CN100380692C - 磷化硼基半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磷化硼基半导体发光器件，包括：晶体衬底；第一半导体层，在所述晶体衬底上形成，所述第一半导体层包括发光层，用作基层并具有第一区域和不同于所述第一区域的第二区域；磷化硼基半导体非晶层，在所述第一半导体层的所述第一区域上形成，所述磷化硼基半导体非晶层包括高电阻磷化硼基半导体非晶层或导电类型与所述第一半导体层的导电类型相反的第一磷化硼基半导体非晶层；焊盘电极，在所述高电阻或相反导电类型磷化硼基半导体非晶层上形成，用于建立引线焊接；以及导电磷化硼基晶体层，在所述第一半导体层的所述第二区域上形成，所述导电磷化硼基晶体层可选地延伸到所述磷化硼基半导体非晶层的部分，其中在所述焊盘电极的底部上方的所述焊盘电极的部分处，所述焊盘电极与所述磷化硼基半导体晶体层相接触。

Description

磷化硼基半导体发光器件及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请是基于35 U.S.C.§111(a)提交的申请，根据35 U.S.C.§119(e)(1)，要求根据35 U.S.C.§111(b)于2003年1月10日提交的临时申请60/438,997的优先权。

技术领域

本发明涉及磷化硼基半导体发光器件及其制造方法，该器件可以获得高发射强度并装配有具有用于有效提供宽发射区域的结构的焊盘电极。

背景技术

最近几年，公开的制造发光器件的技术有，例如来自由磷化硼(化学式：BP)形成的层的发光二极管(简写为LED)和激光二极管(简写为LD)，磷化硼是一种III-V族化合物半导体(参见，例如，美国专利6,069,021)。磷化硼基半导体倾向于形成P-型导电层，因为空穴的有效质量比电子的有效质量小(参见，例如，日本专利申请公开号2-288388)。最近，公开了一种发光器件，具有用作电极形成层(接触层)的P-型磷化硼层，用于形成欧姆电极(参见，例如，日本专利申请公开号10-242567)。

具体地，从由金(元素符号：Au)-锌(元素符号：Zn)合金(参见上面的日本专利申请公开号2-288388)构成的单层制造常规P-型电极，这样形成该P-型电极以获得与P-型磷化硼接触层的接触，该P-型磷化硼接触层设置在由III族氮化物半导体构成的发光层上。通常，在常规磷化硼基半导体发光器件中，具有一个电极也用作用于形成引线焊接的焊盘电极，并设置在磷化硼层上，这样形成该焊盘电极以获得与P-型或N-型磷化硼层表面的接触(参见，例如，日本专利申请公开号10-242567)。

然而，使用其中使电极底部与N-型或P-型导电磷化硼层的表面接触的常规构造，不能完全解决这样的问题，其中用于驱动发光器件提供的电流(即器件工作电流)，以短路方式从电极底部流入下面的层。因此，在通过在发光层上提供以形成电极的磷化硼晶体层从其中引出发射光的LED中，出现这样的问题，不能获得在发光区域中器件工作电流的广泛扩散。因此，当前不能通过增加发光区域完全获得磷化硼基半导体发光器件发射强度的增加。

为了克服背景技术提及的上述缺点，本发明提供一种焊盘电极的构造，用于在发射区域的宽范围内有效地扩散器件工作电流。因此，本发明的一个目的是，提供具有该焊盘电极的磷化硼基半导体发光器件。本发明的另一个目的是，提供制造该磷化硼基半导体发光器件的制造方法。

发明内容

因此，为了获得上述目的，本发明提供了以下方案。

(1)一种磷化硼基半导体发光器件，包括：

晶体衬底；

第一半导体层，在所述晶体衬底上形成，所述第一半导体层包括发光层，用作基层并具有第一区域和不同于所述第一区域的第二区域；

磷化硼基半导体非晶层，在所述第一半导体层的所述第一区域上形成，所述磷化硼基半导体非晶层包括高电阻磷化硼基半导体非晶层；

具有多层结构的焊盘电极，在所述高电阻磷化硼基半导体非晶层上形成，用于建立引线焊接；以及

导电磷化硼基晶体层，在所述第一半导体层的所述第二区域上形成，所述导电磷化硼基晶体层可选地延伸到所述磷化硼基半导体非晶层的部分，

其中在所述焊盘电极的底层上方的所述焊盘电极的部分处，所述焊盘电极与所述导电磷化硼基晶体层相接触。

(2)一种磷化硼基半导体发光器件，包括：

晶体衬底；

第一半导体层，在所述晶体衬底上形成，所述第一半导体层包括发光层，用作基层并具有第一区域和不同于所述第一区域的第二区域；

磷化硼基半导体非晶层，在所述第一半导体层上的所述第一区域上形成，所述磷化硼基半导体非晶层包括导电类型与所述第一半导体层的导电类型相反的第一磷化硼基半导体非晶层；

具有多层结构的焊盘电极，在所述第一磷化硼基半导体非晶层上形成，用于建立引线焊接；以及

导电磷化硼基晶体层，在所述第一半导体层的所述第二区域上形成，所述导电磷化硼基晶体层可选地延伸到所述磷化硼基半导体非晶层的部分，

其中在所述焊盘电极的底层上方的所述焊盘电极的部分处，所述焊盘电极与所述导电磷化硼基晶体层相接触。

(3)如上述(1)或(2)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体非晶层具有多层结构，所述多层结构由第一磷化硼基半导体非晶层和具有高电阻的第二磷化硼基半导体非晶层构成，所述第一磷化硼基半导体非晶层与所述第一半导体层相接触并具有与所述第一半导体层的导电类型相反的导电类型，所述第二磷化硼基半导体非晶层在所述第一磷化硼基半导体非晶层上形成。

