具有形成在有紋理的表面上的接觸部的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有布置在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上的η接觸部的倒裝芯片半導(dǎo)體發(fā)光器件，該表面具有蝕刻通過P型區(qū)域和發(fā)光層的到達(dá)η型區(qū)域的多個(gè)開口。
【背景技術(shù)】
[0002]包括發(fā)光二極管(LED)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)、垂直腔激光二極管(VCSEL)和邊發(fā)射激光器的半導(dǎo)體發(fā)光器件屬于最高效的當(dāng)前可用光源之一。當(dāng)前在能夠跨越可見光譜進(jìn)行操作的高亮度發(fā)光器件的制造中所關(guān)注的材料系統(tǒng)包括II1-V族半導(dǎo)體，具體地，包括鎵、鋁、銦和氮的二元、三元和四元合金，也被稱作III族氮化物材料。典型地，III族氮化物發(fā)光器件是通過以下方式來制造的:利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)或其他外延技術(shù)，在藍(lán)寶石、碳化硅、III族氮化物、復(fù)合物或其他合適襯底上外延生長不同成分和摻雜濃度的半導(dǎo)體層的疊層。該疊層通常包括在襯底上形成的摻雜有例如硅的一個(gè)或多個(gè)η型層、在一個(gè)或多個(gè)η型層上形成的有源區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光層以及在有源區(qū)域上形成的摻雜有例如鎂的一個(gè)或多個(gè)P型層。在η型區(qū)域和P型區(qū)域上形成電接觸部。
[0003]美國專利申請(qǐng)2007-0096130描述了 “一種在LED管芯接合至基座(submount)之后使用激光剝離工藝移除生長襯底(例如藍(lán)寶石)來形成LED結(jié)構(gòu)的工藝”。為了消除使用基座與LED管芯之間的底部填料來支撐管芯的需要，LED管芯的下側(cè)具有形成于其上的基本上處于相同平面中的陽極電極和陰極電極，其中這些電極覆蓋了 LED結(jié)構(gòu)的背表面的至少85%。基座具有基本上處于相同平面中的陽極電極和陰極電極的對(duì)應(yīng)布局。
[0004]“LED管芯電極和基座電極互連在一起，使得LED管芯的幾乎整個(gè)表面由這些電極和基座支撐。未使用底部填料?？梢允褂脤ED與基座互連的不同方法，例如超聲或熱超聲金屬至金屬互擴(kuò)散(金-金、銅-銅、其他韌性金屬或者以上的組合)，或者利用不同合金成分(例如金-錫、金-鍺、錫-銀、錫-鉛或其他類似合金系統(tǒng))的焊接。
[0005]“然后，使用激光剝離工藝，從LED層移除形成LED結(jié)構(gòu)頂部的生長襯底，該激光剝離工藝剝落生長襯底和LED層的界面處的材料。由于電極和基座對(duì)LED層的大面積支撐，在激光剝離工藝期間產(chǎn)生的極高壓力不會(huì)損壞LED層。還可以使用其他襯底移除工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成η接觸部，所述表面具有蝕刻通過P型區(qū)域和發(fā)光層以暴露η型區(qū)域的多個(gè)開口。在一些實(shí)施例中，開口可以足夠小且分隔成足夠接近在一起，以使得在襯底移除期間充分支撐所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，而無需較厚的接觸部以補(bǔ)償通過蝕刻而暴露的η型區(qū)域的頂部與P型區(qū)域的頂部之間的高度差。
[0007]在一些實(shí)施例中，器件包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括布置在η型區(qū)域與P型區(qū)域之間的發(fā)光層。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括η接觸區(qū)域和P接觸區(qū)域。所述η接觸區(qū)域的橫截面包括其中移除了部分所述發(fā)光層和P型區(qū)域以暴露所述η型區(qū)域的多個(gè)第一區(qū)域。所述多個(gè)第一區(qū)域由其中所述發(fā)光層和P型區(qū)域仍存在于所述器件中的多個(gè)第二區(qū)域分隔。所述器件還包括在所述P接觸區(qū)域中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的第一金屬接觸部以及在所述η接觸區(qū)域中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的第二金屬接觸部。所述第二金屬接觸部與所述η接觸區(qū)域中的第二區(qū)域中的至少一個(gè)電接觸。
【附圖說明】
