CN104425670A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管及其制造方法。所述发光二极管包括：氮化镓系的化合物半导体层；第一金属层，由包含Mg的岛状物形成，并欧姆接触于所述化合物半导体层；第二金属层，由Ni形成，覆盖所述第一金属层，并在第一金属层的岛状物之间接触到化合物半导体层；反射金属层，覆盖第二金属层。可利用第一金属层及第二金属层来获得稳定的欧姆接触特性及反射特性。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，具体地讲，涉及一种具有欧姆反射结构体的发光二极管及其制造方法。
背景技术
通常，由于诸如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)等的Ⅲ族元素的氮化物热稳定性优良且具有直接跃迁型的能带(band)结构，因此最近作为可见光及紫外线区域的发光元件用物质而备受关注。尤其是，利用氮化铟镓(InGaN)的蓝色及绿色发光元件被应用于大规模天然色平板显示装置、信号灯、室内照明、高密度光源、高分辨率输出系统和光通信等多种应用领域。
由于难以制造能够生长这样的Ⅲ族元素的氮化物半导体层的同质的基板，因此所述氮化物半导体层通过有机金属化学气相沉积法(MOCVD)或分子束外延法(MBE：Molecular Beam Epitaxy)等工艺来生长于具有类似的结晶结构的异质基板。具有六方晶系结构的蓝宝石(Sapphire)基板主要被用作异质基板。然而，由于蓝宝石在电学上为绝缘体，因此限制发光二极管结构。据此，最近在开发一种在蓝宝石之类的异质基板上生长氮化物半导体层之类的外延层，并将支撑基板粘接于所述外延层之后，利用激光剥离技术等来分离异质基板，从而制造垂直型结构的高效发光二极管的技术。例如，韩国专利公开公报第10-2011-0001633号公开了一种垂直型结构的高效发光二极管。
这样的垂直型结构的发光二极管通常在p型半导体层下方包含具有高反射率的Al或Ag之类的金属反射层和用于保护该反射层的壁垒金属层。虽然因Al或Ag反射层具有相对较高的反射率而在垂直型结构或者倒装型结构的发光二极管中作为反射层被优先使用，但是难以实现或维持良好的欧姆特性，而且因热变形而容易导致反射率下降。
从而，需要一种具有良好的欧姆接触特性且热稳定性提高的欧姆反射结构体。
【现有技术文献】
【专利文献】
(专利文献1)韩国专利公开公报第10-2011-0001633号
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具备拥有良好的欧姆接触特性且热稳定性提高的欧姆反射结构体的发光二极管及其制造方法。
根据本发明的一个实施例的发光二极管包括：氮化镓系的化合物半导体层；第一金属层，由岛状物形成，并欧姆接触于所述化合物半导体层；第二金属层，覆盖所述第一金属层，并在所述第一金属层的岛状物之间接触到所述化合物半导体层；反射金属层，覆盖所述第二金属层。所述第一金属层可由包含Mg的岛状物形成，所述第二金属层可由Ni形成。
可通过所述岛状物及覆盖所述岛状物的Ni的第二金属层来获得稳定的欧姆特性及稳定的反射特性。进而，可利用所述第二金属层来进一步提高欧姆接触特性。
所述第一金属层可以是Mg或Mg/Pt。
此外，所述岛状物上的第二金属层的厚度可大于所述岛状物之间的第二金属层的厚度。从而，入射到所述岛状物之间的区域的光可通过所述反射金属层而被反射。
所述反射金属层可包括Ag。进而，所述发光二极管还可包括覆盖所述反射金属层的壁垒金属层。由于Ag反射金属层位于第二金属层和壁垒金属层之间，因此会使反射金属层的热稳定性提高。
所述发光二极管可以是垂直型结构的发光二极管。因此，所述发光二极管还可包括；支撑基板；粘接金属层，位于所述支撑基板和所述壁垒金属层之间。与此不同，所述反光二极管还可以是倒装型发光二极管。
此外，所述化合物半导体层可以是p型半导体层。此外，所述化合物半导体层可具有相对c面、a面或m面倾斜±15度以内的生长面。
根据本发明的一个实施例的发光二极管包括：氮化镓系的化合物半导体层；第一金属层，由岛状物形成，并欧姆接触于所述化合物半导体层；第二金属层，由Ni形成，覆盖所述第一金属层，并在所述第一金属层的岛状物之间接触到所述化合物半导体层；Ag反射金属层，覆盖所述第二金属层。