(4)如上述(1)至(3)中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体非晶层由未掺杂磷化硼基半导体构成。

(5)如上述(3)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中构成所述磷化硼基半导体非晶层的多层结构的所述两个磷化硼基半导体非晶层，由未掺杂磷化硼基半导体构成。

(6)如上述(1)至(5)中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分，由能够与所述导电磷化硼基晶体层形成欧姆接触的材料构成。

(7)如上述(6)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中由能够与所述导电磷化硼基晶体层形成欧姆接触的材料构成的所述焊盘电极的所述部分，延伸到所述导电磷化硼基晶体层上。

(8)如上述(6)或(7)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述焊盘电极具有底部，所述底部由能够与所述磷化硼基半导体非晶层形成非欧姆接触的材料构成。

(9)如上述(1)至(8)中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述焊盘电极具有底部和欧姆电极部分，所述底部在所述磷化硼基半导体非晶层上，所述欧姆电极部分在所述底部上并具有与所述底部的平面形状的中心一致的中心。

(10)如上述(9)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述焊盘电极的所述欧姆电极部分具有比所述焊盘电极的所述底部的平面区域大的平面区域。

(11)如上述(10)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述焊盘电极的所述欧姆电极部分延伸到所述导电磷化硼基晶体层的表面上。

(12)如上述(1)和(3)至(11)中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述高电阻磷化硼基半导体非晶层具有10Ω·cm或更高的电阻率。

(13)如上述(12)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述高电阻磷化硼基半导体非晶层具有100Ω·cm或更高的电阻率。

(14)如上述(1)至(13)中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体选自：B_αAl_βGa_γIn_1-α-β-γP_1-δAs_δ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α＋β+γ≤1，0≤δ＜1)和B_αAl_βGa_γIn_1-α-β-γP_1-δN_δ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)。

(15)如上述(1)至(13)中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体选自：单磷化硼(BP)，磷化硼镓铟(组分公式：B_αGa_γIn_1-α-γP：0＜α≤1，0≤γ＜1)，或混合晶体化合物磷氮化硼(组分公式：BP_1-δN_δ：0≤δ＜1)或磷砷化硼(组分公式：B_αP_1-δAs_δ：0≤δ＜1)。

(16)如上述(6)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述导电磷化硼基晶体层是p-型导电层，且与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分选自：Au-Zn和Au-Be。

(17)如上述(6)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述导电磷化硼基晶体层是n-型导电层，且与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分选自：Au-Ge，Au-Sn和Au-In。

(18)如上述(8)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体非晶层是p-型导电层，且与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分选自：Au-Ge，Au-Sn，Au-In，Ti，Mo，V，Ta，Hf和W。

(19)如上述(8)所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体非晶层是p-型导电层，且与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分选自：Au-Zn，Au-Be，Au-In，Ti，Mo，V，Ta，Hf和W。

(20)一种制造磷化硼基半导体发光器件的方法，包括：

通过气相生长在晶体衬底上形成包括发光层的第一半导体层；

在晶体衬底温度落入250℃至1200℃范围内的条件下，通过采用所述第一半导体层作为基层的气相生长，沉积具有高电阻或导电类型与所述基层的导电类型相反的磷化硼基半导体非晶层；

选择性地除去所述磷化硼基半导体非晶层，从而使所述磷化硼基半导体非晶层在第一区域中保留，并在不同于所述第一区域的第二区域中暴露所述第一半导体层；

在晶体衬底温度落入750℃至1200℃范围内的条件下，通过气相生长，在所述暴露的第一半导体层和所述磷化硼基半导体非晶层上，沉积导电磷化硼基晶体层；

选择性地除去在所述第一区域中的所述导电磷化硼基晶体层，从而暴露所述磷化硼基半导体非晶层；

在所述暴露的磷化硼基半导体非晶层上形成用于建立引线焊接的焊盘电极，从而使所述焊盘电极与所述导电磷化硼基晶体层相接触；以及

随后，切割所述形成的结构，从而形成分立的发光器件。

(21)如上述(20)所述的制造磷化硼基半导体发光器件的方法，还包含除去在将要提供所述焊盘电极的所述第一区域中存在的所述导电磷化硼基晶体层，并同时除去在提供用于将所述结构切割并分离为分立发光器件的条形切割线的区域中存在的所述导电磷化硼基晶体层，从而暴露下面的所述磷化硼基半导体非晶层的表面。

附图说明

图1是实例1中提及的LED的截面示意图。

图2是实例2中提及的LED的平面示意图。

图3是实例2中提及的LED的截面示意图。

具体实施方式

形成非晶层和导电晶体层的磷化硼基半导体是指包括硼(元素符号：B)和磷(元素符号：P)的半导体。特定实例包括B_αAl_βGa_γIn_1-α-β-γP_1-δAs_δ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α＋β+γ≤1，0≤δ＜1)和B_αAl_βGa_γIn_1-α-β-γP_1-δN_δ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)。更具体地说，所述半导体是单磷化硼(BP)，磷化硼镓铟(组分公式：B_αGa_γIn_1-α-γP：0＜α≤1，0≤γ＜1)，或混合晶体化合物包括多个V族元素种类例如磷氮化硼(组分公式：BP_1-δN_δ：0≤δ＜1)或磷砷化硼(组分公式：B_αP_1-δAs_δ：0≤δ＜1)。特别是，单磷化硼(BP)是磷化硼基半导体混合晶体的主要成分。当使用在室温下带隙宽度为2.8至3.4ev的BP作为主要成分时，可以形成具有宽带隙的磷化硼基非晶或晶体层。当使用具有3.0ev带隙的磷化硼基晶体层时，适合在发光部分中形成势垒层，该势垒层包括具有如2.7ev带隙的III族氮化物半导体，或适合形成允许发射光传输到外面的窗口层。

