CN102694101B - Iii族氮化物半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防止反射膜中的迁移的III族氮化物半导体发光器件。倒装芯片型III族氮化物半导体发光器件包括：蓝宝石衬底；以及依次形成在蓝宝石衬底上的n型层、发光层和p型层。在p型层的表面上设置有深度到达n型层的多个孔。在p型层的几乎整个表面上形成有ITO电极，并且在ITO电极上设置有SiO2绝缘膜。绝缘膜中包括Ag反射膜。在反射膜上的区域中经由绝缘膜形成有导电膜。导电膜还连接至设置在p型层上的ITO电极。利用这种结构，反射膜位于等电位区域中，由此防止迁移。
Description
技术领域
本发明涉及一种III族氮化物半导体发光器件，所述III族氮化物半导体发光器件具有在绝缘膜中的Ag或含Ag合金反射膜。
背景技术
日本专利申请公开(特开)2005-302747和2010-27824公开了一种倒装芯片型III族氮化物半导体发光器件，其中由Ag或Ag合金形成的反射膜设置在绝缘膜中。在这种发光器件中，从发光层发射到p型层侧的光被反射膜反射到n型层侧，由此提高了光提取性能。因为容易发生Ag迁移，所以使用绝缘膜包封反射膜以防止Ag迁移。
然而，本发明人的研究已表明：即使将反射膜设置在绝缘膜中并通过绝缘膜进行绝缘，但是由于p电极与n引线电极之间的电位差，在p电极与n引线电极之间的区域中经由绝缘膜设置的反射膜中仍会发生迁移。
发明内容
鉴于上述内容，本发明的一个目的是防止设置在绝缘膜中的Ag或Ag合金反射膜中的迁移。
在本发明的第一方面中，提供了一种III族氮化物半导体发光器件，其具有设置在绝缘膜中的Ag或Ag合金反射膜，所述反射膜的至少一部分经由绝缘膜位于p型层和具有透明性的p接触电极中的至少之一与n引线电极之间的区域中，其中经由绝缘膜在n引线电极和该区域的反射膜之间形成导电膜，并且导电膜电连接至p接触电极和p型层中的至少之一。
导电膜可以由任何导电材料优选对绝缘膜具有良好粘附力的材料形成。反射膜的材料可以是例如Al、Ti、Cr或ITO。p接触电极是与p型层直接接触的电极，并且可以由对于III族氮化物半导体发光器件的发射波长具有透明性的任何材料形成。例如，该电极可以由透明导电氧化物如ITO(铟锡氧化物)、ICO(铟铈氧化物)或IZO(铟锌氧化物)或金属薄膜如Au薄膜形成。
p接触电极和p型层中的至少之一与导电膜的连接不限于直接连接，而是可以为间接连接。连接可以通过连接导电膜和p引线电极来实现，p引线电极设置为连接p接触电极和p型层中的至少之一。或者，连接可以通过连接导电膜和中间电极来实现，中间电极设置作为在p接触电极与p引线电极之间的p接触电极的部分。
导电膜优选形成为其面积(在平面视图上)与经由绝缘膜设置在p接触电极和p型层中的至少之一与n引线电极之间的反射膜的面积相同或者大于该面积。等电位区域变得较大，由此进一步防止了反射膜中的迁移。
反射膜可以是单层膜或多层膜。为了提高反射膜对绝缘膜的粘附力，可以在绝缘膜和反射膜之间设置例如由Ti形成的膜。
本发明的第二方面涉及根据本发明的第一方面的III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中p接触电极包括ITO。
本发明的第三方面涉及根据本发明的第一或第二方面的III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中p接触电极具有作为p接触电极的一部分的中间电极，并且导电膜通过中间电极连接至p接触电极。
本发明的第四方面涉及根据本发明的第一至第三方面中的任一方面的III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中导电膜形成为具有与包括n引线电极在平面视图上的正交投影的面积相同的面积或者比该面积大。
本发明的第五方面涉及根据本发明的第一至第三方面中的任一方面的III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中导电膜形成为具有与包括反射膜在平面视图上的正交投影的面积相同的面积或者比该面积大。
本发明的第六方面涉及根据本发明的第一至第五方面中的任一方面的III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中设置有p引线电极用于连接至p接触电极和p型层中的至少之一，并且通过将导电膜连接至p引线电极，使得导电膜经由p引线电极连接至p接触电极和p型层中的至少之一。
