專利名稱：氮化鎵系發(fā)光二極管器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種電極直引型氮化鎵系發(fā)光二極管器件。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，在全球氣候變暖問題日趨嚴(yán)峻的背景下，節(jié)約能源、減少溫室氣體排放成為全球共同面對(duì)的重要問題。以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的低碳經(jīng)濟(jì)，將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方向。在照明領(lǐng)域，以LED (發(fā)光二極管)為代表的半導(dǎo)體發(fā)光產(chǎn)品，具有節(jié)能、環(huán)保， 以及光源壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，正吸引著世人的目光。目前氮化鎵基發(fā)光二極管的常規(guī)結(jié)構(gòu)如圖1所示包括第一種半導(dǎo)體載流子注入層1，控制發(fā)光波長(zhǎng)的活化層2，第二種半導(dǎo)體載流子注入層3，金屬焊盤4，和作為電極引線的金屬線或金屬球5。電極的常見做法是在第二種半導(dǎo)體載流子注入層上沉積一層金屬焊盤(bond pad)。該金屬焊盤通常用來改善半導(dǎo)體層與外部線路的電連接，其起的作用是導(dǎo)入電極與半導(dǎo)體層的歐姆接觸(Ohmic contact)，改善芯片器件的電性能。形成金屬焊盤的方式一般是將晶片置于轉(zhuǎn)盤上進(jìn)行蒸鍍，蒸鍍的材料為Cr、Ni、Pt、Ti等金屬，合金后形成歐姆接觸，再通過Au、h等高純金屬線或金屬球連接外部電路。這樣的芯片結(jié)構(gòu)需要導(dǎo)入金屬蒸鍍工藝和合金工藝，不僅費(fèi)時(shí)，而且還要消耗大量的貴金屬，同時(shí)還需要額外的光刻工藝來實(shí)現(xiàn)焊盤圖形。對(duì)于水平式正裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，由于焊盤的面積占整個(gè)出光面的20-25%，造成了芯片出光效率的下降。因此，改進(jìn)氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，提高出光效率并降低工藝成本成為本領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有氮化鎵系發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)的電極遮光問題以及電極制備過程中工藝復(fù)雜和成本高的問題，提出一種改進(jìn)的氮化鎵系發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，包括依次層疊的第一種半導(dǎo)體載流子注入層、控制發(fā)光波長(zhǎng)的活化層、第二種半導(dǎo)體載流子注入層，和金屬線或金屬球。其中，所述的第二種半導(dǎo)體載流子注入層包括含電流擴(kuò)展層和不含電流擴(kuò)展層兩種結(jié)構(gòu)。所述的第二種半導(dǎo)體載流子注入層當(dāng)含有電流擴(kuò)展層時(shí)，所述的電流擴(kuò)展層可為透明導(dǎo)電層或金屬層。本發(fā)明提出的氮化鎵系發(fā)光二極管器件具有非常高的發(fā)光效果，比現(xiàn)有技術(shù)的光通量提高10-20%，同時(shí)，具有此結(jié)構(gòu)的氮化鎵系發(fā)光二極管器件生產(chǎn)工藝更簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本有較大幅度的下降，具有非常廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明，其中 圖1是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的氮化鎵系發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提出的氮化鎵系發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是現(xiàn)有正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵系發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更具體地說明本發(fā)明，現(xiàn)給出若干實(shí)施例。但本發(fā)明所涉及的內(nèi)容并不僅僅局限于這些實(shí)施例。如圖2所示，本發(fā)明提出的氮化鎵系發(fā)光二極管器件包括依次層疊的第一種半導(dǎo)體載流子注入層1，控制發(fā)光波長(zhǎng)的活化層2，第二種半導(dǎo)體載流子注入層3，和用作電極引線的金屬線或金屬球5。圖3為本發(fā)明的第一實(shí)施例。該實(shí)施例以水平式正裝結(jié)構(gòu)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法。所謂正裝結(jié)構(gòu)是指η電極和ρ電極均位于發(fā)光二極管的同一出光面。