發(fā)光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管及其制造方法。所述發(fā)光二極管包括：氮化鎵系的化合物半導體層；第一金屬層，由包含Mg的島狀物形成，并歐姆接觸于所述化合物半導體層；第二金屬層，由Ni形成，覆蓋所述第一金屬層，并在第一金屬層的島狀物之間接觸到化合物半導體層；反射金屬層，覆蓋第二金屬層?？衫玫谝唤饘賹蛹暗诙饘賹觼慝@得穩(wěn)定的歐姆接觸特性及反射特性。
【專利說明】發(fā)光二極管及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法，具體地講，涉及一種具有歐姆反射結(jié) 構(gòu)體的發(fā)光二極管及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常，由于諸如氮化鎵（GaN)、氮化鋁（AlN)等的III族元素的氮化物熱穩(wěn)定性優(yōu)良 且具有直接躍遷型的能帶（band)結(jié)構(gòu)，因此最近作為可見光及紫外線區(qū)域的發(fā)光元件用 物質(zhì)而備受關(guān)注。尤其是，利用氮化銦鎵（InGaN)的藍色及綠色發(fā)光元件被應(yīng)用于大規(guī)模 天然色平板顯示裝置、信號燈、室內(nèi)照明、高密度光源、高分辨率輸出系統(tǒng)和光通信等多種 應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003] 由于難以制造能夠生長這樣的III族元素的氮化物半導體層的同質(zhì)的基板，因 此所述氮化物半導體層通過有機金屬化學氣相沉積法（MOCVD)或分子束外延法（MBE: MolecularBeamEpitaxy)等工藝來生長于具有類似的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的異質(zhì)基板。具有六方晶 系結(jié)構(gòu)的藍寶石（Sapphire)基板主要被用作異質(zhì)基板。然而，由于藍寶石在電學上為絕緣 體，因此限制發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。據(jù)此，最近在開發(fā)一種在藍寶石之類的異質(zhì)基板上生長氮化 物半導體層之類的外延層，并將支撐基板粘接于所述外延層之后，利用激光剝離技術(shù)等來 分離異質(zhì)基板，從而制造垂直型結(jié)構(gòu)的高效發(fā)光二極管的技術(shù)。例如，韓國專利公開公報第 10-2011-0001633號公開了一種垂直型結(jié)構(gòu)的高效發(fā)光二極管。
[0004] 這樣的垂直型結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管通常在P型半導體層下方包含具有高反射率的 Al或Ag之類的金屬反射層和用于保護該反射層的壁壘金屬層。雖然因Al或Ag反射層具 有相對較高的反射率而在垂直型結(jié)構(gòu)或者倒裝型結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管中作為反射層被優(yōu)先 使用，但是難以實現(xiàn)或維持良好的歐姆特性，而且因熱變形而容易導致反射率下降。
[0005] 從而，需要一種具有良好的歐姆接觸特性且熱穩(wěn)定性提高的歐姆反射結(jié)構(gòu)體。
[0006]【現(xiàn)有技術(shù)文獻】
[0007]【專利文獻】
[0008](專利文獻1)韓國專利公開公報第10-2011-0001633號


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具備擁有良好的歐姆接觸特性且熱穩(wěn) 定性提高的歐姆反射結(jié)構(gòu)體的發(fā)光二極管及其制造方法。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管包括：氮化鎵系的化合物半導體層；第一 金屬層，由島狀物形成，并歐姆接觸于所述化合物半導體層；第二金屬層，覆蓋所述第一金 屬層，并在所述第一金屬層的島狀物之間接觸到所述化合物半導體層；反射金屬層，覆蓋所 述第二金屬層。所述第一金屬層可由包含Mg的島狀物形成，所述第二金屬層可由Ni形成。
