CN100557829C

CN100557829C - 用于p型氮化物发光装置的超薄欧姆接触及其形成方法

Info

Publication number: CN100557829C
Application number: CNB2005800252798A
Authority: CN
Inventors: M·拉费托; J·巴拉坦; K·哈贝雷恩; M·伯格曼; D·埃默森; J·伊贝特森; T·李
Original assignee: Cree Research Inc
Current assignee: Kerui Led Co
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: CN101002338A; CN101667616A

Abstract

一种半导体基发光装置(LED)，可包含p型氮化物层和该p型氮化物层上的金属欧姆接触。该金属欧姆接触平均厚度约小于25，比接触电阻率约小于10^-3ohm.cm²。

Description

用于P型氮化物发光装置的超薄欧姆接触及其形成方法

相关专利申请的交叉引用

本申请涉及Raffetto等人于2004年7月27日提交的题为Ultra-Thin Ohmic Contacts for P-Type Nitride Light EmittingDevices的美国临时专利申请No.60/591,353，以及Raffetto等人于2004年12月28日提交的题为Ultra-Thin Ohmic Contacts for P-Type Nitride Light Emitting Devices的美国临时专利申请No.60/639,705，其全部内容于此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及半导体装置，更具体地涉及具有形成于III族氮化物基外延层上的欧姆接触的发光装置。

背景技术

发光二极管和激光二极管是公知的能够在施加足够电压时产生光的固态电子装置。发光二极管和激光二极管通常称为发光装置(LED)。发光装置通常包括形成于外延层内的p-n结，该外延层生长在例如蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓等衬底上。由该LED产生的光的波长分布取决于形成p-n结的材料以及包含该装置的有源区的薄外延层的结构。

通常，LED包含n型衬底、形成于该衬底上的n型外延区以及形成于n型外延区上的p型外延区。为了便于对装置施加电压，阳极欧姆接触形成于该装置的p型区(通常为暴露的p型外延层)上，阴极欧姆接触形成于该装置的n型区(例如衬底或者暴露的n型外延层)上。

由于难以形成导电良好的p型III族氮化物材料(例如GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN和AlInN)，p型层内电流分布的缺乏可能成为这些材料所形成LED性能的限制因素。因此，期望在暴露的p型层尽可能多的表面区域上形成欧姆接触，从而引导电流穿过该装置有源区尽可能大的区域。然而，提供大的阳极接触从某些方面而言对装置性能是有害的。通常期望从发光二极管提取尽可能多的光。由于阳极欧姆接触通常包括金属层，LED有源区内产生的光会在欧姆接触中部分地吸收，降低了该装置的总发光效率。

在一些装置中，可能期望在暴露的p型层上形成反射金属层，使得通常会穿过p型层从装置逃逸的光被反射回到装置内，穿过衬底被提取。然而，例如铝和银的高反射金属并不形成与p型氮化物材料的良好欧姆接触。因此，通常在p型氮化物层和反射体之间提供欧姆接触。降低欧姆接触中的吸收成为这些装置中关心的问题。

因此，需要改善的欧姆接触结构以及在p型氮化物材料上形成欧姆接触结构的方法。

发明概要

根据本发明的实施方案可以提供用于p型氮化物发光装置的超薄欧姆接触和形成方法。根据这些实施方案，半导体基发光装置(LED)可包含p型氮化物层和其上的金属欧姆接触，其中该金属欧姆接触平均厚度约小于

比接触电阻率约小于10^-3ohm.cm²。该金属欧姆接触可包括Pt。

在根据本发明的一些实施方案中，该金属欧姆接触平均厚度约小于

在根据本发明的一些实施方案中，该金属欧姆接触平均厚度约为

到

在根据本发明的一些实施方案中，通过对该金属欧姆接触的俄歇分析测量，该金属欧姆接触覆盖约67％或更少的p型氮化物层。在根据本发明的一些实施方案中，该金属欧姆接触覆盖p型氮化物层的一部分，该p型氮化物层的其余部分未被金属欧姆接触覆盖。

在根据本发明的一些实施方案中，通过对该金属欧姆接触的俄歇分析测量，该金属欧姆接触覆盖约47％或更少的p型氮化物层。

在根据本发明的一些实施方案中，在约350nm的测量波长下，该金属欧姆接触的标准化透射率约为92％。在根据本发明的一些实施方案中，该金属欧姆接触覆盖p型氮化物层的一部分，该p型氮化物层的其余部分未被金属欧姆接触覆盖。

在根据本发明的一些实施方案中，通过对该金属欧姆接触的俄歇分析测量，该金属欧姆接触覆盖约28％或更少的p型氮化物层。

在根据本发明的一些实施方案中，在约350nm的测量波长下，该金属欧姆接触的标准化透射率约为94％到96％。在根据本发明的一些实施方案中，该金属欧姆接触平均厚度约为在根据本发明的一些实施方案中，通过对该金属欧姆接触的俄歇分析测量，该金属欧姆接触覆盖约13％或更少的p型氮化物层。在根据本发明的一些实施方案中，在约350nm的测量波长下，该金属欧姆接触的标准化透射率约为大于98％。

