CN101840966B

CN101840966B - 半导体发光器件以及制备发光二极管的方法

Info

Publication number: CN101840966B
Application number: CN 200910115323
Authority: CN
Inventors: 江风益; 王立
Original assignee: Lattice Power Jiangxi Corp
Current assignee: Jingneng Optoelectronics Co ltd
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-05-08
Also published as: CN101840966A

Abstract

本发明公开了一种半导体发光器件以及制备发光二极管的方法。该方法包括在生长衬底上制备铟镓铝氮基LED多层结构。该方法还包括在所述LED多层结构上沉积欧姆接触层。该方法还包括对所述欧姆接触层的边缘进行修边，从而使所述欧姆接触层的中心表面充分高于边缘。另外，该方法包括在所述LED多层结构之上沉积第一金属邦定层。另外，该方法包括在另一导电衬底上沉积第二金属邦定层。该方法还包括对所述LED多层结构和所述导电衬底进行压焊。此外，该方法包括去除所述生长衬底。

Description

半导体发光器件以及制备发光二极管的方法

发明领域

本发明涉及发光半导体器件和制造方法。更具体而言，本发明涉及利用晶片邦定法制造基于III-V族氮化物半导体材料的发光二极管的技术。

背景技术

可发射短波长可见光的发光二极管(LED)，尤其是那些基于III-V族氮化物半导体材料的LED的应用越来越广泛。LED最初的应用大多局限在如指示灯和数码显示等应用中。现今，由于半导体材料发展和制备工艺的技术突破，LED比以前能发出高水平亮度、更低能耗和更低成本的多种颜色光。因此，LED在多种消费品和商业产品如交通灯、闪光灯、大屏幕视频显示、以及车灯中有广泛的应用。

LED作为一种光源具有超越传统白炽灯泡的一些优势。LED每瓦产生更多的光，而不会产生大量的热或是从电源获取大量的能量。此外，LED具有非常长的使用寿命，并且不需要滤色镜就能发出宽范围的颜色光。所有的这些优势都有利于降低成本和提高效率。另外，它们尺寸小，散热低和安装容易的优点，使得LED在小空间范围或需要间歇性发光时适合应用。

晶片邦定是一种普遍用于制造具有垂直电极结构的LED的技术。这种制造技术一般从在硅生长衬底上制备铟镓铝氮(InGaAlN)基多层结构开始，接着利用金属邦定材料层覆盖InGaAlN基多层结构，单独制备金属邦定层覆盖的导电衬底，然后利用金属邦定层对InGaAlN基多层结构和导电衬底进行压焊，随后利用湿法刻蚀技术去除硅生长衬底。结果，InGaAlN基多层结构从硅衬底转移至导电衬底上，其中多层结构被翻转倒置。应注意的是，用这种方法制备的LED得益于垂直电板结构，有利于达到高的发光效率。

上述晶片邦定技术存在的一个潜在问题是，在InGaAlN基多层结构和导电衬底之间形成的邦定不一定足以牢固来保证LED的完整性，这样可能产生的后果是制得的多层结构的邦定表面不均匀。更具体而言，靠近邦定层两端的曲面会高于其余表面。这种弯曲的邦定层会降低多层结构和导电衬底之间的邦定质量和牢固性。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种制备发光二极管的方法，该方法用来提高导电衬底与LED多层结构的邦定质量和牢固度。

本发明所要解决的第二技术问题是：提供一种半导体发光器件，该半导体发光器件在经过导电衬底与LED多层结构邦定工艺处理后，导电衬底与LED多层结构之间具有更好的邦定质量和牢固性。

为了解决本发明的第一技术问题，本发明的一个实施例提供一种制备发光二极管的方法。该方法包括在生长衬底上制备铟镓铝氮(InGaAlN)基LED多层结构。该方法还包括在所述LED多层结构上沉积欧姆接触层。该方法还包括对所述欧姆接触层的边缘进行修整，从而暴露出所述多层结构的部分P型层。此外，该方法包括在所述LED多层结构的欧姆接触层上沉积第一金属邦定层，使靠近所述欧姆接触层被修整区域的金属邦定层的边缘低于金属邦定层的其余表面。另外，该方法包括在另一导电衬底上沉积第二金属邦定层。该方法还包括对所述LED多层结构和所述导电衬底进行压焊。另外，该方法包括去除所述生长衬底。

