專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種權(quán)利要求1前序部分所述的發(fā)光半導(dǎo)體元件以及一種權(quán)利要求8或18前序部分所述的用于制造該半導(dǎo)體元件的方法。
例如從文獻(xiàn)US 5 210 051中已知GaN(氮化鎵)基的發(fā)光半導(dǎo)體元件。這類(lèi)半導(dǎo)體元件有一個(gè)帶一激活GaN層的半導(dǎo)體，該層涂覆在SiC(碳化硅)襯底上。在光射出的GaN層的前面和在SiC襯底的后面，該半導(dǎo)體是接通的。
此外，例如文獻(xiàn)US 5 874 747提出不用GaN，而用同族的氮化物以及以此為基的三元或四元混合晶體，尤指用化合物AlN(氮化鋁)、InN(氮化銦)、AlGaN(氮化鋁鎵)、InGaN(氮化銦鎵)、InAlN(氮化銦鋁)和AlInGaN(氮化鋁銦鎵)。
在下面，名稱(chēng)“III-V族-氮化物-半導(dǎo)體”涉及這些三元或四元混合晶體以及氮化鎵本身。
用外延法制造GaN半導(dǎo)體晶體也是眾所周知的。作為襯底一般都用藍(lán)寶石晶體或碳化硅。根據(jù)文獻(xiàn)US 5 928 412，為了避免晶格缺陷，優(yōu)先采用SiC襯底，因?yàn)橛捎谒{(lán)寶石和GaN之間的相對(duì)大的晶格缺陷匹配，在藍(lán)寶石上生長(zhǎng)的GaN層具有一個(gè)高的晶格缺陷數(shù)。
發(fā)光GaN半導(dǎo)體元件的一個(gè)缺點(diǎn)在于，在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生輻射輸出的表面上，在半導(dǎo)體過(guò)渡到鄰域時(shí)，發(fā)生較大的折射率躍變。大的折射率躍變導(dǎo)致輻射的相當(dāng)大一部分重新反射到半導(dǎo)體中，從而降低元件的輻射效率。
其中的一個(gè)原因在于，產(chǎn)生的輻射的全反射位于該輸出面上。當(dāng)光線入射到該輸出表面的入射角大于全反射角(相對(duì)于表面法線)時(shí)，光線被完全反射到半導(dǎo)體中。隨著半導(dǎo)體和鄰域的折射率之間的不斷增加的差別，全反射角減小，而全反射輻射的部分則增加。
此外，當(dāng)光線的入射角小于全反射角時(shí)，光線也被部分地反射到半導(dǎo)體中，而且半導(dǎo)體和領(lǐng)域之間的折射率差越大，則反射的部分也越大。所以，例如在GaN元件時(shí)產(chǎn)生的較大的折射率躍變會(huì)導(dǎo)致輸出面上的大的反射損失。反射的輻射在半導(dǎo)體中被部分吸收或在一個(gè)別的面上作為輸出面被輸出，所以總的來(lái)說(shuō)，降低了輻射效率。
增加輻射效率的一種方法是，在半導(dǎo)體的襯底上敷設(shè)一個(gè)反射器。這是例如在文獻(xiàn)DE 43 05 296中提出的方法。據(jù)此，反射到半導(dǎo)體中的輻射重新對(duì)準(zhǔn)輸出面的方向，所以輻射的反射部分沒(méi)有損失，而是至少部分地在一次或多次內(nèi)部反射后同樣被輸出。
根據(jù)先有技術(shù)，對(duì)發(fā)光GaN元件來(lái)說(shuō)，采用一種吸收的襯底例如SiC在這方面是缺點(diǎn)的。反射到半導(dǎo)體中的輻射大部分被襯底吸收，所以不可能用一個(gè)反射器來(lái)提高輻射效率。
從專(zhuān)利文獻(xiàn)US 5 786 606中已知一種GaN基的發(fā)光半導(dǎo)體元件制造方法，該法是在一種SIMOX(氧化物注入隔離)襯底上或一個(gè)SOI(絕緣體上的硅)襯底上首先外延生長(zhǎng)一層SiC層，然后在該SiC層上淀積多層GaN層。
但由于產(chǎn)生的輻射的一部分在SiC層被吸收，所以該SiC層減少了元件的輻射效率。此處，具有足夠晶體品質(zhì)的一層SiC層的外延形成需要高昂的制造費(fèi)用。
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有增加發(fā)光效率的III-V族-氮化物-半導(dǎo)體元件及其制造方法。
這個(gè)目的是通過(guò)一種權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件或一種權(quán)利要求8或18所述的制造方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式可從從屬權(quán)利要求2至7得知，而從屬權(quán)利要求9至17和19至31則指出了權(quán)利要求8或18所述的制造方法的優(yōu)選的實(shí)施形式。
