專利名稱：具有反射接合焊盤(pán)的發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件以及制造發(fā)光器件的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光器件，例如發(fā)光二極管(LED)或激光二極管，在很多應(yīng)用中被廣泛使 用。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，半導(dǎo)體發(fā)光器件包括具有被配置用于在其通電時(shí)發(fā)射相 干和/或非相干光的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體發(fā)光元件。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知 的，發(fā)光二極管或激光二極管，總體上包括在微電子襯底上的二極管區(qū)域。微電子襯底可以 是，例如，砷化鎵，磷化鎵，其合金，碳化硅和/或藍(lán)寶石。LED的繼續(xù)發(fā)展已經(jīng)帶來(lái)能覆蓋可 見(jiàn)光譜或更遠(yuǎn)的高效率和機(jī)械穩(wěn)固的光源。這些特征，與固態(tài)器件的潛在的長(zhǎng)使用壽命相 耦合，可實(shí)現(xiàn)多種新顯示應(yīng)用，并可將LED置于與牢固確立的白熾燈和熒光燈競(jìng)爭(zhēng)的位置 上。許多發(fā)展興趣和商業(yè)活動(dòng)近期集中在制造在碳化硅中或上面的LED，因?yàn)檫@些 LED能發(fā)射在可見(jiàn)光譜的藍(lán)色/綠色部分中的輻射。參見(jiàn)，例如，Edmond等人的題目為“Blue Light-Emitting Diode WithHigh External Quantum Efficiency，，的美國(guó)專利 5，416，342， 其被賦予本申請(qǐng)的受讓人，在此并入其公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容作為參考。對(duì)LED還有很多關(guān)注， 包括在碳化硅襯底上的氮化鎵基二極管區(qū)域，因?yàn)檫@些器件還可發(fā)射具有高效率的光。參 見(jiàn)，例如，Linthicum 等人的題目為"Pendeoepitaxial Gallium Nitride Semiconductor Layers OnSilicon Carbide Substrates”的美國(guó)專利6，177，688，在此并入其公開(kāi)的全部 內(nèi)容作為參考。傳統(tǒng)LED的效率會(huì)因它們不能發(fā)射由它們的有源區(qū)產(chǎn)生的所有光而受到限制。當(dāng) LED被通電時(shí)，從它的有源區(qū)發(fā)出的光(在所有方向上)可能由于例如光吸收線接合焊盤(pán)而 被阻止脫離該LED。典型地，在氮化鎵基LED中，提供電流擴(kuò)展接觸層以改善跨越發(fā)光器件 的截面的載流子注入的均勻性。電流通過(guò)接合焊盤(pán)和P型接觸注入到LED的ρ側(cè)。ρ型接 觸層提供基本上均勻的載流子注入到有源區(qū)中。這樣，跨越有源區(qū)的基本均勻的光子發(fā)射 可由電流擴(kuò)展層的使用獲得，例如基本上透明的P型接觸層。然而，線接合焊盤(pán)一般不是透 明結(jié)構(gòu)，且因此入射到線接合焊盤(pán)上的從LED的有源區(qū)發(fā)射的光子可被線接合焊盤(pán)吸收。 例如，在一些情況下，入射到線接合焊盤(pán)上的大約70%的光可被吸收。這樣的光子吸收可減 少?gòu)腖ED逃逸的光的量并會(huì)降低LED的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供發(fā)光器件和/或制造包括半導(dǎo)體材料的有源區(qū)和在有 源區(qū)上的第一接觸的發(fā)光器件的方法。配置第一接觸以便由有源區(qū)發(fā)射的光子穿過(guò)第一接 觸。在第一接觸上提供吸收光子的線接合焊盤(pán)。該線接合焊盤(pán)具有小于第一接觸的面積的 面積。反射結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一接觸和線接合焊盤(pán)之間以便該反射結(jié)構(gòu)具有比第一接觸小的面 積。從第一接觸與有源區(qū)相對(duì)地提供第二接觸。
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在一些實(shí)施例中，反射結(jié)構(gòu)具有與線接合焊盤(pán)基本相同的面積。例如，反射結(jié)構(gòu)可 全同于線接合焊盤(pán)。在一些實(shí)施例中，反射結(jié)構(gòu)沒(méi)有延伸超過(guò)線接合焊盤(pán)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，ρ型半導(dǎo)體材料設(shè)置在第一接觸和有源區(qū)之間。在本發(fā) 明的其它實(shí)施例中，η型半導(dǎo)體材料設(shè)置在第一接觸和有源區(qū)之間。有源區(qū)可以是III族 氮化物基有源區(qū)。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，反射結(jié)構(gòu)包括反射金屬層。