可以通过使用如下的气相生长法形成非晶或晶体磷化硼基半导体层，卤化法(参见，“Journal of the Japanese Association for Crystal Growth”Vol.24，No.2，(1997)，p.150)，氢化法(参见，J.Crystal Growth，24/25(1974)，p.193-196)，或分子束外延(参见，J.Solid State Chem.，133(1997)，p.269-272)。可选地，所述半导体层可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)进行气相生长(参见，Inst.Phys.Conf.Ser.，No.129(IOP Publishing Ltd.(UK，1993)，p.157-162)。在这些方法中，MOCVD是用于在低温下气相生长非晶层特别有利的方法，因为容易分解的物质如三乙基硼(化学式：(C₂H₅)₃B)可用作硼源。当通过使用以上任意一种气相生长法形成由磷化硼基半导体构成的非晶层时，生长温度优选控制在1200℃或更低。当生长温度高于1200℃时，抑制了从单磷化硼(BP)产生的非晶磷化硼基半导体层的生长，因为产生了如B₁₃P₂的多硼物质。另一方面，所述生长温度优选控制在250℃或更高，因为形成非晶磷化硼基半导体层的元素(构成元素)的源可以在气相生长区充分热分解，从而促进层形成。通常，当使用高于1000℃的气相生长温度时，倾向于形成具有P型导电类型的非晶或晶体半导体层，反之，在生长温度低于1000℃时，形成具有N型导电类型的类似非晶或晶体半导体层。

为了通过使用上述气相生长法有效地形成非晶磷化硼基半导体层，所谓的V/III比被基本上控制在0.2至50的范围内。V/III比可以通过所有V族元素的浓度与所有III族元素的浓度的比率来描述，这些元素被供给到进行磷化硼基半导体层的生长的区域(生长区)。当V/III比被控制到很低水平，即小于0.2时，就会产生相当数量的球形富硼(B)颗粒，从而不希望地不能成功获得具有平整表面的非晶层，反之当V/III比超过50时，可能形成不希望的多晶磷化硼基半导体层。这两种情形都不适于成功地形成非晶层。在本发明中，术语“晶体层”是指任何由单晶形成的层，由非晶部分和单晶部分形成的多晶层，以及包含晶体取向互不相同的单晶的多晶层。磷化硼基晶体层可以在100或更高的V/III比下成功地形成，V/III比更优选在500至2,000之间。当V/III比高于2,000时，产生包括如磷的V族元素的沉淀物，导致难以提供平整表面的磷化硼基半导体晶体层，这不是优选的。可以通过常规的电子束衍射或X射线衍射技术来确定形成的层是非晶，多晶还是单晶。

优选通过如下制造在用作基层的气相生长半导体层上形成的磷化硼基半导体非晶层：具有高电阻率的高电阻非晶层；导电类型与用作基层的半导体层相反(相异)的非晶层；或者由非晶层形成多层结构。高电阻非晶层优选在室温下具有10Ω·cm或更高的电阻率，更优选为10²Ω·cm或更高。“导电类型与基层导电类型相反”的表述是指，例如，当基层是n型时为p型。非晶层优选形成于例如由氮化镓铟(组分公式：Ga_xIn_1-xN：0≤x≤1)组成的发光层上，或者由氮化铝镓(组分公式：Al_xGa_1-xN：0≤x≤1)组成的覆盖势垒层上，用作基层。为了方便，具有高电阻的非晶层是指“高电阻非晶层”，而导电类型与基层导电类型相反的非晶层是指“相反导电类型非晶层”。一个基本要求是高电阻非晶层或相反导电类型非晶层提供在焊盘电极底部之下，即提供在焊盘电极的凸出区域中，该焊盘电极设置在发光层或势垒层之上。在其中焊盘电极提供在高电阻非晶层上从而焊盘电极的底部与非晶层接触的结构中，高电阻非晶层用作电阻器，该电阻器抑制了器件工作电流以短路方式从焊盘电极的底部流入下面的发光层。在其中焊盘电极提供在导电类型与基层导电类型相反的非晶层上从而焊盘电极的底部与非晶层接触的结构中，导电非晶层与基层形成pn结结构，并抑制了器件工作电流以短路方式从焊盘电极的底部流入下面的发光层。将要形成高电阻非晶层或相反导电类型非晶层的区域(第一区域)不必与形成焊盘电极底部的区域(第三区域)一致，以及第一区域是有效的，只要该区域包括焊盘电极底部的至少一部分(焊盘电极的凸出区域)。然而，优选在限于焊盘电极的凸出区域或凸出区域周围的区域中，提供形成用于抑制器件工作电流的pn结的相反导电类型非晶层或高电阻非晶层。当在焊盘电极的凸出区域形成高电阻非晶层或相反导电类型非晶层时，阻止了器件工作电流以短路方式从焊盘电极的底部流入下面的发光层，从而可以阻止在用焊盘电极覆盖的发光层的区域出现发光。另一方面，为了在基层中获得充分且均匀的器件工作电流，在不同于上述第一区域(第二区域)中形成的导电晶体层优选与基半导体层在宽范围内接触。如果在不同于焊盘电极的凸出区域的区域(第二区域)中在宽范围内，例如，在发光层的整个表面上提供高电阻非晶层或相反导电类型非晶层，器件工作电流不能在发光层中充分并均匀地流动，从而阻止了高发射强度LED的形成。

此外，当通过层叠高电阻非晶层和导电类型与基层相反的非晶层制造磷化硼基半导体非晶层时，更有效地阻止了上述器件工作电流以短路方式的流动。优选，在基层上提供相反导电类型非晶层，并接着在相反导电类型非晶层上形成高电阻非晶层，因为可以通过高电阻非晶层的调节有效地减小器件工作电流流入相反导电类型非晶层和基层之间的pn结的结部分。

