氮化镓系发光二极管器件制造技术

本发明专利技术公开了的一种新型的具有电极直引结构的氮化镓系发光二极管器件，包括：依次层叠第一种半导体载流子注入层，控制发光波长的活化层，第二种半导体载流子注入层，金属线或金属球电极。所述的第二种半导体载流子注入层包括含电流扩展层和不含电流扩展层两种结构。本发明专利技术提供的电极直引结构的氮化镓系发光二极管器件不采用电极焊垫结构，较大幅度地提高了出光效率，生产工艺简单，有利于降低制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件，尤其涉及一种电极直引型氮化镓系发光二极管器件。
技术介绍
当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，以LED (发光二极管)为代表的半导体发光产品，具有节能、环保， 以及光源寿命长、体积小等优点，正吸引着世人的目光。目前氮化镓基发光二极管的常规结构如图1所示包括第一种半导体载流子注入层1，控制发光波长的活化层2，第二种半导体载流子注入层3，金属焊盘4，和作为电极引线的金属线或金属球5。电极的常见做法是在第二种半导体载流子注入层上沉积一层金属焊盘(bond pad)。该金属焊盘通常用来改善半导体层与外部线路的电连接，其起的作用是导入电极与半导体层的欧姆接触(Ohmic contact)，改善芯片器件的电性能。形成金属焊盘的方式一般是将晶片置于转盘上进行蒸镀，蒸镀的材料为Cr、Ni、Pt、Ti等金属，合金后形成欧姆接触，再通过Au、h等高纯金属线或金属球连接外部电路。这样的芯片结构需要导入金属蒸镀工艺和合金工艺，不仅费时，而且还要消耗大量的贵金属，同时还需要额外的光刻工艺来实现焊盘图形。对于水平式正装结构和垂直结构的发光二极管，由于焊盘的面积占整个出光面的20-25%，造成了芯片出光效率的下降。因此，改进氮化镓基发光二极管结构，提高出光效率并降低工艺成本成为本领域研究的热点。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有氮化镓系发光二极管器件结构的电极遮光问题以及电极制备过程中工艺复杂和成本高的问题，提出一种改进的氮化镓系发光二极管器件结构。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种改进结构的氮化镓系发光二极管器件，包括依次层叠的第一种半导体载流子注入层、控制发光波长的活化层、第二种半导体载流子注入层，和金属线或金属球。其中，所述的第二种半导体载流子注入层包括含电流扩展层和不含电流扩展层两种结构。所述的第二种半导体载流子注入层当含有电流扩展层时，所述的电流扩展层可为透明导电层或金属层。本专利技术提出的氮化镓系发光二极管器件具有非常高的发光效果，比现有技术的光通量提高10-20%，同时，具有此结构的氮化镓系发光二极管器件生产工艺更简单，生产成本有较大幅度的下降，具有非常广阔的产业化前景。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作详细的说明，其中 图1是现有结构的氮化镓系发光二极管器件的结构示意图；图2是本专利技术提出的氮化镓系发光二极管器件的结构示意图； 图3是本专利技术第一实施例的结构示意图； 图4是现有正装结构的氮化镓系发光二极管器件的结构示意图； 图5是本专利技术第二实施例的结构示意图； 图6是本专利技术第三实施例的结构示意图； 图7是本专利技术第四实施例的结构示意图。具体实施例方式为了更具体地说明本专利技术，现给出若干实施例。但本专利技术所涉及的内容并不仅仅局限于这些实施例。如图2所示，本专利技术提出的氮化镓系发光二极管器件包括依次层叠的第一种半导体载流子注入层1，控制发光波长的活化层2，第二种半导体载流子注入层3，和用作电极引线的金属线或金属球5。图3为本专利技术的第一实施例。该实施例以水平式正装结构说明本专利技术的结构和方法。所谓正装结构是指η电极和ρ电极均位于发光二极管的同一出光面。首先，通过MOCVD 方法在蓝宝石衬底7上依次生长η型半导体层1(对应第一种半导体载流子注入层)、控制发光波长的活化层2和ρ型半导体层3 (对应第二种半导体载流子注入层)。以上形成正装氮化镓系外延片的方法已为本专利技术所属的
