Gan-类led用反射接触的制作方法
【专利摘要】本发明涉及GAN-类LED用反射接触。公开具有反射接触的发光二极管(LED)组件的形成方法，和提供该方法形成的LED组件。在一个实施方案中，该方法包括形成在基板表面上形成LED，所述LED包括在具有第一导电性类型的包括化合物半导体材料的第一层与具有第二导电性类型的包括化合物半导体材料的第二层之间设置的发光层，所述化合物半导体材料包括III族元素和V族元素。该方法进一步包括形成从第一层的与第二层相反的表面向内延伸的氧化区域。在一个实施方案中，氧化区域通过将第一层的表面进行氧(O2)等离子体灰化来形成。
【专利说明】
GAN-类LED用反射接触
技术领域
[0001] 本发明一般涉及半导体发光二极管(LED)装置和组件。
【背景技术】
[0002] -般，发光二极管(LED)由半导体生长基板，典型地为III-V族化合物开始。外延半 导体层生长在半导体生长基板上从而形成LED的N-型和P-型半导体层。发光层形成于LED的 N-型与P-型半导体层之间的界面处。在形成外延半导体层之后，将电接触连接至N-型和P-型半导体层。将单个的LED切成小块且用引线接合安装至封装体。密封剂沉积在LED上，并且 LED用也有助于光提取的保护镜片密封。当电压施加至电接触时，电流将在各接触之间流 动，使光子通过发光层发出。
[0003] 有许多不同类型的LED组件，包括横向LED、垂直LED、倒装芯片型LED和混合LED (垂 直和倒装芯片型LED结构的组合）。大部分类型的LED组件利用LED和底层基板或基台之间的 反射接触从而反射朝向基板或基台向下产生的光子。通过使用反射接触，使更多的光子逃 脱LED而不是被基板或基台吸收，改进LED组件的总体光输出功率和光输出效率。接触的反 射率越高，光输出功率和光输出效率的改进越大。
[0004] 典型地，银(Ag)由于其高的反射率(在可见光波长范围中大于90%)而用于反射接 触。然而，银(Ag)在与LED、特别是氮化镓(GaN)类LED形成欧姆接触所要求的退火过程期间 经历聚集。银(Ag)接触的聚集严重地劣化该接触的光学反射率。例如，在此以参考的方式引 入的Song等人的Ohmic and Degredation Mechanisms of Ag Contacts on P-type GaN, Applied Physics Letters86,062104(2005)公开了银(Ag)接触的光学反射率退火之前在 460nm波长下是92.2%，但是在33〇1下退火之后降低至84.2%，在53〇1下退火之后降低至 72.8%。上述讨论的温度在创建在LED的银(Ag)接触和半导体材料之间的欧姆接触所必要 的典型范围内。
[0005] 银(Ag)接触的聚集效应可以在图1和2中可见。图1示出常规的具有退火之后的纯 银(Ag)接触的垂直LED组件的截面图的透射电子显微镜(TEM)图像。图2示出退火之后的纯 银(Ag)接触的表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。如图1中所示，LED包括形成于P-型氮化镓 (p-GaN)层104与N-型氮化镓(η-GaN)层108之间的发光层106。纯银(Ag)接触110沉积在P-型 氮化镓(p-GaN)层104下方。退火之后，纯银(Ag)接触110聚集，导致具有一些区域为其他区 域近乎2倍厚的不均匀层。纯银(Ag)接触110的聚集传播至下方的金属粘合层113。图2中，聚 集的银(Ag)的表面非常不均匀，点缀有银(Ag)岛（较高浓度的银(Ag)材料），导致在一些区 域中较厚的银(Ag)层，而其他区域具有基本上较薄的银(Ag)层。
[0006] 为防止银(Ag)的聚集，一个常规的解决手段是将薄的镍(Ni)层沉积在LED和银 (Ag)接触之间。该解决手段例如在Son等人的Effects of Ni Cladding Layers on Suppression of Ag Agglomeration in Ag-based Ohmic Contacts on p-GaN,Applied Physics Letters 95,062108(2009)、和在Jang等人的Mechanism for Ohmic Contact Formation of Ni/Ag Contacts on P-type GaN,Applied Physics Letters 85,5920 (2004)中详细说明，在此以参考的方式将这两篇引入。然而，还一般了解的是镍(Ni)具有比 银(Ag)低的光学反射率，因此，镍/银(Ni /Ag)接触的使用将具有对应的较低的光输出功率 和光输出效率。为说明这点，如由Son等人所公开的，镍/银/镍(Ni/Ag/Ni)层状接触的使用 在500°C下退火之后仅能够实现84.1%的光发射率，对聚集的纯银(Ag)接触的改进，但是如 上所述，仍远远小于纯银(Ag)的大于90%反射率。
