CN103165802A - 第iii族氮化物半导体发光器件 - Google Patents

第iii族氮化物半导体发光器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供第III族氮化物半导体发光器件。所述发光器件具有：包括由第III族氮化物半导体形成的p型层、发光层以及n型层的半导体层；以及在n型层上的n型电极。所述器件还具有：沿着半导体层的外周延伸并且将半导体层设置有台面形状的器件隔离沟槽；以及连续地设置在第一区域至第三区域上的绝缘膜，第一区域是n型层的外周区域，第二区域是沟槽的侧表面，以及第三区域是器件隔离沟槽的底表面。n型电极包括导线线状部和两个焊垫部。外周导线线状部形成为完全符合所述器件的外周的框。外周导线线状部的一部分设置在n型层上，其剩余部分设置在绝缘膜的第一区域上。

Description

第III族氮化物半导体发光器件
技术领域
本发明涉及已经通过衬底剥离技术从生长衬底移除并且已被接合到支承体的第III族氮化物半导体发光器件。具体地，该半导体发光器件具有特征n型电极构造。
背景技术
通常，采用蓝宝石衬底作为用于生长第III族氮化物半导体的衬底。蓝宝石衬底具有低的电导率和热导率而且不具有清晰的解理面，因而使得衬底难以加工。为了解决这些问题，已经开发了衬底剥离技术，在衬底剥离技术中在生长衬底上生长第III族氮化物半导体，然后移除衬底。
衬底剥离技术的一种专门技术是激光剥离技术。在激光剥离中，将第III族氮化物半导体层接合至支承衬底，并且使用激光束对生长衬底与第III族氮化物半导体之间的界面进行辐照，从而分离第III族氮化物半导体层，由此移除生长衬底。另一种已知的专门技术是化学剥离技术，在化学剥离技术中，在生长衬底的附近对第III族氮化物半导体层设置有可以通过化学液体容易溶解的层；将第III族氮化物半导体层接合至支承衬底；以及通过相关的化学液体将可以通过化学溶剂容易溶解的所述层溶解，从而移除生长衬底。
在通过剥离技术制造的第III族氮化物半导体发光器件中，在通过衬底的移除所露出的n型层上设置n型电极，并且采用由导电材料制成的支承衬底，从而建立沿着深度方向的电传导。为了实现电流在具有这样的结构的第III族氮化物半导体发光器件的表面范围内的扩散，已知的n型电极具有包括焊垫部和导线线状部(wiring trace portion)的结构(参见例如专利文献1和2)。焊垫部与接合线相连接，导线线状部从焊垫部进行延伸。
同时，在通过衬底剥离所制造的第III族氮化物半导体发光器件的情况下，从n型层侧提取光。在这种情况下，n型电极反射并吸收光，从而存在降低光提取效率的问题。当减小n型电极的面积以防止光反射和吸收时，会不可避免地增加器件的驱动电压。为了处理这些问题，专利文献1和2公开了包括焊垫部和导线线状部的n型电极的如下修改。
专利文献1公开了一种具有沿器件的外周布置的外周导线线状部的结构，导线线状部形成为框状结构，由此可以将电流提供至整个发光区域。另外，通过将n型电极的焊垫部的一部分形成在绝缘膜上，防止了到焊垫部的电流的集中，并且可以获得遍布发光区域的电流扩散。此外，由于焊垫部与n型电极之间的接触面积减小，所以抑制了焊垫部正下方的光发射，从而可以防止光的反射和吸收。
专利文献2公开了一种具有包括如下部分的结构的n型电极：两个焊垫部；具有导线形状的第一延伸部分和第二延伸部分，该第一延伸部分和第二延伸部分从两个焊垫部延伸并且以彼此平行的方式分开；第三延伸部分，该第三延伸部分设置在第一延伸部分与第二延伸部分之间并且与第一延伸部分和第二延伸部分平行；以及连接第一延伸部分和第三延伸部分的第一连接延伸部分，和连接第二延伸部分和第三延伸部分的第二连接延伸部分，该第一连接延伸部分和第二连接延伸部分以彼此平行的方式分开。n型电极不具有符合器件的外周的轮廓的框形部分。由于n型电极具有这样的结构，所以提高了光提取效率，并且可以抑制驱动电压的升高。
专利文献1：日本公开特许公报(特开)No.2010-157579
专利文献2：日本公开特许公报(特开)No.2011-114240
发明内容
然而，甚至在采用如专利文献1和2中所公开的n型电极结构的情况下，通过n型电极来防止光反射和吸收的效果也是不够的。也就是说，不能够充分地提高光提取效率。
因此，本发明的一个目的是提供一种第III族氮化物半导体发光器件，在该第III族氮化物半导体器件中减少了n型电极的光反射和吸收，从而提高光提取效率。
在本发明的第一方面中，提供了一种第III族氮化物半导体发光器件，其具有：
导电支承体；设置在支承体上的p型电极；设置在p型电极上的半导体层，该半导体层至少包括按顺序从p型电极设置的p型层、发光层以及n型层，这三层中的每一层均由第III族氮化物半导体形成；以及设置在n型层上的n型电极，其中所述器件具有：器件隔离沟槽，该器件隔离沟槽沿着半导体层的外周形成并且为半导体层提供台面形状(mesa shape)；以及连续地设置在第一区域至第三区域上的绝缘膜，第一区域为n型层的外周区域，第二区域为所述沟槽的侧表面，以及第三区域为器件隔离沟槽的底表面；以及
n型电极，其具有：
待连接接合线的焊垫部；
接触部，该接触部设置在距焊垫部的一定距离处，并被部分地或完全地设置在n型层上；以及
外周导线线状部，该外周导线线状部延伸以符合所述周缘的轮廓，从而连接焊垫部与接触部，并且外周导线线状部完全地设置在绝缘膜上，或者部分地设置在绝缘膜上而其剩余部分设置在n型层上。
如本文中所使用的，术语“外周”是指平面视图中的第III族氮化物半导体发光器件的轮廓或其附近的区域。
可以设置单个焊垫部或接触部，或者可以设置多个焊垫部或接触部。接触部也可以用作焊垫部。对外周导线线状部的形状没有特别的限制，只要其是线(导线)形即可。所述线可以是直线、曲线或者它们的混合体。n型电极可以包括与外周导线线状部相连接并且分割由外周导线线状部围绕的区域的分割部。焊垫部与外周导线线状部，或者接触部与外周导线线状部可以彼此直接连接，或者经由例如分割部彼此间接连接。
