CN101626057A - 发光半导体的互补电极结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光半导体的互补电极结构及其制造方法，其涉及发光半导体领域，用以解决由电极投影区域引起的邦定层不平而导致的邦定不牢固问题。该互补电极结构包括发光材料层、位于发光材料层上方出光面的第一电极和位于发光材料层下方、背向出光面的第二电极，发光材料层包括与第一电极接触的第一掺杂层和与第二电极接触的第二掺杂层，所述第二掺杂层包括与所述第二电极接触的表面层；所述表面层包括相对表面层其它区域更高电阻的高阻层，该高阻层所在表面层上的区域为所述第一电极在所述第二掺杂层表面上的投影区域。本发明提供的互补电极结构可以提供一个平滑的邦定面，有利于形成高可靠性、高品质的芯片。

Description

发光半导体的互补电极结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及发光半导体领域，特别是涉及发光半导体的电极结构和该结构的制造方法。

背景技术

发光二极管芯片如图1所示实施例结构，N电极1和P电极6之间为发光材料层，发光材料层包括N型层3、发光层4和P型层5，在芯片工作时，电子流2会沿图中所示路线流动。

为了改变电子流的流动路线，使电子流2可以流过更大面积的发光层，可以采用一种互补电极结构，如中国专利号为200510030321.7、名称为“半导体发光器件及其制造方法”、公开日为2006年5月10日的专利。

如图4所示，该图显示为一种经过邦定(bonding)的LED芯片。该专利提供了一种在位于支撑衬底9上面的发光材料层a的下面P电极6上制作一个与N电极1在P电极上的投影相对应绝缘填充层8，以实现P电极2与N电极3的电极互补。

这种互补电极结构可以减小传统上下电极发光器件中的电流拥挤现象，改善电流扩展、提高发光器件的出光率。

此时图中的支撑衬底9为转移衬底。在生长衬底是硅衬底的情况下，在硅生长衬底上生长以二氧化硅或者氮化硅材料的绝缘填充层8。然后需要通过酸洗的方式去掉硅生长衬底，再将支撑衬底9邦定到发光材料层a上。在这酸洗的过程中，绝缘填充层8很容易受到腐蚀，从而影响产品的品质。

对于其它的单独制作绝缘凸起的互补电极结构也存在一些问题。参看图3，该实施例为经过倒装的垂直结构的LED芯片。在倒装焊之前，生长衬底19上的发光材料层a上沉积有高阻凸起10(等同于图4中的绝缘填充层8)，高阻凸起10的材料可以是二氧化硅或者氮化硅等绝缘材料，然后在高阻凸起10上生成P电极6。在生成的P电极6会产生如图所示的P电极凸起601。这会造成后沉积在P电极6上的邦定层7也形成邦定层凸起701。邦定层7通常为金Au。倒装所需的转移衬底12上形成有衬底邦定层14。

由于邦定层凸起701凸出邦定层7的表面，致使邦定层7的表面不平整，在进行倒装焊的时候，会使转移衬底12上的衬底邦定层14与上述邦定层7邦定不牢固，影响倒装焊的效果。而且这种凸起结构，在邦定后，腐蚀生长衬底19的时候，腐蚀液会渗入焊缝中，从而影响品质。

