專利名稱：含有金屬鉻基板的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法，尤其是涉及一種含有金屬鉻基板的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)體發(fā)光元件具有廣泛的用途，它們在儀器工作狀態(tài)顯示、背光源、交通信號燈、照明等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造工藝中，常常因為襯底本身的某種不足，例如不導(dǎo)電、不透明、導(dǎo)熱性差等等，而要把生長襯底去除并把半導(dǎo)體外延疊層轉(zhuǎn)移到別的支撐基板上去?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般使用一種焊接或鍵合(Bonding)技術(shù)，把半導(dǎo)體外延疊層粘接到另外一個支撐基板上，然后再把原生長襯底去除。然而這種方法由于需要昂貴的設(shè)備而且產(chǎn)率很低(一般一臺機(jī)器一次只能生產(chǎn)一片)，另外要焊接牢固對粘接層的選擇和粘接條件的選擇很苛刻，因此不利于生產(chǎn)。
近年來發(fā)展的銦鎵鋁氮(InxGayAl-x-yN，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)材料不僅把半導(dǎo)體發(fā)光元件的光譜范圍延伸到綠色、藍(lán)色和紫外波段，而且具有很高的發(fā)光亮度，因此大大拓展了半導(dǎo)體發(fā)光器件的應(yīng)用領(lǐng)域。市場上現(xiàn)有的銦鎵鋁氮發(fā)光元件一般使用藍(lán)寶石襯底或碳化硅襯底制備。由于藍(lán)寶石襯底價格較貴，不導(dǎo)電，熱導(dǎo)率低，而且切割困難，因此導(dǎo)致存在成本高、工藝復(fù)雜的問題。碳化硅襯底雖然導(dǎo)電且熱導(dǎo)率高，但是價格非常昂貴，用于制備發(fā)光器件也使成本很高。為了解決上述不足，近年來開始研究使用硅襯底替代藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底用于制備銦鎵鋁氮發(fā)光元件，因為硅不僅熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率均很高，而且價格便宜。但是由于硅對可見光不透明，且襯底的吸收會大大減少元件的光輸出功率，因此這種發(fā)光元件的效率較低。為了改善硅襯底上生長的銦鎵鋁氮發(fā)光器件的出光效率，采用襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)是一個可行的辦法，通過把銦鎵鋁氮外延疊層轉(zhuǎn)移到具有反射鏡的另一個襯底上，可以大大提高出光效率。此外近年來在藍(lán)寶石上生長的銦鎵鋁氮外延疊層也在發(fā)展襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)，以解決襯底不導(dǎo)電和導(dǎo)熱性差的問題。因此，對于銦鎵鋁氮發(fā)光器件，發(fā)展一種低成本、產(chǎn)率高、可靠性好的襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)就顯得尤其迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的在于提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，這種發(fā)光元件具有成本較低、發(fā)光效率高、散熱特性好等優(yōu)點。
本發(fā)明的第二個目的在于提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法。
本發(fā)明的第一個目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件具有如下結(jié)構(gòu)，由下至上依次包含支撐基板、第一歐姆電極、半導(dǎo)體疊層、第二歐姆電極，特征是所述的支撐基板含有鉻且鉻成分不少于15％。
所述半導(dǎo)體疊層可以是銦鎵鋁氮(InxGayAl1-x-yN，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)、銦鎵鋁磷(InxGayAl1-x-yP，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)，銦鎵鋁砷(InxGayAl1-x-yAs，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)，鎂鋅鎘氧(MgxZnyCd1-x-yO，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)等等。優(yōu)選實施例中，半導(dǎo)體疊層為銦鎵鋁氮。
本發(fā)明的發(fā)光元件中半導(dǎo)體疊層為由下至上依次為P型層、發(fā)光層、N型層；或由下至上依次為N型層、發(fā)光層、P型層。
支撐基板使用常見的金屬和其它導(dǎo)電材料，例如鉻和含鉻的合金，以及金、鉑、銅、鐵等。優(yōu)選為鉻和含鉻的合金。使用含鉻支撐基板的目的在于，它抗腐蝕性好、價格便宜、導(dǎo)電、反射率高。為了保證良好的抗腐蝕能力，鉻成分不少于15％，優(yōu)選情況下為支撐基板完全由鉻組成。
