基于ＧａＮ的半导体发光器件及其制造方法技术

一种基于ＧａＮ的半导体发光器件１包括叠层体１０Ａ和在导电衬底３１上形成的第二接合层３３，所述叠层体１０Ａ具有部件层１２并具有由金属制造的第一接合层１４作为最外层，部件层１２包括每一层均由基于ＧａＮ的半导体形成的依次堆叠的ｎ型半导体层、发光层和ｐ型半导体层，所述第二接合层３３适合于将与形成了所述导电衬底３１的侧面相对的其表面接合到所述第一接合层１４，所述第二接合层３３由与所述第一接合层１４相同晶体结构的金属制造并沿所述接合表面的垂直方向和所述接合表面的面内方向呈现出相同的晶体取向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，所述基于GaN 的半导体发光器件具有由基于GaN的半导体形成的部件层。
技术介绍
在近几年，作为用于短波长发光器件的半导体材料，基于GaN的化合 物半导体材料已经引起注意。通过金属有机物化学气相淀积(MOCVD) 方法、分子束外延(MBE)方法等可以将基于GaN的化合物半导体形成 在蓝宝石单晶、各种其它氧化物或III-V族化合物的衬底上。尽管与GaN超过10。/。的晶格常数差异，但蓝宝石单晶衬底是发现的 普遍接受的衬底，因为归因于形成A1N或AlGaN緩冲层，在其上可以形 成良好的氮化物半导体。当使用蓝宝石单晶衬底时，在其上依次堆叠n型 半导体层、发光层和p型半导体层。由于蓝宝石单晶衬底是绝缘体，其部 件结构通常允许存在形成在p型半导体层上的正电极和形成在n型半导体 层上的负电极。存在两种类型，即正装(face-up)系统和倒装芯片系统， 正装(face-up)系统使用例如铟锡氧化物(ITO)的透明电极作为正电极 从p型半导体侧提取光，倒装芯片系统通过使用例如Ag的高反射膜作为正电极从蓝宝石衬底侧提取光。虽然如上所述蓝宝石衬底通常被广泛地接受，但由于其是绝缘体，蓝 宝石衬底存在一些问题。笫一个问题为为了在n型半导体层上形成负电极，通过蚀刻直到暴 露了 n型半导体层为止来去除发光层，用于形成负电极的部分减少了发光 层的面积，由此成比例地降低了输出。第二个问题为由于正电极和负电极都位于衬底的同一表面的一侧上， 会不可避免地沿水平方向发生电流的流动，由此会局部地形成高电流密度 部分，其结果是器件将产生热。第三个问题为由于蓝宝石单晶衬底具有低热导率，不能扩散产生的 热，因此不可避免地会增加器件的温度。为了解决上述问题，公开了用于制造氮化物半导体发光器件的方法， 该方法为通过将导电衬底接合到通过依次在蓝宝石单晶衬底上堆叠n型半 导体层、发光层和p型半导体层而形成的叠层体，然后去除蓝宝石单晶衬 底，并在上侧面和下侧面上设置正电极和负电极(参考日本专利 No.3511970)。导电衬底的接合存在各种问题，例如，掩^的强度和掩^的温度造成 的衬底的热膨胀系数的波动和接合界面的电阻的增加。为了提高接合强度，公开了用于使其晶轴的方向一致后再接合相同的 半导体器件的方法(参考JP-A HEI 6-296040 )。当将该方法应用到基于GaN的半导体发光器件时，需要使用具有沿具 有导电性的单轴方向聚集的所有晶面的单晶或多晶衬底作为#衬底。然 而，当使用硅衬底时，虽然为了提高硅衬底与具有(O(H)取向的基于GaN 的半导体器件的接合特性而使用(lll)面是有利的，但实际上却难以提高 接合特性，因为对应Si (111)面一侧的长度a/V^是3.84A，量值与3.16 A的GaN晶格常数《偏离了 22% 。通常使用MOCVD方法在蓝宝石单晶衬底上形成基于GaN的半导体 发光器件。当在高温(在300。C附近)下使用共晶合金例如AiiSn接合基于GaN的半导体发光器件时，蓝宝石单晶衬底与接合衬底(导电村底)之 间热膨胀系数的巨大差异会导致产生热应力并阻碍了成功地进行接合。关 于该问题，例如，已经公开了选择例如热膨胀系数基本与蓝宝石单晶衬底 相等的Cu-W用于接合衬底的想法(参考JP - A2004 - 266240 )。然而，该方法存在这样的问题，例如，限制了将用于接合衬底的衬底 的种类，和归因于使用了用于接合的共晶金属的取决于温度的易损性。为了避免两种衬底之间的热膨胀系数的差异，已经公开了在标准室温 附近进行接合的方法(参考JP-A2004-337927 )。因为该方法通过例如在标准室温附近的真空中使用惰性气体离子束辐 射来清洁和激活接合表面，其有效地处理了衬底热膨胀系数的问题和接合 界面电阻增加的问题。