专利名称：具有反射接合焊盘的发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光器件以及制造发光器件的方法。
背景技术：
半导体发光器件，例如发光二极管(LED)或激光二极管，在很多应用中被广泛使 用。正如本领域技术人员熟知的，半导体发光器件包括具有被配置用于在其通电时发射相 干和/或非相干光的一个或多个半导体层的半导体发光元件。如本领域技术人员所熟知 的，发光二极管或激光二极管，总体上包括在微电子衬底上的二极管区域。微电子衬底可以 是，例如，砷化镓，磷化镓，其合金，碳化硅和/或蓝宝石。LED的继续发展已经带来能覆盖可 见光谱或更远的高效率和机械稳固的光源。这些特征，与固态器件的潜在的长使用寿命相 耦合，可实现多种新显示应用，并可将LED置于与牢固确立的白炽灯和荧光灯竞争的位置 上。许多发展兴趣和商业活动近期集中在制造在碳化硅中或上面的LED，因为这些 LED能发射在可见光谱的蓝色/绿色部分中的辐射。参见，例如，Edmond等人的题目为“Blue Light-Emitting Diode WithHigh External Quantum Efficiency，，的美国专利 5，416，342， 其被赋予本申请的受让人，在此并入其公开的全部内容作为参考。对LED还有很多关注， 包括在碳化硅衬底上的氮化镓基二极管区域，因为这些器件还可发射具有高效率的光。参 见，例如，Linthicum 等人的题目为"Pendeoepitaxial Gallium Nitride Semiconductor Layers OnSilicon Carbide Substrates”的美国专利6，177，688，在此并入其公开的全部 内容作为参考。传统LED的效率会因它们不能发射由它们的有源区产生的所有光而受到限制。当 LED被通电时，从它的有源区发出的光(在所有方向上)可能由于例如光吸收线接合焊盘而 被阻止脱离该LED。典型地，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 的截面的载流子注入的均勻性。电流通过接合焊盘和P型接触注入到LED的ρ侧。ρ型接 触层提供基本上均勻的载流子注入到有源区中。这样，跨越有源区的基本均勻的光子发射 可由电流扩展层的使用获得，例如基本上透明的P型接触层。然而，线接合焊盘一般不是透 明结构，且因此入射到线接合焊盘上的从LED的有源区发射的光子可被线接合焊盘吸收。 例如，在一些情况下，入射到线接合焊盘上的大约70%的光可被吸收。这样的光子吸收可减 少从LED逃逸的光的量并会降低LED的效率。
发明内容
本发明的一些实施例提供发光器件和/或制造包括半导体材料的有源区和在有 源区上的第一接触的发光器件的方法。配置第一接触以便由有源区发射的光子穿过第一接 触。在第一接触上提供吸收光子的线接合焊盘。该线接合焊盘具有小于第一接触的面积的 面积。反射结构设置在第一接触和线接合焊盘之间以便该反射结构具有比第一接触小的面 积。从第一接触与有源区相对地提供第二接触。
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在一些实施例中，反射结构具有与线接合焊盘基本相同的面积。例如，反射结构可 全同于线接合焊盘。在一些实施例中，反射结构没有延伸超过线接合焊盘。在本发明的一些实施例中，ρ型半导体材料设置在第一接触和有源区之间。在本发 明的其它实施例中，η型半导体材料设置在第一接触和有源区之间。有源区可以是III族 氮化物基有源区。在本发明的特定实施例中，反射结构包括反射金属层。反射结构可与线接合焊盘 自对准。在本发明的一些实施例中，反射结构包括第一接触的粗糙化区域并且线接合焊盘 直接在第一接触上。粗糙化区域可与线接合焊盘自对准。在本发明的另外的实施例中，反射结构包括第一接触的粗糙化区域和在第一接触 的粗糙化区域上的反射金属层。
图1是示出根据本发明的一些实施例的具有反射接合焊盘结构的半导体发光器 件的截面图。图2Α和2Β是示出根据本发明的一些实施例的半导体器件的制造的截面图。图3是根据本发明的另外的实施例的发光器件的截面图。
