氮化物半导体发光元件的制作方法

专利名称：氮化物半导体发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及氮化物半导体发光元件及其制造方法，具体地涉及可以改善制造产率 和可靠性的氮化物半导体发光元件及其制造方法。
背景技术：
一种由组成化学式例如 InaGabAlcN(其中 a+b+c = 1,0 ^ a < 1,0 < b ^ 1,0 ^ c < 1)表示的氮化物半导体具有大的带隙和高热稳定性。对于氮化物半导体，甚至可以通过 调整其组成而控制带隙。因而，期望氮化物半导体作为可应用于氮化物半导体发光元件的 材料，半导体发光元件例如发光二极管或激光二极管以及各种半导体器件，其典型的实例 是高温器件。对于使用氮化物半导体的发光二极管，具体地，已经开发和实施了从蓝光至绿光 的波长范围内具有发光强度高至几个坎德拉的发光二极管。此外，作为高容量光盘介质的 拾取的光源，使用氮化物半导体的激光二极管的实施正在变成研发的焦点。例如，专利文献1 (日本特开公报No. 09-008403)公开了具有上和下电极结构的传 统氮化物半导体发光元件的实例。如同在图21中所示出的示意截面图，传统氮化物半导体 发光元件被配置为，第一欧姆电极层102和第二欧姆电极层102形成于由ρ型GaAs制成并 且具有形成于其上的正电极层107的基底100上，ρ型氮化物半导体层103、发光层104和 η型氮化物半导体层105以该顺序层叠的氮化物半导体层层叠结构108形成于第二欧姆电 极层101上，并且负电极层106形成于η型氮化物半导体层105上。通过热压接合结合形成于导电基底100上的第一欧姆电极层102和形成于在蓝宝 石基底(未示出)上层叠的氮化物半导体层的层叠结构108上的第二欧姆电极层101，并且 随后去除蓝宝石基底，从而形成传统氮化物半导体发光元件。

发明内容
但是，当具有大面积的导电基底100的整个表面通过热压接合与氮化物半导体层 层叠结构108的整个表面结合时，第一欧姆电极层102和第二欧姆电极层插入其间，难于均 勻加热和压力接合这些整个表面。因而，展示出导电基底100和氮化物半导体层叠结构108 之间的不良粘接，并且因而引起这些整个表面剥离的问题。此外，还展示出导电基底100和第一欧姆电极层102之间的不良粘接，并且因而引 起全部或部分导电基底100从第一欧姆电极层102剥离的问题。如果导电基底100完全从第一欧姆电极层102剥离，则不可以去除蓝宝石基底，造 成了不能制造氮化物半导体发光元件的问题。如果导电基底100从第一欧姆电极层102部分剥离，则注入到氮化物半导体发光元件的电流不能在氮化物半导体层叠结构108和导电基底100之间成功地流动，引起工作 电压增加。因而，产生氮化物半导体发光元件的可靠性恶化的问题。此外，如果导电基底100从第一欧姆电极层102部分剥离，则当晶片切割为各个氮 化物半导体发光元件时，产生导电基底100从第一欧姆电极层102剥离的问题，该问题使制 造产率降低。此外，如果导电基底100从第一欧姆电极层102部分剥离，则在制造工艺期间，溶 齐U、光刻胶或蚀刻液穿透在导电基底100和第一欧姆电极层102之间。如果氮化物半导体 发光元件应用于灯，则树脂、潮气等通过剥离部分浸入从而引起进一步的剥离，这可以破坏 第一欧姆电极层102或第二欧姆电极层101。这引起氮化物半导体发光元件的可靠性恶化 的问题。此外，当例如Au布线键合于负电极层106时，如果在导电基底100和第一欧姆电 极层102之间展示不良的粘接，则剥离出现于导电基底100和第一欧姆电极层102之间，造 成增加工作电压的问题。因而，本发明的目标是提供可以改善制造产率和可靠性的氮化物半导体发光元件 及其制造方法。因而，本发明的第一方面可以提供一种氮化物半导体发光元件，其包括透明导 体、第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半导体层，第一导电型氮化 物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半导体层，顺序地层叠在透明导体上。这里，在本发明的第一方面中，透明导体优选包含氧化铟锡(氧化铟和锡的合成 物，此后也称为“ΙΤ0”)、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化镉铟(氧化镉和铟的合成物)、氧化镉 锌(氧化镉和锌的合成物)、氧化锌锡(氧化锌和锡的合成物)、氧化铟锌(氧化铟和锌的 合成物)、氧化镁铟(氧化镁和铟的合成物)、氧化钙镓(氧化钙和镓的合成物)、氮化钛、氮 化锆、氮化铪、或硼化镧。根据本发明的第二方面，可以提供一种氮化物半导体发光元件，其包括第一透明 导体、金属层、第二透明导体、第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半 导体层，金属层、第二透明导体、第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物 半导体层顺序地层叠在第一透明导体上。这里，在本发明的第二方面中，优选第二导电型氮化物半导体层的表面具有凹凸。此外，在本发明的第二方面中，优选第二透明导体的厚度比第一透明导体的厚度 小。在本发明中，当然“厚度”指在氮化物半导体层生长方向上的厚度。此外，在本发明的第二方面中，优选第一透明导体和第二透明导体的至少之一包 含氧化铟锡、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化镉铟、氧化镉锡、氧化锌锡、氧化铟锌、氧化镁铟、 氧化钙镓、氮化钛、氮化锆、氮化铪、或硼化镧。