[0011] 可通過所述島狀物及覆蓋所述島狀物的Ni的第二金屬層來獲得穩(wěn)定的歐姆特性 及穩(wěn)定的反射特性。進而，可利用所述第二金屬層來進一步提高歐姆接觸特性。
[0012] 所述第一金屬層可以是Mg或Mg/Pt。
[0013] 此外，所述島狀物上的第二金屬層的厚度可大于所述島狀物之間的第二金屬層的 厚度。從而，入射到所述島狀物之間的區(qū)域的光可通過所述反射金屬層而被反射。
[0014] 所述反射金屬層可包括Ag。進而，所述發(fā)光二極管還可包括覆蓋所述反射金屬層 的壁壘金屬層。由于Ag反射金屬層位于第二金屬層和壁壘金屬層之間，因此會使反射金屬 層的熱穩(wěn)定性提1?。
[0015] 所述發(fā)光二極管可以是垂直型結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。因此，所述發(fā)光二極管還可包 括；支撐基板；粘接金屬層，位于所述支撐基板和所述壁壘金屬層之間。與此不同，所述反 光二極管還可以是倒裝型發(fā)光二極管。
[0016] 此外，所述化合物半導體層可以是P型半導體層。此外，所述化合物半導體層可具 有相對C面、a面或m面傾斜±15度以內(nèi)的生長面。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管包括：氮化鎵系的化合物半導體層；第一 金屬層，由島狀物形成，并歐姆接觸于所述化合物半導體層；第二金屬層，由Ni形成，覆蓋 所述第一金屬層，并在所述第一金屬層的島狀物之間接觸到所述化合物半導體層；Ag反射 金屬層，覆蓋所述第二金屬層。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管制造方法包括如下步驟：在生長基板上生 長氮化鎵系的化合物半導體層；在所述化合物半導體層上沉積第一金屬層；在所述第一金 屬層上沉積第二金屬層；在所述第二金屬層上形成反射金屬層；通過對所述第一金屬層進 行熱處理來形成島狀物。此外，所述第二金屬層覆蓋所述島狀物，并接觸到所述島狀物之間 的所述化合物半導體層。
[0019] 進而，所述第一金屬層可含有Mg,所述第二金屬層可以是Ni。此外，所述反射金屬 層可包括Ag。
[0020] 此外,含有Mg的所述第一金屬層可以是Mg或Mg/Pt。
[0021] 所述發(fā)光二極管制造方法還可包括如下步驟：在所述反射金屬層上形成壁壘金屬 層。所述熱處理可在形成所述壁壘金屬層之后執(zhí)行。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，采用島狀物的第一金屬層、第二金屬層及反射金屬層，從而 可提供具有穩(wěn)定的歐姆接觸特性及反射特性的歐姆反射結(jié)構(gòu)體。尤其是，所述第一金屬層 由含有Mg的島狀物形成，所述第二金屬層由Ni形成，從而可防止因發(fā)光二極管中生成的熱 量而導致歐姆接觸特性及反射特性變差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管的概略的剖面圖。
[0024] 圖2是將圖1中的歐姆反射結(jié)構(gòu)體和化合物半導體層的界面部分放大而示出的剖 面圖。
[0025] 圖3及圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管制造方法的概略的 剖面圖。
[0026] 圖5是將圖4中的歐姆反射結(jié)構(gòu)體和化合物半導體層的界面部分放大而示出的剖 面圖。
[0027] 符號說明：
[0028] 21 :生長基板
[0029] 23:上部半導體層（第一半導體層）
[0030] 25:活性層
[0031] 27:下部半導體層（第二半導體層）
[0032] 30:半導體層疊結(jié)構(gòu)體
[0033] 31a、32a:第一金屬層
[0034] 31b、32b:第二金屬層
[0035] 32 :歐姆接觸層
[0036] 33 :反射金屬層
[0037] 35 :壁壘金屬層
[0038] 40 :歐姆反射結(jié)構(gòu)體
[0039] 51 :支撐基板
[0040] 53 :粘接金屬層
[0041] 55、57:粘接墊（電極墊）

【具體實施方式】
[0042] 以下，將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。以下描述的實施例作為示例 而被提供以將本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。因此，本發(fā)明不限于以下所說明 的實施例，并且可實現(xiàn)為其他的形態(tài)。并且，在附圖中，為了方便起見，可能會夸大示出構(gòu)成 要素的寬度、長度、厚度等。貫穿整個說明書，相同的標號表示相同的構(gòu)成要素。
