Gan-類led用反射接觸的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及GAN-類LED用反射接觸。公開具有反射接觸的發(fā)光二極管(LED)組件的形成方法，和提供該方法形成的LED組件。在一個實施方案中，該方法包括形成在基板表面上形成LED，所述LED包括在具有第一導(dǎo)電性類型的包括化合物半導(dǎo)體材料的第一層與具有第二導(dǎo)電性類型的包括化合物半導(dǎo)體材料的第二層之間設(shè)置的發(fā)光層，所述化合物半導(dǎo)體材料包括III族元素和V族元素。該方法進(jìn)一步包括形成從第一層的與第二層相反的表面向內(nèi)延伸的氧化區(qū)域。在一個實施方案中，氧化區(qū)域通過將第一層的表面進(jìn)行氧(O2)等離子體灰化來形成。
【專利說明】
GAN-類LED用反射接觸
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)裝置和組件。
【背景技術(shù)】
[0002] -般，發(fā)光二極管(LED)由半導(dǎo)體生長基板，典型地為III-V族化合物開始。外延半 導(dǎo)體層生長在半導(dǎo)體生長基板上從而形成LED的N-型和P-型半導(dǎo)體層。發(fā)光層形成于LED的 N-型與P-型半導(dǎo)體層之間的界面處。在形成外延半導(dǎo)體層之后，將電接觸連接至N-型和P-型半導(dǎo)體層。將單個的LED切成小塊且用引線接合安裝至封裝體。密封劑沉積在LED上，并且 LED用也有助于光提取的保護(hù)鏡片密封。當(dāng)電壓施加至電接觸時，電流將在各接觸之間流 動，使光子通過發(fā)光層發(fā)出。
[0003] 有許多不同類型的LED組件，包括橫向LED、垂直LED、倒裝芯片型LED和混合LED (垂 直和倒裝芯片型LED結(jié)構(gòu)的組合）。大部分類型的LED組件利用LED和底層基板或基臺之間的 反射接觸從而反射朝向基板或基臺向下產(chǎn)生的光子。通過使用反射接觸，使更多的光子逃 脫LED而不是被基板或基臺吸收，改進(jìn)LED組件的總體光輸出功率和光輸出效率。接觸的反 射率越高，光輸出功率和光輸出效率的改進(jìn)越大。
[0004] 典型地，銀(Ag)由于其高的反射率(在可見光波長范圍中大于90%)而用于反射接 觸。然而，銀(Ag)在與LED、特別是氮化鎵(GaN)類LED形成歐姆接觸所要求的退火過程期間 經(jīng)歷聚集。銀(Ag)接觸的聚集嚴(yán)重地劣化該接觸的光學(xué)反射率。例如，在此以參考的方式引 入的Song等人的Ohmic and Degredation Mechanisms of Ag Contacts on P-type GaN, Applied Physics Letters86,062104(2005)公開了銀(Ag)接觸的光學(xué)反射率退火之前在 460nm波長下是92.2%，但是在33〇1下退火之后降低至84.2%，在53〇1下退火之后降低至 72.8%。上述討論的溫度在創(chuàng)建在LED的銀(Ag)接觸和半導(dǎo)體材料之間的歐姆接觸所必要 的典型范圍內(nèi)。
[0005] 銀(Ag)接觸的聚集效應(yīng)可以在圖1和2中可見。圖1示出常規(guī)的具有退火之后的純 銀(Ag)接觸的垂直LED組件的截面圖的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。圖2示出退火之后的純 銀(Ag)接觸的表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。如圖1中所示，LED包括形成于P-型氮化鎵 (p-GaN)層104與N-型氮化鎵(η-GaN)層108之間的發(fā)光層106。純銀(Ag)接觸110沉積在P-型 氮化鎵(p-GaN)層104下方。退火之后，純銀(Ag)接觸110聚集，導(dǎo)致具有一些區(qū)域為其他區(qū) 域近乎2倍厚的不均勻?qū)印＜冦y(Ag)接觸110的聚集傳播至下方的金屬粘合層113。圖2中，聚 集的銀(Ag)的表面非常不均勻，點綴有銀(Ag)島（較高濃度的銀(Ag)材料），導(dǎo)致在一些區(qū) 域中較厚的銀(Ag)層，而其他區(qū)域具有基本上較薄的銀(Ag)層。
[0006] 為防止銀(Ag)的聚集，一個常規(guī)的解決手段是將薄的鎳(Ni)層沉積在LED和銀 (Ag)接觸之間。該解決手段例如在Son等人的Effects of Ni Cladding Layers on Suppression of Ag Agglomeration in Ag-based Ohmic Contacts on p-GaN,Applied Physics Letters 95,062108(2009)、和在Jang等人的Mechanism for Ohmic Contact Formation of Ni/Ag Contacts on P-type GaN,Applied Physics Letters 85,5920 (2004)中詳細(xì)說明，在此以參考的方式將這兩篇引入。然而，還一般了解的是鎳(Ni)具有比 銀(Ag)低的光學(xué)反射率，因此，鎳/銀(Ni /Ag)接觸的使用將具有對應(yīng)的較低的光輸出功率 和光輸出效率。為說明這點，如由Son等人所公開的，鎳/銀/鎳(Ni/Ag/Ni)層狀接觸的使用 在500°C下退火之后僅能夠?qū)崿F(xiàn)84.1%的光發(fā)射率，對聚集的純銀(Ag)接觸的改進(jìn)，但是如 上所述，仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于純銀(Ag)的大于90%反射率。
