CN203659930U - 具有金属反射层的半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
具有金属反射层的半导体发光器件，包括：衬底，形成于所述衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层；设置于所述N型半导体层或P型半导体层上的线接合焊盘；还包括与所述线接合焊盘相接触的金属反射层，所述金属反射层的厚度为50～1000纳米。本实用新型通过设置与线接合焊盘接触的金属反射层，阻挡有源层发射的光子被线接合焊盘吸收，减少被线接合焊盘吸收的光子量，从而提高从发光器件的所有光提取效率。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种具有金属反射层的半导体发光器件。
背景技术
半导体发光器件，如发光二极管（LED）或激光二极管等在很多领域中已被广泛使用。半导体发光器件的出现带来了能覆盖可见光谱以及更高的发光效率和固态稳定的光源。发光二极管或激光二极管通常包括在微电子衬底上以及衬底上的由外延工艺制造的氮化物半导体层。该衬底可以是砷化镓，磷化镓，碳化硅和/或蓝宝石。
图1是现有技术中的一种III族氮化物半导体发光器件的结构示意图。该III族氮化物半导体器件包括衬底10、在衬底10上外延生长的缓冲层20、在缓冲层20上外延生长的N型氮化物半导体层30、在N型氮化物半导体层30上外延生长的有源层40、在有源层40上外延生长的P型氮化物半导体层50、在P型氮化物半导体层50上形成的P侧电极60、在P侧电极60上形成的P侧焊盘70、在通过刻蚀P型氮化物半导体层50和有源层40而暴露的形成于N型氮化物半导体层30上的N侧电极80以及保护膜90。
所述III族氮化物半导体发光器件的衬底10，可采用GaN衬底作为同质衬底(homo-substrate)，采用蓝宝石衬底、SiC衬底或Si衬底作为异质衬底(hetero-substrate)，氮化物半导体层可在其上生长的任何类型的衬底都可采用。当衬底10为SiC衬底时，N侧电极80可形成在SiC衬底侧。在衬底10上外延生长的氮化物半导体层通常通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长。
衬底10上的缓冲层20用于克服异质衬底和氮化物半导体层之间的晶格常数和热膨胀系数之间的差异。美国专利5,122,845公开了380℃～800℃条件下，在蓝宝石衬底上生长具有100～500纳米厚度的AIN缓冲层的技术。美国专利5,290,393公开了200℃～900℃条件下，在蓝宝石衬底上生长具有10～ 5000纳米厚度的Al(x)Ga(1-x)N（0≤x＜1）缓冲层的技术。在前述AIN缓冲层、Al(x)Ga(1-x)N缓冲层上可优选提供具有从1μm至数μm厚度的非掺杂GaN层。
在N型氮化物半导体层30中，至少在N侧电极80形成区域（N型接触层）掺杂有掺杂剂。例如N型接触层由GaN制成并掺杂有Si。美国专利5,733,796公开了通过调节Si和其它源材料的混合比例而以目标掺杂浓度掺杂N型接触层的技术。
有源层40通过电子和空穴的复合产生光量子（光）。通常有源层40含有IN(x)Ga(1-x)N（0＜x≤1），并具有单量子阱层或多量子阱层。
P型氮化物半导体层50掺杂有诸如Mg等合适的掺杂剂，并通过启动过程而具有P型导电性。美国专利5,247,533公开了通过电子束辐射启动P型氮化物半导体层的技术。美国专利5,306,662公开了通过在超过400℃退火而启动P型氮化物半导体层的技术。
P侧电极60有利于向P型氮化物半导体层50提供电流。美国专利5,563,422公开了与形成在P型氮化物半导体层50的几乎整个表面并与所述P型氮化物半导体层50奥姆接触的由Ni和Au组成的透光电极相关的技术。
P侧焊盘70和N侧电极80用于电流供应和外部接线。美国专利5,563,422公开了用Ti和Al形成N侧电极的技术。保护膜90可以由SiO2制成，也可以被省略。N型氮化物半导体层30或P型氮化物半导体层50可构建为单层或多层。
图2是美国专利6,307,218中公开的另一种发光器件的结构示意图。在产品规格具有较大面积或者需要改变电极布置的III族氮化物半导体发光器件中，提供不同的指状电极14a、14b以实现平稳供给电流。然而，当指状电极14a、14b的数目增加时，III族氮化物半导体发光器件有源层的发光面积会减小，而且指状电极14a和14b吸收和反射在发光器件中产生的光子（光），降低外量子效率。加上发光器件不能反射所有由有源层产生的光，发光器件的外量子效率进一步受到限制。
