中各层之间还可能插有AlGaN层等。图2是该器件在外延生长前在衬底101上形成的金属钨网状栅格102的立体示意图。
[0027]参图1b所示，通过光刻胶或者S12保护干法刻蚀形成p-GaN台面，露出η-GaN接触孔206和划片道207，然后在p-GaN台面区域制备ρ-GaN欧姆接触208。
[0028]参图1c所示，进一步在晶圆表面沉积一层绝缘的钝化层309，并在η接触孔206、划片道207、P电极表面的局部310开口。
[0029]参图1d所示，进一步在晶圆表面沉积多层金属层411并通过微电子工艺形成图形，使其在η-GaN接触孔形成良好欧姆接触，并通过钝化层310与接触孔之外区域绝缘。进一步在p-GaN与η-GaN欧姆接触金属层表面沉积焊盘金属层并图形化，形成ρ-GaN焊盘层412和η-GaN焊盘层413，焊盘金属层412、413本身可以为凸点下金属层，或同时包含凸点金属层。
[0030]该晶圆切割后形成单个倒装芯片，如图3a所示，将图1d的芯片电极面朝下放置。其背部电极如图4a所示。如图5所示，该倒装芯片可通过焊料金属用倒装方式直接与基板或衬底结合，结合时焊盘金属层412和413与基板414上的布线415相连。
[0031 ] 本实施例通过在η-GaN外延层中加入电流扩展导电层，且该导电层和其上生长的η-GaN区域形成较好欧姆接触，大大提高了 η-GaN—端的电流扩展能力，使即使单个较小面积的η-GaN电极也可以直接通过垂直方向将电流导入到电流扩展层，通过电子从电流扩展层到表面P-GaN层垂直注入，实现电流的均匀分布，并无须像Cree的DA芯片那样需要多个分立的η接触电极(请对比图3a和图3b。图3b为Cree的DA或类似芯片的剖面结构示意图，其中包含多个η接触电极。请对比参阅图4a和图4b，图4b为Cree的DA芯片背面电极图，可以看到Cree的DA芯片电极一大一小(上方细的是阳极，下方宽的为阴极)，间距很窄，相比较而言本实施例芯片更易使用)，减少η-GaN电极对有源区的占用，η-GaN电极安放位置也比较灵活，从而能够安排较大面积用于P-GaN的表面焊区，以及灵活安排P-GaN与η-GaN表面焊区的间距。根据计算，钨的电阻率为5.5X 10_8 Ω.m，如采用宽5um厚度为200nm的钨网状栅格，间距为250 μ m，则其等效面电阻为6.9 Ω / 口，优于η-GaN本身，其电流的扩展效果已相当或优于现有的叉指状电极或者分立点电极。如采用该种电流扩展层，相比于Cree DA芯片类似的结构，η-GaN开孔可减少到原来的1/16以下，可以增加ρ-GaN台面区域面积8%左右。
[0032]本实施例中的电流扩展层亦可为单层或多层石墨烯等透明导电材料。石墨烯可以为整层或者网状结构。
[0033]实施例2:与实施例1类似，其差别仅在于在生长一定厚度的外延层后，取出外延片，用沉积或者转移方法插入该电流扩展层，然后进行再外延生长。
[0034]实施例3:其外延结构同样如图1a所示。
[0035]如图6所示，通过光刻、刻蚀形成ρ-GaN台面，露出η-GaN接触孔507，然后在p_GaN台面区域制备P-GaN透明欧姆接触导电层514。
[0036]进一步，在η-GaN和ρ-GaN表面依次沉积并图形化金属层515及焊盘金属层516。金属层515在η-GaN表面形成欧姆接触，在ρ-GaN表面协助电流扩展。
[0037]透明欧姆接触导电层的材质优选为ITO，NiAu等；焊盘金属层的材质优选为TiAlTiAu, CrAu 等。
[0038]图7a是该器件的平面示意图，图7b是作为对比的不插入电流扩展层的器件平面示意图。其中617是p-GaN台面区域。对比图7a和图7b可以看出，插入电流扩展层可以改善η-GaN层电流的扩展的均匀性之外，还无需采用叉指电极结构，从而可以大幅节省用于η-GaN电流扩展的电极叉指所占芯片面积，从而大幅提高出光效率。以本实施例所示的图形为例，同样芯片尺寸下，可以增加8%的p-GaN台面面积。