具体实施例方式现在将参考附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的实施例。然而，本发明 不应该理解为局限于这里所列出的实施例。更确切地说，提供这些实施例以便本公开将是 全面的和完整的，并且将向本领域技术人员全面传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起 见放大了层和区域的厚度。类似的数字始终代表类似的元件。如在这里使用的，术语“和/ 或”包括相关列举的项的一个或多个的任何和所有组合。这里使用的术语只是描述具体实施例的目的，并不意味着限制本发明。如这里使 用的，单数形式“一”、“一个”和“该”还意味着包括复数形式，除非上下文另外清楚地说明 了。还将理解的是，当用在该说明书中时，术语“包括”和/或“包含”规定存在所述的特 征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或者增加一个或者多个其它特征、 整数、步骤、操作、元件、部件、和/或其组合。将理解的是，当称元件，例如层、区域或者衬底在另一个元件“上面”或者延伸到其 “上面”时，它可以直接在另一个元件上面或者直接延伸到另一个元件上面或者还可以存在 插入元件。相比之下，当称元件“直接”在另一个元件“之上”或者“直接”延伸到另一个元 件“之上”时，则不存在插入元件。还将理解的是，当称元件“连接”或者“耦接”到另一元件 时，它可以直接连接或者耦接到另一元件或者可以存在插入元件。相比之下，当称元件“直 接连接”或者“直接耦接”到另一元件时，则不存在插入元件。在整个说明书中类似的数字 表示类似的元件。将理解的是，尽管这里可以使用术语第一、第二等等描述多个元件、部件、区域、层 和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受到这些术语的限制。仅仅使 用这些术语来区分一个元件、部件、区域、层或者部分和另一个区域、层或者部分。因此，在 不脱离本发明的教导的情况下，可以将下面所述的第一元件、部件、区域、层或者部分称做
5第二元件、部件、区域、层或者部分。而且，相对术语，例如这里可以使用“下”或者“底部”和“上”或者“顶部”描述图 中所示的一个元件和另一元件的关系。将理解的是，相对术语意味着除了图中所描述的方 向之外还包括器件的不同方向。例如，如果图中的器件翻转，那么描述为在其它元件的“下” 侧上的元件将定向为其它元件的“上”侧上。因此，根据图的具体方向，示例性术语“下”可 以包括“下”和“上”的方向。类似地，如果其中一个图中的器件翻转，描述为在其它元件“下 面”或者“下方”的元件将定向为在其它元件的“上面”。因此，示例性术语“下面”或者“下 方”可以包括上面和下面的方向。这里参考截面图描述本发明的实施例，这些截面图是本发明的理想实施例的示意 性表示。因而，例如，预期会出现因制造技术和/或容差导致的图示的形状的变化。因此， 本发明的实施例不应当解释为局限于这里所示的区域的具体形状，而是包括由例如制造导 致的形状的偏离。例如，被示为矩形的刻蚀区将通常具有锥形的、圆形的或者曲线的特征。 因此，图中所示的区域实际上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出器件的区域的精确 形状，也不旨在限制本发明的范围。除非另外限定，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)与本发明所述 领域的普通技术人员通常所理解的具有相同的意义。还将理解的是，例如通常在字典中限 定的那些术语应当解释为具有和它们在相关领域的上下文中的意义一致的意义，并且将不 以理想化的或者太正式的意义来解释，除非这里明确如此限定。本领域技术人员还将理解的是，对和另一特征“相邻”设置的结构或特征的引用可 以具有与该相邻特征重叠或者位于该相邻特征下面的部分。尽管在这里公开的LED的多种实施例包括衬底，但是本领域技术人员将理解，其 上生长包括LED的外延层的结晶外延生长衬底可被去除，且独立的外延层可安装在替换的 支撑衬底或基座上，其可具有比原始衬底更好的热、电、结构和/或光特性。在这里描述的 本发明不局限于具有结晶外延生长衬底的结构且可以结合其中外延层从它们的原始生长 衬底被去除并被接合到替换的支撑衬底的结构一起使用。本发明的一些实施例通过降低和/或阻止线接合焊盘的光子吸收可提供改善的 发光器件的效率。由此，本发明的一些实施例可提供发光器件和制造具有在线接合焊盘和 发光器件的欧姆接触之间的反射结构的发光器件的方法。通过反射在线接合焊盘区域中入 射的光子，由线接合焊盘吸收的光子数量可减少。在本发明的一些实施例中，发光器件效率 的增加可与线接合焊盘的大小成比例。本发明的实施例可以尤其适合在氮化物基发光器件中使用，例如III族氮化物基 器件。