[0008]圖1是具有厚的η接觸部的倒裝芯片半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面視圖。
[0009]圖2示意了在蝕刻以暴露η型區(qū)域的部分之后III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分。
[0010]圖3示意了在形成并圖案化厚金屬層之后圖2的結(jié)構(gòu)。
[0011]圖4示意了接合至底座(mount)的III族氮化物發(fā)光器件。
【具體實(shí)施方式】
[0012]在如以上在美國專利申請(qǐng)2007-0096130中描述的具有大面積金屬接觸部的器件中，大的接合壓力和超聲功率在接合期間可能是必要的，以克服LED管芯電極和基座電極的形貌的細(xì)微變化。侵蝕性接合條件可以導(dǎo)致在接合期間對(duì)LED中的半導(dǎo)體材料的損壞。由于電極的面積大，在接合期間在電極中缺少柔順性(即變形和塌陷)使得侵蝕性接合條件可能成為必需。
[0013]在通過引用合并于此的美國申請(qǐng)N0.12/397 , 392 , “Compliant BondingStructures for Semiconductor Devices”中提出了一種解決方案。柔順接合結(jié)構(gòu)布置在LED管芯與底座之間。柔順接合結(jié)構(gòu)可以布置在LED管芯上、布置在底座上或者既布置在LED管芯上又布置在底座上。在接合期間，柔順結(jié)構(gòu)塌陷并回流，從而得到魯棒的電、熱和機(jī)械連接，該連接可能不需要侵蝕性接合條件并且可以補(bǔ)償LED管芯和底座的形貌的細(xì)微變化。
[0014]比如2007-0096130和US 12/397，392的結(jié)構(gòu)的III族氮化物倒裝芯片器件(其中在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的相同側(cè)形成P接觸部和η接觸部這兩者)需要蝕刻以暴露埋置的η型區(qū)域的一部分。這種器件在圖1中示意。在生長襯底10上生長包括η型區(qū)域12、發(fā)光區(qū)域14和P型區(qū)域16的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。蝕刻掉發(fā)光區(qū)域14和P型區(qū)域16的一部分，以顯露出η型區(qū)域的一部分。為了形成用于將器件接合至底座的平坦表面，必須包括一定結(jié)構(gòu)以補(bǔ)償其上形成P接觸部18的P型區(qū)域表面與其上形成η接觸部20的η型區(qū)域表面之間的高度差。典型地，高度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)是可使這兩個(gè)接觸部均重新分布至最頂表面的電介質(zhì)/金屬疊層或者如圖1所示的厚金屬η接觸部20。金屬間電介質(zhì)層使器件的制造復(fù)雜并可能由于電介質(zhì)故障而導(dǎo)致電短路，并且，被制造為與P接觸部表面共面的厚金屬η接觸部可能難以制造和/或制造起來較為昂貴。
[0015]在本發(fā)明的實(shí)施例中，在形成η金屬接觸部的區(qū)域中，暴露了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分以便蝕刻，并且保護(hù)一組小的區(qū)域。在所保護(hù)的區(qū)域中，仍存在發(fā)光層、P型區(qū)域和P接觸部金屬，從而形成被所暴露的η型材料的區(qū)域所圍繞的微米尺度半導(dǎo)體島或凸起(bump)。例如，凸起可以具有3微米的直徑以及8微米的中心-中心間距，從而占據(jù)η接觸區(qū)域的14%。將光致抗蝕劑施加于晶片，并使用光刻來打開η接觸區(qū)域和半導(dǎo)體凸起的區(qū)域并且還打開P接觸部的至少一部分。在通過剝離(lift-off)而圖案化的抗蝕劑和金屬化部分上蒸鍍諸如AlNiTiAu疊層之類的金屬。在金屬覆蓋蝕刻區(qū)域的位置形成η接觸部，并在金屬覆蓋P接觸區(qū)域的位置形成共面的P接觸部。在接合至底座期間，共形的接觸部可以充當(dāng)如上所述的柔順接合結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，P接觸部的區(qū)域中的光致抗蝕劑開口形成具有與η接觸部的區(qū)域中的半導(dǎo)體凸起類似的圖案的多個(gè)凸起。P接觸區(qū)域和η接觸區(qū)域中的凸起可以精確共面，而在工藝中無需調(diào)整，并且整個(gè)接合結(jié)構(gòu)可以是柔順的。
[0016]圖2和圖3示意了形成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
