专利名称：半导体发光二极管器件及其形成方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光二极管器件及其形成方法。
背景技术：
近年，III-V族化合物半导体发光二极管(LED)备受关注。LED产品随着不断的市场化，芯片和灯具价格也都在按平均每20-30%的跌幅下降。III-V族化合物半导体发光二极管的关键技术主要包括外延片的生长和芯片的电极制作。为了进一步降低LED的制造成本，目前业界有在尝试利用硅和金属材料作为衬底材料开发高功率LED，但随着蓝宝石衬底制造成本的连续下跌，硅和金属材料的成本优势已经不明显。然而，硅及其他衬底材料因为吸光仍然需要在后期进行转移衬底，导致制造良率的下降。对于芯片的电极制作，由于蓝宝石衬底是绝缘体，为了使具有PN结特性的III-V族化合物半导体器件发光，必须制作P电极和N电极与各自的P型和N型半导体层接触。LED芯片根据工作时电流流过的路径不同可以分为垂直结构和平面结构。传统的平面结构芯片工艺是在蓝宝石生长基板上依次生长N型氮化镓、有源层、P型氮化镓，并利用干法刻蚀将部分P型氮化镓和有源层刻蚀完裸露N型氮化镓，并在P型氮化镓和N型氮化镓上制作电极，从而形成水平结构LED芯片。垂直结构芯片工艺是将外延层置于导电基板上，电流形成上下流通。此外，根据LED的出光面不同又可以将芯片分为正装结构和倒装结构，正装结构为P面出光，而倒装结构为N面出光。LED器件中电极必须满足(I)保证电极上电压降小，要求金属电阻率低；(2)与N型和P型半导体形成的欧姆接触电阻低；(3)具有一定的光透过性或反射性；(4)高温大电流下抗电迁移能力要强；(5)抗电化学腐蚀能力强；(6)易于键合；(7)薄膜沉积和光刻成形简单；(8)成本低。现有技术中的成熟工艺普遍采用NiAu和ITO作为正极的扩展电极，因为其具有良好的可见光波段的透过性和与P型化合物半导体层较低的接触电阻。迄今为止人们都集中在器件的结构和材料上来不断提升发光二极管的亮度和性能，同时在不断的降低制造的成本。现在的III-V族的半导体光电子器件中采用纯金属如Al、Ni、Cr、Ti、Pt、Au等材料来形成电极。随着LED对通用照明领域的渗透，高亮高功率的光电子器件应运而生，大尺寸、高热量对芯片工艺提出了更高的要求。大尺寸芯片的表面电流扩展，对芯片表面的热分布和光分布都具有重要影响，所以大范围的电极分布对电流的分布是有易的。金或铝因为其低电阻率被广泛的运用在各种功率芯片上，作为电极的主要材料。但是铝熔点较低(6600C )，电迁移性较高，不适合大电流高功率芯片的电极材料运用，而金价格昂贵，金层电极一般都要做到Ium以上，蒸发相当厚的金将导致金材料消耗较大。LED的应用及不断发 展，金作为贵重金属材料价格不断上涨，此部分的成本压缩空间较小，不利于LED器件成本的降低。下表示出了各种电极材料的参数对比
权利要求
1.一种半导体发光二极管器件，包括 有源层； P型半导体层和N型半导体层，分别位于所述有源层的两侧； 与所述P型半导体层电性连接的正电极焊接层； 与所述N型半导体层电性连接的负电极焊接层； 其特征在于，所述正电极焊接层和/或负电极焊接层的材料为铝合金材料。
2.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料中铝元素的含量大于等于50%，小于100%。
3.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料中铝元素的含量大于等于90%，小于100%。
4.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料是硼、钙、镁、锗、硅中的一种与铝组成的二元合金。
5.根据权利要求5所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料中硼、钙、镁、锗、硅其中一种的含量为O.1 5wt%，其余为铝。
6.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料是IVB族、VB族、VIB族、VIIB族、IB族、VIII族过渡族中一种或多种元素与铝形成的铝合金材料。
7.根据权利要求6所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料中IVB族、VB族、VIB族、VIIB族、IB族、VIII族过渡族其中一种或多种元素的含量总计为O. I 5wt%，其余为铝。
8.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料是硼、钙、镁、锗、硅中的一种元素以及IVB族、VB族、VIB族、VII B族、IB族、VIII族过渡族中一种或多种元素与铝形成的铝合金材料。
9.根据权利要求8所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料中硼、钙、镁、锗、硅其中一种元素的含量为O.1 5wt%，IVB族、VB族、VIB族、VIIB族、IB族、VIII族过渡族其中一种或多种元素的含量总计为O.1 5wt%,其余为招。
10.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述N型半导体层为N型掺杂的III-V族化合物半导体层，所述P型半导体层为P型掺杂的III-V族化合物半导体层。
11.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述正电极焊接层和负电极焊接层位于所述半导体发光二极管器件的同侧或者异侧。
12.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，还包括位于所述P型半导体层上并与其接触的扩展电极层，所述正电极焊接层位于所述扩展电极层上并与其接触。
13.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，还包括位于所述P型半导体层上并与其接触的扩展电极层，位于所述扩展电极层上并与其接触的正电极接触层，所述正电极焊接层位于所述正电极接触层上并与其接触。
14.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，还包括位于所述P型半导体层上并与其接触的扩展电极层，位于所述扩展电极层上并与其接触的正电极接触层，位于所述正电极接触层上并与其接触的正电极过渡层，所述正电极焊接层位于所述正电极过渡层上并与其接触。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，还包括位于所述N型半导体层上并与其接触的负电极接触层，所述负电极焊接层位于所述负电极接触层上并与其接触。
16.根据权利要求12至14中任一项所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，还包括位于所述N型半导体层上并与其接触的负电极接触层，位于所述负电极接触层上并与其接触的负电极过渡层，所述负电极焊接层位于所述负电极过渡层上并与其接触。
17.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述有源层的平面面积大于100平方毫英寸。
18.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述有源层的平面面积大于300平方毫英寸。
19.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述有源层的平面面积选自576平方毫英寸、800平方毫英寸、1444平方毫英寸、1600平方毫英寸、2025平方毫英寸、3600平方毫英寸。
20.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述半导体发光二极管器件的工作电流大于20mA小于1A。