[0007] 根据现有技术的利用镍/银(Ni/Ag)接触的常规的垂直氮化镓(GaN)类LED组件示 出在图3A-3C中。图3A为垂直LED组件300的截面图，图3B为垂直LED组件300的对应于图3A中 示出的区域AA的放大的截面图。图3C是对应于图3A的垂直LED组件300的放大的截面图的透 射电子显微镜(TEM)图像。如图3A-3C中所示，发光层306形成于P-型氮化镓(p-GaN)层304和 N-型氮化镓(η-GaN)层308之间。P-型氮化镓(p-GaN)层304、发光层306、和N-型氮化镓(n-GaN)层308构成LED 301。
[0008] 镍(Ni)层314设置于P-型氮化镓(P-GaN)层304与银(Ag)层310之间。与此同时，镍 (Ni)层314和银(Ag)层310包括退火之后电连接至P-型氮化镓(p-GaN)层304的电接触。LED 301通过粘合层313接合至基板302。第二接触312电连接至N-型氮化镓(η-GaN)层308。在装 置操作期间，当电压施加至接触312、310、和314时，发光层发射光子311。朝向基板302向下 发射的光子311被镍(Ni)层314和银(Ag)层310反射回。
[0009] 如图3C中所示，镍(Ni)层314有效地起到银(Ag)层310的锚的作用，以致在退火期 间，银(Ag)层310的聚集减少，并且银(Ag)层310保持遍及该层基本上均一的厚度。然而，如 由Son等人所公开的，镍(Ni)层314降低接触的总体反射率，这转而降低总体光输出功率和 光输出效率。图4示出包括银(Ag)的接触的沉态反射率相对于用于避免银(Ag)的聚集的镍 (Ni)层的厚度的图。一个镍（Ni)的原子层的厚度大约为0.29nm。如图4中所示，厚度为 0.29nm的仅一个镍(Ni)的原子层将反射率降低约1.5%。随着镍(Ni)层增多，反射率对应地 降低。在镍(Ni)的厚度大于1 nm时，接触的反射率落在90 %之下。
[0010] 图5为图3A的垂直LED组件的二次离子质谱（SIMS)图。线502对应于银(Ag)，线504 对应于镓(Ga)，线506对应于镁(Mg)，线508对应于氮(N)，线510对应于镍(Ni)，线512对应于 氧(0)。如图 5 中所示，线 502(银(Ag))、504(镓(Ga))、508(氮(N))、510(镍(Ni))、和 512(氧 (0))对应于标记为"二次离子强度"的左侧y轴，线506(镁(Mg))对应于标记为"浓度"的右侧 y轴。如图5中所示，镍(Ni)层314(由线510表示)在氮化镓(GaN)层的界面处(其中镓(Ga)(线 506)、和氮(N)(线508)在0.12μπι深度左右开始浓度升高）、对应于在银(Ag)接触(线502)和 氮化镓(GaN)层之间的约lnm镍层大约达到最高。返回参考图4的图，lnm的镍(Ni)层容易降 低接触的反射率在90 %之下。
[0011] 防止银(Ag)的聚集的另一常规的解决手段是在退火之前围绕银(Ag)接触沉积二 氧化钛(Ti02)层以致二氧化钛(Ti0 2)本质上形成围绕银(Ag)的密封件，防止银(Ag)的聚集。 该解决手段公开在例如Kondoh等人的美国专利No. 6，194，743和No. 7，262，436中，在此将这 两篇以参考的方式引入。然而，如Kondoh等人公开的，二氧化钛(Ti02)降低其包围的银(Ag) 的反射。此外，沉积额外的二氧化钛(Ti0 2)层需要额外的掩膜图案化、沉积和蚀刻步骤，增 加Kondoh等人的LED组件的总体制造成本。
[0012] 因此，对于具有在退火之后不聚集的在可见光波长范围中反射率大于90%的改进 的反射接触的LED组件仍有未满足的需求。
【发明内容】
