[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本申请是国际申请日为2006年10月27日、申请号为200680050123.X及名称为“半导体器件及其制造方法”的发明专利申请的分案。

技术领域

本发明涉及半导体器件。更具体而言，本发明涉及具有高亮度的半导体器件及其制造方法。

背景技术

基于氮化物的半导体主要用于诸如发光二极管或激光二极管的光学半导体器件。基于III族氮化物的半导体是光学半导体领域采用的具有最宽带隙的直接型(direct-type)化合物半导体材料。采用这样的基于III族氮化物的半导体制作能够发射具有处于黄色波段和紫外波段之间的范围内的宽波段的高效发光器件。但是，尽管人们在各种工业领域进行了数年的各种尝试来提供具有大面积、高容量和高亮度的发光器件，但是由于下述与材料和技术相关的基本困难的原因，这样的尝试均以失败告终。

首先，难以提供适于生长高质量的基于氮化物的半导体的衬底。

第二，难以生长包括大量铟(In)或铝(Al)的InGaN层和AlGaN层。

第三，难以生长具有较高空穴载流子密度的基于p型氮化物的半导体。

第四，难以形成适于基于n型氮化物的半导体和基于p型氮化物的半导体的高质量欧姆接触电极(＝欧姆接触层)。

尽管存在上述由材料和技术带来的困难，但是，在最近的1993年，Nichiachemicals(日本公司)仍然采用基于氮化物的半导体开发出了蓝光发光器件，这在全世界尚属首次。今天，已经有人开发出了包括与磷光体结合的高亮度蓝光/绿光发光器件的白光发光器件。这样的白光发光器件几乎应用于各种照明工业领域。

为了采用高质量的基于氮化物的半导体实现具有高效率、大面积和高容量的下一代发光器件，例如，发光二极管(LED)或激光二极管(LD)，必须改善低EQE(提取量子效率)和热散逸。

基于发光器件的形状和从基于氮化物的有源层产生的光的发射方向将基于氮化物的LED划分成两种类型。发光器件的形状涉及衬底的电特性。因而，根据发光器件的形状，将基于氮化物的LED划分为MESA结构的基于氮化物的LED和垂直结构的基于氮化物的LED，在前者中，在绝缘衬底的上部生长基于氮化物的发光结构，并使N型和P型欧姆电极层平行于所述基于氮化物的发光结构对准，而后者则生长在包括硅(Si)或碳化硅(SiC)的导电衬底上。

就光强、散热和器件可靠性而言，垂直结构的基于氮化物的LED比MESA结构的基于氮化物的LED有利，因为垂直结构的基于氮化物的LED生长在具有优越的电和热特性的导电衬底上。此外，根据从基于氮化物的发光器件的有源层生成的光的发射方向将基于氮化物的LED划分成顶部发射型LED和倒装型(flip-chip type)LED。就顶部发射型LED而言，通过p欧姆接触层将基于氮化物的有源层生成的光发射至外部。相反，就倒装型LED而言，利用高反射p欧姆接触层使从基于氮化物的发光结构生成的光通过透明(蓝宝石)衬底发射至外部。

就已经得到了广泛应用的MESA结构的基于氮化物的LED而言，通过直接与基于p氮化物的覆层接触的p欧姆电极层将从基于氮化物的有源层生成的光发射至外部。因此，要想获得具有高质量的顶部发射型MESA结构的基于氮化物的LED，必须具备高质量p欧姆接触层。这样的高质量p欧姆接触层必须具有90％或更高的较高透光率，并且欧姆接触电阻率必须尽可能低。

换言之，为了制造具有大容量、大面积和高亮度的下一代基于氮化物的顶部发射型LED，必须实质上具备诸如低欧姆接触电阻率和薄层电阻率的电特性，从而同时执行沿横向的电流扩展和沿p电极层的垂直方向的电流注入，由此能够补偿由低空穴密度导致的基于p氮化物的覆层的高薄层电阻值。此外，在通过p型欧姆电极层将基于氮化物的有源层生成的光输出至外部时，为了使光吸收降至最低，必须提供具有较高透光率和薄层电阻的p欧姆接触电极。