半导体发光器件及其制造方法 【技术领域】
本申请公开了一种半导体发光器件及其制造方法。背景技术
半导体发光器件及其制造方法是已知的。然而， 它们具有各种缺点。发明内容 本申请涉及如下所述的半导体发光器件以及半导体发光器件封装。
1. 一种半导体发光器件， 包括 ：
电极层 ；
设置在所述电极层上的发光结构， 所述发光结构包括 ： 第一导电型半导体层、 设置 在所述第一导电型半导体层上的有源层和设置在所述有源层上的第二导电型半导体层， 和
设置在所述发光结构上的电极， 其中所述电极包括 ：
与所述第二导电型半导体层的顶表面接触的欧姆接触层 ；
设置在所述欧姆接触层上的第一阻挡层 ；
设置在所述第一阻挡层上的包括铜的导电层 ；
设置在所述导电层上的第二阻挡层 ； 和
设置在所述第二阻挡层上的接合层。
2. 根据 1 所述的半导体发光器件， 其中在所述第二导电型半导体层的顶表面形成 有粗糙图案。
3. 根据 2 所述的半导体发光器件， 其中所述欧姆接触层形成为对应于所述粗糙图 案。
4. 根据 1 所述的半导体发光器件， 其中所述欧姆接触层包括 Cr、 Cr 合金、 Al、 Al- 合金、 Ti、 Ti- 合金、 Ag、 Ag- 合金、 Ni 或 Ni- 合金中的至少一种。
5. 根据 1 所述的半导体发光器件， 其中所述欧姆接触层由具有反射金属作为上层 的多层结构形成。
6. 根据 1 所述的半导体发光器件， 其中所述第一阻挡层由 Ni、 Ni- 合金、 Ti 或 Ti- 合金中的至少一种形成。
7. 根据 6 所述的半导体发光器件， 其中所述第一阻挡层形成为约 10nm 至约 500nm 的厚度。
8. 根据 1 所述的半导体发光器件， 其中所述导电层由 Cu 或 Cu- 合金形成。
9. 根据 8 所述的半导体发光器件， 其中所述导电层形成为约 500nm 至约 5000nm 的 厚度。
10. 根据 1 所述的半导体发光器件， 其中所述第二阻挡层由 Ni、 Ni- 合金、 Ti 或 Ti- 合金中的至少一种形成。
11. 根据 1 所述的半导体发光器件， 其中所述接合层为由 Au、 Al、 Cu 或 Cu- 合金形
成的单层或多层结构。
12. 根据 1 所述的半导体发光器件， 其中所述接合层形成为约 500nm 至约 3000nm 的厚度。
13. 一种半导体发光器件封装， 包括根据 1 所述的发光器件。
14. 根据 13 所述的半导体发光器件封装， 包括 ：
所述半导体发光器件设置在其中的主体 ；
与所述半导体发光器件电连接的多个引线电极 ； 和
配置为模制所述半导体发光器件的模制元件。
15. 一种半导体发光器件， 包括 ：
电极层 ；
设置在所述电极层上的发光结构， 所述发光结构包括 ： 第一导电型半导体层、 设置 在所述第一导电型半导体层上的第二导电型半导体层、 设置在所述第二导电型半导体层上 的有源层和设置在所述有源层上的第一导电类型的第三半导体层， 和
设置在所述发光结构上的电极， 其中所述电极包括 ：
与所述第三半导体层的顶表面接触的欧姆接触层 ；
设置在所述欧姆接触层上的第一阻挡层 ；
设置在第一阻挡层上的包括铜的导电层 ；
设置在所述导电层上的第二阻挡层 ； 和
设置在所述第二阻挡层上的接合层。
16. 根据 15 所述的半导体发光器件， 其中在所述第三半导体层的顶表面上形成有 粗糙图案。
17. 根据 16 所述的半导体发光器件， 其中所述欧姆接触层形成为对应于所述粗糙 图案。
18. 根据 15 所述的半导体发光器件， 其中所述欧姆接触层包括 Cr、 Cr- 合金、 Al、 Al- 合金、 Ti、 Ti- 合金、 Ag、 Ag- 合金、 Ni 和 Ni- 合金中的至少一种 ； 所述第一阻挡层由 Ni、 Ni- 合金、 Ti 或 Ti- 合金中的至少一种形成为约 10nm 至约 500nm 的厚度 ； 所述导电层由 Cu 或 Cu- 合金形成为约 500nm 至约 5000nm 的厚度 ； 所述第二阻挡层由 Ni、 Ni- 合金、 Ti 或 Ti- 合金中的至少一种形成 ； 并且所述接合层为由 Au、 Al、 Cu 或 Cu- 合金中的至少一种形成 的单层或多层结构且形成为约 500nm 至约 3000nm 的厚度。
19. 一种半导体发光器件封装， 包括根据 15 所述的发光器件。
20. 根据 19 所述的半导体发光器件封装， 包括 ：
所述半导体发光器件设置在其中的主体 ；
与所述半导体发光器件电连接的多个引线电极 ； 和
配置为模制所述半导体发光器件的模制元件。 附图说明
将参考以下附图详细描述实施方案， 其中相同附图标记表示相同元件， 其中 ： 图 1 是根据一个实施方案的半导体发光器件的截面图 ； 图 1A 是根据另一实施方案的半导体发光器件的截面图 ；图 2 是沿着图 1 的线 II-II 截取的半导体发光器件的截面图 ； 图 3 是图 1 的半导体发光器件的电极结构的视图 ； 图 4 至 14 是说明根据一个实施方案的半导体发光器件的制造方法的截面图 ； 图 15 是根据另一实施方案的半导体发光器件的截面图 ； 图 16 是根据另一实施方案的半导体发光器件的截面图 ； 图 17 是根据另一实施方案的半导体发光器件的截面图 ； 图 18 是沿着图 17 的线 XVIII-XVIII 截取的半导体发光器件的截面图 ； 和 图 19 是根据一个实施方案的半导体发光器件封装的截面图。具体实施方式