[0013]在一个实施方案中，发光二极管(LED)组件包括LED包括在具有第一导电性类型的 第一层与具有第二导电性类型的第二层之间设置的发光层。第一层和第二层包括氮化镓 (GaN)。第一层初始为P-型掺杂的，和第二层初始为N-型掺杂的。在一个实施方案中，第一层 掺杂有镁(Mg)。在一个实施方案中，第二层掺杂有硅(Si)。第一层具有从第一层的与第二层 相反的表面向内延伸的包括氧化镓(Ga 2〇3)的氧化区域。在一个实施方案中，氧化区域具有 1:1000至1:10的氧浓度相对于镓(Ga)浓度的比例。在一个实施方案中，氧化区域从第一层 的表面向内延伸至多TOnnuLED组件进一步包括设置在第一层的与第二层相反的表面上且 电连接至第一层的第一接触。第一接触与第一层形成欧姆接触。在一个实施方案中，第一接 触包括单质或合金，如银(Ag)。在一个实施方案中，第一接触在第一接触和第一层的界面处 基本上没有镍(Ni)。第一接触具有均一的厚度，并且与第一层相反的平的表面基本上没有 凸起和凹陷。第一接触具有在可见光波长范围中在90%和99%之间的光学反射率。在一个 实施方案中，第一接触具有大于94%和至多99%的光学反射率。
[0014] LED组件进一步包括设置在第二层上且电连接至第二层的第二接触。当电压施加 至第一接触和第二接触时，发光层发射光子。最初朝向第一接触发射的光子将被第一接触 反射，并且给出作为可见光逃脱LED的另一机会，由此增加 LED的光输出功率和光输出效率。 在一个实施方案中，LED组件是垂直LED组件。在另一实施方案中，LED组件是倒装芯片型LED 组件。在又一实施方案中，LED组件是混合LED组件。
[0015]在一个实施方案中，发光二极管(LED)组件的形成方法包括基板上形成LED，所述 LED包括在具有第一导电性类型的第一层与具有第二导电性类型的第二层之间设置的发光 层。第一层和第二层包括氮化镓(GaN)。第一层初始为P-型掺杂的，和第二层初始为N-型掺 杂的。在一个实施方案中，第一层初始掺杂有镁(Mg)。在一个实施方案中，第二层初始掺杂 有硅(Si)。该方法进一步包括形成从第一层的与第二层相反的表面向内延伸的氧化区域。 在一个实施方案中，氧化区域通过将第一层的表面进行氧( 〇2)等离子体灰化来形成。在一 个实施方案中，LED在形成氧化区域之前焙烧。在一个实施方案中，LED在包括氮气(N 2)和氧 气(〇2)的环境中焙烧。一旦形成，则氧化区域具有1:1000至1:10的氧浓度相对于镓(Ga)浓 度的比例。在一个实施方案中，氧化区域从第一层的表面向内延伸至多70nm。
[0016] 该方法进一步包括在第一层的表面上沉积第一接触。在一个实施方案中，第一接 触包括单质或合金，如银(Ag)。在一个实施方案中，第一接触在第一接触和第一层的界面处 基本上没有镍(Ni)。该方法进一步包括将第一接触退火以与第一层形成欧姆接触。在一个 实施方案中，第一接触在大于300°C且小于450°C的温度下退火。在一个实施方案中，第一接 触在包括约80 %氮气(N2)和约20 %氧气(02)的环境下退火。退火之后，第一接触具有均一的 厚度，并且与第一层相反的平的表面基本上没有凸起和凹陷。第一接触具有与沉积步骤之 后和退火步骤之前的第一电极的光学反射率基本上类似的退火步骤之后的光学反射率。在 一个实施方案中，第一接触具有大于94%和至多99%的光学反射率。
[0017] 在一个实施方案中，该方法进一步包括将LED接合至操作基板，并且除去LED原始 形成在上面的基板。将第二电极沉积在第二层上并且退火从而与第二层形成欧姆接触。在 另一实施方案中，该方法进一步包括蚀刻第一层和发光层以露出第二层的表面。将第二电 极沉积在第二层的表面上并且退火从而与第二层形成欧姆接触。将具有第一互连器和第二 互连器的基台连接至LED，其中第一互连器电连接至第一接触，和第二互连器电连接至第二 接触。
【附图说明】
[0018] 图1示出根据现有技术的具有退火后的纯银(Ag)接触的垂直LED组件的透射电子 显微镜(TEM)图像。
[0019] 图2示出根据现有技术的退火后的纯银(Ag)接触的表面的扫描电子显微镜（SEM) 图像。
[0020] 图3A示出现有技术的垂直LED组件的截面图。
[0021 ]图3B示出图3A的垂直LED组件的放大的截面图。
[0022]图3C示出图3A的垂直LED组件的放大的截面图的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0023]图4示出包括银(Ag)的接触的沉积态反射率相比于用于避免银(Ag)的聚集的镍 (Ni)层的厚度的图。
[0024]图5示出图3A的垂直LED组件的二次离子质谱(SIMS)图。
[0025]图6A示出根据本发明一个实施方案的垂直LED组件的截面图。
