[发明专利]发光半导体器件及其制造方法

说明书

发明领域

本发明大致上涉及由第III族金属的氮化物构成的发光半导体结构。更确切地说，本发明涉及例如在竖直几何结构的发光二极管(LED)中使用的反射接触面及其制造方法。

发明背景

在日常生活的不同领域，像LED的发光半导体器件具有不断增加的作用。它们具有种类繁多的应用，例如在电信、照明和显示技术中。

从材料的角度来说，现今的LED技术的一个飞速扩展的分支是基于像氮化镓GaN、氮化铝镓AlGaN、氮化铟镓及其合金的第III族金属的氮化物。这些材料被发现是用于例如发光应用的高亮度LED的特别合适的候选材料。

在越来越高效的LED结构的集约型发展中，近年来，一个占主导地位的技术趋势是代替之前横向分布的结构，走向竖直的LED几何结构。在过去，形成与元件的n型层和p型层的电气连接的两个电极彼此横向分离地形成在LED芯片的同一侧。这种配置对器件的操作设置了若干限制。在芯片的相对侧具有接触电极的竖直LED几何结构可以在电流一致性和光提取效率及器件的热管理方面提供重要的优势。

例如，制造竖直LED的简化的一般原理可以描述如下。首先，包括n型半导体层、活性区和p型半导体层的层结构在如蓝宝石的生长衬底上形成。接着，反射接触结构在该结构的顶部形成，来提供到p型半导体层的电气连接和充当镜子向后反射在活性区产生的入射光。然后，相对较厚的金属层沉积在反射接触结构上，来形成芯片的p侧接触电极。厚金属层还可以充当所完成的led芯片的支撑结构。接着，去除生长支撑，露出最初生长在生长衬底上的n型层的表面。最后，另一厚金属层在这一露出的表面上形成，来形成n侧接触电极。

反射接触结构被认为是竖直LED结构中的一个重要点。除了所需的高反射率和低电阻外，反射接触结构本身还应该在元件的整个生命周期中保持稳定，另一方面，在形成p侧电极的金属层和实际的操作器件层之间提供良好的粘附力。传统的解决方案包括，例如，像一层或多层铝或金的不同金属的组合直接沉积在p型半导体层或沉积在首先形成在半导体表面上的中间粘附层上。在第一种情况下，结构的粘附强度和长期稳定性通常都是不足的。例如包括镍的中间粘附层可以增强粘附力。另一方面，它通过在粘附层的光吸收增加了光损失。

发明目的

本发明的目的是提供新颖的发光半导体结构，其包括具有优良的机械、光学和电学特性的稳定的反射接触结构。

发明概述

本发明的发光半导体器件和制造发光半导体器件的方法相应地具有在权利要求1和权利要求8中给出的特性。

根据本发明的发光半导体器件是由第III族金属的氮化物制成的。一种合适的材料是氮化镓GaN和它的不同变体，如氮化铟镓InGaN和氮化铝镓AlGaN。由所述材料制成意味着至少器件运行的基本部分包括至少一些所述材料。当然，在其不同的部分，所述器件还可以包括不属于上面限定内的材料。关于核心部分，所述器件包括层结构，所述层结构包括n型半导体层、p型半导体层、在n型半导体层和p型半导体层之间的产生光的活性区。这一层结构的细节可以在已知的技术范围内改变并且对本发明来说不是关键的。层结构具有通过n型半导体层和p型半导体层之一限定的接触表面，和附接于这一接触表面的反射接触结构。反射接触结构提供到限定接触表面的半导体层的电气接触，并且还充当镜子反射来自活性区的入射光。

根据本发明，反射接触结构包括具有多晶结构的附接于层结构的接触表面的第一透明导电氧化物(TCO)接触层、具有非结晶结构的第二透明导电氧化物接触层和附接于第二TCO层的金属反射层。

反射金属接触的所述结构使用在金属反射层和接触表面之间的两层中间TCO结构，提供了优于现有技术方案的巨大优势。两个TCO层中的每个都有自己的目的。第一TCO层的多晶材料结构提供较高的光学透明度和低电阻。具有非结晶结构的第二TCO层依次提供到金属反射层的强粘附力。

除了不同的晶体结构外，这两层的精确的化学成分还可以根据不同的目的分别优化。为了充分利用这个机会，在本发明的优选实施方式中，选择第一TCO接触层的化学成分来提升到层结构的接触表面的强粘附力、第一TCO接触层的良好的透明度和高电导率，以及选择第二TCO接触层的化学成分来提升金属反射层到第二TCO接触层的强粘附力。换句话说，在这一实施方式中，这两个TCO层的特性可以根据它们的不同目的分别优化。

第二TCO接触层可以位于与第一TCO接触层直接接触的位置。然而，在这两个TCO接触层之间具有一些中间层也是可以的。