本发明的第七方面涉及根据本发明的第一至第六方面中的任一方面的III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中导电膜包括Al、Ti、Cr和ITO中的至少之一。
本发明的第八方面涉及根据本发明的第一至第七方面中的任一方面的III族氮化物半导体发光器件的一个具体实施方案，其中发光器件为倒装芯片型。
根据本发明，因为在绝缘膜中在反射膜与n引线电极之间的区域中设置有导电膜，并且导电膜连接至p型层与p接触电极中的至少之一，所以在p型层和p接触电极中的至少之一与n引线电极之间的区域中的反射膜位于等电位区域中，由此可以防止反射膜中的迁移。
本发明对于倒装芯片型器件尤其有效，这是因为倒装芯片型必须具有其中反射膜经由绝缘膜设置的结构，即使在p引线电极和p型层中的至少之一与n引线电极之间的区域中也是如此。
附图说明
在结合附图考虑时，通过参考优选实施方案的下述详细描述，可易于明了和理解本发明的各种其它目的、特征和许多伴随优势。
图1A和图1B分别是根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件1的结构的垂直横截面图和水平横截面图；
图2A至图2F是示出用于制造根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件的方法的概图；
图3示出根据实施方案1的一个变化实例的III族氮化物半导体发光器件的结构；
图4示出根据实施方案1的一个变化实例的III族氮化物半导体发光器件的结构；以及
图5示出根据实施方案1的一个变化实例的III族氮化物半导体发光器件的结构。
具体实施方式
接下来将参照附图描述本发明的具体实施方案。然而，本发明不限于所述实施方案。
实施方案1
图1A和图1B分别是根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件的结构的垂直横截面图和水平横截面图。如图1A所示，根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件为倒装芯片型，其包括：蓝宝石衬底10和依次沉积在蓝宝石衬底10上的n型层11、发光层12以及p型层13。n型层11、发光层12和p型层13中的每一个均可以具有任意常规已知结构。n型层11可以具有例如其中n型接触层、ESD层和n覆层依次沉积在蓝宝石衬底10上的结构。发光层12可以具有例如其中InGaN阱层和GaN势垒层交替沉积的MQW结构。p型层13可以具有例如其中p覆层和p接触层依次沉积在发光层12上的结构。在p型层13的表面上，设置有深度从p型层13的顶表面延伸到n型层11(在其中n型层11具有层叠结构的情况下延伸至n接触层，这在以下同样适用)的多个孔14。另外，在p型层13的除了设置有类似于圆筒的孔14的区域之外的几乎整个顶表面上形成有具有连续平面的ITO(铟锡氧化物)电极15。ITO电极15是与p型层13接触的p接触电极，并且对于器件的发射波长是透明的。此外，设置SiO2绝缘膜16以连续地覆盖ITO电极15的表面、孔14的侧表面和底表面、以及p型层13的其上没有形成ITO电极15的表面。绝缘膜16可以由对III族氮化物半导体发光器件的发射波长表现出透明性的绝缘材料例如Si3N4、Al2O3或TiO2替代SiO2形成。
在绝缘膜16上(即，在绝缘膜16的与蓝宝石衬底10相反侧的表面上)形成有n引线电极17和p引线电极18，所述n引线电极17和p引线电极18形成为类似于在平面上以一定间隔彼此配合的两个梳子的形状，如图1B所示。n引线电极17和p引线电极18具有沿着平行于器件的主表面的方向从相应公共基部延伸的梳状布线图案。绝缘膜16具有筒状的孔20和21，以分别暴露n型层11(在n型层11具有层叠结构的情况下为n接触层)和ITO电极15。n引线电极17通过孔20经由n中间电极24与n型层11接触，p引线电极18通过孔21经由p中间电极25与ITO电极15接触。n中间电极24是与n型层11接触的n接触电极。中间电极24中的每一个和中间电极25中的每一个均具有其中Ni膜、Au膜和Al膜分别依次沉积在n型层11和ITO电极15上的Ni/Au/Al的三层叠结构。此处，符号“/”指的是层叠结构；例如，“A/B”指的是其中在形成层A之后形成层B的层叠结构(以下同样适用)。Ni膜具有50nm的厚度，Au膜具有1500nm的厚度，Al膜具有10nm的厚度。