可以将焊垫部完全设置在n型层上。优选地，将焊垫部的一部分或者整体设置在绝缘膜上，这是因为可以防止原本可由焊垫部的光反射和光吸收引起的光提取效率的降低。类似地，可以将接触部完全设置在n型层上。优选地，将接触部的一部分设置在绝缘膜上，这是因为可以防止原本可由接触部的光反射和光吸收引起的光提取效率的降低。
焊垫部、接触部以及外周导线线状部可以由相同或不同的材料形成。焊垫部和接触部可以由与n型层处于欧姆接触的材料形成。外周导线线状部可以由对绝缘膜呈现的粘附力高于焊垫部的材料的粘附力的材料形成。与n型层处于欧姆接触的材料的实例包括选自Ti、W、Al、Cr以及它们的合金中的至少一种。对绝缘膜呈现更高的粘附力的材料的实例包括Ni及其合金。对于焊垫部和接触部在平面视图中的形状没有特别的限制，所述形状的示例包括方形、矩形、圆形以及扇形。
在n型层上，可以设置由氧化铟锡(ITO)或相似的材料制成的透明电极。透明电极可以进一步提高到器件平面的电流扩散。n型层的表面(n型电极形成侧的平面)可以具有凹凸形状(embossed shape)，以提高光提取效率。
本发明的第二方面涉及第一方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中将外周导线线状部的整体设置在绝缘膜上。
本发明的第三方面涉及第二方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中将外周导线线状部设置在绝缘膜的仅第三区域上。
本发明的第四方面涉及第一至第三方面中任一方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中将焊垫部的一部分设置在绝缘膜上，而将焊垫部的剩余部分设置在n型层上。
本发明的第五方面涉及第四方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中将焊垫部的整体设置在绝缘膜上。
本发明的第六方面涉及第五方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中将焊垫部的整体设置在绝缘膜的第三区域上。
本发明的第七方面涉及第一至第六方面中任一方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中将接触部的一部分设置在绝缘膜上，而将接触部的剩余部分设置在n型层上。
本发明的第八方面涉及第一至第七方面中任一方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其具有设置在n型层上的透明电极。
本发明的第九方面涉及第一至第八方面中任一方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中n型层在其与发光层相反的一侧上具有凸凹表面。
本发明的第十方面涉及第一至第九方面中任一方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中n型电极的焊垫部、接触部以及外周导线线状部由相同材料形成。
本发明的第十一方面涉及第十方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中n型电极的焊垫部、接触部以及外周导线线状部包括选自Ti、W、Al、Cr以及它们的合金中的至少一种。
本发明的第十二方面涉及第一至第九方面中任一方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中用作n型电极的焊垫部和接触部包括与n型层处于欧姆接触的材料，用作n型电极的外周导线线状部包括对绝缘膜呈现的粘附力高于焊垫部的材料的粘附力的材料。
本发明的第十三方面涉及第十二方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中焊垫部和接触部包括选自Ti、W、Al、Cr以及它们的合金中的至少一种，外周导线线状部包括与焊垫部的材料不同的材料，并且包括选自Ni、Ti、Cu、Al以及它们的合金中的至少一种。
本发明的第十四方面涉及第一至第十三方面中任一方面的第III族氮化物半导体发光器件的具体实施方案，其中接触部也用作焊垫部。
根据本发明，n型电极包括焊垫部、接触部、以及将焊垫部和接触部相连接的外周导线线状部，其中外周导线线状部的一部分或其整体设置在已连续地形成在器件隔离沟槽的底表面和侧表面中以及n型层的外周区域上的绝缘膜上，由此可以减少光反射和光吸收，并且可以提高光提取效率。特别地，本发明对于具有阻止均匀电流流动的结构(例如，在平面视图中具有高的长宽比的矩形形状)的第III族氮化物半导体发光器件是有效的。根据本发明，甚至在第III族氮化物半导体发光器件具有这样的形状的情况下，也可以获得发光区域范围内的均匀电流扩散，并且可以在不降低光输出的情况下提高发光效率。
附图说明
本发明的各种其他目的、特征以及许多附随的优点将容易理解，因为其在结合附图进行考虑并参照以下优选实施方案的详细描述时变得更好理解，在附图中：
图1是示出实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的构造的俯视图；
图2是示出实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的构造的横截面图(沿着A-A切割)；
图3是示出实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的构造的横截面图(沿着B-B切割)；
图4是示出实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的一种变型的构造的横截面图；
图5A至图5J是各自表示实施方案1中的焊垫部51的位置以及其变化的略图；
图6A至图6I是各自表示实施方案1中的外周导线线状部52a的位置以及其变化的略图；
图7是示出变型1的n型电极150的构造的略图；
图8是示出变型2的n型电极250的构造的略图；