[0026]图6B示出图6A的垂直LED组件的放大的截面图。
[0027]图6C示出图6A的垂直LED组件的放大的截面图的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0028]图7示出根据本发明一个实施方案的图6A的垂直LED组件的二次离子质谱(SIMS) 图。
[0029]图8A-8G示出用于生产根据本发明一个实施方案的垂直LED组件的制造步骤的截 面图。
[0030] 图9A-9B示出用于生产根据本发明另一实施方案的倒装芯片型LED组件的可选的 制造步骤的截面图。
【具体实施方式】
[0031] 图6A示出根据本发明一个实施方案的垂直LED组件600的截面图。图6B示出垂直 LED组件600的对应于图6A中示出的区域BB的放大的截面图。图6C为图6A的垂直LED组件600 的放大的截面图的透射电子显微镜(TEM)图像。如图6A-B中所不，LED 601包括在第一半导 体层604与第二半导体层608之间设置的发光层606。第一半导体层604和第二半导体层608 包括氮化镓(GaN)。第一半导体层604为P-型氮化镓(p-GaN)，第二半导体层608为N-型氮化 镓(n-GaNhP-型氮化镓(p-GaN)可以通过用任何适合的P-型掺杂剂如镁(Mg)掺杂氮化镓 (GaN)来形成，和N-型氮化镓(n-GaN)可以通过用任何适合的N-型掺杂剂如娃(Si)掺杂氮化 镓(GaN)来形成。
[0032]第一半导体层604具有氧化区域614。氧化区域614从第一半导体层604的与第二半 导体层608相反的表面603向内延伸。在一个实施方案中，氧化区域614从第一半导体层604 的表面603向内延伸小于lnm。在另一实施方案中，氧化区域614从表面603向内延伸小于 70nm。在又一实施方案中，氧化区域614从表面603向内延伸小于0. Ιμπι。氧化区域614包括氧 化镓(Ga2〇3)。在一个实施方案中，氧化区域614具有1:1000至1:10的氧(0)浓度与镓(Ga)浓 度的比例。
[0033] 第一接触610设置在LED 601和基板602之间，第一接触形成于第一半导体层604的 表面上，并且电连接至第一半导体层604。粘合层613结合LED 601和基板602。第一接触610 与第一半导体层604形成欧姆接触。第一接触610包括高反射性的单质或合金，例如，银 (Ag)。在一个实施方案中，银(Ag)第一接触610直接接触第一半导体层604的表面603,而没 有镍(Ni)、锌(Zn)、钯(Pd)、钛(Ti)、或任何其他降低银(Ag)第一接触610的反射率的材料的 中介层。本领域一个熟练技术人员将领会到单质或合金由于所采用的制造方法而可具有污 染物，如其他元素。
[0034] 第一层604的氧化区域614中的氧浓度抑制第一接触610的聚集，导致第一接触610 具有基本上平的表面和基本上均一的厚度，如图6C中的透射电子显微镜(TEM)图像所示。第 一接触610也基本上没有凸起和凹陷，如图5中示出的Ag岛。结果，第一接触610具有在约 90%和约99%之间的光学反射率。在一个实施方案中，第一接触610具有大于94%和至多 99%的光学反射率。
[0035]第二接触612形成于第二半导体层608上，并且电连接至第二半导体层608。在装置 操作期间，当电压施加至第一接触610和第二接触612时，光子611从发光层606发射出。与如 Kondoh等人所公开的使用镍(Ni)层、或任何其他防止第一接触610的聚集的材料、如二氧化 钛(Ti02)的现有技术装置相比较，图6A-6C的LED组件将具有改进的光输出功率和光输出效 率，因为第一接触610的光学反射率不劣化。
[0036]图7示出根据本发明一个实施方案的图6A的垂直LED组件的二次离子质谱(SIMS) 图。图7中，线702对应于银(Ag)，线704对应于镓(Ga)，线706对应于镁(Mg)，线708对应于氮 0)，线71〇对应于镍(附），线712对应于氧（〇)。再次，与图5-样，线7〇2(银以 8))、7〇4(镓 (Ga))、708(氮(N))、710(镍(Ni))和712(氧(0))对应于标记为"二次离子强度"的左侧y轴， 线706(镁(Mg))对应于标记为"浓度"的右侧y轴。如图7中所示，在银(Ag)(线702)分别与镓 (Ga)和氮(N)(线704和708)之间的界面处事实上没有镍(Ni)(线710)的可检测的量。然而， 分别从镓(Ga)和氮(N)(线704和708)的表面向内具有大的氧（0)(线712)的浓度。该氧(0) (线712)的浓度表示从氮化镓层的表面向内形成用于抑制银(Ag)的聚集的氧化区域。
