以氮化物為基礎的半導體發光器件及其製造方法
2023-06-16 04:14:41
專利名稱：以氮化物為基礎的半導體發光器件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及使用III-V族化合物的以氮化物為基礎的半導體的發光器件，更具體地說，涉及電流導入電極設在導電基片的兩個主要表面上的、以氮化物為基礎的半導體發光器件的改進。
背景技術：
在通常的以氮化鎵為基礎的半導體發光器件中，使用絕緣的基片，例如蘭寶石基片。利用這種絕緣基片，不可能通過絕緣基片將電流導入發光層。這樣，一般，p型和n型半導體的電極都作在堆積著半導體層的基片的同一個主要表面上。在這種情況下，必需保證一個區域，用於在基片的一個側面上形成兩個電極。與每一個電極作在基片的相應的一個主要表面側上的情況比較，基片每單位面積上形成的發光器件數目較少。另外，蘭寶石基片昂貴，並且堅硬，因此，可加工性差。在這種情況下，研究了在導電的Si基片上來形成以氮化鎵為基礎的半導體發光器件。
然而，雖然Si基片可以導電，但與導電的Si基片和n型的GaN層比較，作為供以氮化鎵為基礎的半導體層的外延生長用的中間層(緩中層)的AlN，AlGaN等的電阻率高，並且接近絕緣體。因此，在p型和n型的電極設在Si基片的前端側面和後端側面上的情況下，中間層會造成大的電壓降，並且發光器件的工作電壓增加。
圖13為在日本公開專利11-40850號中公布的以氮化物為基礎的半導體發光器件的示意性橫截面圖。這個以氮化物為基礎的半導體發光器件包括一個n型中間層702；一個n型的、用於緩和應變的超晶格層703；一個n型高載體濃度層704；一個多個量子井的發光層705；一個p型的包覆金屬層706；依次堆積在n型Si基片701的前端表面上的一個p型接觸層707和一個透光電極709。另外，該發光器件還包括在基片701的後端表面上形成的一個電極708。即p型電極709作在導電Si基片701的前端，而n型電極708作在後端。
在日本公開專利11-40850號中所述的發光器件中，n型Si基片701上的中間層702由攙入Si的Al0.15Ga0.85N:Si製成。然而，與發光器件結構內的n型Si基片701和n型GaN層704比較，這個Al0.15Ga0.85N:Si中間層702的電阻率大。這樣，當將電流從基片701的二個側面上的電極708、709導入發光層705中時，在中間層702上產生電壓降，導致發光器件的工作電壓增高。
發明內容
考慮到上述先前技術的問題，本發明的目的是要減小電流導入電極作在導電基片的二個主要表面上的、以氮化物為基礎的半導體發光器件的工作電壓。
根據本發明，一種以氮化物為基礎的半導體發光器件包括具有第一和第二個主要表面的一個導電的半導體基片；在所述基片的第一個主要表面上形成的高電阻率或絕緣的中間層；在所述中間層上形成的多個AlxByInzGa1-x-y-zN(0＜x≤1，0≤y＜1，0≤z≤1，x+y+z＝1)的氮化物半導體層；所述多個氮化物半導體層包括依次堆積在所述中間層上的至少一個第一種導電型的層，一個發光層和至少一個第二種導電型的層；穿過所述中間層或圍繞所述中間層迂迴的，用以將和所述中間層接觸的所述第一種導電型的層與所述導電基片連接的金屬薄膜；在所述第二種導電型層上形成的第一個電極；和在所述基片的第二個主要表面上形成的第二個電極；利用所述金屬薄膜可避免在所述中間層中的電壓降，以降低工作電壓。
AlxByInzGa1-x-y-zN(0＜x≤1，0≤y＜1，0≤z≤1，x+y+z＝1)也可用於製造中間層。最好中間層的厚度至少為10納米。
最好，所述金屬薄膜與所述導電基片為電阻性接觸，並且，所述第一種導電型層與所述中間層接觸。所述金屬薄膜的熔點高於900℃。從由Sc，Ti，V，Cr，Mn，Cu，Y，Nb，Mo，Ru，Hf，Ta和W組成的組中選擇的至少一種金屬用於製造所述金屬薄膜。
