专利名称：发光半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种能够产生紫外光等的半导体发光器件，还涉及一种该紫外光发光半导体器件的制造方法。
背景技术：
出版物1(Jpn.J.Appl.Phys.41卷第L1434-1436页)和出版物2(日本应用物理协会第50届会议，延续摘要的第431页)公开了半导体发光器件。这些半导体发光器件包括Cu-W衬底和用于发光二极管(LEDs)的半导体结构。该发光二极管半导体结构具有InGaN多级量子结构的激活层。在Cu-W衬底上形成一Au-Sn层。发光二极管半导体结构的激活层设置在p型半导体的p电极和n型半导体的n电极之间。该半导体发光器件按照下列步骤进行制造。GaN缓冲层和用于发光二极管的半导体结构采用MOVPE或ELO方法在蓝宝石衬底上顺序地形成。P电极在发光二极管半导体结构的一侧进行蒸发汽化，p电极使用Au-Sn焊锡与Cu-W衬底粘接。蓝宝石衬底通过一种使用KrF激发物激光器的激光去除(LLO)方法进行去除，剩下的GaN缓冲层通过使用化学机械抛光(CMP)方法对其进行抛光而被去除。在该抛光的表面形成n电极而形成半导体发光器件。
本发明人已经发现半导体发光器件，如发光二极管(LED)存在的技术问题。由于该半导体发光器件使用蓝宝石衬底来制造上述LEDs的半导体结构，激活层中螺纹错位的密度是比较高的。出版物1中的半导体发光器件的螺纹错位的密度为每平方厘米(cm-2)1.0×109，出版物2中的半导体发光器件的螺纹错位的密度相对较低，为每平方厘米(cm-2)1.0×107。螺纹错位降低了这些半导体发光器件中的发光效率。
现在需求一种短波长的发光器件，在这些短波长发光器件中AlGaN可用于激活层。由于AlGaN发光器件中的发光效率对激活层中的螺纹错位非常敏感，使用蓝宝石衬底的AlGaN半导体发光器件中的螺纹错位的密度也非常高，因此这些器件就不能提供所需的发光性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高光功率效率的发光半导体器件，和该发光半导体器件的制造方法。
本发明的一个方案是一种半导体发光器件的制造方法。该方法包括下列步骤在AlxGa1-xN(0≤x≤1)衬底上形成基于GaN的半导体部，基于GaN的半导体部包括发光膜；在基于GaN的半导体部上形成电极膜；使用导电粘合剂将导电衬底与电极膜的表面相粘接；在粘接导电衬底后，将AlxGa1-xN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个分离开。
最好是，AlxGa1-xN衬底是GaN衬底。
在本方法中，GaN或AlxGa1-xN半导体衬底与形成在其上面的基于GaN的半导体层相分离，导电衬底与基于GaN的半导体层相粘接。由于基于GaN的半导体层是生长在晶格常数接近于基于GaN的半导体层晶格常数的GaN或AlxGa1-xN半导体衬底上，因此与生长在蓝宝石衬底上的基于GaN的半导体层相比较而言，在基于GaN的半导体层中螺纹错位的密度下降了。在该发光半导体器件中的发光层具有较低的螺纹错位密度，因此该发光半导体器件具有极佳的发光效率。
在本发明的一个实例中，导电衬底是由金属制成的。
在该方法中，发光半导体器件能够有效地从发光层输出光。根据本发明的方法，它还包括如下步骤在形成基于GaN的半导体部前，在GaN衬底上形成一牺牲膜，该牺牲膜由第一材料制成，该第一材料的频带隙小于衬底材料的频带隙。将GaN衬底和基于GaN的半导体膜的其中之一与另一个分离开包括如下步骤用光照射牺牲膜，以能实现将GaN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个的分离。该光包括与小于GaN半导体的频带隙能的能量相对应的的波长分量。
在该方法中，虽然使用的是GaN衬底，但是GaN衬底通过用其波长分量大于与GaN半导体频带隙能相对应的波长分量的光照射牺牲层而与基于GaN的半导体层相分离，即，是一种激光清除方法。
在根据本发明的方法中，牺牲膜是由包含铟的氮化合物半导体制成。在该方法中，由于牺牲层的频带隙小于GaN半导体的频带隙，因此牺牲层能够吸收穿过GaN衬底的照射光。