首先，通過MOCVD 方法在藍(lán)寶石襯底7上依次生長(zhǎng)η型半導(dǎo)體層1(對(duì)應(yīng)第一種半導(dǎo)體載流子注入層)、控制發(fā)光波長(zhǎng)的活化層2和ρ型半導(dǎo)體層3 (對(duì)應(yīng)第二種半導(dǎo)體載流子注入層)。以上形成正裝氮化鎵系外延片的方法已為本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者所熟悉，故不再詳述。參考圖3，在外延片之上真空蒸鍍電流擴(kuò)展層(透明導(dǎo)電層)6，厚度為1000-6000 埃，蒸鍍溫度為100-700°C。電極為Au、Cr、Pt的合金線，通過超聲球焊技術(shù)鍵合在透明導(dǎo)電層層上，焊接壓力為lO-lOOg，超聲頻率為ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，溫度為50-300°C。當(dāng)尺寸為1(^23 mil2時(shí)，此結(jié)構(gòu)氮化鎵系發(fā)光二極管封裝后測(cè)得的光通量相比結(jié)構(gòu)如圖4所示的同樣尺寸的現(xiàn)有正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵系發(fā)光二極管封裝后測(cè)得的光通量提高了約20%。圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例。該實(shí)施例以水平式倒裝結(jié)構(gòu)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法。所謂水平式倒裝結(jié)構(gòu)是指η電極和P電極均位于發(fā)光二極管的同一基板焊接面，而非出光面。首先，通過MOCVD方法在硅襯底8 (出光面)上依次生長(zhǎng)η型半導(dǎo)體層1、發(fā)光層2、ρ 型半導(dǎo)體層3，形成倒裝氮化鎵系外延片。然后，在外延片之上真空蒸鍍Ag的反射層7，厚度為10-1000埃，蒸鍍溫度為250-500°C。采用的電極為Au、Cr、Ag的合金球5，通過超聲球焊技術(shù)鍵合Ag的反射層7上，焊接壓力為lO-lOOg，超聲頻率為ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，溫度為50-300°C。 合金球5與基板9連接。圖6是本發(fā)明的第三實(shí)施例。該實(shí)施例以垂直結(jié)構(gòu)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法。所謂垂直結(jié)構(gòu)是指η電極和ρ電極分別位于發(fā)光二極管的兩個(gè)對(duì)立面。首先，通過MOCVD方法在碳化硅襯底上依次生長(zhǎng)η型半導(dǎo)體層1、發(fā)光層2和ρ型半導(dǎo)體層3，形成氮化鎵系外延片。然后，通過激光剝離技術(shù)去掉碳化硅襯底，并在P型半導(dǎo)體層面鍵合上一層導(dǎo)電層7 作為P電極。在η面采用的電極為Au、Cr、Pt的合金線，通過超聲球焊技術(shù)直接鍵合在η型半導(dǎo)體層上，焊接壓力為lO-lOOg，超聲頻率為ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，溫度為50-300°C。當(dāng)尺寸為1(^23 mil2時(shí)，此結(jié)構(gòu)氮化鎵系發(fā)光二極管經(jīng)過襯底剝離和封裝后的測(cè)得的光通量相比同樣尺寸的具有η型焊墊結(jié)構(gòu)的氮化鎵系發(fā)光二極管封裝后測(cè)得的光通量提高了約11%。圖7是本發(fā)明的第四實(shí)施例。該實(shí)施例在外延片的η型半導(dǎo)體層1和ρ型半導(dǎo)體層3之上真空蒸鍍透明導(dǎo)電層，該層厚度為2000-6000埃，蒸鍍溫度為250-500°C。采用的電極為Au、Cr、Pt的合金線，通過超聲球焊技術(shù)鍵合在透明導(dǎo)電層上，焊接壓力為lO-lOOg， 超聲頻率為IO-IOOKHz，溫度為50-300°C。當(dāng)尺寸為1(^23 mil2時(shí)，此結(jié)構(gòu)氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光器封裝后的測(cè)得的光通量相比結(jié)構(gòu)如圖4所示的同樣尺寸的現(xiàn)有氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光器封裝后測(cè)得的光通量提高了約15%以上。同時(shí)，具有此結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光器生產(chǎn)工藝更簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本有較大幅度的下降，具有非常廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。本發(fā)明提出的氮化鎵系發(fā)光二極管器件的制作方法，包括下述步驟通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、氫化物氣相沉積(HVPE)等方法得到如圖2所示的疊層狀器件結(jié)構(gòu)。若引入電流擴(kuò)展層，則在完成外延生長(zhǎng)后蒸鍍一層透明的導(dǎo)電層或金屬層作為電流擴(kuò)展層。