以下， 将具体参考实施方案， 其实例将在附图中说明。可能的话， 相同附图标记表 示相同元件。
在实施方案的描述中， 应理解， 当层 ( 或膜 )、 区域、 图案或结构称为在衬底、 层(或 膜 )、 区域、 垫或图案 “上 / 下” 时， 其可以直接在所述衬底、 层 ( 或膜 )、 区域、 垫或图案 “上 / 下” ， 或者也可以存在中间层。此外， 关于各层的 “上” 或 “下” 可基于附图进行参考。在附 图中， 为了说明清楚， 可以将各元件的尺寸放大， 并且各元件尺寸可能不同于各元件的实际 尺寸。 下文中将参考附图描述根据实施方案的半导体发光器件。
由于其物理和化学特性， 所以第 III ～ V 族氮化物半导体用作发光器件如发光二 极管 (LED) 或者激光二极管 (LD) 的芯材料。第 III ～ V 族氮化物半导体的一个实例是组 成式为 InxAlyGa1-x-yN(0 ≤ x ≤ 1， 0 ≤ y ≤ 1， 0 ≤ x+y ≤ 1) 的氮化物半导体。
LED 是用作光源或者利用化合物半导体的特性将电转化成光从而变换信号的一种 半导体器件。基于氮化物半导体的 LED 或 LD 广泛地用于发光器件中并用作各种产品例如 移动电话的键盘发光单元、 电光板和照明器件的光源。
图 1 是根据一个实施方案的半导体发光器件的截面图。 图 2 是沿着图 1 的线 II-II 截取的半导体发光器件的截面图。
参考图 1 和 2， 根据一个实施方案的半导体发光器件 100 可包括 ： 发光结构 135、 沟 道层 140、 欧姆层 150、 电极层 160、 粘合层 170 和导电支撑构件 175。
半导体发光器件 100 可利用化合物半导体如第 III-V 族化合物半导体形成。半导 体发光器件 100 可发射可见光区域的光如蓝色光、 绿色光和红色光， 并且可发射紫外区域 的光。半导体发光器件 100 在实施方案的技术范围内可改变形状和结构。
发光结构 135 可包括第一导电型半导体层 110、 有源层 120 和第二导电型半导体层 130。第一导电型半导体层 110 可利用掺杂有第一导电型掺杂剂的第 III-V 族化合物半导 体实现。例如， 第 III-V 族化合物半导体可包括选自 GaN、 AlN、 AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP 和 AlGaInP 中的至少一种。例如， 如果第一导电型半导体 层 110 由 N 型半导体形成， 则第一导电型掺杂剂可选自第 V 族元素。第一导电型半导体层 110 可形成为具有单层或多层结构 ； 但是实施方案不限于此。
在第一导电型半导体层 110 上可设置电极 115。 电极 115 可形成为例如分支形状 ； 但是实施方案不限于此。 第一导电型半导体层 110 的顶表面可形成为具有粗糙图案 112， 以
改善光提取效率 ； 但是实施方案不限于此。
电极 115 可与第一导电型半导体层 110 的顶表面接触。如果第一导电型半导体层 110 为 N 型， 则电极 115 可与 N 面表面接触。而且， 电极 115 可形成为包括至少一个垫以及 与所述垫连接的图案化的金属层。
在第一导电型半导体层 110 下可设置有源层 120。有源层 120 可形成为具有例如 单量子阱或多量子阱结构。有源层 120 可由例如第 III-V 族化合物半导体形成以具有阱层 和势垒层的周期结构。例如， 有源层 120 可形成为具有 InGaN 阱层 /GaN 势垒层或 InGaN 阱 层 /AlGaN 势垒层。
在有源层 120 上和 / 或下可形成导电覆层 (clad layer)( 未示出 )。例如导电覆 层可由基于 AlGaN 的半导体形成。
在有源层 120 下可设置第二导电型半导体层 130。第二导电型半导体层 130 可利 用例如掺杂有第二导电型掺杂剂的第 III-V 族化合物半导体形成。例如， 所述第 III-V 族 化合物半导体可包括选自 GaN、 AlN、 AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP 和 AlGaInP 中的至少一种。例如， 如果第二导电型半导体层 130 由 P 型半导体形成， 则第二导电型掺杂剂可选自第 III 族元素。第二导电型半导体层 130 可形成为具有例如单 层或多层结构 ； 但是实施方案不限于此。 如图 1A 所示， 发光结构 135 可还包括设置于第二导电型半导体层 130 下的第三导 电型半导体层 134， 所述第三导电型半导体层 134 可以是第一导电类型。 第三导电型半导体 层 134 可与第二导电型半导体层 130 的极性相反。而且， 第一导电型半导体层 110 可为 P 型半导体层， 第二导电型半导体层 130 可为 N 型半导体层。因此， 发光结构 135 可包括 N-P 结结构、 P-N 结结构、 N-P-N 结结构或 P-N-P 结结构中的至少一种。