在根据本发明的一些实施方案中，该金属欧姆接触可以为铂、铑、氧化锌、钯、氧化钯、钛、镍/金、氧化镍/金、氧化镍/铂和/或钛/金。在根据本发明的一些实施方案中，该LED还可包含位于金属欧姆接触上的焊盘。

在根据本发明的一些实施方案中，LED可包含p型氮化物层和其上的金属欧姆接触，其中该金属欧姆接触平均厚度约为

在根据本发明的一些实施方案中，LED可包含p型氮化物层和其上的金属欧姆接触。该金属欧姆接触平均厚度约为

通过对该金属欧姆接触的俄歇分析测量，该金属欧姆接触覆盖约13％或更少的p型氮化物层。

在根据本发明的一些实施方案中，LED包含p型氮化物层和其上的金属欧姆接触。该金属欧姆接触可具有一定的平均厚度，其在约350nm的测量波长下足以提供约大于98％的标准化透射率。

在根据本发明的一些实施方案中，通过以下步骤可提供用于形成半导体基发光装置(LED)的方法：在n型衬底上形成p型氮化物层，在该p型氮化物层上形成金属欧姆接触，直至其具有约小于

的平均厚度和约小于10^-3ohm.cm²的比接触电阻率，以及停止形成该金属欧姆接触。

在根据本发明的一些实施方案中，形成金属欧姆接触可进一步包含以一定速率在p型氮化物层上以及在参考陪片(witness slide)上沉积金属一时间段，以提供用于金属欧姆接触的具有第一平均厚度的金属层，且陪片上该金属层的厚度指示被监控。如果该指示高于预定指示阈值，则进一步以后续时间间隔和/或后续速率沉积金属以增加平均厚度。如果所述指示等于或小于预定指示阈值，则停止沉积金属。

在根据本发明的一些实施方案中，通过测量金属层的透射率、薄片电阻率、电容、反射率和/或谐振频率，以提供对厚度指示的监控。在根据本发明的一些实施方案中，进一步沉积该金属层，直到该指示超过预定指示阈值。在根据本发明的一些实施方案中，沉积速率约为每秒

到

附图说明

图1为示出了本发明一些实施方案的剖面视图。

图2A和2B为具有根据本发明一些实施方案的欧姆接触的LED管芯(dice)的顶视图。

图3为示出了本发明另外实施方案的剖面视图。

图4为示出了本发明方法实施方案的流程图。

图5为在波长范围上测量的各种厚度铂膜的透射率的曲线图。

图6为示出了本发明另外的方法实施方案的流程图。

图7为示出了本发明另外的方法实施方案的流程图。

图8为根据本发明一些实施方案的膜沉积系统的示意图。

图9A和9B为根据本发明一些实施方案，平均厚度约为

的Pt接触层的扫描透射电子显微镜(STEM)图像。

图10A和10B为根据本发明一些实施方案，平均厚度约为

的Pt接触层的STEM图像。

图11A和11B为根据本发明一些实施方案，平均厚度约为

的Pt接触层的STEM图像。

发明详述

以下参考附图更加全面地描述本发明，其中在附图中示出了本发明的实施方案。本发明不应被理解为受限于这里所示的实施方案；相反，提供这些实施方案的目的为，使本公开说明变得彻底和完整，并将全面地向本领域技术人员传达本发明的范围。相同的数字始终表示相同的元件。

此外，示意性地示出了图中所示的各个层和区域。本领域技术人员还应当理解，尽管结合半导体晶片和划片的芯片描述了本发明，但是这种芯片可以划片成任意尺寸。因此，本发明不限于附图所示相对尺寸和间距。此外，出于图示清楚和便于解释，以夸大的尺寸示出了图示的某些特征例如层厚度和特征尺寸。

在此使用的术语仅出于描述具体实施方案的目的，而非旨在限制本发明。在此使用单数形式“一”和“该”还包含复数形式，除非在上下文中明确另外说明。还应当理解，当在说明书中使用时，术语“包括”指明了存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或组成，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组成、和/或其组合。

应当理解，当元件或层被称为位于另一个元件或层“上”，“连接”或者“耦合”到另一个元件或层时，该元件或层可以直接位于该另一个元件或层上，直接连接或耦合到另一个元件或层，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接”位于另一个元件或层“上”，“直接连接”或者“直接耦合”到另一个元件或层时，不存在中间元件。相同的数字总是表示相同的元件。如此处所使用的，术语“和/或”包含一个或多个关联的罗列项目的任意和所有组合。

