具有高反射欧姆电极的半导体发光器件制造技术

一种半导体发光器件，该器件包括在导电衬底上的多层半导体结构。所述多层半导体结构包括位于所述导电衬底上的第一掺杂半导体层，位于所述第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层，和/或位于所述第一和第二掺杂半导体层之间的MQW有源层。该器件还包括在所述第一掺杂半导体层和所述导电衬底之间的反射欧姆接触层，所述反射欧姆接触层包括Ag和下列材料中的一种Ru、Rh、Pd、Au、Os、Ir、和Pt；加上Zn、Mg、Be、和Cd中的至少一种；以及下列材料中的若干种：W、Cu、Fe、Ti、Ta、和Cr。该器件进一步包括在所述反射欧姆接触金属层和所述导电衬底之间的邦定层，与所述导电衬底连接的第一电极，以及与所述第二掺杂半导体层连接的第二电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体发光器件的设计。更具体而言，本专利技术涉及具有高反射欧 姆电极的半导体发光器件。
技术介绍
期望固态照明引领下一代照明技术。高亮度发光二极管(HB-LED)从用于显示器 件的光源到替代灯泡用于常规照明，其应用的范围逐渐扩大。通常情况下，成本，能效及亮 度是决定LED的商业可行性的三个最主要的衡量标准。LED产生的光线来源于“夹于”受主掺杂层(ρ-型掺杂层)和施主掺杂层(η-型掺 杂层)间的有源区域。当LED被施以正向电压时，载流子，包括来自ρ-型掺杂层的空穴和 来自η-型掺杂层的电子，在有源区域内复合。在直接禁带材料中，这种在有源区域内的复 合过程会释放出光子形式的能量或者是对应材料的禁带能量的光线。依据衬底的选择和半导体层堆叠的设计，LED可形成两种结构，即横向电极(电极 位于衬底的同侧)结构和垂直电极结构(电极位于衬底的背面)。图IA和图IB图分别图 示了这两种结构，其中图IA图示了典型的横向电极LED的横截面视图，图IB图示了典型的 垂直电极LED的横截面视图。图IA和图IB中所示的两种LED包括衬底层102，η-型掺杂 层104，可选的多量子阱(MQW)有源层106，ρ-型掺杂层108，与ρ-型掺杂层连接的ρ-侧电 极110，以及与η-型掺杂层连接的η-侧电极112。垂直电极结构使器件的封装变得更容易。另外，由于电极位于器件的两侧，所以器 件的抗静电释放的能力更强。因此，与横向电极LED相比，垂直电极LED具有更高的稳定性。 对大功率、短波长LED来说这一点尤其重要。为了从大功率、高亮度LED中有效地提取光线，人们通常采用倒装芯片封装技术 来提高光提取效率。这种倒装芯片封装技术采用P-侧电极作为高反射面将光线反射至器 件的另一面。因此光反射体的存在提高了 LED的光提取效率。图2图示了 P-侧电极作为 反射体的倒装芯片封装垂直LED的示范性结构。在图2中，从上至下依次图示了 η-侧电极 202，η型掺杂层204，有源层206，ρ型掺杂层208以及同样作为反射体的ρ-侧电极210。虚 线箭头表示电流方向，向上的短箭头表示光传播方向。应注意的是，与激光器件内的光被导 向传播不同，在LED内发出的光会全方位传播。因此，在器件底部的反射体对提高光提取效 率显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供一种在导电衬底上含有多层半导体结构的半导体器件。 多层半导体结构包括位于导电衬底上的第一掺杂半导体层、位于第一掺杂半导体层上的第 二掺杂半导体层、和/或位于第一和第二掺杂半导体层之间的多量子阱(MQW)有源层。该 器件还包括位于第一掺杂半导体层和导电衬底之间的反射欧姆接触金属层。反射欧姆接触 金属层包括Ag和下列材料中的至少一种Ni、Ru、Rh, Pd、Au、Os和Pt ；加上下列材料中的至少一种Zn、Mg、Cd和Be ；下列材料中的若干种W、Cu、Fe、Ti、Ta和Cr。