/961.一种制备发光器件晶片的方法，该方法包括下列步骤在GaAs衬底(8)上形成氮化物复合层(9)；和在形成所述氮化物复合层后，至少部分去除所述GaAs衬底。2.如权利要求1的制备发光器件晶片的方法，其特征为所述氮化物复合层包括GaN缓冲层和GaN外延层，所述GaAs衬底全部去除。3.如权利要求2的制备发光器件晶片的方法，其特征为所述GaN缓冲层和所述GaN外延层的总厚度至少为70μm但不超过400μm，所述GaN缓冲层和所述GaN外延层构成GaN衬底。4.如权利要求1的制备发光器件晶片的方法，其特征为用机械加工去除方法、使用氯气(Cl2)的反应离子刻蚀去除方法、用氨和过氧化氢的湿法腐蚀方法、和在氯化氢(HCl)的高温气氛中分解去除的方法中至少一种方法去除所述GaAs衬底。5.如权利要求1的制备发光器件晶片的方法，其特征为所述氮化物复合层包括GaN缓冲层(1)、第一GaN外延层(2)、第一AlGaN外延层(3)、InGaN发光层(4)、第二AlGaN外延层(5)、第二GaN外延层(6)。6.如权利要求5的制备发光器件晶片的方法，其特征为所述氮化镓复合层(9)具有至少为70μm但不超过200μm的厚度，所述GaAs衬底全部去除。7.如权利要求5的制备发光器件晶片的方法，其特征为所述氮化镓复合层(9)具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：元木健作，嶋津充，三浦祥纪，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]