CN100514682C - 半导体发光器件、其结构单元及制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种氮化物基化合物半导体发光器件，包括：第一导电衬底(11)；形成在所述第一导电衬底上的第一欧姆电极(12)；依次形成在所述第一欧姆电极上的第一键合金属层(21)；键合至所述第一键合金属层的第二键合金属层(22)；形成在所述第二键合金属层上的第二欧姆电极(13)；以及形成在所述第二欧姆电极上的氮化物基化合物半导体层(30)。所述氮化物基化合物半导体层包括至少一P型层(31)、发光层(32)和N型层(33)，且在所述氮化物基化合物半导体发光器件两相对侧表面的每个中形成凹槽部分(50)或凹面形部分，所述凹槽部分或凹面形部分至少从所述氮化物基化合物半导体层延伸到所述第二键合金属层。

Description

半导体发光器件、其结构单元及制造方法
技术领域
本发明涉及一种能够在红到紫外范围内发光的氮化物基化合物半导体发光器件，其结构单元及其制造方法，更特别地，本发明涉及一种具有结合(bonded)到其上的导电衬底并具有凹槽部分的氮化物基化合物半导体发光器件、其结构单元及其制造方法。
背景技术
例如以InxGayAlzN(x+y+z＝1，0≤x<1，0<y≤1，0≤z<1)表示的氮化物基化合物半导体具有大的能量带隙和高的热稳定性，并允许通过调节其组分控制带隙宽度。因此，作为一种可以应用到诸如发光器件、高温器件等多种半导体器件的材料，氮化物基化合物半导体已经引起人们的注意。
特别地，对于利用氮化物基化合物半导体的发光二极管来说，已经开发出了在蓝色到绿色波长范围内发光强度为几个cd等级的器件并投入了实用。对于用于大容量光盘媒质的拾取光源(pickup light source)来说，采用氮化物基化合物半导体的激光二极管的实际应用正成为研究与开发的目标。
日本专利公开No.09-008403公开了这样的激光器或发光二极管的器件结构。具体地说，如图7所示，在形成有正电极107的导电衬底100上形成第一欧姆电极102和第二欧姆电极101。在其上依次堆叠P型氮化镓基半导体层103、有源层104和N型层105，进一步在其上形成负电极106。这里，第一欧姆电极102和第二欧姆电极101通过热压键合(hot pressure bonding)结合在一起。
照此，在日本专利公开No.09-008403所描述的常规方法中，在导电衬底上形成欧姆电极，且用热压键合等结合氮化镓基半导体层。
不过，利用这种技术难以通过欧姆电极和键合金属层均匀地加热大面积导电衬底的整个表面并将其压合到氮化物基化合物半导体层的整个表面。这样，导电衬底和氮化物基化合物半导体层之间的粘着性差，导致其整个表面剥落。
此外，由于其间的粘着性差，导电衬底会从欧姆电极剥落。如果导电衬底和欧姆电极彼此完全分开，就不可能除去蓝宝石衬底，从而妨碍了发光器件的形成。如果它们彼此部分地分开，电流就难于从氮化镓基半导体层流到导电衬底，造成工作电压增大，由此导致发光器件的可靠性变差。
此外，如果发生了部分剥落，在将晶片切割成芯片时支撑衬底可能会从氮化物基化合物半导体层分开，造成制造工艺成品率的降低。
再者，部分剥落的状态在工艺期间会导致溶剂、光致抗蚀剂或蚀刻剂的渗透。例如，在制造灯发光器件的时候，树脂、水等将通过剥落的部分进入，这会使剥落扩大，可能会破坏欧姆电极和键合金属层。这会令发光器件的可靠性降低。
再者，在将Au线焊接到焊盘电极时，如果导电衬底和形成于其上的欧姆电极之间的粘着性差，导电衬底会从欧姆电极剥落，由此造成工作电压增加。
发明内容
做出本发明是为了解决如上所述的常规技术问题。本发明的目的是改善键合金属层和欧姆电极之间的粘着性以及导电衬底和欧姆电极之间的粘着性，提供高度可靠的氮化物基化合物半导体发光器件并确保良好的成品率，提供其构造单元，以及其制造方法。