然而，在基于GaN的半导体发光器件的情况下，单独使用该方法无法 获得足够的接合强度。考虑到通过将导电衬底例如硅衬底接合到由在衬底上堆叠基于GaN 的半导体而产生的叠层体以及随后去除叠层体一侧的衬底来制造基于 GaN的半导体发光器件时的上述情况，获得了本专利技术，并且本专利技术旨在提 供一种，该基于GaN的半导体 发光器件能够提高接合强度并充分降低了在接合界面上的电阻分量。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于GaN的半导体器件作为其 第一方面，所述基于GaN的半导体器件包括叠层体，所述叠层体具有依次 堆叠的n型半导体层、发光层和p型半导体层，每一层均由基于GaN的 半导体形成，并具有由金属制造的第一接合层作为最外层；导电衬底；以 及第二接合层，其形成在所述导电衬底上，适合于将与形成所述导电衬底 的侧面相对的其接合表面接合到所述第 一接合层，所述第二接合层由与所 述第一接合层相同晶体结构的金属制造，并沿所述M表面的垂直方向和 所述接合表面的面内方向呈现出相同的晶体取向。本专利技术的第二方面包括根据所述第一方面的基于GaN的半导体器件， 还包括在所述导电衬底与所述第二接合层之间形成的晶格匹配层。本专利技术的笫三方面包括根据所述第二方面的基于GaN的半导体器件， 其中所述晶格匹配层是由选自Hf、 Mg和Zr的任何一种金属的简单金属 制造，或由选自Hf、 Mg和Zr的两种或更多种金属的合金制造。本专利技术的第四方面包括根据所述第 一到第三方面中的任何一项的基于 GaN的半导体器件，其中所述第一接合层和所述第二接合层具有面心立方 结构并沿所述接合表面的所述垂直方向呈现出(111)的晶体取向。本专利技术的第五方面包括根据第四方面的基于GaN的半导体器件，其中 所述第一接合层和所述第二接合层均由Au、 Ag、 Cu、 Pt、 Pd、 Rh、 Cu 和Ir中的任何一种形成。本专利技术的第六方面包括根据所述第五方面的基于GaN的半导体器件， 其中所述第一接合层和所述第二接合层均由An或An合金形成。本专利技术的第七方面包括根据所述第 一到第三方面中的任何一项的基于 GaN的半导体器件，其中所述第一接合层和所述第二M层均具有六方最 紧密堆积结构和沿所述接合表面的所述垂直方向的(OO'l)的晶体取向。本专利技术的第八方面包括才艮据所述第七方面的基于GaN的半导体器件， 其中所述第一接合层和所述第二接合层均由Ru或Re形成。本专利技术的第九方面包括根据所述第 一到第八方面中的任何一项的基于 GaN的半导体器件，其中所述第一接合层与所述第二接合层的晶格常数差 异在5%以内。本专利技术的第十方面包括根据所述第 一到第九方面中的任何一项的基于 GaN的半导体器件，其中所述导电衬底是由硅单晶形成的硅村底。本专利技术的第十一方面包括根据所述第十方面的基于GaN的半导体器 件，其中所述导电衬底是由硅单晶形成的硅衬底并具有(111)面作为衬底 表面。本专利技术的第十二方面包括根据所述第十一方面的基于GaN的半导体 器件，其中所述第二接合层被直接淀积在所述珪衬底的所述(111)面上。本专利技术的第十三方面包括根据所述第十一方面的基于GaN的半导体 器件，还包括在所述硅衬底与所述第二接合层之间形成的取向调节层。本专利技术的第十四方面包括根据所述第十三方面的基于GaN的半导体 器件，其中所述取向调节层是由Ag或Ag合金形成。本专利技术还提供了一种用于制造基于GaN的半导体发光器件的方法作 为其第十五本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＧａＮ的半导体器件，包括：　叠层体，其具有依次堆叠的ｎ型半导体层、发光层和ｐ型半导体层，每一层均由基于ＧａＮ的半导体形成，并具有由金属制造的第一接合层作为最外层；　导电衬底；以及　第二接合层，其形成在所述导电衬底上，适合于将与形成所述导电衬底的侧面相对的其接合表面接合到所述第一接合层，所述第二接合层由与所述第一接合层相同晶体结构的金属制造，并沿所述接合表面的垂直方向和所述接合表面的面内方向呈现出相同的晶体取向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大泽弘，程田高史，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]