图9是示出变型3的n型电极350的构造的略图；
图10是示出变型4的n型电极450的构造的略图；
图11是示出变型5的n型电极550的构造的略图；
图12A至图12I是示出制造实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的步骤的略图；以及
图13是示出实施方案2的第III族氮化物半导体发光器件的构造的俯视图。
具体实施方案
下面将参照附图来描述本发明的具体实施方案。然而，实施方案不应被解释为限制本发明。除非另有说明，否则术语“外周”是指是平面视图中的器件的轮廓或其附近的区域。
实施方案1
图1是示出实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件1的构造的俯视图。图2是沿着线段A-A切割图1中示出的发光器件的横截面图。以及图3是沿着线段B-B切割图1中示出的发光器件的横截面图。如图1所示，实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件在平面视图中具有方形形状。
如图2和图3所示，实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件1具有：导电支承体10；经由接合层20接合至支承体10之上的p型电极30；由第III族氮化物半导体形成并且设置在p型电极30上的半导体层40；以及设置在半导体层40上的n型电极50。半导体层40具有堆叠结构，其包括从p型电极30起顺序设置的p型层41、发光层42以及n型层43。在p型电极30与半导体层40之间、在平面视图中面向n型电极50的位置处设置电流注入阻挡层60。在半导体层40的端部(在平面视图中对应于器件的外周区域)处，形成器件隔离沟槽70。器件隔离沟槽70沿着半导体层40延伸。在包括器件隔离沟槽70的底表面和其侧表面以及n型层43的端部的区域上连续形成绝缘膜80。在使用实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件时，在n型电极50与设置在支承体10的背面(与接合层20相对的表面)上的背面电极(未示出)之间施加电压，以在与器件主表面正交的方向上建立电传导，并且从n型层43侧提取所发射的光。
支承体10可以是由材料如Si、GaAs、Cu、Ge或Cu-W形成的导电衬底。接合层20可以是共晶金属层如Au-Sn层、Au-Si层、Ag-Sn-Cu层或Sn-Bi层，或者可以是Au层、Sn层、Cu层等，这些层都不是低熔点金属层。代替通过接合层的媒介作用将支承体10接合至p型电极30，可以通过镀覆、溅射或类似的技术在p型电极30上直接形成金属(例如，Cu)层，从而用作支承体10。p型电极30可以由高反射率和低接触电阻的金属如Ag、Rh、Pt、Ru或包含这些中的任一种作为基础的合金形成，或者可以由Ni、Ni合金、Au合金等形成。或者，p型电极30可以是由透明电极膜(例如，ITO、ICO(掺杂铯的氧化铟)或IZO(掺杂锌的氧化铟))与高反射率金属膜组成的复合层。也就是说，p型电极的接触半导体层40的表面可以是透明电极膜。透明电极膜可以由透明导电氧化物(例如，ITO)或者金属(例如，Au)的薄膜形成。
在p型电极30与半导体层40之间的在平面视图中与n型电极50对应的区域中以及与半导体层40的端部区域对应的区域中设置电流注入阻挡层60。电流注入阻挡层60防止电流经由与p型电极30的接触而注入半导体层40的非发光端部区域以及其中所发射的光几乎被n型电极50反射或吸收的区域，由此提高了光发射效率。电流注入阻挡层60可以由材料如SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3、SixNy或SiOxNy形成。电流注入阻挡层60可以是任意这些材料的单一层，或者可以由这些材料的多个层形成。电流注入阻挡层60可以用作由介电多层膜形成的反射镜，以将光朝n型层43反射，从而提高光提取效率。
用于形成半导体层40的p型层41、发光层42以及n型层43可以具有已知待用于第III族氮化物半导体发光器件的任意结构。例如，p型层41可以具有包括如下层的结构：沉积在支承体10上的掺杂Mg的GaN p型接触层以及沉积在p型接触层上的掺杂Mg的AlGaN p型覆层。发光层42可以具有其中重复地沉积GaN势垒层和InGaN阱层的多量子阱(MQW)结构。n型层43可以具有包括如下层的结构：沉积在发光层42上的GaN n型覆层以及沉积在GaN n型覆层上的高掺杂Si的GaN n型接触层。支承体10和设置在支承体上的半导体层40在平面视图中具有方形形状。
通过使用KOH、NaOH、四甲基氢氧化铵(TMAH)、磷酸等的水溶液的湿法蚀刻可以将n型层43的表面(与发光层42侧相反的表面)设置有凹凸结构(embossment)44。凹凸结构44由大量的微型棱锥体构成，并且棱锥体的侧表面相对于器件的主表面倾斜约60°。由于凹凸结构44的存在，所以光提取效率提高。在一个优选的模式中，在n型层43表面内的待形成n型电极50的区域中没有设置凹凸结构44。也就是说，所述区域优选地保持平坦。对于这一点的原因是防止导致光提取效率降低的在n型电极50的背面(n型层43侧)与凹凸结构44之间的多次光反射。
在n型层43的表面上，可以设置由透明导电氧化物(例如，ITO、ICO或IZO)或金属(例如，Au)薄膜形成的透明电极。透明电极实现沿器件方向的有效电流扩散。在实施例1的第III族氮化物半导体发光器件的一个变型中，在n型层43的表面上形成透明电极55。图4中示出第III族氮化物半导体发光器件的横截面图。与图2相似，图4是沿着图1中示出的A-A进行切割的横截面。如图4所示，透明电极55形成为在n型电极43的表面的凹凸结构44上的膜，并且在透明电极55上形成n型电极50。
