CN100449806C - 氮化物基半导体发光装置及其制造方法 - Google Patents

氮化物基半导体发光装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本氮化物基半导体发光装置包括：形成在导电衬底(1)上的图案表面(20a)；形成在图案表面(20a)上的多层金属层(49)；和形成在多层金属层(49)上的多层半导体层(19)，且其特征在于多层金属层(49)和多层半导体层(19)的主表面(49m，49n，19m，19n)具有小于图案表面(20a)的面积，和多层半导体层(19)包括p型氮化物基半导体层(14)、发光层(13)和n型氮化物基半导体层(19)。因此，提供了在氮化物基半导体层与导电衬底之间具有优异粘附性的高可靠氮化物基半导体发光装置。

Description

氮化物基半导体发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种诸如半导体激光二极管或发光二极管的氮化物基半导体发光装置及其制造方法，尤其涉及一种氮化物基半导体发光装置的制造方法，包括结合图案化的导电衬底和包括氮化物基半导体层的多层半导体层的步骤，还涉及通过这种制造方法得到的氮化物基半导体发光装置。
背景技术
传统的氮化物基半导体发光装置例如如图8所示形成，其中在背表面上形成了正电极107的导电衬底100上，形成第一欧姆电极101和第二欧姆电极102。在第二欧姆电极102上依次形成均由氮化物基半导体制成的p型层103、有源层(发光层)104和n型层105，和在n型层105上形成负电极106。建议通过热压结合(例如，见日本专利特开第09-008403号)将第一欧姆电极101和第二欧姆电极102结合在一起，可以制造这种氮化物基半导体发光装置80。
按照日本专利特开第09-008403号，欧姆电极形成在导电衬底上，使用例如热压结合的方案，将导电衬底的整个表面与氮化物基半导体层的整个表面结合在一起。然而，由于大面积的导电衬底的整个表面与氮化物基半导体层的整个表面经由欧姆电极和结合金属结合在一起，因此难以施加均匀加热和压力结合。这样，出现氮化物基半导体层的整个表面可能因为不良的粘附性而从导电衬底剥离的问题。
如果欧姆电极和结合金属从导电衬底完全分离，那么不可能移除用作基衬底的蓝宝石衬底，这妨碍在两个主表面上形成具有电极的氮化物基半导体发光装置。所具有的问题在于，如果导电衬底和氮化物基半导体层相互部分地剥离，那么出现从氮化物基半导体层流向导电衬底的电流受阻，这增加了工作电压，从而损害了氮化物基半导体发光装置的可靠性。在将晶片切割成芯片时，出现了此部分剥离引起导电衬底和氮化物基半导体层彼此完全剥离的问题，从而降低了制造工艺的成品率。而且，工艺期间的溶剂、抗蚀剂或蚀刻剂渗入局部剥离的部分，从而加重剥离以破坏欧姆电极和结合电极。因此，出现氮化物基半导体发光装置的可靠性受损的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在氮化物基半导体层与导电衬底之间具有优异粘附性的氮化物基半导体发光装置及其制造方法。
本发明涉及一种氮化物基半导体发光装置，包括：形成在导电衬底上的图案表面；形成在图案表面上的多层金属层；和形成在多层金属层上的多层半导体层，其中多层金属层的主表面和多层半导体层的主表面具有小于图案表面的面积，以及多层半导体层包括p型氮化物基半导体层、发光层和n型氮化物基半导体层。
在按照本发明的氮化物基半导体发光装置中，可以沿着包括多层金属层的侧表面和多层半导体层的侧表面的表面形成发光层的侧表面。而且，导电衬底可以由选自Si、GaAs、GaP、InP和Ge中的至少一种形成并可以具有凸图案表面。进一步，基衬底可以直接地或经中间层叠置在多层半导体层上，以及基衬底可以由选自蓝宝石、尖晶石、铌酸锂、SiC、Si、ZnO和GaAs中的至少一种形成。而且，中间层可以是氮化物基缓冲层。进一步，氮化物基缓冲层可以具有导电性。此外，可以向氮化物基缓冲层加入至少1013cm-3且至多1020cm-3的硅作为掺杂剂。