根据本发明的一个方面，氮化物基化合物半导体发光器件包括：第一导电衬底；形成在所述第一导电衬底上的第一欧姆电极；形成在所述第一欧姆电极上的第一键合金属层；键合至第一键合金属层的第二键合金属层；形成在所述第二键合金属层上的第二欧姆电极；以及形成在所述第二欧姆电极上的氮化物基化合物半导体层。所述氮化物基化合物半导体层包括至少P型层、发光层和N型层，且在氮化物基化合物半导体发光器件两相对侧表面的每个中形成凹槽(concave groove)部分或凹面形(concave-shaped)部分，凹槽部分或凹面形部分至少从氮化物基化合物半导体层延伸到第二键合金属层。
优选地，第一导电衬底具有凹槽部分。
优选地，所述第一导电衬底是从由Si、GaAs、GaP、Ge和InP构成的组中选择的至少一种材料的半导体。
优选地，使用第二衬底形成氮化物基化合物半导体层，所述第二衬底为蓝宝石、尖晶石或铌酸锂绝缘衬底，或者碳化硅、硅、氧化锌或砷化镓导电衬底。
优选地，所述键合金属层包括第一键合金属层和第二键合金属层。
优选地，所述键合金属层包括由彼此不同的材料形成或由相同材料形成的至少两层。
根据本发明的另一个方面，氮化物基化合物半导体发光器件结构单元包括：具有缓冲层的氮化物基化合物半导体层；依次形成于第二衬底上的N型层、发光层和P型层，其中所述氮化物基化合物半导体层具有凹槽部分。这里，所述凹槽部分也可以形成于第二衬底中。
优选地，所述第二衬底可以是蓝宝石、尖晶石或铌酸锂的绝缘衬底，或者可以是碳化硅、硅、氧化锌或砷化镓的导电衬底。
优选地，进一步在氮化物基化合物半导体层上形成第二欧姆电极。
根据本发明的又一方面，氮化物基化合物半导体发光器件具有通过键合金属层集成为一件的第一导电衬底和上述氮化物基化合物半导体发光器件结构单元，使得所述氮化物基化合物半导体层和所述第一导电衬底彼此相邻。
优选地，第一导电衬底具有凹槽部分。
根据本发明的又一个方面，氮化物基化合物半导体发光器件的制造方法包括：在第二衬底上形成氮化物基化合物半导体层的步骤；在所述氮化物基化合物半导体层中形成凹槽部分的步骤；在具有所述凹槽部分的氮化物基化合物半导体层上形成第二欧姆电极的步骤；在所述第二欧姆电极上形成第二键合金属层的步骤；在第一导电衬底上形成第一欧姆电极的步骤；在所述第一欧姆电极上形成第一键合金属层的步骤；将所述第一键合金属层结合到所述第二键合金属层上的步骤；除去所述第二衬底以暴露所述氮化物基化合物半导体层的表面的步骤；以及在所述暴露的表面上形成透明电极的步骤。
根据本发明的又一个方面，氮化物基化合物半导体发光器件的制造方法包括：在第二衬底上形成氮化物基化合物半导体层的步骤；在所述氮化物基化合物半导体层中形成凹槽部分的步骤；在具有所述凹槽部分的氮化物基化合物半导体层上形成第二欧姆电极的步骤；在所述第二欧姆电极上形成第二键合金属层的步骤；在第一导电衬底中形成凹槽部分的步骤；在具有所述凹槽部分的第一导电衬底上形成第一欧姆电极的步骤；在所述第一欧姆电极上形成第一键合金属层的步骤；将所述第一键合金属层结合到所述第二键合金属层上的步骤；除去所述第二衬底以暴露所述氮化物基化合物半导体层的表面的步骤；以及在所述暴露的表面上形成透明电极的步骤。
优选地，在所述第二衬底上形成氮化物基化合物半导体层的步骤包括从第二衬底侧按此顺序至少依次堆叠N型层、发光层和P型层的步骤。
优选地，该制造方法进一步包括：在形成第二欧姆电极的步骤和形成第二键合金属层的步骤之间，在第二欧姆电极上形成反射层的步骤，且形成第二键合金属层的步骤包括在反射层上形成第二键合金属层的步骤。
根据本发明，在第二衬底上形成凹槽部分，且可选择地在第一导电衬底中形成另一凹槽部分，且至少一个键合金属层形成为具有减小的结合面积。这确保了第一导电衬底和第二衬底之间的良好粘着性。有了这样良好的粘着性，就降低了发光器件的工作电压，因此，能够提供非常可靠且产生高的光输出的氮化物基化合物半导体发光器件。还便利了分割成发光器件的过程，且也改善了氮化物基化合物半导体发光器件的工艺成品率。