应当理解，尽管这里利用术语第一、第二等描述各种元件、组成、区域、层和/或部分，但是这些元件、组成、区域、层和/或部分不限于这些术语。这些术语仅仅是用于将一元件、组成、区域、层或部分区别于另一元件、组成、区域、层或部分。因此，接下来所说的第一元件、组成、区域、层或部分也可以称为第二元件、组成、区域、层或部分，而不脱离本发明的教导。

此外，相对术语，例如“下部”或“底部”和“上部”或“顶部”在此可用于描述如图所示的一个元件与另一个元件的关系。应当理解，相对术语旨在包含除了图中所描述取向之外的装置的不同取向。例如，如果图中的装置翻转，描述为位于元件“下”侧的其他元件于是位于该元件的“上”侧。示范性术语“下部”因此可包含“下部”和“上部”两种取向，取决于图的具体取向。类似地，如果一个图示中的装置翻转，则描述为在元件“之下”或“下方”的其他元件于是将取向为在该元件“上方”。示范性术语“之下”或“下方”因此可包含上方和下方两个取向。

如在此涉及欧姆接触的厚度所使用的，术语“约”是指在

的容差之内。

除非另有限定，这里所用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的意思。还应当理解，术语，例如在常用字典中所定义的这些术语，应当被解释为具有与相关技术和本说明书的上下文的意思一致的意思，并不被解释为是理想的或极度正式形式的意义，除非在这里作清楚的限定。

在此参考剖面图示描述本发明的实施方案，这些图示为本发明理想实施方案的示意性图示。因此，由于例如制造技术和/或容差引起的图示形状的改变是预料中的。因此，本发明的实施方案不应理解为限于此处所示的区域的具体形状，而是包含例如由于制造引起的形状偏差。例如，示为矩形的区域通常在其边缘会具有圆的、弯曲的或者渐变的特征，而不是从一个区域离散变化到下一个区域。因此，图中所示区域本质上是示意性的，其形状并不阐述装置的区域的精确形状且并不旨在限制本发明的范围。

通常参考碳化硅基衬底上的氮化镓基发光二极管描述本发明的实施方案。然而，本领域技术人员应当理解，采用衬底和外延层的许多不同组合可以实施本发明的许多其他方法。例如，组合可包含GaP衬底上的AlGaInP二极管、GaAs衬底上的InGaAs二极管、GaAs衬底上的AlGaAs二极管、SiC或蓝宝石(Al₂O₃)衬底上的SiC二极管和/或氮化镓、碳化硅、氮化铝、蓝宝石、氧化锌和/或其他衬底上的氮化物基二极管。

GaN基发光装置通常包括绝缘、半导体或导电衬底，例如SiC或蓝宝石，其上沉积多个GaN基外延层。该外延层包括有源区，其具有在受到激励时发光的p-n结。

尽管在此揭示的各种LED实施方案包含衬底，本领域技术人员应当理解，其上生长了包括LED的外延层的结晶外延生长衬底可以被除去，该自支撑外延层可安装在替代承载衬底或次贴装台(submount)上，后者可具有优于原始衬底的热学、电学、结构和/或光学特性。在此描述的本发明不限于具有结晶外延生长衬底的结构，可以结合其中外延层已经从原始生长衬底除去并键合到替代承载衬底的结构使用。

用于本发明实施方案的发光装置可以是在碳化硅衬底上制造的氮化镓基发光二极管或激光器，例如由Cree，Inc.of Durham，NorthCarolina所制造和销售的装置。例如，本发明适于使用如美国专利6,740,906、6,734,033、6,664,560、6,201,262、6,187,606、6,120,600、5,912,477、5,739,554、5,631,190、5,604,135、5,523,589、5,416,342、5,393,993、5,338,944、5,210,051、5,027,168、4,966,862和/或4,918,497所描述的LED和/或激光器，这些专利的揭示内容于此引入作为参考，如同在此完全阐述了其全文一样。其他合适的LED和/或激光器在题为″GROUP III NITRIDE BASEDLIGHT EMITTING DIODE STRUCTURES WITH A QUANTUM WELL ANDSUPERLATTICE，GROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL STRUCTURESAND GROUP III NITRIDE BASED SUPERLATTICE STRUCTURES ″的美国专利申请No.2003/0006418和于2004年7月27日提交的题为″GROUPIII NITRIDE BASED QUANTUM WELL LIGHT EMITTING DEVICESTRUCTURES WITH AN INDIUM CONTAINING CAPPING STRUCTURE″的美国专利申请No.10/899,791(Attorney Docket No.5308-204IP)、于2004年6月30日提交的题为″LIGHT EMITTING DEVICES HAVINGCURRENT BLOCKING STRUCTURES AND METHODS OF FABRICATING LIGHTEMITTING DEVICES HAVING CURRENT BLOCKING STRUCTURES ″的美国专利申请No.10/881,814(Attorney Docket No.5308-457)、和/或2004年7月27日提交的题为″LIGHT EMITTING DEVICES HAVING AREFLECTIVE BOND PAD AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTINGDEVICES HAVING A REFLECTIVE BOND PAD″美国专利申请No.10/899,793(Attorney Docket No.5308-468)中有所描述，这些专利的揭示内容于此引入作为参考，如同在此完全阐述了其全文一样。