参看图2的第三种互补电极实施例，在生长衬底19上沉积有发光材料层a。在P电极6中预留一个N电极1在P电极上的投影区域，即图中的P电极凹坑600，然后直接在P电极6上直接形成邦定层7。由于邦定层7通常采用金，而P电极6通常采用铂，P电极凹坑600中的金自然形成相对铂的高阻区域，这样也可以实现上述互补电极的效果。但是这种结构会形成图中所示的邦定层凹坑700。在去除生长衬底19后，需要在发光材料层a上制作N电极，N电极制作在P电极凹坑600的正上方位置。在制作完N电极后，需要在N电极上焊电极引线，由于这个邦定层凹坑700存在，包括发光材料层a在内的半导体层在邦定层凹坑700处较薄，在焊线的时候，N电极上的点焊压力容易使包括发光材料层a在内的半导体层从中间处发生裂纹甚至断裂，从而发生漏电等问题，严重影响了产品的可靠性和品质。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种发光半导体的互补电极结构，该结构可以解决上述由电极投影区域凸起引起的邦定层不平而导致的邦定不牢固，以及上述电极投影区域凹陷情况下引发的包括发光材料层在内的半导体层从中间处发生裂纹甚至断裂的问题。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种发光半导体的互补结构的制造方法，该方法用来解决上述由电极投影区域凸起引起的邦定层不平而导致的邦定不牢固，以及上述电极投影区域凹陷情况下引发的包括发光材料层在内的半导体层从中间处发生裂纹甚至断裂的问题。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提出一种发光半导体的互补电极结构。该互补电极结构包括发光材料层、位于发光材料层上方出光面的第一电极和位于发光材料层下方、背向出光面的第二电极，发光材料层包括与第一电极接触的第一掺杂层和与第二电极接触的第二掺杂层，所述第二掺杂层包括与所述第二电极接触的表面层；所述表面层包括相对表面层其它区域更高电阻的高阻层，该高阻层所在表面层上的区域为所述第一电极在所述第二掺杂层表面上的投影区域。

优选地：所述高阻层经过等离子体钝化处理，其和所述第二电极接触，形成相对所述第二掺杂层表面层的其它区域更高电阻。形成高阻层有很多方法，离子体钝化处理形成高阻层具有良好的可操作性和实用性。

优选地：所述第一电极为N电极，所述第一掺杂层为N型掺杂层；所述第二电极为P电极，所述第二掺杂层为P型掺杂层。

优选地：所述发光半导体为垂直电极结构。本发明技术需要用到倒装焊技术。在硅生长衬底上生成的发光材料层，在形成高阻层后，与支撑衬底(硅、金属等)倒装邦定，再去掉硅生长衬底，再在支撑衬底的底部生成金属电极层，形成垂直结构，此时，位于发光材料层上方的为N电极，位于发光材料下方的为P电极。也可以在蓝宝石衬底上生成的发光材料，在形成高阻层后，与支撑衬底倒装邦定，然后剥离蓝宝石衬底。

优选地：所述发光材料层的表面包裹有钝化层，在所述第二掺杂层底面有钝化环边，环边与所述钝化层连成一体。这种钝化处理可以防止边缘漏电问题。

优选地：所述P电极的材质为铂、银、铂银合金、铂银锌合金和铂银镁合金中的任一种。

为了解决本发明的第二个技术问题，本发明提出一种发光半导体的互补电极结构的制造方法，包括以下步骤：

用掩膜覆盖与所述第一电极在所述第二掺杂层表面上的投影区域以外的互补区域；

对暴露的所述投影区域进行等离子体处理，使该区域相对被覆盖的互补区域具有更高电阻；

去除所述互补区域上面覆盖的掩膜；

再在第二掺杂层表面上形成第二电极，第二电极与等离子体处理的所述投影区域形成高阻接触。

优选地：所述掩膜为光刻胶。

优选地：所述等离子体为SF₆、氟利昂、C₄F₈、CF₄、O₂或A_r等离子体物质中至少一种。

优选地：先在硅衬底上生长形成氮化镓发光材料层。

本发明的有益效果如下：

相比现有的电极互补技术，本发明在第二掺杂层的表面上处理出了一块高阻层，该高阻层与第一电极在第二掺杂层上的投影区域一致，这样第一电极与第二电极就形成一种互补结构。这种互补结构可以减小上下电极发光器件中的电流拥挤现象，改善电流扩展、提高发光器件的出光率。由于本发明采用的是第二掺杂层表面处理技术，这样在生成第二电极，以及生成邦定层的时候，都不会产生现有技术中的凸起或者凹坑。该结构可以解决：由电极投影区域凸起引起的邦定层不平而导致的邦定不牢固问题；以及由电极投影区域凹陷引起的，在焊线的时候，N电极上的点焊压力使包括发光材料层在内的半导体层从中间处发生裂纹甚至断裂，从而引发的漏电等问题。本发明提高了产品的良品率，也提高了产品的可靠性和稳定性，使产品拥有更高的品质。