当结合附图在下文详细描述本发明之后，本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点将变得更加明了。
附图说明
图1为根据本发明的氮化物基化合物半导体发光器件的示意性横截面图。
图2为根据本发明的氮化物基化合物半导体发光器件结构单元的示意性横截面图。
图3为示意性横截面图，示出了这样一种状态：第一和第二键合金属层彼此键合，以将第二衬底侧的结构和第一导电衬底侧的结构组合成一件。
图4为示意性横截面图，示出了这样一种状态：在第一导电衬底中形成了凹槽部分。
图5为示意性横截面图，示出了这样一种状态：第一和第二键合金属层彼此键合，以将第二衬底侧的结构和第一导电衬底侧的结构组合成一件。
图6为根据本发明的氮化物基化合物半导体发光器件的示意性横截面图。
图7为常规氮化物基化合物半导体发光器件的示意性横截面图。
具体实施方式
本发明的氮化物基化合物半导体发光器件包括：第一导电衬底，形成在所述第一导电衬底上的第一欧姆电极，形成在所述第一欧姆电极上的键合金属层，形成在所述键合金属层上的第二欧姆电极，以及形成在所述第二欧姆电极上的氮化物基化合物半导体层。所述氮化物基化合物半导体层包括至少一P型层、发光层和N型层，且具有凹槽部分或凹面形部分。
由于凹槽部分形成在氮化物基化合物半导体层中，因此可以减小键合金属层键合所用的面积。这提供了键合金属层之间的紧密接触，结果，确保了第一导电衬底和氮化物基化合物半导体层之间良好的粘着。这里，凹槽部分指具有凹陷的凹面形状，不限于沟槽。
在下文中，将参照附图详细描述本发明。图1为本发明的氮化物基化合物半导体发光器件的示意性横截面图。本发明的氮化物基化合物半导体发光器件包括：形成在第一导电衬底11上的第一欧姆电极12，形成在所述第一欧姆电极12上的键合金属层20，形成在所述键合金属层20上的第二欧姆电极13，形成在所述第二欧姆电极13上的氮化物基化合物半导体层30，形成在所述氮化物基化合物半导体层30上的透明电极17，以及形成于透明电极17上的焊盘电极18。凹槽部分50形成于氮化物基化合物半导体层30中，这减少了与氮化物基化合物半导体层30接触的键合金属层20的面积，由此确保了与第一导电衬底11的良好粘着。
在图1中，氮化物基化合物半导体层30由从第一导电衬底11侧按照P型层31、发光层32和N型层33的顺序堆叠的层形成，使其起到发光器件的作用。键合金属层20由第一键合金属层21和第二键合金属层22形成。
优选地，在图1的氮化物基化合物半导体发光器件中，在第一导电衬底11的背面上再形成欧姆电极14，并在焊盘电极18上形成引线结合10。再优选地，在第二欧姆电极13和第二键合金属层22之间形成反射层19。在图1中，形成凹槽部分50，延伸到反射层19和第二键合金属层22。具体地说，在制造有关发光器件的过程中，在氮化物基化合物半导体层30中形成凹槽部分50之后，在P型层31上形成反射层19和第二键合金属层22，使得反射层19和第二粘合金属层22保持半导体层30的凹槽部分。
在本发明中，可以将Si、GaAs、GaP、Ge或InP用于第一导电衬底11。在这种情况下，第一导电衬底的电阻率优选在不低于10-4Ωm且不大于10Ωm的范围内。电阻率小于10-4Ωm的衬底难以制造。如果超过10Ωm，与欧姆电极的欧姆接触将会劣化，导致电压增大，引起发光器件的驱动电压增加。更为优选地，电阻率在不小于10-3Ωm且不大于10-2Ωm的范围内。
第一导电衬底11优选地具有不小于50μm且不大于500μm的厚度。如果厚度超过500μm，可能难以分割成芯片。如果小于50μm，将难以操作芯片。
在本发明中，可以将Al、Cr、Ti、In或Ti-Al用于第一欧姆电极，但不限于它们。