此外，在本发明的第二方面中，优选在金属层侧上的第二透明导体的表面具有凹 凸。此外，在本发明的第二方面中，优选在所述金属层侧上的第二透明导体的表面具 有凹痕。在本发明中，“凹痕”指具有曲面的凹形。此外，在本发明的第二方面中，优选金属层包括从包括选自由金属粘接层、金属阻 挡层和金属反射层组成的组的至少一层。在本发明中，“金属粘接层”指当与没有形成金属粘接层的情形相比时，具有用插入其间的金属粘接层能够进一步抑制层相互剥离功能的 层。在本发明中，“金属阻挡层”指当与没有形成金属阻挡层的情形相比时，具有用插入其间 的金属阻挡层能够进一步抑制原子在层间迁移功能的层。在本发明中，“金属反射层”具有 至少反射部分从发光层发出的光的功能的层。此外，在本发明的第二方面中，金属粘接层优选包含铬或铬合金(铬和至少一种 铬以外的其它类型金属的合金)。
此外，在本发明的第二方面中，金属阻挡层优选包含镍、钛、镍钛合金或钼。此外，在本发明的第二方面中，金属反射层优选包含选自由银、钼、铝、铑、银钕合 金(银和钕的合金)、银钕铜合金(银、钕和铜的合金)、银钯合金(银和钯的合金)、银钯铜 合金(银、钯和铜的合金)、银铋合金(银和铋的合金)和银钕金合金(银、钕和金的合金) 组成的组中的至少一种。此外，在本发明的第二方面中，第一透明导体侧的氮化物发光元件的表面可以制 造作为安装表面。此外，在本发明的第二方面中，第一导电型氮化物半导体层可以至少包含镁，并且 第二导电型氮化物半导体层可以至少包含硅。此外，在本发明的第一方面中，第一导电型氮化物半导体层、发光层和第二导电型 氮化物半导体层优选位于所述透明导体上，在由通过暴露部分透明导体的表面而获得的暴 露表面围绕的区域内部。此外，在本发明的第一方面中，部分透明导体的表面被暴露以便围绕第一导电型 氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半导体层的周边。此外，在本发明的第二方面中，第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电 型氮化物半导体层优选位于第二透明导体上，在由通过暴露部分第二透明导体的表面而获 得的暴露表面所围绕的区域内部。此外，在本发明的第二方面中，部分透明导体的表面被暴露以便围绕第一导电型 氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半导体层的周边。根据本发明的第三方面，可以提供一种上述氮化物半导体发光元件的制造方法， 包括的步骤是按顺序在基底上层叠第二导电型氮化物半导体层、发光层、和包含镁的第一 导电型氮化物半导体层，在第一导电型氮化物半导体层上形成透明导体；并且加热透明导 体至不低于500°C的温度持续不小于10分钟。这里，在本发明的第三方面中，透明导体优选包含氧化铟锡、氧化锌、氧化锡、氧化 镉、氧化镉铟、氧化镉锡、氧化锌锡、氧化铟锌、氧化镁铟、氧化钙镓、氮化钛、氮化锆、氮化 铪、或硼化镧。此外在本发明的第三方面中，优选包括通过去除第二导电型氮化物半导体层、发 光层、和第一导电型氮化物半导体层而暴露部分透明导体的表面的步骤。根据本发明的第四方面，可以提供一种上述氮化物半导体发光元件的制造方法， 包括的步骤是第二导电型氮化物半导体层、发光层、和包含镁的第一导电型氮化物半导体 层按该顺序在基底上层叠，在第一导电型氮化物半导体层上形成第二透明导体；并且加热 第二透明导体至不低于500°C的温度持续不小于10分钟；在加热之后形成金属层；并且形 成第一透明导体。
根据本发明的第五方面，可以提供一种上述氮化物半导体发光元件的制造方法， 包括的步骤是第二导电型氮化物半导体层、发光层、和包含镁的第一导电型氮化物半导体 层按该顺序在基底上层叠，在第一导电型氮化物半导体层上形成第二透明导体；加热第二 透明导体至不低于500°C的温度持续不小于10分钟；加热之后在第二透明导体的表面上形 成所述凹凸；形成金属层，并且形成第一透明导体。此外在本发明的第四和第五方面中，第一透明导体和第二透明导体的至少之一优 选包含氧化铟锡、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化镉铟、氧化镉锡、氧化锌锡、氧化铟锌、氧化 镁铟、氧化钙镓、氮化钛、氮化锆、氮化铪、或硼化镧。此外在本发明的第四和第五方面中，优选包括通过去除第二导电型氮化物半导体 层、发光层和第一导电型氮化物半导体层而暴露第二透明导体的部分表面的步骤。此外在本发明的第三、第四和第五方面中，基底优选包含选自由蓝宝石、砷化镓、 磷化镓、硅和锗的组成的组的至少一种。此外在本发明的第三、第四和第五方面中，可以包括去除所述基底的步骤。在本发明中，对于形成各个第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮 化物半导体层的氮化物半导体层，可以使用例如由组成化学式AlxGayInzN (注意0 < x < 1， O^y^ l,x+y+z兴0)表示的氮化物半导体晶体制成的层。注意在上述组成化 学式中，x代表铝(A1)的组成比，y代表镓(Ga)的组成比，并且z代表铟(In)的组成比。根据本发明，可以提供可以改善制造产率和可靠性的氮化物半导体发光元件及其 制造方法。当结合附图时，从下面本发明的详细描述，本发明的前述和其它目的、特征、方面 和优点将变得更为显见。