在第二导电型半导体层 130 或第三导电型半导体层 134 下可设置沟道层 140 和欧 姆层 150。下文中， 为方便描述， 假定第二导电型半导体层 130 设置为发光结构 135 的最底 层。
沟道层 140 可沿着粘合层 170 和第二导电型半导体层 130 的外边缘形成。发光结 构 135 的边缘区域 105 可为其中沟道层 140 和 / 或绝缘层 180 可以暴露出的沟道区域。
沟道层 140 的内侧区域 D0 可与第二导电型半导体层 130 的底边缘接触， 沟道层 140 的外侧部可延伸到发光结构 135 的外边缘。沟道层 140 可以沿着第二导电型半导体层 130 的底边缘形成为例如圈、 环或框形。另外， 沟道层 140 可形成为闭环形。
沟道层 140 可由例如氧化物、 氮化物和绝缘材料中的至少一种形成。例如， 沟道层 140 可由选自 ITO( 铟锡氧化物 )、 IZO( 铟锌氧化物 )、 IZTO( 铟锌锡氧化物 )、 IAZO( 铟铝锌 氧化物 )、 IGZO( 铟镓锌氧化物 )、 IGTO( 铟镓锡氧化物 )、 AZO( 铝锌氧化物 )、 ATO( 锑锡氧 化物 )、 GZO( 镓锌氧化物 )、 SiO2、 SiOx、 SiOxNy、 Si3N4、 Al2O3 或 TiO2 的至少一种形成。
沟道层 140 在即使发光结构 135 的外壁暴露于湿气时也可防止发生电短路， 由此 使得半导体发光器件耐受高湿度。当沟道层 140 由透明材料形成时， 在激光划片工艺中辐 射激光束可透过， 从而防止金属材料由于激光辐射而发生碎裂。因此， 可防止发光结构 135 的侧壁中的层间短路。沟道层 140 可在粘合层 170 和发光结构 135 的各层 110/120/130 的 外壁之间提供预定间隔。
在沟道层 140 内侧和第二导电型半导体层 130 下可设置欧姆层 150。欧姆层 150
可与第二导电型半导体层 130 欧姆接触。例如， 欧姆层 150 可形成为 ITO、 IZO、 IZTO、 IAZO、 IGZO、 IGTO、 AZO 或 ATO。即， 欧姆层 150 可选择性地使用导电氧化物和金属。例如， 欧姆层 150 可利用 ITO( 铟锡氧化物 )、 IZO( 铟锌氧化物 )、 IZTO( 铟锌锡氧化物 )、 IAZO( 铟铝锌氧 化物 )、 IGZO( 铟镓锌氧化物 )、 IGTO( 铟镓锡氧化物 )、 AZO( 铝锌氧化物 )、 ATO( 锑锡氧化 物 )、 GZO( 镓锌氧化物 )、 IrOx、 RuOx、 RuOx/ITO、 Ni、 Ag、 Ni/IrOx/Au 或 Ni/IrOx/Au/ITO 中的 至少一种形成为单层或多层结构。
欧姆层 150 的端部 152 可与沟道层 140 的内底部接触。欧姆层 150 的端部 152 通 过与粘合层 170 的外壁间隔开预定距离 D1 从而可不暴露于半导体发光器件 100 的外部。 因 此可以防止欧姆层 150 和其他层之间界面处的剥落。而且， 欧姆层 150 的端部 152 可形成 在沟道层 140 的内端部下， 从而保护沟道层 140 的内端部 ( 内表面 )。
而且， 在第二导电型半导体层 130 下可设置电流阻挡层 145。电流阻挡层 145 可 在欧姆层 150 中、 在欧姆层 150 和第二导电型半导体层 130 之间、 或者在电极层 160 和欧姆 层 150 之间形成。电流阻挡层 145 可形成为具有比电极层 160 或粘合层 170 低的电导率。 例如， 电流阻挡层 145 可包括 ITO、 IZO、 IZTO、 IAZO、 IGZO、 IGTO、 AZO、 ATO、 ZnO、 SiO2、 SiOx、 SiOxNy、 Si3N4、 Al2O3 和 TiO2 中的至少一种。此处， 如果电极层 160 由 Ag 形成， 则电流阻挡层 145 可由例如 ITO、 ZnO 或 SiO2 形成。 电流阻挡层 145 可形成为对应于电极 115 图案的形状。而且， 电流阻挡层 145 可 在对应于电极 115 的区域中形成。电流阻挡层 145 的尺寸可根据电流分布变化。
电极层 160 可设置在欧姆层 150 下并可用作反射层。电极层 160 可例如由选自 Ag、 Ni、 Al、 Rh、 Pd、 Ir、 Ru、 Mg、 Zn、 Pt、 Au、 Hf 及其组合中的一种形成。而且， 电极层 160 可 利用金属材料和导电氧化物材料如 IZO、 IZTO、 IAZO、 IGZO、 IGTO、 AZO 和 ATO 形成为例如多 层结构。例如， 电极层 160 可由 IZO/Ni、 AZO/Ag、 IZO/Ag/Ni 或 AZO/Ag/Ni 形成。
电极层 160 可在欧姆层 150 下形成， 使得其端部 162 不与沟道层 140 接触。因此， 由于沟道层 140 的氧化物材料 ( 例如 ITO 和 SiO2) 和电极层 160 的金属 ( 例如 Ag) 之间的 接触引起相关技术半导体发光器件中粘合力下降的问题可以减少， 并且还可改善芯片可靠 性。电极层 160 可反射由发光结构 135 入射的光， 从而提高光提取效率。
