半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體地，涉及一種能夠提高光學(xué)效率且結(jié)構(gòu)簡單的半導(dǎo)體發(fā)光器件、該半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法以及包括用來改善電流擴(kuò)散效應(yīng)的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體發(fā)光器件(例如氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件)一般包括發(fā)光結(jié)構(gòu)、第一電極(例如η-電極或η-電極墊)和第二電極(例如p-電極或p-電極墊)。所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(例如η型半導(dǎo)體層)、第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(例如P型半導(dǎo)體層)以及位于所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層。所述第一電極向所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層注入電子，所述第二電極向所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層注入空穴。
[0003]從第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層提供的電子和從第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層注入的空穴在活性層中復(fù)合來發(fā)光。
[0004]在典型的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，第二電極(P-電極)形成于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(P型氮化物半導(dǎo)體層)上，第一電極(η-電極)形成于通過臺面刻蝕暴露出的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(η型氮化物半導(dǎo)體層)上。
[0005]最近已經(jīng)出現(xiàn)了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其具有其中與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電耦聯(lián)的第一電極以導(dǎo)電襯底的形式形成的結(jié)構(gòu)。
[0006]然而，具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件具有電流集中在第一電極周圍的問題。
[0007]進(jìn)一步地，為了實現(xiàn)高的功率性能，已經(jīng)進(jìn)行了很多關(guān)于電極的形成或布置的研究。最近，已經(jīng)進(jìn)行了很多關(guān)于使用導(dǎo)電襯底以及通孔電極的發(fā)光器件的研究。進(jìn)一步地，已經(jīng)出現(xiàn)了這樣一種結(jié)構(gòu)，其利用沿垂直方向通過發(fā)光結(jié)構(gòu)形成的孔電極電耦聯(lián)第一電極和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體。其中第一電極通過通孔與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體電耦聯(lián)的這種發(fā)光器件，具有導(dǎo)電襯底位于發(fā)光器件之下以及載流子通過與導(dǎo)電襯底電耦聯(lián)的多個通孔電極提供的結(jié)構(gòu)。
[0008]然而，當(dāng)制備大面積發(fā)光器件來實現(xiàn)高的功率性能時，要求電極具有用于電流擴(kuò)散效應(yīng)的大面積。因此，由于多個通孔減少了活性層的面積，因此也減少了光的產(chǎn)生。此外，光提取會受到電極的限制，光吸收會導(dǎo)致產(chǎn)生光損失，并且發(fā)光效率會降低。
[0009]當(dāng)?shù)谝浑姌O和第二電極在同一個表面上形成時，由于必須去除一部分發(fā)光面積來形成電極，因此減少了發(fā)光面積。因此，發(fā)光效率也會降低。
[0010]因此，已經(jīng)提出了一種通過減少孔電極尺寸來使發(fā)光面積損失最小化的結(jié)構(gòu)。然而，考慮到電流刻蝕工藝水平，很難準(zhǔn)確地形成具有幾到幾十μπι尺寸的圓形的孔電極。
[0011]也就是說，當(dāng)想要形成圓形的具有幾到幾十μπι尺寸的孔電極時，可能不會形成圓形的孔電極，而是會形成具有不規(guī)則輪廓的孔電極。
[0012]此時，注入的電流很可能集中在孔電極的不規(guī)則部分周圍，這種電流的集中不可避免地降低了發(fā)光器件的發(fā)光效率。因此，需要研制一種具有用于解決上述問題的新結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]技術(shù)問題
[0014]多個實施例涉及一種能夠提高光學(xué)效率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
[0015]多個實施例還涉及一種包括通孔結(jié)構(gòu)和電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述通孔結(jié)構(gòu)和電極結(jié)構(gòu)能夠改善電流擴(kuò)散效應(yīng)同時確保最大發(fā)光面積，以便提高發(fā)光效率。