本发明还涉及一种氮化物基半导体发光装置的制造方法，包括步骤：直接或经中间层，在基衬底上形成包括n型氮化物基半导体层、发光层和p型氮化物基半导体层的多层半导体层，和在多层半导体层上形成半导体侧的多层金属层；在导电衬底上形成图案表面，和在图案表面上形成衬底侧的多层金属层，所述衬底侧的多层金属层具有面积小于图案表面的主表面；以及结合半导体侧的多层金属层和衬底侧的多层金属层从而接合各个结合金属层。
在按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法中，基衬底可以由选自蓝宝石、尖晶石、铌酸锂、SiC、Si、ZnO和GaAs中的至少一种形成。此外，中间层可以是氮化物基缓冲层。进一步，氮化物基缓冲层可以具有导电性。而且，可以向氮化物基缓冲层加入至少1013cm-3且至多1020cm-3的硅作为掺杂剂。此外，在结合半导体侧的多层金属层和衬底侧的多层金属层的所述步骤中，可以使用用于金属的共晶结合来接合各个结合金属层。或者，在结合半导体侧的多层金属层和衬底侧的多层金属层的所述步骤中，可以使用用于金属的室温结合来接合各个结合金属层。
按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法还可包括从多层半导体层分离基衬底的基衬底分离步骤。所述制造方法还可包括从多层半导体层和半导体侧的多层金属层中与衬底侧的多层金属层结合的区域分离多层半导体层和半导体侧的多层金属层中没有与衬底侧的多层金属层结合的区域的未结合区分离步骤。其中，基衬底分离步骤和未结合区分离步骤可以同时进行。例如，通过从基衬底侧施加激光照射，可以同时进行基衬底分离步骤和未结合区分离步骤。所述制造方法可进一步包括从与形成在导电衬底中的图案沟槽相对的导电衬底的背表面提供划片线以分割导电衬底成芯片的步骤。
按照本发明，可以提供氮化物基半导体层与导电衬底之间粘附力高的高可靠发光装置及其制造方法。
下面结合附图详细介绍本发明，本发明的以上及其它目的、特征、方面和优点将更显见。
附图说明
图1是剖面示意图，示出形成多层半导体层和半导体侧的多层金属层的步骤；
图2是剖面示意图，示出形成导电衬底的图案的步骤和形成衬底侧的多层金属层的步骤；
图3是剖面示意图，示出结合半导体侧的多层金属层和衬底侧的多层金属层的步骤；
图4是剖面示意图，示出分离基衬底的步骤和分离多层半导体层和半导体侧的多层金属层中没有与衬底侧的多层金属层结合的区域的步骤；
图5是剖面示意图，示出形成电极的步骤和切割成芯片的步骤；
图6是剖面示意图，示出按照本发明的氮化物基发光装置的一个实施例；
图7是剖面示意图，示出按照本发明的氮化物基发光装置的另一个实施例；
图8是剖面示意图，示出传统的氮化物基发光装置。
具体实施方式
按照本发明的氮化物基半导体发光装置包括，例如参考图4-7，形成在导电衬底1上的图案表面20a、形成于图案表面20a上的多层金属层49和形成于多层金属层49上的多层半导体层19，其特征在于多层金属层49和多层半导体层19的主表面49m、49n、19m和19n具有小于图案表面20a的面积，以及多层半导体层19包括p型氮化物基半导体层14、发光层13和n型氮化物基半导体层12。
形成分别具有面积小于图案表面20a的主表面49m和49n和主表面19m和19n的多层金属层49和多层半导体层19(包括p型氮化物基半导体层14、发光层13和n型氮化物基半导体层12)，可以得到具有优异发光表面图案的发光装置，在导电衬底1与包括氮化物基半导体层的多层半导体层19之间没有剥离，且具有高的光输出。此外，通过使用导电衬底1，可以在发光装置的两侧的主表面上形成电极。氮化物基半导体是指包括氮化物半导体的半导体，例如包括InxAlyGa1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)。
在按照本发明的氮化物基半导体发光装置中，参考图4-7，优选沿着包括多层金属层49的侧表面49s和多层半导体层19的侧表面19s的表面形成发光层13的侧表面13s。即，优选包括具有主表面13m和13n的发光层13的、具有主表面19m和19n的多层半导体层19形成在多层金属层49的一个主表面49m的整个表面内和上。按照一种方式形成发光层13，发光层13的主表面13m和13n实现与多层金属层49的主表面49m和49n和多层半导体层19的主表面19m和19n基本相同的形状和基本相等的面积，且因此可以得到具有优异发光效率的氮化物基半导体发光装置。