以氮化物為基礎的半導體發光器件還包括一個介電薄膜，用於防止所述金屬薄膜與所述發光層和所述第二種導電型層接觸。將從由SiO2，Si3N4，Sc2O3，Zr2O3，Y2O3，Gd2O3，La2O3，Ta2O5，ZrO2，LaAlO3，ZrTiO4和HfO2組成的組中選擇的至少一種材料用於製造所述介電薄膜。
所述金屬薄膜製成條狀圖形，並且，所述金屬薄膜條的排列間隔在1～500微米範圍內。所述金屬薄膜條沿著一個方向或沿著至少二個不同方向形成。
所述發光層在寬度至少為1微米的、作在所述基片上的一個分隔條所分隔的區域上形成。利用介電薄膜作為所述分隔條。將從由SiO2、Si3N4，Sc2O3，Zr2O3，Y2O3，Gd2O3，La2O3，Ta2O5，ZrO2，LaAlO3，ZrTiO4和HfO2組成的組中選擇的至少一種材料用於製造所述介電薄膜。另一種方案是將從由Sc，Ti，V，Cr，Mn，Cu，Y，Nb，Mo，Ru，Hf、Ta和W組成的組中選擇至少一種金屬用於製造所述分隔條。
使用含有攙雜劑的Si，ZnO或GaP製造所述導電的半導體基片。
一種製造以氮化物為基礎的半導體發光器件的方法，該方法包括下列步驟在薄膜沉積系統中，在所述導電的半導體基片上形成至少所述的中間層；在暫時地取出所述至少是中間層作在所述基片上的晶片，放至大氣中以後，形成穿過所述中間層的一個開口部分；在所述開口部分中形成所述的金屬薄膜；和在將所述晶片放回所述薄膜沉積系統中以後，形成所述多個氮化物半導體層。
另外以氮化物為基礎的半導體發光器件的方法，該方法包括下列步驟在所述基片上形成所述由介電薄膜製成的分隔條；形成所述的中間層；形成所述的多個氮化物半導體層；除去所述分隔條；形成用於防止所述發光層和所述第二種導電型層與所述金屬薄膜接觸的絕緣薄膜；和形成通過所述中間層的側表面、將所述第一種導電型層與所述導電基片連接的所述金屬薄膜。
以氮化物為基礎的半導體發光器件的方法可包括下列步驟利用所述的中間層作為腐蝕停止層，通過第一次腐蝕除去所述導電基片的一個部分；通過第二次腐蝕，除去經所述第一次腐蝕露出的所述中間層的一個部分；和形成通過經所述的第二次腐蝕部分地除去的所述中間層的區域，使所述第一種導電型層與所述導電基片連接的所述金屬薄膜。
從下面結合附圖對本發明的詳細說明中，將可以更清楚地了解本發明的上述和其他目的，特點、方面和優點。
圖1A～1C和2A～2B為表示根據本發明的第一個實施例的發光二極體的製造工序的示意性橫截面圖；圖3A～3C和圖4為表示根據本發明的第二個實施例的發光二極體的製造工序的示意性橫截面圖；圖5A～5D為表示可以代替圖3A～3C所示的工序的製造工序的示意性橫截面圖；圖6A～6C和圖7A～7B為表示根據本發明的第三個實施例的發光二極體的製造工序的示意性橫截面圖；圖8A～8B和圖9A～9B為表示根據本發明的第4個實施例的發光二極體的製造工序的示意性橫截面圖；圖10～10B和圖11A～11B為表示根據本發明的第5個實施例的發光二極體的製造工序的示意性橫截面圖；圖12為表示相應的實施例中的發光二極體的工作電壓與電流關係的特性的圖；圖13為表示通常的發光二極體的示意性橫截面圖。
具體實施例方式
第一個實施例圖1A～1C和圖2A～2B為表示根據本發明的第一個實施例的、以氮化物為基礎的半導體發光器件的製造工序的示意性橫截面圖。這裡，為了附圖清楚和簡單起見，厚度、寬度和其它尺寸關係作了適當改變，因此附圖不是按比例繪製的。
參見圖1A，使用利用5％氟化氫(HF)的水溶液清潔的n型Si基片101。Si基片具有由結晶平面{111}構成的一個主要表面。在金屬有機化學蒸氣沉積(MOCVD)系統中，Si基片101安裝在一個基座上，並在H2氖圍中，在1100℃下進行烘烤。以後，在相同的基片溫度下和使用H2作為載體氣體，利用三甲基鋁(TMA)和氨(NH3)形成厚度至少為10納米(nm)的AlN中間層102；和利用三甲鎵(TMG)和NH3形成厚度為500納米的n型GaN層103。
