CN1719629A

CN1719629A - 制作垂直导通型氮化物光电组件的方法

Info

Publication number: CN1719629A
Application number: CNA2004100627809A
Authority: CN
Inventors: 陈乃权; 张本秀; 施权峰; 邱安平; 邓顺达
Original assignee: ZHOULEI SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHOULEI SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-11

Abstract

本发明涉及一种制作垂直导通氮化物光电组件的方法，该方法为借助金属欧姆接触将氮化物半导体与导电性基板连接。利用此一方法不但可以降低组件与基板之间的串联电阻、降低操作电压，增加组件的寿命，且同时可以提高组件横向传导的效率等等。此法可应用在发光二极管、激光二极管、光检测器等半导体组件中。

Description

制作垂直导通型氮化物光电组件的方法

技术领域

本发明涉及一种制作垂直导通型氮化物光电组件的方法，尤其是指一种在氮化物半导体与导电性基板间形成金属欧姆接触连接件的氮化物光电组件制作方法。

背景技术

由于氮化物材料具直接能隙，透过调变例如AlGaInN中Al、Ga、In的比例，其能隙可调范围由0.7eV至6.1eV，包含了由红外光至紫外光的波段，使其特别适合使用在光电组件中。然而由于过去缺乏与晶格相匹配的基板，以致虽然在七○年代即已合成氮化镓，但无法形成适合制作组件的垒晶(epitaxy)薄膜。直至八○年代末期，由于氮化物垒晶技术的进步，终于成功地在蓝宝石sapphire(Al₂O₃)基板上生长出高品质的氮化物薄膜，才大幅开展了氮化物材料的应用范围。目前举凡一般所见的蓝光、绿光、白光发光二极管、手机面板及按键的光源、大型电视墙与动态看板、交通信号灯等，皆是利用氮化物材料制成，而目前亦可预期，下一代激光视盘机的激光光源、液晶屏幕的背光源，及日常照明所需的光源等，亦将包含在氮化物材料的应用领域中。

虽然目前氮化物材料的应用领域极广，不过其垒晶基板的材料却没有太大的变化，绝大部份的商用组件皆是以蓝宝石为基板。以蓝宝石作为基板，有诸多的缺点如下：(一)蓝宝石基板价格昂贵。(二)蓝宝石基板一般直径为二时，面积过小，以致晶粒制造成本高。(三)蓝宝石为绝缘性材料，如以其制成发光二极管晶粒，则其电极将为水平式结构，即p电极与n电极必需在同一侧，如此不仅在晶粒制作上增加许多的复杂度，降低生产时的优良率，亦会增加封装时打线的成本。(四)蓝宝石基板的散热能力不佳，限制了高功率组件的应用范围。

除了蓝宝石基板外，目前商业产品中亦有部份是以碳化硅SiC作为基板。如将SiC与蓝宝石相比较，其具有二项优点：(一)SiC为导电性基板，可制作垂直导通的组件。(二)高散热能力。然而SiC具有一极关键性的缺点，即其价格远高于蓝宝石。因此，许多研究单位纷纷尝试以硅Si作为氮化物垒晶的基板。

以Si做为氮化物垒晶基板具有下列几项优点：

1、导电性基板(可简化工艺及降低成本)

2、优良导热性行为(1.5W-cm^-1，可供高功率组件应用)

3、大面积(目前可至12时)

4、可结合目前以硅Si为主的半导体技术

如要在Si芯片上垒晶成长高品质的氮化物薄膜，首先必需先在Si上成长一层缓冲层(buffer layer)而后再过渡至制作组件所需的氮化物薄膜，以发光二极管为例，其结构示意图如图1所示。由文献上查知，目前最有效的缓冲层为氮化铝AlN或氮化铝镓AlGaN。然而AlN本身是绝缘层，而AlGaN依成份不同介于半导体与缘绝体之间，因此会造成组件下层结构，如n型氮化镓薄膜(n-type GaN film)与硅基板间的电阻提升。当将其做成垂直导通的组件时，因受此缓冲层串联电阻的影响，操作电压必需大大的提高，极可能造成组件的受损。为解决此一问题，一般研究的方向是以载子掺杂的方式及使用高掺杂的硅基板来降低此缓冲层的阻值，但由于AlN及AlGaN的能隙相当地大，相对地降低了掺杂效率，无法使垂直导通组件的操作电压降至与水平式导通的组件相当。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种制作垂直导通型氮化物光电组件的方法。为达前述目的，本发明提供了一种在氮化物半导体与导电性基板间形成金属欧姆接触式连接件的方法。此法可应用在发光二极管、激光二极管、光检测器等具有导电性基板的组件中。

直接在氮化物半导体与硅基板之间形成金属连接件，由于金属连接件的阻抗本身比硅基板和氮化物第一导电层间的串联电阻低，因此它可以有效的降低硅基板与氮化物半导体间的串联电阻，故电子会直接从硅基板经过金属连接件传到氮化物半导体中，如此可以降低组件操作电压，进而增加组件的使用寿命。这种方法除了可以改善组件本身的操作电压外，当结合目前以硅为主的半导体技术时，不但可以降低消耗功率，节省资源，还可以避免过多热效应产生。

具体来说，本发明涉及一种形成具有金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其特征在于：该方法主要包括提供一具导电性的基板，其中该基板可为n型或p型(n-type或p-type)，且形成至少一层以上的缓冲层于该基板上，并将一导电层成长在该缓冲层上，其中无论是n型或p型基板，所述导电层均可分别为n型或p型的氮化物，其特征在于在该导电层与基板间制作形成有金属欧姆连接件。