在按照本发明的氮化物基半导体发光装置中，优选导电衬底1由选自Si、GaAs、GaP、InP和Ge的至少一种形成，并具有凸的图案表面20a。对于导电衬底1，使用不同于包括氮化物基半导体层的多层半导体层的衬底，其热膨胀系数小，可以得到翘曲小的氮化物基半导体发光装置。
而且，参考图3，优选按照本发明的氮化物基半导体发光装置包括直接或经中间层11位于多层半导体层19上的基衬底10，其中基衬底10由选自蓝宝石、尖晶石、铌酸锂、SiC、Si、ZnO和GaAs的至少一种形成。使用由选自蓝宝石、尖晶石、铌酸锂、SiC、Si、ZnO和GaAs的至少一种形成的基衬底10，形成具有优异结晶性的多层半导体层19，且可以得到具有高光输出的高可靠发光装置。尤其是，使用Si作为基衬底，可以得到便宜的发光装置。
进一步，参考图3，在按照本发明制造最终的氮化物基半导体发光装置的一个步骤中，在中间的氮化物基半导体发光装置中，优选中间层11是氮化物基缓冲层。在基衬底10与多层半导体层19之间形成氮化物基缓冲层(中间层11)，形成具有更加优异结晶性的多层半导体层19，可以得到具有更高光输出的更加高可靠的发光装置。而且，优选氮化物基缓冲层具有导电性。于是容易进行后面步骤中的欧姆接触，在后面的步骤中从多层半导体层19分离基衬底10和在多层半导体层19上形成欧姆电极。而且优选地，向氮化物基缓冲层添加至少1013cm-3且至多1020cm-3的Si作为掺杂剂。如果硅掺杂剂的含量小于1013cm-3，氮化物基缓冲层不会表现出导电性(n型导电)。如果硅掺杂剂的含量大于1020cm-3，氮化物基缓冲层不会实现二维生长(通过下面的说明，其指向相对于衬底主表面的平行方向的生长)和实现三维生长(通过下面的说明，其指向相对于衬底主表面的垂直方向的生长)，且因此多层半导体层19的结晶变差。考虑上文，更优选地，硅掺杂剂的含量为至少1016cm-3和至多1020cm-3。
参考图1-3，按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法包括以下步骤：直接地或经由中间层11，在基衬底10上形成包括n型氮化物基半导体层12、发光层13和p型氮化物基半导体层14的多层半导体层19，和在多层半导体层19上形成半导体侧的多层金属层39；在导电衬底1上形成图案表面20a，和在图案表面20a上形成衬底侧的多层金属层29，所述衬底侧的多层金属层29具有面积小于图案表面20a的主表面；以及结合半导体侧的多层金属层39和衬底侧的多层金属层29从而接合各结合金属层33和21。
结合衬底侧的多层金属层29和半导体侧的多层金属层39从而接合各结合金属层21和33，衬底侧的多层金属层29具有面积小于图案表面20a的主表面，衬底侧的多层金属层被结合的区域(图3中的结合区9a)可以均匀地接合，而不会局部剥离。
在按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法中，优选基衬底10由选自蓝宝石、尖晶石、铌酸锂、SiC、Si、ZnO和GaAs的至少一种形成。使用由选自蓝宝石、尖晶石、铌酸锂、SiC、Si、ZnO和GaAs的至少一种形成的基衬底10，形成具有优异结晶性的多层半导体层19，且可以制造具有高光输出的高可靠发光装置。尤其是，使用Si作为基衬底，可以制造便宜的发光装置。
在按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法中，优选中间层11是氮化物基缓冲层。在基衬底10上形成氮化物基缓冲层(中间层11)和在氮化物基缓冲层上形成多层半导体层19，形成具有更加优异结晶性的多层半导体层19，且可以制造具有更高光输出的更高可靠性的发光装置。进一步，在基衬底10与多层半导体层19之间提供氮化物基缓冲层(中间层11)，可以在后面的步骤中容易进行从基衬底10分离多层半导体层19。
