氮化鎵系發光二極體器件的製作方法
2024-04-01 16:35:05 1
專利名稱：氮化鎵系發光二極體器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件，尤其涉及一種電極直引型氮化鎵系發光二極體器件。
背景技術：
當前，在全球氣候變暖問題日趨嚴峻的背景下，節約能源、減少溫室氣體排放成為全球共同面對的重要問題。以低能耗、低汙染、低排放為基礎的低碳經濟，將成為經濟發展的重要方向。在照明領域，以LED (發光二極體)為代表的半導體發光產品，具有節能、環保， 以及光源壽命長、體積小等優點，正吸引著世人的目光。目前氮化鎵基發光二極體的常規結構如圖1所示包括第一種半導體載流子注入層1，控制發光波長的活化層2，第二種半導體載流子注入層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體層與外部線路的電連接，其起的作用是導入電極與半導體層的歐姆接觸(Ohmic contact)，改善晶片器件的電性能。形成金屬焊盤的方式一般是將晶片置於轉盤上進行蒸鍍，蒸鍍的材料為Cr、Ni、Pt、Ti等金屬，合金後形成歐姆接觸，再通過Au、h等高純金屬線或金屬球連接外部電路。這樣的晶片結構需要導入金屬蒸鍍工藝和合金工藝，不僅費時，而且還要消耗大量的貴金屬，同時還需要額外的光刻工藝來實現焊盤圖形。對於水平式正裝結構和垂直結構的發光二極體，由於焊盤的面積佔整個出光面的20-25%，造成了晶片出光效率的下降。因此，改進氮化鎵基發光二極體結構，提高出光效率並降低工藝成本成為本領域研究的熱點。
發明內容
本發明的目的是解決現有氮化鎵系發光二極體器件結構的電極遮光問題以及電極製備過程中工藝複雜和成本高的問題，提出一種改進的氮化鎵系發光二極體器件結構。為解決上述技術問題，本發明提出一種改進結構的氮化鎵系發光二極體器件，包括依次層疊的第一種半導體載流子注入層、控制發光波長的活化層、第二種半導體載流子注入層，和金屬線或金屬球。其中，所述的第二種半導體載流子注入層包括含電流擴展層和不含電流擴展層兩種結構。所述的第二種半導體載流子注入層當含有電流擴展層時，所述的電流擴展層可為透明導電層或金屬層。本發明提出的氮化鎵系發光二極體器件具有非常高的發光效果，比現有技術的光通量提高10-20%，同時，具有此結構的氮化鎵系發光二極體器件生產工藝更簡單，生產成本有較大幅度的下降，具有非常廣闊的產業化前景。
下面結合附圖和實施例對本發明作詳細的說明，其中 圖1是現有結構的氮化鎵系發光二極體器件的結構示意圖；圖2是本發明提出的氮化鎵系發光二極體器件的結構示意圖； 圖3是本發明第一實施例的結構示意圖； 圖4是現有正裝結構的氮化鎵系發光二極體器件的結構示意圖； 圖5是本發明第二實施例的結構示意圖； 圖6是本發明第三實施例的結構示意圖； 圖7是本發明第四實施例的結構示意圖。
具體實施例方式為了更具體地說明本發明，現給出若干實施例。但本發明所涉及的內容並不僅僅局限於這些實施例。如圖2所示，本發明提出的氮化鎵系發光二極體器件包括依次層疊的第一種半導體載流子注入層1，控制發光波長的活化層2，第二種半導體載流子注入層3，和用作電極引線的金屬線或金屬球5。圖3為本發明的第一實施例。該實施例以水平式正裝結構說明本發明的結構和方法。所謂正裝結構是指η電極和ρ電極均位於發光二極體的同一出光面。首先，通過MOCVD 方法在藍寶石襯底7上依次生長η型半導體層1(對應第一種半導體載流子注入層)、控制發光波長的活化層2和ρ型半導體層3 (對應第二種半導體載流子注入層)。以上形成正裝氮化鎵系外延片的方法已為本發明所屬的技術領域中具有通常知識者所熟悉，故不再詳述。參考圖3，在外延片之上真空蒸鍍電流擴展層(透明導電層)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，通過超聲球焊技術鍵合在透明導電層層上，焊接壓力為lO-lOOg，超聲頻率為ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，溫度為50-300°C。當尺寸為1(^23 mil2時，此結構氮化鎵系發光二極體封裝後測得的光通量相比結構如圖4所示的同樣尺寸的現有正裝結構的氮化鎵系發光二極體封裝後測得的光通量提高了約20%。圖5為本發明的第二實施例。該實施例以水平式倒裝結構說明本發明的結構和方法。所謂水平式倒裝結構是指η電極和P電極均位於發光二極體的同一基板焊接面，而非出光面。首先，通過MOCVD方法在矽襯底8 (出光面)上依次生長η型半導體層1、發光層2、ρ 型半導體層3，形成倒裝氮化鎵系外延片。然後，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。採用的電極為Au、Cr、Ag的合金球5，通過超聲球焊技術鍵合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是本發明的第三實施例。該實施例以垂直結構說明本發明的結構和方法。所謂垂直結構是指η電極和ρ電極分別位於發光二極體的兩個對立面。首先，通過MOCVD方法在碳化矽襯底上依次生長η型半導體層1、發光層2和ρ型半導體層3，形成氮化鎵系外延片。然後，通過雷射剝離技術去掉碳化矽襯底，並在P型半導體層面鍵合上一層導電層7 作為P電極。在η面採用的電極為Au、Cr、Pt的合金線，通過超聲球焊技術直接鍵合在η型半導體層上，焊接壓力為lO-lOOg，超聲頻率為ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，溫度為50-300°C。當尺寸為1(^23 mil2時，此結構氮化鎵系發光二極體經過襯底剝離和封裝後的測得的光通量相比同樣尺寸的具有η型焊墊結構的氮化鎵系發光二極體封裝後測得的光通量提高了約11%。