[0007] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的利用鎳/銀(Ni/Ag)接觸的常規(guī)的垂直氮化鎵(GaN)類LED組件示 出在圖3A-3C中。圖3A為垂直LED組件300的截面圖，圖3B為垂直LED組件300的對應(yīng)于圖3A中 示出的區(qū)域AA的放大的截面圖。圖3C是對應(yīng)于圖3A的垂直LED組件300的放大的截面圖的透 射電子顯微鏡(TEM)圖像。如圖3A-3C中所示，發(fā)光層306形成于P-型氮化鎵(p-GaN)層304和 N-型氮化鎵(η-GaN)層308之間。P-型氮化鎵(p-GaN)層304、發(fā)光層306、和N-型氮化鎵(n-GaN)層308構(gòu)成LED 301。
[0008] 鎳(Ni)層314設(shè)置于P-型氮化鎵(P-GaN)層304與銀(Ag)層310之間。與此同時，鎳 (Ni)層314和銀(Ag)層310包括退火之后電連接至P-型氮化鎵(p-GaN)層304的電接觸。LED 301通過粘合層313接合至基板302。第二接觸312電連接至N-型氮化鎵(η-GaN)層308。在裝 置操作期間，當(dāng)電壓施加至接觸312、310、和314時，發(fā)光層發(fā)射光子311。朝向基板302向下 發(fā)射的光子311被鎳(Ni)層314和銀(Ag)層310反射回。
[0009] 如圖3C中所示，鎳(Ni)層314有效地起到銀(Ag)層310的錨的作用，以致在退火期 間，銀(Ag)層310的聚集減少，并且銀(Ag)層310保持遍及該層基本上均一的厚度。然而，如 由Son等人所公開的，鎳(Ni)層314降低接觸的總體反射率，這轉(zhuǎn)而降低總體光輸出功率和 光輸出效率。圖4示出包括銀(Ag)的接觸的沉態(tài)反射率相對于用于避免銀(Ag)的聚集的鎳 (Ni)層的厚度的圖。一個鎳（Ni)的原子層的厚度大約為0.29nm。如圖4中所示，厚度為 0.29nm的僅一個鎳(Ni)的原子層將反射率降低約1.5%。隨著鎳(Ni)層增多，反射率對應(yīng)地 降低。在鎳(Ni)的厚度大于1 nm時，接觸的反射率落在90 %之下。
[0010] 圖5為圖3A的垂直LED組件的二次離子質(zhì)譜（SIMS)圖。線502對應(yīng)于銀(Ag)，線504 對應(yīng)于鎵(Ga)，線506對應(yīng)于鎂(Mg)，線508對應(yīng)于氮(N)，線510對應(yīng)于鎳(Ni)，線512對應(yīng)于 氧(0)。如圖 5 中所示，線 502(銀(Ag))、504(鎵(Ga))、508(氮(N))、510(鎳(Ni))、和 512(氧 (0))對應(yīng)于標(biāo)記為"二次離子強(qiáng)度"的左側(cè)y軸，線506(鎂(Mg))對應(yīng)于標(biāo)記為"濃度"的右側(cè) y軸。如圖5中所示，鎳(Ni)層314(由線510表示)在氮化鎵(GaN)層的界面處(其中鎵(Ga)(線 506)、和氮(N)(線508)在0.12μπι深度左右開始濃度升高）、對應(yīng)于在銀(Ag)接觸(線502)和 氮化鎵(GaN)層之間的約lnm鎳層大約達(dá)到最高。返回參考圖4的圖，lnm的鎳(Ni)層容易降 低接觸的反射率在90 %之下。
[0011] 防止銀(Ag)的聚集的另一常規(guī)的解決手段是在退火之前圍繞銀(Ag)接觸沉積二 氧化鈦(Ti02)層以致二氧化鈦(Ti0 2)本質(zhì)上形成圍繞銀(Ag)的密封件，防止銀(Ag)的聚集。 該解決手段公開在例如Kondoh等人的美國專利No. 6，194，743和No. 7，262，436中，在此將這 兩篇以參考的方式引入。然而，如Kondoh等人公開的，二氧化鈦(Ti02)降低其包圍的銀(Ag) 的反射。此外，沉積額外的二氧化鈦(Ti0 2)層需要額外的掩膜圖案化、沉積和蝕刻步驟，增 加Kondoh等人的LED組件的總體制造成本。
[0012] 因此，對于具有在退火之后不聚集的在可見光波長范圍中反射率大于90%的改進(jìn) 的反射接觸的LED組件仍有未滿足的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]在一個實施方案中，發(fā)光二極管(LED)組件包括LED包括在具有第一導(dǎo)電性類型的 第一層與具有第二導(dǎo)電性類型的第二層之間設(shè)置的發(fā)光層。第一層和第二層包括氮化鎵 (GaN)。第一層初始為P-型摻雜的，和第二層初始為N-型摻雜的。在一個實施方案中，第一層 摻雜有鎂(Mg)。在一個實施方案中，第二層摻雜有硅(Si)。第一層具有從第一層的與第二層 相反的表面向內(nèi)延伸的包括氧化鎵(Ga 2〇3)的氧化區(qū)域。在一個實施方案中，氧化區(qū)域具有 1:1000至1:10的氧濃度相對于鎵(Ga)濃度的比例。在一個實施方案中，氧化區(qū)域從第一層 的表面向內(nèi)延伸至多TOnnuLED組件進(jìn)一步包括設(shè)置在第一層的與第二層相反的表面上且 電連接至第一層的第一接觸。第一接觸與第一層形成歐姆接觸。在一個實施方案中，第一接 觸包括單質(zhì)或合金，如銀(Ag)。在一個實施方案中，第一接觸在第一接觸和第一層的界面處 基本上沒有鎳(Ni)。第一接觸具有均一的厚度，并且與第一層相反的平的表面基本上沒有 凸起和凹陷。第一接觸具有在可見光波長范圍中在90%和99%之間的光學(xué)反射率。在一個 實施方案中，第一接觸具有大于94%和至多99%的光學(xué)反射率。