为了提高外量子效率，在氮化镓基LED中，提供电流扩展接触层以改善跨越发光器件的截面载流子注入的均匀性。电流通过接合焊盘和P型接触层注入到LED的P侧。P型接触层提供基本上均匀的载流子注入到有源层中。由于起 电流扩展作用的接触层为透明层，有源层可获得发射充分均匀的光子。但是，由于线接合焊盘一般为不透明结构，因此入射到线接合焊盘上的从有源层发射的光子会被线接合焊盘吸收。
如图3所示，图3为现有技术中又一种结构的半导体发光器件的结构示意图，衬底1上设置N型半导体层12，N接触金属层2设置于衬底1另一侧，有源层14设置于N型半导体层12上，P形半导体层16设置于有源层14上，P接触金属层18设置于P型半导体层16上。P型半导体层18上提供有线接合焊盘，在线接合焊盘和P接触金属层18之间设置有金属反射层，金属反射层由金镍组成，这种传统金属反射层95%以上的表面为金(Au)成分，其反射率低于40%，因此入射到线接合焊盘上的大部分光被吸收。加上被线接合焊盘吸收光子，从LED逃逸的光的量将减少，从而降低LED的外量子效率。
实用新型内容
针对以上不足，本实用新型的目的在于提供一种通过减少线接合焊盘的光子吸收从而改善外量子效率的具有金属反射层的半导体发光器件。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
具有金属反射层的半导体发光器件，包括：衬底，形成于所述衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层；设置于所述N型半导体层或P型半导体层上的线接合焊盘；还包括与所述线接合焊盘相接触的金属反射层，所述金属反射层的厚度为50～1000纳米。
本实用新型的金属接触层由银、镍金属层组成或由铝、镍金属层组成或由银、铝金属层组成或为铑金属层。
本实用新型的金属反射层的厚度为50～300纳米。
本实用新型的P型半导体层上设置有第一金属接触层，所述线接合焊盘设置于所述第一金属接触层上，所述金属反射层设置于所述第一金属接触层与所述线接合焊盘之间。
本实用新型的衬底下方设置有第二金属接触层。
本实用新型的金属反射层由银金属层和镍金属层组成，所述银金属层设置于所述线接合焊盘下方，所述镍金属层设置于所述银金属层与所述第一金属接触层之间。
本实用新型的P型半导体层上设置有第一金属接触层，所述线接合焊盘设置于所述第一金属接触层上，所述金属反射层设置于所述第一金属接触层与所述线接合焊盘之间；所述N型半导体层上设置有线接合焊盘，在线接合焊盘与N型半导体层之间设置有金属反射层。
本实用新型的金属反射层由铝金属层和镍金属层组成，所述铝金属层设置于所述线接合焊盘下方，所述镍金属层设置于所述银金属层与所述第一金属接触层及所述银金属层与N型半导体层之间。
本实用新型的金属反射层覆盖于所述线接合焊盘除用于打线连接区域外的外围。
由以上技术方案可知，本实用新型通过设置与线接合焊盘接触的金属反射层，通过金属反射层的反射作用，阻挡由有源层发射的光子被线接合焊盘吸收，减少被线接合焊盘吸收的光子量，从而提高从发光器件的所有光提取效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种III族氮化物半导体发光器件的结构示意图；
图2为现有技术中另一种半导体发光器件的结构示意图；
图3为现有技术中又一种半导体发光器件的结构示意图；
图4为本实用新型实施例1的结构示意图；
图5为本实用新型实施例2的结构示意图；
图6为本实用新型实施例3的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图4所示，本实用新型的半导体发光器件包括衬底1、依次层叠形成于衬底1上的N型半导体层2、有源层3和P型半导体层4，N电极（未图示）及 P电极（未图示）以微合金工艺分别与N半导体型层2及P型半导体层4形成欧姆接触。
在P型半导体层4上设置有第一金属接触层5，第一金属接触层5与P型半导体层4欧姆接触，第一金属接触层5具有电流扩展层的作用。有源层3发射的光子可通过第一金属接触层5。第一金属接触层5可以是Pt层或者ITO层，例如第一接触金属层5是厚度约为54纳米的Pt层或厚度小于10纳米的Pt层。
第一金属接触层5上设置有线接合焊盘6，在第一金属接触层5和线接合焊盘6之间设置有金属反射层7。金属反射层7的形状及大小与线接合焊盘6的形状及大小基本上相同，金属反射层7的面积可比线接合焊盘6的面积略大或略小或者完全相同，这些差异是由于制造容差的结果或由制造次序、对准容差等因素所导致。本实施例的金属反射层7由银金属层和镍金属层组成，其中，银金属层7-1设置于线接合焊盘6下方，镍金属层7-2设置于银金属层3-1与第一金属接触层5之间，所述银、镍金属层自对准并且面积相等。优选的，金属反射层3厚度为50～1000纳米。