[0037]与图5图3A的现有技术的LED组件的二次离子质谱(SIMS)图相比较，在镓(Ga)和氮 (N) (线704和708)的表面上的氧(0)(线712)的浓度分别地大约3.1X102计数/sec(其中氧 (O) (线712)在8.0X102计数/sec达到最大）-大于在图5中示出的氮化镓(GaN)层的界面处 的氧(〇)浓度的2倍。这是因为图3A的现有技术的LED组件中存在的氧(0)浓度作为制造过程 的非有意的副产物引入，而不是按照本发明的氮化镓(GaN)层的有意的氧化的结果。在其他 试验中，已经观察到具有1:1000至1:10的氧浓度与镓(Ga)浓度的比例的氧化区域将用于抑 制银(Ag)的聚集。
[0038]在一个试验中，将根据本发明一个实施方案的按照图6A-6C的LED组件600的光输 出功率与图3A-3C中示出的现有技术的LED组件300的光输出功率比较。LED组件600和现有 技术的LED组件300均包括氮化镓(GaN)类LED，其中发光层形成于P-型氮化镓(p-GaN)层与 N-型氮化镓(η-GaN)层之间。现有技术的LED组件300利用包括100nm的银(Ag)层和非常薄的 O.lnm的镍(Ni)层的第一接触，其中镍(Ni)层在银(Ag)层与P-型氮化镓(p-GaN)层之间以抑 制聚集。根据本发明一个实施方案的LED组件600利用包括100nm的银(Ag)层而没有任何镍 或其他材料的第一接触，这是由于在P-型氮化镓(p-GaN)中引入氧化镓区域以抑制聚集。 LED组件600和现有技术的LED组件300的所有其他参数基本上类似。在350mA的操作电流下， 测量LED组件600具有与现有技术的LED组件300相比大4.7%的光输出功率。对现有技术的 LED组件的该改进将以在较高的操作条件下粗略地按线性比例确定，假设电流聚集效应不 是在较高电流下的限定因素。
[0039]图8A-8G示出用于生产根据本发明各种实施方案的垂直LED组件和倒装芯片型LED 组件的制造步骤的截面图。图8A中，提供生长基板800。生长基板800典型地是晶片，并且可 以包括适合于外延生长III-V族化合物的层的任何材料。在一个实施方案中，生长基板800 包括大块的氮化镓(GaN)。在其他实施方案中，生长基板800可包括蓝宝石(Al 2〇3)、硅(Si)、 或碳化硅(SiC)。
[0040] 图8B中，第二半导体层808外延生长在生长基板800的表面上。第二半导体层808包 括N-型氮化镓(n-GaN)』-型氮化镓(n-GaN)可以通过将氮化镓(GaN)用任何适合的N-型掺 杂剂、如硅(Si)掺杂来形成。第二半导体层808可以使用任何已知的生长方法来生长，包括 金属有机化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)、或液相外延(LPE)。图8C中，第一半导体 层804外延生长在第二半导体层808的顶上。第一半导体层804包括P-型氮化镓(p-GaN) 1-型氮化镓(P-GaN)可以通过将氮化镓(GaN)用任何适合的P-型掺杂剂、如镁(Mg)掺杂来形 成。第一半导体层804也可以使用任何已知的生长方法来生长。发光层806形成于第一和第 二半导体层804和808的界面处。第一半导体层804、发光层806、和第二半导体层808构成LED 801 〇
[00411图8D中，氧化区域814从第一半导体层804的表面803向内形成。氧化区域814包括 氧化镓(Ga203)。在一个实施方案中，氧化区域814通过焙烧LED 801和将第一半导体层804的 表面803进行氧(02)等离子体灰化来形成。在一个实施方案中，LED 801在包括氮气(N2)和氧 气(02)的环境下焙烧。LED 801焙烧小于10分钟，优选焙烧5分钟。
[0042]氧(02)等离子体灰化通常认为是将不损害第一半导体层804的表面803同时形成 氧化区域814的温和的等离子体处理。在一个实施方案中，将第一半导体层804的表面803进 行氧(〇2)等离子灰化约1分钟。在另一实施方案中，氧(〇 2)等离子灰化持续约2分钟。氧(02) 等离子灰化之后，在一个实施方案中，氧化区域814从第一半导体层804的表面803向内延伸 小于lnm。在另一实施方案中，氧化区域814从表面803向内延伸小于70nm。氧(〇2)等离子灰 化之后，氧化区域814具有1:1000至1:10的氧浓度相对于镓(Ga)浓度的比例。