在本发明中，提供键合金属层以确保第一和第二欧姆电极之间的良好粘着，这将在后面描述。作为键合金属层，可以使用Au、Sn、Au-Sn、Au-Si或Au-Ge。在键合金属层由两或多层形成时，可以将相同或不同的材料用于诸层，或者可以酌情组合选自上述材料的相同或不同的材料用于相应诸层。
这里，键合金属层由两或多层形成的情况可以包括如下情况。在形成键合金属层的过程中，预先在第一欧姆电极上形成第一键合金属层，且预先在第二欧姆电极上形成第二键合金属层，并将第一和第二键合金属层键合到一起，在这种情况下键合金属层包括两层。另一个例子是这种情况：在键合之前第一和第二键合金属层中的每一个均由多层形成。
在本发明中，虽然不限于此，可以将Pd、Pt、Ni、Au或Ni-Au用于第二欧姆电极。第二欧姆电极优选具有不少于1nm且不大于15nm的厚度。如果超过15nm，所发射的光可能透射不充分。如果小于1nm，欧姆接触可能会劣化。
在本发明中，氮化物基化合物半导体能够在红到紫外范围内发光。虽然不限于此，这种氮化物基化合物半导体可以是InxAlyGa1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)。本发明的氮化物基化合物半导体层包括自第二衬底侧的N型层、发光层和P型层，这将在后面描述。N型层、发光层和P型层可以用任何已知方法制造，这些方法可以包括金属有机化学气相淀积(MOCVD)、分子束外延(MBE)等。
在本发明中，在制造上述氮化物基化合物半导体层之后形成凹槽部分。可以用反应离子刻蚀(RIE)形成凹槽部分，使凹槽部分的宽度优选在不小于1μm且不大于100μm的范围内。如果超过100μm，可获得的芯片数量可能会减少。如果小于1μm，可能难于分割成芯片。就深度而言，优选地形成凹槽部分使之抵达第二衬底或延伸到第二衬底的中间，这将在后面描述。
在本发明中，在键合到第一键合金属层之前，即，在键合到第一导电衬底之前，通过在第二衬底上按所述顺序堆叠缓冲层、N型层、发光层和P型层，将氮化物基化合物半导体层制作成氮化物基化合物半导体发光器件结构单元。
更具体地说，如图2所示，以此顺序在第二衬底35上堆叠缓冲层36、N型层33、发光层32和P型层31，形成氮化物基化合物半导体层。然后，在氮化物基化合物半导体层中形成凹槽部分50，使之抵达缓冲层36或延伸到第二衬底的中间，由此获得氮化物基化合物半导体发光器件结构单元。尔后，在没有设置凹槽部分50的P型层的部分上，通过蒸镀等以此顺序形成第二欧姆电极13、反射层19、阻挡层(未示出)和第二键合金属层22。然后，将结构单元内的第二键合金属层22键合到第一键合金属层21。
以这种方式，通过预先形成氮化物基化合物半导体发光器件结构单元，确保了氮化物基化合物半导体层和第一导电衬底之间良好的粘着。此外，便利了在氮化物基化合物半导体层中形成凹槽部分。再者，电极可以在半导体发光器件的相对侧上形成。
第二衬底可以是例如蓝宝石、尖晶石或铌酸锂的绝缘衬底，或者可以是例如碳化硅、硅、氧化锌或砷化镓的导电衬底。衬底可以通过研磨、抛光或激光剥离除去。
反射层用于将来自发光层的光向上反射。虽然不限于此，反射层可以由Ag、Al或混合Ag的稀土元素(Nd等)形成。
阻挡层用于防止键合金属进入反射层。阻挡层可以由Mo、Ni、Ti或Ni-Ti形成，但不限于此。阻挡层优选地具有不小于5nm的厚度。如果它小于5nm，阻挡层的厚度可能变得不均匀，在这种情况下，键合金属可能会通过未形成阻挡层的区域进入反射层。
在本发明中，透明电极可以由Pd、Ni或Ni-Au形成，并且可以具有不小于1nm且不大于15nm的厚度。如果超过15nm，所发射的光可能无法透射。如果小于1nm，欧姆接触可能会劣化。