[0014] LED組件進(jìn)一步包括設(shè)置在第二層上且電連接至第二層的第二接觸。當(dāng)電壓施加 至第一接觸和第二接觸時，發(fā)光層發(fā)射光子。最初朝向第一接觸發(fā)射的光子將被第一接觸 反射，并且給出作為可見光逃脫LED的另一機(jī)會，由此增加 LED的光輸出功率和光輸出效率。 在一個實施方案中，LED組件是垂直LED組件。在另一實施方案中，LED組件是倒裝芯片型LED 組件。在又一實施方案中，LED組件是混合LED組件。
[0015]在一個實施方案中，發(fā)光二極管(LED)組件的形成方法包括基板上形成LED，所述 LED包括在具有第一導(dǎo)電性類型的第一層與具有第二導(dǎo)電性類型的第二層之間設(shè)置的發(fā)光 層。第一層和第二層包括氮化鎵(GaN)。第一層初始為P-型摻雜的，和第二層初始為N-型摻 雜的。在一個實施方案中，第一層初始摻雜有鎂(Mg)。在一個實施方案中，第二層初始摻雜 有硅(Si)。該方法進(jìn)一步包括形成從第一層的與第二層相反的表面向內(nèi)延伸的氧化區(qū)域。 在一個實施方案中，氧化區(qū)域通過將第一層的表面進(jìn)行氧( 〇2)等離子體灰化來形成。在一 個實施方案中，LED在形成氧化區(qū)域之前焙燒。在一個實施方案中，LED在包括氮氣(N 2)和氧 氣(〇2)的環(huán)境中焙燒。一旦形成，則氧化區(qū)域具有1:1000至1:10的氧濃度相對于鎵(Ga)濃 度的比例。在一個實施方案中，氧化區(qū)域從第一層的表面向內(nèi)延伸至多70nm。
[0016] 該方法進(jìn)一步包括在第一層的表面上沉積第一接觸。在一個實施方案中，第一接 觸包括單質(zhì)或合金，如銀(Ag)。在一個實施方案中，第一接觸在第一接觸和第一層的界面處 基本上沒有鎳(Ni)。該方法進(jìn)一步包括將第一接觸退火以與第一層形成歐姆接觸。在一個 實施方案中，第一接觸在大于300°C且小于450°C的溫度下退火。在一個實施方案中，第一接 觸在包括約80 %氮氣(N2)和約20 %氧氣(02)的環(huán)境下退火。退火之后，第一接觸具有均一的 厚度，并且與第一層相反的平的表面基本上沒有凸起和凹陷。第一接觸具有與沉積步驟之 后和退火步驟之前的第一電極的光學(xué)反射率基本上類似的退火步驟之后的光學(xué)反射率。在 一個實施方案中，第一接觸具有大于94%和至多99%的光學(xué)反射率。
[0017] 在一個實施方案中，該方法進(jìn)一步包括將LED接合至操作基板，并且除去LED原始 形成在上面的基板。將第二電極沉積在第二層上并且退火從而與第二層形成歐姆接觸。在 另一實施方案中，該方法進(jìn)一步包括蝕刻第一層和發(fā)光層以露出第二層的表面。將第二電 極沉積在第二層的表面上并且退火從而與第二層形成歐姆接觸。將具有第一互連器和第二 互連器的基臺連接至LED，其中第一互連器電連接至第一接觸，和第二互連器電連接至第二 接觸。
【附圖說明】
[0018] 圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有退火后的純銀(Ag)接觸的垂直LED組件的透射電子 顯微鏡(TEM)圖像。
[0019] 圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的退火后的純銀(Ag)接觸的表面的掃描電子顯微鏡（SEM) 圖像。
[0020] 圖3A示出現(xiàn)有技術(shù)的垂直LED組件的截面圖。
[0021 ]圖3B示出圖3A的垂直LED組件的放大的截面圖。
[0022]圖3C示出圖3A的垂直LED組件的放大的截面圖的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。
[0023]圖4示出包括銀(Ag)的接觸的沉積態(tài)反射率相比于用于避免銀(Ag)的聚集的鎳 (Ni)層的厚度的圖。
[0024]圖5示出圖3A的垂直LED組件的二次離子質(zhì)譜(SIMS)圖。
[0025]圖6A示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的垂直LED組件的截面圖。
[0026]圖6B示出圖6A的垂直LED組件的放大的截面圖。
[0027]圖6C示出圖6A的垂直LED組件的放大的截面圖的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。
[0028]圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的圖6A的垂直LED組件的二次離子質(zhì)譜(SIMS) 圖。
[0029]圖8A-8G示出用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的垂直LED組件的制造步驟的截 面圖。
[0030] 圖9A-9B示出用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的倒裝芯片型LED組件的可選的 制造步驟的截面圖。