进一步地，该器 件包括位于反射欧姆接触金属层和导电衬底之间的邦定层，与导电衬底连接的第一电极， 以及在第二掺杂半导体层上的第二电极。在该实施例中的一个变型中，第一掺杂半导体层是ρ-型掺杂半导体层。在该实施例中的另一个变型中，ρ型掺杂半导体层包括杂Mg的GaN。在该实施例的一个变型中，反射欧姆金属层包括下列金属组成中的一种Ag/Pt/ Mg合金和Ag/Pt/ai合金。在该实施例的一个变型中，反射欧姆接触层按重量比含有1-10%的Pt、Ni、Ru、 Rh、Pd、Au、0s和Ir中的一种或多种；0. 001-5%的Zn、Mg、Be和Cd中的一种或多种；0-5% 的W、Cu、Ti、Ta和Cr中的一种或多种。在该实施例的一个变型中，反射欧姆接触层按重量比含有97%的Ag，1. 5%的Pt， 以及1. 5%的Zn。在该实施例的一个变型中，有源层包括下列材料中的至少一种InGaAlN，InGaAlP 禾口 InGaAlAs0在该实施例的一个变型中，导电衬底包括下列材料中的至少一种Si、GaAs, GaP, Cu 禾口 Cr。附图说明图IA图示了典型横向电极LED的横截面视图。图IB图示了典型垂直电极LED的横截面视图。图2图示了利用P-侧电极作为反射体的典型垂直电极LED的横截面视图。图3A图示了根据本专利技术一个实施例具有由沟槽和台面组成的预制图形的部分衬底。图;3B图示了根据一个实施例的预图案化衬底的横截面。图4列出多个图形说明根据一个实施例的具有高反射欧姆电极的发光器件的制 备步骤。具体实施例方式给出以下的描述，以使得本领域技术人员能够制造和使用本专利技术，且这些描述是 在具体应用及其需求的背景下提供的。公开实施例的各种修改对本领域技术人员而言是显 而易见的，且在不离开本专利技术的精神实质和范围的情况下，这里限定的一般原理可以应用 到其它实施例和应用。因而，本专利技术不限于所示出的实施例，而是与权利要求的最宽范围一致。LED制造技术的近期发展使得应用包括AlGaN，InGaN, InGaAlN和GaN的GaN基 III-V化合物半导体作为短波长LED的材料成为可能。这些GaN基LED不仅将LED的发射 光谱拓宽至绿，蓝及紫外区域，而且这些LED可以获得高的发光效率。为了避免电流拥挤问 题和提高光提取效率，必需选择一种高反射材料作为P-侧欧姆电极的接触层。一方面，目前只有几种金属材料，如银(Ag)和铝(Al)，可以对光谱范围在绿光和 紫外范围内光线提供高的反射。然而，对于Ag或Al来说，难以与ρ-型掺杂GaN基化合物半导体如p-GaN，p-AlGaN，p-InGaN，及p-hGaAIN形成良好的欧姆接触。另一方面，可形成具 有上述P-掺杂GaN半导体的低阻抗欧姆接触的金属材料如钼(Pt)，钯(Pd)及镍/金(Ni/ Au)合金，会大大地吸收期望光谱范围内的光线。应注意的是，金属接触越厚，光吸收越强。 因此，期望通过降低欧姆电极的厚度来减少光吸收。尽管如此，金属薄层导致的光吸收会明 显降低光提取效率。此外，吸收的光能常常转化为致使LED温度升高的热能。反过来，温度 的升高可引起光吸收变强和漏电流增加，进而缩短LED的使用寿命，甚至是烧坏LED。研究 已经表明，当LED在大的偏置电压下工作时，电极产生的热能是缩短LED寿命的主要原因之一。最近，研究者们采用了一种利用透明导电氧化物(TCO)材料形成P-侧欧姆电极的 方法。然而，TCO材料不太适合大功率LED，原因是TCO材料相对高的接触阻抗和低的热导 率会导致LED内部的热积聚，而且还会增大LED的漏电流。目前，高反射ρ-电极往往基于Ni/Au/Ag合金，镀Ag TCO及镍/银/钌(Ni/Ag/ Ru)合金。所有这些材料都具有相关的特定缺点。虽然Ni/Au/Ag电极的阻抗相对较低，但是 Au层会强烈地吸收发射出的光。例如，Ni/Au/Ag电极可吸收大约20-30%的波长在460nm 区域的光。如此高的光吸收率大大地降低了 LED的光提取效率。若是期望通过减少Ni/Au 层的厚度来减少光吸收的话，那么就将面临随之而来的由于粘接强度弱引起的不理想的欧 姆接触问题。