根據(jù)本發(fā)明，規(guī)定發(fā)光半導(dǎo)體元件為薄層元件結(jié)構(gòu)，該元件特別是沒(méi)有吸收光的襯底。該元件的半導(dǎo)體由多層的不同III-V-氮化物-半導(dǎo)體層疊置而成。在運(yùn)行中，GaN基或一種同族的氮化物的一層激活半導(dǎo)體層產(chǎn)生電磁輻射，該輻射通過(guò)上述疊層的第一主面輸出。在該疊層的第二主面上敷設(shè)了一個(gè)反射器，所以在輸出時(shí)，首先反射到半導(dǎo)體中的輻射的一部分借助于該反射器重新對(duì)準(zhǔn)輸出面的方向。
這樣，除了產(chǎn)生的輻射的主輸出部分外，還有另一部分在一次或多次在該反射器上的內(nèi)部反射后被輸出。所以，與先有技術(shù)的一種GaN半導(dǎo)體元件比較，總的來(lái)說(shuō)，提高了輸出率。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中，GaN基半導(dǎo)體層由GaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、InAln或AlInGaN組成。通過(guò)使用這些材料可使產(chǎn)生的輻射的主波長(zhǎng)在可見(jiàn)光譜到紫外線光譜的大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以用本發(fā)明可特別有利地實(shí)現(xiàn)藍(lán)色和綠色發(fā)光二極管、紫外線發(fā)光二極管以及相應(yīng)的激光二極管。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施形式中，該反射器可由一個(gè)金屬的接觸面構(gòu)成。該接觸面既作為反射器又作為半導(dǎo)體的電接通用。在這種實(shí)施形式中，在反射器側(cè)有利地不需要?jiǎng)e的裝置來(lái)接通半導(dǎo)體。特別適用作接觸面材料的是鋁和銀以及鋁合金和銀合金。
在另一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，該反射器可由一個(gè)介電的反射面構(gòu)成。這樣的反射面可通過(guò)在半導(dǎo)體上涂覆多層SiO2(二氧化硅)或TiO2(二氧化鈦)來(lái)制成。用介電的反射面可按有利的方式在一個(gè)寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)損失的反射。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，該反射器具有一個(gè)敷在第二主面上的透明的第一層和一個(gè)敷在該第一層上的反射用第二層。這樣，接觸層就以簡(jiǎn)單的方式既可在其電性能方面又可在其反射性能方面達(dá)到最佳化。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，對(duì)半導(dǎo)體的整個(gè)外露表面或其一部分區(qū)域是打毛的。通過(guò)這種打毛使輸出面上的全反射受到干擾，從而有利于進(jìn)一步提高光輸出率。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，首先在一個(gè)襯底上敷上一個(gè)中間層。在該夾層上淀積許多不同的III-V族-氮化物-半導(dǎo)體層。這許多層構(gòu)成元件的半導(dǎo)體本體。在下一個(gè)步驟中，這樣構(gòu)成的III-V族-氮化物多層的疊層去掉襯底包括中間層。在另一個(gè)步驟中，在半導(dǎo)體本體的兩個(gè)主要之一上敷上一個(gè)反射器。
在另一個(gè)實(shí)施形式中，采用一個(gè)硅襯底，在其上敷上一個(gè)碳化硅中間層。碳化硅特別適用于制造GaN基元件，因?yàn)樗哂蠫aN的相似的晶格常數(shù)，所以在碳化硅上淀積的GaN基諸層具有很小的晶格缺陷數(shù)。
在另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施形式中，中間層用一種晶片壓焊法設(shè)置，然后減薄。在用硅襯底和碳化硅中間層時(shí)，硅晶片可通過(guò)形成一層SiO2層以有利的方式與碳化硅晶片連接。