【具體實施方式】
[0031] 圖6A示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的垂直LED組件600的截面圖。圖6B示出垂直 LED組件600的對應(yīng)于圖6A中示出的區(qū)域BB的放大的截面圖。圖6C為圖6A的垂直LED組件600 的放大的截面圖的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。如圖6A-B中所不，LED 601包括在第一半導(dǎo) 體層604與第二半導(dǎo)體層608之間設(shè)置的發(fā)光層606。第一半導(dǎo)體層604和第二半導(dǎo)體層608 包括氮化鎵(GaN)。第一半導(dǎo)體層604為P-型氮化鎵(p-GaN)，第二半導(dǎo)體層608為N-型氮化 鎵(n-GaNhP-型氮化鎵(p-GaN)可以通過用任何適合的P-型摻雜劑如鎂(Mg)摻雜氮化鎵 (GaN)來形成，和N-型氮化鎵(n-GaN)可以通過用任何適合的N-型摻雜劑如娃(Si)摻雜氮化 鎵(GaN)來形成。
[0032]第一半導(dǎo)體層604具有氧化區(qū)域614。氧化區(qū)域614從第一半導(dǎo)體層604的與第二半 導(dǎo)體層608相反的表面603向內(nèi)延伸。在一個實施方案中，氧化區(qū)域614從第一半導(dǎo)體層604 的表面603向內(nèi)延伸小于lnm。在另一實施方案中，氧化區(qū)域614從表面603向內(nèi)延伸小于 70nm。在又一實施方案中，氧化區(qū)域614從表面603向內(nèi)延伸小于0. Ιμπι。氧化區(qū)域614包括氧 化鎵(Ga2〇3)。在一個實施方案中，氧化區(qū)域614具有1:1000至1:10的氧(0)濃度與鎵(Ga)濃 度的比例。
[0033] 第一接觸610設(shè)置在LED 601和基板602之間，第一接觸形成于第一半導(dǎo)體層604的 表面上，并且電連接至第一半導(dǎo)體層604。粘合層613結(jié)合LED 601和基板602。第一接觸610 與第一半導(dǎo)體層604形成歐姆接觸。第一接觸610包括高反射性的單質(zhì)或合金，例如，銀 (Ag)。在一個實施方案中，銀(Ag)第一接觸610直接接觸第一半導(dǎo)體層604的表面603,而沒 有鎳(Ni)、鋅(Zn)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、或任何其他降低銀(Ag)第一接觸610的反射率的材料的 中介層。本領(lǐng)域一個熟練技術(shù)人員將領(lǐng)會到單質(zhì)或合金由于所采用的制造方法而可具有污 染物，如其他元素。
[0034] 第一層604的氧化區(qū)域614中的氧濃度抑制第一接觸610的聚集，導(dǎo)致第一接觸610 具有基本上平的表面和基本上均一的厚度，如圖6C中的透射電子顯微鏡(TEM)圖像所示。第 一接觸610也基本上沒有凸起和凹陷，如圖5中示出的Ag島。結(jié)果，第一接觸610具有在約 90%和約99%之間的光學(xué)反射率。在一個實施方案中，第一接觸610具有大于94%和至多 99%的光學(xué)反射率。
[0035]第二接觸612形成于第二半導(dǎo)體層608上，并且電連接至第二半導(dǎo)體層608。在裝置 操作期間，當(dāng)電壓施加至第一接觸610和第二接觸612時，光子611從發(fā)光層606發(fā)射出。與如 Kondoh等人所公開的使用鎳(Ni)層、或任何其他防止第一接觸610的聚集的材料、如二氧化 鈦(Ti02)的現(xiàn)有技術(shù)裝置相比較，圖6A-6C的LED組件將具有改進(jìn)的光輸出功率和光輸出效 率，因為第一接觸610的光學(xué)反射率不劣化。
[0036]圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的圖6A的垂直LED組件的二次離子質(zhì)譜(SIMS) 圖。圖7中，線702對應(yīng)于銀(Ag)，線704對應(yīng)于鎵(Ga)，線706對應(yīng)于鎂(Mg)，線708對應(yīng)于氮 0)，線71〇對應(yīng)于鎳(附），線712對應(yīng)于氧（〇)。再次，與圖5-樣，線7〇2(銀以 8))、7〇4(鎵 (Ga))、708(氮(N))、710(鎳(Ni))和712(氧(0))對應(yīng)于標(biāo)記為"二次離子強(qiáng)度"的左側(cè)y軸， 線706(鎂(Mg))對應(yīng)于標(biāo)記為"濃度"的右側(cè)y軸。如圖7中所示，在銀(Ag)(線702)分別與鎵 (Ga)和氮(N)(線704和708)之間的界面處事實上沒有鎳(Ni)(線710)的可檢測的量。然而， 分別從鎵(Ga)和氮(N)(線704和708)的表面向內(nèi)具有大的氧（0)(線712)的濃度。該氧(0) (線712)的濃度表示從氮化鎵層的表面向內(nèi)形成用于抑制銀(Ag)的聚集的氧化區(qū)域。