另一方面，虽然镀Ag TCO电极显示出更高的光提取效率，但是它的热导率低， 容易导致热积聚，因此使LED在被施以高偏置电流时工本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体发光器件，该器件包括在导电衬底上的多层半导体结构，所述多层半导体结构包括位于所述导电衬底上的第一掺杂半导体层，位于所述第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层，和／或位于所述第一和第二掺杂半导体层的多量子阱（ＭＱＷ）有源层，位于所述第一掺杂半导体层和导电衬底之间的反射欧姆接触金属层，其中所述反射接触金属层包括：Ａｇ和下列料材中的至少一种：Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｏｓ和Ｉｒ；Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、和Ｂｅ中的至少一种；下列材料中的若干种：Ｗ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｔａ、和Ｃｒ；在所述反射欧姆接触金属层和所述导电衬底之间的邦定层；与所述导电衬底连接的第一电极；以及在所述第二掺杂半导体层上的第二电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体发光器件，该器件包括在导电衬底上的多层半导体结构，所述多层半导 体结构包括位于所述导电衬底上的第一掺杂半导体层，位于所述第一掺杂半导体层上的第 二掺杂半导体层，和/或位于所述第一和第二掺杂半导体层的多量子阱(MQW)有源层，位于 所述第一掺杂半导体层和导电衬底之间的反射欧姆接触金属层，其中所述反射接触金属层 包括:Ag和下列料材中的至少一种Pt、Ni、Ru、Rh、Pd、Au、Os和Ir ；Zn、Mg、Cd、和Be中的 至少一种；下列材料中的若干种W、Cu、Fe、Ti、Ta、和Cr ；在所述反射欧姆接触金属层和所 述导电衬底之间的邦定层；与所述导电衬底连接的第一电极；以及在所述第二掺杂半导体 层上的第二电极。2.根据权利要求1的半导体发光器件，其特征在于所述第一掺杂半导体层是P-型掺杂 半导体层。3.根据权利要求2的半导体发光器件，其特征在于所述ρ-型掺杂半导体层包括掺杂 Mg 的 GaN04.根据权利要求1的半导体发光器件，其特征在于所述反射欧姆接触金属层包括下列 金属组成的一种Ag/Pt/Mg和Ag/Pt/Si。5.根据权利要求1的半导体发光器件，其特征在于所述反射欧姆接触层按重量比包 括:1-10%的 Pt、Ni、Ru、Rh、Pd、Au、Os 和 Ir 中的一种或多禾中；0. 001-5%的 Zn、Mg、Be 和 Cd中的一种或多种；0-5%的W、Cu、Ti、Ta和Cr中的一种或多种。6.根据权利要求1的半导体发光器件，其特征在于反射欧姆接触层按重量比包括 97%的 Ag，1.5%的 Pt，和 1.5%的 Zn。7.根据权利要求1的半导体发光器件，其特征在于所述MQW有源层包括下列材料中的 至少一种InGaAlN，hGaAlP，和 IaGaAlAs。8.根据权利要求1的半导体发光器件，其特征在于所述导电衬底包括下列材料中的至 少一种Si5、GaAs、GaP、Cu、和 Cr。9.一种制造半导体发光器件的方法，该方法包括在生长衬底上生长多层半导体结 构，其中所述多层半导体结构包括第一掺杂半导体层，第二掺杂半导体层，和/或多量子阱 (MQff)有源层；在所述第一掺杂半导体层上形成反射欧姆接触金属层，其中所述反射欧姆 接触金属层包括Ag和...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤英文，王立，江风益，
申请(专利权)人：晶能光电江西有限公司，
类型：发明
国别省市：36