在根据本发明的方法中，发光膜是由频带隙能大于GaN半导体的材料形成。在该方法中，虽然来自发光层的光具有较短的波长，但是能被GaN衬底吸收，因此通过使用导电衬底代替其上已生长基于GaN的半导体层，可使光输出的效率得到提高。
根据本发明的方法，它包括下列步骤重整分离的GaN衬底以便重新使用；通过使用重整的GaN衬底执行下面的步骤在重整的GaN衬底上形成基于GaN的半导体部，基于GaN半导体部包括发光膜；在基于GaN半导体部上形成电极膜；将导电衬底与该电极膜的表面相粘接；在粘接导电衬底后，将重整的GaN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个分离开。
在该方法中，经过分离的GaN衬底能被重复使用，以制造发光半导体器件，因此降低了发光半导体器件的制造成本。
最好是，AlxGa1-xN衬底(0≤x≤1)是AlxGa1-xN衬底(0＜x≤1)。
在半导体发光器件的制造方法中，AlGaN衬底与在其上面形成的基于GaN半导体层相分离，导电衬底与基于GaN的半导体层相粘接。由于基于GaN的半导体层是生长在其晶格常数接近于基于GaN的半导体层晶格常数的AlxGa1-xN半导体衬底上，因此与生长在蓝宝石衬底上的基于GaN的半导体层相比较而言，在基于GaN的半导体层中螺纹错位的密度就下降了。该发光半导体器件在发光层中具有较低的螺纹错位密度，因此该发光半导体器件具有极佳的发光效率。
在根据本发明的方法中，导电衬底是由金属制成的。
在该方法中，发光半导体器件能够有效地从发光层输出光。
根据本发明的方法，它还包括一个步骤在形成基于GaN的半导体部前，在AlxGa1-xN衬底上形成牺牲膜，该牺牲膜由第一材料制成，该第一材料的频带隙小于AlxGa1-xN衬底材料的频带隙。将AlxGa1-xN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个分离开包括如下步骤用光照射牺牲膜，以能实现将AlxGa1-xN衬底和基于GaN的半导体膜的其中之一与另一个的分离。该光包括与小于衬底材料频带隙能的能量相对应的波长分量。
在该方法中，虽然使用的是GaN，但是通过用其波长分量大于与AlGaN半导体频带隙能相对应的波长分量的光照射牺牲层，而使AlGaN衬底与基于GaN的半导体层相分离，即，是一种激光清除方法。
在根据本发明的方法中，牺牲膜是由包含铟的氮化合物半导体制成。
在该方法中，牺牲层的频带隙小于AlGaN半导体的频带隙。
根据本发明的方法，它还包括下列步骤重整分离的AlxGa1-xN衬底以便重新使用；通过使用重整的AlxGa1-xN衬底执行下面的步骤在重整的AlxGa1-xN衬底上形成基于GaN半导体部，基于GaN半导体部包括发光膜；在基于GaN半导体部上形成电极膜；将导电衬底与该电极膜的表面相粘接；在粘接导电衬底后，将重整的AlxGa1-xN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个分离开。在该方法中，经过分离的AlGaN衬底能被重复使用来制造发光半导体器件，因此降低了发光半导体器件的制造成本。
在根据本发明的方法中，发光层是由频带隙能大于衬底材料频带隙能的材料形成。在该方法中，虽然来自发光层的光具有较短的波长，而且不能被该衬底吸收，但是能够通过使用导电衬底代替其上已经生长基于GaN的半导体层的衬底，而使光输出的效率得到提高。
在根据本发明的方法中，发光膜是由包含铝的氮化合物半导体制成。在该方法中，由于包含铝的氮化合物半导体的发光层对螺纹错位非常敏感，因此，基于GaN半导体层是生长在GaN或AlGaN衬底上而不是蓝宝石衬底上。
在根据本发明的方法中，导电衬底是由Cu-W合金和Fe-Ni合金的其中之一制成。在该方法中，导电衬底是由较小的热阻材料制成，因此即使在较高的电流注射情况下，也能够制造实现较高光输出的发光半导体器件。
在根据本发明的方法中，导电粘合剂包含Au-Sn焊剂和Pb-Ni焊剂其中之一，在该方法中，导电粘合剂是由较小的热阻材料制成，因此即使在较高的电流注射情况下，也能够制造提供较高光输出的半导体发光器件。
在根据本发明的方法中，电极膜是由在发光层的光的峰值波长中反射率大于导电衬底反射率的材料制成。在该方法中，由发光层到导电衬底的光是由反射率大于导电衬底反射率的电极膜进行反射的。