在提供焊盘电极底部的区域中，高电阻非晶层适合具有2nm或更大的厚度，以用非晶层均匀地覆盖基层的表面。相反导电类型非晶层优选具有50nm或更大的厚度，以通过隧道效应抑制载流子迁移到基层。高电阻非晶层或相反导电类型非晶层的厚度优选不超过200nm，因为在下面提到的欧姆电极和磷化硼基半导体晶体层的表面之间的能级差增加，从而抑制了形成与磷化硼基半导体晶体层具有良好接合性能的电极。

底部与相反导电类型非晶层或高电阻非晶层接触的焊盘电极可以用以下方法形成。首先，在基层上生长相反导电类型非晶层或高电阻非晶层，随后有选择地除去在包括形成焊盘电极区域的第一区域中存在的相反导电类型非晶层的部分或高电阻非晶层的部分。其次，生长导电磷化硼晶体层，并除去在其中形成焊盘电极的区域中存在的导电磷化硼基晶体层的部分，从而暴露相反导电类型非晶层或高电阻非晶层的表面。其后，在非晶层的如此暴露的表面上，沉积适合形成焊盘电极底部的材料。可以通过蚀刻除去磷化硼基半导体非晶层和磷化硼基晶体层；例如，通过常规的氯(元素符号：Cl)等离子体蚀刻技术。为了选择性地保留在焊盘电极下面的区域中的相反导电类型或高电阻非晶层，可以采用常规的光刻技术。在提供焊盘电极的有限表面区域中，优选通过基于常规光刻技术的选择性构图技术提供焊盘电极的底部。甚至当这样形成焊盘电极从而其底部与相反导电类型或高电阻非晶层的任意表面相接触时，所述底部可以抑制器件工作电流以短路方式流入与底部的凸出区域相对应的下面的发光层。另外，可以优先将器件工作电流供给到除了阻止光发射到外面的焊盘电极的凸出区域的发光区域。因而，这样的构造适合于形成例如高发射强度LED。

当由没有有意添加杂质的层，即未掺杂层形成非晶层时，有效地防止了用作基层的发光层或势垒层的电或结晶的不希望的调节。在常规叠层结构中，其中在n-型发光层上提供有意掺杂镁(元素符号：Mg)的氮化镓(GaN)层，可以通过提供这样的未掺杂层来阻止由用作p-型杂质的镁(Mg)的热扩散引起的发光层电阻的增加。在量子阱结构中包括的发光层中，提供这样的未掺杂层可以阻止势垒层和阱层之间的异质结界面的无序程度的增加。磷化硼基半导体非晶层的电导率可以通过改变形成该层的气相生长温度(生长温度)和V/III比来进行调节。通过使用低生长温度和低V/III比，可以形成具有较高电阻率的非晶层。当在高V/III比和高温度下进行气相生长时，可以形成具有较低电阻的非晶层。磷化硼基半导体非晶层的电阻率-电导率的倒数-可以通过常规的霍尔效应测量来确定。

除了相反导电类型或高电阻非晶层阻止工作电流以短路方式流动的效应之外，当焊盘电极的底部由能够与磷化硼基半导体形成非欧姆接触的材料构成时，进一步增强了阻止工作电流以短路方式流动的效应。术语“非欧姆接触”是指包括整流特性的电接触，如在肖特基接触的情况中所示。在本发明中，非欧姆接触也包含接触电阻高于1×10^-3Ω·cm的电接触。用于形成焊盘电极底部的材料根据磷化硼基半导体非晶层的导电类型变化。当磷化硼基半导体非晶层具有高电阻并是p型导电类型时，底部由金合金如金(元素符号：Au)-锗(元素符号：Ge)，金(Au)-锡(元素符号：Sn)或金(Au)-铟(元素符号：In)构成。相对于n型磷化硼基半导体非晶层，底部由金合金如金(Au)-锌(元素符号：Zn)或金(Au)-铍(元素符号：Be)构成。不管非晶层是何导电类型，都可用过渡金属形成具有整流特性的底部。具有肖特基整流特性的过渡金属材料的例子，包括钛(元素符号：Ti)，钼(元素符号：Mo)，钒(元素符号：V)，钽(元素符号：Ta)，铪(元素符号：Hf)，和钨(元素符号：W)。

在已经提供以获得与磷化硼基半导体非晶层表面的接触的用作底部的薄膜上，提供由能够与磷化硼基半导体晶体层形成欧姆接触的材料构成的欧姆电极。根据磷化硼基半导体晶体层的导电类型选择用于形成欧姆电极的材料。p型磷化硼基半导体晶体层可以由金合金如金-锌或金-铍构成。n型磷化硼基半导体晶体层可以由金合金如金-锗，金-锡或金-铟构成。当在其上提供焊盘电极的底部的磷化硼基半导体非晶层和在其上提供欧姆电极的磷化硼基半导体晶体层是导电类型互不相同的层时，焊盘电极的底部和在底部上提供的欧姆电极可以由同一种材料构成。例如，当提供焊盘电极的底部以获得与p型磷化硼基半导体非晶层的接触，并提供欧姆电极以获得与n型磷化硼基半导体晶体层的接触，以从而形成焊盘电极时，底部和欧姆电极都由金-锗合金构成。并不优选肖特基整流电极和欧姆电极都由铌(元素符号：Nb)，铬(元素符号：Cr)或上述过渡金属构成。