接著，將圖1A所示的晶片取出至大氣中。如圖1B所示，利用光刻法作出與Si基片101的結晶1-10方向平行的用於形成金屬薄膜的溝槽。這時，利用活性離子腐蝕法(RIE)形成深度達到Si基片101的溝槽。
以後，如圖1C所示，利用濺鍍法等，在該溝槽上形成厚度為800納米的鎢(W)薄膜104。在鎢薄膜104上形成厚度為4納米的SiO2薄膜105，用以防止金屬薄膜與發光器件中包括的活性層和p型半導體層短路。鎢薄膜104和SiO2薄膜105的總厚度比從n型GaN層103的表面至由RIE法形成的溝槽底部的深度大。溝槽的寬度為150微米(μm)，溝槽之間的間隔為200微米。
另外，在圖2A中，在MOCVD系統，再次將基片溫度快速升高至1100℃，並利用TMG和NH3形成厚度為300納米的n型GaN層106。這時，使n型GaN層106沉積至厚度足以覆蓋在溝槽上面形成的SiO2薄膜105的邊緣部分。此後，在基片溫度為750℃下，利用三甲基銦(TMI)，TMG和NH3形成一個MQW(多個量子井)活性層107。該活性層107具有一個堆積在另一個上的四對In0.08Ga0.92N井層和GaN壁壘層。其次，在1100℃的基片溫度下，利用TMG，NH3和環戊二烯基鎂(Cp2Mg)作為攙雜劑，形成攙有Mg的p型Al0.15Ga0.85N包覆層108。接著，在同樣的基片溫度下，利用TMG，NH3和Cp2Mg形成攙入Mg的p型GaN接觸層109。
其次，將圖2A所示的晶片取出至大氣中，並且如圖2B所示，利用蒸氣作用，在p型GaN接觸層109上形成Pd制的透光電極110和Au墊片電極111。另外，利用蒸氣作用，在Si基片101的後端側面形成一個n型電極112。以後，形成一個SiO2介電薄膜(沒有示出)，以保護電極和覆蓋多個半導體層。在圖2B中，只表示了與晶片中一個發光器件晶片相適應的區域。
以後，利用劃割或切割裝置，將晶片分割成單獨的、以氮化物為基礎的半導體發光器件的晶片。每一個晶片都是矩形形狀，其一個側面與上述的1-10方向平行地穿過上述溝槽，而另一個側面則與該溝槽垂直。
圖12為表示以氮化物為基礎的半導體發光器件中的工作電壓和電流的關係的特性(以後也稱為「電流對工作電壓特性」)的圖。在這個圖中，曲線61表示根據日本公開專利11-40850號的發光器件的特性。曲線62表示根據第一個實施例的發光器件的特性。
從圖12可看出，第一個實施例的發光器件工作電壓比通常情況的要低，並且電流對工作電壓特性改善。在通常情況下，當電極在Si基的兩個側面上形成時，從發光器件外面導入的電流必需通過電阻率高的中間層。然而，採用第一個實施例的發光器件時，從外部導入的電流可通過金屬薄膜，而不通過中間層，這樣就可避免由於電阻大的中間層造成的電壓降，可使工作電壓降低。
如通常已知的那樣，當互相接觸的W和Si在高溫下進行熱處理時，則在界面上會產生矽化物WSi2。當在高溫下處理時，作為LSI(大規模集成電路)中的互相連接材料的矽化物具有較高的電阻率。在第一個實施例中，與Si基片101接觸的W薄膜104暴露在高溫下，因此，至少在其界面上可能產生矽化物。然而，與LSI的大小比較，發光器件的大小足夠大，因此，矽化物的電阻率幾乎對發光器件的工作電壓沒有影響。
在第一個實施例中，W薄膜條104之間的間隔為200微米(μm)。然而，進一步研究的結果確認，如果W薄膜條的間隔至少為10微米，則可以形成具有第一個實施例結構和實際上能夠發光的發光器件。
第二個實施例圖3A～3C和圖4為表示根據本發明的第二個實施例的、以氮化物為基礎的半導體發光器件的製造工序的示意性橫截面圖。在圖3A中，在MOCVD系統中，用5％HF水溶液清潔的{111}Si基片201安裝在一個基座上，並在H2氛圍中，在1100℃下進行烘烤。以後，在相同的基片溫度下，利用H2作為載體氣體，使用TMA和NH3形成厚度至少為10納米的AlN中間層202；並利用TMG和NH3形成一個厚度為500納米的n型GaN層203。以後，將圖3A所示的晶片取出至大氣中。為了腐蝕金屬薄膜與基片201接觸的區域，形成一個與Si基片的1-10方向平行的SiO2掩膜條(沒有示出)。