图1是根据本发明的氮化物半导体发光元件的优选实例的示意截面图。图2-7是在图1中所示出根据本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法中示出 部分的制造工艺的示意截面图。图8是根据本发明的氮化物半导体发光元件另一优选实例的示意截面图。图9-13是在图8中所示出的根据本发明氮化物半导体发光元件的制造方法中示 出部分的制造工艺的示意截面图。图14是根据本发明的氮化物半导体发光元件又一优选实例的示意截面图。图15-20是在图14中所示出的根据本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法 中示出部分的制造工艺的示意截面图。图21是具有上和下电极结构的传统氮化物半导体发光元件的实例的示意截面图。图22是根据本发明的氮化物半导体发光元件又一优选实例的示意截面图。图23-29是在图22中所示出的根据本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法 中示出部分的制造工艺的示意截面图。
具体实施例方式此后将描述本发明的实施例。在本发明的图中，相同的参照标号代表相同或对应的部分。第一实施例图1是根据本发明的氮化物半导体发光元件的优选实例的示意截面图。氮化物半 导体发光元件被配置，使得掺杂镁(Mg)的p型氮化物半导体层4、由氮化物半导体制成的具 有多量子阱(MQW)结构的发光层5、掺杂硅(Si)的n型氮化物半导体层6、和由Ti层和Au 层层叠体制成的n侧焊垫电极10按该顺序层叠在由IT0制成的透明导体上。这里，n型氮 化物半导体层6具有在其上形成有凹凸的表面。此外，氮化物半导体发光元件具有被暴露 的表面410，其中在氮化物半导体层(这里，p型氮化物半导体层4、发光层5、和n型氮化物 半导体层6)侧上的透明导体40的表面的外围部分被暴露。因而，p型氮化物半导体层4、 发光层5、和n型氮化物半导体层6位于被暴露的表面410所围绕的区域内部的透明导体 40的表面上。此后将描述如同在图1中所示出的氮化物半导体发光元件的制造方法的优选实 例。起初，如同在图2的示意截面图中所示出的，由GaN制成的缓冲层2、未掺杂的氮化物半 导体层3、n型氮化物半导体层6、发光层5、p型氮化物半导体层4按该顺序通过例如金属 有机化学气相沉积(M0CVD)法生长在蓝宝石基底1上。这里，缓冲层2可以具有例如20nm 的厚度，并且未掺杂氮化物半导体层3可以具有例如lym的厚度。此外，n型氮化物半导 体层6具有例如4 y m的厚度，发光层5可以具有例如50nm的厚度，并且p型氮化物半导体 层4可以具有例如150nm的厚度。注意可以不生长未掺杂的氮化物半导体层3。接着，如同在图3的示意截面图中所示出的，由IT0制成的例如具有50 ym厚度的 透明导体40，通过蒸镀法形成于p型氮化物半导体层4上。随后，透明导体的形成之后获得 的晶片被加热。这里，透明导体40优选加热到不低于500°C并且不高于800°C的温度，并且 更加优选加热到不低于500°C并且不高于650°C的温度，以便改进透射率并且减小电阻率， 以作为透明导体。此外，就允许透明导体进一步展示其功能而言，透明导体40优选加热到 上述温度(不低于500°C并且不高于800°C的温度，并且更加优选不低于500°C并且不高于 650°C的温度)，持续不少于10分钟并且不多于60分钟，并且更加优选持续不少于10分钟 并且不多于30分钟。随后从蓝宝石基底1的后表面侧施加YAG-THG激光(355nm波长)，后表面侧被镜 面抛光，使得蓝宝石基底1、缓冲层2、和部分未掺杂氮化物半导体层3被热分解从而去除蓝 宝石基底1和缓冲层2，如同在图4的示意截面图中所示出的。然后研磨未掺杂氮化物半导体层3从而暴露n型氮化物半导体层6的表面。如在 图5的示意截面图中所示出的，在n型氮化物半导体层6的表面通过反应离子蚀刻(RIE) 等形成凹凸。接着，如在图6的示意截面图中所示出的，通过例如蒸镀法等按顺序在n型氮化物 半导体层6的表面上层叠适于作焊垫的Ti层和Au层，而在部分n型氮化物半导体层6的 表面形成n侧焊垫电极10。随后，Au布线(未示出)球焊到n侧焊垫电极10上。随后，如同在图7的示意截面图中所示出的，部分的各个p型氮化物半导体层4、发 光层5、和n型氮化物半导体层6通过RIE等被蚀刻从而暴露部分透明导体40的表面。因 而形成被暴露的表面410。上述被蚀刻的晶片被划分为多个芯片，从而获得如同在图1中所示出的根据本发明的氮化物半导体发光元件。封装这样形成的氮化物半导体发光元件，使得在透明导体40 侧上其表面用作安装表面以被安装在安装构件上。如上所述，在本实施例中，由IT0制成的透明导体40执行支撑基底的功能以去除 蓝宝石基底，和导电基底的功能以形成上和下电极结构。因而，在本实施例中，为了形成上 和下电极结构，不需要通过热压接合的结合，并且可以显著地减小由热压接合和其它方式 所引起的基底的传统的剥离和翘曲，使得可以改善氮化物半导体发光元件的制造产率和可 靠性。此外，在本实施例中，还可以有效地避免氮化物半导体发光元件的工作电压的增加， 工作电压的增加有助于剥离。此外，在本实施例中，被暴露的表面410的形成使得当将晶片划分为多个芯片时 可以容易地划分被蚀刻的晶片。此外，在本实施例中，当将晶片划分为芯片时，无需划分pn结，使得短路不易发生。此外，在本实施例中，还减少了在透明导体40上氮化物半导体层(p型氮化物半导 体层4、发光层5、和n型氮化物半导体层6)的碎片、裂纹和剥离，从而改善了氮化物半导体 发光元件的可靠性，并且可以减小氮化物半导体发光元件的照明故障。