与磷化硼基半导体晶体层紧密接合的欧姆电极可以如下形成，通过控制焊盘电极的底部区域以超过焊盘电极的平面区域，并使超过平面区域的底部区域延伸到磷化硼基半导体晶体层的表面。具体地，形成与磷化硼基半导体晶体层接触的底部区域，并随后，提供用于形成欧姆电极的材料，以获得底部和磷化硼基半导体晶体层的接触。通过常规的光刻技术处理这样提供的欧姆电极材料，从而当底部表面是例如圆形时，形成的电极具有比底部表面的直径大的直径。在此情况下，使在与底部相应的圆形部分的外面存在的部分欧姆电极，与磷化硼基半导体晶体层的表面紧密接触。底部和欧姆电极的平面形状不需要彼此相同。例如，底部可能具有圆形平面形状而欧姆电极可能具有方形平面形状。然而，尤其优选底部的平面形状的中心和欧姆电极的平面形状的中心通常彼此一致，用于形成以平面内接合力各向同性的方式与磷化硼基半导体晶体层接合的焊盘电极。

优选这样形成另一欧姆电极，从而电极与欧姆电极电接触，该欧姆电极与磷化硼基半导体晶体层紧密接触并延伸到磷化硼基半导体晶体层表面，因为器件工作电流可以分布到除了焊盘电极的凸出区域之外的发光区域。换句话说，在通过磷化硼基半导体晶体层从其中引出发射光的LED中，器件工作电流可以扩散到发光区域的平面上，该平面没有被焊盘电极覆盖并适合从中引出发射光。这样延伸的欧姆电极，在发光区域的宽范围内，有效地将可以通过焊盘电极的底部抑制以短路方式流动的器件工作电流扩散到存在于焊盘电极的凸出区域中的发光层的部分，从而形成高发射强度LED。提供以延伸到磷化硼基半导体晶体层的表面的欧姆电极，可以由与在焊盘电极中包括的欧姆电极材料不同的材料构成。例如，在焊盘电极中包括的欧姆电极由金-锗合金构成，而延伸到表面的欧姆电极由金-锡合金构成。从与磷化硼基半导体晶体层紧密接合的观点来看，延伸到表面的欧姆电极优选由包含IV族元素如锡(Sn)或锗(Ge)而不是III族元素如镓(Ga)或铟(In)的合金构成。当焊盘电极和延伸到表面的欧姆电极由相同的材料构成时，可以同时形成这两个电极，从而通过简单的工艺形成磷化硼基半导体发光器件。

优选这样设置延伸到表面的欧姆电极，以使器件工作电流可以完全并均匀地分布到除了焊盘电极的凸出区域之外的发光区域上。换句话说，优选这样设置欧姆电极，以在磷化硼基半导体晶体层的表面上，并在发光层的表面上获得均匀的电势分布。延伸到表面的欧姆电极可以形成为与焊盘电极电接触的条形，圆形，或框形电极。这些电极如条形电极或框形电极可以被结合以形成与焊盘电极的电接触。用于形成条形，圆形，或框形电极的线电极通常具有10μm或更大的线宽，更优选为20μm或更大，以防止在器件工作电流增加时受到损坏。通过常规的光刻，构图，和选择性蚀刻技术，可以在磷化硼基半导体晶体层的表面上提供具有希望形状和线宽的电极。

通过形成焊盘电极或附在焊盘电极上的欧姆电极并接着将半导体元件切割成分立器件，形成磷化硼基半导体发光器件。通过采用直线形式的沟槽来进行形成分立器件的切割，该沟槽通常沿用作衬底的晶体的解理方向提供，并通常被称为切割线，划痕线或切断线。根据本发明，如上说述，这样提供焊盘电极，以使其底部与磷化硼基半导体非晶层接触。从而，必须除去与提供底部的区域相对应的磷化硼基半导体晶体层的部分。另外，当形成用作切割线的沟槽时，可以简化形成磷化硼基半导体发光器件的步骤，所述切割线用于形成分立器件。因此，在本发明中，在提供焊盘电极的底部的区域暴露了非晶层的表面，并在提供切割线的区域暴露了磷化硼基半导体非晶层的表面，从而形成用于切割半导体元件的沟槽。当使用立方闪锌矿晶体作为衬底时，切割沟槽有利地沿为解理方向并互相正交的[110]晶向提供。每个切割沟槽(切割线)优选具有足够的宽度，以阻止由与切割工具的切割边缘接触引起的用作沟槽侧面的磷化硼基半导体晶体层的严重损坏。通常，所述宽度优选在40μm到70μm的范围内。当切割线具有大于70μm的宽度时，切割线具有不必要的宽度，并为切割工具的切割边缘提供了过宽的间隔。因此，切割边缘趋于偏离直线，引起难于形成具有平滑切割表面的分立器件。

高电阻磷化硼基半导体非晶层或导电类型与在焊盘电极底部表面之下提供的基层相反的磷化硼基半导体非晶层，抑制了通过在其上提供的焊盘电极的底部供给的器件工作电流以短路形式流入下面的发光层。

由可以与磷化硼基半导体形成非欧姆接触的材料构成的焊盘电极的底部表面，阻止了通过焊盘电极供给的器件工作电流以短路形式流入下面的磷化硼基半导体非晶层。

这样提供欧姆电极，以获得与在焊盘电极中包括的底部的接触；具有大于底部的平面区域；以获得与磷化硼基半导体晶体层表面的接触，并提供与磷化硼基半导体层紧密结合的焊盘电极。

这样提供欧姆电极，以获得与在焊盘电极中包括的另一欧姆电极的电接触，并延伸到磷化硼基半导体晶体层表面，该欧姆电极将器件工作电流分布在发光区域的宽范围内。

实例

<实例1>

下面将详细描述根据本发明的磷化硼基化合物半导体发光器件，以使用具有底部表面的焊盘电极的发光二极管(LED)作为例子，该底部表面与高电阻磷化硼非晶层接触。图1示意性示出了用于制造具有双异质(DH)结构的LED10的叠层结构11的截面。