以後，如圖3B所示，利用NH3，HF和CH3COOH的混合溶液，通過腐蝕至達到Si基片201的深度，形成一個溝槽。
接著，如圖3C所示，利用濺鍍等方法，形成厚度為800納米的W薄膜204，並在其上形成厚度為4納米的SiO2薄膜205。這時，W薄膜204的厚度比從n型GaN層203的表面至由RIE法形成的溝槽底部的深度大。溝槽寬度為1微米(μm)，溝槽之間的間隔為5微米。
以後，在圖4中，在MOCVD系統中，再次將基片溫度快速地升高至1100℃。利用TMG和NH3形成厚度為4微米(μm)的n型GaN層206。這時，使n型GaN層206沉積至厚度完全覆蓋SiO2薄膜205。接著，在750℃的基片溫度下，利用TMI，TMG和NH3形成包括4對In0.08Ga0.92N井的層和GaN壁壘層的MQW活性層207。其次，在1100℃的基片溫度下，利用TMG，NH3和Cp2Mg作為攙雜劑，形成攙入Mg的p型Al0.15Ga0.85N的包覆層208。接著，在同樣的基片溫度下，利用TMG，NH3和Cp2Mg形成攙入Mg的p型GaN接觸層209。
以後，將晶片取出至大氣中，並利用蒸氣作用，依次形成Pd透光電極210和Au墊片電極211；並且利用蒸氣作用在Si基片210的後端側面上形成n型電極212。其次，形成一個SiO2介電薄膜(沒有示出)，以保護電極和覆蓋多個半導體層。
然後，利用劃割或切割裝置，將晶片分割成單獨的矩形的、以氮化物為基礎的半導體發光器件晶片。每一個晶片的一個側面與Si基片的1-10方向平行，而另一個側面與該方向垂直。
在圖12中，曲線63表示第二個實施例的發光器件中的工作電壓與電流的關係特性。如圖12所示，第二個實施例的發光器件的電流對工作電壓特性，與第一個實施例的特性(曲線62)比較有改善。這大概是因為，通過在金屬薄膜204上形成厚的n型GaN層206，在活性層207附近的錯位密度減小，使結晶性改善，因而可使第二個實施例的電流對工作電壓特性比第一個實施例的該特性改善。
在第二個實施例中，W薄膜條204之間的間隔為5微米(μm)。然而，進一步的研究發現，如果W薄膜條的間隔至少為1微米和至多為10微米，則可以形成具有第二個實施例結構和實際上能發光的發光器件。
如圖4所示的發光器件還可通過圖5A～5D所示的製造工序，而不是圖3A～3C所示的製造工序製造。根據圖5A～5D所示的工序，如圖5A所示，在用5％HF水溶液清潔的{111}Si基片201上，形成一個SiO2掩膜條205。其次，如圖5B所示，利用MOCVD法，形成AlN中間層202和在其上面的n型GaN層203。將圖5B所示的晶片取出至大氣中，並如圖5C所示，通過除去SiO2掩膜條205形成溝槽。然後，如圖5D所示，利用光刻法，通過蒸發在該溝槽上形成一個W薄膜204，然後用濺鍍法，在其上形成SiO2薄膜205。然後，進行結合圖4所述的工序，得到圖4所示的發光器件。該發光器件的工作電壓與電流的關係特性同樣得到改善。
第3個實施例圖6A～6C和圖7A～7B為表示根據本發明的第三個實施例的、以氮化物為基礎的半導體發光器件的製造工序的示意性橫截面圖。在圖6A中，在MOCVD系統中，將用5％HF水溶液清潔的{111}Si基片301安裝在一個基座上，並在H2氛圍中，在1100℃進行烘烤。此後，在同樣的基片溫度下，利用H2作為載體氣體，利用TMA和NH3形成厚度至少為10納米的AlN中間層302；和利用TMG與NH3形成厚度為2微米(μm)的n型GaN層303。然後，在750℃的基片溫度下，利用TMI，TMG和NH3形成包括4對In0.08Ga0.92N井的層和GaN壁壘層的MQW活性層304。其次，在1100℃的基片溫度下，利用TMG，NH3和Cp2Mg作為攙雜劑，形成攙入Mg的p型Al0.15Ga0.85N的包覆層305。接著，在相同的基片溫度下，利用TMG，NH3和Cp2Mg形成攙入Mg的p型GaN接觸層306。
