專利名稱：一種深紫外半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體地為一種深紫外半導(dǎo)體發(fā)光器件，其發(fā)光波長(zhǎng)為100nnT315nm。
背景技術(shù)：
紫外線覆蓋波長(zhǎng)范圍為lOOnmlOOnm。一般，UVA的波長(zhǎng)范圍指400 315歷；UVB的波長(zhǎng)范圍指315 280nm ；UVC的波長(zhǎng)范圍指^iTlOOnm。對(duì)比熒光發(fā)光和氣體放電發(fā)光，發(fā)
光二極管的發(fā)光方法可更有效率。紫外線發(fā)光二極管可以發(fā)出紫外范圍的光(從100-400·)，但是實(shí)際在365nm波長(zhǎng)以下，發(fā)光效率非常有限。在365nm波長(zhǎng)其發(fā)光效率在5、％，在395nm波長(zhǎng)接近20%，較長(zhǎng)波段的紫外線發(fā)光效率比較好。這些紫外線發(fā)光二極管已經(jīng)開始應(yīng)用于紫外線固化材料，光催化凈化空氣器，偽鈔鑒定，光線療法，白光二極發(fā)光管和日光浴機(jī)。在目前現(xiàn)有技術(shù)，紫外線二極發(fā)光管光強(qiáng)度已經(jīng)接近3000 mff/cm2 (30 kW/π )。伴隨目前先進(jìn)光引發(fā)劑和樹脂合成配方的發(fā)展，將擴(kuò)大紫外線發(fā)光二極管應(yīng)用在固化材料開發(fā)范圍。同時(shí)，UVC 有著殺菌紫外線，可以有效應(yīng)用于消毒和殺菌，凈化水，和醫(yī)療中有一系列的應(yīng)用。所以提升紫外線發(fā)光二極管光通量技術(shù)發(fā)展對(duì)紫外線發(fā)光二極管未來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域影響重大。通常，紫外線發(fā)光二極管具有多層不同材料結(jié)構(gòu)。材料與厚度的選擇影響到LED 的發(fā)光波長(zhǎng)。為提升取光效率，這些多層結(jié)構(gòu)都是選擇不同的化學(xué)成分組成，以促進(jìn)光電載流子獨(dú)立進(jìn)入復(fù)合區(qū)(一般是量子阱)。在量子阱一側(cè)摻以施子原子從而提高電子的濃度(N 型層)，另外一側(cè)摻以受子原子從而提高空洞的濃度(P型層)。紫外線發(fā)光二極管包括電子接觸結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同器件的性質(zhì)可選擇不同電極結(jié)構(gòu)連接電源，電源可通過接觸結(jié)構(gòu)為器件提供電流。接觸結(jié)構(gòu)將電流沿著器件表面注入發(fā)光區(qū)里面并轉(zhuǎn)換成光。在紫外線發(fā)光二極管表面可用導(dǎo)電材料做成接觸結(jié)構(gòu)，但是這些結(jié)構(gòu)會(huì)阻止光的發(fā)射從而降低光通量。如圖1所示，列出了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光體芯片結(jié)構(gòu)，其中包括單晶襯底120，摻雜N型半導(dǎo)體層101，發(fā)光層102，摻雜P型半導(dǎo)體層103和一覆蓋層104用來(lái)制備低電阻率接觸。在這些芯片結(jié)構(gòu)中，表面外延覆蓋層P-GaN層會(huì)吸收從發(fā)光體產(chǎn)生的紫外線，特別是波長(zhǎng)在^(Tl00nm。由于電阻高，在大電流驅(qū)動(dòng)下，紫外線發(fā)光二極管的散熱性不好，影響器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種深紫外半導(dǎo)體發(fā)光器件。本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案為一種深紫外半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括一帶有導(dǎo)電通道的散熱基板；一發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，依次由η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層構(gòu)成， 其有兩個(gè)主表面，一側(cè)為出光面，另一側(cè)為非出光面；一帶有微光通道的半導(dǎo)體覆蓋層，形成在發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的非出光面一側(cè)；一反射層形成在半導(dǎo)體覆蓋層上；基板與反射層連接。優(yōu)選地，本發(fā)明之發(fā)光層所產(chǎn)生的光波長(zhǎng)為100ηπΓ315ηπι。優(yōu)選地，本發(fā)明之所述半導(dǎo)體覆蓋層上的微光通道的面積低于覆蓋層表面積的 80%。優(yōu)選地，本發(fā)明之所述基板與反射層之間有一金屬結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述金屬結(jié)構(gòu)包含歐姆金屬接觸層和鍵合層。優(yōu)選地，所述鍵合層由導(dǎo)電材料組成，材料的電阻率在1.0 χ 10-8 1.0 χ 10 -4Ω.πι0優(yōu)選地，所述反射層的材料選自Al，Ag，Pt或Au。優(yōu)選地，所述反射層的厚度為50 IOOOnm