反射結(jié)構(gòu)可與線接合焊盤(pán) 自對(duì)準(zhǔn)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，反射結(jié)構(gòu)包括第一接觸的粗糙化區(qū)域并且線接合焊盤(pán) 直接在第一接觸上。粗糙化區(qū)域可與線接合焊盤(pán)自對(duì)準(zhǔn)。在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，反射結(jié)構(gòu)包括第一接觸的粗糙化區(qū)域和在第一接觸 的粗糙化區(qū)域上的反射金屬層。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有反射接合焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器 件的截面圖。圖2Α和2Β是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造的截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明 不應(yīng)該理解為局限于這里所列出的實(shí)施例。更確切地說(shuō)，提供這些實(shí)施例以便本公開(kāi)將是 全面的和完整的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清楚起 見(jiàn)放大了層和區(qū)域的厚度。類似的數(shù)字始終代表類似的元件。如在這里使用的，術(shù)語(yǔ)“和/ 或”包括相關(guān)列舉的項(xiàng)的一個(gè)或多個(gè)的任何和所有組合。這里使用的術(shù)語(yǔ)只是描述具體實(shí)施例的目的，并不意味著限制本發(fā)明。如這里使 用的，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”還意味著包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地說(shuō)明 了。還將理解的是，當(dāng)用在該說(shuō)明書(shū)中時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”規(guī)定存在所述的特 征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或者增加一個(gè)或者多個(gè)其它特征、 整數(shù)、步驟、操作、元件、部件、和/或其組合。將理解的是，當(dāng)稱元件，例如層、區(qū)域或者襯底在另一個(gè)元件“上面”或者延伸到其 “上面”時(shí)，它可以直接在另一個(gè)元件上面或者直接延伸到另一個(gè)元件上面或者還可以存在 插入元件。相比之下，當(dāng)稱元件“直接”在另一個(gè)元件“之上”或者“直接”延伸到另一個(gè)元 件“之上”時(shí)，則不存在插入元件。還將理解的是，當(dāng)稱元件“連接”或者“耦接”到另一元件 時(shí)，它可以直接連接或者耦接到另一元件或者可以存在插入元件。相比之下，當(dāng)稱元件“直 接連接”或者“直接耦接”到另一元件時(shí)，則不存在插入元件。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中類似的數(shù)字 表示類似的元件。將理解的是，盡管這里可以使用術(shù)語(yǔ)第一、第二等等描述多個(gè)元件、部件、區(qū)域、層 和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)受到這些術(shù)語(yǔ)的限制。僅僅使 用這些術(shù)語(yǔ)來(lái)區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或者部分和另一個(gè)區(qū)域、層或者部分。因此，在 不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，可以將下面所述的第一元件、部件、區(qū)域、層或者部分稱做
5第二元件、部件、區(qū)域、層或者部分。而且，相對(duì)術(shù)語(yǔ)，例如這里可以使用“下”或者“底部”和“上”或者“頂部”描述圖 中所示的一個(gè)元件和另一元件的關(guān)系。將理解的是，相對(duì)術(shù)語(yǔ)意味著除了圖中所描述的方 向之外還包括器件的不同方向。例如，如果圖中的器件翻轉(zhuǎn)，那么描述為在其它元件的“下” 側(cè)上的元件將定向?yàn)槠渌摹吧稀眰?cè)上。因此，根據(jù)圖的具體方向，示例性術(shù)語(yǔ)“下”可 以包括“下”和“上”的方向。類似地，如果其中一個(gè)圖中的器件翻轉(zhuǎn)，描述為在其它元件“下 面”或者“下方”的元件將定向?yàn)樵谄渌摹吧厦妗?。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“下面”或者“下 方”可以包括上面和下面的方向。這里參考截面圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，這些截面圖是本發(fā)明的理想實(shí)施例的示意 性表示。因而，例如，預(yù)期會(huì)出現(xiàn)因制造技術(shù)和/或容差導(dǎo)致的圖示的形狀的變化。