在本发明中，上述氮化物基化合物半导体发光器件结构单元可以通过键合金属层键合，即，它可以键合到形成于第一导电衬底上的第一键合金属层，以组合第一导电衬底和氮化物基化合物半导体层，由此获得氮化物基化合物半导体发光器件。对于上述键合而言，可以使用低共熔键合(eutecticbonding)，可以在约250℃到约320℃范围内的温度和约200N到约3000N范围内的压力条件下进行低共熔键合。
在本发明中，也可以在第一导电衬底中形成凹槽部分，为此可以使用蚀刻。凹槽部分优选地具有不小于2μm且不大于150μm的宽度。如果超过150μm，第一导电衬底可能无法支撑氮化物基化合物半导体发光器件结构单元。如果不到2μm，可能难以形成与形成于氮化物基化合物半导体发光器件结构单元中的凹槽部分相对的凹槽部分。对于蚀刻而言，可以使用基于氢氟酸的蚀刻剂或用于干法蚀刻的卤素基气体。
在本发明中，当将第一导电衬底和氮化物基化合物半导体层结合成一件时，如上所述，可以在结合到氮化物基化合物半导体层之前在第一导电衬底中形成凹槽部分。当凹槽部分形成在第一导电衬底和氮化物基化合物半导体层二者中时，用于结合的面积进一步减小，由此确保了更可靠的粘着。
以下将描述本发明的氮化物基化合物半导体发光器件的制造方法。本发明的氮化物基化合物半导体发光器件的制造方法包括：在第二衬底上形成氮化物基化合物半导体层的步骤；在氮化物基化合物半导体层中形成凹槽部分的步骤；在具有所述凹槽部分的氮化物基化合物半导体层上形成第二欧姆电极的步骤；在所述第二欧姆电极上形成第二键合金属层的步骤；在第一导电衬底上形成第一欧姆电极的步骤；在所述第一欧姆电极上形成第一键合金属层的步骤；将所述第一和第二键合金属层键合到一起的步骤；除去所述第二衬底以暴露所述氮化物基化合物半导体层的表面的步骤；以及在所述暴露的表面上形成透明电极的步骤。
如上所述，本发明的制造方法其特征在于，预先在所述第二衬底上形成具有凹槽部分的氮化物基化合物半导体层、第二欧姆电极和第二键合金属层，且这一结构被结合到第一导电衬底侧上的、包括第一导电衬底、第一欧姆电极和第一键合金属层的结构。图3示出了这样一种状态：第二衬底侧上的结构和第一导电衬底侧上的结构被集成为一件，第一和第二键合金属层彼此键合到一起。
通过这种方式，通过在氮化物基化合物半导体层中形成凹槽部分，用于结合的面积可以减小，由此确保了氮化物基化合物半导体层和第一导电衬底之间良好的粘着。此外，电极可以形成于器件的顶部和底部，通过键合金属层键合在一起。这防止了欧姆电极剥落并确保了良好的粘着。因此，可以获得非常可靠的发光器件。
此外，在本发明的制造方法中，在如图3所示将第一导电衬底侧上的结构和第二衬底侧上的结构集成为一件之后，除去第二衬底35。在除去第二衬底35时，已经预先形成的凹槽部分50可能会分开器件结构，这简化了发光器件分割工艺。尔后，在对应于凹槽部分50的位置沿着垂直于衬底表面的方向将划线引入第一导电衬底中。分割操作沿着划线进行，因此制成了如图1所示的本发明的发光器件。
在本发明的制造方法中，优选在键合第一和第二键合金属层之前，预先在第一导电衬底中形成凹槽部分。更具体地说，如图4所示的，在第一导电衬底11上形成第一欧姆电极12和第一键合金属层21之前，通过蚀刻形成凹槽部分51。尔后，如图5所示，如在上述制造方法中那样，将第二衬底侧的结构和第一导电衬底侧的结构集成为一件并除去第二衬底。尔后，沿着垂直于衬底表面的方向将划线引入第一导电衬底中，直至凹槽部分51的底部X。划线用于分割晶片，由此获得了如图6所示的氮化物基化合物半导体发光器件。
以这种方式，通过也在第一导电衬底中形成凹槽部分，可以进一步在尺寸上减小用于键合第一键合金属层和第二键合金属层的区域，因此进一步增大了结合强度。
在本发明的制造方法中，在第一导电衬底上形成第一欧姆电极和第一键合金属层的步骤可以通过电子束(EB)蒸镀、溅射或电阻热蒸镀(resistivethermal evaporation)进行。此外，在氮化物基化合物半导体层上形成第二欧姆电极的步骤可以通过EB蒸镀等进行。