本發(fā)明將發(fā)光外延結(jié)構(gòu)連結(jié)到帶導(dǎo)電通道的散熱基板上，有效的解決其散熱問題，發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離出光面的一側(cè)覆蓋層帶有微光通道，加上反射層，發(fā)光體產(chǎn)生的光大部分從光學(xué)機(jī)械支持結(jié)構(gòu)的一側(cè)輸出，避免了覆蓋層P-GaN吸收紫外線，有效地提高了出光效率。


附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。圖1為一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明之半導(dǎo)體發(fā)光器件示意圖。圖4為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光方向的路徑示意圖。圖5 圖9為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光器件制造過程的截面示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)為發(fā)光外延結(jié)構(gòu)100，η型半導(dǎo)體接觸層101，發(fā)光層102，ρ半導(dǎo)體接觸層103，ρ型半導(dǎo)體覆蓋層104，微光通道105，金屬結(jié)構(gòu)110，金屬反射層111，歐姆金屬接觸層112，鍵合層113，單晶襯底120，散熱基板200，通孔201，導(dǎo)電通道202。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。需要說明的是，在不沖突的情況下本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，這些均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明中，在發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中可取η型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層兩側(cè)之任意一側(cè)為出光面，以下實(shí)施例均以η型半導(dǎo)體層一側(cè)為出光面，因取ρ型層一側(cè)為出光面與η型層一側(cè)的原理基本相同，故不再重復(fù)描述。實(shí)施例一
如圖2所示，一種深紫外半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括散熱基板200，金屬結(jié)構(gòu)110，反射層 111，發(fā)光外延結(jié)構(gòu)100。散熱基板200用于支撐發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，由導(dǎo)熱性能好的材料構(gòu)成，可為陶瓷或硅片，其上設(shè)有系列通孔201，考慮到該基板的應(yīng)力承受度，其總面積最好小于基座襯底總面積的60%，在這里取40%左右。在通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料形成導(dǎo)電通道202，用于將電流傳送到發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中，用激發(fā)發(fā)光層發(fā)光。金屬結(jié)構(gòu)110由歐姆金屬接觸層112和鍵合層113構(gòu)成。其中鍵合層113由導(dǎo)電材料組成，材料的電阻率在1.0 X 10_8到1.0 X 10 _4Ω.πι之間，熔點(diǎn)在200°C以上；接觸層 112由導(dǎo)電材料組成，材料的電阻率在1.0 χ 10_8到1.0 χ 10 4 Ω.πι之間，其材料可以從 Au，Ag，Cu，Al，Pt 中選擇。金屬反射層111位于金屬結(jié)構(gòu)110與發(fā)光外延結(jié)構(gòu)100之間，與歐姆金屬接觸層 112連接。