[0037]與圖5圖3A的現(xiàn)有技術(shù)的LED組件的二次離子質(zhì)譜(SIMS)圖相比較，在鎵(Ga)和氮 (N) (線704和708)的表面上的氧(0)(線712)的濃度分別地大約3.1X102計數(shù)/sec(其中氧 (O) (線712)在8.0X102計數(shù)/sec達(dá)到最大）-大于在圖5中示出的氮化鎵(GaN)層的界面處 的氧(〇)濃度的2倍。這是因為圖3A的現(xiàn)有技術(shù)的LED組件中存在的氧(0)濃度作為制造過程 的非有意的副產(chǎn)物引入，而不是按照本發(fā)明的氮化鎵(GaN)層的有意的氧化的結(jié)果。在其他 試驗中，已經(jīng)觀察到具有1:1000至1:10的氧濃度與鎵(Ga)濃度的比例的氧化區(qū)域?qū)⒂糜谝?制銀(Ag)的聚集。
[0038]在一個試驗中，將根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的按照圖6A-6C的LED組件600的光輸 出功率與圖3A-3C中示出的現(xiàn)有技術(shù)的LED組件300的光輸出功率比較。LED組件600和現(xiàn)有 技術(shù)的LED組件300均包括氮化鎵(GaN)類LED，其中發(fā)光層形成于P-型氮化鎵(p-GaN)層與 N-型氮化鎵(η-GaN)層之間?，F(xiàn)有技術(shù)的LED組件300利用包括100nm的銀(Ag)層和非常薄的 O.lnm的鎳(Ni)層的第一接觸，其中鎳(Ni)層在銀(Ag)層與P-型氮化鎵(p-GaN)層之間以抑 制聚集。根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的LED組件600利用包括100nm的銀(Ag)層而沒有任何鎳 或其他材料的第一接觸，這是由于在P-型氮化鎵(p-GaN)中引入氧化鎵區(qū)域以抑制聚集。 LED組件600和現(xiàn)有技術(shù)的LED組件300的所有其他參數(shù)基本上類似。在350mA的操作電流下， 測量LED組件600具有與現(xiàn)有技術(shù)的LED組件300相比大4.7%的光輸出功率。對現(xiàn)有技術(shù)的 LED組件的該改進(jìn)將以在較高的操作條件下粗略地按線性比例確定，假設(shè)電流聚集效應(yīng)不 是在較高電流下的限定因素。
[0039]圖8A-8G示出用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明各種實施方案的垂直LED組件和倒裝芯片型LED 組件的制造步驟的截面圖。圖8A中，提供生長基板800。生長基板800典型地是晶片，并且可 以包括適合于外延生長III-V族化合物的層的任何材料。在一個實施方案中，生長基板800 包括大塊的氮化鎵(GaN)。在其他實施方案中，生長基板800可包括藍(lán)寶石(Al 2〇3)、硅(Si)、 或碳化硅(SiC)。
[0040] 圖8B中，第二半導(dǎo)體層808外延生長在生長基板800的表面上。第二半導(dǎo)體層808包 括N-型氮化鎵(n-GaN)』-型氮化鎵(n-GaN)可以通過將氮化鎵(GaN)用任何適合的N-型摻 雜劑、如硅(Si)摻雜來形成。第二半導(dǎo)體層808可以使用任何已知的生長方法來生長，包括 金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)、或液相外延(LPE)。圖8C中，第一半導(dǎo)體 層804外延生長在第二半導(dǎo)體層808的頂上。第一半導(dǎo)體層804包括P-型氮化鎵(p-GaN) 1-型氮化鎵(P-GaN)可以通過將氮化鎵(GaN)用任何適合的P-型摻雜劑、如鎂(Mg)摻雜來形 成。第一半導(dǎo)體層804也可以使用任何已知的生長方法來生長。發(fā)光層806形成于第一和第 二半導(dǎo)體層804和808的界面處。第一半導(dǎo)體層804、發(fā)光層806、和第二半導(dǎo)體層808構(gòu)成LED 801 〇
[00411圖8D中，氧化區(qū)域814從第一半導(dǎo)體層804的表面803向內(nèi)形成。氧化區(qū)域814包括 氧化鎵(Ga203)。在一個實施方案中，氧化區(qū)域814通過焙燒LED 801和將第一半導(dǎo)體層804的 表面803進(jìn)行氧(02)等離子體灰化來形成。在一個實施方案中，LED 801在包括氮氣(N2)和氧 氣(02)的環(huán)境下焙燒。LED 801焙燒小于10分鐘，優(yōu)選焙燒5分鐘。
[0042]氧(02)等離子體灰化通常認(rèn)為是將不損害第一半導(dǎo)體層804的表面803同時形成 氧化區(qū)域814的溫和的等離子體處理。在一個實施方案中，將第一半導(dǎo)體層804的表面803進(jìn) 行氧(〇2)等離子灰化約1分鐘。在另一實施方案中，氧(〇 2)等離子灰化持續(xù)約2分鐘。氧(02) 等離子灰化之后，在一個實施方案中，氧化區(qū)域814從第一半導(dǎo)體層804的表面803向內(nèi)延伸 小于lnm。在另一實施方案中，氧化區(qū)域814從表面803向內(nèi)延伸小于70nm。氧(〇2)等離子灰 化之后，氧化區(qū)域814具有1:1000至1:10的氧濃度相對于鎵(Ga)濃度的比例。
