專利名稱：具有內(nèi)陷電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件，尤其是涉及一種具有內(nèi)陷電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光元件是一類重要的半導(dǎo)體元件，它們在信息顯示、通信、照明等領(lǐng)域都具有廣泛的用途。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，半導(dǎo)體發(fā)光元件的材料體系，波長范圍，應(yīng)用領(lǐng)域都得到了很大的發(fā)展。尤其是近年來銦鎵鋁氮材料體系的開發(fā)使半導(dǎo)體的發(fā)光元件的應(yīng)用領(lǐng)域大大拓寬。在常見的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，一般具有兩個引線電極。這兩個電極分別制作在N型和P型半導(dǎo)體層的表面并形成歐姆接觸。歐姆接觸電極的接觸性能和牢固程度是半導(dǎo)體發(fā)光元件制作工藝中影響產(chǎn)品合格率的重要因素，也是元件長期工作可靠性的重要影響因素。在現(xiàn)有技術(shù)中，一種典型的電極制作工藝流程是這樣的首先在半導(dǎo)體外延層和襯底背面分別蒸鍍或濺射所需的接觸金屬單層或疊層，經(jīng)光刻形成一定形狀的電極，然后在一定溫度下合金一段時間，再經(jīng)過劃片和翻轉(zhuǎn)等工藝后，最后焊線封裝。在這種技術(shù)中，電極直接制作在半導(dǎo)體外延層或襯底的最外表面。在很多情況下，由于金屬電極和半導(dǎo)體層接觸之間的粘接牢固度不高，在劃片、翻轉(zhuǎn)和焊線等工藝中都可能導(dǎo)致電極脫落或松動。雖然經(jīng)過高溫合金可以改善這一問題，但由于受半導(dǎo)體材料穩(wěn)定性和歐姆接觸性能要求，合金溫度和時間都有限制，因此并不能完全解決上述電極脫落問題。況且即使電極沒有脫落，但可能有所松動，這樣就將影響歐姆接觸性能和元件長期工作的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以改善傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極牢固度問題的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括一個具有主面和背面的襯底、形成于襯底主面之上的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、形成于第一半導(dǎo)體層之上的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、形成在襯底背面的第一歐姆電極和形成于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的第二歐姆電極，其特征在于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層表面具有一凹坑，凹坑的深度大于第二歐姆電極的厚度，且第二歐姆電極形成于凹坑內(nèi)。
所述的半導(dǎo)體層由銦鎵鋁氮(InXGayAl1-x-yN，0＜x＜1，0＜y＜1)材料形成。
所述的襯底為硅襯底。
所述的襯底和所述的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層之間有一金屬疊層。
所述的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層為P型層，所述的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層為N型層，N型層和P型層之間還有一發(fā)光層。
本發(fā)明先在一塊半導(dǎo)體發(fā)光外延片表面相應(yīng)準(zhǔn)備制作歐姆電極的地方刻出一個凹坑，然后在凹坑內(nèi)形成一個歐姆電極，該電極的厚度小于凹坑的深度，即該電極的表面仍低于半導(dǎo)體層的外表面。這樣，電極凹陷在坑內(nèi)，在后續(xù)加工過程就不容易被各種工具碰到或劃傷，尤其是在藍(lán)膜或白膜上翻轉(zhuǎn)時不會脫落和松動。在一些實(shí)施例中，該方法的應(yīng)用還具有另外的優(yōu)點(diǎn)。例如在經(jīng)剝離襯底而倒封裝的銦鎵鋁氮發(fā)光器件中，由于最外層為氮化鋁或氮化鎵緩沖層或未摻雜層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方法，不需完全刻除這些緩沖層和未摻雜層，而只是刻出一個深度達(dá)到摻硅層的凹坑，然后在坑里形成N型歐姆電極，這樣高阻層可以起到自然鈍化的作用，而氮化鋁緩沖層的保留還可以緩解薄膜層中的應(yīng)力。凹坑的形狀可以是任意的，優(yōu)選為容易加工的規(guī)則圖形，如方形、圓形、環(huán)型和“米”字型等。凹坑深度上限為不能穿透P-N結(jié)，下限為要大于歐姆電極的厚度。形成該凹坑的方法可以是干法刻蝕也可以是化學(xué)腐蝕。由于凹坑存在將使光刻膠剝離工藝(liftoff)更為容易實(shí)現(xiàn)，但也可以使用傳統(tǒng)的光刻加化學(xué)腐蝕的工藝制作凹坑內(nèi)的電極。根據(jù)實(shí)際需要，可以P、N兩個電極都形成在凹坑內(nèi)，也可以僅對其中一個電極使用該方法。
因此本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件采用內(nèi)陷電極結(jié)構(gòu)，這樣就可改善傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極牢固度問題，從而解決影響歐姆接觸性能和元件長期工作的可靠性的難題。


圖1是本發(fā)明的發(fā)光元件實(shí)施例1的俯視圖；圖2是本發(fā)明的發(fā)光元件實(shí)施例1的剖面示意圖；圖3是本發(fā)明的發(fā)光元件實(shí)施例2的俯視圖；圖4是本發(fā)明的發(fā)光元件第二個實(shí)施例的剖面示意圖。
圖中，1為第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層即N型氮化鎵層，2為凹坑，3為第二歐姆電極即N型電極，4為發(fā)光層即銦鎵氮/氮化鎵多量子阱發(fā)光層，5為第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層即P型氮化鎵層，6為金屬粘接層，7為襯底，8為第一歐姆電極即P型電極，9為氮化鋁層，10為背面凹坑。
具體實(shí)施例方式下面用二個實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明作進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
該元件包括一個具有主面和背面的襯底7、形成于襯底7主面之上的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層5、形成于第一半導(dǎo)體層5之上的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層1、形成在襯底7背面的第一歐姆電極8和形成于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層1上的第二歐姆電極3，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層1表面具有一凹坑2，凹坑2的深度大于第二歐姆電極3的厚度，且第二歐姆電極3形成于凹坑2內(nèi)。