金屬反射層111的材料首選NiAu，厚度在50-1000nm之間，也可以是包括Al、Ag、 Ni、Au、Cu、Pd和Rh中的一種合金制成。發(fā)光外延結(jié)構(gòu)100，包括η型半導(dǎo)體接觸層101 (如Ii-AlxGivxM),發(fā)光層102 (如 AlxGiVxNAi-AlxGiVxN,可為多量子阱或單量子阱結(jié)構(gòu))，ρ半導(dǎo)體接觸層103(如P-AlxGiVxN), P型半導(dǎo)體覆蓋層104 (P-GaN)0其中，ρ型半導(dǎo)體覆蓋層104設(shè)有系列微光通道105，其面積最好不超過總面積的80%。在P型層表面制備微光通道105從而增強(qiáng)透光量達(dá)到反射層表面，將光反射出來(lái)，有效提升發(fā)光率。為了更好地增強(qiáng)取光效率，可在發(fā)光側(cè)η型半導(dǎo)體接觸層101表面做增光處理。如圖3所示，發(fā)光器件通過基板200的導(dǎo)電通道202接通外部電流，發(fā)光層102在電流激發(fā)下發(fā)射光線。其中直射光直接穿過η層型101，通過表面的增光結(jié)構(gòu)直接射出，反射光穿過P型半導(dǎo)體層覆蓋層104的微光通道105，通過金屬反射層111的反射，射向出光方向，進(jìn)而有效減少了 P型半導(dǎo)體層覆蓋層104對(duì)紫外光的吸收，提高的出光效率。實(shí)施例二
本實(shí)施例為實(shí)施例一所述的深紫外半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備工藝，其包含襯底剝離方法、將發(fā)光體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至帶導(dǎo)電通路高導(dǎo)熱基座襯底板上的制備方法及P層微光通道的制備方法。P層微光通道可用干蝕刻或者化學(xué)濕法蝕刻實(shí)現(xiàn)。在兩種技術(shù)中，可先利用光刻膠進(jìn)行保護(hù)。利用光刻方法形成所需要的圖案，然后蝕刻出所需要的圖形，去除光刻膠及保護(hù)層后，在P表面先制備一層金屬反射薄膜層，高反射金屬材料可以是Al，Pt，Ag等，然后制備歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)。微光通道總覆蓋面積在不影響P層導(dǎo)電性情況下，不超過總面積的 80%,該P(yáng)層微光通道可大大提升發(fā)光效率。帶有導(dǎo)電材料填充小孔的基座襯底可以用多種不同方發(fā)實(shí)現(xiàn)。可利用激光或者機(jī)械挖孔，然后注入導(dǎo)電材料，例如金、銅和鎳等。在基座襯底表面上制作共熔合金層后， 將帶有導(dǎo)電材料填充小孔及共熔合金的基座襯底與P層上的金屬層進(jìn)行鍵合。共熔金屬可以是AuSn，AgSn等共熔合金，其特性是在比較低溫下基座襯底和P層金屬間達(dá)到熔融狀態(tài)形成無(wú)空隙的鍵合。下面結(jié)合圖4 圖8，進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，在AlN基板120上依次外延生長(zhǎng)η型半導(dǎo)體接觸層101，發(fā)光層102，ρ層半導(dǎo)體接觸層103，ρ型半導(dǎo)體覆蓋層104。下一步，在ρ型半導(dǎo)體覆蓋層104上，利用干蝕刻方法制備微米通道105，微米通道的深度在l(T500nm之間；在ρ型半導(dǎo)體覆蓋層104頂面上制作反射金屬層111，金屬反射層材料首選NiAu，厚度在50-1000nm之間，也可以是包括Al、Ag、Ni、Au、Cu、Pd和Rh中的一種合金制成，并通過在隊(duì)氣氛中高溫退火達(dá)到歐姆接觸特性并增強(qiáng)其與P型半導(dǎo)體覆蓋層104的附著力；在上述反射金屬層111上制備歐姆金屬接觸層112及鍵合層113，歐姆金屬接觸層的材料首選Ti/Pt/Au合金，厚度在0. 5 10um之間，也可以是包括Cr、Ni、Co、Cu、 Sn、Au在內(nèi)的任何一種合金制成，鍵合層113材料首選AuSn合金，厚度在廣IOum之間，也可以是包括Ag、Ni、Sn、Cu、Au等在內(nèi)的任何一種合金制程。下一步，在上述接觸層112及鍵合層113上將晶片與帶有周期性導(dǎo)電通路的基板 200進(jìn)行鍵合(Wafer Bonding)。工藝條件溫度在(T500°C之間，壓力在0 800 kg之間， 時(shí)間在0 180分鐘之間。下一步，將上述用于生長(zhǎng)外延結(jié)構(gòu)的AlN單晶襯底120進(jìn)行化學(xué)研磨去除處理，通過化學(xué)研磨厚度控制，使η型半導(dǎo)體接觸層101裸露，在η型半導(dǎo)體接觸層101表面上制備 η型歐姆接觸金屬層，材料優(yōu)選Ti、Al、Au三種符合金屬，也可以是Ti、Al、Au、Ag、詘、Co在內(nèi)的任和一種合金制成，在上述裸露的N型半導(dǎo)體層上制備紫外增透層；在η型歐姆接觸金屬層上制備η電極焊盤，材料優(yōu)選TiAu，厚度在廣20um之間。