[0043]圖8E中，操作基板802(也就是晶片）結(jié)合至LED 801的第一半導(dǎo)體層804的表面 803。結(jié)合使用任何已知的晶片結(jié)合方法來完成，如其中加熱粘合層813并且施加壓力以將 操作基板802結(jié)合至LED 801的低共熔體結(jié)合。第一接觸810沉積在第一半導(dǎo)體層804的表面 803上。第一接觸810包括高反射性單質(zhì)或合金，例如，銀(Ag)。在一個實施方案中，銀(Ag)第 一接觸810直接接觸第一半導(dǎo)體層804的表面803,而沒有鎳(Ni)、或任何其他降低銀(Ag)第 一接觸810的反射率的材料的中介層。粘合層813沉積在第一接觸810和第一半導(dǎo)體層804的 表面803的不被第一接觸810覆蓋的部分上。當(dāng)加熱加壓時，粘合層813將操作基板802結(jié)合 至LED 801。
[0044]在一個實施方案中，第一接觸810在將操作基板802低共熔體地結(jié)合至LED 801之 前退火。將第一接觸810退火創(chuàng)建在第一接觸810和第一半導(dǎo)體層804之間的歐姆連接。在一 個實施方案中，第一接觸810在約300°C和約450°C之間的溫度下退火。第一接觸810在包括 氮氣(N2)和氧氣(〇2)的環(huán)境下退火。在一個實施方案中，第一接觸810退火小于2分鐘。在另 一實施方案中，第一接觸810優(yōu)選退火約1分鐘。
[0045]如前所述，第一層804的氧化區(qū)域814抑制第一接觸810在退火過程期間的聚集，導(dǎo) 致第一接觸810具有基本上平的表面和基本上均一的厚度。第一接觸810也基本上沒有凸起 和凹陷，如圖5中示出的Ag島。結(jié)果，第一接觸810具有與沉積之后但退火之前的第一接觸 810的光學(xué)反射率基本上類似的退火步驟之后的光學(xué)反射率。換言之，退火不會明顯地劣化 第一接觸810的反射率。在一個實施方案中，第一接觸810具有在約90%和約99%之間的光 學(xué)反射率。在一個實施方案中，第一接觸810具有大于94%和至多99%的光學(xué)反射率。
[0046]圖8F中，生長基板800使用任何已知的方法除去。在一個實施方案中，生長基板800 使用化學(xué)蝕刻除去。在另一實施方案中，生長基板800使用激光剝離(LL0)除去。在又一實施 方案中，生長基板800使用機(jī)械研磨除去。在又一實施方案中，生長基板800使用干式蝕刻除 去，如電感耦合等離子體反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。圖8G中，蝕刻LED 801的第一半導(dǎo)體層804、發(fā) 光層806和第二半導(dǎo)體層808以形成臺式結(jié)構(gòu)(mesa structure)從而促進(jìn)將LED 801切成小 塊來創(chuàng)建單個的LED組件。第二接觸812形成于第二半導(dǎo)體層808上，并且電連接至第二半導(dǎo) 體層。圖8G中示出的LED組件是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的完整的垂直LED組件。
[0047]圖9A和9B示出形成根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的倒裝芯片型LED組件的可選的制造 步驟的截面圖。在圖9A中示出的步驟之前，前述制造步驟基本上與圖8A-8E中示出的制造步 驟相同。圖9A中，代替如圖8E中示出的結(jié)合操作基板，蝕刻第一半導(dǎo)體層904和發(fā)光層906的 一部分以露出第二半導(dǎo)體層908的一部分。第一接觸910沉積在第一半導(dǎo)體層904的表面903 上，第二接觸912沉積在第二半導(dǎo)體層908的露出部分上。如圖8E中一樣，第一接觸910包括 高反射性單質(zhì)或合金，例如，銀(Ag)。在一個實施方案中，銀(Ag)第一接觸910直接接觸第一 半導(dǎo)體層904的表面903,而沒有鎳(Ni)、或任何其他降低銀(Ag)第一接觸910的反射率的材 料的中介層。第二接觸912可包括適合于與第二半導(dǎo)體層908形成歐姆接觸的任何材料，如 鈦(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、或鋁(A1)。對于第二接觸912不必要是高反射性的，因為蝕刻掉發(fā) 光層906從而使第二接觸912接觸第二層908。
[0048] 第一和第二接觸910和912均退火以分別與第一半導(dǎo)體層904和第二半導(dǎo)體層908 形成歐姆接觸。在一個實施方案中，退火在大于300°C和450°C的溫度下發(fā)生。退火環(huán)境包括 氮氣(N2)和氧氣(0 2)。在一個實施方案中，第一接觸910和第二接觸912退火小于2分鐘。在另 一實施方案中，第一接觸910和第二接觸912優(yōu)選退火約1分鐘。再次，第一層904的氧化區(qū)域 914抑制第一接觸910在退火過程期間的聚集。結(jié)果，第一接觸910具有與沉積之后但退火之 前的第一接觸910的光學(xué)反射率基本上類似的退火步驟后的光學(xué)反射率。
[0049]圖9B中，具有第一互連器916和第二互連器918的基臺連接至LED 901，其中第一接 觸910電連接至第一互連器918,和第二接觸912電連接至第二互連器918。圖9B中示出的LED 組件是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的完整的倒裝芯片型LED組件。任選地，如果使用不透明的 生長基板900,可以除去生長基板從而使由發(fā)光層906發(fā)射出的光子911在裝置操作期間逃 脫。