根据本发明的另一个方案，一种半导体发光器件包括具有发光层的基于GaN半导体部，该发光层的螺纹错位密度小于1.0×107cm-2；电极设置在基于GaN半导体部上；导电衬底通过导电粘合剂与电极的表面相粘接。
在该发光半导体器件中，AlGaN发光层中的螺纹错位密度小于1.0×107每cm-2。在该发光半导体器件中，特别是紫外光发光半导体器件中，发光层的螺纹错位用作不发光的复合中心，因此发光层的螺纹错位密度是较低的，这样在该半导体发光器件中产生了极佳的发光效率。
在根据本发明的发光半导体器件中，发光层是由频带隙能大于GaN半导体的基于GaN的半导体制成。
在根据本发明的发光半导体器件中，发光层是由频带隙能大于AlxGa1-xN(0＜x≤1)半导体材料制成。
在根据本发明的发光半导体器件中，电极是由在来自发光层的光的峰值波长处其反射率大于导电衬底反射率的材料制成。在该装置中，由发光层到导电衬底的光是由反射率大于导电衬底反射率的电极膜进行反射的。
在根据本发明的发光半导体器件中，发光层是由包含铝的基于氮化合物的半导体制成。该器件能够产生紫外光。
本发明的上述和其它目的、特征和效果通过下面参考附图对本发明的一个较佳实施例的详细描述将会变得更加清楚，其中图1是缓冲层在GaN衬底上形成的视图；图2是InGaN层在GaN缓冲层上形成的视图；图3是AlGaN层在InGaN层上形成的视图；图4是p电极膜在基于GaN的半导体层上形成的视图；图5是电极膜与导电衬底粘接的视图；图6是发光器件的视图；图7是缓冲层在AlGaN衬底上形成的视图；图8是InGaN层在缓冲层上形成的视图；图9是AlGaN层在InGaN奉献层上形成的视图；
图10是p电极膜在基于GaN的半导体层上形成的视图；图11是电极膜与导电衬底粘接的视图；图12是发光器件的视图；图13是激光束照射到衬底上的视图；图14是将衬底产品分为半导体小片的视图；图15是激光束照射到衬底上的视图；图16是半导体衬底回收的流程图。
具体实施例方式
在结合附图阅读时，从下面的详细描述中会更好地理解本发明。需要强调的是，根据一般的实践，附图的不同部件没有按比例绘制。相反，不同部件的尺寸为了清楚起见可任意扩大或缩小。为了便于理解，在尽可能的情况下，已经使用的相同参考标号表示共用附图的相同部件。
(第一实施例)参考图1至5，将描述根据本发明第一实施例的半导体发光器件，如半导体发光二极管1，和一种该装置的制造方法。
参考图1，准备GaN衬底10。例如，GaN衬底10可由GaN单晶硅制成。GaN衬底10位于MOCVD装置(未图示)上，GaN衬底10的温度提高到摄氏1050度以能实现对GaN衬底10的表面10a进行热清洗。热清洗去除了该表面10a上的杂质，增强了表面10a的均匀度。在热清洗后，包括III族元素源的三甲基镓(TMG)的气体，V族元素源的氨(NH3)和半导体掺杂元素源的硅烷(SiH4)提供给MOCVD装置以能在GaN衬底10的表面10a上形成n型GaN缓冲层12。例如，晶体外延生长温度为摄氏1050度。例如，GaN缓冲层12的厚度为0.5微米。
GaN衬底10的温度下降到800摄氏度，包括III族元素源的TMG和三甲基铟(TMI)的气体和V族元素源的NH3提供给MOCVD装置以能在GaN缓冲层12上形成InxGa1-xN层14，如图2所示。例如，InxGa1-xN缓冲层14的成分X为0.15，InxGa1-xN缓冲层12的厚度为50纳米。
将参考图3描述基于GaN的层的形成。衬底10的温度上升到1100摄氏度，包括III族元素源的TMG和TMA的气体，V族元素源的NH3和半导体掺杂元素源的SiH4提供给MOCVD装置以能在InGaN层14上形成n型AlyGa1-yN(0＜Y＜1)层16，如图3所示。例如，n型的AlyGa1-yN层16的成分Y为0.5，AlyGa1-yN层16的厚度为为0.2微米。然后，参考图3描述其余基于GaN的层的形成。包括III族元素源的TMG和TMA的气体和V族元素源的NH3提供给MOCVD装置以能在AlGaN层16上形成n型AlzGa1-zN发光层18(0＜z＜1)而没有改变衬底温度。该气体可包含半导体掺杂元素源的SiH4。