本实施例在衬底1下方设置有第二金属接触层8。第二金属接触层8可设置于衬底1上方或下方，本实施例的第二金属接触层8设置于衬底1下方。
本实用新型通过在吸收光子的线接合焊盘和金属接触层之间设置金属反射层，减少被线接合焊盘吸收的光子量；而且，还可以增加进入第一接触金属层的光的内反射，从而提高从发光器件的所有光提取效率。
实施例2
如图5所示，本实用新型的半导体发光器件包括衬底1、依次层叠形成于衬底1上的N型半导体层2、有源层3和P型半导体层4，N电极（未图示）及P电极（未图示）以微合金工艺分别与N半导体型层2及P型半导体层4形成欧姆接触。
在P型半导体层4上设置有第一金属接触层5，第一金属接触层5与P型半导体层4欧姆接触，第一金属接触层5具有电流扩展层的作用。有源层3发射的光子可通过第一金属接触层5。第一金属接触层5上设置有线接合焊盘6，在第一金属接触层5和线接合焊盘6之间设置金属反射层7。本实施例的金 属反射层7由铝金属层和镍金属层组成，其中，铝金属层7-1设置于线接合焊盘6下方，镍金属层7-2设置于银金属层3-1与第一金属接触层5之间。
在N型半导体层2上设置有线接合焊盘6，在线接合焊盘6与N型半导体层2之间设置有金属反射层7，金属反射层7由铝金属层和镍金属层组成，其中，铝金属层7-1设置于线接合焊盘6下方，镍金属层7-2设置于银金属层3-1与N型半导体层2之间。
实施例3
如图6所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：除了线接合焊盘6用于打线连接区域外，金属反射层7覆盖于线接合焊盘6的外围，该金属反射层7的厚度为50～300纳米，金属反射层7可为铑金属层或者由银金属层和铝金属层组成。在吸收光子的线接合焊盘外围设置金属反射层，阻止有源层发射的光子被线接合焊盘吸收，从而提高发光器件的所有光提取效率。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其它部分的不同之处，各个部分之间相同或相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
Claims (9)
1.具有金属反射层的半导体发光器件，包括：衬底，形成于所述衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层；设置于所述N型半导体层或P型半导体层上的线接合焊盘；
其特征在于，还包括
与所述线接合焊盘相接触的金属反射层，所述金属反射层的厚度为50～1000纳米。
2.如权利要求1所述的具有金属反射层的半导体发光器件，其特征在于：所述金属接触层由银、镍金属层组成或由铝、镍金属层组成或由银、铝金属层组成或为铑金属层。
3.如权利要求1所述的具有金属反射层的半导体发光器件，其特征在于：所述金属反射层的厚度为50～300纳米。
4.如权利要求1或2或3所述的具有金属反射层的半导体发光器件，其特征在于：所述P型半导体层上设置有第一金属接触层，所述线接合焊盘设置于所述第一金属接触层上，所述金属反射层设置于所述第一金属接触层与所述线接合焊盘之间。
5.如权利要求4所述的具有金属反射层的半导体发光器件，其特征在于：所述衬底下方设置有第二金属接触层。
6.如权利要求4所述的具有金属反射层的半导体发光器件，其特征在于：所述金属反射层由银金属层和镍金属层组成，所述银金属层设置于所述线接合焊盘下方，所述镍金属层设置于所述银金属层与所述第一金属接触层之间。
7.如权利要求1或2或3所述的具有金属反射层的半导体发光器件，其特征在于：所述P型半导体层上设置有第一金属接触层，所述线接合焊盘设置于所述第一金属接触层上，所述金属反射层设置于所述第一金属接触层与所述线接合焊盘之间；所述N型半导体层上设置有线接合焊盘，在线接合焊盘与N型半导体层之间设置有金属反射层。
8.如权利要求7所述的具有金属反射层的半导体发光器件，其特征在于：所述金属反射层由铝金属层和镍金属层组成，所述铝金属层设置于所述线接合焊盘下方，所述镍金属层设置于所述铝金属层与所述第一金属接触层及所述铝金属层与N型半导体层之间。
9.如权利要求1或2或3所述的具有金属反射层的半导体发光器件，其特征在于：所述金属反射层覆盖于所述线接合焊盘除用于打线连接区域外的外围。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140618 |