说明书附图

图1是现有技术中没有采用互补电极的一种结构。

图2是现有技术中采用了互补电极的第一种结构实施例，图示为邦定前状态。

图3是现有技术中采用了互补电极的第二种结构实施例，图示为邦定前状态。

图4是现有技术中采用了互补电极的第三种结构实施例。

图5是本发明涂敷有掩膜的结构图。

图6是本发明去掉掩膜的结构图。

图7是本发明的第一种实施例的剖面结构示意图。

图8是本发明的第二种实施例的剖面结构示意图。

图9是图8中沿A-A方向的剖面图。

a、发光材料层，1、N电极，2、电子流，3、N型层，4、发光层，5、P型层，500、投影区域，501、互补区域，6、P电极，600、P电极凹坑，601、P电极凸起，7、邦定层，700、邦定层凹坑，701、邦定层凸起，8、绝缘填充层，9、支撑衬底，10、高阻凸起，11、掩膜，110、暴露区，12、转移衬底，13、金属层，14、衬底邦定层，15、高阻层，16、反射镜P电极，17、GaN区表面钝化层，18、边沿钝化层，19、生长衬底。

具体实施方式

本发明提供了一种发光半导体的互补电极结构。

如图7所示实施例一。

该发光二极管芯片为垂直结构，由下至上依次为：金属层13、转移衬底12、邦定层7、P电极6、P型层5、发光层4、N型层3和N电极1，其中P型层5、发光层4和N型层3构成发光材料层a。转移衬底12可以是硅衬底，也可以是金属衬底。邦定层7一般为金Au，其在邦定的时候由分属于转移衬底12的金层和发光材料层a的金层融合而成。P电极6为铂。N电极1为位于发光材料层上方出光面的电极，P电极6为发光材料层a下方背向出光面的电极。为氮化镓基发光材料。在掺杂的氮化镓P型层5的表面层有一块相对表面层其它区域更高电阻的高阻层15，该高阻层15所在表面层上的区域为N电极1在P型层5表面上的投影区域。

由于高阻层15的存在，电子流2形成如图7所示的分布路线。这种电流分布绕开了N电极1在发光层4上的投影区域，更多的扩散到其互补区域，这样发光层4发出的光不会被N电极1阻挡，发光效率有很大的提高。以200um×200um尺寸的芯片为例，检测证明，这种互补结构可以提高30％的发光效率。

上述发光半导体的互补电极结构的制造方法如图5和图6所示。该步骤在邦定前完成。

在硅生长衬底19上形成发光材料层a后，在位于上面的P型层5上，用光刻胶掩膜11覆盖与N电极在P型层5表面上的投影区域500以外的互补区域501，形成如图5所示的暴露区110。

然后再对暴露的投影区域500进行等离子体钝化处理，使该区域相对被覆盖的互补区域501具有更高电阻。等离子体为SF₆、氟利昂、C₄F₈、CF₄、O₂或A_r等离子体物质中至少一种，如CF₄和O₂的组合，氟利昂和氩气的组合。用等离子体处理的时间一般在1分钟到10分钟，如单独的SF₆处理，最佳为6分钟。

如图6所示，再去除互补区域501上面覆盖的掩膜11。

再在P型层5的表面上形成P电极，P电极与等离子体处理的投影区域500形成高阻接触。

本发明实施例一芯片的制作过程简述如下：

先在硅生长衬底上形成发光材料层a，以及在P型层5的表面按照上述方法制造高阻层15。

然后以铂为原料在P型层表面上再制造P电极6以及金邦定层；在硅的转移衬底12上制造金邦定层。

倒装邦定发光材料层a和转移衬底12，使它们各自表面的金邦定层融合在一起，形成邦定层7。

再去掉硅生长衬底，在N型层3上制作N电极1。

其中，等离子处理工艺简述如下：采用RIE设备，气体为SF₆，压力为5Pa，射频功率100W，处理时间6分钟。

按照以上方法可以制造如图7所示结构的芯片。

本发明的实施例二如图8所示。

实施例二的结构与实施例一的结构不同之处在于，发光材料层a的表面包裹有GaN区表面钝化层17，在P型层5的底面有钝化环边，即图中的边沿钝化层18，边沿钝化层18与GaN区表面钝化层17连成一体。这种钝化结构主要用来防止漏电。