[0050]在任一實施方案中，無論是使用倒裝芯片型還是垂直LED組件結(jié)構(gòu)，使用圖8A-8G 和圖9A-9B中示出的步驟制造的LED組件將具有相對于現(xiàn)有技術(shù)的LED組件改進(jìn)的光輸出功 率，因為氧化區(qū)域814和914抑制第一接觸810和910分別在退火期間的聚集，如此，消除光學(xué) 地劣化材料如鎳(Ni)或二氧化鈦(Ti02)的需要。如此，第一接觸810和910退火之后的反射 率分別將基本上與第一接觸810和910在其沉積之后且退火之前的反射率類似。光輸出功率 的觀察到的改進(jìn)將隨著操作條件的增加而按線性比例確定，使通過圖8A-8G和9A-9B中示出 的制造形成的LED組件適合于低功率和高功率這兩種應(yīng)用。
[0051] 返回參考圖8E中示出的步驟，除了氧(02)等離子體灰化之外，還考慮額外的表面 處理以形成氧化區(qū)域814。其他表面處理包括，氧(0 2)反應(yīng)性離子蝕刻(02-RIE)、氫氟酸(HF: H20的比例1:10)的施加、緩沖氧化蝕刻(Β0Ε; HF: NH4F: H20的比例1:4:5)、硝酸(HN〇3: H20的比 例1:1)的施加、鹽酸（HC1:H20的比例1:1)的施加、磷酸（H 3P〇4)的施加、和食人魚溶液 (piranha solution) (H2S〇4:H2〇2的比例5:1)的施加。為評價各種表面處理的效率，對各處 理測量退火前后的在第一半導(dǎo)體層804的表面803上沉積的100nm的銀(Ag)層的反射率：
[0052] 表 8-la:
[0053]
L〇〇56J 表8-la和8-lb中，η」見氧（〇2)等離于體灰化導(dǎo)致在測試的所有其他表?處理之中 最高的效率(退火之前的反射率（％ )/退火之后的反射率（％ ))，并且僅表面處理導(dǎo)致退火 之后的銀(Ag)的反射率在94%之上。額外地，氧(02)等離子灰化導(dǎo)致在退火之后的銀(Ag) 層的最平整表面，在暗場成像下具有非常小到?jīng)]有可察覺的聚集。所有其他的表面處理顯 示在暗場成像下輕微到嚴(yán)峻的銀(Ag)層的聚集。雖然對于硝酸(HN0 3:H20)、鹽酸(HC1:H20)、 和食人魚溶液(H2S0 4:H202)處理觀察銀(Ag)層的輕微的聚集，應(yīng)了解到這些處理對于實現(xiàn) 銀(Ag)層的大于90%反射率也是有效的，并且適合于形成根據(jù)本發(fā)明其他實施方案的氧化 區(qū)域814。
[0057]本發(fā)明的各方面的其他目標(biāo)、優(yōu)點和實施方案對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說是顯 然的，并且在說明書和附圖的范圍內(nèi)。例如，但沒有限定，結(jié)構(gòu)或功能要素可以與本發(fā)明一 致地重排，或者方法步驟重新排序。類似地，根據(jù)本發(fā)明的原理可以應(yīng)用至其他實例，即使 這里沒有詳細(xì)地具體描述，但仍將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種發(fā)光二極管LED組件，其包括： 包括在具有第一導(dǎo)電性類型的包括III-V族半導(dǎo)體材料的第一層與具有第二導(dǎo)電性類 型的包括III-V族半導(dǎo)體材料的第二層之間設(shè)置的發(fā)光層的LED，所述第一層具有從所述第 一層的與所述第二層相反的表面向內(nèi)延伸的氧化區(qū)域;和 設(shè)置于所述第一層的與所述第二層相反的表面上且電連接至所述第一層的第一接觸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其進(jìn)一步包括設(shè)置于所述第二層的表面上且電連接 至所述第二層的第二接觸。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述氧化區(qū)域的氧的濃度與III族元素的濃度 的比例為1:1000至1:10。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述氧化區(qū)域從所述第一層的與所述第二層相 反的表面向內(nèi)延伸至多70nm〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述III-V族半導(dǎo)體材料為氮化鎵GaN。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED組件，其中所述氧化區(qū)域包括氧化鎵Ga2〇3。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸包括單質(zhì)或合金。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸為銀Ag。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸在所述第一接觸與所述第一層的 界面處基本上沒有鎳Ni、鋅Zn、鈀Pd、鈦Ti、或具有比銀Ag低的光學(xué)反射率的任何材料。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸與所述第一層形成歐姆接觸。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸具有基本上均一的厚度。