以後，在基片的後端上形成一個SiO2掩膜條(沒有示出)，以便在Si基片301上形成一個開口部分。如圖6B所示，當有掩膜時，利用NH3HF和CH3COOH的混合溶液腐蝕Si基片301，形成基片上的開口部分。與蘭寶石基片或難以腐蝕的SiC基片相反，在AlN中間層302作為腐蝕停止層時，可以腐蝕Si基片301。然後，如圖6C所示，利用RIE法腐蝕AlN中間層302。
接著，如圖7A所示，利用蒸發方法形成按Ti和Al次序堆積的Ti和Al分層薄膜作為與導電的Si基片301，AlN中間層302和n型GaN層303接觸的n型電極307。
然後，如圖7B所示，在p型GaN接觸層306上形成Pd透光電極308，和在其上形成Au墊片電極309。還形成了一個SiO2介電薄膜(沒有示出)，以保護電極和覆蓋多個半導體層。以後，利用劃割或切割裝置，將晶片分割成單獨的以氮化物為基礎的半導體發光器件晶片。
在圖12中，曲線64表示第三個實施例的發光器件的工作電壓和電流的關係特性。如圖12所示，與第一個實施例(曲線62)和第二個實施例(曲線63)比較，第三個實施例的發光器件的電流對工作電壓特性進一步改善。即在第三個實施例的發光器件中，金屬薄膜307不但可以避免中間層302的高電阻率，而且可以避免Si基片301的電阻率，使發光器件的電阻率大大減小，因此與第一和第二個實施例比較，工作電壓可進一步降低。
第4個實施例圖8A～8B和圖9A～9B為表示根據本發明的第4個實施例的、以氮化物為基礎的半導體發光器件的製造工序的示意性橫截面圖。在圖8A中，在MOCVD系統中，用5％HF水溶液清潔的{111}Si基片401安裝在一個基座上，並在H2氛圍中，在1100℃下進行烘烤。以後，利用H2作為載體氣體，在同樣的基片溫度下，利用TMA和NH3形成厚度至少為10納米的AlN中間層402；並利用TMG和NH3形成厚度為2微米(μm)的n型GaN層403。然後，在750℃的基片溫度下，利用TMI，TMG和NH3形成包括4對In0.08Ga0.92N井的層和GaN壁壘層的MQW活性層404。其次，在1100℃的基片溫度下，利用TMG，NH3和Cp2Mg作為攙雜劑，形成攙入Mg的p型Al0.15Ga0.85N的包覆層405。接著，在相同的基片溫度下，利用TMG，NH3和Cp2Mg形成攙入Mg的p型GaN接觸層406。
然後，將如圖8A所示的晶片取出至大氣中，並且如圖8B所示，利用RIE法，形成從p型GaN接觸層406達到n型GaN層403的溝槽。這時，為了更容易地分割發光器件晶片起見，溝槽之間的間隔設定為200微米。圖8B表示相應於只有一個由溝槽限定的發光器件晶片的區域。
然後，如圖9A所示，形成SiO2薄膜407。其次，利用光刻法，形成從n型GaN層403的露出的表面達到Si基片401的溝槽。形成金屬薄膜408，將n型GaN層403與導電的Si基片401連接起來。這裡，SiO2薄膜407用於防止金屬薄膜408與活性層404和p型層405及406接觸。然後，再通過蒸發，使Ti/Al分層薄膜沉積形成一個n型電極409。
以後，如圖9B所示，形成Pd透光電極410和在其上的Au墊片電極411。其次，形成SiO2介電薄膜(沒有示出)，以保護電極和覆蓋多個半導體層。然後，利用劃割或切割裝置，將晶片分割成單獨的、以氮化物為基礎的半導體發光器件晶片。
根據第4個實施例的發光器件的工作電壓與電流的關係特性與圖12中曲線62所示的第一個實施例的該特性相同。在第4個實施例中，溝槽之間的間隔設定為200微米。然而，通過將溝槽間隔改變至(例如)300微米或400微米，可以改變發光器件晶片的尺寸。