此外，本实施例的P电极为反射镜P电极16，主要用来反射光线，其可以是银Ag。也可以是银铂合金、银铂锌合金或者银铂镁合金等。

实施例二的制造方法与实施例一的不同之处在于钝化层的形成和反射镜P电极的制造。

其中反射镜的制造，以反射镜P电极为银材质为例，在制作了高阻层15后，需要在P型层5上形成铂欧姆接触层，使P型层5具有导电性，然后去掉铂欧姆接触层，再在P型层5上形成银反射镜P电极。本例的等离子处理工艺可以采用如下工艺，简述为：等离子处理采用RIE设备，其它为氟利昂+Ar气，压力3Pa，射频功率150W，处理时间3分钟。

在P型层5的表面形成的钝化层结构如图9所示，其中中间圆形区域为高阻层15，边沿的环状方框为边沿钝化层18。

Claims (11)

1、一种发光半导体的互补电极结构，包括发光材料层、位于发光材料层上方出光面的第一电极和位于发光材料层下方、背向出光面的第二电极，发光材料层包括与第一电极接触的第一掺杂层和与第二电极接触的第二掺杂层，所述第二掺杂层包括与所述第二电极接触的表面层，其特征在于：所述表面层包括相对表面层其它区域更高电阻的高阻层，该高阻层所在表面层上的区域为所述第一电极在所述第二掺杂层表面上的投影区域。

2、根据权利要求1所述的发光半导体的互补电极结构，其特征在于：所述高阻层经过等离子体钝化处理，其和所述第二电极接触，形成相对所述第二掺杂层表面层的其它区域更高电阻。

3、根据权利要求1所述的发光半导体的互补电极结构，其特征在于：所述第一电极为N电极，所述第一掺杂层为N型掺杂层；所述第二电极为P电极，所述第二掺杂层为P型掺杂层。

4、根据权利要求1所述的发光半导体的互补电极结构，其特征在于：所述发光半导体为垂直电极结构。

5、根据权利要求4所述的发光半导体的互补电极结构，其特征在于：所述发光材料层在硅衬底上生长形成。

6、根据权利要求1所述的发光半导体的互补电极结构，其特征在于：所述发光材料层的表面包裹有钝化层，在所述第二掺杂层底面有钝化环边，环边与所述钝化层连成一体。

7、根据权利要求1至6中任一项所述的发光半导体的互补电极结构，其特征在于：所述P电极的材质为铂、银、铂银合金、铂银锌合金和铂银镁合金中的任一种。

8、一种发光半导体的互补电极结构的制造方法，包括以下步骤：

用掩膜覆盖与所述第一电极在所述第二掺杂层表面上的投影区域以外的互补区域；

对暴露的所述投影区域进行等离子体处理，使该区域相对被覆盖的互补区域具有更高电阻；

去除所述第二电极区域上面覆盖的掩膜；

再在第二掺杂层表面上形成第二电极，第二电极与等离子体处理的所述投影区域形成高阻接触。

9、根据权利要求8所述的发光半导体的互补电极结构的制造方法，其特征在于：

所述掩膜为光刻胶。

10、根据权利要求8所述的发光半导体的互补电极结构的制造方法，其特征在于：所述等离子体为SF₆、氟利昂、C₄F₈、CF₄、O₂或A_r等离子体物质中至少一种。

11、根据权利要求8所述的发光半导体的互补电极结构的制造方法，其特征在于还包括：先在硅衬底上生长形成氮化镓发光材料层。

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