另一種辦法是，該夾層可用外延法生長(zhǎng)，從而可建立特別均勻的夾層。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中，該反射器通過(guò)在GaN半導(dǎo)體本體上設(shè)置一個(gè)反射的金屬接觸來(lái)構(gòu)成。特別是銀和鋁以及銀合金和鋁合金在其反射性及其焊接性能方面適合作這種金屬接觸的材料。
制造方法的另一種實(shí)施形式是，把反射器做成一個(gè)許多介電層形式的介電反射鏡，從而可達(dá)到介電反射器的上述優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施形式中，對(duì)半導(dǎo)體本體進(jìn)行打毛處理，從而把半導(dǎo)體本體的整個(gè)外露表面或部分區(qū)域打毛。一種對(duì)提高發(fā)光效率特別有效的打毛是通過(guò)腐蝕半導(dǎo)體本體或用噴砂方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
在另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施形式中，在夾層上淀積多層III-V族-氮化物層之前在中間層上敷上一層掩模層。該掩膜層構(gòu)成各層并把III-V族-氮化物各層分成多個(gè)沒(méi)有聯(lián)系的區(qū)域。這樣就特別有利于防止裂紋形成和夾層從襯底剝離。特別是在用碳化硅作夾層材料時(shí)，最好用一個(gè)氧化物掩膜作為掩模。
根據(jù)本發(fā)明的另一種制造方法，在一個(gè)復(fù)合襯底上外延地敷上許多III-V族-氮化物層，該復(fù)合襯底具有一個(gè)襯底本體和一層夾層，其中，該襯底本體的熱膨脹系數(shù)相似于或大于III-V族-氮化物諸層的熱膨脹系數(shù)。這里所謂的復(fù)合襯底可理解成這樣一種襯底，它具有至少兩個(gè)區(qū)域、襯底本體和夾層并作為外延法的起始襯底。特別是，該夾層不是用外延法設(shè)置在襯底本體上的，而是最好通過(guò)晶片壓焊法敷到襯底本體上的。
在用這種復(fù)合襯底的情況下，熱性能主要由襯底本體來(lái)決定，而外延表面和它的晶格常數(shù)則幾乎與此無(wú)關(guān)而由夾層來(lái)決定。所以有利于夾層最佳地匹配待設(shè)置的各層的晶格常數(shù)。與此同時(shí)，通過(guò)使用一種具有足夠高熱膨脹系數(shù)的襯底本體可防止GaN各層涂覆后在冷卻階段產(chǎn)生扭曲并由此在各層中引起裂紋。所以，該夾層最好很薄，以使整個(gè)復(fù)合襯底的熱膨脹系數(shù)基本上與襯底本體的熱膨脹系數(shù)一致。襯底本體一般比夾層至少厚20倍。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式，襯底本體包括SiC、最好是多晶的SiC、藍(lán)寶石、GaN或AlN。SiC的熱膨脹系數(shù)與GaN基材料的熱膨脹系數(shù)相似，而上述的其他材料則比GaN基材料的熱膨脹系數(shù)大。這樣就利于在外延生長(zhǎng)層冷卻時(shí)避免裂紋形成。
在本發(fā)明的一優(yōu)選的實(shí)施形式中，夾層包括SiC、硅、藍(lán)寶石、MgO、GaN或AlGaN。這些材料特別適用于形成一個(gè)基本上為單晶的表面，該表面具有一個(gè)與GaN匹配的晶格常數(shù)。作為外延表面最好用一個(gè)Si(III)-表面或一個(gè)單晶的SiC-表面，在該表面上生長(zhǎng)GaN基的各層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式，GaN基的各層被淀積在一個(gè)復(fù)合襯底上，在用這種復(fù)合襯底時(shí)，通過(guò)晶片壓焊法把夾層敷到襯底本體上。最好在襯底本體和夾層之間形成一層例如用氧化硅制成的吸附層。
用晶片壓焊法有利于組合許多材料系統(tǒng)，而不受到例如在襯底本體上外延生長(zhǎng)一層夾層時(shí)出現(xiàn)的由于材料不相容性所引起的限制。