[0017]在圖2中，在生長襯底10上生長包括η型區(qū)域、發(fā)光或有源區(qū)域以及P型區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，生長襯底10可以是任何合適的生長襯底并且典型地是藍(lán)寶石或SiC。在襯底10上首先生長η型區(qū)域22 A型區(qū)域22可以包括不同成分和摻雜濃度的多個(gè)層，包括例如:制備層，如緩沖層或成核層，其可以是η型的或非有意摻雜的；釋放層，被設(shè)計(jì)為有助于后續(xù)釋放生長襯底或者在襯底移除之后使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)變薄；以及η型或甚至P型器件層，針對(duì)為了使發(fā)光區(qū)域高效發(fā)射光所期望的特定光或電屬性而設(shè)計(jì)。
[0018]在η型區(qū)域22上生長發(fā)光或有源區(qū)域24。合適的發(fā)光區(qū)域的示例包括單個(gè)厚或薄發(fā)光層或多量子阱發(fā)光區(qū)域，該多量子阱發(fā)光區(qū)域包括由阻擋層分離的多個(gè)薄或厚量子阱發(fā)光層。例如，多量子阱發(fā)光區(qū)域可以包括由阻擋物分離的多個(gè)發(fā)光層，其中每個(gè)發(fā)光層具有25 A或更小的厚度，每個(gè)阻擋物具有100 A或更小的厚度。在一些實(shí)施例中，器件中的每個(gè)發(fā)光層的厚度比50 A更厚。
[0019]在發(fā)光區(qū)域24上生長P型區(qū)域26。與η型區(qū)域類似，P型區(qū)域可以包括不同成分、厚度和摻雜濃度的多個(gè)層，包括非有意摻雜的層或η型層。
[0020]在P型區(qū)域26上形成作為P接觸部的一個(gè)或多個(gè)金屬321接觸部32可以包括例如與P型區(qū)域直接接觸或與其非常鄰近的反射金屬(如銀)以及在反射金屬上形成的保護(hù)材料(通常為金屬)。
[0021]然后，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行掩蔽和蝕刻，以形成圖2所示的結(jié)構(gòu)。在單個(gè)蝕刻步驟中，移除P型區(qū)域26和發(fā)光區(qū)域24的一部分，以暴露η型區(qū)域22的寬區(qū)域30和多個(gè)較窄區(qū)域28。圖2示意了由通過寬區(qū)域30的虛線分離的P接觸區(qū)域25和η接觸區(qū)域23。應(yīng)當(dāng)理解，完整器件的P接觸區(qū)域和η接觸區(qū)域的僅一部分在圖2中示意。寬區(qū)域30將P接觸部和η接觸部電隔離。
[0022]在一些實(shí)施例中，寬區(qū)域30的寬度可以例如在20微米和30微米之間。如以下參照?qǐng)D4所述，可以在η型區(qū)域和P型區(qū)域上形成柔順金屬接合結(jié)構(gòu)。當(dāng)如以下參照?qǐng)D5所述將器件接合至底座時(shí)，柔順金屬接合結(jié)構(gòu)塌陷并擴(kuò)展。在一些實(shí)施例中，寬區(qū)域30的比20微米窄的寬度可能不足以將η接觸部和P接觸部電隔離，這是由于柔順接合結(jié)構(gòu)在接合期間變形之后擴(kuò)展，并且高體積管芯接合工具典型地具有大于15微米的放置精度容差。區(qū)域30的寬度適應(yīng)于凸起的擴(kuò)展和管芯接合工具的放置精度。在一些實(shí)施例中，在將器件接合至底座之后，移除生長襯底。在一些實(shí)施例中，寬區(qū)域30的比30微米寬的寬度可能不足以在生長襯底移除期間支撐半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，從而造成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的破裂或其他損壞。如果期望大于30微米的間隙30，則可以添加底部填料。
[0023]在一些實(shí)施例中，窄區(qū)域28是在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成的圓形、正方形或任何其他合適形狀的孔。P型區(qū)域和發(fā)光層的剩余部分27形成了其中形成這些孔的鄰接區(qū)域。窄區(qū)域28的直徑可以例如在I微米和5微米之間。最近相鄰窄區(qū)域的中心可以相距例如4微米和8微米之間。在一個(gè)示例中，窄區(qū)域28是形成在6微米中心區(qū)上的直徑3微米的圓孔。孔的深度足以到達(dá)適于形成接觸部的η型區(qū)域中的層，在一個(gè)示例中，所述深度大約為2微米。
[0024]在一些實(shí)施例中，窄區(qū)域28不是孔，而是鄰接區(qū)域。P型區(qū)域和發(fā)光層的剩余部分的柱27布置在鄰接區(qū)域中。柱27可以是圓形的、正方形的或任何其他合適形狀的。柱27的直徑可以例如在I微米和5微米之間。最近相鄰柱27的中心可以相距例如4微米和8微米之間。在一個(gè)示例中，柱27是圓形的，直徑為3微米，并且形成在6微米中心區(qū)上。
[0025]在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，例如通過電鍍或?yàn)R射，在圖2所示的器件上形成厚金屬。該金屬均等地涂覆頂表面和蝕刻的谷，