第5個實施例圖10A～10B和圖11A～11B為表示根據本發明的第5個實施例的、以氮化物為基礎的半導體發光器件的製造工序的示意性橫截面圖。如圖10A所示，為了在用5％HF水溶液清潔的{111}Si基片501上的一個200微米的方形區域內形成發光器件，利用光刻法和濺鍍法形成彼此垂直交叉的SiO2的分隔條502。這時，SiO2條的間隔為200微米，條的寬度為5微米。圖10A表示只與一個發光器件晶片相應的區域。
在圖10B中，在清潔了圖10A的晶片以後，在MOCVD裝置中將該晶片安裝在一個基座上，並在H2氛圍中，在1100℃下進行烘烤。以後，利用H2作為載體氣體，在相同的基片溫度下，利用TMA和NH3形成厚度至少為10納米的AlN中間層503；並利用TMG和NH3形成厚度為2微米(μm)的n型GaN層504。然後，在750℃的基片溫度下，利用TMI，TMG和NH3形成包括4對In0.08Ga0.92N井的層和GaN壁壘層的MQW活性層505。其次，在1100℃的基片溫度下，利用TMG，NH3和Cp2Mg作為攙雜劑，形成攙入Mg的p型Al0.15Ga0.85N包覆層506。接著，在同樣的基片溫度下，利用TMG，NH3和Cp2Mg形成攙入Mg的p型GaN接觸層507。然後，將晶片取出至大氣中，並用5％HF水溶液等除去SiO2分隔條502。
以後，如圖11A所示，利用光刻法和RIE法除去氮化物半導體層504～507的部分，並利用濺鍍法形成SiO2薄膜508。
然後，如圖11B所示，為了使n型GaN層504與導電的Si基片501連接，利用光刻法和蒸氣作用形成Ti/Al堆積層的金屬薄膜509。這裡，SiO2薄膜508用於防止金屬薄膜509與活性層505和p型層506及507接觸。然後，再形成Pd透光電極510和Au墊片電極511。在Si基片501的後端側面上形成n型電極512。
其次，形成一個SiO2介電薄膜(沒有示出)，以保護電極和覆蓋多個半導體層。然後，利用劃割或切割裝置，將晶片分割成單獨的以氮化物為基礎的半導體發光器件的晶片。根據第5個實施例的發光器件的工作電壓與電流的關係特性，與圖12中的曲線62所示的第一個實施例的該特性相同。
在第5個實施例中，利用SiO2形成分隔條502。然而，該分隔條可由從下列材料組成的組中選擇的至少一種介電材料製成Si3N4，Sc2O3，Zr2O3，Y2O3，Gd2O3，La2O3，Ta2O5，ZrO2，LaAlO3，ZrTiO4和HfO2；或由下列元素組成的組中選擇的至少一種金屬製成Sc，Ti，V，Cr，Mn，Cu，Y，Nb，Mo，Ru，Hf和Ta及W。分隔條也可用上述的介電材料和金屬二者製成。
在第一和第二個實施例中，利用W作為金屬薄膜104，204。這是因為W的熔點比GaN層的生長溫度高得多，因此，即使在形成金屬薄膜以後，AlxByInzGa1-x-y-zN(0＜x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1)層生長，金屬薄膜也不大可能受熱的影響。進一步研究的結果發現，只需選擇熔點比900℃高的金屬就可以，因為這個熔點比GaN層的生長溫度高。因此，不必限於W，金屬薄膜可由從Sc，Ti，V，Cr，Mn，Cu，Y，Nb，Mo，Ru，Hf和Ta組成的組中選擇至少一種金屬製成。
在第一和第二個實施例中，利用SiO2形成在金屬薄膜104、204上的介電薄膜。另一種方案是，可以利用從Si3N4，Sc2O3，Zr2O3，Y2O3，Gd2O3，La2O3，Ta2O5，ZrO2，LaAlO3，ZrTiO4和HfO2組成的組中選擇的至少一種材料。
在第一和第二個實施例中，利用AlN形成中間層102、202。可以不用AlN，而採用AlxByInzGa1-x-y-zN(0＜x≤1，0≤y＜1，0≤z≤1，x+y+z＝1)的DBR(分布式Bragg反射)層；或也可以採用AlN層和DBR層二者。