在电极层 160 下可设置粘合层 170。粘合层 170 可包括阻挡金属或接合金属 (bonding metal)。例如， 粘合层 170 可包括 Ti、 Au、 Sn、 Ni、 Cr、 Ga、 In、 Bi、 Cu、 Ag 和 Ta 中 的至少一种。
在电极层 160 和沟道层 140 下可设置粘合层 170。粘合层 170 可在半导体发光器 件 100 的外壁或边缘处暴露。粘合层 170 可接触电极层 160、 欧姆层 150 的端部 152 和沟道 层 140 以提高其间的粘合力。
在粘合层 170 下可设置导电支撑构件 175。导电支撑构件 175 可以是利用例如铜 (Cu)、 金 (Au)、 镍 (Ni)、 钼 (Mo)、 铜 - 钨 (Cu-W) 或者载体晶片 ( 例如 Si、 Ge、 GaAs、 ZnO、 SiC、 GaN 和 SiGe) 形成的基础衬底。导电支撑构件 175 也可利用例如导电片材形成。
发光结构 135 的外边缘可以是倾斜的。绝缘层 180 可以沿着发光结构 135 的外边 缘形成。绝缘层 180 可具有设置在沟道层 140 上的底部 182 和设置在第一导电型半导体层 110 周围的顶部 184。因此， 对绝缘层 180 的粘合力可提高并且可防止发光结构 135 的层间 短路。
参考图 2， 沟道层 140 的内侧部可设置在半导体区域 E1 中。另外， 沟道层 140 的 外侧部可设置在半导体区域 E1 之外的区域 C1 和 C2 中。电流阻挡层 145 可设置在欧姆层 150 的内侧区域中， 例如在对应于图 1 的电极 115 的区域中。
图 3 是图 1 的电极 115 的视图。电极 115 可包括垫或与所述垫连接的金属图案。 垫和金属图案通过例如溅射工艺、 电子束沉积工艺或镀敷工艺形成为小于几个 μm 的厚 度。垫和金属图案可由相同金属形成。
例如， 电极 115 可通过光刻工艺形成。即， 可涂覆、 曝光和显影光刻胶以使其图案 化从而暴露出所选区域， 然后可形成金属层。而且， 图案化工艺可在形成金属层之后实施。 该光刻工艺可在本发明构思的技术范围内变化。
电极 115 可包括 ： 欧姆接触层 L1、 第一阻挡层 L2、 导电层 L3、 第二阻挡层 L4 和接 合层 L5。欧姆接触层 L1 可在图 1 的第一导电型半导体层 110 上欧姆接触。即， 欧姆接触层 L1 可与第一导电型半导体层 110 的顶表面即 N 面表面接触。而且， 如果在第一导电型半导 体层 110 的顶表面上形成粗糙图案， 则欧姆接触层 L1 可形成为对应该粗糙图案。
欧姆接触层 L1 可由与图 1 的第一导电型半导体层 110 具有良好欧姆接触的金属 形成。例如， 欧姆接触层 L1 可包括 Cr、 Cr- 合金、 Al、 Al- 合金、 Ti、 Ti- 合金、 Ag、 Ag- 合金、 Ni 或 Ni- 合金中的至少一种。欧姆接触层 L1 可形成为约 0.5nm 至约 100nm 的厚度。为了 光反射， 欧姆接触层 L1 可通过在上层上形成反射金属如 Al 来形成多层结构。
在欧姆接触层 L1 上可设置第一阻挡层 L2。 第一阻挡层 L2 可防止在高温环境中通 过导电层 L3 导致欧姆接触层 L1 的电学特性降低。第一阻挡层 L2 可由例如 Ni、 Ni- 合金、 Ti 或 Ti- 合金中的至少一种形成。第一阻挡层 L2 可形成为约 10nm 至约 500nm 的厚度。
在第一阻挡层 L2 上可设置导电层 L3。导电层 L3 可由例如 Cu 或 Cu- 合金形成。 导电层 L3 可形成为约 500nm 至约 5000nm 的厚度。导电层 L3 可由例如 Cu 或 Cu- 合金形成 为比其他层更厚从而提供低操作电压。如果导电层 L3 由 Cu 或 Cu- 合金形成， 则其厚度易 于增大并且制造成本降低。而且， 即使在高电流模式下， 导电层 L3 也可提供稳定的操作特 性。导电层 L3 可具有比接合材料 ( 例如 Au) 更好的电阻率， 从而改善电学特性。
在导电层 L3 上可设置第二阻挡层 L4。第二阻挡层 L4 可防止在高温环境中通过 导电层 L3 导致接合层 L5 电学特性的降低。第二阻挡层 L4 可由例如 Ni、 Ni- 合金、 Ti 或 Ti- 合金中的至少一种形成。第二阻挡层 L4 可形成为约 10nm 至约 500nm 的厚度。
根据实施方案， 第一阻挡层 L2 和第二阻挡层 L4 可分别在导电层 L3 下和上形成， 从而防止欧姆接触层 L1 和接合层 L5 的电学特性的降低。接合层 L5 可设置在第二阻挡层 L4 上。接合层 L5 可利用例如 Au、 Al、 Cu 和 Cu- 合金中的至少一种形成为单层或多层结构。 考虑到用于引线接合的粘合力， 可形成接合层 L5。 接合层 L5 可形成为约 500nm 至约 3000nm 的厚度。
根据实施方案， 电极 115 可形成为具有欧姆接触层 L1、 第一阻挡层 L2、 导电层 L3、 第二阻挡层 L4 和接合层 L5 的堆叠结构。例如， 电极 115 可形成为例如具有 Cr/Ni/Cu/Ni/ Au 的堆叠结构。具有这种堆叠结构的电极 115 在高功率芯片的制造中易于通过 Cu 增加导 电层 L3 的厚度， 从而在高功率芯片中提供低操作电压和稳定的垫特性。而且， 电极 115 可 形成为例如具有 Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au 的堆叠结构。