磷(p)掺杂的n型硅(Si)单晶作为衬底101。在衬底101的表面上，通过使用大气压(接近大气压)金属有机气相外延(MOVPE)方法沉积由n型磷化硼(BP)构成的下覆盖层102。下覆盖层102通过使用三乙基硼(化学式：(C₂H₅)₃B)作为硼(B)源并使用磷化氢(化学式：PH₃)作为磷源在950℃下沉积。用作下覆盖层102的未掺杂n型BP层的载流子浓度发现为1×10¹⁹cm^-3，层的厚度控制在420nm。

在n型下覆盖层102上，通过在825℃下的大气压MOCVD气相生长由n型氮化镓铟(Ga_0.90In_0.10N)构成的发光层103。用作发光层103的氮化镓铟层具有多相结构，该结构由具有互不相同的铟成分比例的多个氮化镓铟区域构成。发现In的平均成分比例为0.10(＝10％)。发光层103的厚度控制在10nm。在发光层103上，通过在825℃下的大气压MOCVD方法，通过使用三甲基镓(化学式：(CH₃)₃Ga)/NH₃/H₂反应系统，提供硅(Si)掺杂n型氮化镓(GaN)层104，以获得与发光层的连接。GaN层104的厚度控制在20nm。提供n型GaN层104，以在结界面附近的发光层103的内部区域中形成导带和价带弯曲的带结构。

在n型GaN层104上，提供未掺杂的磷化硼非晶层105。通过使用(C₂H₅)₃B)/PH₃/H₂反应系统的大气压MOCVD方法提供磷化硼非晶层105。当在550℃和V/III比(＝PH₃/(C₂H₅)₃B)为10的条件下气相生长磷化硼非晶层105时，形成电阻率在室温下为10Ω·cm的高电阻非晶层。未掺杂的磷化硼非晶层105的厚度控制在15nm。随后，通过常规的选择性构图和等离子体蚀刻技术，仅在将要形成焊盘电极107的区域中保留磷化硼非晶层105的一部分。剩余的磷化硼非晶层105是具有120μm直径的圆形区域。除了剩余非晶层的部分，通过蚀刻除去磷化硼非晶层105，从而暴露n型GaN层104的表面。

随后通过使用(C₂H₅)₃B)/PH₃/H₂反应系统的相同大气压MOCVD方法和相同的气相生长设备，提供p-型磷化硼晶体层106，以获得与剩余磷化硼非晶层105和n型GaN层104的暴露表面的连接。在比磷化硼非晶层105的生长温度高的1025℃下提供未掺杂磷化硼晶体层106。在1,300的V/III比下气相生长磷化硼晶体层106时，该层的载流子浓度发现为2×10¹⁹cm^-3。该层的厚度控制为580nm。磷化硼晶体层106在室温下的带隙为3.2ev。因此，磷化硼晶体层106被用作也用作窗口层的p-型上覆盖层，通过该窗口层发射光可以传输到外面。

通过采用常规的光刻技术，选择性地构图用作p-型上覆盖层的磷化硼晶体层106的表面的中心，从而提供用作提供焊盘电极107的区域的圆形平面。另外，选择性地构图用于提供切割沟槽的区域108，从而提供条形平面。其后，只在这种构图的区域内，通过采用氩(Ar)/甲烷(化学式：CH₄)/H₂混合气体的等离子体蚀刻方法，选择性地除去在磷化硼非晶层105上的磷化硼晶体层106。通过蚀刻，暴露与用于提供焊盘电极107的圆形平面区域(直径：100μm)对应的磷化硼非晶层105的表面的部分。另外，在50μm宽度的用作切割线的条形区域108内，也暴露磷化硼晶体层106的表面。以与Si单晶衬底101的解理方向，即[110]晶向平行的方向提供用作切割线的条形区域108。以与[110]晶向正交的方向提供另一切割线。

下一步，通过采用已选择性地构图以只打开用于提供焊盘电极107的区域的光刻胶掩模，通过常规的真空气相沉积技术沉积用作焊盘电极107的底部107a的金-锗(Au 95wt.％，Ge 5wt.％)合金膜。接着，从磷化硼晶体层106的表面剥离掩模，从而除去沉积在掩模上的Au-Ge膜。只在焊盘电极107的区域保留并用作焊盘电极底部的Au-Ge膜的厚度控制在150nm。随后，用光刻胶覆盖磷化硼晶体层106的表面，并选择性地构图该层，从而只在与用于提供焊盘电极107的欧姆电极107b相应的区域中提供圆形开口(直径：150μm)。使如此形成的开口的中心和上述底部107a的平面形状的中心相一致。然后，通过常规的真空气相沉积技术沉积金-铍(Au 99wt.％，Be 1wt.％)合金膜，从而形成获得与p-型磷化硼晶体层106欧姆接触的欧姆电极107b。欧姆电极107b的厚度控制在800nm。除了用于形成焊盘电极107的与欧姆电极107b相应的掩模的部分，剥离沉积在掩模上的金-铍合金膜的部分。这样，形成了欧姆电极107b，其具有大于底部107a的平面区域，并用作与p-型磷化硼晶体层106接触的焊盘电极107的上部。

在硅单晶衬底101的背部上，提供由铝(Al)-锑(Sb)合金构成的n-型欧姆电极109。通过在磷化硼晶体层106的中心剥离用于提供焊盘电极107的掩模，暴露在条形切割区域108上预先形成的磷化硼非晶层105的一部分。沿条形切割区域108即切割线以直线移动金刚石刀片，同时保持与磷化硼非晶层105的表面接触，由此形成边长(等于切割线108的两条中心线之间的间距)为300μm的正方形的分立LED 10。当将每个切割线108的宽度调整为刀片(约20μm)的约2.5倍的值时，每个分立LED10具有平整的侧表面。