如这里使用的，术语“III族氮化物”指的是在氮和周期表中的III族元素，通常为铝 (Al)、镓(Ga)和/或铟(In)之间形成的那些半导体化合物。该术语还指的是三元和四元 化合物，例如AlGaN和AlInGaN。如本领域技术人员所理解的，III族元素可以和氮结合形 成二元的(例如GaN)、三元的(例如AlGaN、AlInN)和四元的(例如AlInGaN)化合物。这 些化合物都具有经验式，其中一摩尔的氮和全部一摩尔的III族元素结合。因此，通常使用 分子式例如AlxGai_xN描述它们，其中0 < χ < 1。然而，尽管这里本发明的实施例参考III 族氮化物基发光器件来描述，例如氮化镓基发光器件，但是本发明的特定实施例可适合用 在其它半导体发光器件中，例如GaAs和/或GaP基器件。
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根据本发明的一些实施例的发光器件可包括发光二极管，激光二极管和/或其它 半导体器件，其包括一个或多个半导体层，其可包括硅，碳化硅，氮化镓和/或其它半导体 材料、衬底，其可包括蓝宝石，硅，碳化硅和/或其它微电子衬底、和一个或多个接触层，其 可包括金属和/或其它导电层。在一些实施例中，可提供紫外线，蓝色和/或绿色LED。半 导体发光器件的设计和制造对本领域技术人员来说是熟知的且不需要在这里详细描述。例如，根据本发明的一些实施例的发光器件可包括制造在碳化硅衬底上的例如氮 化镓基LED的结构和/或激光器结构，例如由NorthCarolina，Durham的Cree，Inc.制造和 出售的那些器件。本发明可以适合与提供有源区的LED和/或激光器结构一起使用，例如 在美国专禾U Nos. 6，201，262 ；6，187，606 ；6，120，600 ；5，912，477 ；5，739，554 ；5，631，190 ； 5，604，135 ；5，523，589 ；5，416，342 ；5，393，993 ；5，338，944 ；5，210，051 ；5，027，168 ； 5，027，168 ；4, 966, 862和/或4，918，497中所描述的，在此并入其公开的全部内容作为参 考。其它适合的LED和/或激光器结构在下述中被描述在2003年1月9日公开的题目 为"Group III Nitride Based Light Emitting DiodeStructures With a Quantum Well and Superlattice, Group IIINitride Based Quantum Well Structures and Group III NitrideBased Superlattice Structures” 的公开的美国专利公布号 No. US2003/0006418 Al，与其同时提交的题目为 “GROUP III NITRIDE BASEDQUANTUM WELL LIGHT EMITTING DEVICE STRUCTURES WITH AN INDIUMCONTAINING CAPPING STRUCTURE” 的美国专利
申请序列号No._(代理人案号No. 5308-204IP)，以及题目为“Light Emitting
DiodesIncluding Modifications for Light Extraction and ManufacturingMethods Therefor”的公开的美国专利公布号No. US 2002/0123164A1。而且，涂有磷的LED也可 适用于本发明的实施例，例如在2003年9月9日提交的题目为“Phosphor-Coated Light Emitting DiodesIncluding Tapered Sidewalls and Fabrication Methods Therefor，， 的美国申请序列号No. 10/659，241中所描述的那些，在此并入其公开的全部内容作为 参考。这些LED和/或激光器可被配置用于操作使得光发射通过衬底发生。在这样的 实施例中，可构图衬底以便增强器件的光输出，这例如在上面引用的美国专利公布号 No. US2002/0123164 Al中被描述。这些结构可按照这里所描述的被修改以提供根据本发明 的一些实施例的反射结构。这样，例如，本发明的实施例可与具有不同形状或大小的接合焊盘的发光器件一 起使用。