在本实施例中，优选形成透明导体40从而具有不小于40 ii m并且不大于400 u m 的厚度，并且更优选厚度不小于50 y m并且不大于120 u m。如果形成透明导体40从而具有 不小于40 ii m并且不大于400 u m的厚度，尤其地厚度不小于50 y m并且不大于120 u m,则 透明导体40趋向于更有效地执行支撑基底的功能以去除蓝宝石基底，和导电基底的功能 以形成上和下电极结构。第二实施例图8是根据本发明的氮化物半导体发光元件的另一优选实例的示意截面图。氮化 物半导体发光元件被配置使得金属层42、第二透明导体41、掺杂镁(Mg)的p型氮化物半导 体层4、由氮化物半导体制成的具有多量子阱(MQW)结构的发光层5、掺杂硅(Si)的n型氮 化物半导体层6、和由Ti层和Au层层叠体制成的n侧焊垫电极10按该顺序层叠在由IT0 制成的第一透明导体43上。这里，n型氮化物半导体层6具有在其上形成有凹凸的表面。 此外，氮化物半导体发光元件具有被暴露的表面410，其中在氮化物半导体层(这里，p型氮 化物半导体层4、发光层5、和n型氮化物半导体层6)侧上的第二透明导体41的表面的外 围部分被暴露。因而，P型氮化物半导体层4、发光层5、和n型氮化物半导体层6位于被暴 露的表面410所围绕的区域内部的第二透明导体41的表面上。此后将描述如同在图8中所示出的氮化物半导体发光元件的制造方法的优选实 例。起初，如同在图2的示意截面图中所示出的，由GaN制成的缓冲层2、未掺杂的氮化物半 导体层3、n型氮化物半导体层6、发光层5、p型氮化物半导体层4按此顺序通过例如M0CVD 法生长在蓝宝石基底上。迄今该工序类似于第一实施例。接着，如同在图9的示意截面图中所示出的，由IT0制成的具有例如40 ym厚度的 第二透明导体41，由银钕合金(Ag-Nd)膜制成的金属层42，和由IT0制成的具有例如50i!m 厚度的第一透明导体43，按该顺序例如通过蒸镀法等形成于p型氮化物半导体层4上。这里，第二透明导体41优选加热到不低于500°C并且不高于800°C的温度，并且更 加优选加热到不低于500°C并且不高于650°C的温度，以便改进透射率并且减小电阻率以
8作为透明导体。此外，就允许透明导体进一步展示其功能而言，第二透明 导体41优选加热 到上述温度(不低于500°C并且不高于800°C的温度，并且更加优选不低于500°C并且不高 于650°C的温度)，持续不少于10分钟并且不多于60分钟，并且更加优选持续不少于10分 钟并且不多于30分钟。随后从蓝宝石基底1的后表面侧施加YAG-THG激光(355nm波长)，后表面侧被镜 面抛光，使得蓝宝石基底1、缓冲层2、和部分未掺杂氮化物半导体层3被热分解从而去除蓝 宝石基底1和缓冲层2，如同在图10的示意截面图中所示出的。然后研磨未掺杂氮化物半导体层3从而暴露n型氮化物半导体层6的表面。如在 图11的示意截面图中所示出的，在n型氮化物半导体层6的表面通过RIE等形成凹凸。接着，如在图12的示意截面图中所示出的，通过例如蒸镀法等，在n型氮化物半导 体层6的表面上顺序层叠适于作为焊垫的Ti层和Au层，在部分n型氮化物半导体层6的 表面形成n侧焊垫电极10。随后，Au布线(未示出)球焊在n侧焊垫电极10上。随后，如同在图13的示意截面图中所示出的，部分各个p型氮化物半导体层4、发 光层5、和n型氮化物半导体层6通过RIE等被蚀刻从而暴露部分第二透明导体41的表面。 因而形成被暴露的表面410。上述被蚀刻的晶片被划分为多个芯片，使得获得如同在图8中所示出的根据本发 明的氮化物半导体发光元件。封装这样形成的氮化物半导体发光元件，使得第一透明导体 43侧上的其表面作为安装表面以被安装到安装构件上。如上所述，在本实施例中，由IT0制成的第一透明导体43、由Ag-Nd膜制成的金属 层42、和由IT0制成的第二透明导体41的层叠体执行支撑基底的功能以去除蓝宝石基底， 和导电基底的功能以形成上和下电极结构。因而，在本实施例中，为了形成上和下电极结 构，不需要通过热压接合的结合，并且可以显著地减小由热压接合和其它方式所引起的基 底的传统剥离和翘曲，使得可以改善氮化物半导体发光元件的制造产率和可靠性。此外，在 本实施例中，还可以有效地避免氮化物半导体发光元件的工作电压的增加，工作电压的增 加有助于剥离。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，第一透明导体和第二透明导 体之间的金属层具有反射至少部分从发光层发出的光的金属反射层的功能，使得可以比在 第一实施例中的氮化物半导体发光元件提取更多的光。因而，根据本实施例的氮化物半导 体发光元件在光的外部提取效率方面是杰出的，并且因而可以作为具有良好可靠性的氮化 物半导体发光元件。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，被暴露的表面410的形成使 得当将晶片划分为多个芯片时可以容易地划分被蚀刻的晶片。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，当将晶片划分为芯片时，无需 划分pn结，使得短路不易发生。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，还减少了在第二透明导体41 上氮化物半导体层(P型氮化物半导体层4、发光层5、和n型氮化物半导体层6)的碎片、裂 纹和剥离，从而改善了氮化物半导体发光元件的可靠性，并且可以减小氮化物半导体发光 元件的照明故障。