[0016]進(jìn)一步地，多個實施例涉及一種包括通孔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
[0017]進(jìn)一步地，多個實施例涉及一種孔電極結(jié)構(gòu)及包括所述孔電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述孔電極結(jié)構(gòu)能夠確保最大發(fā)光面積，同時阻止電流集中在具有不規(guī)則橫截面的孔電極中。
[0018]技術(shù)方案
[0019]在實施例中，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可包括:第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層；活性層，形成在第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層下方;第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層，形成在活性層下方;臺面區(qū)域，從第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層向上形成以暴露第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層；第二電極，形成在第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層下方;金屬覆蓋層，形成在第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層下方的拐角處以與第二電極的一部分疊置，并且在向上的方向上部分地暴露；絕緣層，形成于金屬覆蓋層、第二電極和臺面區(qū)域下方;絕緣層的開口，形成在與臺面區(qū)域?qū)?yīng)的部分處，從而暴露第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層；第一電極，形成于絕緣層下方和開口內(nèi)；導(dǎo)電襯底，形成在第一電極下方；以及第二電極墊，形成于暴露的金屬覆蓋層上;其中，當(dāng)臺面區(qū)域中的一個臺面區(qū)域和鄰近該臺面區(qū)域的另一臺面區(qū)域之間的第二電極的寬度用a表示，在邊緣處的臺面區(qū)域和在拐角處的金屬覆蓋層的延長線之間的第二電極的寬度用b表不時，建立起a>b的關(guān)系。
[0020]寬度a可以表示臺面區(qū)域中的一個臺面區(qū)域和鄰近該臺面區(qū)域的另一臺面區(qū)域之間的第二電極的寬度中的最小寬度。寬度b可以表示在邊緣處的臺面區(qū)域和在拐角處的金屬覆蓋層的延長線之間的第二電極的寬度中的最小寬度。
[0021]當(dāng)從頂部往下看時，在各個開口中形成的第一電極的起點和第二電極的終點之間的距離可以在5μηι至8μηι的范圍內(nèi)。
[0022]當(dāng)從頂部往下看時，各臺面區(qū)域的起點和第二電極的終點之間的距離可以等于或者小于4μηι。
[0023]第二電極可以由包括銀(Ag)、鋁(Al)和鉑(Pt)中的一種或多種元素的材料制成。
[0024]金屬覆蓋層可以由包括絡(luò)(Cr)、鎳(Ni))、舒(Ru)、鋨(Os)、銥(Ir)、fL(V)、銀(Nb)、鉭(Ta)、鈷(Co)、鋼(Fe)、鎢(W)和鈦(Ti)中的一種或多種元素的材料制成。
[0025]金屬覆蓋層還可形成在第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層下方的部分邊緣上以與第二電極的一部分疊置。
[0026]當(dāng)在邊緣處的臺面區(qū)域和在拐角處的金屬覆蓋層的延長線之間的第二電極的寬度用b表示時以及在邊緣處的臺面區(qū)域和在邊緣處的金屬覆蓋層的延長線之間的第二電極的寬度用b ’表示時，則建立起b ’ >b的關(guān)系。
[0027]寬度b可以表示在邊緣處的臺面區(qū)域和在拐角處的金屬覆蓋層的延長線之間的第二電極的寬度中的最小寬度，寬度b’可以表示在邊緣處的臺面區(qū)域和在邊緣處的金屬覆蓋層的延長線之間的第二電極的寬度中的最小寬度。
[0028]有益效果
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實施例，金屬覆蓋層可僅在拐角處形成，并且在中心處被省略。通過此結(jié)構(gòu)，金屬覆蓋層可連接第二電極和第二電極墊，并且在第二電極墊形成之前，在拐角蝕刻過程中用作蝕刻停止層。因此可以減少發(fā)光器件的生產(chǎn)成本。
[0030]此外，當(dāng)從頂部往下看時，第二電極的終點和臺面區(qū)域之間的距離可小于4μπι。隨著第二電極區(qū)域的增加，發(fā)光區(qū)域能進(jìn)一步加寬。因此，可以提高發(fā)光效率。此外，可以減少第一電極和第二電極之間的距離以減小電阻。因此，可以改善正向電壓降特性。
[0031]此外，隨著電極墊與通孔之間的距離以及通孔與通孔之間的距離被調(diào)整，即使在大功率的情況下，發(fā)光器件仍可以被穩(wěn)定地驅(qū)動。
[0032]此外，發(fā)光器件通過通孔結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步改善電流擴(kuò)散效應(yīng)。
[0033]此外，由于金屬覆蓋層的形狀根據(jù)通孔設(shè)置的位置而改變，發(fā)光器件能夠進(jìn)一步增加發(fā)光結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光的反射區(qū)域。因而，可以提高發(fā)光器件的發(fā)光效率。
[0034]此外，即使在形成具有相對較小尺寸的孔電極時，孔電極仍可形成為具有規(guī)則的輪廓。因此，該半導(dǎo)體發(fā)光器件可以防止電流擴(kuò)散并提高發(fā)光效率。