在绝缘膜16A中引入连续的平面状的反射膜19，而没有对应于孔14的部分和包括孔21的区域。反射膜19具有Al/Ag/Al的三层叠结构，Al层具有到的厚度。反射膜19被绝缘膜16包封，由此抑制反射膜19中的金属迁移。反射膜19不具有单层结构而具有Ag层夹在Al层之间的结构的原因是：通过在离子化倾向大于Ag的Al的层之间设置Ag来防止Ag迁移。反射膜19的材料不限于Al/Ag/Al，只要包括Ag或Ag合金即可，例如反射膜19可以是由Ag或Ag合金形成的单层膜，或者是包括Ag或Ag合金层的多层膜。
绝缘膜16中包括在反射膜19上(即，与ITO电极15侧相反的一侧)的大致对应于反射膜19的正交投影的特定区域上的导电膜23。即，导电膜23是连续平面而不具有对应于孔14的部分和包括孔21的区域。导电膜23可以由任何导电材料优选对绝缘膜16具有良好粘附力的材料形成。例如，可以利用Al、Ti、Cr或ITO。另外，导电膜23的一个或多个部分通过形成于反射膜19中筒状孔40与ITO电极15接触。尽管可以在任何位置进行接触，但是接触的总面积优选地尽可能小，使得光提取性能不降低。这是因为接触的总面积越大，反射膜19的面积越小。导电膜23也可以与反射膜19部分地接触。
n引线电极17和p引线电极18覆盖有绝缘膜22。在n引线电极17和p引线电极18上的绝缘膜22上(即，在与蓝宝石衬底10相反侧的表面上)形成有钎料层26和27，如图1A和图1B所示。绝缘膜22具有孔28和29，分别用于在孔的底部暴露n引线电极17和p引线电极18。通过孔28和29，n引线电极17连接至钎料层26，p引线电极18连接至钎料层27。钎料层26和27由厚度分别为100nm、150nm、50nm、5000nm和50nm的Ti/Ni/Au/AuSn/Au/形成。
根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件是倒装芯片型，其中光被包括在绝缘膜16中的反射膜19反射并从蓝宝石衬底提取出来。在根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件中，因为形成连接至ITO电极15的导电膜23，所以ITO电极15和导电膜23具有几乎相同的电位。经由绝缘膜16位于n引线电极17与ITO电极15之间的区域中的反射膜19还经由绝缘膜16位于导电膜23与ITO电极15之间。因此，经由绝缘膜16位于n引线电极17与ITO电极15之间的区域中的反射膜19位于等电位区域即无电场区域中。因此，在反射膜中没有施加电场，从而防止迁移。
在平面视图上，导电膜23优选形成为具有与反射膜19的面积即反射膜19的正交投影的面积相等的面积。更优选地，在平面视图上，导电膜23形成为其面积包括并大于反射膜19的面积即包括反射膜19的正交投影的面积。这是因为等电位区域即无电场区越大，则反射膜越可靠地包括在等电位区域中。因此，可以进一步抑制反射膜19的迁移。
在根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件中，在平面视图上，导电膜23形成在绝缘膜16中包括反射膜19的正交投影的区域上。然而，导电膜23可以只形成在对应于在n引线电极17下并在反射膜19的正上方的区域的特定区域中。即导电膜23可以形成为具有与n引线电极17在平面视图上的正交投影相同的面积。另外，导电膜23可以形成为其面积大于n引线电极17在平面视图上的投影面积。
在根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件中，导电膜23的一部分连接至ITO电极15。然而，导电膜23可以具有任何结构，只要其具有几乎与p引线电极18的电位相同的电位即可。例如，导电膜23的一部分可以连接至p中间电极25，如图3所示；导电膜23的一部分可以连接至p型层13，如图4所示；或者导电膜23的一部分可以连接至p引线电极18，如图5所示。在每一种情况下，因为导电膜23间接地连接至ITO电极15或p型层13，所以反射膜19存在于等电位区域中。因此，可以防止反射膜19中的迁移。
接下来，将参照图2描述用于制造根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件的方法。