在第3、第4和第5個實施例中，在形成氮化物半導體層時，金屬薄膜307、408和509不暴露在如在第一和第二個實施例那樣的高溫下。因此，不需要採用熔點至少為900℃這麼高的金屬。因此，金屬或含有與導電的Si基片和n型GaN層的電阻性接觸的金屬的化合物就足夠了。
在第1至第5個實施例中，活性層107、207、304、404、505可以包括一個或多個量子井層。這些層可以是不攙入Si、As或P的，或攙入Si，As或P的。在多個量子井層內的這些井層和壁壘層只能用InGaN製成，或使用InGaN和GaN二者製成。
在第1至第5個實施例中，利用{111}Si基片作為導電的半導體基片101、201、301、401、501。使用{100}Si基片或主要表面的指向稍微對{111}平面或{100}平面傾斜的Si基片，可以得到同樣的效果。還可以採用其他的導電基片，例如ZnO基片和GaP基片。
在第1～第5個實施例中，利用AlN形成中間層102、202、302、402、503。使用AlxByInzGa1-x-y-zN(0＜x≤1，0≤y＜1，0≤z≤1，x+y+z＝1)也可以得到同樣的效果。
在第1～第4個實施例中，形成一些溝槽，每一個溝槽都作為形成與中間層接觸的AlxByInzGa1-x-y-zN(0＜x≤1，0≤y＜1，0≤z≤1，x+y+z＝1)層與導電基片連接的金屬薄膜的一個區域。不需要沿著一個方向形成溝槽。溝槽也可以至少沿著二個不同方向形成。
如上所述，根據本發明，可以減小導入電流的電極作在基片的二個主要表面上的、以氮化物為基礎的半導體發光器件的工作電壓。
雖然，詳細地說明了本發明，但很清楚，這些說明只是示例性的，不是對本發明的限制。本發明的精神和範圍只由所附的權利要求書限制。
權利要求
1.一種以氮化物為基礎的半導體發光器件，它包括具有第一和第二個主要表面的一個導電的半導體基片；在所述基片的第一個主要表面上形成的高電阻率或絕緣的中間層；在所述中間層上形成的多個AlxByInzGa1-x-y-zN(0＜x≤1，0≤y＜1，0≤z≤1，x+y+z＝1)的氮化物半導體層；所述多個氮化物半導體層包括依次堆積在所述中間層上的至少一個第一種導電型的層，一個發光層和至少一個第二種導電型的層；穿過所述中間層或圍繞所述中間層迂迴的，用以將和所述中間層接觸的所述第一種導電型的層與所述導電基片連接的金屬薄膜；在所述第二種導電型層上形成的第一個電極；和在所述基片的第二個主要表面上形成的第二個電極；其中，利用所述金屬薄膜避免在所述中間層中的電壓降，以降低工作電壓。
2.如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，將AlxByInzGa1-x-y-zN(0＜x≤1，0≤y＜1，0≤z≤1，x+y+z＝1)用於製造所述中間層。
3.如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，所述中間層的厚度至少為10納米。
4.如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，所述金屬薄膜與所述導電基片為電阻性接觸，並且，所述第一種導電型層與所述中間層接觸。
5.如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，所述金屬薄膜的熔點高於900℃。
6.如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，從由Sc，Ti，V，Cr，Mn，Cu，Y，Nb，Mo，Ru，Hf，Ta和W組成的組中選擇的至少一種金屬用於製造所述金屬薄膜。
7.如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，它還包括一個介電薄膜，用於防止所述金屬薄膜與所述發光層和所述第二種導電型層接觸。