在该实施例的一个变型中，所述LED多层结构包括III-V族氮化物N型层，多量子阱(MQW)有源区和III-V族氮化物P型层。

在该实施例的一个变型中，所述欧姆接触层包括铂。

在该实施例的一个变型中，对所述欧姆接触层的边缘采用光刻进行修整。

在该实施例的一个变型中，所述第一金属邦定层包括金。

在该实施例的一个变型中，所述第二金属邦定层包括金。

在该实施例的一个变型中，所述压焊采用500-700公斤的作用力。

在该实施例的一个变型中，所述压焊在300℃或低于300℃的温度下进行。

在该实施例的一个变型中，采用由氢氟酸、硝酸和醋酸组成的溶液刻蚀所述生长衬底的方法去除所述生长衬底。

为了解决本发明的第二技术问题，本发明提出一种半导体发光器件，包括：

在生长衬底上制备、最后去除生长衬底的铟镓铝氮基LED多层结构；

在所述LED多层结构上沉积的欧姆接触层，且所述欧姆接触层的边缘已通过修整，使其暴露出所述多层结构的P型层；

其中，在边缘经过修整的所述欧姆接触层的表面上沉积有第二金属邦定层，且靠近所述欧姆接触层被修整区域的第二金属邦定层的边缘低于第二金属邦定层的其余表面；

沉积有第一金属邦定层的导电衬底；

所述LED多层结构和所述导电衬底压焊在一起。

本发明的有益效果：

相比现有技术，本发明先对LED多层结构上的欧姆接触层进行修边处理，除去了多余的翘边，然后再在其上沉淀第二金属邦定层，这样的方式可以使LED多层结构和导电衬底在压焊的过程中更紧密的结合，在后续工艺中它们之间不易松动和脱落。从而使制成的LED具有更好的品质。

附图说明

图1图示了在生长衬底上制备的InGaAlN基多层结构的横截面视图。

图2图示了金属邦定层覆盖的导电衬底的横截面视图。

图3图示了邦定至导电衬底上的包括InGaAlN基多层结构的LED结构的横截面视图。

图4图示说明了根据本发明一个实施例的LED结构的制造步骤。

图5A图示了包括边缘都未修整的欧姆接触层和金属邦定层的LED结构的横截面视图。

图5B图示了根据本发明一个实施例的具有欧姆接触层和邦定层的边缘都被修整过的LED的横截面视图。

图6图示说明了根据本发明一个实施例的LED结构的制造步骤。

图7A图示了具有在InGaAlN基多层结构上沉积的欧姆接触层的LED结构的横截面视图。

图7B图示了具有被修整过的欧姆接触层边缘的LED结构的横截面视图。

图7C图示了根据本发明一个实施例的包括在已修整的欧姆接触层上沉积的金属邦定层的LED结构的横截面视图。

图7D图示了根据本发明一个实施例的通过对多层结构的金属邦定层和导电衬底的金属邦定层紧紧压焊而形成的LED结构的横截面视图。

具体实施方式

给出以下描述，以使得本领域技术人员可以制造并使用本发明，且它们是在具体应用及其需求的背景下提供的。公开实施例的多种变型对于本领域技术人员来说是显而易见的，且在不偏离发明范围的前提下，这里限定的一般原理可以应用于其他实施例和应用中。因此，本发明并不限于给出的实施例，而是与所附权利要求的最大范围一致。

本发明的实施例提供一种利用晶片邦定来制造III-V族氮化物半导体基发光二极管(LED)的技术。一般来说，两个高低不平的邦定表面的焊接邦定难以得到完整的接触表面，同时邦定强度也较低。本技术的实施例有利于在InGaAlN基多层结构和导电衬底之间形成高强度的邦定。

图1图示了在生长衬底110上制备的InGaAlN基多层结构100的横截面视图。具体来说，多层结构100包括III-V族氮化物N型层120，多量子阱(MQW)有源区130和III-V族氮化物P型层140。可利用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)，分子束外延(MBE)或氢化物汽相外延(HVPE)来制备多层结构100。金属邦定层150涂敷在P型层140上。在一个实施例中，金属邦定层150是金层。应注意的是，在生长衬底110上形成的每一层中，靠近多层结构100的任一端的区域都会向上弯曲，于是便形成了多层结构100的曲面152。曲面152高于多层结构100的其余表面，也称为“中心表面”154。