首先，通过MOCVD在蓝宝石衬底10上依次形成n型层11、发光层12和p型层13。MOCVD所用的原料气体如下：作为Ga源的TMG(三甲基镓)、作为In源的TMI(三甲基铟)、作为Al源的TMA(三甲基铝)、作为氮源的氨、作为n型掺杂气体的硅烷、作为p型掺杂气体的环戊二烯基镁以及作为载气的氢或氮。接着，通过气相沉积在p型层13的一部分上形成ITO电极15(厚度：100nm)(图2A)。
接下来，对p型层13的特定部分进行光刻和干蚀刻，以由此形成深度从p型层13的顶表面延伸到n型层11的筒状孔14。然后，通过气相沉积和剥离工艺分别在n型层11的通过孔14的底部暴露的特定区域以及在ITO电极15的特定区域上形成n中间电极24和p中间电极25，并随后进行在570℃下的热处理(图2B)。
接下来，通过CVD沉积由厚度为100nm的SiO2形成的第一绝缘膜16a(绝缘膜16的一部分)，以连续地覆盖整个顶表面，即ITO电极15的表面、孔14的底表面和侧表面、p型层13的其上没有形成ITO电极15的表面、n中间电极24以及p中间电极25。接着，形成具有Al/Ag/Al的结构的反射膜19，其中通过气相沉积在第一绝缘膜16a的特定区域(除了在n中间电极24、p中间电极25以及用于将导电膜23连接至ITO电极15的孔40上的区域之外)上依次沉积Al膜、Ag膜和Al膜(图2C)。所述Al膜具有到的厚度，Ag膜具有到的厚度。
接下来，通过CVD在第一绝缘膜16a上和反射膜19上沉积由厚度为100nm的SiO2形成的第二绝缘膜16b(绝缘膜16的一部分)。因此，反射膜19包封在第一绝缘膜16a与第二绝缘膜16b之间。随后，对第一和第二绝缘膜16a和16b的特定区域(对应于没有位于反射膜19、n中间电极24或p中间电极25下方的区域)进行干蚀刻，由此形成筒状孔30，使得ITO电极15通过孔30的底部暴露出。接着，通过气相沉积和剥离工艺沉积导电膜23，以连续地覆盖在反射膜19上的第二绝缘膜16b并填充孔30(图2D)。因此，导电膜23通过孔30连接至ITO电极15。
接着，通过CVD在第二绝缘膜16b上和在导电膜23上沉积由厚度为100nm的SiO2形成的第三绝缘膜16c(绝缘膜16的一部分)。第一绝缘膜16a、第二绝缘膜16b和第三绝缘膜16c一起形成绝缘膜16(图2E)。
接下来，对绝缘膜16的对应于n中间电极24和p中间电极25的顶部的部分进行干蚀刻，以由此形成分别用于暴露n中间电极24和p中间电极25的孔20和21。之后，通过气相沉积和剥离工艺，在第三绝缘膜16c特定区域上与孔20和21上形成具有Ti/Ni/Au/Al布线图案的n引线电极17和p引线电极18(图2F)。因此，将n引线电极17连接至n中间电极24，将p引线电极18连接至p中间电极25。n引线电极17和p引线电极18可以单独或同时形成。
接着，通过CVD在n引线电极17和p引线电极18上沉积另外的绝缘膜22，通过干蚀刻在绝缘膜22的特定区域上形成孔28和29，如图1A所示。然后，在绝缘膜22的对应于n引线电极17和孔28的顶部的区域以及p引线电极18和孔29的顶部的区域上，形成钎料层26和钎料层27。通过孔28，n引线电极17连接至钎料层26。通过孔29，p引线电极18连接至钎料层27。因此，制造了示于图1A中的根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件。
在根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件中，采用了ITO电极15。然而，可以使用由对于III族氮化物半导体发光器件的发射波长表现出透明性并与p型层13形成欧姆接触的任何材料制成的电极来替代ITO电极15。例如，可以使用金属薄膜如具有约10nm厚度的Co/Au薄膜或透明导电氧化物如ICO(铟铈氧化物)。
在根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件中，绝缘膜16由SiO2形成。然而，绝缘膜可以由对于III族氮化物半导体发光器件的反射波长表现出透明性的任何绝缘材料形成。例如，可以使用氧化物例如Al2O3或TiO2、氮化物例如Si3N4或氮氧化物例如SiOxNy。