[0035]此外，由于用于形成孔電極的工藝的難度等級降低，因此能夠形成具有更小尺寸的孔電極。因此，該半導(dǎo)體發(fā)光器件能夠確保最大的發(fā)光區(qū)域。
【附圖說明】
[0036]圖1是示出一種實例的透視圖，在該實例中，在根據(jù)本發(fā)明實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法中，在第一襯底上形成多個氮化物半導(dǎo)體層。
[0037]圖2是示出一種實例的平面圖，在該實例中，執(zhí)行臺面蝕刻以露出第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層并且第二電極在第二導(dǎo)電氮化物半導(dǎo)體上形成。
[0038]圖3是沿圖2的線A-A截取的橫截面圖。
[0039]圖4是示出了圖3的變型。
[0040]圖5是示出一種實例的平面圖，在該實例中，金屬覆蓋層形成于圖2的所得結(jié)構(gòu)的頂部表面的拐角處。
[0041]圖6是示出一種實例的平面圖，在該實例中，金屬覆蓋層形成于圖2的所得結(jié)構(gòu)的頂部表面的拐角及邊緣處。
[0042]圖7是沿圖5的線A-A截取的橫截面圖。
[0043]圖8是示出一種實例，在該實例中，絕緣層形成于圖5的所得結(jié)構(gòu)的頂部表面上，且開口形成為露出第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層。
[0044]圖9是沿圖8的線A-A截取的橫截面圖。
[0045]圖10是示出一種實例的平面圖，在該實例中，第一電極形成于圖8的所得結(jié)構(gòu)的開口中和頂部表面上，并且接合金屬層在第一電極上形成。
[0046]圖11是沿圖10的線A-A截取的橫截面圖。
[0047]圖12是示出一種實例的平面圖，在該實例中，導(dǎo)電襯底結(jié)合到圖10的所得結(jié)構(gòu)的頂部表面，所述所得結(jié)構(gòu)是倒置的，并且第一襯底被去除。
[0048]圖13是沿圖12的線A-A截取的橫截面圖。
[0049]圖14是示出一種實例的平面圖，在該實例中，圖12的所得結(jié)構(gòu)的拐角被刻蝕以露出金屬覆蓋層。
[0050]圖15是沿圖14的線A-A截取的橫截面圖。
[0051]圖16是示出一種實例的平面圖，在該實例中，第二電極墊形成于圖14的所得結(jié)構(gòu)的拐角處。
[0052]圖17是沿圖16的線A-A截取的橫截面圖。
[0053]圖18是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖。
[0054]圖19是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有通孔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性平面圖。
[0055]圖20是圖19的局部A的放大圖。
[0056]圖21是圖19的局部B的放大圖。
[0057]圖22是沿圖19的線C-C截取的橫截面圖。
[0058]圖23是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的具有通孔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性平面圖。
[0059]圖24是沿圖23的線C-C截取的橫截面圖。
[0060]圖25是根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性透視圖。
[0061]圖26是圖25的半導(dǎo)體發(fā)光器件及布置在半導(dǎo)體發(fā)光器件中的孔電極的實例的示意性側(cè)向橫截面圖。
[0062 ]圖27是沿圖26的線A-A截取的縱向橫截面圖。
[0063]圖28是沿圖26的線B-B截取的縱向橫截面圖。
[0064]圖29是圖25的半導(dǎo)體發(fā)光器件及布置在半導(dǎo)體發(fā)光器件中的孔電極的另一實例的示意性側(cè)向橫截面圖。
[0065]圖30是沿圖29的線A-A截取的縱向橫截面圖。
[0066]圖31是沿圖29的線B-B截取的縱向橫截面圖。
[0067]圖32到圖34示意性示出了在發(fā)光結(jié)構(gòu)(具體地，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層)的頂部表面上形成不均勻圖案的工藝。
[0068]圖35是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意橫截面圖。
[0069]圖36是沿圖35的線C-C截取的縱向橫截面圖。
[0070]圖37是沿圖35的線D-D截取的縱向橫截面圖。
[0071]圖38是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性橫截面圖。
[0072]圖39是沿圖38的線C-C截取的縱向橫截面圖。
[0073]圖40是沿圖38的線D-D截取的縱向橫截面圖。
[0074]圖41是照明裝置的分解透視圖，其中根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件可應(yīng)用于該照明裝置。
[0075]圖42是顯示器件的橫截面圖，其中根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件可應(yīng)用于該顯示器件。
[0076]圖43是另一顯示器件的橫截面圖，其中根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件可應(yīng)用于該顯示器件。
[0077]圖44是前照燈的橫截面圖，其中根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件可應(yīng)用于該前照燈。
【具體實施方式】
