專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件、其制造方法以及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法，其中所述半導(dǎo)體發(fā)光元件設(shè)置有相對其發(fā)射波長透明的襯底。此類半導(dǎo)體發(fā)光元件適于用作光學(xué)傳輸、顯示器件的組件，CCD(電荷耦合器件)照相機的輔助光源，LCD(液晶顯示器)的背光組件等。
本發(fā)明還涉及一種具有這種半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體裝置。近年來，半導(dǎo)體發(fā)光元件中的發(fā)光二極管(LED)已經(jīng)廣泛用于光通信、LED信息顯示面板等。這種發(fā)光二極管具有高亮度是很重要的。亮度、即發(fā)光二極管的外量子效率由內(nèi)量子效率和外發(fā)射效率決定。其中，由于外發(fā)射效率是從元件中獲取發(fā)光層中產(chǎn)生的光的效率，所以元件結(jié)構(gòu)很大地影響了外發(fā)射效率。
背景技術(shù)：
為了提高外發(fā)射效率，在發(fā)光二極管中使用相對發(fā)射波長透明的襯底。這是因為在使用相對發(fā)射波長透明的襯底時，不僅上表面可以發(fā)光，而且四個側(cè)面也可以發(fā)光，而在使用相對發(fā)射波長不透明的襯底時，僅僅上表面發(fā)光。此外，在下表面上也能發(fā)射上表面和側(cè)表面反射的光。此方法應(yīng)用于使用基于InGaAsP的半導(dǎo)體材料的紅外發(fā)光二極管、使用基于AlGaAs的半導(dǎo)體材料的紅和紅外發(fā)光二極管、使用基于GaAsP的半導(dǎo)體材料的黃發(fā)光二極管、使用基于GaP的半導(dǎo)體材料的綠發(fā)光二極管等等。
作為一種用于制造基于AlGaInP的發(fā)光二極管的制造方法，其中該發(fā)光二極管具有相對發(fā)射波長透明的襯底，圖5A至5D所示的方法是一種公知的方法(例如，參考JP3230638A)。即，如圖5A所示，首先在n-型GaAs襯底101上外延生長n-型半導(dǎo)體層103、基于AlGaInP的有源層104以及p-型半導(dǎo)體層105(包括GaP層(未示出))，而該襯底101相對發(fā)射波長是透明的。接著，將p-型半導(dǎo)體層105的襯底拋光成鏡面加工面，此后，將相對發(fā)射波長透明的p-型GaP襯底110與此表面相接觸，用以執(zhí)行熱處理。因此，如圖5B所示，p-型GaP襯底110就直接與p-型半導(dǎo)體層105的表面相連。接著，如圖5C所示，除去n-型GaAs襯底101，之后，如圖5D所示，在頂部和底部分別形成電極111和112。根據(jù)該方法，由于在與GaP襯底110直接連接后除去GaAs襯底101，所以在處理期間，晶片(wafer)并沒有被制成僅由外延生長層103、104、105組成的薄片狀。因此防止了晶片破裂。
在這種半導(dǎo)體發(fā)光元件中，由于有源層104與p-型半導(dǎo)體層105的晶格失配，在外延生長處理期間，該表面并不僅僅成為一種完整的鏡面加工面，還可能產(chǎn)生小丘(hilllock)，該小丘是一種突出來的晶體缺陷。一旦產(chǎn)生小丘，無論怎樣拋光表面，p-型半導(dǎo)體層105的表面都不是完全平坦的。因此，小丘的邊緣部分并沒有被直接連接，導(dǎo)致形成不完全的連接。由于上述原因，當(dāng)制成元件后在電極111和112之間通電時，電流不是在直接連接的介面中均勻分布的。這就不利地導(dǎo)致了正向電壓VF的增加以及輸出的降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個目的在于提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法，其中，在包括有源層的半導(dǎo)體壓片和相對發(fā)射波長透明的襯底之間的直接連接介面上，即使由于小丘或其它因素產(chǎn)生不完全連接時，也可以表現(xiàn)出令人滿意的電特性，并且從而獲得高輸出。
此外，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種具有這種半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其包括半導(dǎo)體壓層，其包括有源層，該有源層發(fā)出預(yù)定發(fā)射波長的光；以及襯底，該襯底相對發(fā)射波長透明，并且與半導(dǎo)體壓層直接相連，其中在所述半導(dǎo)體壓層中形成有階梯，該階梯位于從所述半導(dǎo)體壓層的一個表面超過所述有源層的一個深度位置，該表面與所述半導(dǎo)體壓層和所述襯底之間的直接連接介面相對，以及在半導(dǎo)體壓層的所述表面和所述階梯上分別形成有第一電極和第二電極。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，工作時在所述第一電極和第二電極之間施加電源，換句話說，通過包括于所述半導(dǎo)體壓層中的有源層，在半導(dǎo)體壓層的所述表面和所述階梯之間通電(electrification)，這樣，該有源層就發(fā)出具有預(yù)定發(fā)射波長的光。該半導(dǎo)體發(fā)光元件具有相對該發(fā)射波長透明的襯底。因此，不僅上表面可以發(fā)光，四個側(cè)表面也可以發(fā)光，并且下表面也可以發(fā)出由上表面和側(cè)表面反射的光。因此，可以提高外發(fā)射效率。此外，由于在該半導(dǎo)體壓層的所述表面和階梯之間通電，因此電流基本上不流過半導(dǎo)體壓層和襯底之間的直接連接介面。因此，該直接連接介面的狀態(tài)幾乎不影響電特性。因此，即使在由于小丘或類似因素而在該直接連接介面產(chǎn)生不完全連接時，也可以顯示出令人滿意的電特性，從而可獲得高的輸出。