在按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法中，优选氮化物基缓冲层具有导电性。后面步骤中的欧姆接触容易进行，其中从多层半导体层19分离基衬底10和在多层半导体层19上形成欧姆电极。
在按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法中，优选向氮化物基缓冲层添加至少1013cm-3且至多1020cm-3的Si作为掺杂剂。如果硅掺杂剂的含量小于1013cm-3，那么氮化物基缓冲层不会表现出导电性(n型导电)。如果硅掺杂剂的含量大于1020cm-3，那么氮化物基缓冲层不会实现二维生长和实现三维生长，且因此多层半导体层19的结晶变差。
参考图3，在按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法中，在结合半导体侧的多层金属层39和衬底侧的多层金属层29的步骤中，优选使用用于金属的共晶结合来接合各个结合金属层33和21。其中，用于金属的共晶结合指其中其它金属被接合和加热从而在对于其它金属特定的温度附近得到固相的结合方法。使用用于金属的共晶结合，结合进行的温度可以设定为至多300℃，和可以实现高粘附性的接合，不损害欧姆电极2和3的欧姆特性和反射金属层31的反射特性。
参考图3，在按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法中，在结合半导体侧的多层金属层39和衬底侧的多层金属层29的步骤中，优选使用用于金属的室温结合来接合各个结合金属层33和21。其中，室温结合指待结合的表面通过氩离子等的等离子体处理或蚀刻处理活化和结合。使用用于金属的室温结合，结合进行的温度可以设定为室温(例如约10℃-30℃)，和可以实现高粘附性的接合，不损害欧姆电极2和3的欧姆特性和反射金属层31的反射特性。因此，可以制造高可靠的发光装置。
参考图4，优选按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法进一步包括从多层半导体层19分离基衬底10的基衬底分离步骤。从多层半导体层19分离基衬底10，可以露出多层半导体层19的一个主表面19m。在后面的步骤(例如参见图5)中，在这个主表面19m上形成一个电极和在导电衬底1上形成另一电极，可以得到在两个主表面上具有电极的高可靠发光元件。其中，从多层半导体层19分离基衬底10的方法除使用激光之外包括湿法蚀刻、干法蚀刻等。
参考图4，优选按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法进一步包括未结合区分离步骤，其中从多层半导体19和半导体侧的多层金属层39中与衬底侧的多层金属层29结合的区域(此后称为结合区9a)分离多层半导体19和半导体侧的多层金属层39中没有与衬底侧的多层金属层29结合的区域(此后称为未结合区9b)。在多层半导体层19和半导体侧的多层金属层39中从结合区9a分离未结合区9b，可以制造具有图案化的发光表面的高可靠发光装置。其中，从结合区9a分离未结合区9b的方法除使用激光之外包括湿法蚀刻、干法蚀刻等。
参考图4，在按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法中，优选基衬底分离步骤和未结合区分离步骤同时进行。基衬底分离步骤和未结合区分离步骤同时进行可以实现具有图案化的发光表面的高可靠发光装置的有效制造。在基衬底10被分离时，由未被衬底支撑的多层半导体19和半导体侧的多层金属层39所形成的未结合区9b变成薄层，且因此可极容易地从由被导电衬底1支撑的多层半导体19和半导体侧的多层金属层39的结合区9a分离。其中，尽管基衬底分离步骤和未结合区分离步骤同时进行的方法不特别限制，考虑到有效制造具有图案化的发光表面的高可靠发光元件，优选从基衬底10侧施加激光照射。即，从基衬底10侧施加激光照射，有助于进行从多层半导体层19分离基衬底10。此外，使用激光能够实现从结合区9a分离未结合区9b而不使用干法蚀刻、湿法蚀刻等，从而可以有效地制造在整个结合区9a内和上具有多层半导体层的发光层13的主表面13m和13n(其是发光表面)的高可靠发光装置。