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，两个透明导体，即第一透明导体43和第二透明导体41用作透明导体，使得可以形成具有大的膜厚度的透明导体。在本实施例中，优选形成第一透明导体43、金属层42和第二透明导体41的层叠体 从而具有不小于40 ii m并且不大于400 u m的总厚度，并且更优选总厚度不小于50 y m并且 不大于120 u m。如果层叠体具有不小于40 y m并且不大于400 u m的总厚度，尤其厚度不小 于50 y m并且不大于120 u m,则层叠体趋向于更有效地执行支撑基底的功能以去除蓝宝石 基底，和导电基底的功能以形成上和下电极结构。此外，优选形成第二透明导体41从而具有比第一透明导体43小的厚度。如果形 成第二透明导体41从而具有比第一透明导体43小的厚度，则趋向于改善从发光层42发出 的光的提取效率。第三实施例图14是根据本发明的氮化物半导体发光元件的又一优选实例的示意截面图。氮 化物半导体发光元件被配置使得金属层42、第二透明导体41、掺杂镁(Mg)的p型氮化物半 导体层4、由氮化物半导体制成的具有多量子阱(MQW)结构的发光层5、掺杂硅(Si)的n型 氮化物半导体层6、和由Ti层和Au层层叠体制成的n侧焊垫电极10按该顺序层叠在由IT0 制成的第一透明导体43上。此外，凹凸形成于n型氮化物半导体层6上，并且形成于金属 层42侧上的第二透明导体41的表面上。此外，氮化物半导体发光元件具有被暴露的表面 410，其中在氮化物半导体层(这里，p型氮化物半导体层4、发光层5、和n型氮化物半导体 层6)侧上的第二透明导体41的表面的外围部分被暴露。因而，p型氮化物半导体层4、发 光层5、和n型氮化物半导体层6位于被暴露的表面410所围绕的区内部的第二透明导体 41的表面上。此后将描述如同在图14中所示出的氮化物半导体发光元件的制造方法的优选实 例。起初，如同在图2的示意截面图中所示出的，由GaN制成的缓冲层2、未掺杂的氮化物半 导体层3、n型氮化物半导体层6、发光层5、p型氮化物半导体层4按该顺序通过例如M0CVD 法生长在蓝宝石基底上。迄今该工序类似于第一和第二实施例。接着，如同在图15的示意截面图中所示出的，由IT0制成的具有例如50i!m厚度 的第二透明导体41形成于p型氮化物半导体层4上，并且凹凸形成于第二透明导体41的 表面。这里，第二透明导体41表面的凹凸可以通过以例如每个具有2 u m直径和2 y m高度 的点的图案去除第二透明导体41而形成。接着，如在图16的示意截面图中所示出的，例如由铝(A1)膜制成的具有例如 200nm厚度的金属层42，和由IT0制成的例如具有50iim厚度的第一透明导体层43，按该顺 序通过例如蒸镀法等层叠。这里，第二透明导体41优选加热到不低于500°C并且不高于800°C的温度，并且更 加优选加热到不低于500°C并且不高于650°C的温度，以便改进透射率并且减小电阻率以 作为其透明导体。此外，就允许透明导体进一步展示其功能而言，第二透明导体41优选加 热到上述温度(不低于500°C并且不高于800°C的温度，并且更加优选不低于500°C并且不 高于650°C的温度)，持续不少于10分钟并且不多于60分钟，并且更加优选持续不少于10 分钟并且不多于30分钟。随后从蓝宝石基底1的后表面侧施加YAG-THG激光(355nm波长)，后表面侧被镜 面抛光，使得蓝宝石基底1、缓冲层2、和部分未掺杂氮化物半导体层3被热分解从而去除蓝宝石基底1和缓冲层2，如同在图17的示意截面图中所示出的。然后研磨未掺杂氮化物半导体层3从而暴露n型氮化物半导体层6的表面。如在 图18的示意截面图中所示出的，在n型氮化物半导体层6的表面通过RIE等形成凹凸。接着，如在图19的示意截面图中所示出的，通过例如蒸镀法等，在n型氮化物半导 体层6的表面上顺序层叠适于作为焊垫的Ti层和Au层，在部分n型氮化物半导体层6的 表面形成n侧焊垫电极10。随后，Au布线(未示出)球焊在n侧焊垫电极10上。随后，如同在图20的示意截面图中所示出的，部分各个p型氮化物半导体层4、发 光层5、和n型氮化物半导体层6通过RIE等被蚀刻从而暴露部分第二透明导体41的表面。 因而形成被暴露的表面410。上述被蚀刻的晶片被划分为多个芯片，使得获得如同在图14中所示出的根据本 发明的氮化物半导体发光元件。封装这样形成的氮化物半导体发光元件，使得第一透明导 体43侧上的其表面作为安装表面以安装在安装构件上。如上所述，在本实施例中，由IT0制成的第一透明导体43、由Ag-Nd膜制成的金属 层42、和由IT0制成的第二透明导体41的层叠体也执行支撑基底的功能以去除蓝宝石基 底，和导电基底的功能以形成上和下电极结构。因而，也在本实施例中，为了形成上和下电 极结构，不需要通过热压接合的结合，并且可以显著地减小由热压接合和其它方式所引起 的基底的传统剥离和翘曲，使得可以改善氮化物半导体发光元件的制造产率和可靠性。此 外，在本实施例中，也可以有效地避免氮化物半导体发光元件的工作电压的增加，工作电压 的增加有助于剥离。此外，而且在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，第一透明导体和第二透 明导体之间的金属层具有反射至少部分从发光层发出的光的金属反射层的功能，使得可以 比在第一实施例中的氮化物半导体发光元件提取更多的光。