例如，AlzGa1-zN发光层18的成分z为0.05，AlzGa1-zN发光层18的厚度为0.1微米。衬底温度保持不变，包括III族元素源的TMG和TMA的气体，V族元素源的NH3和半导体掺杂元素源的Cp2Mg提供给MOCVD装置以能在AlGaN层18上形成p型AluGa1-uN层(0＜u＜1)20。例如，AluGa1-uN层20的成分U为0.1，AluGa1-uN层20的厚度为0.2微米。如上所述，一种基于GaN的半导体结构，如一种包括AlGaN层16、8和20的AlGaN半导体结构设置在GaN衬底10上。如图3所示，GaN缓冲层12和InGaN层14位于基于GaN半导体结构和GaN衬底10之间。
此后，从MOCVD装置中取出形成在其上的GaN衬底和晶体外延层，即，该晶体外延衬底，而且该外延衬底放置在金属沉淀装置中以能将Ag的p电极膜22沉淀在p型AlGaN层20的表面20a上，如图4所示。P电极膜在400摄氏度的温度下加热5分钟。最好是p电极膜22覆盖p型AlGaN层20的全部表面20a。在具有p电极膜的衬底10从金属沉淀装置中取出后，p电极膜22就通过使用导电粘合剂，如Au-Sn合金层24与金属衬底，如Cu-W合金衬底26相粘接。如图5所示，p电极膜22的表面22a与Cu-W合金衬底26的表面26a相粘接。半导体衬底和层10、12、14、16、18和20和Cu-W合金衬底26相互形成一整体以能形成单个元件。
如图13所示，波长为400纳米的激光束LB1照射到GaN衬底10的背侧。该照射光穿过GaN衬底10，被InGaN层14吸收。激光的照射改变了InGaN层14，改变过的InGaN层削弱了InGaN层14和GaN缓冲层12之间的粘合力以能将GaN衬底10和InGaN层14中的其中之一与另一个分离开。通过分离而暴露的表面经过抛光产生一个n型AlGaN层16的表面16a。然后，n电极膜以与上述p电极相同的膜形成方法在抛光表面16a上形成。此后，如图14所示，半导体层16、18和20，p电极和导电衬底通过划片机等进行切割以能形成半导体小片，每个小片就是如图6所示的发光二极管1。作为上述步骤的结果，根据第一实施例的发光二极管已经制造完成。
如上所述，在Cu-W合金衬底26与包括AlGaN层16、18和20的基于AlGaN的半导体结构相粘接，用于沉淀AlGaN层16、18和20的GaN衬底10从AlGaN层16、18和20中清除。Cu-W合金具有一个较小的热阻，因此Cu-W合金衬底26防止发光二极管1的光输出在较大电流注射时饱和。
本发明人已经对光功率的效率进行了勤奋的研究，发现通过p电极进行光的反射对光输出效率具有较大的影响。换句话说，光输出效率通过在AlGaN发光层18的光波长范围内具有一个较高反射率的p电极22得到提高。发光层18发出第一和第二成分的光。第一成分发射给设置了n电极28的发光二极管1的表面。第二成分发射给Cu-W衬底26。如果在来自AlGaN层18光的波长范围中p电极22的反射率大于Cu-W衬底26的反射率，绝大多数第二分量就通过p电极22进行反射，第一和反射过的分量经过设置n电极28的发光二极管1的侧面发射。如果在上述波长范围中p电极22的反射率小于Cu-W衬底26的反射率，绝大多数第二分量就被p电极22吸收。
因此，如果p电极22是由反射率大于Cu-W衬底26的材料，如Ag制成，发光二极管1就会呈现一个极佳的光输出效率。
清除的半导体层是由一个频带隙小于衬底材料频带隙的材料制成，如InGaN半导体。InGaN层形成在基于GaN材料制成的衬底上，如GaN衬底。InGaN层14接收峰值波长小于对应于InGaN频带隙能波长、而大于对应于GaN半导体频带隙能波长的激光束，如波长为400纳米的激光束。激光束的照射通过一种清除方法允许GaN衬底10和AlGaN层16，18和20其中之一与另一个分离。而且，由于包含铟的、基于氮化物的混合物半导体的特性，InGaN 14用作一个缓冲层以能减小生长在其上的层内的应力。更具体的说，InGaN 14允许较厚的AlGaN层16，18和20沉淀在晶格常数不同于上述AlGaN层晶格常数的GaN衬底上，较厚的AlGaN层能够增强载流子的密封，该载流子的密封会对发光二极管1的光的形成产生影响。