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸的與所述第一層相反的表面是 基本上平的。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸的與所述第一層相反的表面基 本上沒有凸起和凹陷。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸具有在90%至99%之間的光學(xué) 反射率。15. -種發(fā)光二極管LED組件的形成方法，其包括： 提供基板； 在所述基板的表面上形成LED，所述LED包括在具有第一導(dǎo)電性類型的包括III-V族半 導(dǎo)體材料的第一層與具有第二導(dǎo)電性類型的包括III-V族半導(dǎo)體材料的第二層之間設(shè)置的 發(fā)光層； 形成從所述第一層的與所述第二層相反的表面向內(nèi)延伸的氧化區(qū)域;和 在所述第一層的所述表面上沉積第一接觸。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括： 在所述第二層上沉積第二接觸。17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述氧化區(qū)域的氧的濃度與III族元素的濃度的 比例為1:1000至1:10。18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述氧化區(qū)域從所述第一層的與所述第二層相 反的表面向內(nèi)延伸至多70nm〇19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括： 在形成所述氧化區(qū)域的步驟之前焙燒所述LED。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述LED在包括氮氣N2和氧氣02的環(huán)境下焙燒。21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述LED焙燒小于10分鐘。22. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述氧化區(qū)域通過將所述第一層的所述表面進(jìn) 行氧〇2等離子體灰化來形成。23. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述III-V族半導(dǎo)體材料為氮化鎵GaN。24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述氧化區(qū)域包括氧化鎵Ga2〇3。25. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括： 將所述第一接觸退火，在所述第一接觸與所述第一層之間形成歐姆接觸。26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中將所述第一接觸在約300°C至約450°C之間的溫 度下退火。27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第一接觸在包括氮氣N2和氧氣02的環(huán)境下退 火。28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第一接觸退火小于2分鐘。29. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第一接觸在所述退火步驟之后具有基本上 均一的厚度。30. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第一接觸的與所述第一層相反的表面在所 述退火步驟之后是基本上平的。31. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第一接觸的與所述第一層相反的表面在所 述退火步驟之后基本上沒有凸起和凹陷。32. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第一接觸在所述退火步驟之后具有與所述 第一接觸在所述沉積步驟之后且所述退火步驟之前的光學(xué)反射率基本上類似的光學(xué)反射 率。33. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第一接觸具有在90 %至99 %之間的光學(xué)反 射率。34. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一接觸包括單質(zhì)或合金。35. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一接觸為銀Ag。36. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一接觸在所述第一接觸與所述第一層的 界面處基本上沒有鎳Ni、鋅Zn、鈀Pd、鈦Ti、或具有比銀Ag低的光學(xué)反射率的任何材料。
【文檔編號】H01L33/36GK105990484SQ201610018396
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年1月12日
【發(fā)明人】佐藤泰介
【申請人】株式會社東芝