在本发明具体实施方案中，发光装置可包含p电极，该电极提供反射层以将有源区内产生的光往回反射穿过装置。反射p电极和相关结构在题为″LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATEMODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODSTHEREFOR″的美国专利公开No.2003/0123164以及题为″REFLECTIVEOHMIC CONTACTS FOR SILICON CARBIDE INCLUDING A LAYERCONSISTING ESSENTIALLY OF NICKEL，METHODS OF FABRICATING SAME，AND LIGHT EMITTING DEVICES INCLUDING THE SAME″的美国专利公开No.2003/0168663中有所描述，这些专利的揭示内容于此引入作为参考，如同在此完全阐述了其全文一样。

这里，术语“欧姆接触”是指这样的接触，其中在几乎所有的预期工作频率下，该接触之间的阻抗基本由关系式阻抗＝V/I给出，其中V为该接触两侧电压，I为电流(即，在所有工作频率下，与该欧姆接触相关联的阻抗基本相同)。例如，在根据本发明一些实施方案中，欧姆接触可以是比接触电阻率约小于10^-03ohm.cm²，且在一些实施方案中约小于10^-04ohm.cm²的接触。因此，整流的或者比接触电阻率高的接触，例如比接触电阻率大于约10^-03ohm.cm²的接触不是这里的术语所指的欧姆接触。

可以使衬底向下将LED安装在例如金属板、印刷电路板或引线框(所有这些在此都称为“次贴装台”)的次贴装台上。图1示意性示出了LED 1，包含n型SiC衬底10和有源区12，该有源区12包括生长该衬底上并图案化为平台的n-GaN基层14和p-GaN基层16。金属p电极18沉积在p-GaN层16上并与之电学耦合，制备引线接合连接28连接至p电极18上的焊盘20。使用导电环氧树脂26将导电衬底上并与该导电衬底电学耦合的n电极22贴附到导电的次贴装台24。热固化以硬化该环氧树脂26，由此形成用于LED芯片的稳定的和导电的贴装台(mount)。在有源区12内产生的光向上行进并从装置出射。然而，所产生的光的一部分会被欧姆p电极18吸收(有时在此称为欧姆接触18)。

为了减小和/或最小化p电极18对光的吸收，根据本发明一些实施方案，该p电极的厚度可以减小到

以下。本发明的一些实施方案提供了可以通过可再现的、可控的和可制造的方式沉积的超薄p接触金属。在一些实施方案中，欧姆接触18包括铂。欧姆接触18可以使用其他材料。例如，欧姆接触18可包括铑、氧化锌、钯、氧化钯、钛、镍/金、氧化镍/金、氧化镍/铂和/或钛/金。在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于

在另外实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于

在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度可以为13到

在另外实施方案中，欧姆接触18平均厚度可以为

在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于

在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于

在另外实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于在再另外实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于约

本领域技术人员应当理解，小于

的膜厚，特别是小于

的膜厚可代表对表面的部分或亚单层覆盖。因此，即使所得层称为“膜”，该膜可能仅部分覆盖p型GaN层的表面。此外，该p型GaN层的一些未被覆盖部分可表征为“暴露的”，因为这些部分没有被比金属欧姆接触最小平均厚度厚的膜覆盖(例如，被暴露的部分被亚单层的金属欧姆接触覆盖)。

因此，本发明的一些实施方案提供了覆盖度小于70％的接触层。本发明的另外实施方案提供了覆盖度小于50％的接触层。本发明的再另外实施方案提供了覆盖度小于30％的接触层。本发明的附加实施方案提供了覆盖度小于20％的接触层。这里，当金属欧姆接触描述为“仅仅”覆盖特定百分比的p型氮化物层(例如70％)时，应当理解，该p型氮化物层的其余部分(例如30％)未被覆盖(即，被暴露)，或者被小于覆盖p型氮化物层的金属欧姆接触平均厚度的该金属欧姆接触部分所覆盖。此外，这些覆盖百分比不应解释为包含不位于金属欧姆接触外部边缘下方的p型氮化物部分(例如过大的p型氮化物层)。

可以通过电子束(e-beam)蒸镀或用于可控地形成原子级金属薄膜的任何其他合适技术，形成根据本发明一些实施方案的欧姆接触。例如，假设可以维持足够的工艺控制，则可以通过电镀形成欧姆接触。在电子束蒸镀中，在真空腔中使用熔化靶区域的高强度电子束将金属源靶加热到蒸发点。可控地将蒸发的金属涂敷到置于该腔体内的外延晶片。R.Jaeger所著的INTRODUCTION TO MICROELECTRONICFABRICATION(2002年第二版)第六章中描述了电子束蒸镀和其他膜沉积方法。