如图16所示，在清除(lift off)GaN衬底后，清除后的GaN衬底的表面经过抛光以能恢复或重整可重新使用的GaN衬底的表面，而形成发光二极管。GaN衬底的重新使用降低了发光二极管1的制造成本。
然后，将描述如上面的发光二极管1。半导体发光器件，如发光二极管1，包括基于GaN的半导体部，电极和导电衬底。基于GaN的半导体部包括发光层。该发光层的螺纹错位的密度小于每平方厘米(cm-2)1.0×107。该电极设置在基于GaN的半导体部上。导电衬底的主要表面通过导电粘合剂与电极的表面相粘接。最好是，导电衬底的主要表面的尺寸大体上与电极表面的尺寸相等。基于GaN的半导体部的厚度小于导电衬底的厚度，在最大值时可以为10微米。
由于发光层18是由频带隙大于InGaN频带隙的AlGaN制成，发光二极管1在紫外光范围内能够产生峰值波长，例如为350纳米的光，该波长小于另一个具有InGaN发光层的发光二极管的波长。与具有一层或多层InGaN的半导体发光器件相比，具有一层或多层AlGaN或包含铟的基于氮化物的半导体的半导体发光器件对螺纹错位比较敏感，与后者器件相比，前者器件中的螺纹错位会降低发光效率。
通过发明人的勤奋研究已经找到一个解决方案如上所述，一种使用GaN衬底的发光二极管的制造方法。该发光二极管通过使用一种晶格常数接近于AlGaN晶格常数(与蓝宝石相比)的GaN半导体的衬底来降低螺纹错位密度而提高发光效率。在通过上述方法制造的发光二极管1中，AlGaN发光层18的螺纹错位密度等于或小于每平方厘米(cm-2)5×106，该值小于每平方厘米(cm-2)1.0×107。在基于GaN的发光二极管中，特别是基于紫外光的发光二极管中，发光层的螺纹错位用作不发光复合中心，因此包括具有较低螺纹错位密度的发光层的发光二极管具有极佳的发光效率。在一个实施例中，发光二极管产生100毫瓦的紫外光功率，并在500毫安的电流情况下产生350纳米的峰值波长。
发光二极管1通过使用激光清除方法的去除GaN衬底和粘接导电衬底而制成，因此它以较高的光输出效率提供来自AlGaN发光层18的光，而没有任何光被GaN衬底所吸收。
如上详述，层16、18、20在晶格常数接近于AlGaN的GaN衬底上形成，因此AlGaN层16、18、和20中的螺纹错位密度与生长在蓝宝石衬底上的AlGaN层相比下降了。因此，发光二极管1具有较高的发光效率。将p电极22和Cu-W合金衬底相互粘接的Au-Sn粘接剂层24具有较小的热阻，因此发光二极管1即使在较高的注射电流情况下，也具有一个较高的光功率效率。
(第二实施例)参考图7至12，下面将描述根据本发明第二实施例的半导体发光器件1A的制造方法。
准备单晶硅AlvGa1-vN(0＜v≤1)衬底10A。例如，衬底10A的成分V为0.18。可由GaN单晶硅制成。AlvGa1-vN衬底10A位于MOCVD装置上，与第一实施例中的GaN衬底一样能够实现对AlvGa1-vN衬底10A的表面10a进行热清洗处理。例如，热清洗处理的温度为500摄氏度。在与热清洗处理相同的温度下，包括III族元素源的TMA和TMG的气体，V族元素源的NH3和掺杂元素源的SiH4提供给MOCVD装置，以能在AlxGa1-vN衬底10A的表面10a上形成n型AlwGa1-wN缓冲层12A(0＜w＜1)，如图7所示。例如，晶体外延生长温度为摄氏1050度。例如，AlwGa1-wN缓冲层12A的成分W为0.18，厚度为0.5微米。
衬底10A的温度下降到800摄氏度，包括III族元素源的TMG和TMI的气体和V族元素源的NH3提供给MOCVD装置，以能在AlxGa1-xN缓冲层12A上形成InxGa1-xN层14，如图8所示。例如，InxGa1-xN层14的成分X为0.1，InxGa1-xN层14的厚度为0.1微米。