器件隔离沟槽70是用于对由形成在生长衬底上的半导体层40所获得的器件进行隔离的沟槽，并且在实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的制造中进行设置。在完成发光器件的制造后，如图1至图3所示，在器件的外周处形成隔离沟槽，从而为半导体层40提供台面。器件隔离沟槽70沿着半导体层40延伸。
绝缘膜80形成为连续地覆盖器件隔离沟槽70的底表面和侧表面以及n型层43的表面的外周。如图1所示，在平面视图中，绝缘膜80的范围由器件C的轮廓和虚线D来限定并且呈方形框区域。绝缘膜80防止原本会由将p型层41、发光层42以及n型层43暴露于器件隔离沟槽70的侧表面引起的电流泄漏或短路。在下文，将绝缘膜80的设置在n型层43的表面的外周上的区域称为第一区域80a，将绝缘膜80的设置在器件隔离沟槽70的侧表面上的区域称为第二区域80b，将绝缘膜80的设置在器件隔离沟槽70的底表面上的区域称为第三区域80c。绝缘膜80可以由材料如SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3、SixNy、AlN或SiOxNy形成。绝缘膜80可以是任意这些材料的单一层，或者可以由这些材料的多个层形成。绝缘膜80可以用作由介电多层膜形成的AR膜或反射镜。绝缘膜80可以由与电流注入阻挡层60的材料相同的材料形成。
如图1所示，n型电极50由两个焊垫部51和一个导线线状部(wiretrace portion)52构成。导线线状部52由外周导线线状部52a和分割部52b构成。焊垫部51和导线线状部52由可以与n型层43处于欧姆接触的相同材料制成。所述材料的实例包括Ti、W、Al、Cr以及它们的合金。
如图1所示，将两个焊垫部51单独设置在平面视图中方形器件的对角处。每个焊垫部51在平面视图中具有矩形形状。然而，对于所述形状没有特别的限制，只要确保焊垫的面积足以用于导线接合，并且可以采用圆形或扇形(圆的1/4)。外周导线线状部52a形成为与器件外周完全相符的框。两个焊垫部51通过外周导线线状部52a的媒介作用彼此连接。在平面视图中，分割部52b基本上呈交叉形线图案，其中两条线中的每一条线几乎平行于方形器件的一条边但相对于所述边略微倾斜。在平面视图中交叉形线图案的交点对应于器件的中心。形成交叉形状的两条线中的每一条线在各自的端部处连接到外周导线线状部52a。在由外周导线线状部52a和分割分52b限定的区域S1至S4中，包括焊垫部51的区域S2、S3比没有包括焊垫部的区域S1、S4宽。由于在焊垫部51附近的区域有利于电流扩散，所以在将包括焊垫部51的区域S2、S3设置为比没有包括焊垫部的区域S1、S4宽的情况下可以提高电流扩散。
如图2所示，焊垫部51的一部分设置在n型层43上，而其他部分设置在绝缘膜80上。焊垫部的设置在绝缘膜80上的部分连续地覆盖绝缘膜80的第一区域80a、第二区域80b以及第三区域80c。
如图2所示，外周导线线状部52a的一部分设置在n型层43上，而其他部分设置在绝缘膜80上。外周导线线状部的设置在绝缘膜80上的部分连续地覆盖绝缘膜80的第一区域80a、第二区域80b以及第三区域80c。
在实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的上述n型电极50中，电子被注入到与接合线相连接的两个焊垫部51中，并且通过外周导线线状部52a的媒介作用导致电子扩散到器件的外周。电子进一步扩散到与外周导线线状部52a相连接的分割部52b。结果，电子从如下部分注入到n型层43：焊垫部51的与n型层43接触的部分、外周导线线状部52a的与n型层43接触的部分以及分割部52b。因此，电子在n型层43中沿着器件的平面方向进行扩散，从而获得均匀的光发射。毋需赘述，器件的外周是对光提取没有活性的区域。在实施方案1中，外周导线线状部52a的一部分留在n型层43上以保持电流扩散，而剩余部分设置在绝缘膜80上，从而减少了外周导线线状部52a对光的反射或吸收，由此提高光提取效率。相似地，焊垫部51的一部分设置在n型层43上，而剩余部分设置在绝缘膜80上，从而减少了焊垫部51对光的反射或吸收。
在实施方案中1中，n型电极50构造成具有两个焊垫部51、外周导线线状部52a以及分割部52b。然而，n型电极可以具有至少一个焊垫部51、一个接触部、以及用于将焊垫部51连接至接触部的外周导线线状部52a。n型电极50可以具有一个或更多个焊垫部51，以及一个或更多个接触部。接触部也可以用作焊垫部51。在这种情况下，n型电极50可以不具有接触部。在实施方案1中，两个焊垫部51用作接触部。接触部是n型电极50的大区域(具体地，比具有与外周导线线状部52a的宽度对应的边的方形的区域更宽的区域)，并且接触部的一部分或其整体设置在n型层43上。
外周导线线状部52a不一定设置成如实施方案1中所实现的与器件的外周完全相符。或者，可以将外周导线线状部52a设置成不完全符合器件的外周，只要将其设置成将焊垫部51连接至接触部即可。例如，可以仅在方形器件的一条边处设置外周导线线状部52a。同样地，焊垫部51不一定通过外周导线线状部52a的媒介作用来与接触部直接连接。毋需赘述，所述连接可以通过例如分割部52b的媒介作用来建立，所述分割部52b是导线线状部52的除外周导线线状部52a之外的部分。
可以可选地设置或者不设置分割部52b。也就是说，在例如如下情况下不需要设置分割部52b：器件具有小面积，并且通过焊垫部51、接触部以及外周导线线状部52a获得了沿着器件平面方向的足够的电流扩散。相反地，在例如器件具有大面积的情况下，优选地设置分割部52b以提高沿着器件的平面方向的电流扩散。当设置分割部52b时，分割部52b的图案不限于实施方案1中所采用的图案，可以采用其他图案如格状图案、X形等。
在实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件中，n型电极50的焊垫部51的一部分设置在n型层43上，而剩余部分设置在绝缘膜80上。然而，本发明不限于这种构造。可以将焊垫部51的整体设置在n型层43上(参见图5J)，或者可以将焊垫部51的整体设置在绝缘膜80上。然而，在将焊垫部51的整体设置在n型层上时，焊垫部51会反射或吸收光，由此在一些情况下可能降低光提取效率。