图 4 至图 14 是说明根据一个实施方案的半导体发光器件的制造方法的截面图。参考图 4 和 5， 可将衬底 101 装载到生长设备上， 并且第 II-VI 族化合物半导体可在其上形 成为层或图案形状。生长设备可以是例如 PVD( 物理气相沉积 ) 设备、 CVD( 化学气相沉积 ) 设备、 PLD( 等离子体激光沉积 ) 设备、 双型热蒸发器、 溅射设备和 MOCVD( 金属有机化学气 相沉积 ) 设备中的一种， 但实施方案不限于此。
衬底 101 可由选自蓝宝石 (Al2O3)、 GaN、 SiC、 ZnO、 Si、 GaP、 InP、 Ga2O3、 导电材料和 GaAs 中的至少一种形成。 在衬底 101 的顶表面中可形成粗糙图案。 而且， 在衬底 101 上可形 成基于第 II-VI 族化合物半导体的层或图案， 例如 ZnO 层 ( 未示出 )、 缓冲层 ( 未示出 ) 和 未掺杂的半导体层 ( 未示出 ) 中的至少一种。缓冲层或未掺杂的半导体层可利用第 III-V 族化合物半导体形成。缓冲层可以减小与衬底 101 的晶格常数差， 未掺杂的半导体层可由 例如未掺杂的基于 GaN 的半导体形成。
在衬底 101 上可形成第一导电型半导体层 110。在第一导电型半导体层 110 上可 形成有源层 120。在有源层 120 上可形成第二导电型半导体层 130。
第一导电型半导体层 110 可利用例如掺杂有第一导电型掺杂剂的第 III-V 族化合 物半导体形成。例如， 第 III-V 族化合物半导体可包括选自 GaN、 AlN、 AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP 和 AlGaInP 中的至少一种。例如， 如果第一导电 型半导体层 110 由 N 型半导体形成， 则第一导电型掺杂剂可选自第 V 族元素。第一导电型 半导体层 110 可形成为具有例如单层或多层结构 ； 但实施方案不限于此。 在第一导电型半导体层 110 上可形成有源层 120。有源层 120 可形成为具有例如 单量子阱或多量子阱结构。有源层 120 可由例如第 III-V 族化合物半导体形成为具有阱层 和势垒层的周期结构， 例如 InGaN 阱层 /GaN 势垒层或 InGaN 阱层 /AlGaN 势垒层的周期结 构。
在有源层 120 上和 / 或下可形成导电覆层。例如导电覆层可由基于 AlGaN 的半导 体形成。
在有源层 120 上可形成第二导电型半导体层 130。第二导电型半导体层 130 可由 例如掺杂有第二导电型掺杂剂的第 III-V 族化合物半导体形成。例如， 第 III-V 族化合物 半导体可包括选自 GaN、 AlN、 AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP 和 AlGaInP 中的至少一种。例如， 如果第二导电型半导体层 130 由 P 型半导体形成， 则第二 导电型掺杂剂可选自第 III 族元素。第二导电型半导体层 130 可形成为具有例如单层或多 层结构 ； 但是实施方案不限于此。
第一导电型半导体层 110、 有源层 120 和第二导电型半导体层 130 可构成发光结构 135。而且， 在第二导电型半导体层 130 上可形成第三导电型半导体层例如 N 型半导体层或 P 型半导体层。因此， 发光结构 135 可形成为包括 N-P 结结构、 P-N 结结构、 N-P-N 结结构和 P-N-P 结结构中的至少一种。
在各芯片边界区域 ( 沟道区域 ) 中可形成沟道层 140。沟道层 140 可通过利用例 如掩模图案在各芯片区域周围形成。沟道层 140 可以形成为例如圈、 环或框形。沟道层 140 可由例如氧化物、 氮化物或绝缘材料中的至少一种形成。 例如， 沟道层 140 可由选自 ITO( 铟 锡氧化物 )、 IZO( 铟锌氧化物 )、 IZTO( 铟锌锡氧化物 )、 IAZO( 铟铝锌氧化物 )、 IGZO( 铟镓 锌氧化物 )、 IGTO( 铟镓锡氧化物 )、 AZO( 铝锌氧化物 )、 ATO( 锑锡氧化物 )、 GZO( 镓锌氧化 物 )、 SiO2、 SiOx、 SiOxNy、 Si3N4、 Al2O3 和 TiO2 中的至少一种形成。例如， 沟道层 140 可通过例
如溅射工艺或沉积工艺形成。
参考图 5 和 6， 在第二导电型半导体层 130 上可形成电流阻挡层 145。电流阻挡层 145 可利用例如掩模图案来形成。电流阻挡层 145 可由与沟道层 140 相同的材料或不同的 材料形成。形成的顺序可以根据这种材料差异而改变。
电流阻挡层 145 可形成为具有比半导体层低的电导率。例如， 电流阻挡层 145 可 由 ITO、 IZO、 IZTO、 IAZO、 IGZO、 IGTO、 AZO、 ATO、 ZnO、 SiO2、 SiOx、 SiOxNy、 Si3N4、 Al2O3 或 TiO2 中的至少一种形成。电流阻挡层 145 可利用例如掩模图案形成。电流阻挡层 145 可形成为 对应于电极的区域。 此外， 电流阻挡层 145 可形成为与电极图案相同的形状 ； 但实施方案不 限于此。