参考图5，优选按照本发明的氮化物基半导体发光装置的制造方法进一步包括从与形成在导电衬底1中的图案沟槽20b相对的导电衬底1的背表面提供划片线41以将导电衬底1分割成芯片的步骤。因此，可以将导电衬底1分割成芯片，而不会损伤多层半导体层19，尤其是发光层13。从导电衬底的背表面提供划片线的方法例如包括从导电衬底的背表面施加激光照射的方法，和使用金刚石针等在导电衬底的背表面上机械地提供线的方法。
下文中，进一步详细说明按照本发明的氮化物基半导体发光装置及其制造方法。
第一实施例
参考图6，本发明的实施例中的氮化物基半导体发光装置60具有形成在作为导电衬底1的硅衬底上的图案表面20a，在该表面上形成具有面积小于图案表面20a的主表面49m、49n、19m和19n的多层金属层49和多层半导体层19。其中，多层金属层49由衬底侧的多层金属层29和半导体侧的多层金属层39构成，衬底侧的多层金属层29包括形成在导电衬底1的图案表面20a上的欧姆电极2和结合金属层21，半导体侧的多层金属层39包括结合金属层33、阻挡层32、反射金属层31和欧姆电极3，其中衬底侧的多层金属层29的结合金属层21与半导体侧的多层金属层39的结合金属层33接合。在半导体侧的多层金属层39的欧姆电极3上，形成包括p型氮化物基半导体层14、发光层13和n型氮化物基半导体层12的多层半导体层19。在多层半导体层19的n型氮化物基半导体层12上，形成半导体侧衬垫电极8，和在作为导电衬底1的硅衬底的背部主表面上形成衬底侧电极6。
本实施例的氮化物基半导体发光装置通过下面的制造步骤制造。首先，参考图1，在作为基衬底10的蓝宝石衬底上，依次生长作为中间层11的20nm厚硅掺杂GaN缓冲层，和依次沉积5μm厚的n型GaN层作为n型氮化物基半导体层12，50nm厚的MQW(Multi-Quantum Well，多量子阱)发光层作为发光层13，和150nm厚的p型GaN层作为p型氮化物基半导体层14(多层半导体层形成步骤)，以作为多层半导体层19。其中，中间层11和多层半导体层19均使用MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化学气相沉积)生长。
接下来，参考图1，在p型氮化物基半导体层14上，通过EB(ElectronBeam deposition，电子束沉积)形成3nm厚的Pd层作为欧姆电极3、150nm厚的Ag-Nd层作为反射金属层31、150nm厚的Ni-Ti层作为阻挡层32、和Au层(0.5μm厚)/AuSn层(3μm厚)/Au层(10nm厚)的复合层作为结合金属33(半导体侧的多层金属层形成步骤)，以作为半导体侧的多层金属层39。其中，Sn在AuSn层中的含量为20质量百分比。10nm厚的Au层作为AuSn层的抗氧化层。
参考图2，在作为导电衬底1的硅衬底上，使用氟基蚀刻液体，形成具有50μm宽和10μm深的图案沟槽20b和每边为300μm的正方形图案表面20a的图案20(图案形成步骤)。接下来，在已被构图的硅衬底的图案表面20a上，通过EB依次形成作为欧姆电极2的Ti层(15nm厚)/Al层(150nm厚)的复合层和作为结合金属层21的Au层(0.5μm厚)/AuSn层(3μm厚)/Au层(10nm厚)的复合层，以作为具有面积小于图案表面20a的主表面的衬底侧的多层金属层29(衬底侧的多层金属层形成步骤)。
接下来，参考图3，使用300℃环境温度和300N/cm2压强的共晶结合，结合半导体侧的多层金属层39和衬底侧的多层金属层29，使得各结合金属层33和21接合(结合步骤)。
然后，参考图4，从被镜面抛光的蓝宝石衬底侧施加YAG-THG激光(波长355nm)的照射，以实现作为中间层11的硅掺杂GaN缓冲层和作为n型氮化物基半导体层12的n型GaN层的部分的高温分解，从而从多层半导体层19分离蓝宝石衬底(基衬底10)以及从结合区9a剥去未结合区9b和分离。也就是说，基衬底10分离步骤和未结合区9b分离步骤同时进行。因此，可以得到氮化物基半导体发光装置，其中沿着包括多层金属层49的侧表面49s(即，衬底侧的多层金属层29的侧表面29s和半导体侧的多层金属层39的侧表面39s)和多层半导体层19的侧表面19s的表面形成发光层13的侧表面13s。将氮化物基半导体发光装置构图成使得多层半导体层19的发光层13具有仅在结合区9a中的发光表面。