当将焊垫部51的一部分或其整体设置在绝缘膜80上时，焊垫部51在绝缘膜80上的位置可以是实施方案1的情况以及图5A至图5I中示出的下述九种情况中的任一种。
图5A至图5C示出焊垫部51的一部分设置在n型层43上而剩余部分设置在绝缘膜80上的情况。在图5A中，在绝缘膜80上的焊垫部限于在绝缘膜80的仅第一区域80a上。在图5B中，焊垫部连续地设置在绝缘膜80的第一区域80a和第二区域80b上。在图5C中，对应于实施方案1，焊垫部连续地设置在绝缘膜80的第一区域80a、第二区域80b以及第三区域80c上。通过如图5A至图5C所示的焊垫部51的形成，可以在焊垫部51与n型层43之间建立接触，同时减少引起光提取效率降低的焊垫部51对光的反射或吸收。
图5D至图5I示出将焊垫部51的整体设置在绝缘膜80上的情况。在图5D中，焊垫部51的整体设置绝缘膜80的仅第一区域80a上。在图5E中，焊垫部连续地设置在绝缘膜80的第一区域80a和第二区域80b上。在图5F中，焊垫部连续地设置在绝缘膜80的第一区域80a、第二区域80b以及第三区域80c上。在图5G中，焊垫部51的整体设置绝缘膜80的仅第二区域80b上。在图5H中，焊垫部连续地设置在绝缘膜80的第二区域80b和第三区域80c上。在图5I中，将焊垫部51的整体设置绝缘膜80的仅第三区域80c上。通过如图5D至图5I所示的焊垫部51的形成，使得焊垫部的整体设置在绝缘膜80上，可以减少引起光提取效率降低的焊垫部51对光的反射或吸收。特别地，在图5I示出的情况下，由于焊垫部51可以形成在平坦表面上，所以难以在焊垫部51中形成台阶，而在焊垫部51中形成台阶是优选的。
因而，n型电极的焊垫部51的位置可以是图5A至图5J示出的10种图案中的任一种，特别优选图5A至图5I示出的9种图案中的任一种。在其中在n型电极50中设置接触部的情况下，必须将接触部的一部分或其整体设置在n型层43上。因此，接触部的位置必须是图5A至图5C以及图5J示出的4种图案中的任一种，优选图5A至图5C示出的3种图案中的任一种。
当外周导线线状部52a的一部分或其整体设置在绝缘膜80上时，外周导线线状部52a在绝缘膜80上的位置可以是图6A至图6I示出的下述九种情况(与图5A至图5I中示出情况相似)中的任一种。图6A至图6I分别对应于图5A至图5I。具体地，图6A至图6C示出外周导线线状部52a的一部分设置在n型层43上而剩余部分设置在绝缘膜80上的情况。在图6A中，在绝缘膜80上的外周导线线状部52a限于在绝缘膜80的仅第一区域80a上(实施方案1)。在图6B中，外周导线线状部52a连续地设置在绝缘膜80的第一区域80a和第二区域80b上。在图6C中，外周导线线状部52a连续地设置在绝缘膜80的第一区域80a、第二区域80b以及第三区域80c上。图6D至图6I示出外周导线线状部52a的整体设置在绝缘膜80上的情况。在图6D中，外周导线线状部52a的整体设置在绝缘膜80的仅第一区域80a上。在图6E中，外周导线线状部52a的整体连续地设置在绝缘膜80的第一区域80a和第二区域80b上。在图6F中，外周导线线状部52a的整体连续地设置在绝缘膜80的第一区域80a、第二区域80b以及第三区域80c上。在图6G中，外周导线线状部52a的整体设置在绝缘膜80的仅第二区域80b上。在图6H中，外周导线线状部52a的整体连续地设置在绝缘膜80的第二区域80b和第三区域80c上。在图6I中，外周导线线状部52a的整体设置绝缘膜80的仅第三区域80c上。在图6A至图6I示出的情况中的任一种情况下，可以减少外周导线线状部52a对光的反射或吸收。显著地，没有采用图5J中示出的其中外周导线线状部52a的整体设置在n型层43上的情况。如果采用那样的构造，则外周导线线状部52a会反射或吸收光，从而降低光提取效率。
当设置有两个或更多个焊垫部51或接触部时，焊垫部51或接触部可以具有选自图5A至图5J中示出的10种图案中的一种单一图案，或者可以具有从其中选择的彼此不同的图案。外周导线线状部52a可以在不同的位置具有选自图6A至图6I中示出的图案中的不同图案。在一个实施例中，在外周导线线状部52a中，接近焊垫部51的部分具有如图6D至图6I所示的图案，其中该部分仅设置在绝缘膜80上；而距焊垫部51一定距离处的部分具有如图6A至图6C所示的图案，其中该部分设置在n型层43和绝缘膜80上。
将参照附图来描述n型电极50的图案的变型。显著地，不再对实施方案1中所采用的相同元件进行描述。
变型1
图7是示出变型1的第III族氮化物半导体发光器件的n型电极150的构造的俯视图。如图7所示，变型1的第III族氮化物半导体发光器件在平面视图中呈方形。n型电极150具有一个焊垫部151、一个外周导线线状部152a以及三个接触部153。
焊垫部151设置在方形器件的一个角处，而三个接触部153设置在方形的其他三个角处。外周导线线状部152a形成为完全符合器件外周轮廓的框形，并且连接焊垫部151与接触部153，以及连接接触部153之间。不同于实施方案1，该发光器件不具有分割部。焊垫部151在平面视图中呈矩形形状。接触部153中的每一个在平面视图中呈在其角处具有切口的类方形，并且被矩形的外周导线线状部152a围绕。通过设置这样的切口，可以减少接触部153的置于n型层43上的部分的面积，由此减少接触部153对光的反射或吸收，从而提高光提取效率。
关于焊垫部151和接触部153中的每一个，它们的一部分区域设置在n型层43上，而剩余区域设置在绝缘膜80上。也就是说，所述构造与图5A至图5C示出的三种图案中的任一种对应。外周导线线状部152a完全地设置在绝缘膜80上。也就是说，所述构造与图6D至图6I示出的六种图案中的任一种对应。