参考图 6 和 7， 在第二导电型半导体层 130 上可形成欧姆层 150， 以与第二导电型 半导体层 130 欧姆接触。欧姆层 150 可在第二导电型半导体层 130 和电流阻挡层 145 上形 成以减小接触电阻。与相邻区域相比， 电流阻挡层 145 可具有小的电流流经其中， 从而以扩 散形式供给电流。
可形成欧姆层 150 的端部 152 以覆盖沟道层 140 的顶部。在一个芯片区域中， 欧 姆层 150 的端部 152 可与沟道层 140 的内端部交叠预定宽度 D2， 由此保护沟道层 140 的内 端部。欧姆层 150 的端部 152 通过与半导体发光器件的外壁间隔开预定距离 D1 从而可不 暴露于半导体发光器件的外部。 参考图 7 和 8， 在欧姆层 150 上可形成电极层 160。电极层 160 可具有反射功能并 可以反射入射光， 从而改善光提取效率。电极层 160 可由例如选自 Ag、 Ni、 Al、 Rh、 Pd、 Ir、 Ru、 Mg、 Zn、 Pt、 Au、 Hf 及其组合中的一种形成。而且， 电极层 160 例如可使用金属材料和导 电氧化物材料如 IZO、 IZTO、 IAZO、 IGZO、 IGTO、 AZO 和 ATO 形成为多层结构。例如， 电极层 160 可由 IZO/Ni、 AZO/Ag、 IZO/Ag/Ni 或 AZO/Ag/Ni 形成。
在欧姆层 150 上可形成电极层 160， 以使其端部 162 不与沟道层 140 接触。因此， 由于沟道层 140 的氧化物材料 ( 例如 ITO 和 SiO2) 和电极层的金属 ( 例如 Ag) 之间的接触 引起相关技术半导体发光器件中粘合力下降的问题可以减少。而且， 根据实施方案的半导 体发光器件可改善芯片可靠性。
参考图 8 和 9， 在电极层 160 上可形成粘合层 170。粘合层 170 可包括例如阻挡金 属或接合金属。例如， 粘合层 170 可包括例如 Ti、 Au、 Sn、 Ni、 Cr、 Ga、 In、 Bi、 Cu、 Ag 或 Ta 中 的至少一种。
在电极层 160 和沟道层 140 上可形成粘合层 170。粘合层 170 可在芯片的边界区 域中形成。粘合层 170 可与电极层 160、 欧姆层 150 的端部 152 和沟道层 140 接触以提高层 间粘合力。
在粘合层 170 上可形成导电支撑构件 175。导电支撑构件 175 可以是利用例如铜 (Cu)、 金 (Au)、 镍 (Ni)、 钼 (Mo)、 铜 - 钨 (Cu-W) 或者载体晶片 ( 例如 Si、 Ge、 GaAs、 ZnO、 SiC、 GaN 和 SiGe) 形成的基础衬底。导电支撑构件 175 可以例如与粘合层 170 接合， 可以由镀层 形成， 或者可以以导电片材形式来附着。
参考图 9 至 11， 导电支撑构件 175 可成为基底， 并移除衬底 101。例如， 衬底 101 可通过例如激光剥离 (LLO) 工艺移除。LLO 工艺可向衬底 101 辐射预定波长的激光束以移 除衬底 101。如果在衬底 101 和第一导电型半导体层 110 之间存在另一半导体层 ( 例如缓
冲层 ) 或气隙， 则可使用例如湿蚀刻剂移除衬底 101。
如果沟道层 140 由透明材料形成， 则当激光器发射激光束到衬底 101 和半导体层 之间的界面或者两个半导体层之间的界面时， 辐射的激光束可穿过沟道层 140， 从而防止由 于激光辐射而在沟道区域中产生金属碎片。可对已移除衬底 101 的第一导电型半导体层 110 的表面实施基于 ICP/RIE( 感应耦合等离子体 / 反应性离子蚀刻 ) 的抛光工艺。
参考图 11 和 12， 可通过例如隔离蚀刻工艺移除芯片间边界区域 ( 例如沟道区域 ) 的发光结构 135。可蚀刻通过隔离蚀刻工艺移除的区域 105 以暴露出在芯片边界区域中的 沟道层 140， 但是实施方案不限于此。发光结构 135 的侧表面 A1 可以是倾斜的。
然后， 可对第一导电型半导体层 110 的顶表面实施蚀刻工艺以形成粗糙图案 112。 粗糙图案 112 可改善光提取效率。
参考图 12 至 14， 在发光结构 135 周围可形成绝缘层 180。绝缘层 180 可在芯片周 围形成， 其中底部 182 在沟道层 140 上形成， 顶部 184 在第一导电型半导体层 110 的顶表面 周围形成。绝缘层 180 可在发光结构 135 周围形成， 防止层 110、 120 和 130 之间的短路。而 且， 绝缘层 180 和沟道层 140 可防止湿气渗透到芯片中。
在第一导电型半导体层 110 上可形成电极 115。电极 115 可形成为预定图案。绝 缘层 180 和电极 115 的形成可在芯片分离之前或之后进行， 但实施方案不限于此。在电极 115 的顶表面中可形成粗糙图案， 但实施方案不限于此。 如图 3 所示， 电极 115 可形成为具有欧姆接触层 L1、 第一阻挡层 L2、 导电层 L3、 第 二阻挡层 L4 和接合层 L5 的堆叠结构。如图 3 所示， 电极 115 包括垫和与所述垫连接的金 属图案。所述垫和金属图案通过例如溅射工艺、 电子束沉积工艺或镀敷工艺形成为小于几 个 μm 厚度的多层结构。