所述的襯底7和所述的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層5之間有一金屬疊層6。
所述的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層5為P型層，所述的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層1為N型層，N型層和P型層之間還有一發(fā)光層4。
第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層1表面的凹坑2的形狀為圓形或圓環(huán)形，所述第二歐姆電極3的形狀也為圓形或圓環(huán)形。
在襯底7背面還加工有背面凹坑10，在背面凹坑10內(nèi)加工有第一歐姆電極8。襯底7背面的背面凹坑10的形狀為圓形，所述第一歐姆電極8的形狀也為圓形。
所述的襯底7為硅襯底。
實(shí)施例1其制造方法為如圖1、2所示，首先在一個硅襯底7上依次生長氮化鋁緩沖層、未摻雜氮化鎵層、氮化鎵摻硅層、銦鎵氮/氮化鎵多量子阱發(fā)光層、P型氮化鎵摻鎂層。然后對該外延片進(jìn)行熱退火以激活鎂雜質(zhì)。在P型氮化鎵摻鎂層上蒸發(fā)一層鉑和一層金，然后把該外延片和一塊預(yù)先蒸有鎳/金粘接層的硅片粘接起來，接著再去除外延襯底和氮化鋁緩沖層和未摻雜的氮化鎵層。參照圖2，此時最外層為摻硅的N型氮化鎵層1。通過光刻掩膜和ICP刻蝕的辦法，在N型氮化鎵層1上刻出深度為1.0微米的凹坑2，然后在外延片上蒸鍍500埃的鈦和8000埃的鋁。光刻形成N型電極3，在300攝氏度氮?dú)庵袑型電極3進(jìn)行合金。凹坑2和N型電極3的形狀分別如圖1中所示，為圓形。然后在襯底7的背面蒸鍍1000埃的鎳和10000埃的金并光刻形成P型電極8，在300度氮?dú)庵羞M(jìn)行合金。最后經(jīng)過劃片封裝就得到本發(fā)明的發(fā)光元件。
實(shí)施例2首先在一個硅襯底上依次生長氮化鋁緩沖層、氮化鎵摻硅層、銦鎵氮/氮化鎵多量子阱發(fā)光層、P型氮化鎵摻鎂層。然后對該外延片進(jìn)行熱退火以激活鎂雜質(zhì)。在P型氮化鎵層上蒸發(fā)一層鉑和一層金，然后把該外延片和一塊預(yù)先蒸有鎳/金粘接層的硅片粘接起來。參照圖4，此時最外層為氮化鋁層9。通過光刻掩膜和ICP刻蝕的辦法，在氮化鋁層9和摻硅氮化鎵層1上刻出深度為2.0微米的凹坑2，然后在外延片上蒸鍍5000埃的金鍺鎳合金。光刻形成N型電極3，在320攝氏度氮?dú)庵袑型電極3進(jìn)行合金。然后在金鍺鎳電極上加蒸10000埃的金并光刻形成同樣的圖形。凹坑2和N型電極3的形狀分別如圖3中所示，為圓環(huán)形。然后在襯底7的背面刻出一個深為2.5微米的圓形凹坑10，然后蒸鍍500埃的鎳和15000埃的金，經(jīng)光刻在凹坑10內(nèi)形成P型電極8，在300度氮?dú)庵羞M(jìn)行合金。最后經(jīng)過劃片封裝就得到本發(fā)明的發(fā)光元件。
權(quán)利要求
1.一種具有內(nèi)陷電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括一個具有主面和背面的襯底、形成于襯底主面之上的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、形成于第一半導(dǎo)體層之上的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、形成在襯底背面的第一歐姆電極和形成于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的第二歐姆電極，其特征在于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層表面具有一凹坑，凹坑的深度大于第二歐姆電極的厚度，且第二歐姆電極形成于凹坑內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述的半導(dǎo)體層由銦鎵鋁氮(InxGayAl1-x-yN，0＜x＜1，0＜y＜1)材料形成。
3.如權(quán)利要求1-2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述的襯底為硅襯底。
4.如權(quán)利要求1-3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述的襯底和所述的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層之間有一金屬疊層。
5.如權(quán)利要求1-4所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層為P型層，所述的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層為N型層，N型層和P型層之間還有一發(fā)光層。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層表面的凹坑的形狀為圓形或環(huán)形，所述第二歐姆電極的形狀也為圓形或圓環(huán)形。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于在襯底背面加工有背面凹坑，在背面凹坑內(nèi)加工有第一歐姆電極。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于襯底背面的背面凹坑的形狀為圓形，所述第一歐姆電極的形狀也為圓形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有內(nèi)陷電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件，該元件包括一個具有主面和背面的襯底、形成于襯底主面之上的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、形成于第一半導(dǎo)體層之上的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、形成在襯底背面的第一歐姆電極和形成于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的第二歐姆電極，特征是第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層表面具有一凹坑，凹坑的深度大于第二歐姆電極的厚度，且第二歐姆電極形成于凹坑內(nèi)。襯底和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層之間有一金屬疊層。所述的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層為P型層，所述的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層為N型層，N型層和P型層之間還有一發(fā)光層。本發(fā)明可改善傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極牢固度問題，從而解決影響歐姆接觸性能和元件長期工作的可靠性的難題。
文檔編號H01L33/00GK1719631SQ20051002780
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者江風(fēng)益, 王立, 方文卿, 周毛興, 劉和初 申請人:南昌大學(xué)