中具有通常知识者所熟悉，故不再详述。参考图3，在外延片之上真空蒸镀电流扩展层(透明导电层)6，厚度为1000-6000 埃，蒸镀温度为100-700°C。电极为Au、Cr、Pt的合金线，通过超声球焊技术键合在透明导电层层上，焊接压力为lO-lOOg，超声频率为ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，温度为50-300°C。当尺寸为1(^23 mil2时，此结构氮化镓系发光二极管封装后测得的光通量相比结构如图4所示的同样尺寸的现有正装结构的氮化镓系发光二极管封装后测得的光通量提高了约20%。图5为本专利技术的第二实施例。该实施例以水平式倒装结构说明本专利技术的结构和方法。所谓水平式倒装结构是指η电极和P电极均位于发光二极管的同一基板焊接面，而非出光面。首先，通过MOCVD方法在硅衬底8 (出光面)上依次生长η型半导体层1、发光层2、ρ 型半导体层3，形成倒装氮化镓系外延片。然后，在外延片之上真空蒸镀Ag的反射层7，厚度为10-1000埃，蒸镀温度为250-500°C。采用的电极为Au、Cr、Ag的合金球5，通过超声球焊技术键合Ag的反射层7上，焊接压力为lO-lOOg，超声频率为ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，温度为50-300°C。 合金球5与基板9连接。图6是本专利技术的第三实施例。该实施例以垂直结构说明本专利技术的结构和方法。所谓垂直结构是指η电极和ρ电极分别位于发光二极管的两个对立面。首先，通过MOCVD方法在碳化硅衬底上依次生长η型半导体层1、发光层2和ρ型半导体层3，形成氮化镓系外延片。然后，通过激光剥离技术去掉碳化硅衬底，并在P型半导体层面键合上一层导电层7 作为P电极。在η面采用的电极为Au、Cr、Pt的合金线，通过超声球焊技术直接键合在η型半导体层上，焊接压力为lO-lOOg，超声频率为ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，温度为50-300°C。当尺寸为1(^23 mil2时，此结构氮化镓系发光二极管经过衬底剥离和封装后的测得的光通量相比同样尺寸的具有η型焊垫结构的氮化镓系发光二极管封装后测得的光通量提高了约11%。图7是本专利技术的第四实施例。该实施例在外延片的η型半导体层1和ρ型半导体层3之上真空蒸镀透明导电层，该层厚度为2000-6000埃，蒸镀温度为250-500°C。采用的电极为Au、Cr、Pt的合金线，通过超声球焊技术键合在透明导电层上，焊接压力为lO-lOOg， 超声频率为IO-IOOKHz，温度为50-300°C。当尺寸为1(^23 mil2时，此结构氮化镓系化合物半导体发光器封装后的测得的光通量相比结构如图4所示的同样尺寸的现有氮化镓系化合物半导体发光器封装后测得的光通量提高了约15%以上。同时，具有此结构的氮化镓系化合物半导体发光器生产工艺更简单，生产成本有较大幅度的下降，具有非常广阔的产业化前景。本专利技术提出的，包括下述步骤通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相沉积(HVPE)等方法得到如图2所示的叠层状器件结构。若引入电流扩展层，则在完成外延生长后蒸镀一层透明的导电层或金属层作为电流扩展层。透明导电层所采用材料为 ITO Gn2O3-SnO2)、AZO(ZnO- Al2O3)、IZO(In2O3-ZnO)、 GZO(Ga2O3-ZnO)、TiTaO2, TiNbO2, ZnO, CT0, Ni 中的一种或几种，金属层采用材料为 Au、Al、 Ag、Cr、Ni、Pt、Ti、Sn、In、Zn、Cd、W、V、Co 中的一种或几种。电流扩展层厚度为 10-100，000 埃，蒸镀温度为50-1000°C。接下来，在电流扩展层上直接打金属线或种金属球，本专利技术所述的金属线或金属球的材料为Au、Al、Ag、Cr、Ni、本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氮化镓系发光二极管器件，其特征在于包括：依次层叠的第一种半导体载流子注入层、控制发光波长的活化层、第二种半导体载流子注入层，和金属线或金属球电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴质朴，马学进，郝锐，
申请(专利权)人：深圳市奥伦德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94