此外，在本发明的制造方法中，可以使用低共熔键合将第一键合金属层和第二键合金属层键合到一起。在这种情况下，可以根据所用材料酌情设定温度和压力。
再者，在第一导电衬底中形成划线的步骤可以通过用红外透射型划线器沿垂直于衬底表面的方向对应于或相对凹槽部分从第一导电衬底的背侧形成划线来进行。此外，可以通过折断(breaking)执行沿划线分割的步骤。
在下文中，将参照实例详细介绍本发明。注意，本发明不限于这些实例。
实例1
在该例中，形成了如图1所示的氮化物基化合物半导体发光器件，下面将要详细介绍。
在充当第二衬底35的蓝宝石衬底上，通过MOCVD依次形成由GaN材料制作的缓冲层36、N型氮化物基化合物半导体层33、多量子阱(MQW)发光层32和P型氮化物基化合物半导体层31。具体地，GaN缓冲层36形成为20nm厚，N型氮化物基化合物半导体层33形成为5μm厚，MQW发光层32形成为50nm厚，而P型氮化物基化合物半导体层31形成为150nm厚。
接着，在形成于蓝宝石衬底上的氮化物基化合物半导体层中形成凹槽部分50。此时使用的是RIE。凹槽部分的宽度设为20μm，其深度设为到达蓝宝石衬底。
尔后，在P型氮化物基化合物半导体层31上，通过蒸镀按下述顺序形成第二欧姆电极13、反射层19和第二键合金属层22。具体地说，通过EB蒸镀形成Pd(3nm)作为第二欧姆电极13、形成Ag(150nm)作为反射金属层19，形成Mo(50nm)作为阻挡层(未示出)，且形成AuSn(3μm)和Au(10nm)作为第二键合金属层22。这里，AuSn中包含的Sn为20％的质量比。上述Au(10nm)充当着AuSn层的抗氧化剂膜。通过这种方式，形成了氮化物基化合物半导体发光器件结构单元。
接着，在第一导电衬底11上形成第一欧姆电极12和第一键合金属层21。具体地说，使用EB蒸镀将充当第一欧姆电极12的Ti(15nm)/Al(150nm)形成于由Si材料制作的第一导电衬底11上，且将充当阻挡层(未示出)的Mo(50nm)和充当第一键合金属层21的Au(3μm)形成于其上。
尔后，将具有凹槽部分50的氮化物基化合物半导体层和第一导电衬底结合在一起。也就是说，将上述氮化物基化合物半导体发光器件结构单元和第一导电衬底集成为一件。更具体地说，由Au材料制作的第一键合金属层21和AuSn第二键合金属层22上的Au层彼此相对设置，且在290℃的温度和300N的压力下执行低共熔键合将它们键合到一起。
尔后，除去作为第二衬底35的蓝宝石衬底。具体地说，从蓝宝石衬底镜面抛光的背侧照射YAG-THG激光(355nm波长)，用于热分解蓝宝石衬底、形成和蓝宝石衬底的界面的GaN材料的缓冲层36，以及N型层33的一部分。
此外，在除去未形成凹槽部分50处的蓝宝石衬底而暴露的N型层的一部分上形成由ITO(掺Sn的In2O3)制成的透明电极17。在透明电极17的中心处形成N型结合焊盘电极18。Au丝10被球焊(ball-bonded)在N型结合焊盘电极18上。进一步在第一导电衬底11的背面上形成欧姆电极14。这样就制成了氮化物基化合物半导体发光器件。
在以上描述中，其中形成有凹槽部分的氮化物基化合物半导体层被结合到不具有凹槽部分的第一导电衬底的晶片上。或者，凹槽部分可以形成在第一导电衬底侧，且相关衬底可以结合到不具有凹槽部分的氮化物基化合物半导体层的晶片上。
根据实例1，在形成于蓝宝石衬底上的氮化物基化合物半导体层中形成凹槽部分。这能够在将第一导电衬底侧上的晶片与第二衬底侧上的晶片结合的时候减小结合表面的面积，因此，确保了形成于相应侧上的第一和第二键合金属层之间良好的粘着。结合强度提高了，就进一步确保了其间的紧密接触。结果，防止了第一导电衬底从氮化物基化合物半导体层剥落，且减少了芯片分割时的晶片剥落。因此，随着工艺中成品率的提高，就可以提供廉价的氮化物基化合物半导体发光器件。此外，在氮化物基化合物半导体层中提供凹槽部分使得仅仅通过除去蓝宝石衬底就能够分割氮化物基化合物半导体层，由此进一步便利了芯片分割。