為了獲得足夠薄的夾層，也可首先在襯底本體上壓焊一層較厚的夾層，然后例如通過(guò)研磨或脫層使之減薄到需要的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式，在復(fù)合襯底上淀積III-V-氮化物各層之前形成一層掩模層，這樣，就只有在外延表面的末被掩膜掩蓋的區(qū)域才生長(zhǎng)III-V族-氮化物各層。從而有利于這些層在各層平面內(nèi)斷開(kāi)并由此附加地防止扭曲和隨之而來(lái)的裂紋形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施形式，在淀積到復(fù)合襯底上后，III-V族-氮化物各層構(gòu)成單個(gè)的半導(dǎo)體層疊。然后在III-V族-氮化物層疊上設(shè)置一個(gè)載體并去掉該復(fù)合襯底。該復(fù)合襯底至少可部分重復(fù)利用。這對(duì)碳化硅襯底本體來(lái)說(shuō)是一大優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@種襯底本體的制造需要很高的費(fèi)用。此外，可用這種方式方法制造薄膜元件。這里所謂薄膜元件可理解為一種不含外延襯底的元件。
在發(fā)光半導(dǎo)體元件的情況下，就這樣達(dá)到了輻射效率的提高，因?yàn)楸苊饬颂貏e是象在碳化硅襯底時(shí)出現(xiàn)的在外延襯底內(nèi)對(duì)產(chǎn)生的輻射的吸收。
根據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體層疊從復(fù)合襯底到一個(gè)載體的上述轉(zhuǎn)焊也可分為兩個(gè)步驟進(jìn)行。其中首先把GaN基的半導(dǎo)體層疊焊在一個(gè)中間載體上，然后焊在本來(lái)的載體上，這樣，本來(lái)的載體就最終位于復(fù)合襯底的位置。這樣建立的半導(dǎo)體層疊的優(yōu)點(diǎn)是，具有一個(gè)與按先有技術(shù)用外延襯底的GaN基半導(dǎo)體本體一致的分層順序，所以兩種層疊可用相同的后續(xù)處理步驟，例如分割、接通和封裝。
為了提高輻射效率，在用這種方法時(shí)，可在半導(dǎo)體層疊上形成一層反射層。在GaN基半導(dǎo)體元件時(shí)，由于GaN基材料的高的折射率大部分被反射到半導(dǎo)體本體的界面上，所以輻射效率被限制。而在沒(méi)有吸收襯底的發(fā)光半導(dǎo)體本體時(shí)，則可通過(guò)一層反射層以有利的方式把在輸出面上已反射的輻射部分重新反射到該輸出面上，從而進(jìn)一步提高了輻射效率。
該反射層最好作為金屬層構(gòu)成，該金屬層例如包括鋁、銀或一種相應(yīng)的鋁合金或銀合金。
這個(gè)金屬層最好同時(shí)作為接觸面使用。另一種辦法是，該反射層也可由一個(gè)許多介電層形式的介電鏡面構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施形式，半導(dǎo)體層疊的表面的至少一部分被打毛，從而干擾該表面上的全反射并由此達(dá)到輻射效率的提高。打毛最好通過(guò)腐蝕或噴砂方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
其他的特征，優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用性可從結(jié)合

圖1至7所示的四個(gè)實(shí)施例的下面的說(shuō)明中得知。
附圖表示圖1一種本發(fā)明半導(dǎo)體元件的第一實(shí)施例的示意斷面圖；圖2一種本發(fā)明半導(dǎo)體元件的第二實(shí)施例的示意斷面圖；圖3一種本發(fā)明制造方法的第一實(shí)施例的示意圖；圖4一種本發(fā)明制造方法的第二實(shí)施例的示意圖；圖5一種本發(fā)明制造方法的另一個(gè)實(shí)施例的示意斷面圖；圖6一種本發(fā)明制造方法的又一實(shí)施例的示意斷面圖；圖7一種本發(fā)明制造方法的再一實(shí)施例的示意斷面圖。
圖1所示的發(fā)光半導(dǎo)體元件具有許多層疊式布置的、不同的半導(dǎo)體層1，這些半導(dǎo)體層用GaN或GaN基的三元或四元化合物制成。在運(yùn)行中，在這些層的內(nèi)部形成一個(gè)激活區(qū)2，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生輻射5。