图2图示了金属邦定层250覆盖的导电衬底210的横截面视图。导电衬底210的制备与在生长衬底110上制备多层结构100的步骤无关。在一个实施例中，金属邦定层250是金层，导电衬底210可以是纯金属(如铜，银)衬底也可以是合金衬底。

接下来，利用金属邦定层150和250对多层结构100和导电衬底210进行压焊。图3图示了邦定至导电衬底210上的包括InGaAlN多层结构100的LED结构300的横截面视图。应注意的是，导电衬底210和金属邦定层150的曲面152之间形成的邦定比导电衬底210与金属邦定层150的中心表面154之间形成的邦定明显更紧密。由于曲面152高于中心表面154，在两个邦定层之间形成了这样一种不均匀的邦定。因为金邦定层一般具有有限的延展性，所以在最坏的情况，如图3所示，金属邦定层150可能在中心的表面154上与金属邦定层250分离。由于多层结构100与导电衬底210之间不充分接触，将导致LED结构300的质量会大大地降低。

在本发明的一些实施例中，如果在邦定至导电衬底上之前对InGaAlN基多层结构的边缘进行修边，那么LED结构的质量就可以提高。图4图示说明了根据本发明一个实施例的LED结构的常规制造步骤。制造步骤包括多个步骤410-440。下面结合图5A和5B来说明每个步骤。

图5A图示了包括边缘都未修整过的欧姆接触层530和金属邦定层540的LED结构500的横截面视图。对应图4中的步骤410，首先在反应室内在生长衬底510上制备InGaAlN基多层结构520。多层结构520通常包括III-V族氮化物N型层，多量子阱(MQW)有源区和III-V族氮化物P型层。对应图4中的步骤420和430，先在P型层上沉积欧姆接触层530，随后在欧姆接触层530上沉积金属邦定层540。在一个实施例中，欧姆接触层530由铂(Pt)组成。

图5B图示了根据本发明一个实施例的具有欧姆接触层530和金属邦定层540的边缘都被修整过的LED结构的横截面视图。对应图4中的步骤440，可利用化学刻蚀法，修整欧姆接触层530和金属邦定层540的边缘。在一个实施例中，刻蚀液是王水。如图5B所示，由于王水通常对金的刻蚀率比对铂的高，所以金属邦定层542的曲面比欧姆接触层532的曲面修整的更多，从而形成不均匀修整的边缘。应注意的是经过修边处理后，多层结构520中的部分P型层暴露。

图6图示说明了根据本发明一个实施例的LED的制造步骤。在本发明的一个实施例中，InGaAlN基多层结构的边缘在金属邦定层覆盖多层结构之前被修整过，这样一来多层结构和导电衬底之间的邦定完整性和强度都得到了增强。制造步骤包括多个步骤610-640。下面结合图7A-7D来说明每个步骤。

图7A图示了包括在InGaAlN基多层结构720上沉积的欧姆接触层730的LED结构700的横截面视图。对应图6中的步骤610，首先在反应室内在生长衬底710上制备InGaAlN基多层结构720。多层结构720包括III-V族氮化物N型层，多量子阱(MQW)有源区和III-V族氮化物P型层。对应图6中的步骤620，在P型层上沉积欧姆接触层730。在一个实施例中，欧姆接触层730是Pt基层。

图7B图示了具有被修整过的欧姆接触层730的边缘的LED结构700的横截面视图。对应图6中的步骤630，可利用光刻对欧姆接触层730的边缘进行修整，得到被修整区域732。修边处理后，在多层结构720中的部分P型层暴露。

图7C图示了根据本发明一个实施例的包括在边缘被修整过的欧姆接触层730之上沉积的金属邦定层740的LED结构700的横截面视图。对应图6中的步骤640，在LED结构700上沉积金属邦定层740，以使金属邦定层740覆盖欧姆接触层730的整个表面和多层结构720的P型层的暴露区域。在一个实施例中，金属邦定层740由金组成。如图7C所示，靠近被修整区域732的金属邦定层740的边缘足够低于金属邦定层740的其余表面。因此，如图7D所示，金属邦定层740和导电衬底750的金属邦定层可被紧紧地压焊在一起而没有间隙。