通过n型电极150，外周导线线状部152a的媒介作用导致从接合线注入到焊垫部151的电子在接触部153中进行扩散。因而，电子从如下区域注入到n型层43：焊垫部151的与n型层43接触的区域以及接触部153中每一个的与n型层43接触的区域，由此电子沿器件的平面方向进行扩散。结果，可以提高光发射的均匀性。同时，由于外周导线线状部152a的整个表面设置在具有器件隔离沟槽70的绝缘膜80上，所以减少了外周导线线状部152a对光的反射或吸收，由此提高了光提取效率。
变型2
图8是示出变型2的第III族氮化物半导体发光器件的n型电极250的构造的俯视图。如图8所示，变型2的第III族氮化物半导体发光器件在平面视图中呈矩形。n型电极250具有一个焊垫部251、一个接触部253以及一个外周导线线状部252a。焊垫部251设置在矩形的一个角处，而接触部253设置在对角的角处。外周导线线状部252a形成为完全符合器件外周轮廓的框形，并且焊垫部251与接触部253相连接。焊垫部251的平面视图中的形状以及接触部253的平面视图中的形状与变型1中的形状相同。关于焊垫部251和接触部253中的每一个，它们的一部分区域设置在n型层43上，而剩余区域设置在绝缘膜80上。外周导线线状部252a完全地设置在绝缘膜80上。因而，由于外周导线线状部252a设置在形成在器件隔离沟槽70中的绝缘膜80上，所以减少了外周导线线状部252a对光的反射或吸收，由此提高了光提取效率。
变型3
图9是示出变型3的第III族氮化物半导体发光器件的n型电极350的构造的俯视图。如图9所示，变型3的第III族氮化物半导体发光器件在平面视图中呈矩形。n型电极350具有一个焊垫部351、一个接触部353以及一个外周导线线状部352a。焊垫部351设置在矩形的一个较短边附近，而接触部353设置在与焊垫部351相对的另一较短边附近。外周导线线状部352a形成为完全符合器件的外周轮廓的框形，并且连接焊垫部351与接触部353。焊垫部351在平面视图中的形状与变型1中的形状相同，而接触部353在平面视图中呈矩形。关于焊垫部351和接触部353中的每一个，它们的一部分区域设置在n型层43上，而剩余区域设置在绝缘膜80上。外周导线线状部352a完全地设置在绝缘膜80上。因而，由于外周导线线状部352a设置在形成在器件隔离沟槽70中的绝缘膜80上，所以减少了外周导线线状部352a对光的反射或吸收，由此提高了光提取效率。
变型4
图10是示出变型4的第III族氮化物半导体发光器件的n型电极450的构造的俯视图。如图10所示，变型4的第III族氮化物半导体发光器件在平面视图中呈矩形。n型电极450具有一个焊垫部451、两个接触部453以及导线线状部452。导线线状部452具有外周导线线状部452a和分割部452b。焊垫部451设置在矩形的中心处，而接触部453分别设置在矩形的两个较短边附近。外周导线线状部452a形成为完全符合器件的外周轮廓的框形，并且连接在接触部453之间。分割部设置为与经过器件的中心的假想线平行的导线形状，并且在其中间部分连接焊垫部451以及在其每个端部与外周导线线状部452a相连接。焊垫部451在平面视图中的形状以及接触部453在平面视图中的形状与变型3中的形状相同。关于焊垫部451和接触部453中的每一个，它们的一部分区域设置在n型层43上，而剩余区域设置在绝缘膜80上。外周导线线状部452a完全地设置在绝缘膜80上。因而，由于外周导线线状部452a设置在形成在器件隔离沟槽70中的绝缘膜80上，所以减少了外周导线线状部452a对光的反射或吸收，由此提高了光提取效率。
上述技术方案是：在实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件中，n型电极的外周导线线状部的一部分设置在n型层上，而其剩余部分设置在绝缘膜上，从而减少了光反射或光吸收；初看起来，认为其相似于如下的另一方案：减小外周导线线状部的设置在n型层上的宽度，从而减少光反射或光吸收。然而，当减小外周导线线状部的宽度时，外周导线线状部的粘附力减小，从而不能获得令人满意的电子从焊垫部到接触部或分割部的扩散。相反地，在实施方案1中，外周导线线状部的宽度可以保持在常规宽度处，由此外周导线线状部的粘附力没有减小，从而可以令人满意地获得电子从焊垫部到接触部或分割部的扩散。在图6中，外周导线线状部的宽度似乎发生了变化。然而，所给出的这些图是为了澄清绝缘膜与n型层与外周导线线状部之间的位置关系，外周导线线状部实际上可以形成为具有常规宽度。因而，就作用和效果而言，本发明的构思完全不同于减小外周导线线状部的宽度的构思。
变型5
图11是示出变型5的第III族氮化物半导体发光器件的n型电极550的构造的俯视图。如图11所示，变型5的第III族氮化物半导体发光器件在平面视图中呈矩形。n型电极550具有一个焊垫部551、一个接触部553以及一个外周导线线状部552a。在平面视图中，焊垫部551设置在矩形的一个较长边的端部的角处，而接触部353设置在所述较长边的另一端部的另一角处。外周导线线状部552a形成为符合矩形的所述长边的轮廓的导线形状，并且连接焊垫部551与接触部553。焊垫部551和接触部553在平面视图中的形状与变型3中的形状相同。关于焊垫部551和接触部553中的每一个，它们的一部分区域设置在n型层43上，而剩余区域设置在绝缘膜80上。外周导线线状部552a完全地设置在绝缘膜80上。因而，由于外周导线线状部552a设置在形成在器件隔离沟槽70中的绝缘膜80上，所以减少了外周导线线状部552a对光的反射或吸收，由此提高了光提取效率。
接下来，将参照图12A至图12I来描述制造实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的步骤。显著地，图12A至图12I是与实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的横截面(沿着图1中示出的A-A切割)对应的略图。
(形成半导体层40的步骤)