发光器件可在不同的衬底上，例如碳化硅，蓝宝石，氮化镓，硅或其它适合用于提供 III族氮化物器件的衬底。发光器件可适于随后的单数并安装在合适的载体上。发光器件 可包括，例如单量子阱，多量子阱和/或体有源区器件。本发明的一些实施例可与利用在器 件的P侧上的隧穿接触的器件一起使用。图1是根据本发明的一些实施例的发光器件的截面示意图。正如在图1中所看到 的，衬底10，例如η型碳化硅衬底，具有设置在其上的可选的η型半导体层12，例如氮化镓 基层。η型半导体层12可包括多层，例如缓冲层等。在本发明的一些实施例中，η型半导体 层12被提供作为掺杂硅的AlGaN层，其可以是均勻的或梯度组分，以及掺杂硅的GaN层。尽管这里参考碳化硅衬底描述，但是在本发明的一些实施例中其它衬底材料可被 使用。例如，蓝宝石衬底，GaN或其它材料可被使用。在这种情况下，接触20可位于例如接 触η型半导体层12的凹进中，以便提供器件的第二接触。还可使用其它设置。
权利要求
1.一种发光器件，包括 有源区；在有源区上的接触，所述接触包括粗糙化区域； 在所述接触的粗糙化区域上的反射金属层。
2.权利要求1的发光器件，进一步包括设置在所述接触和有源区之间的ρ型半导体材料。
3.权利要求1的发光器件，进一步包括在所述接触和有源区之间的η型半导体材料。
4.权利要求1的发光器件，其中有源区包括III族氮化物基有源区。
5.一种发光器件，包括 有源区；在有源区上的接触；在所述接触上的吸收光子的线接合焊盘；反射结构，其设置在所述接触和线接合焊盘之间且没有延伸超过线接合焊盘。
6.权利要求5的发光器件，其中反射结构具有与线接合焊盘基本相同的面积。
7.权利要求5的发光器件，其中反射结构基本上全同于线接合焊盘。
8.权利要求5的发光器件，进一步包括设置在所述接触和有源区之间的ρ型半导体材料。
9.权利要求5的发光器件，进一步包括在所述接触和有源区之间的η型半导体材料。
10.权利要求5的发光器件，其中有源区包括III族氮化物基有源区。
11.权利要求5的发光器件，其中反射结构包括反射金属的层。
12.权利要求5的发光器件，其中反射结构与线接合焊盘自对准。
13.—种制造发光器件的方法，包括 在有源区上形成接触；在所述接触上形成反射结构，其中形成反射结构包括粗糙化所述接触的区域； 在所述接触上形成掩模层，该掩模层具有开口，其暴露至少一些所述接触的粗糙化区域；在掩模层的开口中沉积金属层。
14.权利要求13的方法，进一步包括形成设置在所述接触和有源区之间的ρ型半导体 材料。
15.权利要求13的方法，进一步包括在所述接触和有源区之间形成η型半导体材料。
16.权利要求13的方法，其中形成有源区包括形成III族氮化物基有源区。
17.—种制造发光器件的方法，包括 在有源区上形成第一接触；在所述接触上形成掩模层，该掩模层具有开口，其暴露所述接触的一部分； 粗糙化至少一些被掩模层的开口暴露的所述接触的部分。
18.权利要求17的方法，进一步包括形成设置在所述接触和有源区之间的ρ型半导体 材料。
19.权利要求17的方法，进一步包括在所述接触和有源区之间形成η型半导体材料。
20.权利要求17的方法，其中形成有源区包括形成III族氮化物基有源区。
21.一种制造发光器件的方法，包括 在有源区上形成接触；形成所述接触的粗糙化区域；在所述接触的粗糙化区域上形成反射金属层。
22.权利要求21的方法，进一步包括形成设置在所述接触和有源区之间的ρ型半导体 材料。
23.权利要求21的方法，进一步包括在所述接触和有源区之间形成η型半导体材料。
24.权利要求21的方法，其中形成有源区包括形成III族氮化物基有源区。
全文摘要
本发明涉及具有反射接合焊盘的发光器件及其制造方法。发光器件包括半导体材料的有源区(14)和在有源区上的第一接触(18)。配置第一接触(18)以便由有源区(14)发射的光子通过第一接触。吸收光子的线接合焊盘(22)提供在第一接触上。线接合焊盘(22)具有小于第一接触的面积的面积。反射结构(30)设置在第一接触(18)和线接合焊盘(22)之间以便反射结构(30)具有与线接合焊盘基本上相同的面积。相对于有源区从第一接触提供第二接触(20)。反射结构(30)可仅设置在第一接触和线接合焊盘之间。还提供了制造这种器件的方法。
文档编号H01L33/42GK102005524SQ201010298269
公开日2011年4月6日 申请日期2005年3月30日 优先权日2004年7月27日
发明者D·T·埃默森, K·W·哈贝雷恩, M·J·伯格曼, V·米茨科夫斯基 申请人:克里公司