21.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述半导体发光二极管器件的工作电流为350mA、500mA、500mA或IA的正向工作电流。
22.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述正电极焊接层和负电极焊接层的厚度为O. I 10 μ m。
23.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料是铝和娃组成的合金。
24.根据权利要求23所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料中硅的含量为O. I 5wt%，其余为铝。
25.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料是铝和铜组成的合金。
26.根据权利要求25所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料中铜的含量为O. I 5wt%，其余为铝。
27.根据权利要求I所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料是铝、硅和铜组成的合金。
28.根据权利要求27所述的半导体发光二极管器件，其特征在于，所述铝合金材料中娃和铜的含量总计为O. I 5wt%,其余为招。
29.—种半导体发光二极管器件的形成方法，包括 在蓝宝石基板上依次形成N型半导体层、有源层和P型半导体层； 形成正电极焊接层和负电极焊接层，所述正电极焊接层与所述P型半导体层电性连接，所述负电极焊接层与所述N型半导体层电性连接； 其特征在于，所述正电极焊接层和/或负电极焊接层的材料为铝合金材料。
30.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料中铝元素的含量大于等于50%，小于100%。
31.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料中铝元素的含量大于等于90%，小于100%。
32.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料是硼、钙、镁、锗、硅中的一种与铝组成的二元合金。
33.根据权利要求32所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料中硼、钙、镁、锗、硅其中一种的含量为O. I 5wt%，其余为铝。
34.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料是IVB族、VB族、VIB族、VIIB族、IB族、VIII族过渡族中一种或多种元素与铝形成的铝合金材料。
35.根据权利要求34所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料中IVB族、VB族、VIB族、VIIB族、IB族、VIII族过渡族其中一种或多种元素的含量总计为O. I 5wt%,其余为招。
36.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料是硼、钙、镁、锗、硅中的一种元素以及IVB族、VB族、VIB族、VIIB族、IB族、VIII族过渡族中一种或多种元素与铝形成的铝合金材料。
37.根据权利要求36所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料中硼、钙、镁、锗、硅其中一种元素的含量为O. I 5wt%，IVB族、VB族、VIB族、VIIB族、IB族、VIII族过渡族其中一种或多种元素的含量总计为O. I 5wt%，其余为铝。
38.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述N型半导体层为N型掺杂的III-V族化合物半导体层，所述P型半导体层为P型掺杂的III-V族化合物半导体层。
39.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，形成正电极焊接层和负电极焊接层包括 在所述P型半导体层上形成扩展电极层； 在所述扩展电极层上形成所述正电极焊接层； 对所述扩展电极层、P型半导体层、有源层和N型半导体层进行刻蚀以形成沟槽，所述沟槽底部暴露出所述N型半导体层； 在所述沟槽底部的N型半导体层上形成所述负电极焊接层。
40.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，在形成所述N型半导体层、有源层和P型半导体层之后，形成所述正电极焊接层和负电极焊接层之前还包括 将所述N型半导体层、有源层和P型半导体层转移至转移基板上，并剥离去除所述蓝宝石基板，其中P型半导体层靠近所述转移基板； 形成正电极焊接层和负电极焊接层包括 在所述N型半导体层上形成所述负电极焊接层； 在所述转移基板上形成所述正电极焊接层，所述正电极焊接层和所述负电极焊接层位于所述半导体发光二极管器件的异侧。
41.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述正电极焊接层和负电极焊接层的厚度为O. I 10 μ m。
42.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述有源层的平面面积大于100平方毫英寸。
43.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述半导体发光二极管器件的工作电流大于20mA小于1A。
44.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述半导体发光二极管器件的工作电流为350mA、500mA、500mA或IA的正向工作电流。
45.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料是铝和硅组成的合金。
46.根据权利要求45所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料中硅的含量为O. I 5wt%，其余为铝。
47.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料是铝和铜组成的合金。
48.根据权利要求50所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料中铜的含量为O. I 5wt%，其余为铝。
49.根据权利要求29所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料是铝、硅和铜组成的合金。
50.根据权利要求49所述的半导体发光二极管器件的形成方法，其特征在于，所述铝合金材料中硅和铜的含量总计为O. I 5wt%，其余为铝。
全文摘要
本发明提供了一种半导体发光二极管器件及其形成方法，所述器件包括有源层；P型半导体层和N型半导体层，分别位于所述有源层的两侧；与所述P型半导体层电性连接的正电极焊接层；与所述N型半导体层电性连接的负电极焊接层；所述正电极焊接层和/或负电极焊接层的材料为铝合金材料。本发明能够更好地满足LED器件对电极焊接层的需求，能够提高在大电流下的抗电迁移性，提升器件的热稳定性，与常规的铝材料相比提高器件使用寿命，并有利于产业化成本的控制。
文档编号H01L33/40GK102664227SQ20121013016
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者万远涛, 封飞飞, 张昊翔, 李东昇, 江忠永, 金豫浙, 高耀辉 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司