以下的示范应用进一步说明了本发明的实施例。LED结构的制造步骤包括下列步骤：首先制备生长衬底，接着利用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法、分子束外延法(MBE)或是氢化物汽相外延法(HVPE)法在所述生长衬底上制备InGaAlN基多层结构。在一个实施例中，所述多层结构包括氮化铝(AlN)缓冲层，氮化镓(GaN)N型层，氮化镓/铟镓氮(GaN/InGaN)多量子阱层，以及氮化镓(GaN)P-型层。

所述InGaAlN基多层结构制备好后，应用蒸发电镀法在所述多层结构的P型层上沉积欧姆接触层。在一个实施例中，用于所述欧姆接触层的材料是铂金合金。在大约550℃的温度下，整个结构在反应室内退火10分钟。接下来，用光刻对所述欧姆接触层的边缘进行修边，从而暴露所述多层结构的部分P型层。完成刻蚀处理后，在所述欧姆接触层上沉积金层，以使金层覆盖整个欧姆接触层和P型层的暴露区域。该金层形成了多层结构的金属邦定层。金属邦定层的中心表面比被修整过的欧姆接触层的边缘高出2微米。

另外制备金层覆盖的导电衬底。接着在300℃或低于300℃的温度下，应用600公斤的作用力，在预定时间段内对在生长衬底上制备的多层结构和导电衬底进行邦定。然后将制造的LED结构放入由氢氟酸、硝酸及醋酸组成的溶液中，直至硅衬底被去除。应注意的是，导电衬底不会被湿法刻蚀液腐蚀，因此仍与结构邦定在一起。

本发明通过给出不同实施例详尽地进行描述，并用不同的例子来说明本发明，其目的在于帮助实施本发明的不同特征或组成。它们并非旨在将本发明的应用限制于所给出的描述。在不偏离本发明精神实质的前提下，可以对本发明的特征或组成进行修改，但修改仍与所附权利要求范围一致。

Claims

1.一种制备发光二极管的方法，包括：

在生长衬底上制备铟镓铝氮基LED多层结构；

在所述LED多层结构上沉积欧姆接触层；

对所述欧姆接触层的边缘进行修整，从而暴露出所述多层结构的部分P型层；

在所述LED多层结构的欧姆接触层上沉积第一金属邦定层，使靠近所述欧姆接触层被修整区域的金属邦定层的边缘低于金属邦定层的其余表面；

在另一导电衬底上沉积第二金属邦定层；

对所述LED多层结构和所述导电衬底进行压焊；以及

去除所述生长衬底。

2.根据权利要求1所述的制备发光二极管的方法，其特征在于所述LED多层结构包括III-V族氮化物N型层，多量子阱有源区和III-V族P型层。

3.根据权利要求1所述的制备发光二极管的方法，其特征在于所述欧姆接触层包括铂。

4.根据权利要求1所述的制备发光二极管的方法，其特征在于采用光刻方式对所述欧姆接触层的边缘进行修整。

5.根据权利要求1所述的制备发光二极管的方法，其特征在于所述第一金属邦定层或第二金属邦定层两者中至少一个包括金。

6.根据权利要求1所述的制备发光二极管的方法，其特征在于所述压焊采用500-700Kg的作用力。

7.根据权利要求1所述的制备发光二极管的方法，其特征在于所述压焊在300℃或低于300℃的温度下进行。

8.根据权利要求1所述的制备发光二极管的方法，其特征在于包括采用由氢氟酸、硝酸和醋酸组成的溶液刻蚀所述生长衬底的方法去除所述生长衬底。

9.一种半导体发光器件，包括：

在所述LED多层结构上沉积的欧姆接触层，且所述欧姆接触层的边缘已通过修整，使其暴露出所述多层结构的部分P型层；

沉积有第一金属邦定层的导电衬底；

所述LED多层结构和所述导电衬底压焊在一起。

10.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其特征在于所述LED多层结构包括III-V族氮化物N型层，多量子阱有源区和III-V族氮化物P型层。

11.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其特征在于所述欧姆接触层包括铂。

12.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其特征在于所述第一金属邦定层或第二金属邦定层两者中至少一个包括金。