作为一个实例， 电极 115 可通过光刻工艺形成。即， 可涂覆、 曝光和显影光刻胶以 使其图案化从而暴露出所选区域， 然后可形成各金属层。 而且， 图案化工艺可在形成各金属 层之后进行。光刻工艺可在本发明构思的技术范围内变化。
欧姆接触层 L1 可接触第一导电型半导体层 110 的顶表面即 N 面表面。例如， 欧姆 接触层 L1 可由 Cr、 Cr- 合金、 Al、 Al- 合金、 Ti、 Ti- 合金、 Ag、 Ag- 合金、 Ni 或 Ni- 合金中的 至少一种形成。欧姆接触层 L1 可形成为约 0.5nm 至约 100nm 的厚度。为了光反射， 欧姆接 触层 L1 可通过在上层上形成反射金属如 Al 来形成多层结构。
在欧姆接触层 L1 上可形成第一阻挡层 L2。 第一阻挡层 L2 可防止在高温环境中通 过导电层 L3 导致欧姆接触层 L1 的电学特性降低。第一阻挡层 L2 可由例如 Ni、 Ni- 合金、 Ti 或 Ti- 合金中的至少一种形成。第一阻挡层 L2 可形成为约 10nm 至约 500nm 的厚度。
在第一阻挡层 L2 上可形成导电层 L3。导电层 L3 可由例如 Cu 或 Cu- 合金形成。 导电层 L3 可形成为约 500nm 至约 5000nm 的厚度。导电层 L3 可由例如含 Cu 金属形成为比 其他层更厚从而提供低操作电压和即使在高电流模式下的稳定的操作特性。
在导电层 L3 上可形成第二阻挡层 L4。第二阻挡层 L4 可防止在高温环境中通过 导电层 L3 导致接合层 L5 电学特性的降低。第二阻挡层 L4 可由例如 Ni、 Ni- 合金、 Ti 或 Ti- 合金中的至少一种形成。第二阻挡层 L4 可形成为约 10nm 至约 500nm 的厚度。
根据一些实施方案， 第一阻挡层 L2 和第二阻挡层 L4 分别可在导电层 L3 下和上形 成， 从而阻止欧姆接触层 L1 和接合层 L5 的电学特性的降低。
接合层 L5 可在第二阻挡层 L4 上形成。接合层 L5 可利用例如 Au、 Al、 Cu 和 Cu- 合 金中的至少一种形成单层或多层结构。考虑到用于引线接合的粘合力， 可形成接合层 L5。 接合层 L5 可形成为约 500nm 至约 3000nm 的厚度。
根据一些实施方案， 电极 115 可形成为具有欧姆接触层 L1、 第一阻挡层 L2、 导电层 L3、 第二阻挡层 L4 和接合层 L5 的堆叠结构。例如， 电极 115 可形成为例如具有 Cr/Ni/Cu/ Ni/Au 的堆叠结构。 具有这种堆叠结构的电极 115 在高功率芯片的制造中易于通过 Cu 增加 导电层 L3 的厚度， 从而在高功率芯片中提供低操作电压和稳定的垫特性。而且， 电极 115 可形成为例如 Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au 的堆叠结构。
通过芯片边界可将所得的结构分割为单独的芯片单元。 芯片分离可利用例如激光 或断裂工艺来实施。
图 15 是根据另一实施方案的半导体发光器件的截面图。 参考图 15， 半导体发光器 件 100A 可包括设置于沟道层 140 和结合层 170 之间的电极层 160A。电极层 160A 可形成为 具有比发光结构 135 大的直径和 / 或宽度， 从而改善光反射效率。
而且， 电极层 160A 可在欧姆层 150 和沟道层 140 下形成， 并且可暴露于芯片或者 半导体发光器件 100A 的外部。欧姆层 150 可形成为具有比半导体层小的直径和 / 或宽度， 电极层 160A 可形成为具有比半导体层大的直径和 / 或宽度。与前述实施方案不同， 该实施 方案可将电极层 160A 延伸到芯片的外壁， 从而改善光反射效率。
图 16 是根据另一实施方案的半导体发光器件的截面图。 参考图 16， 半导体发光器 件 100B 可包括设置在发光结构 135 下的欧姆层 150A、 沟道层 140、 电极层 160A、 粘合层 170 和导电支撑构件 175。
欧姆层 150A 可与第二导电型半导体层 130 的底部欧姆接触， 并且可延伸到芯片外 壁。欧姆层 150A 可从第二导电型半导体层 130 延伸到沟道层 140 的底部。
欧姆层 150A 可在电极层 160A 下形成。因此， 欧姆层 150A 和电极层 160A 可在沟 道层 140 下形成为堆叠结构， 并且在芯片的外部暴露出。
图 17 是 根 据 另 一 实 施 方 案 的 半 导 体 发 光 器 件 的 截 面 图。 图 18 是 沿 着 线 XVIII-XVIII 截取的图 17 的半导体发光器件的截面图。参考图 17 和 18， 半导体发光器件 100C 可包括设置于沟道层 140 和电极层 160B 之间的盖层 (capping layer)155。盖层 155 可由对沟道层 140 的材料具有良好粘合力的材料形成， 例如选自 Ti、 Ni、 Pt、 Pd、 Cu、 Al、 Ir 和 Rh 中的一种或更多种的混合金属。即， 盖层 155 可用作粘合层以改善金属与氧化物之间 的粘合力， 从而减小芯片外部的剥离。