接下来，参考图5，在作为n型氮化物基半导体层12的n型GaN层的中央部分，其是移除作为基衬底10的蓝宝石衬底后露出的发光表面，形成作为半导体侧的衬垫电极8的n型结合衬垫电极。在作为导电衬底1的硅衬底的背面，通过沉积形成Ti层(15nm厚)/Al层(150nm厚)/Ti层(15nm厚)的复合层，作为衬底侧的电极6。沉积之后，在300℃下对装置进行热处理。
进一步，从作为导电衬底1的硅衬底的背表面施加激光照射沿着图案沟槽20b的分割线40，形成划片线41。沿着分割线断开，将硅衬底分割成每边350μm的正方形芯片(芯片形成步骤)。因此，得到图6所示本实施例中的氮化物基半导体发光装置60。
按照本实施例的氮化物基半导体发光装置，在结合形成于多层半导体层上的半导体侧的多层金属层和形成于导电衬底的图案表面上的衬底侧的多层金属层之后，分离多层半导体层和半导体侧的多层金属层中没有与衬底侧的多层金属层结合的区域(未结合区)，可以得到具有图案化的发光表面的高可靠发光装置，其中多层半导体层和导电衬底被均匀粘附。
此外，由于本实施例中的氮化物基半导体发光装置具有均匀粘附的多层半导体层和导电衬底，防止了由所述多层半导体层形成的发光表面的剥离，还降低了泄漏电流。而且，按照本氮化物基半导体发光装置，由于从导电衬底的背表面沿着导电衬底的图案沟槽提供划片线从而将衬底分割成芯片，不会划到多层半导体层的侧表面并降低了泄漏电流。进一步，采用本实施例的制造方法，具有发光表面的氮化物基半导体层的分离容易进行，因此可以低成本地制造高可靠氮化物基半导体发光装置。
第二实施例
参考图7，本发明另一实施例中的氮化物基半导体发光装置70具有形成在作为导电衬底1的硅衬底上的图案表面20a，在该表面上形成具有面积小于图案表面20a的主表面49m、49n、19m和19n的多层金属层49和多层半导体层19。其中，多层金属层49由衬底侧的多层金属层29和半导体侧的多层金属层39构成，衬底侧的多层金属层29包括形成在导电衬底1的图案表面20a上的欧姆电极2和结合金属层21，半导体侧的多层金属层39包括结合金属层33、阻挡层32、反射金属层31和欧姆电极3，其中衬底侧的多层金属层29的结合金属层21与半导体侧的多层金属层39的结合金属层33接合。在半导体侧的多层金属层39的欧姆电极3上，形成包括p型氮化物基半导体层14、发光层13和n型氮化物基半导体层12的多层半导体层19。在多层半导体层19的n型氮化物基半导体层12上，形成半导体侧电极7和半导体侧衬垫电极8，和在作为导电衬底1的硅衬底的背部主表面上形成衬底侧电极6。
本实施例的氮化物基半导体发光装置通过下面的制造步骤制造。首先，参考图1，在作为基衬底10的蓝宝石衬底上，依次生长作为中间层11的20nm厚硅掺杂GaN缓冲层，和依次沉积5μm厚的n型GaN层作为n型氮化物基半导体层12，50nm厚的MQW(Multi-Quantum Well，多量子阱)发光层作为发光层13，和150nm厚的p型GaN层作为p型氮化物基半导体层14(多层半导体层形成步骤)，来做为多层半导体层19。其中，中间层11和多层半导体层19均使用MOCVD(金属有机化学气相沉积)生长。
接下来，参考图1，在p型氮化物基半导体层14上，通过EB(电子束沉积)形成3nm厚的Pd层作为欧姆电极3、20nm厚的Ag-Bi层作为反射金属层31、60nm厚的Mo层作为阻挡层32、和Au层(0.5μm厚)/AuSn层(3μm厚)/Au层(10nm厚)的复合层作为结合金属33(半导体侧的多层金属层形成步骤)，来作为半导体侧的多层金属层39。其中，Sn在AuSn层中的含量为20质量百分比。10nm厚的Au层作为AuSn层的抗氧化层。