層疊由第一個(gè)主面3和第二個(gè)主面4界定。產(chǎn)生的光輻射5基本上通過(guò)第一個(gè)主面3輸出到相鄰區(qū)域。
在第二個(gè)主面4上設(shè)置了一個(gè)反射器6，該反射器由一個(gè)直接汽相鍍覆在半導(dǎo)體本體上的銀層構(gòu)成。該半導(dǎo)體本體在輸出側(cè)通過(guò)接觸面12以及在反射器側(cè)通過(guò)銀反射層接通。反射器側(cè)的接通例如是這樣實(shí)現(xiàn)的，即該半導(dǎo)體本體裝在反射器側(cè)一個(gè)金屬體上，該金屬體既作為載體又作為電流引線使用。
反射器6的作用是，使在第一主面3上輸出時(shí)反射到半導(dǎo)體本體內(nèi)的光輻射5的一部分重新反射到第一主面3的方向內(nèi)，所以總的來(lái)說(shuō)，提高了通過(guò)第一主面3輸出的輻射量。這一提高是這樣實(shí)現(xiàn)的，即該元件做成薄膜元件而沒(méi)有吸收光輻射的襯度，并把反射器6直接設(shè)置在GaN半導(dǎo)體本體上。
圖2所示本發(fā)明半導(dǎo)體元件的實(shí)施例與圖1所示元件的區(qū)別在于，半導(dǎo)體表面被打毛7。打毛7引起在第一主面3上的光輻射5的散射，所以干擾了第一主面3上的全反射。這種散射在很大程度上防止了產(chǎn)生的光輻射通過(guò)連續(xù)的均勻的反射在兩個(gè)主要3和4或反射器6之間象一個(gè)光導(dǎo)體那樣引導(dǎo)，而不離開(kāi)半導(dǎo)體。所以通過(guò)打毛7進(jìn)一步提高了發(fā)光效率。
圖3表示本發(fā)明制造方法的第一實(shí)施例。圖3a表示起點(diǎn)即一個(gè)Si襯底8。第一個(gè)步驟是用晶片壓焊法把一層SiC夾層9敷在該Si襯底上，這樣就在這兩個(gè)襯底之間構(gòu)成一層SiO2層10，見(jiàn)圖3b。在下一個(gè)步驟中，把SiC襯底9減薄到只有很少的幾微米，見(jiàn)圖3C。在這個(gè)減薄了的SiC襯底9上用MOCVD(有機(jī)金屬化學(xué)汽相淀積)方法外延淀積若干不同的GaN半導(dǎo)體層1，這些半導(dǎo)體層構(gòu)成本發(fā)明元件的半導(dǎo)體本體，見(jiàn)圖3d。在制成GaN層疊后，去掉Si襯底8以及SiC夾層9，見(jiàn)圖3e。然后在GaN半導(dǎo)體本體的主面4上汽相淀積一層由一種銀合金或鋁合金組成的反射金屬接觸面6，見(jiàn)圖3f。
為了減少第一主面3上的全反射，緊接著可對(duì)半導(dǎo)體本體進(jìn)行噴砂處理或用一種適當(dāng)?shù)母g混合液進(jìn)行輕微腐蝕，使表面粗糙。
圖4所示本發(fā)明制造方法的實(shí)施例在步驟上一直到包括SiC襯底9的減薄(圖4a至圖4c)都與上述第一實(shí)施例相似。不同的是，在淀積GaN各層1之前，在SiC層9上放置一個(gè)氧化物掩模11，見(jiàn)圖4d。這個(gè)氧化物掩模11的作用是，在下一個(gè)步驟中，GaN各層1只生長(zhǎng)在沒(méi)有被該掩模掩蓋的SiC夾層的部分區(qū)域。
由于這樣構(gòu)成的GaN各層1沿各層平面是中斷的，所以減小了由SiC和GaN的不同熱膨脹系數(shù)造成的以及在元件制成后尤其是在冷卻時(shí)產(chǎn)生的扭曲。這樣就以有利的方式實(shí)現(xiàn)了GaN各層1的很小的裂紋形成并防止了SiC夾層9與襯底的分離。反射器6的制作(圖4g)按上述方式進(jìn)行。
在圖5所示的制造方法中，使用了一個(gè)復(fù)合襯底，該復(fù)合襯底具有一個(gè)由多晶SiC制成的襯底本體21，在其上按熟知的方式壓焊一層單晶的SiC夾層22。為此，在襯底本體21和夾層22之間構(gòu)成一層例如用氧化硅制成的吸附層23，見(jiàn)圖5a。
在這個(gè)復(fù)合襯底上用外延法生長(zhǎng)若干GaN基層24，見(jiàn)圖5b。原則上，這個(gè)層次順序的結(jié)構(gòu)是不受限制的。
在這種情況下，最好構(gòu)成一層用來(lái)產(chǎn)生輻射的激活層，該層被一層或多層表面層和/或波導(dǎo)層包圍。在這種情況下，該激活層可由一個(gè)單量子或多量子阱結(jié)構(gòu)形式的多層薄的單層構(gòu)成。
此外，最好在夾層22上首先形成一層例如AlGaN基的緩沖層，通過(guò)該緩沖層可實(shí)現(xiàn)隨后各層的改進(jìn)的晶格匹配和較高的浸潤(rùn)性。為了提高這個(gè)緩沖層的導(dǎo)電率，可在該緩沖層內(nèi)夾入例如InGaN基的導(dǎo)電溝槽。