透明導(dǎo)電層所采用材料為 ITO Gn2O3-SnO2)、AZO(ZnO- Al2O3)、IZO(In2O3-ZnO)、 GZO(Ga2O3-ZnO)、TiTaO2, TiNbO2, ZnO, CT0, Ni 中的一種或幾種，金屬層采用材料為 Au、Al、 Ag、Cr、Ni、Pt、Ti、Sn、In、Zn、Cd、W、V、Co 中的一種或幾種。電流擴(kuò)展層厚度為 10-100，000 埃，蒸鍍溫度為50-1000°C。接下來，在電流擴(kuò)展層上直接打金屬線或種金屬球，本發(fā)明所述的金屬線或金屬球的材料為Au、Al、Ag、Cr、Ni、Pt、Ti、Sn、In、Si、Cd、W、V、Co中的一種或幾種。采用超聲球焊工藝，焊接壓力為10-500g，超聲頻率為1-200KHZ，溫度為50-300°C。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于包括依次層疊的第一種半導(dǎo)體載流子注入層、控制發(fā)光波長(zhǎng)的活化層、第二種半導(dǎo)體載流子注入層，和金屬線或金屬球電極。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于第二種半導(dǎo)體載流子注入層不含電流擴(kuò)展層，其化合物半導(dǎo)體部分所采用的材料為氮化鎵類材料，所摻元素為 Mg、Si、Al、In、Zn、Ge 中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于第二種半導(dǎo)體載流子注入層含電流擴(kuò)展層。
4.如權(quán)利要求3所述的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于所述的電流擴(kuò)展層為透明導(dǎo)電層，所用材料為 ITO Gn2O3-SnO2 )、AZO(ZnO-Al2O3)、IZO (In2O3-ZnO)、 GZO (Ga2O3-ZnO)、TiTaO2、TiNbO2 中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求3所述的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于所述的電流擴(kuò)展層為金屬層，所用材料為Au、Al、Ag、Cr、Ni、Pt、Ti、Sn、In、Zn、Cd、W、V、Co中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于第一種半導(dǎo)體載流子注入層材料的化合物半導(dǎo)體部分為氮化鎵類材料，所摻元素為Mg、Si、Al、 In, Zn, Ge中的一種或幾種。
7.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于控制發(fā)光波長(zhǎng)的活化層結(jié)構(gòu)為多量子阱結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、單異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中的一種，所采用的材料為氮化鎵類材料，所摻元素為In、Al、Mg、Si、Zn、Ge中的一種或幾種。
8.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于所述金屬線或金屬球的材料為 Au、Al、Ag、Cr、Ni、Pt、Ti、Sn、In、Zn、Cd、W、V、Co 中的一種或幾種。
9.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于第一種半導(dǎo)體載流子注入層材料為氮化鎵類材料，所摻元素為Si、Al、In ；控制發(fā)光波長(zhǎng)的活化層結(jié)構(gòu)為多量子阱結(jié)構(gòu)，所采用的材料為氮化鎵類材料，所摻元素為h、Al、Mg、Si ；第二種半導(dǎo)體載流子注入層含電流擴(kuò)展層，第二種半導(dǎo)體載流子注入層的化合物半導(dǎo)體部分所采用材料為氮化鎵類材料，所摻元素為In、Al、Mg、Si中，電流擴(kuò)展層采用透明導(dǎo)電層；金屬線材料為Au、Cr、In。
10.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，其特征在于所述的第一種半導(dǎo)體載流子注入層和第二種半導(dǎo)體載流子注入層之上真空蒸鍍透明導(dǎo)電層。
全文摘要
本發(fā)明公開了的一種新型的具有電極直引結(jié)構(gòu)的氮化鎵系發(fā)光二極管器件，包括依次層疊第一種半導(dǎo)體載流子注入層，控制發(fā)光波長(zhǎng)的活化層，第二種半導(dǎo)體載流子注入層，金屬線或金屬球電極。所述的第二種半導(dǎo)體載流子注入層包括含電流擴(kuò)展層和不含電流擴(kuò)展層兩種結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的電極直引結(jié)構(gòu)的氮化鎵系發(fā)光二極管器件不采用電極焊墊結(jié)構(gòu)，較大幅度地提高了出光效率，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，有利于降低制造成本。
文檔編號(hào)H01L33/40GK102214765SQ20111016318
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者吳質(zhì)樸, 郝銳, 馬學(xué)進(jìn) 申請(qǐng)人:深圳市奧倫德科技有限公司