盖层 155 可在沟道层 140 和电极层 160B 之间形成， 从而增加对电极层 160B 的粘合 力。而且， 盖层 155 的内侧端可通过沟道层 140 和欧姆层 150B 之间的间隔与第二导电型半 导体层 130 的底表面接触。因此， 第二导电型半导体层 130 可与欧姆层 150B、 沟道层 140、 电流阻挡层 145 和盖层 155 接触。因此， 可以通过芯片外的沟道层 140 保护第二导电型半 导体层 130， 并且可通过在芯片中的欧姆层 150B 和盖层 155 提供电流。
盖层 155 可具有比欧姆层 150B 高的电导率， 从而扩散电流到芯片外部。盖层 155 可与欧姆层 150B 间隔开， 或者形成为与欧姆层 150B 的底部交叠， 但是实施方案不限于此。 而且， 电极层 160B 和 / 或粘合层 170 可与盖层 155 的底表面接触。
参考图 18， 盖层 155 可沿着欧姆层 150B 和沟道层 140 之间的区域形成为例如圈、环或框形。盖层 155 的内侧端可形成为具有粗糙图案。在这种情况下， 欧姆层 150B 可与沟 道层 140B 和盖层 155 交替接触。
图 19 是根据一个实施方案的半导体发光器件封装的截面图。 参考图 19， 发光器件 封装可包括主体 20、 第一引线电极 31、 第二引线电极 32、 半导体发光器件 100 和模制元件 40。第一引线电极 31 和第二引线电极 32 可设置在主体 20 处。半导体发光器件 100 可与 第一引线电极 31 和第二引线电极 32 电连接。模制元件 40 可配置为模制半导体发光器件 100。
主体 20 可形成为包括例如硅材料、 合成树脂或金属材料， 并且可在半导体发光器 件 100 周围形成倾斜表面。第一引线电极 31 和第二引线电极 32 可彼此电断开， 并可对半 导体发光器件 100 供电。而且， 第一引线电极 31 和第二引线电极 32 可反射从半导体发光 器件 100 发射的光， 从而提高光效率。而且， 第一引线电极 31 和第二引线电极 32 可用于将 由半导体发光器件 100 产生的热排出。
半导体发光器件 100 可设置在主体 20 上， 或者设置在第一引线电极 31 或第二引 线电极 32 上。半导体发光器件 100 可通过例如导线与第一引线电极 31 电连接， 并且可以 例如以芯片焊接结构与第二引线电极 32 连接。
模制元件 40 可模制半导体发光器件 100， 以保护半导体发光器件 100。而且， 在模 制元件 40 中可包含荧光材料以改变从半导体发光器件 100 中发射的光的波长。
根据实施方案的半导体发光器件可封装在例如半导体衬底、 绝缘衬底或陶瓷衬底 ( 如树脂材料或硅 ) 中， 并且可以用作例如指示装置、 照明装置或显示装置的光源。 而且， 每 个实施方案不限于此并且可选择性地应用于其他实施方案。
如上所述， 本文公开的实施方案可改善光提取效率。 而且， 本文公开的实施方案根 据在半导体层下的金属层之间以及金属和非金属层之间的结合可改善可靠性。而且， 本文 公开的实施方案可改善设置在半导体层上的电极的电学特性。
另外， 本文公开的实施方案可提供垂直型芯片的低操作电压和在高电流模式下的 稳定操作。而且， 本文公开的实施方案可改善芯片可靠性。
本文公开的实施方案可应用于提供光的任意发光器件。
本文公开的实施方案提供能够改善形成在化合物半导体层上的电极的电特性的 半导体发光器件及其制造方法。
根据本文公开的一个实施方案， 提供一种半导体发光器件， 其可包括 ： 包括化合物 半导体层的发光结构 ； 在发光结构上的电极 ； 在发光结构下的电极层， 其中所述电极包括 在化合物半导体层上接触的欧姆接触层 ； 在欧姆接触层上的第一阻挡层 ； 在第一阻挡层上 的包括铜的导电层 ； 在导电层上的第二阻挡层 ； 和在第二阻挡层上的接合层。
根据本文公开的另一实施方案， 提供一种制造半导体发光器件的方法， 其可包括 ： 在衬底上形成包括化合物半导体层的发光结构 ； 在发光结构上形成电极层 ； 移除衬底 ； 蚀 刻化合物半导体层 ； 和在化合物半导体层上形成电极， 其中形成所述电极包括在化合物半 导体层上形成欧姆层 ； 在欧姆接触层上形成第一阻挡层 ； 在第一阻挡层上形成包括铜的导 电层 ； 在导电层上形成第二阻挡层 ； 和在第二阻挡层上形成接合层。
在本说明书中对″一个实施方案″、″实施方案″、″示例性实施方案″等的任 何引用， 是指与该实施方案相关描述的具体的特征、 结构或特性包含于本发明的至少一个实施方案中。在说明书不同地方出现的这些措辞不必都指的是相同的实施方案。此外， 当 结合任何实施方案描述具体的特征、 结构或特性时， 认为将这种特征、 结构或特性与实施方 案的其它特征、 结构或特性相关联均在本领域技术人员的范围之内。
虽然已经参考若干说明性实施方案描述了实施方案， 但是应理解本领域技术人员 可设计出很多的其它改变和实施方案， 这些也将落入本公开的原理的精神和范围内。更具 体地， 在公开、 附图和所附的权利要求的范围内， 在本发明的组合排列的构件和 / 或结构中 可能具有各种的变化和改变。除构件和 / 或结构的变化和改变之外， 对本领域技术人员而 言， 可替代的用途也会是显而易见的。