通过改变电子束的电流和能量，可以控制该工艺的沉积速率。在一些实施方案中，沉积速率维持在低的速率，例如每秒0.1到从而维持对膜厚的充分控制。此外。通过监控其上同时沉积了欧姆金属膜的参考陪片的透射性能，可以在沉积期间控制膜沉积。该参考陪片可以是蓝宝石、石英、或者其上可以沉积金属膜的任何其他光学透射材料。对金属厚度的透射灵敏度依赖于监控过程中使用的光波长。也就是说，在较短波长可以提高透射灵敏度。因此，在一些实施方案中，通过采用能够发射350nm或更短波长的UV光源例如UV分光光度计的监控系统，在膜沉积期间或之后测量蓝宝石参考陪片的透射性能。缓慢的沉积速率可实现薄层的可再现和可控沉积。

欧姆接触18厚度范围为1到

对于与倒装装置的铂接触，优选厚度为1到

倒装装置通常包含毯状沉积于该欧姆接触上的附加金属层。例如，如图3所示，该欧姆接触18上存在反射体层30，以及形成金属叠层32的阻挡、键合和/或粘合层。因此，电流分布可在反射体层30和/或金属叠层32中发生。对于与非倒装装置的铂接触，优选厚度为13到且在欧姆接触18上形成包含金属电流分布指(spreading finger)的焊盘。

一旦沉积之后，欧姆接触18提供了“沉积的”欧姆或非整流接触。也就是说，为了提供与p型GaN层16的准理想的电接触，不需要进一步的处理或退火。然而，在一些情况下，可能需要或者期望对欧姆接触18退火或者执行其他沉积后工艺，从而改善其欧姆特性(例如降低接触层的比接触电阻)。

在一些实施方案中，根据本发明的方法包含：在衬底上形成n型外延层；在该n型外延层上形成p型外延层，从而提供装置前驱体结构；将该装置前驱体结构置于电子束蒸镀系统；在该蒸镀系统内放置参考陪片；以及在该装置前驱体结构和该参考陪片上形成铂层，同时监控该参考陪片上金属膜的透射率。在一些实施方案中，在350nm测量波长下，在参考陪片上的金属膜的标准化透射率下降到98％以下之前，停止沉积该欧姆接触金属层。在其他实施方案中，在350nm测量波长下，在参考陪片上的金属膜的标准化透射率下降到96％以下之前，停止沉积该欧姆接触金属层。在另外实施方案中，在350nm测量波长下，在参考陪片上的金属膜的标准化透射率下降到92％以下之前，停止沉积该欧姆接触金属层。

如图5所示，沉积在参考陪片上的金属膜的标准化透射率根据该膜的厚度以及测量中使用的光波长而改变。换个角度，该金属膜的吸收率为膜厚度以及穿过该膜的光的波长的函数。从图5的曲线图显而易见，为厚度的函数的吸收率的最大变化发生于短波长。例如，在350nm波长，

铂膜的透射率为98到100％，而平均厚度为

的膜的透射率为94到96％，平均厚度为的膜的透射率约为92％。在更短波长，这种效应更加显著。

因此，在一些实施方案中，通过采用能够在350nm或更短波长发光的UV光源的监控系统，在膜沉积期间监控蓝宝石参考陪片的透射性能。通过原位监控形成于经校准参考陪片上的金属膜的透射率，可以在该金属膜的透射率达到预定阈值水平之前或者之后停止该沉积工艺。因此，根据本发明实施方案可以高度精确地控制极薄金属膜的沉积。

在一些实施方案中，在350nm测量波长下，在参考陪片上的该金属膜的标准化透射率下降到98％以下之前，停止沉积该欧姆接触。在其他实施方案中，在350nm测量波长下，在参考陪片上的金属膜的标准化透射率下降到96％以下之前，停止沉积该欧姆接触。在另外实施方案中，在350nm测量波长下，在参考陪片上的金属膜的标准化透射率下降到92％以下之前，停止沉积该欧姆接触。

可以采用其他方法监控所沉积的金属膜的厚度。例如，可以测量根据膜厚而改变的该膜(或者其上沉积了该膜的材料)的其他物理、电学或光学特性，并将其与已知标准比较，从而确定膜厚。这些特性可包含但不限于该膜的薄片电阻率、电容或者反射率。在一个实施方案中，在沉积过程中监控被涂覆了蒸镀材料的石英晶体的谐振频率。该晶体的谐振频率与所沉积的膜的厚度成比例地偏移，可以提供对膜厚足够精确的测量。见R.Jaeger所著的INTRODUCTION TOMICROELECTRONIC FABRICATION(2002年第二版)第六章。

