专利名称：Ⅲ族氮化物半导体发光器件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及III族氮化物半导体发光器件，更具体地，涉及能防止接合焊盘侧保护膜损失的III族氮化物半导体发光器件。III族氮化物半导体发光器件是如发光二极管的包括由Al 00( (y)In(l-X-y) N(0彡χ彡1，0彡y彡1,0彡x+y彡1)组成的化合物半导体层的发光器件，并且III族氮化物半导体发光器件还可以包括诸如SiC、SiN、SiCN和CN其它族元素组成的材料和由这些材料制成的半导体层。
背景技术：
本部分提供了与本发明相关的背景信息，但不一定是现有技术。图1是传统的III族氮化物半导体发光器件的示例图。III族氮化物半导体发光器件包括衬底100、在衬底100上生长的缓冲层200、在缓冲层200上生长的η型III族氮化物半导体层300、在η型III族氮化物半导体层300上生长的有源层400、在有源层400上生长的 P型III族氮化物半导体层500、在ρ型III族氮化物半导体层500上形成的ρ侧电极600、在ρ 侧电极600上形成的ρ侧接合焊盘700、在通过台面刻蚀ρ型III族氮化物半导体层500和有源层400而露出的η型III族氮化物半导体层300上形成的η侧电极800以及可选的保护膜 900。对于衬底100来说，可以使用GaN衬底作为均质衬底。蓝宝石衬底、SiC衬底或Si 衬底可以用作异质衬底。然而，可以使用其上能够生长氮化物半导体层的任意类型的衬底。 在使用SiC衬底的情况下，η侧电极800可以形成在SiC衬底的表面上。经常利用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)来生长在衬底100上外延地生长的氮化物半导体层。缓冲层200用于克服异质衬底100与氮化物半导体层之间的晶格常数和热膨胀系数的差异。美国专利No. 5，122，845描述了一种在380°C到800°C下在蓝宝石衬底上生长厚度IOOA到500A的AlN缓冲层的技术。另外，美国专利No. 5，290, 393描述了一种在200°C到 900°C下在蓝宝石衬底上生长厚度IOA到5000A的Al(X)Ga(l-X)N(0 ^ χ < 1)缓冲层的技术。而且，美国专利申请公开No. 2006/154454描述了一种在600°C到990°C下生长SiC缓冲层(籽晶层)并在该SiC缓冲层上生长^i(X) Ga (1-x) N (0<x< 1)的技术。优选地，应当在生长η型III族氮化物半导体层300之前生长无掺杂的GaN层。该无掺杂的GaN层可以被认为是缓冲层200或η型III族氮化物半导体层300的一部分。在η型氮化物半导体层300中，至少利于掺杂剂掺杂η侧电极800形成的区域(η型接触层)。在一些实施方式中，η型接触层由GaN制成并用Si掺杂。美国专利 No. 5，733，796描述了一种通过调整Si和其它原料的混合比例按目标掺杂浓度掺杂η型接触层的技术。有源层400通过电子和空穴的复合来产生光量子。例如，有源层400包含^i(X) Ga(1-x)N(0 < χ彡1)并具有单量子阱层或多量子阱层。
P型氮化物半导体层500被以适合的掺杂物(如Mg)掺杂，并通过激活过程具有ρ 型导电性。美国专利No. 5，247, 533描述了一种利用电子束照射来激活ρ型氮化物半导体层的技术。而且，美国专利No. 5，306，662描述了一种通过在超过400°C的温度进行退火来激活P型氮化物半导体层的技术。美国专利申请公开No. 2006/157714描述了一种没有激活过程，通过使用氨和胼基原料一起来作为氮前体来生长P型氮化物半导体层，而赋予P型氮化物半导体层P型导电性的技术。设置了 P侧电极600以便于对ρ型氮化物半导体层500进行电流供应。