实例2
在该例中，制造了如图6所示的氮化物基化合物半导体发光器件，下面将要详细介绍。
在充当第二衬底35的蓝宝石衬底上，通过MOCVD依次形成由GaN材料制作的缓冲层36、N型氮化物基化合物半导体层33、MQW发光层32和P型氮化物基化合物半导体层31。具体地说，在蓝宝石衬底上，GaN缓冲层36形成为30nm厚，N型氮化物基化合物半导体层33在其上形成为5μm厚，MQW发光层32在其上形成为50nm厚，而P型氮化物基化合物半导体层31在其上形成为200nm厚。
接着，在形成于蓝宝石衬底上的氮化物基化合物半导体层中使用RIE形成凹槽部分50。凹槽部分形成20μm的宽度，深度到达蓝宝石衬底。
接着，在P型氮化物基化合物半导体层31的除了凹槽部分50的表面上，通过EB蒸镀形成第二欧姆电极13、反射金属层19和第二键合金属层22。具体地说，形成3nm厚的Pd作为第二欧姆电极13，形成150nm厚的Ag-Nd作为反射金属层19，形成50nm厚的Mo作为阻挡层(未示出)，且分别形成3μm和10nm厚的AuSn和Au作为第二键合金属层22。这里，AuSn中包含的Sn为20％的质量比。上述Au充当着AuSn的抗氧化剂膜。以这种方式，制成了氮化物基化合物半导体发光器件结构单元。
接着，在由Si材料制作且具有凹槽部分51的第一导电衬底11上，用EB蒸镀形成第一欧姆电极12和第一键合金属层21。具体地说，使用氢氟酸基蚀刻剂在第一导电衬底11中形成一定深度的凹槽部分51，其宽度为20μm。进一步，在除了凹槽部分51之外的Si衬底的表面上，形成Ti(15nm)/Al(150nm)作为第一欧姆电极12，形成50nm厚的Mo作为阻挡层(未示出)，且形成3μm厚的Au作为第一键合金属层21。
尔后，通过将第一和第二键合金属层键合到一起，将氮化物基化合物半导体层侧上的具有凹槽部分50的结构和第一导电衬底侧上的具有凹槽部分51的结构集成为一件。亦即，将氮化物基化合物半导体发光器件结构单元和第一导电衬底侧上的结构结合。具体地说，上述Au层21和上述AuSn层上的Au层22彼此相对地设置，且在290℃的温度和200N的压力下执行低共熔键合将它们键合。
接着，除去蓝宝石衬底。具体地说，从蓝宝石衬底镜面抛光的背侧照射YAG-THG激光(355nm波长)，用于热分解蓝宝石衬底、形成和蓝宝石衬底的界面的GaN材料，以及N型层33的一部分，由此除去蓝宝石衬底。
尔后，在通过除去蓝宝石衬底而暴露的N型层33的大致整个表面上形成ITO(掺Sn的In2O3)透明电极。N型结合焊盘电极18形成于其中心。Au丝10被球焊在N型结合焊盘电极18上。因此就获得了氮化物基化合物半导体发光器件。
这里，虽然透明电极17形成于N型层33的大致整个表面上，它可以是分支形状(branch-shaped)的电极。或者，可以只提供N型结合焊盘电极。
在本例中，凹槽部分形成于Si衬底中，且凹槽部分还形成于其上堆叠有氮化物基化合物半导体层的蓝宝石衬底上。与实例1的情况相比，这可以进一步减小结合器件结构时的结合表面的面积，并进一步改善形成于Si衬底和蓝宝石衬底上的键合金属层的粘着性。因此，进一步提高了结合强度，且确保了更好的粘着。结果，防止了Si衬底从氮化物基化合物半导体层剥落，且减少了芯片分割过程时的晶片剥落。因此，工艺中成品率的得以提高，可以提供廉价的氮化物基化合物半导体发光器件。
虽然已经详细描述和示出了本发明，显然可以理解，其仅是图示和示例，并非用作限制，本发明的原理和范围仅受权利要求的条款限制。
本申请以2004年9月2日提交到日本专利局的日本专利申请No.2004-255953为依据，其全部内容在此引入作为参考。

Claims (10)

1.一种氮化物基化合物半导体发光器件，包括：
第一导电衬底(11)；