因此， 本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里所示的區(qū)域的具體形狀，而是包括由例如制造導(dǎo) 致的形狀的偏離。例如，被示為矩形的刻蝕區(qū)將通常具有錐形的、圓形的或者曲線的特征。 因此，圖中所示的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，并且它們的形狀不旨在示出器件的區(qū)域的精確 形狀，也不旨在限制本發(fā)明的范圍。除非另外限定，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))與本發(fā)明所述 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的具有相同的意義。還將理解的是，例如通常在字典中限 定的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋為具有和它們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域的上下文中的意義一致的意義，并且將不 以理想化的或者太正式的意義來(lái)解釋，除非這里明確如此限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解的是，對(duì)和另一特征“相鄰”設(shè)置的結(jié)構(gòu)或特征的引用可 以具有與該相鄰特征重疊或者位于該相鄰特征下面的部分。盡管在這里公開(kāi)的LED的多種實(shí)施例包括襯底，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，其 上生長(zhǎng)包括LED的外延層的結(jié)晶外延生長(zhǎng)襯底可被去除，且獨(dú)立的外延層可安裝在替換的 支撐襯底或基座上，其可具有比原始襯底更好的熱、電、結(jié)構(gòu)和/或光特性。在這里描述的 本發(fā)明不局限于具有結(jié)晶外延生長(zhǎng)襯底的結(jié)構(gòu)且可以結(jié)合其中外延層從它們的原始生長(zhǎng) 襯底被去除并被接合到替換的支撐襯底的結(jié)構(gòu)一起使用。本發(fā)明的一些實(shí)施例通過(guò)降低和/或阻止線接合焊盤(pán)的光子吸收可提供改善的 發(fā)光器件的效率。由此，本發(fā)明的一些實(shí)施例可提供發(fā)光器件和制造具有在線接合焊盤(pán)和 發(fā)光器件的歐姆接觸之間的反射結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件的方法。通過(guò)反射在線接合焊盤(pán)區(qū)域中入 射的光子，由線接合焊盤(pán)吸收的光子數(shù)量可減少。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，發(fā)光器件效率 的增加可與線接合焊盤(pán)的大小成比例。本發(fā)明的實(shí)施例可以尤其適合在氮化物基發(fā)光器件中使用，例如III族氮化物基 器件。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“III族氮化物”指的是在氮和周期表中的III族元素，通常為鋁 (Al)、鎵(Ga)和/或銦(In)之間形成的那些半導(dǎo)體化合物。該術(shù)語(yǔ)還指的是三元和四元 化合物，例如AlGaN和AlInGaN。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，III族元素可以和氮結(jié)合形 成二元的(例如GaN)、三元的(例如AlGaN、AlInN)和四元的(例如AlInGaN)化合物。這 些化合物都具有經(jīng)驗(yàn)式，其中一摩爾的氮和全部一摩爾的III族元素結(jié)合。因此，通常使用 分子式例如AlxGai_xN描述它們，其中0 < χ < 1。然而，盡管這里本發(fā)明的實(shí)施例參考III 族氮化物基發(fā)光器件來(lái)描述，例如氮化鎵基發(fā)光器件，但是本發(fā)明的特定實(shí)施例可適合用 在其它半導(dǎo)體發(fā)光器件中，例如GaAs和/或GaP基器件。
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根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光器件可包括發(fā)光二極管，激光二極管和/或其它 半導(dǎo)體器件，其包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層，其可包括硅，碳化硅，氮化鎵和/或其它半導(dǎo)體 材料、襯底，其可包括藍(lán)寶石，硅，碳化硅和/或其它微電子襯底、和一個(gè)或多個(gè)接觸層，其 可包括金屬和/或其它導(dǎo)電層。在一些實(shí)施例中，可提供紫外線，藍(lán)色和/或綠色LED。半 導(dǎo)體發(fā)光器件的設(shè)計(jì)和制造對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是熟知的且不需要在這里詳細(xì)描述。