美国专利 No. 5，563，422描述了一种与由Ni和Au组成的光透射电极的相关技术，该光透射电极形成在几乎整个ρ型氮化物半导体层500表面上，并且与ρ型氮化物半导体层500欧姆接触。另外，美国专利No. 6，515，306描述了一种在ρ型氮化物半导体层上形成η型超晶格层并且在其上形成由铟锡氧化物(ITO)制成的光透射电极的技术。ρ侧电极600可以被形成得很厚以不透光，而是向衬底100反射光。这项技术被称为倒装芯片(flip chip)技术。美国专利No. 6，194，743描述了一种关于电极结构的技术， 该电极结构包括厚度超过20nm的Ag层、覆盖Ag层的扩散阻挡层以及含有Au和Al并覆盖扩散阻挡层的接合层。P侧接合焊盘700和η侧电极800用于电流供应以及外部引线接合。美国专利 No. 5，563，422描述了以Ti和Al形成η侧电极的技术。可选的保护膜900可以由SW2制成。η型氮化物半导体层300或ρ型氮化物半导体层500可以被构造为一层或多层。 通过使用激光技术或湿法腐蚀将衬底100与氮化物半导体层分开而引入了垂直发光器件。图2是传统III族氮化物半导体发光器件的接合焊盘侧保护膜的例子的照片。由于 P侧接合焊盘700与保护膜900之间不佳的粘接，保护膜900很容易破碎或脱落(A)。将引线接合到接合焊盘700上以进行封装制造可能造成接合焊盘700和引线之间的连接缺陷。公开技术问题本发明要解决的技术问题将在下面的实现本发明的最佳方式部分中描述。
技术方案本部分提供本发明的总体概要，而不是全面公开其全部范围或所有特征。根据本发明的一个方面，提供了一种III族氮化物半导体发光器件，该器件包括多个III族氮化物半导体层，它们具有具备第一导电类型的第一 III族氮化物半导体层、具备与第一导电类型不同的第二导电类型的第二 III族氮化物半导体层以及设置在所述第一 III族氮化物半导体层与所述第二 III族氮化物半导体层之间并通过电子和空穴的复合而发光的有源层；接合焊盘，其电连接到所述多个III族氮化物半导体层；保护膜，其设置在所述接合焊盘上；以及缓冲垫，其设置在所述接合焊盘与所述保护膜之间，并且形成为露出所述接合焊盘。有益效果根据本公开的III族氮化物半导体发光器件，可以改进接合焊盘与保护膜之间的粘接性。根据本公开的另一 III族氮化物半导体发光器件，引线可以接合到接合焊盘并同时
4改进接合焊盘与保护膜之间的粘接性。
图1是传统III族氮化物半导体发光器件的例子的示意图。图2是传统III族氮化物半导体发光器件的接合焊盘侧保护膜的例子的照片。图3是根据本公开的III族氮化物半导体发光器件的实施方式的图。图4是根据本公开的用于制造III族氮化物半导体发光器件的方法的实施方式的图。图5是根据本公开的III族氮化物半导体发光器件的接合焊盘侧保护膜的例子的照片。
具体实施例方式下面，将参考附图详细描述本发明。图3是根据本发明的III族氮化物半导体发光器件的实施方式的示意图。该III族氮化物半导体发光器件包括衬底10、生长在衬底10上的缓冲层20、生长在缓冲层20上的η型 III族氮化物半导体层30、生长在η型III族氮化物半导体层30上并通过电子和空穴的复合而发光的有源层40、生长在有源层40上的ρ型III族氮化物半导体层50、形成在ρ型III族氮化物半导体层50上的ρ侧电极60、形成在ρ侧电极60上的ρ侧接合焊盘70、形成在通过刻蚀至少P型III族氮化物半导体层50和有源层40而露出的η型III族氮化物半导体层30上的η侧电极80、形成在ρ侧接合焊盘70和η侧电极80上的缓冲垫(buffer pad) 78和88、 以及形成在发光器件上的保护膜900。这里，η侧电极80不仅向η型III族氮化物半导体层 30供电，而且还用作引线接合的接合焊盘。保护膜90可以由氧化膜形成，例如Si02、TiO2和A1203。