根据本发明的一个实施例的发光二极管制造方法包括如下步骤：在生长基板上生长氮化镓系的化合物半导体层；在所述化合物半导体层上沉积第一金属层；在所述第一金属层上沉积第二金属层；在所述第二金属层上形成反射金属层；通过对所述第一金属层进行热处理来形成岛状物。此外，所述第二金属层覆盖所述岛状物，并接触到所述岛状物之间的所述化合物半导体层。
进而，所述第一金属层可含有Mg，所述第二金属层可以是Ni。此外，所述反射金属层可包括Ag。
此外，含有Mg的所述第一金属层可以是Mg或Mg/Pt。
所述发光二极管制造方法还可包括如下步骤：在所述反射金属层上形成壁垒金属层。所述热处理可在形成所述壁垒金属层之后执行。
根据本发明的实施例，采用岛状物的第一金属层、第二金属层及反射金属层，从而可提供具有稳定的欧姆接触特性及反射特性的欧姆反射结构体。尤其是，所述第一金属层由含有Mg的岛状物形成，所述第二金属层由Ni形成，从而可防止因发光二极管中生成的热量而导致欧姆接触特性及反射特性变差。
附图说明
图1是用于说明根据本发明的一个实施例的发光二极管的概略的剖面图。
图2是将图1中的欧姆反射结构体和化合物半导体层的界面部分放大而示出的剖面图。
图3及图4是用于说明根据本发明的一个实施例的发光二极管制造方法的概略的剖面图。
图5是将图4中的欧姆反射结构体和化合物半导体层的界面部分放大而示出的剖面图。
符号说明：
21：生长基板
23：上部半导体层(第一半导体层)
25：活性层
27：下部半导体层(第二半导体层)
30：半导体层叠结构体
31a、32a：第一金属层
31b、32b：第二金属层
32：欧姆接触层
33：反射金属层
35：壁垒金属层
40：欧姆反射结构体
51：支撑基板
53：粘接金属层
55、57：粘接垫(电极垫)
具体实施方式
以下，将参照附图对本发明的实施例进行详细说明。以下描述的实施例作为示例而被提供以将本发明的构思充分传达给本领域技术人员。因此，本发明不限于以下所说明的实施例，并且可实现为其他的形态。并且，在附图中，为了方便起见，可能会夸大示出构成要素的宽度、长度、厚度等。贯穿整个说明书，相同的标号表示相同的构成要素。
图1是用于说明根据本发明的一个实施例的发光二极管的概略的剖面图，图2是将欧姆反射结构体40和下部半导体层27的界面放大而示出的剖面图。
参照图1及图2，所述发光二极管包括半导体层叠结构体30及欧姆反射结构体40。此外，所述发光二极管可包括支撑基板51、粘接金属层53及电极垫55、57。
支撑基板51区别于用于生长化合物半导体层的生长基板，并且是附着于已生长的化合物半导体层的二次基板。所述支撑基板51可以是硅基板或金属基板之类的导电性基板，但不限于此，还可以是蓝宝石基板之类的绝缘基板。
半导体层叠结构体30位于支撑基板51之上。半导体层叠结构体30包括作为氮化镓系的化合物半导体层的上部半导体层23、活性层25及下部半导体层27。所述上部半导体层23可以是n型化合物半导体层，所述下部半导体层27可以是p型化合物半导体层。这里，类似于一般的垂直型发光二极管，半导体层叠结构体30中下部半导体层(p型化合物半导体层)27相比于上部半导体层(n型化合物半导体层)23更接近于支撑基板51侧。
此外，半导体层叠结构体30可形成为与支撑基板51具有相同的面积，但不限于此。尤其是，在支撑基板51为绝缘基板的情况下，半导体层叠结构体30可位于支撑基板51的部分区域上。
上部半导体层23、活性层25及下部半导体层27可由III-N系的化合物半导体(例如，(Al、Ga、In)N半导体)形成。上部半导体层23及下部半导体层27均可以是单层或多层。此外，所述活性层25可以是单量子阱结构或者多量子阱结构。电阻相对小的n型的上部半导体层23位于支撑基板51的相反侧，从而易于在半导体层叠结构体30的上部面形成粗糙化的面，粗糙化的面提高在活性层25生成的光的提取效率。
此外，欧姆反射结构体40可包括欧姆接触层32、反射金属层33及壁垒金属层35。如图2中详细表示的那样，欧姆接触层32包括第一金属层32a及第二金属层32b。尤其是第一金属层32a具有岛屿的形状，第二金属层32b覆盖第一金属层32a并在岛状物之间的区域接触到下部半导体层27。