[0078]下面將參考附圖更詳細(xì)地描述示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以不同的形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋成受限于所述實施例。相反地，提供這些實施例以使本發(fā)明將是詳盡且完整的，并且將本發(fā)明的范圍完整傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在整個發(fā)明中，本發(fā)明的不同附圖和不同實施例中的相同的附圖標(biāo)記代表相同的組件。
[0079]在下文中，將會參考附圖對根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法進(jìn)行描述。在本發(fā)明的實施例中，將以氮化物半導(dǎo)體作為實例。但是，本發(fā)明并不局限于此。
[0080]根據(jù)本發(fā)明實施例的制造氮化物半導(dǎo)體的方法執(zhí)行如下。
[0081]圖1至圖17的圖示示出了通過執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實施例的制造氮化物半導(dǎo)體的方法的相應(yīng)步驟而獲得的結(jié)果。當(dāng)描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法時，將參考圖1至圖17。
[0082]為了制造根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件，第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層102、活性層103和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層104依次形成在第一襯底101上，如圖1所示。
[0083]第一襯底101可以包括藍(lán)寶石襯底、硅襯底、碳化硅襯底、氮化鎵襯底等。
[0084]第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層102可以包括η-型氮化物半導(dǎo)體層，第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層104可以包括P-型氮化物半導(dǎo)體層。但是，本發(fā)明并不局限于此。
[0085]假如必要的話，可以進(jìn)一步在第一襯底101和第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層102之間、在第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層102和活性層103之間、在活性層103和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層104之間以及在第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層104之上形成第三層。第三層可以包括緩沖層、未摻雜氮化物半導(dǎo)體層、電子阻擋層、應(yīng)變緩沖層諸如此類。
[0086]然后，如圖2和圖3所示，通過從第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層104執(zhí)行臺面蝕刻，直到第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層102暴露，形成多個臺面區(qū)域105。隨后，第二電極106形成于暴露的第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層104之上。
[0087]更具體地，如圖4所示，絕緣層114(例如Si02)形成在其中形成有多個臺面區(qū)域105的所得結(jié)構(gòu)的整個表面上。對于其中要形成第二電極的部分，部分去除絕緣層114，以暴露第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層104。然后，將第二電極106形成在暴露的第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層104之上。絕緣層114的形成能夠防止第二電極106接觸各臺面區(qū)域的側(cè)面。
[0088]圖2示出了一種實例，其中形成了四個臺面區(qū)域105。然而，臺面區(qū)域的數(shù)量不限于此，而可以設(shè)置成在2-100中的多個數(shù)值。各個臺面區(qū)域105均可由第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層104覆蓋。
[0089]在本實施例中，形成開口從而為第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層102提供載流子。在這種情況下，當(dāng)形成臺面區(qū)域時，絕緣層不需要在形成開口之后額外地形成于內(nèi)壁上。
[0090]具體地，當(dāng)形成第二電極106時，平面圖中第二電極106的終點和開口 109的起點之間的距離dl可以設(shè)置在5μπι至8μπι的范圍內(nèi)。第二電極和開口之間的距離dl在圖9中示出。
[0091]當(dāng)增加第二電極106的面積時，有效發(fā)光區(qū)域可以被加寬，從而提高發(fā)光效率。另夕卜，當(dāng)形成第二電極106時，平面圖中第二電極106的終點和臺面區(qū)域的起點之間的距離d2可以設(shè)置為等于或小于4μπι。
[0092]第二電極106可以由包括銀(Ag)、鋁(Al)和鉑(Pt)中的一種或多種元素在內(nèi)的具有優(yōu)異導(dǎo)電性和反射特性的材料制成。
[0093]然后，如圖5和圖7所示，金