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，在第一透明导体43的表面和 第二透明导体41的表面之间形成具有凹凸的表面的金属层42，使得光被金属层42反射的 区域比在第二实施例中增加得更多，并且入射到金属层42的凹凸表面上的光被漫反射，使 得有效地外部提取光。因而，比在第二实施例的氮化物半导体发光元件中可以提取更多的光。因而，根据本实施例的氮化物半导体发光元件在光的外部提取效率方面是杰出 的，因而可以作为具有良好的可靠性的氮化物半导体发光元件。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，被暴露的表面410的形成使 得当将晶片划分为多个芯片时可以容易地划分被蚀刻的晶片。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，当将晶片划分为芯片时，无需 划分pn结，从而短路不易发生。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，还减少了在第二透明导体41 上氮化物半导体层(P型氮化物半导体层4、发光层5、和n型氮化物半导体层6)的碎片、裂 纹和剥离，从而改善了氮化物半导体发光元件的可靠性，并且可以减小氮化物半导体发光 元件的照明故障。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，两个透明导体，即第一透明导 体43和第二透明导体41用作透明导体，使得可以形成具有大的膜厚度的透明导体。
也在本实施例中，优选形成第一透明导体43、金属层42和第二透明导体41的层叠 体从而具有不小于40 μ m并且不大于400 μ m的总厚度，并且更优选总厚度不小于50 μ m并 且不大于120 μ m。如果层叠体具有不小于40 μ m并且不大于400 μ m的总厚度，尤其厚度不 小于50 μ m并且不大于120 μ m,则层叠体趋向于更有效地执行支撑基底的功能以去除蓝宝 石基底和导电基底的功能以形成上和下电极结构。第四实施例图22是根据本发明的氮化物半导体发光元件的又一优选实例的示意截面图 。氮 化物半导体发光元件被配置使得金属层42、第二透明导体41、掺杂镁(Mg)的ρ型氮化物 半导体层4、由氮化物半导体制成的具有多量子阱(MQW)结构的发光层5、掺杂硅(Si)的η 型氮化物半导体层6、和由Ti层和Au层层叠体制成的η侧焊垫电极10按该顺序层叠在由 ITO制成的第一透明导体43上。此外，凹凸形成于η型氮化物半导体层6上，形成于金属 层42侧上的第二透明导体41的表面上，并且形成于金属层42侧上的第一透明导体43的 表面上。此外，氮化物半导体发光元件具有被暴露的表面410，其中在氮化物半导体层(这 里，P型氮化物半导体层4、发光层5、和η型氮化物半导体层6)侧上的第二透明导体41的 表面的外围部分被暴露。因而，ρ型氮化物半导体层4、发光层5、和η型氮化物半导体层6 位于被暴露的表面410所围绕的区内部的第二透明导体41的表面上。此后将描述如同在图22中所示出的氮化物半导体发光元件的制造方法的优选实 例。起初，如同在图2的示意截面图中所示出的，由GaN制成的缓冲层2、未掺杂的氮化物半 导体层3、η型氮化物半导体层6、发光层5、ρ型氮化物半导体层4按此顺序通过例如MOCVD 法生长在蓝宝石基底上。迄今该工序类似于第一和第二实施例。接着，如同在图15的示意截面图中所示出的，由ITO制成的具有例如50μπι厚度 的第二透明导体41，形成于ρ型氮化物半导体层4上，并且凹凸形成于第二透明导体41的 表面。这里，第二透明导体41表面的凹凸可以通过以例如每个具有2 μ m直径和2 μ m高度 的点的图案去除第二透明导体41而形成。接着，如在图23的示意截面图中所示出的，例如由铝(Al)膜制成的具有200nm厚 度的金属层42，通过例如蒸镀法等层叠在第二透明导体层41上。接着，如同在图24的示意截面图中所示出的，通过蚀刻等去除金属层42的部分表 面而在金属层42的表面形成凹凸。这里，金属层42表面的凹凸可以通过以例如每个具有 2 μ m直径和2 μ m高度的点的图案去除金属层42而形成。接着，如同在图25中所示出示意截面图，例如通过蒸镀法等层叠由ITO制成的具 有50 μ m厚度的第一透明导体43。这里，第二透明导体41优选加热到不低于500°C并且不高于800°C的温度，并且更 加优选加热到不低于500°C并且不高于650°C的温度，以便改进透射率并且减小电阻率以 作为其透明导体。此外，就允许透明导体进一步展示其功能而言，第二透明导体41优选加 热到上述温度(不低于500°C并且不高于800°C的温度，并且更加优选不低于500°C并且不 高于650°C的温度)，持续不少于10分钟并且不多于60分钟，并且更加优选持续不少于10 分钟并且不多于30分钟。随后从蓝宝石基底1的后表面侧施加YAG-THG激光(355nm波长)，后表面侧被镜 面抛光，使得蓝宝石基底1、缓冲层2、和部分未掺杂氮化物半导体层3被热分解从而去除蓝宝石基底1和缓冲层2，如同在图26的示意截面图中所示出的。然后研磨未掺杂氮化物半导体层3从而暴露η型氮化物半导体层6的表面。如在 图27的示意截面图中所示出的，在η型氮化物半导体层6的表面通过RIE等形成凹凸。接着，如在图28的示意截面图中所示出的，通过例如蒸镀法等，在η型氮化物半导 体层6的表面上顺序层叠适于作为焊垫的Ti层和Au层，在部分η型氮化物半导体层6的 表面形成η侧焊垫电极10。随后，Au布线(未示出)球焊在η侧焊垫电极10上。