首先，设置蓝宝石衬底90。蓝宝石衬底90经受热清洁，从而除去表面的杂质。在蓝宝石衬底90上形成AlN缓冲层(未示出)，并且通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在缓冲层上顺序沉积由第III族氮化物半导体形成的n型层43、有源层42以及p型层41，从而形成半导体层40(图12A)。在MOCVD中，使用如下气体：氨(NH3)作为氮的源气体，三甲基镓(Ga(CH3)3)作为Ga的源气体，三甲基铟(In(CH3)3)作为In的源气体，三甲基铝(Al(CH3)3)作为Al的源气体，硅烷(SiH4)作为n型掺杂气体，环戊二烯基镁(Mg(C5H5)2)作为p型掺杂气体以及H2或N2作为载气。除了蓝宝石衬底之外，也可以采用SiC衬底、ZnO衬底、尖晶石衬底等。
(形成电流注入阻挡层60的步骤)
随后，通过CVD或溅射在p型层41上(具体地在平面视图中的与n型电极50的图案对应的区域中以及外周部分中)形成电流注入阻挡层60(图12B)。
(形成p型电极的步骤)
然后，通过溅射在p型层41上以及电流注入阻挡层60的除外周部分之外的区域上形成p型电极30。毋需赘述，可以采用其他气相沉积技术。在p型电极30上，设置接合层20(图12C)。优选地，在p型电极30与接合层20之间设置扩散阻挡层，以防止形成接合层20的金属元素扩散到p型电极30或p型层41。扩散阻挡层可以由Ti/Ni多层膜如Ti/Ni/Au(“/”是指沉积，“A/B”是指A的膜形成，继之B的膜形成。这将在下文中同样适用。在这种情况下，已经以此顺序形成了从p型电极30到接合层的层)、W/Pt多层膜如W/Pt/Au多层膜等。
(接合支承体10的步骤)
接下来，设置支承体10。经由接合层20将支承体10接合到p型电极30(图12D)。在这种情况下，在支承体10的另一表面上形成另一接合层20，并且将支承体10上的接合层20与p型电极30上的接合层热压在一起，以用于接合。
(激光剥离步骤)
然后，通过激光剥离移除蓝宝石衬底90(图12E)。具体地，使用具有如下波长的激光束(例如，准分子激光束(如，KrF))对蓝宝石衬底90进行辐照：该波长的光束穿过蓝宝石并且被第III族氮化物半导体吸收，从而分离存在于蓝宝石衬底90和半导体层40之间的界面附近的半导体层40。结果，从半导体层40移除蓝宝石衬底90。
(形成器件隔离沟槽70的步骤)
接下来，通过干法蚀刻(例如，反应离子蚀刻(RIE))从(与发光层42侧相对的)顶表面对n型层43进行蚀刻。待蚀刻的部分与n型层43的器件隔离区域对应。通过蚀刻，器件隔离沟槽70穿过半导体层40并到达电流注入阻挡层60(图12F)。或者，不仅可以通过干法蚀刻而且可以通过使用KOH、激光辐照或相似的蚀刻剂的湿法蚀刻来形成器件隔离沟槽70。
又或者，可以通过以下两个步骤来形成器件隔离沟槽70。在第一步骤中，形成半导体层40后，从p型层41的(与蓝宝石衬底90侧相对的)表面对其进行蚀刻，以设置器件隔离区域，由此形成到达n型层43的沟槽。随后，以相同的方式执行到激光剥离步骤的步骤。完成激光剥离后，从n型层43的表面对其进行蚀刻以设置器件隔离区域。将通过从p型层41的表面进行蚀刻所设置的器件隔离沟槽与通过从n型层43的表面进行蚀刻所设置的器件隔离沟槽连结在一起，由此形成穿过半导体层40的器件隔离沟槽70。
(形成绝缘膜80的步骤)
通过CVD或溅射，形成连续地覆盖器件隔离沟槽70的底表面和侧表面以及n型层43的表面的外周部分的绝缘膜80(图12G)。
(形成凹凸结构44的步骤)
接下来，使用四甲基氢氧化铵(TMAN)水溶液对n型层43的表面进行湿法蚀刻，从而将n型层43的表面设置有凹凸结构44(图12H)。在湿法蚀刻中，除了TMAN之外，可以采用蚀刻剂如KOH、NaOH以及磷酸。
对在器件隔离沟槽70的形成步骤之后的绝缘膜80的形成步骤和凹凸结构44的形成步骤的时间顺序没有特别的限制，可以采用以下逆序。首先，形成凹凸结构44，然后形成器件隔离沟槽70，继之形成绝缘膜80。又或者，形成器件隔离沟槽70，然后形成凹凸结构44，继之形成绝缘膜80。
(形成n型电极50的步骤)
然后，通过溅射或气相沉积以及剥离在n型层43的特定区域上形成具有图1中示出的图案的n型电极50(图12I)。n型电极50具有两个焊垫部51和一个导线线状部52。
随后，在器件的顶表面(不包括n型电极50的焊垫部的区域、待接合至接合线的区域(未示出))上形成钝化膜。对支承体10进行抛光以变薄，并且在支承体10的底表面上形成背面电极(未示出)。然后，通过激光切片执行器件分离。通过上述步骤，也可以制造实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件。除激光切片之外，可以通过划片来执行器件分离。
实施方案2
图13是示出实施方案2的第III族氮化物半导体发光器件的构造的俯视图。实施方案2的第III族氮化物半导体发光器件具有与实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的结构相同的结构，除了将n型电极50变换成下述的n型电极650之外。
与实施方案1的第III族氮化物半导体发光器件的n型电极50相似，实施方案2的第III族氮化物半导体发光器件的n型电极650具有焊垫部651以及导线线状部652。导线线状部652具有外周导线线状部652a和分割部652b。焊垫部651和分割部652b由与外周导线线状部652a的材料不同的材料制成。焊垫部651和分割部652b由与n型层43处于欧姆接触的材料(例如，Ti、W、Al、Cr以及它们的合金)形成。外周导线线状部652a由呈现对绝缘膜80的粘附力高于对焊垫部651的粘附力的材料形成。这样的材料不同于焊垫部651的材料，其是Ni、Ti、Cu、Al以及它们的合金。焊垫部651、分割部652b、外周导线线状部652a中的每一种均可以包括多层，只要与n型层43或绝缘膜80接触的所述层由上述材料形成即可。例如，在由上述材料形成的焊垫部651、分割部652b和外周导线线状部652a中的任一种的整个上表面上可以进一步沉积Au。