参考图2，在作为导电衬底1的硅衬底上，使用氟基蚀刻液体，形成具有50μm宽和10μm深的图案沟槽20b和每边为200μm的正方形图案表面20a的图案20(图案形成步骤)。接下来，在已被构图的硅衬底的图案表面20a上，通过EB依次形成作为欧姆电极2的Ti层(15nm厚)/Al层(150nm厚)的复合层和作为结合金属层21的Au层(0.5μm厚)/AuSn层(3μm厚)/Au层(10nm厚)的复合层，以作为具有面积小于图案表面20a的主表面的衬底侧的多层金属层29(衬底侧的多层金属层形成步骤)。
接下来，参考图3，使用室温(例如20℃)下的室温结合，结合半导体侧的多层金属层39和衬底侧的多层金属层29，使得各结合金属层33和21接合(结合步骤)。
然后，参考图4，从被镜面抛光的蓝宝石衬底侧施加YAG-THG激光(波长355nm)的照射，以实现作为中间层11的硅掺杂GaN缓冲层和作为n型氮化物基半导体层12的n型GaN层的部分的高温分解，从而从多层半导体层19分离蓝宝石衬底(基衬底10)和从结合区9a剥去未结合区9b和分离。也就是说，基衬底10分离步骤和未结合区9b分离步骤同时进行。因此，可以得到氮化物基半导体发光装置，其中沿着包括多层金属层49的侧表面49s(即，衬底侧的多层金属层29的侧表面29s和半导体侧的多层金属层39的侧表面39s)和多层半导体层19的侧表面19s的表面形成发光层13的侧表面13s。将氮化物基半导体发光装置构图成使得多层半导体层19的发光层13具有仅在结合区9a中的发光表面。
接下来，参考图5，在作为n型氮化物基半导体层12的n型GaN层的中央部分，其是移除作为基衬底10的蓝宝石衬底后露出的发光表面，形成作为半导体侧的电极7的ITO(In2O3)层透明电极，和在透明电极的中央部分形成作为半导体侧的衬垫电极8的n型结合衬垫电极。在作为导电衬底1的硅衬底的背面，通过沉积形成Ti层(20nm厚)/Al层(200nm厚)的复合层，作为衬底侧的电极6。沉积之后，在300℃下对装置进行热处理。尽管本实施例中透明电极(半导体侧的电极7)基本上形成在整个n型氮化物基半导体层12上，它可以是分支型透明电极。或者，可以在n型氮化物基半导体层上形成n型结合衬垫电极，而不提供透明电极。
进一步，从作为导电衬底1的硅衬底的背表面施加激光照射沿着图案沟槽20b的分割线40，形成划片线41。沿着分割线断开，将硅衬底分割成每边250μm的正方形芯片(芯片形成步骤)。因此，得到图7所示本实施例中的氮化物基半导体发光装置70。
按照本实施例的氮化物基半导体发光装置，在结合形成于多层半导体层上的半导体侧的多层金属层和形成于导电衬底的图案表面上的衬底侧的多层金属层之后，分离多层半导体层和半导体侧的多层金属层中没有与衬底侧的多层金属层结合的区域(未结合区)，可以得到具有图案化的发光表面的高可靠发光装置，其中多层半导体层和导电衬底被均匀粘附。尤其是，按照本实施例，由于半导体侧的多层金属层与衬底侧的多层金属层的结合(接合)在室温下进行，不会损伤发光层和消除了发射波长的不一致，且减少了接合后发射波长的变化。而且，减少了接合后导电衬底和基衬底的翘曲。
此外，由于本实施例中的氮化物基半导体发光装置具有均匀粘附的多层半导体层和导电衬底，防止了由所述多层半导体层形成的发光表面的剥离，还降低了泄漏电流。而且，按照本氮化物基半导体发光装置，由于从导电衬底的背表面沿着导电衬底的图案沟槽提供划片线从而将衬底分割成芯片，不会划到多层半导体层的侧表面并降低了泄漏电流。进一步，采用本实施例的制造方法，具有发光表面的氮化物基半导体层的分离容易进行，因此可以低成本地制造高可靠氮化物基半导体发光装置。
综上所述，在结合形成于多层半导体层上的半导体侧的多层金属层和形成于导电衬底的图案表面上的衬底侧的多层金属层之后，通过分离多层半导体层和半导体侧的多层金属层中没有与衬底侧的多层金属层结合的区域(未结合区)，制造出本发明的氮化物基半导体发光装置。因此，可容易、有成本效率和高成品率地得到其中多层半导体层与导电衬底均匀粘附的高可靠发光装置。而且，当形成在多层半导体层上的半导体侧的多层金属层与形成在导电衬底的图案表面上的衬底侧的多层金属层结合时，衬底侧的多层金属层结合的面积(结合区)小，从而减少了被结合的导电衬底和基衬底的翘曲。