衬底10A的温度上升到1100摄氏度，包括III族元素源的TMG和TMA的气体，V族元素源的NH3和掺杂元素源的SiH4提供给MOCVD装置，以能在InGaN层14上形成n型AlyGa1-yN层16，如图9所示。例如，n型的AlyGa1-yN层16的成分Y为0.1，AlyGa1-yN层16的厚度为为0.2微米。然后，包括III族元素源的TMG和TMA的气体和V族元素源的NH3和掺杂元素源的SiH4提供给MOCVD装置，以能在AlGaN层16上形成一个AlzGa1-zN发光层18，如图9所示。例如生长温度与n型AlyGa1-yN层16的温度相同。例如，n型AlzGa1-zN发光层18的成分z为0.05，AlzGa1-zN层18的厚度为0.1微米。衬底温度保持不变，包括III族元素源的TMG和TMA的气体，V族元素源的NH3和掺杂元素源的Cp2Mg提供给MOCVD装置、以能在发光AlGaN层18上形成p型AluGa1-uN层20，如图9所示。例如，AluGa1-uN层20的成分U为0.1，AluGa1-uN层20的厚度为0.2微米。如上所述，一种基于GaN的半导体结构，如一种包括AlGaN层16、18和20的AlGaN半导体结构设置在AlGaN衬底10上，如图9所示。AlGaN缓冲层12A和InGaN层14位于基于GaN的半导体结构和AlGaN衬底10A之间。
此后，在其上形成的AlGaN衬底10A和晶体外延层12A、14、6、18和20(下文称之为晶体外延衬底)从MOCVD装置中取出，该外延衬底放置在金属沉淀装置中，Ag的p电极膜22沉淀在p型AlGaN层20的表面20a上，如图10所示。P电极膜22在400摄氏度的温度下加热5分钟。在具有p电极膜22的AlGaN衬底10A从金属沉淀装置中取出后，p电极膜22就通过使用导电粘合剂，如Au-Sn合金层24与金属衬底，如Cu-W合金衬底26相粘接，如图11所示。例如，Au-Sn焊接剂的熔点为280摄氏度。p电极膜22的表面22a与Cu-W合金衬底26的表面26a相粘接。半导体衬底和层10A、12A、14、16、18和20和Cu-W合金衬底26相互成一整体，以能形成单个元件。
如图15所示，波长为400纳米的激光束LB2照射到AlGaN衬底10A的背侧。该照射光穿过AlGaN衬底10A，并被InGaN层14吸收。激光束的吸收改变了InGaN层14，而且改变过的InGaN层削弱了InGaN层14和缓冲层12A之间的粘合力，以能将AlGaN衬底10A和InGaN层14其中之一与另一个分离开。通过分离暴露的表面经过抛光产生一个n型AlGaN层16的表面16a。然后，n电极28用与上述p电极相同的方法在抛光表面16a上形成。此后，如图14所示，半导体层16、18和20，p电极和导电衬底通过划片机等进行切割以能形成半导体小片，每个小片就是如图12所示的发光二极管1A。作为上述步骤的结果，根据第一实施例的发光二极管1A已经制造完成。
如上所述，在Cu-W合金衬底26与AlGaN层16、18和20相粘接，用于沉淀AlGaN层16、18和20的AlGaN衬底10A从AlGaN层16，18和20中清除。Cu-W合金具有一个较小的热阻，因此Cu-W合金衬底26防止发光二极管1的光输出在较大电流注射时饱和。
p电极22是由反射率大于Cu-W衬底26的材料，如Ag制成，因此，发光二极管1A就会呈现一个极佳的光输出效率。
清除的半导体层是由频带隙小于衬底材料频带隙的材料制成，如InGaN半导体。InGaN层形成在由簇III氮化物材料制成的衬底上，如AlGaN衬底。InGaN层14接收峰值波长小于对应于InGaN频带隙能波长，而大于对应于GaN半导体频带隙能波长的激光束，如波长为400纳米的激光束。激光束的照射通过清除方法允许GaN衬底10和AlGaN层16、18和20其中之一与另一个分离。
如图16所示，在清除AlGaN衬底10A后，清除后的AlGaN衬底10A经过抛光，以能恢复或重整可重新使用的GaN衬底的表面，而形成发光二极管。AlGaN衬底10A的重新使用降低了发光二极管1A的制造成本。
然后，将描述如上面的发光二极管1A。半导体发光器件，如发光二极管1A，包括基于GaN半导体部、电极和导电衬底。基于GaN的半导体部包括发光层。该发光层的螺纹错位的密度小于每平方厘米(cm-2)1.0×107。该电极设置在基于GaN的半导体部上。导电衬底的主要表面通过导电粘合剂与电极的表面相粘接。最好是，导电衬底的主要表面的尺寸大体上与电极表面的尺寸相等。基于GaN的半导体部的厚度小于导电衬底的厚度，在最大值时可以为10微米。