緊接著通過(guò)橫向蝕刻最好通過(guò)臺(tái)面型晶體管蝕刻法把GaN基各層24分成單個(gè)的半導(dǎo)體層疊25，見(jiàn)圖5C。
在下一個(gè)步驟中，在這些半導(dǎo)體層疊25上設(shè)置一個(gè)例如用GaAs(砷化鎵)或一種對(duì)所產(chǎn)生的輻射透明的材料制成的載體26，見(jiàn)圖5d。
然后，這些半導(dǎo)體層疊25去掉該復(fù)合襯底包括夾層22，見(jiàn)圖5e。例如通過(guò)一種腐蝕方法破壞夾層22或吸附層23來(lái)實(shí)現(xiàn)去除。襯底本體21可有利地在另一個(gè)制造循環(huán)中重復(fù)被利用。
而后在這樣構(gòu)成的薄膜半導(dǎo)體本體25上設(shè)置接觸面30，見(jiàn)圖5f。最后對(duì)半導(dǎo)體層疊25進(jìn)行分割，見(jiàn)圖5g，并按一般的方式繼續(xù)處理。
在圖6所示的制造方法中，復(fù)合襯底在新被使用，該復(fù)合襯底主要由一個(gè)多晶SiC襯底本體21和一層Si(III)-夾層22構(gòu)成。夾層22用晶片壓焊法在形成一層碳化硅吸附層23的情況下壓焊到襯底本體21上，見(jiàn)圖6a。
在這個(gè)復(fù)合襯底上又是生長(zhǎng)許多GaN基層，見(jiàn)圖6b，然后在其上設(shè)置一層例如用鉑制成的接觸層28。
然后，GaN基各層24通過(guò)蝕刻分成單個(gè)的半導(dǎo)體層疊25，見(jiàn)圖6d。
在這樣構(gòu)成的半導(dǎo)體層疊25上鍍覆一層最好為氮化硅基的鈍化層31，見(jiàn)圖6e，以進(jìn)行保護(hù)。
在接觸層28的沒(méi)有被該鈍化層覆蓋的區(qū)域上淀積一層壓焊料32并在其上淀積一層反射器29，該反射器用銀合金或鋁合金制成，見(jiàn)圖6f。
然后把具有反射器29的半導(dǎo)體層疊25共晶地轉(zhuǎn)接到一個(gè)載體26上，見(jiàn)圖6g。
在下一個(gè)步驟中，把襯底本體21去掉，見(jiàn)圖6h，于是該襯底本體便可重復(fù)使用。
隨后在這些單個(gè)的半導(dǎo)體層疊上側(cè)設(shè)置接觸面30，見(jiàn)圖6i。這些半導(dǎo)體層疊隨即可進(jìn)行分割并在必要時(shí)進(jìn)行封閉(未示出)。
圖7所示本發(fā)明制造方法的實(shí)施例是前面實(shí)施例的一種派生方案。
如前所述，復(fù)合襯底再被用作外延襯底，見(jiàn)圖7a。
在淀積GaN基層24之前，在夾層22的外延表面上敷上一層掩模層27，見(jiàn)圖7b。所以GaN基層24只生長(zhǎng)在外延表面沒(méi)有被掩模層27掩蓋的區(qū)域(外延窗口)上，見(jiàn)圖7c。這樣，GaN基各層24在各層平面的方向內(nèi)被斷開(kāi)，從而附加避免了在冷卻階段各外延淀積層的扭曲。
隨后的工序可按其他實(shí)施例繼續(xù)進(jìn)行。
很明顯，本發(fā)明的說(shuō)明不應(yīng)理解為限制在上述各個(gè)實(shí)施例，而是包括利用本發(fā)明構(gòu)思的全部實(shí)施形式。
權(quán)利要求
1.發(fā)光半導(dǎo)體元件，它的半導(dǎo)體本體由一個(gè)若干不同的III-V族-氮化物-半導(dǎo)體層(1)的層疊構(gòu)成，該層疊具有第一個(gè)主面(3)和第二個(gè)主面(4)，其中產(chǎn)生的輻射(5)的至少一部分通過(guò)第一個(gè)主面(3)輸出，其特征為，在第二個(gè)主面(4)上設(shè)置了一個(gè)反射器(6)。
2.按權(quán)利要求1的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征為，半導(dǎo)體層(1)由GaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、InAlN或AlInGaN制成。
3.按權(quán)利要求1或2的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征為，反射器(6)由一個(gè)反射的金屬接觸面構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求3的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征為，該接觸面由銀、鋁或一銀合金或一鋁合金制成。