尽管详细说明和图示了本发明，容易理解仅仅是图解和举例，不用于限制发明，本发明的精神和范围仅由权利要求书的条款限定。
本申请基于分别于2005年4月12日和2006年2月20日提交至日本专利局的第2005-114386和2006-042630号日本专利申请，将其全文引用结合于此。

Claims (19)

1.一种氮化物基半导体发光装置，包括：
形成在导电衬底上的图案表面；
形成在所述图案表面上的多层金属层；和
形成在所述多层金属层上的多层半导体层，其中
所述多层金属层的主表面和所述多层半导体层的主表面具有小于所述图案表面的面积，以及
所述多层半导体层包括p型氮化物基半导体层、发光层和n型氮化物基半导体层。
2.按照权利要求1的氮化物基半导体发光装置，其中
沿着包括所述多层金属层的侧表面和所述多层半导体层的侧表面的表面形成所述发光层的侧表面。
3.按照权利要求1的氮化物基半导体发光装置，其中
所述导电衬底由选自Si、GaAs、GaP、InP和Ge中的至少一种形成并具有凸的图案表面。
4.按照权利要求1的氮化物基半导体发光装置，其中
基衬底直接地或经中间层地叠置在所述多层半导体层上，以及
所述基衬底由选自蓝宝石、尖晶石、铌酸锂、SiC、Si、ZnO和GaAs中的至少一种形成。
5.按照权利要求4的氮化物基半导体发光装置，其中
所述中间层是氮化物基缓冲层。
6.按照权利要求5的氮化物基半导体发光装置，其中
所述氮化物基缓冲层具有导电性。
7.按照权利要求5的氮化物基半导体发光装置，其中
向所述氮化物基缓冲层加入至少1013cm-3且至多1020cm-3的硅作为掺杂剂。
8.一种氮化物基半导体发光装置的制造方法，包括步骤：
直接地或经中间层，在基衬底上形成包括n型氮化物基半导体层、发光层和p型氮化物基半导体层的多层半导体层，和在所述多层半导体层上形成半导体侧的多层金属层；
在导电衬底上形成图案表面，和在所述图案表面上形成衬底侧的多层金属层，所述衬底侧的多层金属层具有面积小于所述图案表面的主表面；以及
结合所述半导体侧的多层金属层和所述衬底侧的多层金属层从而结合各结合金属层。
9.按照权利要求8的氮化物基半导体发光装置的制造方法，其中
所述基衬底由选自蓝宝石、尖晶石、铌酸锂、SiC、Si、ZnO和GaAs中的至少一种形成。
10.按照权利要求8的氮化物基半导体发光装置的制造方法，其中
所述中间层是氮化物基缓冲层。
11.按照权利要求10的氮化物基半导体发光装置的制造方法，其中
所述氮化物基缓冲层具有导电性。
12.按照权利要求10的氮化物基半导体发光装置的制造方法，其中
向所述氮化物基缓冲层加入至少1013cm-3且至多1020cm-3的硅作为掺杂剂。
13.按照权利要求8的氮化物基半导体发光装置的制造方法，其中
在结合所述半导体侧的多层金属层和所述衬底侧的多层金属层的所述步骤中，使用用于金属的共晶结合来接合各个结合金属层。
14.按照权利要求8的氮化物基半导体发光装置的制造方法，其中
在结合所述半导体侧的多层金属层和所述衬底侧的多层金属层的所述步骤中，使用用于金属的室温结合来接合各个结合金属层。
15.按照权利要求8的氮化物基半导体发光装置的制造方法，还包括：
从所述多层半导体层分离所述基衬底的基衬底分离步骤。
16.按照权利要求15的氮化物基半导体发光装置的制造方法，还包括：
从所述多层半导体层和所述半导体侧的多层金属层中与所述衬底侧的多层金属层结合的区域分离所述多层半导体层和所述半导体侧的多层金属层中没有与所述衬底侧的多层金属层结合的区域的未结合区分离步骤。
17.按照权利要求16的氮化物基半导体发光装置的制造方法，其中：
所述基衬底分离步骤和所述未结合区分离步骤同时进行。
18.按照权利要求17的氮化物基半导体发光装置的制造方法，其中：
通过从基衬底侧施加激光照射，同时进行所述基衬底分离步骤和所述未结合区分离步骤。
19.按照权利要求8的氮化物基半导体发光装置的制造方法，进一步包括步骤：
从与形成在所述导电衬底中的图案沟槽相对的所述导电衬底的背表面提供划片线，以分割所述导电衬底成芯片。
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