随后，如同在图29的示意截面图中所示出的，部分各个ρ型氮化物半导体层4、发 光层5、和η型氮化物半导体层6通过RIE等被蚀刻从而暴露部分第二透明导体41的表面。 因而形成被暴露的表面410。上述被蚀刻的晶片被划分为多个芯片，使得获得如同在图22中所示出的根据本 发明的氮化物半导体发光元件。封装这样形成的氮化物半导体发光元件，使得第一透明导 体43侧上的其表面作为安装表面以安装到安装构件上。如上所述，在本实施例中，由ITO制成的第一透明导体43、由Ag-Nd膜制成的金属 层42、和由ITO制成的第二透明导体41的层叠体也执行支撑基底的功能以去除蓝宝石基 底，和导电基底的功能以形成上和下电极结构。因而，也在本实施例中，为了形成上和下电 极结构，不需要通过热压接合的结合，并且可以显著地减小由热压接合和其它方式所引起 的基底的传统剥离和翘曲，使得可以改善氮化物半导体发光元件的制造产率和可靠性。此 夕卜，也在本实施例中，可以有效地避免氮化物半导体发光元件的工作电压的增加，工作电压 的增加有助于剥离。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，第一透明导体和第二透明导 体之间的金属层也具有反射至少部分从发光层发出的光的金属反射层的功能，使得可以比 在第一实施例中的氮化物半导体发光元件提取更多的光。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，在第一透明导体43的表面和 第二透明导体41的表面之间形成具有凹凸的表面的金属层42，使得光被金属层42反射的 区域比在第二实施例中增加得更多，并且入射到金属层42的凹凸表面上的光被漫反射，从 而可以有效地外部提取光。因而，比在第二实施例的氮化物半导体发光元件中可以提取更 多的光。因而，根据本实施例的氮化物半导体发光元件在光的外部提取效率方面是杰出 的，因而可以作为具有有利的可靠性的氮化物半导体发光元件。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，被暴露的表面410的形成使 得当将晶片划分为多个芯片时可以容易地划分被蚀刻的晶片。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，当将晶片划分为芯片时，无需 划分Pn结，从而短路不易发生。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，还减少了在第二透明导体41 上氮化物半导体层(P型氮化物半导体层4、发光层5、和η型氮化物半导体层6)的碎片、裂 纹和剥离，从而改善了氮化物半导体发光元件的可靠性，并且可以减小氮化物半导体发光 元件的照明故障。此外，在根据本实施例的氮化物半导体发光元件中，两个透明导体，即第一透明导 体43和第二透明导体41用作透明导体，使得可以形成具有大的膜厚度的透明导体。
在本实施例中，也优选形成第一透明导体43、金属层42和第二透明导体41的层叠 体从而具有不小于40 μ m并且不大于400 μ m的总厚度，并且更优选厚度不小于50 μ m并且 不大于120 μ m。如果层叠体具有不小于40 μ m并且不大于400 μ m的总厚度，尤其厚度不小 于50 μ m并且不大于120 μ m,则层叠体趋向于更有效地执行支撑基底的功能以去除蓝宝石 基底，和导电基底的功能以形成上和下电极结构。其它在上述第一实施例中，解释了其中ITO用作透明导体40的材料的情形。对于在本发明中的透明导体40的材料，优选使用ΙΤ0、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化镉铟、氧化镉锌、 氧化锌锡、氧化铟锌、氧化镁铟、氧化钙镓、氮化钛、氮化锆、氮化铪、或硼化镧。更加优选使 用ITO或氧化锌。在上述第二至第四实施例中，解释了其中ITO可以用作第一透明导体43和第二透 明导体41的材料的情形。对于在本发明中的第一透明导体43和/或第二透明导体41的 材料，优选使用ΙΤ0、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化镉铟、氧化镉锌、氧化锌锡、氧化铟锌、氧 化镁铟、氧化钙镓、氮化钛、氮化锆、氮化铪、或硼化镧。更加优选使用ITO或氧化锌。换而言之，优选使用ΙΤ0、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化镉铟、氧化镉锌、氧化锌锡、 氧化铟锌、氧化镁铟、氧化钙镓、氮化钛、氮化锆、氮化铪、或硼化镧作为透明导体40、第一透 明导体43、和第二透明导体41的材料，因为这些透明导体在导电性、光透明度、强度等方面 杰出。尤其，如果ITO或氧化锌用作透明导体40、第一透明导体43、和第二透明导体41的材 料，则存在一种趋势，即形成ITO或氧化锌的温度可以进一步下降，并且还可以降低电阻。 尤其，如果各个透明导体40、第一透明导体43、和第二透明导体41由氧化锌制成，则这些透 明导体可以通过无电镀方法形成，因而其制造趋于便利。对于用作透明导体40、第一透明导体43、和第二透明导体41的材料，可以使用非 晶ΙΤ0。如果非晶ITO用作透明导体40、第一透明导体43、和第二透明导体41的材料，则图 案可以制造得更为清晰。例如，如果在金属层42的表面形成凹凸，如同在图14和22中所 示出的，则存在一种趋势，即金属层42的凹凸可以在例如图15的制造步骤中所示出的在第 二透明导体41的表面形成得更为精确。此外，在本发明中优选在与发光层5相对的η型氮化物半导体层6的表面形成凹 凸，如同在上述第一至第四实施例中所示出的。