在根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件中，n型层11通过n中间电极24连接至n引线电极17。然而，n型层11可以直接连接至n引线电极17而无需n中间电极24。类似地，在根据实施方案1的III族氮化物半导体发光器件中，p型层13或ITO电极15通过p中间电极25连接至p引线电极18。然而，p型层13或ITO电极15可以直接连接至p引线电极18而无需p中间电极25。
尽管根据实施方案1的发光器件具有倒装芯片型结构，但是本发明的发光器件可以具有倒装朝上型结构。
本发明的III族氮化物半导体发光器件可以用作显示设备或照明设备的光源。
Claims (13)
1.一种III族氮化物半导体发光器件，包括：
n型层；
形成在所述n型层上的p型层；以及
设置在绝缘膜中的Ag或Ag合金反射膜，所述反射膜的至少一部分经由所述绝缘膜位于p型层和具有透明性的p接触电极中的至少之一与n引线电极之间的区域中；
其中经由所述绝缘膜在所述n引线电极与所述区域的反射膜之间形成有导电膜，并且所述导电膜电连接至所述p接触电极和所述p型层中的至少之一，
其中所述反射膜通过所述绝缘膜电隔离于所述n引线电极，并且
其中所述n引线电极电隔离于所述反射膜和所述导电膜，所述n引线电极穿过所述反射膜和所述导电膜，并且电连接至所述n型层。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述p接触电极包括ITO电极。
3.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述p接触电极具有作为所述p接触电极的一部分的中间电极，并且所述导电膜经由所述中间电极连接至所述p接触电极。
4.根据权利要求2所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述p接触电极具有作为所述p接触电极的一部分的中间电极，并且所述导电膜经由所述中间电极连接至所述p接触电极。
5.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中设置有p引线电极用于连接至所述p接触电极和所述p型层中的至少之一，并且通过将所述导电膜连接至所述p引线电极，使得所述导电膜经由所述p引线电极连接至所述p接触电极和所述p型层中的至少之一。
6.根据权利要求2所述的III族氮化物半导体发光器件，其中设置有p引线电极用于连接至所述p接触电极和所述p型层中的至少之一，并且通过将所述导电膜连接至所述p引线电极，使得所述导电膜经由所述p引线电极连接至所述p接触电极和所述p型层中的至少之一。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述导电膜形成为具有与包括所述n引线电极在平面视图上的正交投影的面积相同的面积或比所述面积大。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述导电膜包括Al、Ti、Cr和ITO中的至少之一。
9.根据权利要求7所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述导电膜包括Al、Ti、Cr和ITO中的至少之一。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述发光器件为倒装芯片型。
11.一种III族氮化物半导体发光器件，包括：
n型层；
形成在所述n型层上的p型层；以及
设置在绝缘膜中的Ag或Ag合金反射膜，所述反射膜的至少一部分经由所述绝缘膜位于p型层和具有透明性的p接触电极中的至少之一与n引线电极之间的区域中；
其中经由所述绝缘膜在所述n引线电极与所述区域的反射膜之间形成有导电膜，并且所述导电膜电连接至所述p接触电极和所述p型层中的至少之一，
其中所述反射膜通过所述绝缘膜电隔离于所述n引线电极，并且
其中所述导电膜形成为具有与包括所述反射膜在平面视图上的正交投影的面积相同的面积或比所述面积大。
12.根据权利要求11所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述导电膜包括Al、Ti、Cr和ITO中的至少之一。
13.根据权利要求11所述的III族氮化物半导体发光器件，其中所述发光器件为倒装芯片型。
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