8.如權利要求7所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，將從由SiO2，Si3N4，Sc2O3，Zr2O3，Y2O3，Gd2O3，La2O3，Ta2O5，ZrO2，LaAlO3，ZrTiO4和HfO2組成的組中選擇的至少一種材料用於製造所述介電薄膜。
9.如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，所述金屬薄膜製成條狀圖形，並且，所述金屬薄膜條的排列間隔在1～500微米範圍內。
10.如權利要求9所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，所述金屬薄膜條沿著一個方向或沿著至少二個不同方向形成。
11.如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，所述發光層在寬度至少為1微米的、作在所述基片上的一個分隔條所分隔的區域上形成。
12.如權利要求11所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，利用介電薄膜作為所述分隔條。
13.如權利要求12所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，將從由SiO2、Si3N4，Sc2O3，Zr2O3，Y2O3，Gd2O3，La2O3，Ta2O5，ZrO2，LaAlO3，ZrTiO4和HfO2組成的組中選擇的至少一種材料用於製造所述介電薄膜。
14.如權利要求11所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，將從由Sc，Ti，V，Cr，Mn，Cu，Y，Nb，Mo，Ru，Hf、Ta和W組成的組中選擇至少一種金屬用於製造所述分隔條。
15.如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件，其特徵為，使用含有攙雜劑的Si，ZnO或GaP製造所述導電的半導體基片。
16.一種製造如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件的方法，該方法包括下列步驟在薄膜沉積系統中，在所述導電的半導體基片上形成至少所述的中間層；在暫時地取出所述至少中間層作在所述基片上的晶片，放至大氣中以後，形成穿過所述中間層的一個開口部分；在所述開口部分中形成所述的金屬薄膜；和在將所述晶片放回所述薄膜沉積系統中以後，形成所述多個氮化物半導體層。
17.一種製造如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件的方法，該方法包括下列步驟在所述基片上形成所述分隔條；形成所述的中間層；形成所述的多個氮化物半導體層；除去所述分隔條；形成用於防止所述發光層和所述第二種導電型層與所述金屬薄膜接觸的絕緣薄膜；和形成通過所述中間層的側表面、將所述第一種導電型層與所述導電基片連接的所述金屬薄膜。
18.一種製造如權利要求1所述的以氮化物為基礎的半導體發光器件的方法，該方法包括下列步驟利用所述的中間層作為腐蝕停止層，通過第一次腐蝕除去所述導電基片的一個部分；通過第二次腐蝕，除去經所述第一次腐蝕露出的所述中間層的一個部分；和形成通過經所述的第二次腐蝕部分地除去的所述中間層的區域，使所述第一種導電型層與所述導電基片連接的所述金屬薄膜。
全文摘要
一種以氮化物為基礎的半導體發光器件包括具有第一和第二個主要表面的一個導電的半導體基片；在第一個主要表面上形成的高電阻率或絕緣的中間層；在中間層上形成的多個Al
文檔編號H01L21/28GK1424776SQ0215487
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月4日 優先權日2001年12月7日
發明者山本健作, 小出典克 申請人:夏普公司