[0043]图8E中，操作基板802(也就是晶片）结合至LED 801的第一半导体层804的表面 803。结合使用任何已知的晶片结合方法来完成，如其中加热粘合层813并且施加压力以将 操作基板802结合至LED 801的低共熔体结合。第一接触810沉积在第一半导体层804的表面 803上。第一接触810包括高反射性单质或合金，例如，银(Ag)。在一个实施方案中，银(Ag)第 一接触810直接接触第一半导体层804的表面803,而没有镍(Ni)、或任何其他降低银(Ag)第 一接触810的反射率的材料的中介层。粘合层813沉积在第一接触810和第一半导体层804的 表面803的不被第一接触810覆盖的部分上。当加热加压时，粘合层813将操作基板802结合 至LED 801。
[0044]在一个实施方案中，第一接触810在将操作基板802低共熔体地结合至LED 801之 前退火。将第一接触810退火创建在第一接触810和第一半导体层804之间的欧姆连接。在一 个实施方案中，第一接触810在约300°C和约450°C之间的温度下退火。第一接触810在包括 氮气(N2)和氧气(〇2)的环境下退火。在一个实施方案中，第一接触810退火小于2分钟。在另 一实施方案中，第一接触810优选退火约1分钟。
[0045]如前所述，第一层804的氧化区域814抑制第一接触810在退火过程期间的聚集，导 致第一接触810具有基本上平的表面和基本上均一的厚度。第一接触810也基本上没有凸起 和凹陷，如图5中示出的Ag岛。结果，第一接触810具有与沉积之后但退火之前的第一接触 810的光学反射率基本上类似的退火步骤之后的光学反射率。换言之，退火不会明显地劣化 第一接触810的反射率。在一个实施方案中，第一接触810具有在约90%和约99%之间的光 学反射率。在一个实施方案中，第一接触810具有大于94%和至多99%的光学反射率。
[0046]图8F中，生长基板800使用任何已知的方法除去。在一个实施方案中，生长基板800 使用化学蚀刻除去。在另一实施方案中，生长基板800使用激光剥离(LL0)除去。在又一实施 方案中，生长基板800使用机械研磨除去。在又一实施方案中，生长基板800使用干式蚀刻除 去，如电感耦合等离子体反应离子蚀刻(RIE)。图8G中，蚀刻LED 801的第一半导体层804、发 光层806和第二半导体层808以形成台式结构(mesa structure)从而促进将LED 801切成小 块来创建单个的LED组件。第二接触812形成于第二半导体层808上，并且电连接至第二半导 体层。图8G中示出的LED组件是根据本发明一个实施方案的完整的垂直LED组件。
[0047]图9A和9B示出形成根据本发明另一实施方案的倒装芯片型LED组件的可选的制造 步骤的截面图。在图9A中示出的步骤之前，前述制造步骤基本上与图8A-8E中示出的制造步 骤相同。图9A中，代替如图8E中示出的结合操作基板，蚀刻第一半导体层904和发光层906的 一部分以露出第二半导体层908的一部分。第一接触910沉积在第一半导体层904的表面903 上，第二接触912沉积在第二半导体层908的露出部分上。如图8E中一样，第一接触910包括 高反射性单质或合金，例如，银(Ag)。在一个实施方案中，银(Ag)第一接触910直接接触第一 半导体层904的表面903,而没有镍(Ni)、或任何其他降低银(Ag)第一接触910的反射率的材 料的中介层。第二接触912可包括适合于与第二半导体层908形成欧姆接触的任何材料，如 钛(Ti)、金(Au)、银(Ag)、或铝(A1)。对于第二接触912不必要是高反射性的，因为蚀刻掉发 光层906从而使第二接触912接触第二层908。
[0048] 第一和第二接触910和912均退火以分别与第一半导体层904和第二半导体层908 形成欧姆接触。在一个实施方案中，退火在大于300°C和450°C的温度下发生。退火环境包括 氮气(N2)和氧气(0 2)。在一个实施方案中，第一接触910和第二接触912退火小于2分钟。在另 一实施方案中，第一接触910和第二接触912优选退火约1分钟。再次，第一层904的氧化区域 914抑制第一接触910在退火过程期间的聚集。结果，第一接触910具有与沉积之后但退火之 前的第一接触910的光学反射率基本上类似的退火步骤后的光学反射率。