在这种情形，可以改善从发光层5发出的光 的外部提取效率。在上述第一至第四实施例中，P型氮化物半导体层4被描述为第一导电 型氮化物半导体层，而η型氮化物半导体层6被描述为第二导电型氮化物半导体层。但是， 在本发明中，η型半导体层6可以是第一导电型氮化物半导体层，而ρ型氮化物半导体层4 可以是第二导电型氮化物半导体层，并且在上述第一至第四实施例中η型氮化物半导体层 6和ρ型氮化物半导体层4的位置可以相对于其位置互换。此外，在本发明中优选在金属层42侧上第二透明导体41的表面和/或在第二透 明导体41侧金属层42的表面形成凹凸，如同在上述第三和第四实施例中所示出的。在该 情形，从发光层5发出的光更可能在第二透明导体41和金属层42之间的界面反射，从而可 以改善从发光层5发出的光的外部提取效率。此外，优选在金属层42侧上第二透明导体41 的表面和/或在第二透明导体41侧金属层42的表面以凹痕的形式形成凹凸。在该情形， 从发光层5发出的光更可能在第二透明导体41和金属层42之间的界面反射，并且因而存在一种趋势，即可以进一步改善从发光层5发出的光的外部提取效率。在所述第二实施例中，解释了其中Ag-Nd确定为用作金属层42的材料的Ag合金 的情形。在所述第三和第四实施例中，解释了其中Al用作金属层42的材料的情形。在本 发明中，金属层42优选包括选自由金属粘接层、金属阻挡层和金属反射层构成的组的至少 一层。在该情形，金属层42展示了选自由金属粘接层功能(当与其中没有形成金属粘接层 的情形相比，可以用插入其间的金属粘接层进一步抑制层信号剥离的功能)、金属阻挡层的 功能(当与其中没有形成金属阻挡层的情形相比，可以用插入其间的金属阻挡层进一步抑 制层间原子迁移的功能)、和金属反射层的功能(反射至少部分来自发光层的光的功能)的 组成的组的至少一种功能。因而，存在一种趋势，即改善本发明的氮化物半导体发光元件的 制造产率和可靠性，已经例如光的外部提取效率的特性。
这里，就改善金属粘接层的功能而言，可以优选使用铬或铬合金作为金属粘接层 的材料。就改善金属阻挡层的功能而言，可以优选使用镍、钛、镍钛合金或钼作为金属阻挡 层的材料。此外，就改善金属反射层的功能而言，可以优选使用选自由银、钼、铝、铑、银钕合 金、银钕铜合金、银钯合金、银钯铜合金、银铋合金和银钕金合金构成的组的至少一种作为 金属反射层的材料。在上述第一至第四实施例中，透明导体40侧氮化物半导体发光元件的表面、或第 一透明导体43侧其表面，制造作为安装表面以被安装到安装构件上。在上述安装表面上， 可以形成例如铬和金的层叠体的金属膜。在上述第一至第四实施例中，蓝宝石基底用作在其上生长氮化物半导体层的基 底。对于在本发明中用于在其上生长氮化物半导体层的基底，就减小基底和形成氮化物半 导体层的氮化物半导体晶体之间的晶格常数差异而言，优选使用选自由蓝宝石、砷化镓、磷 化镓、硅和锗组成的组中的至少一种类型的半导体晶体。在上述第一至第四实施例中，发光层5被描述为具有MQW结构的层。但是，本发明 不仅局限于此，也可以使用具有单量子阱(SQW)结构的发光层。根据本发明，可以提供一种可以改善制造产率和可靠性的氮化物半导体发光元件 及其制造方法，因而根据本发明的氮化物半导体元件可以合适地用于具有发出例如不低于 430nm并且不高于490nm的波长的蓝光的蓝发光二极管等。尽管详细描述和图示了本发明，但是应当清楚地理解这些描述和图示仅是示意和 示例性地，而非限制性地，本发明的范围由所附权利要求的款项解释。本申请基于分别于2006年9月8日和2007年5月31日在日本特许厅提交的日 本专利申请No. 2006-244195和2007-145584，其整体内容以引用的方式引入于此。
权利要求
一种氮化物半导体发光元件，包括第一透明导体；金属层；第二透明导体；第一导电型氮化物半导体层；发光层；和第二导电型氮化物半导体层，所述金属层、第二透明导体、第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半导体层按顺序层叠在所述第一透明导体上，所述第二透明导体的厚度比所述第一透明导体的厚度小。
2.一种氮化物半导体发光元件，包括第一透明导体；金属层；第二透明导体；第一 导电型氮化物半导体层；发光层；和第二导电型氮化物半导体层，所述金属层、第二透明导 体、第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半导体层按顺序层叠在所述 第一透明导体上，在所述第一透明导体侧的氮化物发光元件的表面制造作为安装表面。
全文摘要
本发明公开了一种氮化物半导体发光元件，该元件包括透明导体、第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半导体层，所述第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半导体层按顺序层叠在所述透明导体上。本发明还提供了一种氮化物半导体发光元件，该元件包括透明导体；金属层；第二透明导体；第一导电型氮化物半导体层；发光层；和第二导电型氮化物半导体层，所述金属层、第二透明导体、第一导电型氮化物半导体层、发光层、和第二导电型氮化物半导体层按顺序层叠在所述透明导体上。本发明还提供了各个这些氮化物半导体发光元件的制造方法。
文档编号H01L33/42GK101807636SQ201010121580
公开日2010年8月18日 申请日期2007年9月10日 优先权日2006年9月8日
发明者幡俊雄 申请人:夏普株式会社