第一金属层32a可由含有Mg的金属(例如Mg或Mg/Pt)形成。Mg在宽阔的波长区域中具有良好的反射特性，下部半导体层27具有优良且稳定的欧姆特性。而且，由于Mg以岛屿形状形成，因此不会因根据发光二极管的工作而产生的热量而导致欧姆特性或反射特性劣化。
此外，第二金属层32b由Ni形成。由于第二金属层32b在岛状物之间的区域接触到下部半导体层27，因此可防止反射金属层33的金属元素扩散到下部半导体层27内。此外，第二金属层32b由Ni形成，从而可通过防止第一金属层32a物质(例如，Mg)和反射金属层33(例如，Ag)的物质之间的相互扩散来维持稳定的欧姆特性及反射特性。
此外，与岛状层之间的区域相比，第二金属层32b可在岛状层上形成得更厚。据此，入射到岛状物之间的区域的光可利用反射金属层33而被反射，并且可防止岛状物的金属物质和反射金属层33的金属物质之间的相互扩散。在岛状物之间的区域中第二金属层32b可具有数至数nm的厚度。
此外，反射金属层33可由通常的Ag形成。反射金属层33主要反射入射到第一金属层32a的岛状物之间的区域的光。壁垒金属层35可包覆反射金属层33以使反射金属层33埋设于半导体层叠结构体30和支撑基板51之间。壁垒金属层35例如可由Ni形成，或者可以由包含Ni的多层结构形成。
粘接金属层53使支撑基板51和欧姆反射结构体40相互粘接。粘接金属层53例如可利用Au-Sn而借助于共晶接合(eutectic bonding)来形成。
此外，粘接垫55可位于支撑基板51的下部。粘接垫55可通过支撑基板51来电连接到欧姆反射结构体40。与此不同，在支撑基板51为绝缘基板的情况下，粘接垫55可通过贯通支撑基板51或者形成于支撑基板51的上部来电连接到欧姆反射结构体40。此外，粘接垫57位于上部半导体层23上，并且电连接到上部半导体层23。
根据本实施例，可采用含有Mg且具有岛屿形状的第一金属层32a、覆盖第一金属层32a的第二金属层32b及反射金属层33，从而使欧姆接触特性及反射特性稳定化。
此外，在本实施例中，虽然说明了欧姆反射结构体40应用于垂直结构的发光二极管的情况，但是所述欧姆反射结构体40还可应用于倒装型发光二极管。
图3及图4是用于说明根据本发明的一个实施例的发光二极管制造方法的概略的剖面图，图5是将图4中的欧姆反射结构体40和下部半导体层27的界面放大而示出的剖面图。
参照图3，首先，在生长基板21上生长半导体层叠结构体30。
只要是能够生长氮化镓系化合物半导体层的基板，则基板21不受特别的限制，例如可以是图案化的蓝宝石基板、尖晶石(Spinel)基板、碳化硅基板、硅基板或氮化镓基板等。尤其是基板21可具有c面、a面或m面生长面，此外，可具有主平面相对c面、a面或m面倾斜的面。例如基板21可具有相对m面倾斜±15度以内的生长面。
半导体层叠结构体30包括一些氮化镓系的化合物半导体层，例如包括第一半导体层23、活性层25及第二半导体层27。第一半导体层23可由氮化镓系(即，(Al,、Ga、In)N系))的化合物半导体层形成，并且可形成为单层或多层。例如，第一半导体层23包含GaN层，并且可通过掺杂n型杂质(例如Si)来形成。第一半导体层23对应于图1中的上部半导体层23。
活性层25位于第一半导体层23和第二半导体层27之间，并且可以具备拥有单个阱层的单量子阱结构或者阱层和壁垒层交替而层叠的多量子阱结构。阱层例如可由InGaN形成，壁垒层可由具有比阱层更宽的带隙(Band gap)的氮化镓系半导体层(例如GaN)形成。
第二半导体层27包括p型接触层，可通过氮化镓系的化合物半导体层来形成，并且可形成为单层或多层。例如，第二半导体层27包含GaN层，并且可通过掺杂p型杂质(例如Mg)来形成。第二半导体层27对应于图1中的下部半导体层27。
接着，可在所述半导体层叠结构体30上沉积第一金属层31a、第二金属层31b、反射金属层33及壁垒金属层35。第一金属层31a可由含有Mg的金属(例如Mg或Mg/Pt)形成。第一金属层31a可以以0.5nm至20nm的厚度来形成。第一金属层31a覆盖第二金属层31b。
第二金属层31b沉积于第一金属层31a上并且用Ni以数至数nm的厚度来形成。此外，反射金属层33沉积于第二金属层31b上，并且与第一金属层31a或第二金属层31b相比相对更厚地形成。
此外，壁垒金属层35形成于反射金属层33上，并且可形成为包覆反射金属层33。