为了促进电流分布，焊盘可包含跨过欧姆接触部分延伸的一个或多个电流分布指。如图2A和2B所示，形成于欧姆接触18上的焊盘20可包含从焊盘20跨过欧姆接触18部分延伸的一个或多个电流分布指21。电流分布指21可以如图2A所示是直的，或者可以如图2B所示是弯曲的。其他配置也是可能的。尽管图2A和2B所示实施方案分别包含四个指21，但是根据所期望的电流分布的数量，可以使用更多或更少的指21。

图3示出了根据本发明一些实施方案的其他LED，其中该LED设计为倒装安装(即，衬底朝上地安装)。图3示意性示出了LED 2，其具有n型SiC衬底10和有源区12，该有源区包括生长于衬底上并被图案化成平台的n-GaN基层14和p-GaN基层16。金属p电极18沉积在p-GaN层16上并与其电学耦合，制备与p电极18上的焊盘20连接的引线接合连接28。位于导电衬底10上并与其电学耦合的n电极22包含焊盘20，制备与该焊盘20连接的引线接合连接28。在图3的实施方案中，该LED进一步包含反射体30。在反射体30上形成金属叠层32，例如上面引用的美国专利No.6,740,906中所述金属叠层，从而提供例如阻挡、粘合和/或键合层。整个装置随后通过焊料34安装到次贴装台24上。

为了减小或者最小化p电极18的光吸收而使得更多的光可以被反射体30反射，根据本发明，该p电极的厚度减小到以下。在一些实施方案中，该p电极包括铂。欧姆接触18可以使用其他材料。例如，欧姆接触18可包括铑、氧化锌、钯、氧化钯、钛、镍/金、氧化镍/金、氧化镍/铂和/或钛/金。在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于

在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度为13到

在另外实施方案中，欧姆接触18平均厚度约为

在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于

在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于在另外实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于

在再另外实施方案中，欧姆接触18平均厚度约为

在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于且覆盖度小于约70％。在一些实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于

且覆盖度小于约50％；在另外实施方案中，欧姆接触18平均厚度小于

且覆盖度小于约30％。在再另外实施方案中，欧姆接触18平均厚度为约

且覆盖度小于约15％。

反射体30优选厚度约大于

且优选地包括铝和/或银。图3的实施方案可以提供改进的电流分布，因为反射体30在薄的透明欧姆接触18的整个表面积上接触该薄的透明欧姆接触18。因此，电流无需像在其他实施方案中那样水平地穿过欧姆接触18。在本实施方案中电流分布由此可得到增强。可以使用例如美国专利6,740,906中详细描述的其他接触结构。如前所述，例如Al和Ag的高反射材料与p型GaN形成不良欧姆接触。尽管该现象仍未得到全面的研究，但是认为，在p型GaN层和银反射体之间提供超薄铂层会充分降低银在界面的功函数，从而允许该反射体和p型GaN之间令人满意的欧姆接触的形成并同时维持高水平的反射率。

本发明的实施方案可以减少由于p接触金属中的吸收所致的LED内光学损耗。需要该p接触金属以形成具有最小电压降的欧姆接触，但是通常该接触金属引入光学损耗。本发明的实施方案可提供一种接触，其具有低光学损耗、低接触电阻以及良好的金属-半导体粘合，适用于采用反射或者透明p侧金属叠层的高亮度氮化物LED。通过将p接触金属减小到极薄的层(例如，Pt，1.5对

)，可以显著提高装置的光输出。例如，在300μm×300μm芯片中获得约10％的光输出改善，在900μm×900μm芯片中获得约20％的改善。亮度水平提高可加速将固态光源引入用于通用照明以及其他专用照明用途例如汽车前灯的产品。

图4示出了本发明的方法实施方案。如图4所示，方法实施方案可包含在步骤100制造GaN基发光装置前驱体结构。该制造GaN基发光装置前驱体结构的步骤可包含，在衬底上形成n型外延层以及在该n型外延层上形成p型外延层。在步骤105，该方法包含将该装置前驱体结构和参考陪片置于例如电子束蒸镀系统的金属膜沉积系统内。步骤110之后，该方法包含在该装置前驱体结构和参考陪片上沉积金属膜。在步骤115中测量参考陪片上的金属膜的透射率。如果膜透射率等于或小于预定阈值(判决框120)，该工艺停止。否则继续沉积金属膜(步骤110)。

在一些实施方案中，在350nm测量波长下，在参考陪片上的金属膜的标准化透射率下降到98％以下之前，停止沉积该欧姆接触金属。在其他实施方案中，在350nm测量波长下，在参考陪片上的金属膜的标准化透射率下降到96％以下之前，停止沉积该欧姆接触金属。在另外实施方案中，在350nm测量波长下，在参考陪片上的金属膜的标准化透射率下降到92％以下之前，停止沉积该欧姆接触金属。