圖7是本發明的第四實施例。該實施例在外延片的η型半導體層1和ρ型半導體層3之上真空蒸鍍透明導電層，該層厚度為2000-6000埃，蒸鍍溫度為250-500°C。採用的電極為Au、Cr、Pt的合金線，通過超聲球焊技術鍵合在透明導電層上，焊接壓力為lO-lOOg， 超聲頻率為IO-IOOKHz，溫度為50-300°C。當尺寸為1(^23 mil2時，此結構氮化鎵系化合物半導體發光器封裝後的測得的光通量相比結構如圖4所示的同樣尺寸的現有氮化鎵系化合物半導體發光器封裝後測得的光通量提高了約15%以上。同時，具有此結構的氮化鎵系化合物半導體發光器生產工藝更簡單，生產成本有較大幅度的下降，具有非常廣闊的產業化前景。本發明提出的氮化鎵系發光二極體器件的製作方法，包括下述步驟通過金屬有機化學氣相沉積(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構。若引入電流擴展層，則在完成外延生長後蒸鍍一層透明的導電層或金屬層作為電流擴展層。透明導電層所採用材料為 ITO Gn2O3-SnO2)、AZO(ZnO- Al2O3)、IZO(In2O3-ZnO)、 GZO(Ga2O3-ZnO)、TiTaO2, TiNbO2, ZnO, CT0, Ni 中的一種或幾種，金屬層採用材料為 Au、Al、 Ag、Cr、Ni、Pt、Ti、Sn、In、Zn、Cd、W、V、Co 中的一種或幾種。電流擴展層厚度為 10-100，000 埃，蒸鍍溫度為50-1000°C。接下來，在電流擴展層上直接打金屬線或種金屬球，本發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。採用超聲球焊工藝，焊接壓力為10-500g，超聲頻率為1-200KHZ，溫度為50-300°C。
權利要求
1.一種氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於包括依次層疊的第一種半導體載流子注入層、控制發光波長的活化層、第二種半導體載流子注入層，和金屬線或金屬球電極。
2.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於第二種半導體載流子注入層不含電流擴展層，其化合物半導體部分所採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.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於第二種半導體載流子注入層含電流擴展層。
4.如權利要求3所述的氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於所述的電流擴展層為透明導電層，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.如權利要求3所述的氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於所述的電流擴展層為金屬層，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.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於第一種半導體載流子注入層材料的化合物半導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.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於控制發光波長的活化層結構為多量子阱結構、單量子阱結構、雙異質結結構、單異質結結構中的一種，所採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.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於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.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於第一種半導體載流子注入層材料為氮化鎵類材料，所摻元素為Si、Al、In ；控制發光波長的活化層結構為多量子阱結構，所採用的材料為氮化鎵類材料，所摻元素為h、Al、Mg、Si ；第二種半導體載流子注入層含電流擴展層，第二種半導體載流子注入層的化合物半導體部分所採用材料為氮化鎵類材料，所摻元素為In、Al、Mg、Si中，電流擴展層採用透明導電層；金屬線材料為Au、Cr、In。
10.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極體器件，其特徵在於所述的第一種半導體載流子注入層和第二種半導體載流子注入層之上真空蒸鍍透明導電層。
全文摘要
本發明公開了的一種新型的具有電極直引結構的氮化鎵系發光二極體器件，包括依次層疊第一種半導體載流子注入層，控制發光波長的活化層，第二種半導體載流子注入層，金屬線或金屬球電極。所述的第二種半導體載流子注入層包括含電流擴展層和不含電流擴展層兩種結構。本發明提供的電極直引結構的氮化鎵系發光二極體器件不採用電極焊墊結構，較大幅度地提高了出光效率，生產工藝簡單，有利於降低製造成本。
文檔編號H01L33/40GK102214765SQ20111016318
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者吳質樸, 郝銳, 馬學進 申請人:深圳市奧倫德科技有限公司