形成在所述第一导电衬底(11)上的第一欧姆电极(12)；
形成在所述第一欧姆电极(12)上的第一键合金属层(21)；
键合至所述第一键合金属层的第二键合金属层(22)；
形成在所述第二键合金属层(22)上的第二欧姆电极(13)；以及
形成在所述第二欧姆电极(13)上的氮化物基化合物半导体层(30)；其中，
所述氮化物基化合物半导体层(30)包括P型层(31)、发光层(32)和N型层(33)，且在所述氮化物基化合物半导体发光器件两相对侧表面的每个中形成凹槽部分或凹面形部分，所述凹槽部分或凹面形部分至少从所述氮化物基化合物半导体层(30)延伸到所述第二键合金属层(22)。
2.根据权利要求1所述的氮化物基化合物半导体发光器件，其中，所述凹槽部分(51)或凹面形部分从所述氮化物基化合物半导体层(30)延伸到所述第一导电衬底(11)。
3.根据权利要求1所述的氮化物基化合物半导体发光器件，其中，所述第一导电衬底(11)为选自Si、GaAs、GaP、Ge和InP的至少一种材料的半导体。
4.根据权利要求1所述的氮化物基化合物半导体发光器件，还包括形成在所述氮化物基化合物半导体层上的第二衬底(35)，所述第二衬底(35)为蓝宝石、尖晶石或铌酸锂的绝缘衬底，或者为碳化硅、硅、氧化锌或砷化镓的导电衬底。
5.根据权利要求1所述的氮化物基化合物半导体发光器件，其中，所述第一键合金属层(21)和第二键合金属层(22)由相同的材料形成。
6.根据权利要求1所述的氮化物基化合物半导体发光器件，其中所述第一键合金属层和第二键合金属层由彼此不同的材料形成。
7.一种氮化物基化合物半导体发光器件的制造方法，包括如下步骤：
在第二衬底(35)上形成氮化物基化合物半导体层(30)；
在所述氮化物基化合物半导体层(30)中形成凹槽部分；
在具有所述凹槽部分的氮化物基化合物半导体层(30)上形成第二欧姆电极(13)；
在所述第二欧姆电极(13)上形成第二键合金属层(22)；
在第一导电衬底(11)上形成第一欧姆电极(12)；
在所述第一欧姆电极(12)上形成第一键合金属层(21)；
将所述第一键合金属层(21)键合到所述第二键合金属层(22)；
除去所述第二衬底(35)以暴露所述氮化物基化合物半导体层(30)的表面；以及
在所述暴露的表面上形成透明电极。
8.根据权利要求7所述的氮化物基化合物半导体发光器件的制造方法，其中在所述第二衬底(35)上形成氮化物基化合物半导体层(30)的所述步骤包括从第二衬底侧按下述顺序至少依次堆叠N型层(33)、发光层(32)和P型层(31)的步骤。
9.根据权利要求7所述的氮化物基化合物半导体发光器件的制造方法，在形成所述第二欧姆电极(13)的所述步骤和形成所述第二键合金属层(22)的所述步骤之间包括，在所述第二欧姆电极(13)上形成反射层(19)的步骤，且形成第二键合金属层(22)的所述步骤包括在所述反射层(19)上形成第二键合金属层(22)的步骤。
10.一种氮化物基化合物半导体发光器件的制造方法，包括如下步骤：
在第二衬底(35)上形成氮化物基化合物半导体层(30)；
在所述氮化物基化合物半导体层(30)中形成第二凹槽部分；
在具有所述第二凹槽部分的氮化物基化合物半导体层(30)上形成第二欧姆电极；
在所述第二欧姆电极(13)上形成第二键合金属层(22)；
在第一导电衬底(11)中形成第一凹槽部分(51)；
在具有所述第一凹槽部分(51)的第一导电衬底(11)上形成第一欧姆电极(12)；
在所述第一欧姆电极(12)上形成第一键合金属层(21)；
将所述第一键合金属层(21)键合到所述第二键合金属层(22)；
除去所述第二衬底(35)以暴露所述氮化物基化合物半导体层(30)的表面；以及
在所述暴露的表面上形成透明电极。
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