下一步，根據(jù)導(dǎo)電通路的基板200的間距周期，將晶圓上的單元器件逐一解離，形成芯粒。本發(fā)明的特征和結(jié)構(gòu)可參看附圖的詳細(xì)描述。附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。為了圖形清晰，未有在每個(gè)圖的標(biāo)識(shí)做備注。所有專利申請(qǐng)，專利權(quán)以引用的方式并入本文中，包括引用的實(shí)體，如有沖突，以當(dāng)前的規(guī)格和定義為參照。
權(quán)利要求
1.一種深紫外半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括一帶有導(dǎo)電通道的散熱基板；一發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，依次由η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、ρ型半導(dǎo)體層構(gòu)成，其有兩個(gè)主表面， 一側(cè)為出光面，另一側(cè)為非出光面；其特征在于，還包括一帶有微光通道的半導(dǎo)體覆蓋層，形成在發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的非出光面一側(cè)；一反射層形成在半導(dǎo)體覆蓋層上；基板與反射層連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于 100nm 315nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于通道的面積低于覆蓋層表面積的80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于通道深度為l(T500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于金屬結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述金屬結(jié)構(gòu)包含歐姆金屬接觸層和鍵合層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述鍵合層由導(dǎo)電材料組成， 材料的電阻率在1.0 χ 10-8 1.0 χ 10 -4Ω.πι。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述反射層的材料選自Al， Ag, Pt 或 Au。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述反射層的厚度為50 IOOOnm0發(fā)光層所產(chǎn)生的光波長(zhǎng)位于 所述半導(dǎo)體覆蓋層上的微光 所述半導(dǎo)體覆蓋層上的微光 所述基板與反射層之間有一
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深紫外半導(dǎo)體發(fā)光器件，它包括一帶有導(dǎo)電通道的散熱基板；一發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，依次由n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、p型半導(dǎo)體層構(gòu)成，其有兩個(gè)主表面，一側(cè)為出光面，另一側(cè)為非出光面；一帶有微光通道的半導(dǎo)體覆蓋層，形成在發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的非出光面一側(cè)；一反射層形成在半導(dǎo)體覆蓋層上；基板與反射層連接。本發(fā)明將發(fā)光外延結(jié)構(gòu)連結(jié)到帶導(dǎo)電通道的散熱基板上，有效的解決其散熱問題，發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離出光面的一側(cè)覆蓋層帶有微光通道，加上反射層，發(fā)光體產(chǎn)生的光大部分從光學(xué)機(jī)械支持結(jié)構(gòu)的一側(cè)輸出，避免了覆蓋層p-GaN吸收紫外線，有效地提高了出光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102222760SQ20111016529
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者梁兆煊, 鐘志白, 陳文欣 申請(qǐng)人:廈門市三安光電科技有限公司