[0043] 圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管的概略的剖面圖，圖2是 將歐姆反射結(jié)構(gòu)體40和下部半導體層27的界面放大而示出的剖面圖。
[0044] 參照圖1及圖2,所述發(fā)光二極管包括半導體層疊結(jié)構(gòu)體30及歐姆反射結(jié)構(gòu)體 40。此外，所述發(fā)光二極管可包括支撐基板51、粘接金屬層53及電極墊55、57。
[0045] 支撐基板51區(qū)別于用于生長化合物半導體層的生長基板，并且是附著于已生長 的化合物半導體層的二次基板。所述支撐基板51可以是硅基板或金屬基板之類的導電性 基板，但不限于此，還可以是藍寶石基板之類的絕緣基板。
[0046] 半導體層疊結(jié)構(gòu)體30位于支撐基板51之上。半導體層疊結(jié)構(gòu)體30包括作為氮 化鎵系的化合物半導體層的上部半導體層23、活性層25及下部半導體層27。所述上部半 導體層23可以是η型化合物半導體層，所述下部半導體層27可以是p型化合物半導體層。 這里，類似于一般的垂直型發(fā)光二極管，半導體層疊結(jié)構(gòu)體30中下部半導體層（ρ型化合物 半導體層）27相比于上部半導體層（η型化合物半導體層）23更接近于支撐基板5U則。
[0047] 此外，半導體層疊結(jié)構(gòu)體30可形成為與支撐基板51具有相同的面積，但不限于 此。尤其是，在支撐基板51為絕緣基板的情況下，半導體層疊結(jié)構(gòu)體30可位于支撐基板51 的部分區(qū)域上。
[0048] 上部半導體層23、活性層25及下部半導體層27可由III-N系的化合物半導體（例 如，（Al、Ga、In)N半導體）形成。上部半導體層23及下部半導體層27均可以是單層或多 層。此外，所述活性層25可以是單量子阱結(jié)構(gòu)或者多量子阱結(jié)構(gòu)。電阻相對小的η型的上 部半導體層23位于支撐基板51的相反側(cè)，從而易于在半導體層疊結(jié)構(gòu)體30的上部面形成 粗糙化的面，粗糙化的面提高在活性層25生成的光的提取效率。
[0049] 此外，歐姆反射結(jié)構(gòu)體40可包括歐姆接觸層32、反射金屬層33及壁壘金屬層35。 如圖2中詳細表示的那樣，歐姆接觸層32包括第一金屬層32a及第二金屬層32b。尤其是 第一金屬層32a具有島嶼的形狀，第二金屬層32b覆蓋第一金屬層32a并在島狀物之間的 區(qū)域接觸到下部半導體層27。
[0050] 第一金屬層32a可由含有Mg的金屬（例如Mg或Mg/Pt)形成。Mg在寬闊的波長 區(qū)域中具有良好的反射特性，下部半導體層27具有優(yōu)良且穩(wěn)定的歐姆特性。而且，由于Mg 以島嶼形狀形成，因此不會因根據(jù)發(fā)光二極管的工作而產(chǎn)生的熱量而導致歐姆特性或反射 特性劣化。
[0051] 此外，第二金屬層32b由Ni形成。由于第二金屬層32b在島狀物之間的區(qū)域接觸 到下部半導體層27,因此可防止反射金屬層33的金屬元素擴散到下部半導體層27內(nèi)。此 夕卜，第二金屬層32b由Ni形成，從而可通過防止第一金屬層32a物質(zhì)（例如,Mg)和反射金 屬層33 (例如，Ag)的物質(zhì)之間的相互擴散來維持穩(wěn)定的歐姆特性及反射特性。
[0052] 此外，與島狀層之間的區(qū)域相比，第二金屬層32b可在島狀層上形成得更厚。據(jù) 此，入射到島狀物之間的區(qū)域的光可利用反射金屬層33而被反射，并且可防止島狀物的金 屬物質(zhì)和反射金屬層33的金屬物質(zhì)之間的相互擴散。在島狀物之間的區(qū)域中第二金屬層 32b可具有數(shù)A至數(shù)nm的厚度。
[0053] 此外，反射金屬層33可由通常的Ag形成。反射金屬層33主要反射入射到第一金 屬層32a的島狀物之間的區(qū)域的光。壁壘金屬層35可包覆反射金屬層33以使反射金屬層 33埋設(shè)于半導體層疊結(jié)構(gòu)體30和支撐基板51之間。壁壘金屬層35例如可由Ni形成，或 者可以由包含Ni的多層結(jié)構(gòu)形成。