本发明的一些实施方案包含：制造GaN基LED前驱体结构；将前驱体结构与例如参考陪片的测试衬底一起置入金属膜沉积系统；以预定速率在该前驱体结构和该测试衬底上沉积金属膜预定时间；以及测量测试衬底上该膜的透射率。如果该膜的透射率小于预定阈值(表明该金属膜太厚)，则从前驱体结构除去该金属膜，将前驱体置回膜沉积系统，并以第二预定时间和/或沉积速率在该前驱体结构上沉积金属膜。该过程可以重复任意次数，直到已经沉积了可接受的厚度为止。

如图6所示，本发明的一些实施方案包含制造GaN基LED前驱体结构的步骤(步骤200)。前驱体结构与参考陪片或其他测试衬底一起置入膜沉积系统(步骤205)。随后在该前驱体结构和参考陪片上沉积金属膜(步骤210)。随后例如通过测量膜的透射率而测量参考陪片上该膜的厚度。如果该透射率小于预定阈值(表示该膜太厚)(步骤220)，则从该结构除去该金属膜(例如通过蚀刻)并将该前驱体结构置回膜沉积系统。

在图7所示其他实施方案中，通过在该沉积系统内对测试材料执行校准操作以确定该沉积步骤的恰当时间和速率，由此可以控制膜厚。因此，本发明一些实施方案包含制造GaN基LED前驱体结构(步骤300)；将测试衬底置入膜沉积系统(步骤305)；以预定沉积速率在该测试衬底上沉积金属膜预定时间(步骤310)；以及测量所得膜的厚度(步骤315)。如果该膜厚在预定的期望范围之内(步骤320)，则将GaN基LED前驱体结构置入膜沉积系统(步骤325)，并以预定沉积速率在该前驱体结构上沉积金属膜预定时间(步骤330)。如果膜厚不是在预定范围之内，则将第二测试衬底(或者重新清理过的第一测试衬底)置入该膜沉积系统(步骤305)，以第二预定时间和/或速率在第二测试衬底上沉积第二膜。

在另外实施方案中，当膜厚达到阈值水平时，该监控系统可向膜沉积系统提供信号输出。该膜沉积系统响应于来自监控系统的信号输出而停止沉积工艺，从而提供对沉积工艺的自动闭合回路控制。图8为根据本发明实施方案的膜沉积系统50的示意性图示。系统50包含真空腔52，其中晶片载体54安装在该腔内。其上将沉积金属膜的晶片56与参考陪片或测试结构70一起安装在该晶片载体54上。真空泵系统58耦合到真空腔52，用于向外抽吸腔内气体。真空泵系统58可包括多个泵和量具(未示出)，以将真空腔52内部的压力降低到小于10^-3Pa。

真空腔内的电子束发生器60以预定能量产生电子束，并将该电子束导向源靶64。由电子束控制器62控制电子束发生器60。当电子束发生器60产生的电子束轰击源靶64时，源材料从源靶64蒸发并再沉积于晶片56和参考陪片70上。通过监控参考陪片的物理、电学或光学特性，可以测量这些根据膜厚变化的特性并将其与已知标准比较以确定膜厚，安装在真空腔内部或外部的传感器66测量所沉积的膜的厚度。如前所述，这种特性可包含透射率、反射率、传导率、谐振频率或其他特性。传感器66受传感器控制器68(实际应用中可能与电子束控制器62相同)控制。当传感器66探测到所沉积膜厚度已经到达预定阈值，该监控系统可向电子束控制器62提供信号输出，使电子束控制器停止该沉积工艺。因此，根据本发明实施方案的系统50提供了对沉积工艺的自动闭合回路控制。

如前所述制造厚度为

和的接触层。接触层为Pt。假设层为连续Pt层。获得和层的STEM图像。STEM图像示于图9A、10A和11A。STEM图像表明从(图9A)(覆盖度＞＞50％)到

(图11A)(覆盖度＜＜50％)Pt数量的显著变化。在对Pt数量进行定量的尝试中，对STEM图像应用了一种阈值技术，该技术除去灰度级，使得高于特定数值的像素值被指定为纯白(Pt)，小于特定数值的像素值被指定为纯黑。经过阈值化之后的图像见图9B、10B和11B。尽管阈值数值的选择是主观的，将阈值化图像与原始图像比较，这种拟合看来是一致的。通过计算黑(无Pt)与白(Pt)的比率，可以获得覆盖度的指示。下表1示出了图9B、10B和11B中STEM图像的分析。