与发光二极管1一样，发光二极管1A包括发光层18。发光二极管1A能够在紫外光波长范围内(例如，205至365纳米)产生光，例如为350纳米的光。该光的波长小于一个具有InGaN发光层的发光二极管产生的波长。但是，与具有一层或多层InGaN的半导体发光器件相比，发光二极管1A对螺纹错位比较敏感。通过发明人的勤奋研究已经找到一个如上所述的使用AlGaN衬底的发光二极管制造方法的解决方案。该发光二极管通过使用一种晶格常数大致接近于发光AlzGa1-zN层18(z＝0.05)晶格常数的AlxGa1-xN半导体(X＝0.18)的衬底来降低螺纹错位密度而提高发光效率。AlGaN发光层18的螺纹错位密度大约为每平方厘米(cm-2)1.0×106，该值小于每平方厘米(cm-2)1.0×107。
在基于GaN的发光二极管中，特别是基于紫外光的发光二极管中，发光层的螺纹错位用作不发光复合中心，因此包括具有较低螺纹错位密度的发光层的基于GaN的发光二极管具有极佳的发光效率。这样的发光二极管产生100毫瓦的紫外光功率，和在500毫安的电流情况下产生350纳米的波长。
发光二极管通过使用激光清除方法去除GaN衬底和粘接导电衬底而制成，因此它以较高的光输出效率发出来自AlGaN发光层18的光，而没有任何光被GaN衬底所吸收。
如上详述，层16、18和20在晶格常数等于或接近于AlGaN的AlGaN衬底10A上形成，因此AlGaN层16、18和20中的螺纹错位密度与生长在蓝宝石衬底上的AlGaN层相比下降了。因此，发光二极管1A具有较高的发光效率。将p电极22和Cu-W合金衬底相互粘接的Au-Sn粘接剂层24具有较小的热阻，因此发光二极管1A即使在较高的注射电流情况下，也具有较高的发光效率。
本发明并不局限于上述实施例，可以作如下修改。例如，基于GaN的半导体层不局限于AlGaN层，但是基于GaN的混合半导体晶体包含铟、铝等，例如AlInGaN。导电衬底的材料不局限于Cu-W合金，具有较低热阻的金属，例如Fe-Ni合金也可以用于导电衬底。导电粘合剂不局限于Au-Sn焊接剂，但是Pb-Sn焊接剂也可用作导电粘合剂。如果需要，可改变AlGaN衬底和InGaN层的成分。
发光器件局限于发光二极管，可以是一激光二极管。GaN或AlGaN衬底与基于GaN的半导体层的分离并不局限于激光清除方法，例如，湿蚀刻方法也可以使用。P电极的材料不局限于银(Ag)，可以使用在发光层的光波长范围内反射率大于导电衬底反射率的材料，如铝(Al)，铑(Rh)等。
根据本发明的一种半导体器件的制造方法可包括下列步骤在AlxGa1-xN衬底上形成包括发光层的基于GaN的半导体层；在基于GaN的半导体层上形成一电极膜；将电极膜与导电衬底相粘接，该导电衬底在发光层的光范围内具有小于AlxGa1-xN衬底的吸收系数；将AlxGa1-xN衬底和基于GaN的半导体层相分离。图示的Cu-W合金材料的反射率和光吸收系数小于GaN半导体的反射率和光吸收系数。
虽然在其一个较佳实施例中已经描述和说明本发明的原则，但是应该明白本领域的技术人员可对本发明作出结构和细节上的修改而没有背离这些原则。因此我们要求保护所有落在后面权利要求所述的精神和范围内的修改和变化。
权利要求
1.一种半导体发光器件的制造方法。该方法包括下列步骤在AlxGa1-xN(0≤x≤1)衬底上形成基于GaN的半导体部，基于GaN的半导体部包括一发光膜；在基于GaN的半导体部上形成一电极膜；使用导电粘合剂将导电衬底与电极膜的表面相粘接；在粘接导电衬底后，将AlxGa1-xN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个分离开。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于导电衬底是由金属制成的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于AlxGa1-xN衬底是GaN衬底。
4.如权利要求3所述的方法，该方法还包括一个步骤在形成基于GaN的半导体部之前，在GaN衬底上形成一牺牲膜，该牺牲膜由第一材料制成，该第一材料的频带隙小于衬底材料的频带隙，其中将GaN衬底和基于GaN的半导体膜的其中之一与另一个分离开包括如下步骤即用光照射牺牲膜以能实现将GaN衬底和基于GaN的半导体膜的其中之一与另一个的分离，该光包括与小于GaN半导体的频带隙能的能量相对应的波长分量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于牺牲膜是由包含铟的氮化合物半导体制成。