[0054] 粘接金屬層53使支撐基板51和歐姆反射結(jié)構(gòu)體40相互粘接。粘接金屬層53例 如可利用Au-Sn而借助于共晶接合（eutecticbonding)來形成。
[0055] 此外，粘接墊55可位于支撐基板51的下部。粘接墊55可通過支撐基板51來電 連接到歐姆反射結(jié)構(gòu)體40。與此不同，在支撐基板51為絕緣基板的情況下，粘接墊55可通 過貫通支撐基板51或者形成于支撐基板51的上部來電連接到歐姆反射結(jié)構(gòu)體40。此外， 粘接墊57位于上部半導體層23上，并且電連接到上部半導體層23。
[0056] 根據(jù)本實施例，可采用含有Mg且具有島嶼形狀的第一金屬層32a、覆蓋第一金屬 層32a的第二金屬層32b及反射金屬層33,從而使歐姆接觸特性及反射特性穩(wěn)定化。
[0057] 此外，在本實施例中，雖然說明了歐姆反射結(jié)構(gòu)體40應(yīng)用于垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極 管的情況，但是所述歐姆反射結(jié)構(gòu)體40還可應(yīng)用于倒裝型發(fā)光二極管。
[0058] 圖3及圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管制造方法的概略的 剖面圖，圖5是將圖4中的歐姆反射結(jié)構(gòu)體40和下部半導體層27的界面放大而示出的剖 面圖。
[0059] 參照圖3,首先，在生長基板21上生長半導體層疊結(jié)構(gòu)體30。
[0060] 只要是能夠生長氮化鎵系化合物半導體層的基板，則基板21不受特別的限制，例 如可以是圖案化的監(jiān)寶石基板、尖晶石（Spinel)基板、碳化娃基板、娃基板或氣化嫁基板 等。尤其是基板21可具有c面、a面或m面生長面，此外，可具有主平面相對c面、a面或m 面傾斜的面。例如基板21可具有相對m面傾斜±15度以內(nèi)的生長面。
[0061] 半導體層疊結(jié)構(gòu)體30包括一些氮化鎵系的化合物半導體層，例如包括第一半導 體層23、活性層25及第二半導體層27。第一半導體層23可由氮化鎵系（即，（Al,、Ga、In) N系））的化合物半導體層形成，并且可形成為單層或多層。例如，第一半導體層23包含GaN 層，并且可通過摻雜η型雜質(zhì)（例如Si)來形成。第一半導體層23對應(yīng)于圖1中的上部半 導體層23。
[0062] 活性層25位于第一半導體層23和第二半導體層27之間，并且可以具備擁有單個 阱層的單量子阱結(jié)構(gòu)或者阱層和壁壘層交替而層疊的多量子阱結(jié)構(gòu)。阱層例如可由InGaN 形成，壁壘層可由具有比阱層更寬的帶隙（Bandgap)的氮化鎵系半導體層（例如GaN)形 成。
[0063] 第二半導體層27包括p型接觸層，可通過氮化鎵系的化合物半導體層來形成，并 且可形成為單層或多層。例如，第二半導體層27包含GaN層，并且可通過摻雜p型雜質(zhì)（例 如Mg)來形成。第二半導體層27對應(yīng)于圖1中的下部半導體層27。
[0064] 接著，可在所述半導體層疊結(jié)構(gòu)體30上沉積第一金屬層31a、第二金屬層31b、反 射金屬層33及壁壘金屬層35。第一金屬層31a可由含有Mg的金屬（例如Mg或Mg/Pt)形 成。第一金屬層31a可以以0.5nm至20nm的厚度來形成。第一金屬層31a覆蓋第二金屬 層 31b。
[0065] 第二金屬層31b沉積于第一金屬層31a上并且用Ni以數(shù)A至數(shù)nm的厚度來形 成。此外，反射金屬層33沉積于第二金屬層31b上，并且與第一金屬層31a或第二金屬層 31b相比相對更厚地形成。
[0066] 此外，壁魚金屬層35形成于反射金屬層33上，并且可形成為包覆反射金屬層33。
[0067] 參照圖4及圖5,通過對所述第一金屬層31a進行熱處理來形成島狀物。第一金屬 層31a物質(zhì)通過熱處理而彼此凝聚，從而形成由島狀物構(gòu)成的第一金屬層32a。熱處理可在 例如400°C至700°C的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行。如果熱處理溫度超過700°C，則第一金屬層32a和 第二半導體層27之間的歐姆特性變差。此外，在400°C以下，難以達到熱處理效果。例如， 所述熱處理可在600°C下執(zhí)行10分鐘。