通过常规的截面TEM技术观察发现磷化硼非晶层105在有限区域内显示出晕圈(halo)电子束衍射图形。相反，在磷化硼晶体层106的电子束衍射图形中，观察到在衍射环上出现的衍射斑，比在单晶层情况下的更频繁，说明磷化硼晶体层由多晶层构成。

根据本发明，这样提供平面区域比底部107a大的欧姆电极107b的顶部，以获得与p-型磷化硼晶体层106表面的接触。因此，在引线焊接期间没有观察到焊盘电极107的剥离。在紧密接合的焊盘电极107和n-型欧姆电极109之间正向通入20mA的器件工作电流的条件下，确定每个LED的发射特性。LED 10发射具有440nm的发射中心波长的蓝光，在发射光谱中观察到半宽值为280mev。通过常规的光度计球仪(photometricsphere)测定，在树脂模制之前，LED芯片的发光强度为7mcd。此外，从除了焊盘电极107的凸出区域之外的发光区域的基本上整个部分，提供强度均匀的发射，因为这样提供p-型欧姆电极107b的下底部107a，以获得与具有高电阻率的磷化硼非晶层105表面的接触，从而将器件工作电流分布到发光区域103的宽区域上。在正向电流为20mA时发现正向电压为3.5V而在反向电流为10μA时发现反向电压为8.2V。

<实例2>

下面将详细描述根据本发明的磷化硼基化合物半导体发光器件，以采用具有底部表面的焊盘电极的双异质结(DH)发光二极管(LED)作为例子，该底部表面与多层结构的磷化硼非晶层的表面接触。

图2是根据实例2的LED12的平面示意图。图3示意性示出了沿图2示出的A-A′虚线截取的LED12的截面。在图2和3中，与图1相同的部分由相同的标号表示。

在以与实例1中所述相同的方法形成的n-型GaN发光层104上，形成未掺杂p-型磷化硼非晶层201。p-型磷化硼非晶层201的载流子浓度和厚度分别控制为8×10¹⁸cm^-3和12nm。在p-型磷化硼非晶层201上，层叠未掺杂高电阻磷化硼非晶层105。未掺杂高电阻磷化硼非晶层105的电阻率和厚度分别控制为室温下10Ω·cm和12nm。通过常规的光刻技术，只在将要形成焊盘电极107的区域内，保留p-型磷化硼非晶层201的部分和高电阻磷化硼非晶层105的部分。保留p-型磷化硼非晶层201和高电阻磷化硼非晶层105，从而层叠直径为120μm的圆形平面，并使各平面的中心一致。随后，在高电阻磷化硼非晶层105上沉积如在实例1中所述的未掺杂p-型磷化硼晶体层106。

只在用于提供焊盘电极107和切割线108的区域内，通过等离子体蚀刻有选择地除去p-型磷化硼晶体层106，从而暴露高电阻磷化硼非晶层105的表面。通过除去p-型磷化硼晶体层106提供的平面区域是直径为150μm的圆形。使圆形的中心和剩余高电阻磷化硼非晶层105的圆形平面的中心一至。随后，形成焊盘电极107，其具有与高电阻磷化硼非晶层105的表面接触的底部107a(钼(Mo))和欧姆电极107b(金-铍(Au-Be))。钼(Mo)层的厚度和Au-Be层的厚度分别控制在10nm和700nm。如图3所示，将圆形电极和用作另外的欧姆电极107c的条形电极连接在一起，以与用作焊盘电极107顶部的Au-Be的欧姆电极107b建立电接触。

以如实例1中所述的方式，沿与Si单晶衬底101的晶向{1，-1，0}和{-1，-1，0}平行提供的切割线108进行切割，从而形成边长为350μm的正方形分立LED 12。在正向通入20mA的器件工作电流的条件下，发射光具有440nm的发射中心波长，其与实例1中LED 10的发射中心波长大约相等。通过常规的光度计球仪测定的LED芯片的发光强度为9mcd，说明在此获得的发射强度比在实例1中LED 10的发射强度高。近场发光图形说明在除了焊盘电极107之外的发射区域的基本上整个部分上发射强度是均匀的。确定强度均匀的发射由这样的结构提供，其中在包括p-型磷化硼非晶层201和高电阻磷化硼非晶层105的多层结构上，形成在用作上部的p-型欧姆电极107b下面提供的底部107a，从而器件工作电流可以分布到发光层103的宽区域上。在正向电流为20mA时发现正向电压为3.4V而在反向电流为10μA时发现反向电压为8.3V。

工业适用性

根据本发明，通过磷化硼基半导体非晶层提供磷化硼基半导体晶体层，并这样形成焊盘电极，从而焊盘电极的底部与磷化硼基半导体非晶层的表面接触，并与磷化硼基半导体晶体层的表面接触。因而，可以获得焊盘电极和磷化硼基半导体晶体层之间的良好接合，并且器件工作电流可以分布在例如没有被焊盘电极覆盖的发光区域上。因此，可以提供磷化硼基半导体发光器件例如具有宽发射区域并获得高发射强度的发光二极管。

Claims (21)