参照图4及图5，通过对所述第一金属层31a进行热处理来形成岛状物。第一金属层31a物质通过热处理而彼此凝聚，从而形成由岛状物构成的第一金属层32a。热处理可在例如400℃至700℃的温度范围内执行。如果热处理温度超过700℃，则第一金属层32a和第二半导体层27之间的欧姆特性变差。此外，在400℃以下，难以达到热处理效果。例如，所述热处理可在600℃下执行10分钟。
此外，通过所述热处理，第一金属层32a的一部分覆盖岛状物，其余的一部分在所述岛状物之间的区域接触到第二半导体层27。
所述热处理也可以在沉积第一金属层31a及第二金属层31b之后执行。然而，优选为在形成壁垒金属层35之后执行热处理，以防止第一金属层31a的氧化，并且简化工序。
之后，可利用粘接金属层将支撑基板(图1中的51)贴附于所述欧姆反射结构体40上，去除生长基板21，并在第一半导体层23上形成电极垫57，从而完成垂直型结构的发光二极管。
与此不同，可在部分去除半导体层叠结构体30而使第一半导体层23暴露之后，在暴露的第一半导体层23上形成电极垫，并在所述欧姆反射结构体40上形成电极垫，从而制造出倒装型发光二极管。
以上对本发明的多种实施例进行了说明，但是本发明并不限于这些实施例。本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的技术构思的范围内，可进行各种变形。

Claims (13)

1.一种发光二极管，包括：
氮化镓系的化合物半导体层；
第一金属层，由包含Mg的岛状物形成，并欧姆接触于所述化合物半导体层；
第二金属层，由Ni形成，覆盖所述第一金属层，并在所述第一金属层的岛状物之间接触到所述化合物半导体层；
反射金属层，覆盖所述第二金属层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，
所述第一金属层是Mg或Mg/Pt。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，
所述岛状物上的第二金属层的厚度大于所述岛状物之间的第二金属层的厚度。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，
所述反射金属层包括Ag。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，还包括：
覆盖所述反射金属层的壁垒金属层。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，还包括：
支撑基板；
粘接金属层，位于所述支撑基板和所述壁垒金属层之间。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，
所述化合物半导体层是p型半导体层。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其中，
所述化合物半导体层具有相对c面、a面或m面倾斜±15度以内的生长面。
9.一种发光二极管，包括：
氮化镓系的化合物半导体层；
第一金属层，由岛状物形成，并欧姆接触于所述化合物半导体层；
第二金属层，由Ni形成，覆盖所述第一金属层，并在所述第一金属层的岛状物之间接触到所述化合物半导体层；
Ag反射金属层，覆盖所述第二金属层。
10.一种发光二极管制造方法，包括如下步骤：
在生长基板上生长氮化镓系的化合物半导体层；
在所述化合物半导体层上沉积含有Mg的第一金属层；
在所述第一金属层上沉积含有Ni的第二金属层；
在所述第二金属层上形成反射金属层；
通过对所述第一金属层进行热处理来形成岛状物，
其中，所述第二金属层覆盖所述岛状物，并接触到所述岛状物之间的化合物半导体层。
11.根据权利要求10所述的发光二极管制造方法，其中，
含有Mg的所述第一金属层是Mg或Mg/Pt。
12.根据权利要求10所述的发光二极管制造方法，其中，
所述反射金属层包括Ag。
13.根据权利要求10所述的发光二极管制造方法，其中，
在所述反射金属层上形成壁垒金属层，所述热处理是在形成所述壁垒金属层之后执行。
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