ρ侧接合焊盘70用于连接到ρ侧电极60和引线接合。例如，ρ侧接合焊盘70可以由依次层叠到P侧电极60上的Cr层72、Ni层74以及Au层76形成。缓冲垫78设置在ρ侧接合焊盘70上以改进ρ侧接合焊盘70与保护膜90之间的弱粘接性，并由能够粘结或耦接到P侧接合焊盘70和保护膜90上的材料形成。即，如果ρ 侧接合焊盘70由金属形成且保护膜90由氧化膜形成，则缓冲垫78可以由可氧化的金属形成。例如，如果P侧接合焊盘70的顶面由Au层76形成且保护膜90由SW2形成，则缓冲垫78可以由可氧化的金属Ni或Cr形成以充分粘结到SW2和Au。缓冲垫78形成为环形以露出ρ侧接合焊盘70的中央部分70c，使得ρ侧接合焊盘70和引线之间能够接合。在一些特定实施方式中，为保证ρ侧接合焊盘70与引线之间最大的接合面积，缓冲垫78形成在ρ侧接合焊盘70的顶部靠外侧的部分。η侧电极80用于连接η型III族氮化物半导体层30以及引线接合。例如，η侧电极80可由依次层叠到η型III族氮化物半导体层30上的Cr层82、Ni层84以及Au层86形成，其中，形成在η侧电极80上的缓冲垫88可以具有与形成在ρ侧接合焊盘70上的缓冲垫78的结构相同的结构。在发光器件上，在缓冲垫78和88的表面上形成保护膜90，其中，ρ侧接合焊盘70 仍然被缓冲垫78露出，并且η侧电极80仍然被缓冲垫88露出，使得ρ侧接合焊盘70与η侧电极80能够发生引线接合。下面将详细描述根据本发明的III族氮化物半导体发光器件的制造方法。图4是根据本发明的制造III族氮化物半导体发光器件的方法的实施方式的图。多个III族氮化物半导体层20、30、40和50在衬底10的表面上生长(见图4(a))。刻蚀ρ型III族氮化物半导体层50和有源层40，以便露出η型III族氮化物半导体层 30(见图 4(b))。形成ρ侧电极60 (见图4 (b))。ρ侧电极60可形成在ρ型III族氮化物半导体层50 的整个顶面或部分顶面上。P侧电极60可以在刻蚀ρ型III族氮化物半导体层50和有源层 40之前形成。形成ρ侧接合焊盘70和η侧电极80 (见图4 (c))。其中，ρ侧接合焊盘70和η侧电极80可以通过单独的工序分别形成。ρ侧电极60可以在刻蚀ρ型III族氮化物半导体层 50和有源层40之前通过单独的工序形成。例如，可以使用电子束(E-beam)蒸发法在ρ侧电极60上依次层叠Cr、Ni和Au层来形成1 μ m到2 μ m厚的ρ侧接合焊盘70。η侧电极80 可以用相同的方法形成。缓冲垫78形成在ρ侧接合焊盘70上(见图4 (d))。例如，使用电子束蒸发法将厚度，缓冲垫78可以由ρ侧接合焊盘70上的厚度为IOA到200 A的Ni层形成。缓冲垫88可以用相同的方法形成。形成保护膜90。例如，保护膜90可以由SiO2、TiO2和Al2O3形成(见图4(d))。去除位于缓冲垫78和88的顶面上的保护膜90的部分(见图4(e))。可以使用干法刻蚀或湿法腐蚀法来去除保护膜90。例如，如果保护膜90由SiO2B成，则可以使用包含 CF4的气体对其进行干法刻蚀约250秒钟，或使用含HF的溶液对其进行湿法腐蚀约1分钟到2分钟。去除通过去除保护膜90而露出的缓冲垫78和88 (见图4 (f))。露出的缓冲垫78 和88可以用湿法腐蚀去除。例如，如果露出的缓冲垫78和88由Ni层形成，则可以利用含 HCl的溶液对它们进行几十秒钟的湿法腐蚀。所得到的结构需要经受退火。例如，得到的结构可以在425°C下退火约1分钟。图5是根据本发明的III族氮化物半导体发光器件的接合焊盘侧保护膜的例子的照片。P侧接合焊盘70的中央部分通过缓冲垫78露出，并且形成在缓冲垫78上的保护膜 90很少被分离。下文将描述本公开的多个示例性的实施方式。(1)包括位于保护膜与接合焊盘之间的缓冲垫的III族氮化物半导体发光器件。这防止了接合焊盘与保护膜之间的粘结缺陷。