[0049]图9B中，具有第一互连器916和第二互连器918的基台连接至LED 901，其中第一接 触910电连接至第一互连器918,和第二接触912电连接至第二互连器918。图9B中示出的LED 组件是根据本发明一个实施方案的完整的倒装芯片型LED组件。任选地，如果使用不透明的 生长基板900,可以除去生长基板从而使由发光层906发射出的光子911在装置操作期间逃 脱。
[0050]在任一实施方案中，无论是使用倒装芯片型还是垂直LED组件结构，使用图8A-8G 和图9A-9B中示出的步骤制造的LED组件将具有相对于现有技术的LED组件改进的光输出功 率，因为氧化区域814和914抑制第一接触810和910分别在退火期间的聚集，如此，消除光学 地劣化材料如镍(Ni)或二氧化钛(Ti02)的需要。如此，第一接触810和910退火之后的反射 率分别将基本上与第一接触810和910在其沉积之后且退火之前的反射率类似。光输出功率 的观察到的改进将随着操作条件的增加而按线性比例确定，使通过图8A-8G和9A-9B中示出 的制造形成的LED组件适合于低功率和高功率这两种应用。
[0051] 返回参考图8E中示出的步骤，除了氧(02)等离子体灰化之外，还考虑额外的表面 处理以形成氧化区域814。其他表面处理包括，氧(0 2)反应性离子蚀刻(02-RIE)、氢氟酸(HF: H20的比例1:10)的施加、缓冲氧化蚀刻(Β0Ε; HF: NH4F: H20的比例1:4:5)、硝酸(HN〇3: H20的比 例1:1)的施加、盐酸（HC1:H20的比例1:1)的施加、磷酸（H 3P〇4)的施加、和食人鱼溶液 (piranha solution) (H2S〇4:H2〇2的比例5:1)的施加。为评价各种表面处理的效率，对各处 理测量退火前后的在第一半导体层804的表面803上沉积的100nm的银(Ag)层的反射率：
[0052] 表 8-la:
[0053]
L〇〇56J 表8-la和8-lb中，η」见氧（〇2)等离于体灰化导致在测试的所有其他表?处理之中 最高的效率(退火之前的反射率（％ )/退火之后的反射率（％ ))，并且仅表面处理导致退火 之后的银(Ag)的反射率在94%之上。额外地，氧(02)等离子灰化导致在退火之后的银(Ag) 层的最平整表面，在暗场成像下具有非常小到没有可察觉的聚集。所有其他的表面处理显 示在暗场成像下轻微到严峻的银(Ag)层的聚集。虽然对于硝酸(HN0 3:H20)、盐酸(HC1:H20)、 和食人鱼溶液(H2S0 4:H202)处理观察银(Ag)层的轻微的聚集，应了解到这些处理对于实现 银(Ag)层的大于90%反射率也是有效的，并且适合于形成根据本发明其他实施方案的氧化 区域814。
[0057]本发明的各方面的其他目标、优点和实施方案对于本领域熟练技术人员来说是显 然的，并且在说明书和附图的范围内。例如，但没有限定，结构或功能要素可以与本发明一 致地重排，或者方法步骤重新排序。类似地，根据本发明的原理可以应用至其他实例，即使 这里没有详细地具体描述，但仍将在本发明的范围内。
【主权项】
1. 一种发光二极管LED组件，其包括： 包括在具有第一导电性类型的包括III-V族半导体材料的第一层与具有第二导电性类 型的包括III-V族半导体材料的第二层之间设置的发光层的LED，所述第一层具有从所述第 一层的与所述第二层相反的表面向内延伸的氧化区域;和 设置于所述第一层的与所述第二层相反的表面上且电连接至所述第一层的第一接触。2. 根据权利要求1所述的LED组件，其进一步包括设置于所述第二层的表面上且电连接 至所述第二层的第二接触。3. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述氧化区域的氧的浓度与III族元素的浓度 的比例为1:1000至1:10。4. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述氧化区域从所述第一层的与所述第二层相 反的表面向内延伸至多70nm〇5. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述III-V族半导体材料为氮化镓GaN。6. 根据权利要求5所述的LED组件，其中所述氧化区域包括氧化镓Ga2〇3。7. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述第一接触包括单质或合金。8. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述第一接触为银Ag。9. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述第一接触在所述第一接触与所述第一层的 界面处基本上没有镍Ni、锌Zn、钯Pd、钛Ti、或具有比银Ag低的光学反射率的任何材料。10. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述第一接触与所述第一层形成欧姆接触。11. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述第一接触具有基本上均一的厚度。12. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述第一接触的与所述第一层相反的表面是 基本上平的。13. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述第一接触的与所述第一层相反的表面基 本上没有凸起和凹陷。14. 根据权利要求1所述的LED组件，其中所述第一接触具有在90%至99%之间的光学 反射率。15. -种发光二极管LED组件的形成方法，其包括： 提供基板； 在所述基板的表面上形成LED，所述LED包括在具有第一导电性类型的包括III-V族半 导体材料的第一层与具有第二导电性类型的包括III-V族半导体材料的第二层之间设置的 发光层； 形成从所述第一层的与所述第二层相反的表面向内延伸的氧化区域;和 在所述第一层的所述表面上沉积第一接触。16. 根据权利要求15所述的方法，其进一步包括： 在所述第二层上沉积第二接触。17. 根据权利要求15所述的方法，其中所述氧化区域的氧的浓度与III族元素的浓度的 比例为1:1000至1:10。18. 根据权利要求15所述的方法，其中所述氧化区域从所述第一层的与所述第二层相 反的表面向内延伸至多70nm〇19. 根据权利要求15所述的方法，其进一步包括： 在形成所述氧化区域的步骤之前焙烧所述LED。20. 根据权利要求19所述的方法，其中所述LED在包括氮气N2和氧气02的环境下焙烧。21. 根据权利要求19所述的方法，其中所述LED焙烧小于10分钟。22. 根据权利要求15所述的方法，其中所述氧化区域通过将所述第一层的所述表面进 行氧〇2等离子体灰化来形成。23. 根据权利要求15所述的方法，其中所述III-V族半导体材料为氮化镓GaN。24. 根据权利要求23所述的方法，其中所述氧化区域包括氧化镓Ga2〇3。25. 根据权利要求15所述的方法，其进一步包括： 将所述第一接触退火，在所述第一接触与所述第一层之间形成欧姆接触。26. 根据权利要求25所述的方法，其中将所述第一接触在约300°C至约450°C之间的温 度下退火。27. 根据权利要求25所述的方法，其中所述第一接触在包括氮气N2和氧气02的环境下退 火。28. 根据权利要求25所述的方法，其中所述第一接触退火小于2分钟。29. 根据权利要求25所述的方法，其中所述第一接触在所述退火步骤之后具有基本上 均一的厚度。30. 根据权利要求25所述的方法，其中所述第一接触的与所述第一层相反的表面在所 述退火步骤之后是基本上平的。31. 根据权利要求25所述的方法，其中所述第一接触的与所述第一层相反的表面在所 述退火步骤之后基本上没有凸起和凹陷。32. 根据权利要求25所述的方法，其中所述第一接触在所述退火步骤之后具有与所述 第一接触在所述沉积步骤之后且所述退火步骤之前的光学反射率基本上类似的光学反射 率。33. 根据权利要求25所述的方法，其中所述第一接触具有在90 %至99 %之间的光学反 射率。34. 根据权利要求15所述的方法，其中所述第一接触包括单质或合金。35. 根据权利要求15所述的方法，其中所述第一接触为银Ag。36. 根据权利要求15所述的方法，其中所述第一接触在所述第一接触与所述第一层的 界面处基本上没有镍Ni、锌Zn、钯Pd、钛Ti、或具有比银Ag低的光学反射率的任何材料。
【文档编号】H01L33/36GK105990484SQ201610018396
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月12日
【发明人】佐藤泰介
【申请人】株式会社东芝