[0039]实施例4:其外延结构如图1a类似。
[0040]如图8a所示，其衬底为绝缘衬底，优选为蓝宝石。将衬底减薄后刻蚀形成通孔818，通孔到达或穿过插入的电流扩展层。
[0041]如图8b所示在通孔内填入金属形成第一电极919，在外延表面形成第二电极920，从而形成通常绝缘衬底无法形成的垂直结构的LED。
[0042]其中，通孔也可以仅仅为一个，且经测试表明，此时器件的性能亦优于现有垂直结构LED芯片。
[0043]本实施例中的外延结构不限于LED结构，也可以为场效应器件结构。外延表面的电极也可以为场效应器件的源极和漏极，以及表面栅极，而衬底表面通孔连接导电层作为背栅极，从而改善器件性能。
[0044]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0045]以上所述仅是本发明的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种改善电流扩展的半导体器件，其特征在于包括衬底以及形成于所述衬底上的电流扩展层和外延层，所述电流扩展层的材质为导电材料，该导电材料的电导率大于所述外延层材料的电导率。
2.根据权利要求1所述的改善电流扩展的半导体器件，其特征在于:所述导电材料包括金属或非金属材料，所述金属材料包括钨或钨的合金，所述非金属材料包括石墨烯或纳米碳管薄膜。
3.根据权利要求1所述的改善电流扩展的半导体器件，其特征在于:所述电流扩展层为图形化的导电层，该图形包括网状栅格。
4.根据权利要求1所述的改善电流扩展的半导体器件，其特征在于:所述衬底上还形成有外延缓冲层，所述电流扩展层形成于所述外延缓冲层上，且所述电流扩展层上分布有二次外延生长形成的外延层。
5.根据权利要求1所述的改善电流扩展的半导体器件，其特征在于:所述电流扩展层为网状栅格，其厚度为10nm~200nm，线宽为5~10μπι，相邻线之间的间距为100~200 μπι。
6.根据权利要求1所述的改善电流扩展的半导体器件，其特征在于:所述外延层包括依次形成的第一极性层、有源层和第二极性层，所述第一极性层和第二极性层分别电性连接有第一电极和第二电极。
7.根据权利要求6所述的改善电流扩展的半导体器件，其特征在于:所述第一极性层和第二极性层的材质为GaN，所述有源层为InGaN/GaN多量子阱层。
8.根据权利要求6所述的改善电流扩展的半导体器件，其特征在于:所述半导体器件为倒装结构，其表面设有与第二极性层电性接触的第二电极层，所述第二电极层局部区域向第一极性层方向形成有接触孔，该接触孔通到所述第一极性层，所述第一极性层的接触电极通过接触孔与表面的第一极性层焊区金属层相连，第一极性层的接触电极以及相连的焊区金属与其下的第二极性层电极以及接触孔侧壁中间设有绝缘层。
9.根据权利要求8所述的改善电流扩展的半导体器件，其特征在于:第一极性层的接触孔仅有一个且直径小于30um，第一电极和第二电极对称分布于所述器件两侧部。
10.根据权利要求6所述的改善电流扩展的半导体器件，其特征在于:所述衬底为绝缘衬底，所述衬底上下贯穿开有通孔，衬底表面的电极通过通孔与电流扩展层相连。
【专利摘要】本发明公开了一种改善电流扩展的半导体器件，其包括衬底以及形成于所述衬底上的电流扩展层和外延层，所述电流扩展层的材质为导电材料，且所述导电材料与形成所述外延层的半导体材料不相同，其电导率比外延层材料高，因而电流扩展的距离也要高。本发明的器件可以做到较大尺寸和功率，并不需要采用额外的用于电流扩展的电极延长或多个电极并联，从而改善电流扩展，提高了器件的均匀性、功率和效率。
【IPC分类】H01L33-14
【公开号】CN104538523
【申请号】CN201510012923
【发明人】周玉刚, 修向前, 谢自力, 陈鹏, 刘斌, 张 荣
【申请人】南京大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月9日