6.如权利要求3至5中任一项所述的方法，该方法还包括下列步骤重整分离的GaN衬底以便重新使用；通过使用重整的GaN衬底执行下面的步骤在重整的GaN衬底上形成基于GaN的半导体部，基于GaN的半导体部包括一发光膜；在基于GaN的半导体部上形成电极膜；将导电衬底与该电极膜的表面相粘接；和在粘接导电衬底后，将重整的GaN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个分离开。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于AlxGa1-xN衬底(0≤x≤1)是AlxGa1-xN衬底(0＜x≤1)。
8.如权利要求7所述的方法，该方法包括一个步骤在形成基于GaN的半导体部前，在AlxGa1-xN衬底上形成一牺牲膜，该牺牲膜由第一材料制成，该第一材料的频带隙小于AlxGa1-xN衬底材料的频带隙，其中将AlxGa1-xN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个分离开包括如下步骤即用光照射牺牲膜以能实现将AlxGa1-xN衬底和基于GaN的半导体膜的其中之一与另一个的分离，该光包括与小于衬底材料的频带隙能的能量相对应的波长分量。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于牺牲膜是由包含铟的氮化合物半导体制成。
10.如权利要求7至9任一项所述的方法，该方法还包括下列步骤重整分离的AlxGa1-xN衬底以便重新使用；通过使用重整的AlxGa1-xN衬底执行下面的步骤在重整的AlxGa1-xN衬底上形成基于GaN的半导体部，基于GaN的半导体部包括一发光膜；在基于GaN的半导体部上形成电极膜；将导电衬底与该电极膜的表面相粘接；在粘接导电衬底后，将重整的AlxGa1-xN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个分离开。
11.如权利要求1至10任一所述的方法，其特征在于发光层是由频带隙能大于衬底材料频带隙能的材料形成。
12.如权利要求1至11任一所述的方法，其特征在于发光膜是由包含铝的氮化合物半导体制成。
13.如权利要求1至12任一所述的方法，其特征在于导电衬底是由Cu-W合金和Fe-Ni合金的其中之一制成。
14.如权利要求1至13任一所述的方法，其特征在于导电粘合剂包含Au-Sn焊剂和Pb-Ni焊剂其中之一。
15.如权利要求1至14任一项所述的方法，其特征在于电极膜是由在来自发光层的光的峰值波长中其反射率大于导电衬底反射率的材料制成。
16.一种半导体发光器件，它包括具有发光层的基于GaN的半导体部，该发光层的螺纹错位密度小于1.0×107cm-2；设置在基于GaN的半导体部上的电极；通过导电粘合剂与电极的表面相粘接的导电衬底。
17.如权利要求16所述的半导体发光器件，其特征在于发光层是由频带隙能大于GaN半导体的基于GaN的半导体制成。
18.如权利要求16所述的半导体发光器件，其特征在于发光层是由频带隙能大于AlxGa1-xN(0＜x≤1)的半导体材料制成。
19.如权利要求16至18任一项所述的半导体发光器件，其特征在于电极是由在来自发光层的光的峰值波长中其反射率大于导电衬底反射率的材料制成。
20.如权利要求16至19任一项所述的半导体发光器件，其特征在于发光层是由包含铝的基于氮化合物的半导体制成。
全文摘要
在一种半导体发光器件的制造方法中，在GaN或AlGaN衬底上形成基于GaN的半导体部。基于GaN的半导体部包括发光膜。在基于GaN的半导体部上形成电极膜。使用导电粘合剂将导电衬底与电极膜的表面相粘接。在粘接导电衬底后，将GaN或AlGaN衬底和基于GaN的半导体部的其中之一与另一个分离开，以能形成半导体发光器件。
文档编号H01L21/00GK1581525SQ200410056340
公开日2005年2月16日 申请日期2004年8月6日 优先权日2003年8月8日
发明者秋田胜史 申请人:住友电气工业株式会社