由于鉻難以與銦鎵鋁氮材料形成良好的歐姆接觸，因此在鉻基板和銦鎵鋁氮疊層之間還需要一層歐姆接觸層即第一歐姆接電極。該歐姆接觸層的選擇隨銦鎵鋁氮層而改變，如果半導(dǎo)體疊層中最下層為P型層，則歐姆接觸層選擇金、鎳、鉑等高功函數(shù)的金屬；如果半導(dǎo)體疊層中最下層為N型層，則歐姆接觸層選擇鈦、鋁等低功函數(shù)金屬。為了使發(fā)光元件具有高的出光效率，歐姆接觸層優(yōu)選反射率高的材料。同時為了保證加工過程中，歐姆接觸層不被破壞，該層還優(yōu)選抗腐蝕性好的材料。在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，P型層在下，第一歐姆接觸層為鉑。
作為可選擇的方案，在歐姆接觸層和基板之間，還可以加一粘接層，比如金、鎳等，以增加鉻支撐基板和歐姆接觸層之間的粘附性。在鉻基板背面可以形成一層壓焊層，即壓焊電極，以利于封裝。
本發(fā)明的第二個目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法包括以下步驟在外延襯底上形成發(fā)光半導(dǎo)體疊層，在所述的半導(dǎo)體疊層表面形成第一歐姆電極，在第一歐姆電極上形成一支撐基板，把所述的外延襯底去除并暴露半導(dǎo)體疊層的背面，在所述的半導(dǎo)體疊層背面形成第二歐姆電極，其特征是所述的支撐基板的形成方法為一種物理沉積或化學(xué)沉積方法。
采用沉積法形成支撐基板具有成本較低、沉積速度快、粘接牢固、容易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)等優(yōu)點，比現(xiàn)有技術(shù)中常用的襯底焊接或鍵合技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。作為支撐的基板，沉積的材料必須具有良好的穩(wěn)定性，比如較高的熔點、良好的抗腐蝕性等等。優(yōu)選情況下，還應(yīng)具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。為了實現(xiàn)低成本，進(jìn)一步優(yōu)選價格便宜的材料。在本發(fā)明中，沉積材料可以是常見的金屬和其它導(dǎo)電材料，例如鉻和含鉻的合金，以及金、鉑、銅、鐵等。優(yōu)選抗腐蝕性好的鉻和含鉻的合金，最優(yōu)為鉻。由于基板的厚度一般要求大于20微米，優(yōu)選為大于30微米，以維持獨(dú)立支撐，因此沉積方法優(yōu)選為沉積速度快的方法，例如化學(xué)電鍍、電弧離子沉積等等。
本發(fā)明的襯底可以是硅、藍(lán)寶石、砷化鎵等，優(yōu)選易腐蝕的硅、砷化鎵襯底。去除外延襯底的方法可以是化學(xué)腐蝕，也可以是干法刻蝕、機(jī)械磨片、激光剝離，或它們的組合。本發(fā)明優(yōu)選方案中，基板為抗腐蝕性良好的材料，例如鉻，這樣就可以使用成本較低的化學(xué)方法去除外延襯底。
本發(fā)明的制造方法可以用于制造銦鎵鋁氮InxGayAl1-x-yP，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)半導(dǎo)體發(fā)光元件，也可以用于制造銦鎵鋁磷(InxGayAl-x-yP，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)、銦鎵鋁砷(InxGayAl1-x-yAs，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)、鎂鋅鎘氧(MgxZnyCd1-x-yO，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)等等發(fā)光元件。在優(yōu)選實施例中，特別適合于制造高亮度的銦鎵鋁氮發(fā)光器件。


圖1是本發(fā)明發(fā)光元件的實施例1的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為支撐基板、2為第一歐姆電極、3為P型氮化鎵層、4為銦鎵氮/氮化鎵多量子阱發(fā)光層、5為N型氮化鎵層、6為第二歐姆電極。
圖2是本發(fā)明發(fā)光元件的實施例2的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為鉻鐵合金基板、2為第一歐姆電極、3為N型氮化鎵層、4為銦鎵氮/鋁鎵氮單量子阱發(fā)光層、5為P型氮化鎵層、6為第二歐姆電極、7為粘接層、8為背面電極。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖用3個實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
實施例1參照圖1。本實施例中銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件具有如下結(jié)構(gòu)一個鉻支撐基板1、層疊于鉻支撐基板1之上的第一歐姆電極2、層疊于所述第一歐姆電極2之上的P型氮化鎵層3、層疊于所述P型氮化鎵層3之上的銦鎵氮/氮化鎵多量子阱發(fā)光層4、層疊于所述多量子阱發(fā)光層4之上的N型氮化鎵層5、層疊于所述N型氮化鎵層5之上的第二歐姆電極6。
該發(fā)光元件的制造方法為使用化學(xué)氣相沉積法，首先在一個硅襯底上形成氮化鋁緩沖層，然后依次沉積N型氮化鎵層5、銦鎵氮/氮化鎵多量子阱發(fā)光層4、P型氮化鎵層3。沉積完成后，對外延片進(jìn)行760℃熱退火以激活P型雜質(zhì)。在P型氮化鎵層3上形成鉑歐姆接觸層即第一歐姆電極2。用電弧離子鍍在鉑歐姆接觸層上鍍上30微米厚的鉻層即支撐基板1。使用硅腐蝕液把硅襯底去除，然后用反應(yīng)離子刻蝕的方法把氮化鋁緩沖層局部刻除并暴露N型氮化鎵層5。在N型氮化鎵層5上形成金鍺鎳歐姆電極即第二歐姆電極6。再經(jīng)過劃片、封裝就可以得到完整的發(fā)光器件。
實施例2