表1.STEM分析

还对Pt层执行俄歇表面分析。俄歇表面分析的结果示于表2。

表2.俄歇分析

从表2可以看出，假设

层为连续的层，则通过俄歇分析，

层覆盖度约为67％，

层覆盖度约为47％，

层覆盖度约为28％，

层覆盖度约为13％。因此，在根据本发明一些实施方案中，金属欧姆接触的平均厚度与p形氮化物层被该金属欧姆接触覆盖的百分比有关。

鉴于本发明揭示内容的益处，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行许多修改和调整。因此应该理解，所示实施方案仅仅出于示例的目的，不应用于限制由所附权利要求界定的本发明。因此，所附权利要求不仅包含文字上陈述的元件的组合，还包含以基本相同的方式实施基本相同的功能以获得基本相同的结果的所有等同元件。因此权利要求应被理解为包含上文的具体阐述和描述、概念等同物、以及结合了本发明基本思想的内容。

Claims

1.一种半导体基发光装置，包括：

p型氮化物层；以及

所述p型氮化物层上的金属欧姆接触电极，所述金属欧姆接触电极平均厚度小于5

比接触电阻率小于10^-3ohm.cm²。

2.如权利要求1所述的半导体基发光装置，其中所述金属欧姆接触电极包括Pt。

3.如权利要求1所述的半导体基发光装置，其中通过对所述金属欧姆接触电极的俄歇分析测量，所述金属欧姆接触电极覆盖小于100％的所述p型氮化物层。

4.如权利要求1所述的半导体基发光装置，其中所述金属欧姆接触电极直接位于所述p型氮化物层上。

5.如权利要求1所述的半导体基发光装置，进一步包括：

直接位于所述金属欧姆接触电极上的焊盘。

6.如权利要求1所述的半导体基发光装置，其中通过对所述金属欧姆接触电极的俄歇分析测量，所述金属欧姆接触电极覆盖小于47％的所述p型氮化物层。

7.如权利要求6所述的半导体基发光装置，其中在350nm的测量波长下，所述金属欧姆接触电极的标准化透射率至少为92％。

8.如权利要求6所述的半导体基发光装置，其中所述金属欧姆接触电极覆盖p型氮化物层的一部分，所述p型氮化物层的其余部分未被金属欧姆接触电极覆盖。

9.如权利要求1所述的半导体基发光装置，其中所述p型氮化物层包括n型半导体衬底上n型GaN外延层上的p型GaN外延层；以及

直接位于所述金属欧姆接触电极上的焊盘。

10.如权利要求9所述的半导体基发光装置，其中所述焊盘包括位于所述焊盘上跨过所述金属欧姆接触电极延伸的电流分布指。

11.如权利要求10所述的LED，其中所述电流分布指包括笔直的或者弯曲的指。

12.如权利要求1所述的半导体基发光装置，还包括：

位于所述金属欧姆接触电极之下的反射体，其被配置为将发射的通过所述金属欧姆接触电极的光反射回所述金属欧姆接触电极。

13.如权利要求12所述的半导体基发光装置，其中所述反射体包括被配置为提供电流分布的导电的反射体。

14.一种倒装半导体基发光装置，包括：

n型半导体衬底；

所述衬底上的n型GaN外延层；

所述n型GaN外延层上的p型GaN外延层；

所述p型GaN外延层上的金属欧姆接触p电极，所述金属欧姆接触p电极平均厚度小于25

所述金属欧姆接触p电极上的反射体；

所述反射体上的金属叠层；

所述衬底上与所述n型GaN外延层相对的n电极；以及

所述n电极上的焊盘。

15.如权利要求14所述的半导体基发光装置其中所述金属欧姆接触平均厚度为13

到20

16.如权利要求14所述的半导体基发光装置，其中所述金属欧姆接触平均厚度小于10

17.如权利要求14所述的半导体基发光装置，其中所述金属欧姆接触平均厚度小于5

18.如权利要求14所述的半导体基发光装置，其中所述金属欧姆接触平均厚度小于3

19.如权利要求14所述的半导体基发光装置，其中金属欧姆接触p电极平均厚度为25

或更大，其中所述金属欧姆接触p电极覆盖小于28％的所述p型GaN外延层。

20.如权利要求14所述的半导体基发光装置，其中所述金属欧姆接触平均厚度1

21.如权利要求14所述的半导体基发光装置，其中所述反射体厚度大于300

22.如权利要求21所述的半导体基发光装置，其中所述反射体包括铝和/或银。

23.如权利要求14所述的半导体基发光装置，进一步包括：

所述金属欧姆接触p电极上的反射体，覆盖全部所述金属欧姆接触p电极的表面。

24.一种形成半导体基发光装置的方法，包括：

以一定速率在p型氮化物层上和参考陪片上沉积金属一时间段，以提供用于金属欧姆接触电极的具有第一平均厚度的金属层；

测量所述参考陪片上的金属层的透射率、薄片电阻率、电容、反射率和/或谐振频率，以提供所述金属层厚度的指示；以及

如果所述指示约等于或高于预定指示阈值，则停止沉积金属。