其中所述基板选自硅、碳化硅、砷化镓等导电材料之一种。所制组件为氮化物发光二极管、氮化物激光二极管、氮化物光检测器等。

所述金属连接件是以蒸镀金属、溅镀金属、融熔低融点金属、电镀金属、无电极电镀金属等方法形成；所述金属选自金、银、铜、铂、钯、锌、镍、钛、铬金属之一种或这些金属任意两种或多种之合金。还可利用本领域常用的打线方式，将金或铝打线制作成连接件。其中该金属连接件可为四边形、或三角形、或圆形或任意形状。

上述的说明仅为本发明部分特征的概述，为能更明白了解本发明的技术手段，并可依本说明书内容据以实施，故对本发明配合图标加以说明，以下所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，因此，凡在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆应包括在本发明保护的范围。

附图说明

图1为本发明具有导电基板的氮化物垒晶结构侧视图；

图2为本发明结构侧视图；

图3为本发明结构上视图；

图4为本发明结构侧视图；

图5为本发明结构上视图。

具体实施方式

本发明提供了一种制作垂直导通型氮化物光电组件的方法。请配合参照图2所示，即在第一导电层与具导电性的硅基板间形成金属连接件。此法可应用在发光二极管、激光二极管、光检测器等具有导电性基板的组件。

在氮化物半导体与硅基板间形成金属连接件，有几种方式：1、蒸镀；2、溅镀；3、打线；4、融熔低融点金属；5、电镀；6、无电极电镀等方式。

请配合参照图1所示，首先选择一具导电性的硅基板，于硅基板上成长AlN缓冲层，再成长第一导电层，接着于该第一导电层上成长多量子阱(multi-quantum-well MQW)的发光层，最后再成长第二导电层，而完成发光二极管的垒芯片。对于第一导电层及第二导电层来说，如果第一导电层为n型GaN层，那么第二导电层就是p型；反之如果第一导电层是为p型GaN层，那么第二导电层即为n型。

请配合参照图2所示，当完成发光二极管的垒芯片之后，以常规干式蚀刻或其它蚀刻方式，为制作金属连接件而进行蚀刻工艺，将图1所示之垒芯片的n型GaN层一部份蚀刻留于第一导电层处，一部份蚀刻到硅基板处。接着再以上面所提到的溅镀、蒸镀、融溶、电镀、无电极电镀或打线方式等，形成金属连接件在该第一导电层(n型GaN层)与硅基板之间即可。

当再进一步于第二导电层上形成电极及在导电基板下方形成电极并将个别组件分离后，即完成了垂直导通型氮化物发光二极管组件，该组件的上视图如图3所示。当对该发光二极管组件施加电流时，首先电流会由上方电极流入第二导电层，继之流过发光层而产生发光的现象，而后再流入第一导电层。由于第一导电层与导电基板间具有低阻抗的金属欧姆接触式连接件，此时电流可透过此信道流入导电基板而后再由下方的电极流出组件，如此电流便可避开高阻值的缓冲层并进而降低组件的串联电阻。

除前述的实施例外，第一导电层与导电基板间的金属连接件，亦可具有各式不同的几何形状。如图4的侧视图及图5的上视图所示，此种连接件方式不仅可使该氮化物光电组件的外型与过去传统所使用的GaAs、GaP、GaAsP、AlGaInP二极管相同，更由于第一导电层与导电基板间具有一环形金属连接件，进一步降低了该处所产生的串连电阻。

如此的设计可以降低组件的操作电压、降低消耗功率、节省能源，还可以避免过多的热效应产生并进而增加组件的使用寿命。

Claims

1、一种形成具有金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其特征在于：该方法主要包括提供一具导电性的基板，其中该基板可为n型或p型，且形成至少一层以上的缓冲层于该基板上，并将一导电层成长在该缓冲层上，其中该导电层可为n型或p型的氮化物，在该导电层与基板间制作金属欧姆连接件。

2、如权利要求1所述的一种形成具金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其中，该基板选自硅、碳化硅、砷化镓等导电材料之一种。

3、如权利要求1所述的一种形成具金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，该组件为氮化物发光二极管。

4、如权利要求1所述的一种形成具金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，该组件为氮化物激光二极管。

5、如权利要求1所述的一种形成具金属连接件导电性基板的半导体组件的方法，该组件为氮化物光检测器。

6、如权利要求1所述的一种形成具有金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其中，该金属连接件是以蒸镀金属的方法来形成，该金属选自金、银、铜、铂、钯、锌、镍、钛、铬金属之一种或其任意两种或多种金属的合金。

7、如权利要求1所述的一种形成具有金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其中，该金属连接件是以打线金属的方法来形成，该金属选自金、铝之一种。

8、如权利要求1所述的一种形成具有金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其中，该金属连接件是以溅镀金属的方法来形成，该金属选自金、银、铜、铂、钯、锌、镍、钛、铬金属之一种或其任意两种或多种金属的合金。

9、如权利要求1所述的一种形成具有金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其中该金属连接件是以融溶金属的方法来形成，该金属选自金、银、铜、铂、钯、锌、镍、钛、铬金属之一种或其任意两种或多种金属的合金。

10、如权利要求1所述的一种形成具有金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其中该金属连接件是以电镀金属的方法来形成，该金属选自金、银、铜、铂、钯、锌、镍、钛、铬金属之一种或其任意两种或多种金属的合金。

11、如权利要求1所述的一种形成具有金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其中该金属连接件是以无电极电镀金属的方法来形成，该金属选自金、银、铜、铂、钯、锌、镍、钛、铬金属之一种或其任意两种或多种金属的合金。

12、如权利要求1所述的一种形成具有金属连接件导电性基板的半导体光电组件的方法，其中该金属连接件可为四边形、或三角形、或圆形或任意形状。