5.按權(quán)利要求1或2的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征為反射器(6)由一個(gè)介電的鏡面構(gòu)成；該介電的鏡面最好由許多介電層構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求1或2的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征為反射器(6)具有一層在第二主面(4)上設(shè)置的透明的第一層和在該第一層上設(shè)置的反射的第二層。
7.按權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征為，半導(dǎo)體本體的整個(gè)外露表面或其中的一部分區(qū)域是被打毛的。
8.用于制作發(fā)光半導(dǎo)體元件的方法，這種元件的半導(dǎo)體本體由一個(gè)若干不同的III-V族-氮化物-半導(dǎo)體層(1)的層疊構(gòu)成并具有第一個(gè)主面(3)和第二個(gè)主面(4)，其中，產(chǎn)生的輻射(5)的至少一部分通過(guò)第一主面(3)輸出，且第二主面(4)具有一個(gè)反射器(6)，其特征為，該方法包括-在襯底(8)上設(shè)置一層夾層(9)；-在夾層(9)上設(shè)置若干不同的III-V族-氮化物-半導(dǎo)體層(1)；-去掉襯底(8)及夾層(9)；-在該半導(dǎo)體本體的第二主面(4)上設(shè)置一個(gè)反射器(6)。
9.按權(quán)利要求8的方法，其特征為，作為襯底(8)采用硅襯底。
10.按權(quán)利要求8或9的方法，其特征為，設(shè)置了一層SiC夾層。
11.按權(quán)利要求8至10的方法，其特征為，夾層(9)通過(guò)晶片壓焊法被敷上。
12.按權(quán)利要求8至12的方法，其特征為，夾層(9)用外延法生長(zhǎng)。
13.按權(quán)利要求8至12的方法，其特征為，反射器(6)通過(guò)設(shè)置一層金屬層來(lái)形成，該金屬層同時(shí)用作半導(dǎo)體本體的接通。
14.按權(quán)利要求8至13中任一項(xiàng)的方法，其特征為，在建立GaN各層(1)之前，在夾層(9)上放置一個(gè)掩模(11)。
15.按權(quán)利要求8至14中任一項(xiàng)的方法，其特征為，半導(dǎo)體本體被打毛。
16.按權(quán)利要求15的方法，其特征為，半導(dǎo)體本體通過(guò)腐蝕被打毛。
17.按權(quán)利要求15的方法，其特征為，半導(dǎo)體本體通過(guò)噴砂方法被打毛。
18.用于制作發(fā)光半導(dǎo)體元件的方法，這種元件的半導(dǎo)體本體由一個(gè)若干不同的III-V族-氮化物-半導(dǎo)體層(1)的層疊構(gòu)成并具有第一個(gè)主面(3)和第二個(gè)主面(4)，其中，產(chǎn)生的輻射的至少一部分通過(guò)該第一主面輸出，且該第二主面具有一個(gè)反射器，其特征為，這些III-V族-氮化物-各層被設(shè)置在一個(gè)復(fù)合襯底上，該復(fù)合襯底具有一個(gè)襯底本體和一層夾層，其中，該襯底本體的熱膨脹系數(shù)相似于或最好大于III-V族-氮化物-各層的熱膨脹系數(shù)，且III-V族-氮化物-各層淀積在該夾層上。
19.按權(quán)利要求18的方法，其特征為，該夾層的厚度小到該復(fù)合襯底的熱膨脹系數(shù)主要由該襯底本體來(lái)決定。
20.按權(quán)利要求18或19的方法，其特征為，該襯底本體包括SiC、多晶SiC、藍(lán)寶石、GaN或AlN。
21.按權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)的方法，其特征為，該夾層包括SiC、硅、藍(lán)寶石、MgO、GaN或AlGaN。
22.按權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)的方法，其特征為，該夾層至少在部分區(qū)域內(nèi)具有一個(gè)單晶的表面。