[0068] 此外，通過所述熱處理，第一金屬層32a的一部分覆蓋島狀物，其余的一部分在所 述島狀物之間的區(qū)域接觸到第二半導體層27。
[0069] 所述熱處理也可以在沉積第一金屬層31a及第二金屬層31b之后執(zhí)行。然而，優(yōu) 選為在形成壁壘金屬層35之后執(zhí)行熱處理，以防止第一金屬層31a的氧化，并且簡化工序。[0070] 之后，可利用粘接金屬層將支撐基板（圖1中的51)貼附于所述歐姆反射結(jié)構(gòu)體 40上，去除生長基板21，并在第一半導體層23上形成電極墊57,從而完成垂直型結(jié)構(gòu)的發(fā) 光二極管。
[0071] 與此不同，可在部分去除半導體層疊結(jié)構(gòu)體30而使第一半導體層23暴露之后，在 暴露的第一半導體層23上形成電極墊，并在所述歐姆反射結(jié)構(gòu)體40上形成電極墊，從而制 造出倒裝型發(fā)光二極管。
[0072] 以上對本發(fā)明的多種實施例進行了說明，但是本發(fā)明并不限于這些實施例。本領(lǐng) 域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思的范圍內(nèi)，可進行各種變形。
【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)光二極管，包括： 氮化鎵系的化合物半導體層； 第一金屬層，由包含Mg的島狀物形成，并歐姆接觸于所述化合物半導體層； 第二金屬層，由Ni形成，覆蓋所述第一金屬層，并在所述第一金屬層的島狀物之間接 觸到所述化合物半導體層； 反射金屬層，覆蓋所述第二金屬層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中， 所述第一金屬層是Mg或Mg/Pt。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中， 所述島狀物上的第二金屬層的厚度大于所述島狀物之間的第二金屬層的厚度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中， 所述反射金屬層包括Ag。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括： 覆蓋所述反射金屬層的壁壘金屬層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，還包括： 支撐基板； 粘接金屬層，位于所述支撐基板和所述壁壘金屬層之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中， 所述化合物半導體層是P型半導體層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其中， 所述化合物半導體層具有相對c面、a面或m面傾斜± 15度以內(nèi)的生長面。
9. 一種發(fā)光二極管，包括： 氮化鎵系的化合物半導體層； 第一金屬層，由島狀物形成，并歐姆接觸于所述化合物半導體層； 第二金屬層，由Ni形成，覆蓋所述第一金屬層，并在所述第一金屬層的島狀物之間接 觸到所述化合物半導體層； Ag反射金屬層，覆蓋所述第二金屬層。
10. -種發(fā)光二極管制造方法，包括如下步驟： 在生長基板上生長氮化鎵系的化合物半導體層； 在所述化合物半導體層上沉積含有Mg的第一金屬層； 在所述第一金屬層上沉積含有Ni的第二金屬層； 在所述第二金屬層上形成反射金屬層； 通過對所述第一金屬層進行熱處理來形成島狀物， 其中，所述第二金屬層覆蓋所述島狀物，并接觸到所述島狀物之間的化合物半導體層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管制造方法，其中， 含有Mg的所述第一金屬層是Mg或Mg/Pt。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管制造方法，其中， 所述反射金屬層包括Ag。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管制造方法，其中， 在所述反射金屬層上形成壁壘金屬層，所述熱處理是在形成所述壁壘金屬層之后執(zhí) 行。
【文檔編號】H01L33/32GK104425670SQ201410438102
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】樸柱勇, 柳宗均, 金彰淵 申請人:首爾偉傲世有限公司