1.一种磷化硼基半导体发光器件，包括：

晶体衬底；

第一半导体层，在所述晶体衬底上形成，所述第一半导体层包括发光层，所述第一半导体层用作基层并具有第一区域和不同于所述第一区域的第二区域；

磷化硼基半导体非晶层，在所述第一半导体层的所述第一区域上形成，所述磷化硼基半导体非晶层包括在室温下具有10Ω·cm或更高的电阻率的磷化硼基半导体非晶层；

具有多层结构的焊盘电极，在所述磷化硼基半导体非晶层上形成，用于建立引线焊接；以及

导电磷化硼基晶体层，在所述第一半导体层的所述第二区域上形成，所述导电磷化硼基晶体层延伸到所述磷化硼基半导体非晶层的部分，

其中在所述焊盘电极的底层上方的所述焊盘电极的部分处，所述焊盘电极与所述导电磷化硼基晶体层相接触。

2.一种磷化硼基半导体发光器件，包括：

晶体衬底；

第一半导体层，在所述晶体衬底上形成，所述第一半导体层包括发光层，所述第一半导体层用作基层并具有第一区域和不同于所述第一区域的第二区域；

磷化硼基半导体非晶层，在所述第一半导体层上的所述第一区域上形成，所述磷化硼基半导体非晶层包括导电类型与所述第一半导体层的导电类型相反的第一磷化硼基半导体非晶层；

具有多层结构的焊盘电极，在所述第一磷化硼基半导体非晶层上形成，用于建立引线焊接；以及

导电磷化硼基晶体层，在所述第一半导体层的所述第二区域上形成，所述导电磷化硼基晶体层延伸到所述磷化硼基半导体非晶层的部分，

其中在所述焊盘电极的底层上方的所述焊盘电极的部分处，所述焊盘电极与所述导电磷化硼基晶体层相接触。

3.如权利要求1或2所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体非晶层具有多层结构，所述多层结构由第一磷化硼基半导体非晶层和第二磷化硼基半导体非晶层构成，所述第一磷化硼基半导体非晶层与所述第一半导体层相接触并具有与所述第一半导体层的导电类型相反的导电类型，所述第二磷化硼基半导体非晶层在室温下具有10Ω·cm或更高的电阻率并在所述第一磷化硼基半导体非晶层上形成。

4.如权利要求1或2中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体非晶层由未掺杂磷化硼基半导体构成。

5.如权利要求3所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第一磷化硼基半导体非晶层和第二磷化硼基半导体非晶层由未掺杂磷化硼基半导体构成。

6.如权利要求1或2中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分，由能够与所述导电磷化硼基晶体层形成欧姆接触的材料构成。

7.如权利要求6所述的磷化硼基半导体发光器件，其中由能够与所述导电磷化硼基晶体层形成欧姆接触的材料构成的所述焊盘电极的所述部分，延伸到所述导电磷化硼基晶体层上。

8.如权利要求6所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述焊盘电极具有底部，所述底部由能够与所述磷化硼基半导体非晶层形成非欧姆接触的材料构成。

9.如权利要求1或2中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述焊盘电极具有底部和欧姆电极部分，所述底部在所述磷化硼基半导体非晶层上，所述欧姆电极部分在所述底部上并具有与所述底部的平面形状的中心一致的中心。

10.如权利要求9所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述焊盘电极的所述欧姆电极部分具有比所述焊盘电极的所述底部的平面区域大的平面区域。

11.如权利要求10所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述焊盘电极的所述欧姆电极部分延伸到所述导电磷化硼基晶体层的表面上。

12.如权利要求1所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体非晶层在室温下具有100Ω·cm或更高的电阻率。

13.如权利要求3所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述第二磷化硼基半导体非晶层在室温下具有100Ω·cm或更高的电阻率。

14.如权利要求1或2中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体选自：B_αAl_βGa_γIn_1-α-β-γP_1-δAs_δ，0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1和B_αAl_βGa_γIn_1-α-β-γP_1-δN_δ，0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1。

15.如权利要求1或2中任意一项所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体选自：BP，B_αGa_γIn_1-α-γP：0＜α≤1，0≤γ＜1，或BP_1-δN_δ：0≤δ＜1或B_αP_1-δAs_δ：0≤δ＜1。

16.如权利要求6所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述导电磷化硼基晶体层是p-型导电层，且与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分选自：Au-Zn合金和Au-Be合金。

17.如权利要求6所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述导电磷化硼基晶体层是n-型导电层，且与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分选自：Au-Ge合金，Au-Sn合金和Au-In合金。

18.如权利要求8所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体非晶层是p-型导电层，且与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分选自：Au-Ge合金，Au-Sn合金，Au-In合金，Ti，Mo，V，Ta，Hf和W。

19.如权利要求8所述的磷化硼基半导体发光器件，其中所述磷化硼基半导体非晶层是n-型导电层，且与所述导电磷化硼基晶体层接触的所述焊盘电极的所述部分选自：Au-Zn合金，Au-Be合金，Au-In合金，Ti，Mo，V，Ta，Hf和W。

20.一种制造磷化硼基半导体发光器件的方法，包括：

通过气相生长在晶体衬底上形成包括发光层的第一半导体层；

在晶体衬底温度落入250℃至1200℃范围内的条件下，通过采用所述第一半导体层作为基层的气相生长，沉积在室温下具有10Ω·cm或更高的电阻率的磷化硼基半导体非晶层或导电类型与所述基层的导电类型相反的磷化硼基半导体非晶层；

选择性地除去所述磷化硼基半导体非晶层，从而使所述磷化硼基半导体非晶层在第一区域中保留，并在不同于所述第一区域的第二区域中暴露所述第一半导体层；

在晶体衬底温度落入750℃至1200℃范围内的条件下，通过气相生长，在所述暴露的第一半导体层和所述磷化硼基半导体非晶层上，沉积导电磷化硼基晶体层；

选择性地除去在所述第一区域中的所述导电磷化硼基晶体层，从而暴露所述磷化硼基半导体非晶层；

在所述暴露的磷化硼基半导体非晶层上形成用于建立引线焊接的焊盘电极，从而使所述焊盘电极与所述导电磷化硼基晶体层相接触；以及随后，

切割形成的结构，从而形成分立的发光器件。

21.如权利要求20所述的制造磷化硼基半导体发光器件的方法，还包含除去在将要提供所述焊盘电极的所述第一区域中存在的所述导电磷化硼基晶体层，并同时除去在提供用于切割并分离为分立发光器件的条形切割线的区域中存在的所述导电磷化硼基晶体层，从而暴露下面的所述磷化硼基半导体非晶层的表面。

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