(2)包括位于接合焊盘上的带状垫的III族氮化物半导体发光器件。这使得能够将引线接合到接合焊盘。(3)包括位于接合焊盘与保护膜之间的可氧化金属层的III族氮化物半导体发光器件。这改进了由金属层形成的接合焊盘与由氧化膜形成的保护膜之间的粘结性。(4)包括位于接合焊盘与保护膜之间的Ni层的III族氮化物半导体发光器件。这改进了由金属层形成的接合焊盘与由S^2形成的保护膜之间的粘结性。(5)包括位于接合焊盘与保护膜之间的Cr层的III族氮化物半导体发光器件。这改进了由金属层形成的接合焊盘与由S^2形成的保护膜之间的粘结性。
权利要求
1.一种III族氮化物半导体发光器件，该III族氮化物半导体发光器件包括多个III族氮化物半导体层，它们包括具有第一导电类型的第一 III族氮化物半导体层、 具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型的第二 III族氮化物半导体层以及置于所述第一 III族氮化物半导体层与所述第二 III族氮化物半导体层之间并通过电子和空穴的复合而发光的有源层；接合焊盘，其电连接到所述多个III族氮化物半导体层；保护膜，其设置在所述接合焊盘上；以及缓冲垫，其设置在所述接合焊盘与所述保护膜之间并形成为露出所述接合焊盘。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述保护膜是氧化膜，并且所述缓冲垫由可氧化金属形成。
3.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述保护膜由SiO2形成， 所述接合焊盘的顶面由Au形成，并且所述缓冲垫由Ni或Cr形成。
4.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述缓冲垫为环形。
5.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，针对所述多个III族氮化物半导体层，至少所述第二 III族氮化物半导体层和所述有源层被刻蚀以露出所述第一 III族氮化物半导体层；所述接合焊盘包括电连接到所述第一 III族氮化物半导体层的第一接合焊盘和电连接到所述第二III族氮化物半导体层的第二接合焊盘；所述缓冲垫粘接到所述保护膜和所述接合焊盘，并且所述缓冲垫包括以带状形状形成在所述第一接合焊盘上以露出所述第一接合焊盘的第一缓冲垫和以带状形状形成在所述第二接合焊盘上以露出所述第二接合焊盘的第二缓冲垫；并且所述保护膜覆盖所述发光器件的上部，并且所述保护膜形成在所述第一缓冲垫和所述第二缓冲垫上以敞开被所述第一缓冲垫露出的所述第一接合焊盘的上部以及被所述第二缓冲垫露出的所述第二接合焊盘的上部。
6.根据权利要求5所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述保护膜由SiO2形成， 所述接合焊盘的顶面由Au形成，并且所述缓冲垫由Ni或Cr形成。
全文摘要
本发明涉及Ⅲ族氮化物半导体发光器件，更具体地，涉及如下的Ⅲ族氮化物半导体发光器件，其包括多个Ⅲ族氮化物半导体层，它们包括具有第一导电类型的第一Ⅲ族氮化物半导体层、具有与第一导电类型不同的第二导电类型的第二Ⅲ族氮化物半导体层以及置于第一Ⅲ族氮化物半导体层与第二Ⅲ族氮化物半导体层之间并通过电子和空穴的复合而发光的有源层；电连接到多个Ⅲ族氮化物半导体层的接合焊盘；设置在接合焊盘上的保护膜；以及设置在接合焊盘与保护膜之间并被形成为露出接合焊盘的缓冲垫。
文档编号H01L33/36GK102239575SQ200980148569
公开日2011年11月9日 申请日期2009年12月2日 优先权日2008年12月2日
发明者安贤睢, 金昌台, 金贤锡 申请人:艾比维利股份有限公司