參照圖2。本實施例中銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件具有如下結(jié)構(gòu)一個鉻鐵合金(含鉻30％)支撐基板1、層疊于支撐基板1之上的粘接層7、層疊于所述粘接層7之上的第一歐姆電極2、層疊于所述第一歐姆電極2之上的N型氮化鎵層3、層疊于所述N型氮化鎵層3之上的銦鎵氮/鋁鎵氮單量子阱發(fā)光層4、層疊于所述單量子阱發(fā)光層4之上的P型氮化鎵層5、層疊于所述P型氮化鎵層5之上的第二歐姆電極6、層疊于所述支撐基板1背面的背面電極8。
該發(fā)光元件的制造方法為使用化學(xué)氣相沉積法，首先在一個硅襯底上形成氮化鋁緩沖層，然后依次沉積P型氮化鎵層5、銦鎵氮/鋁鎵氮單量子阱發(fā)光層4、N型氮化鎵層3。沉積完成后，對外延片進(jìn)行760℃熱退火以激活P型雜質(zhì)。在N型氮化鎵層3上形成金鍺鎳歐姆接觸層即第一歐姆電極2。金鍺鎳歐姆接觸層上形成一粘接層7，在用化學(xué)電鍍法在粘接層上鍍上30微米厚的鉻鐵合金(含鉻30％)層即支撐基板1。使用硅腐蝕液把硅襯底去除，然后用反應(yīng)離子刻蝕的方法把氮化鋁緩沖層局部刻除并暴露P型氮化鎵層5，在P型氮化鎵層5上形成鉑歐姆電極即第二歐姆電極6。然后在支撐基板背面形成電極8。再經(jīng)過劃片、封裝就可以得到完整的發(fā)光器件。
實施例3用化學(xué)氣相沉積法，在一個砷化鎵襯底上依次沉積銦鎵鋁磷過渡層，銦鎵鋁磷窗口層、N型銦鎵鋁磷層5、銦鎵鋁磷量子阱發(fā)光層4、P型銦鎵鋁磷層3。在P型銦鎵鋁磷層3表面蒸發(fā)一層金鈹歐姆接觸層即第一歐姆電極2，用磁控濺射法在金鈹歐姆接觸層上鍍上30微米厚的鉻層即支撐基板1。使用反應(yīng)離子刻蝕法把砷化鎵襯底去除，然后用反應(yīng)離子刻蝕的方法把緩沖層刻除并暴露N型銦鎵鋁磷層層5。在N型銦鎵鋁磷層5上形成金鍺鎳歐姆電極即第二歐姆電極6。再經(jīng)過劃片、封裝就可以得到完整的發(fā)光器件。
權(quán)利要求
1.一種含有金屬鉻基板的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件，由下至上依次包含支撐基板、第一歐姆電極、半導(dǎo)體疊層、第二歐姆電極，其特征在于所述的支撐基板含有鉻且鉻成分不少于15％。
2.如權(quán)利要求1所述的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述的支撐基板由鉻形成。
3.如權(quán)利要求1所述的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述半導(dǎo)體疊層為銦鎵鋁氮(InxGayAl1-x-yN，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)半導(dǎo)體疊層，所述的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體疊層由下至上依次為P型層、發(fā)光層、N型層，或由下至上依次為N型層、發(fā)光層、P型層。
4.如權(quán)利要求4所述的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述的第一歐姆電極由金屬鉑形成，所述的第二歐姆電極由金、鍺、鎳三種元素及其合金形成。
5.一種銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于在所述支撐基板和所述第一歐姆電極之間還有一金屬粘接層。
6.如權(quán)利要求1所述的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，包括以下步驟在外延襯底上形成發(fā)光的半導(dǎo)體疊層，在所述的半導(dǎo)體疊層表面形成第一歐姆電極，在所述的第一歐姆電極上形成一支撐基板，把所述的外延襯底去除并暴露半導(dǎo)體疊層的背面，在所述的半導(dǎo)體疊層背面上形成第二歐姆電極，其特征在于在所述的支撐基板的形成方法為一種物理沉積或化學(xué)沉積方法
7.如權(quán)利要求6所述的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于所述的發(fā)光半導(dǎo)體疊層由銦鎵鋁氮(InxGayAl1-x-yN，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)材料、銦鎵鋁磷(InxGayAl1-x-yP，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)，銦鎵鋁砷(InxGayAl1-x-yAs，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)，鎂鋅鎘氧(MgxZnyCd1-x-y0，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)形成，生長襯底為硅、砷化鎵或藍(lán)寶石。
8.如權(quán)利要求6--7所述的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于所述的支撐基板為鉻或至少含有15％鉻的合金形成，所述的生長襯底為硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有金屬鉻基板的銦鎵鋁氮半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法，該半導(dǎo)體發(fā)光元件包含一個含鉻的支撐基板，層疊于支撐基板之上的第一歐姆電極，層疊于第一歐姆電極之上的銦鎵鋁氮(In
文檔編號H01L33/42GK1794476SQ200510030868
公開日2006年6月28日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者江風(fēng)益, 熊傳兵, 方文卿, 王立 申請人:南昌大學(xué)