例如，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光器件可包括制造在碳化硅襯底上的例如氮 化鎵基LED的結(jié)構(gòu)和/或激光器結(jié)構(gòu)，例如由NorthCarolina，Durham的Cree，Inc.制造和 出售的那些器件。本發(fā)明可以適合與提供有源區(qū)的LED和/或激光器結(jié)構(gòu)一起使用，例如 在美國(guó)專禾U Nos. 6，201，262 ；6，187，606 ；6，120，600 ；5，912，477 ；5，739，554 ；5，631，190 ； 5，604，135 ；5，523，589 ；5，416，342 ；5，393，993 ；5，338，944 ；5，210，051 ；5，027，168 ； 5，027，168 ；4, 966, 862和/或4，918，497中所描述的，在此并入其公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容作為參 考。其它適合的LED和/或激光器結(jié)構(gòu)在下述中被描述在2003年1月9日公開(kāi)的題目 為"Group III Nitride Based Light Emitting DiodeStructures With a Quantum Well and Superlattice, Group IIINitride Based Quantum Well Structures and Group III NitrideBased Superlattice Structures” 的公開(kāi)的美國(guó)專利公布號(hào) No. US2003/0006418 Al，與其同時(shí)提交的題目為 “GROUP III NITRIDE BASEDQUANTUM WELL LIGHT EMITTING DEVICE STRUCTURES WITH AN INDIUMCONTAINING CAPPING STRUCTURE” 的美國(guó)專利
申請(qǐng)序列號(hào)No._(代理人案號(hào)No. 5308-204IP)，以及題目為“Light Emitting
DiodesIncluding Modifications for Light Extraction and ManufacturingMethods Therefor”的公開(kāi)的美國(guó)專利公布號(hào)No. US 2002/0123164A1。而且，涂有磷的LED也可 適用于本發(fā)明的實(shí)施例，例如在2003年9月9日提交的題目為“Phosphor-Coated Light Emitting DiodesIncluding Tapered Sidewalls and Fabrication Methods Therefor，， 的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)No. 10/659，241中所描述的那些，在此并入其公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容作為 參考。這些LED和/或激光器可被配置用于操作使得光發(fā)射通過(guò)襯底發(fā)生。在這樣的 實(shí)施例中，可構(gòu)圖襯底以便增強(qiáng)器件的光輸出，這例如在上面引用的美國(guó)專利公布號(hào) No. US2002/0123164 Al中被描述。這些結(jié)構(gòu)可按照這里所描述的被修改以提供根據(jù)本發(fā)明 的一些實(shí)施例的反射結(jié)構(gòu)。這樣，例如，本發(fā)明的實(shí)施例可與具有不同形狀或大小的接合焊盤(pán)的發(fā)光器件一 起使用。發(fā)光器件可在不同的襯底上，例如碳化硅，藍(lán)寶石，氮化鎵，硅或其它適合用于提供 III族氮化物器件的襯底。發(fā)光器件可適于隨后的單數(shù)并安裝在合適的載體上。發(fā)光器件 可包括，例如單量子阱，多量子阱和/或體有源區(qū)器件。本發(fā)明的一些實(shí)施例可與利用在器 件的P側(cè)上的隧穿接觸的器件一起使用。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光器件的截面示意圖。正如在圖1中所看到 的，襯底10，例如η型碳化硅襯底，具有設(shè)置在其上的可選的η型半導(dǎo)體層12，例如氮化鎵 基層。η型半導(dǎo)體層12可包括多層，例如緩沖層等。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，η型半導(dǎo)體 層12被提供作為摻雜硅的AlGaN層，其可以是均勻的或梯度組分，以及摻雜硅的GaN層。盡管這里參考碳化硅襯底描述，但是在本發(fā)明的一些實(shí)施例中其它襯底材料可被 使用。例如，藍(lán)寶石襯底，GaN或其它材料可被使用。在這種情況下，接觸20可位于例如接 觸η型半導(dǎo)體層12的凹進(jìn)中，以便提供器件的第二接觸。還可使用其它設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括 有源區(qū)；在有源區(qū)上的接觸，所述接觸包括粗糙化區(qū)域； 在所述接觸的粗糙化區(qū)域上的反射金屬層。
2.權(quán)利要求1的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述接觸和有源區(qū)之間的ρ型半導(dǎo)體材料。