在n型电极650中，焊垫部651和外周导线线状部652a由不同的材料形成，由此改进了外周导线线状部652a对绝缘膜80的粘附力。在这种情况下，可以提高器件的可靠性。特别地，当将外周导线线状部652a的整体设置在绝缘膜80上(对应于图6D至图6I的情况)时，由于外周导线线状部652a不需要欧姆接触n型层43，所以有利于应用实施方案2。
在实施方案1和实施方案2中，通过剥离技术执行作为生长衬底的蓝宝石衬底的移除。然而，或者，可以采用化学剥离技术，在化学剥离技术中在蓝宝石衬底与n型层之间插入可以通过化学液体进行溶解的缓冲层，在接合至支承体之后通过化学液体溶解缓冲层，从而移除蓝宝石衬底。
工业应用
本发明的第III族氮化物半导体发光器件可以用作照明装置，显示器件等。
附图标记的描述

Claims (20)

1.一种第III族氮化物半导体发光器件，包括：导电支承体；设置在所述支承体上的p型电极；设置在所述p型电极上的半导体层，所述半导体层至少包括从所述p型电极起按以下顺序设置的p型层、发光层以及n型层，所述三层中的每一层均由第III族氮化物半导体形成；以及设置在所述n型层上的n型电极，其中
所述器件具有器件隔离沟槽，所述器件隔离沟槽沿着所述半导体层的外周形成并且为所述半导体层提供台面形状；以及
连续地设置在第一区域至第三区域上的绝缘膜，所述第一区域为所述n型层的外周区域，所述第二区域为所述沟槽的侧表面，以及所述第三区域为所述器件隔离沟槽的底表面；以及
所述n型电极具有：
待连接接合线的焊垫部；
接触部，所述接触部设置在距所述焊垫部一定距离处并且部分地或完全地设置在所述n型层上；以及
外周导线线状部，所述外周导线线状部沿外周延伸，从而将所述焊垫部与所述接触部相连接，并且所述外周导线线状部完全设置在所述绝缘膜上，或者所述外周导线线状部部分地设置在所述绝缘膜上，其剩余部分设置在所述n型层上。
2.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述外周导线线状部的整体设置在所述绝缘膜上。
3.根据权利要求2所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述外周导线线状部设置在所述绝缘膜的仅所述第三区域上。
4.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部的一部分设置在所述绝缘膜上，所述焊垫部的剩余部分设置在所述n型层上。
5.根据权利要求2所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部的一部分设置在所述绝缘膜上，所述焊垫部的剩余部分设置在所述n型层上。
6.根据权利要求3所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部的一部分设置在所述绝缘膜上，所述焊垫部的剩余部分设置在所述n型层上。
7.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部的整体设置在所述绝缘膜上。
8.根据权利要求2所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部的整体设置在所述绝缘膜上。
9.根据权利要求3所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部的整体设置在所述绝缘膜上。
10.根据权利要求7所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部的整体设置在所述绝缘膜的所述第三区域上。
11.根据权利要求8所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部的整体设置在所述绝缘膜的所述第三区域上。
12.根据权利要求9所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部的整体设置在所述绝缘膜的所述第三区域上。
13.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述接触部的一部分设置在所述绝缘膜上，所述接触部的剩余部分设置在所述n型层上。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其具有设置在所述n型层上的透明电极。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述n型层在与所述发光层相反的一侧上具有凹凸表面。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述n型电极的所述焊垫部、所述接触部以及所述外周导线线状部由相同的材料形成。
17.根据权利要求16所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述n型电极的所述焊垫部、所述接触部以及所述外周导线线状部包括选自Ti、W、Al、Cr以及它们的合金中的至少一种。
18.根据权利要求1至13中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中用作n型电极的所述焊垫部和所述接触部包括与所述n型层处于欧姆接触的材料，并且用作所述n型电极的所述外周导线线状部包括对所述绝缘膜呈现的粘附力高于所述焊垫部的材料的粘附力的材料。
19.根据权利要求18所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述焊垫部和所述接触部包括选自Ti、W、Al、Cr以及它们的合金中的至少一种，所述外周导线线状部包括与所述焊垫部的材料不同的材料，并且包括选自Ni、Ti、Cu、Al以及它们的合金中的至少一种。
20.根据权利要求1至13中任一项所述的第III族氮化物半导体发光器件，其中所述接触部也用作所述焊垫部。
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