23.按權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)的方法，其特征為，這些III-V族-氮化物層被淀積在該夾層的一個(gè)Si(III)-表面上或一個(gè)至少在部分區(qū)域內(nèi)為單晶的SiC表面上。
24.按權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)的方法，其特征為，該夾層通過(guò)晶片壓焊方法壓焊到該襯底本體上。
25.按權(quán)利要求18至24中任一項(xiàng)的方法，其特征為，在該襯底本體和夾層之間構(gòu)成一層吸附層。
26.按權(quán)利要求25的方法，其特征為，該吸附層含有氧化硅。
27.按權(quán)利要求18至26中任一項(xiàng)的方法，其特征為，在該復(fù)合襯底上設(shè)置III-V族-氮化物-各層之前，構(gòu)成一層具有外延窗口的掩模層，其中，在外延窗口以內(nèi)，該復(fù)合襯底的外延表面保留不被掩蓋。
28.按權(quán)利要求18至27中任一項(xiàng)的方法，其特征為，在III-V族-氮化物-各層設(shè)置在該復(fù)合襯底上以后被蝕刻成單個(gè)的半導(dǎo)體層疊。
29.按權(quán)利要求28的方法，其特征為，該方法按下列步驟繼續(xù)進(jìn)行-在半導(dǎo)體層疊上設(shè)置一個(gè)載體；-去掉復(fù)合襯底。
30.按權(quán)利要求28的方法，其特征為，該方法按下列步驟繼續(xù)進(jìn)行-在半導(dǎo)體層疊上設(shè)置一個(gè)中間載體；-去掉復(fù)合襯底；-在半導(dǎo)體層疊去掉了復(fù)合襯底的一側(cè)上設(shè)置一個(gè)載體，-去掉中間載體。
31.按權(quán)利要求28至30中任一項(xiàng)的方法，其特征為，在半導(dǎo)體層疊上構(gòu)成一層反射層。
32.按權(quán)利要求31的方法，其特征為，該反射層通過(guò)設(shè)置一層金屬層來(lái)構(gòu)成。
33.按權(quán)利要求32的方法，其特征為，該金屬層含有銀、鋁或一種銀合金或鋁合金。
34.按權(quán)利要求31至33中任一項(xiàng)的方法，其特征為，該反射層同時(shí)用作接觸面。
35.按權(quán)利要求31的方法，其特征為，該反射層由一個(gè)介電的鏡面構(gòu)成。
36.按權(quán)利要求31的方法，其特征為，該反射層通過(guò)在半導(dǎo)體層疊上設(shè)置一層透明的第一層和在該第一層上設(shè)置一層反射的第二層來(lái)構(gòu)成。
37.按權(quán)利要求28至36中任一項(xiàng)的方法，其特征為，半導(dǎo)體層疊的表面至少部分區(qū)域被打毛。
38.按權(quán)利要求37的方法，其特征為，半導(dǎo)體層疊的表面通過(guò)腐蝕被打毛。
39.按權(quán)利要求37的方法，其特征為，半導(dǎo)體層疊的表面通過(guò)噴砂方法被打毛。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種GaN基的發(fā)光半導(dǎo)體元件，它的半導(dǎo)體本體由一個(gè)若干不同的GaN半導(dǎo)體層(1)的層疊構(gòu)成。該半導(dǎo)體本體具有一個(gè)第一主面(3)和一個(gè)第二主面(4)，其中產(chǎn)生的輻射通過(guò)第一主面(3)輸出，并在第二主面(4)上構(gòu)成一個(gè)反射器(6)。此外，本發(fā)明涉及一種發(fā)明半導(dǎo)體元件的制造方法，其中首先在一個(gè)襯底(8)上設(shè)置一層夾層(9)，并在該夾層上設(shè)備若干GaN層(1)，這些GaN層構(gòu)成該元件的半導(dǎo)體本體。然后去掉襯底(8)和中間層(9)，并在該半導(dǎo)體本體的一個(gè)主面上構(gòu)成一個(gè)反射器(6)。
文檔編號(hào)H01L27/15GK1426603SQ01808661
公開(kāi)日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2001年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月26日
發(fā)明者S·巴德?tīng)? B·哈恩, V·海勒, H·J·盧高爾, M·蒙德布羅德-范格羅, D·埃塞爾特 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司