3.權(quán)利要求1的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括在所述接觸和有源區(qū)之間的η型半導(dǎo)體材料。
4.權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中有源區(qū)包括III族氮化物基有源區(qū)。
5.一種發(fā)光器件，包括 有源區(qū)；在有源區(qū)上的接觸；在所述接觸上的吸收光子的線接合焊盤(pán)；反射結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在所述接觸和線接合焊盤(pán)之間且沒(méi)有延伸超過(guò)線接合焊盤(pán)。
6.權(quán)利要求5的發(fā)光器件，其中反射結(jié)構(gòu)具有與線接合焊盤(pán)基本相同的面積。
7.權(quán)利要求5的發(fā)光器件，其中反射結(jié)構(gòu)基本上全同于線接合焊盤(pán)。
8.權(quán)利要求5的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述接觸和有源區(qū)之間的ρ型半導(dǎo)體材料。
9.權(quán)利要求5的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括在所述接觸和有源區(qū)之間的η型半導(dǎo)體材料。
10.權(quán)利要求5的發(fā)光器件，其中有源區(qū)包括III族氮化物基有源區(qū)。
11.權(quán)利要求5的發(fā)光器件，其中反射結(jié)構(gòu)包括反射金屬的層。
12.權(quán)利要求5的發(fā)光器件，其中反射結(jié)構(gòu)與線接合焊盤(pán)自對(duì)準(zhǔn)。
13.—種制造發(fā)光器件的方法，包括 在有源區(qū)上形成接觸；在所述接觸上形成反射結(jié)構(gòu)，其中形成反射結(jié)構(gòu)包括粗糙化所述接觸的區(qū)域； 在所述接觸上形成掩模層，該掩模層具有開(kāi)口，其暴露至少一些所述接觸的粗糙化區(qū)域；在掩模層的開(kāi)口中沉積金屬層。
14.權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括形成設(shè)置在所述接觸和有源區(qū)之間的ρ型半導(dǎo)體 材料。
15.權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括在所述接觸和有源區(qū)之間形成η型半導(dǎo)體材料。
16.權(quán)利要求13的方法，其中形成有源區(qū)包括形成III族氮化物基有源區(qū)。
17.—種制造發(fā)光器件的方法，包括 在有源區(qū)上形成第一接觸；在所述接觸上形成掩模層，該掩模層具有開(kāi)口，其暴露所述接觸的一部分； 粗糙化至少一些被掩模層的開(kāi)口暴露的所述接觸的部分。
18.權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括形成設(shè)置在所述接觸和有源區(qū)之間的ρ型半導(dǎo)體 材料。
19.權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括在所述接觸和有源區(qū)之間形成η型半導(dǎo)體材料。
20.權(quán)利要求17的方法，其中形成有源區(qū)包括形成III族氮化物基有源區(qū)。
21.一種制造發(fā)光器件的方法，包括 在有源區(qū)上形成接觸；形成所述接觸的粗糙化區(qū)域；在所述接觸的粗糙化區(qū)域上形成反射金屬層。
22.權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括形成設(shè)置在所述接觸和有源區(qū)之間的ρ型半導(dǎo)體 材料。
23.權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括在所述接觸和有源區(qū)之間形成η型半導(dǎo)體材料。
24.權(quán)利要求21的方法，其中形成有源區(qū)包括形成III族氮化物基有源區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有反射接合焊盤(pán)的發(fā)光器件及其制造方法。發(fā)光器件包括半導(dǎo)體材料的有源區(qū)(14)和在有源區(qū)上的第一接觸(18)。配置第一接觸(18)以便由有源區(qū)(14)發(fā)射的光子通過(guò)第一接觸。吸收光子的線接合焊盤(pán)(22)提供在第一接觸上。線接合焊盤(pán)(22)具有小于第一接觸的面積的面積。反射結(jié)構(gòu)(30)設(shè)置在第一接觸(18)和線接合焊盤(pán)(22)之間以便反射結(jié)構(gòu)(30)具有與線接合焊盤(pán)基本上相同的面積。相對(duì)于有源區(qū)從第一接觸提供第二接觸(20)。反射結(jié)構(gòu)(30)可僅設(shè)置在第一接觸和線接合焊盤(pán)之間。還提供了制造這種器件的方法。
文檔編號(hào)H01L33/42GK102005524SQ201010298269
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月27日
發(fā)明者D·T·埃默森, K·W·哈貝雷恩, M·J·伯格曼, V·米茨科夫斯基 申請(qǐng)人:克里公司