對于該有源層的一種材料，這里可列舉出，例如，基于AlGaInP的半導(dǎo)體?；贏lGaInP的半導(dǎo)體就是一種其成分公式為(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1，0＜z＜1)的半導(dǎo)體。
例如，列舉GaP為襯底材料。
此外，例如，最好從襯底側(cè)依次層壓n-型半導(dǎo)體層、有源層和p-型半導(dǎo)體層，從而將該半導(dǎo)體壓層就形成為發(fā)光二極管。
在一個實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，該第一電極具有半透明電極層，該半透明電極層相對發(fā)射波長透明，并且位于該半導(dǎo)體壓層除階梯之外的整個表面上。
在此實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，該第一電極的半透明電極層相對發(fā)射波長透明，因此，向芯片上表面發(fā)射的光不會被該半透明電極層干擾。因此，進一步提高了外發(fā)射效率。此外，在工作期間通過該半透明層傳送電流，從而使電流均勻地注入有源層。因此，提高了內(nèi)量子效率。從而，提高了該半導(dǎo)體發(fā)光元件的性能，并獲得了高亮度。
在一個實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，通過組成p-n結(jié)的組分將所述半導(dǎo)體壓層和所述襯底電隔離。
術(shù)語“電隔離”是指，p-n結(jié)插入其間的層由于該p-n結(jié)產(chǎn)生的耗盡層而變得不導(dǎo)電。如果該p-n結(jié)反向偏壓，那么該p-n結(jié)產(chǎn)生的耗盡層擴展，從而確保電隔離。
在本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，半導(dǎo)體壓層和襯底被構(gòu)成該p-n結(jié)的組分電隔離，因此，直接連接介面的狀態(tài)對電特性具有較小的影響。
在一個實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，構(gòu)成該p-n結(jié)的組分由n-型襯底和沉積在該襯底上的p-型半導(dǎo)體層組成。
在此實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，例如，通過在n-型襯底上預(yù)先沉積p-型半導(dǎo)體層，并且通過將位于該襯底p-型半導(dǎo)體層一側(cè)的表面直接連接到半導(dǎo)體壓層，就簡單地形成了構(gòu)成p-n結(jié)的組分。
例如，可列舉GaP作為襯底材料。同時，也可列舉p-型(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1，0＜z＜1)作為p型半導(dǎo)體層的材料。
在一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，構(gòu)成p-n結(jié)的組分由n-型襯底和p-型擴散層組成，通過在襯底的一個表面上摻雜擴散而形成該p-型擴散層。
在該實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，例如，通過利用摻雜擴散在n-型襯底上的表面上預(yù)先形成p-型半導(dǎo)體層，并通過將位于襯底p-型半導(dǎo)體層一側(cè)的表面直接連接到半導(dǎo)體壓層，就簡單地形成了構(gòu)成p-n結(jié)的組分。
在一個實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，半導(dǎo)體壓層的階梯和直接連接介面之間的厚度不小于1μm且不大于4μm。
在此實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，半導(dǎo)體壓層的階梯和襯底的直接連接介面之間的厚度不大于4μm。因此，通過在半導(dǎo)體壓層的表面上進行蝕刻，該階梯可穩(wěn)固地設(shè)置在超過源層的一個深度位置處。此外，半導(dǎo)體壓層的階梯和襯底的直接連接介面之間的厚度不小于1μm。因此，可以可靠地確保半導(dǎo)體壓層和階梯上的第二電極之間的電傳導(dǎo)。
在一個實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，半導(dǎo)體壓層包括電流擴散層，該電流擴散層位于有源層和第一電極之間，并且其表面就是半導(dǎo)體壓層的表面。
在一個實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，電流擴散層由(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)組成。
在一個實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，電流擴散層的厚度不小于0.2μm且不大于10μm。
本發(fā)明提供一種具有半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體發(fā)光元件包括半導(dǎo)體壓層，其包括發(fā)出預(yù)定發(fā)射波長的光的有源層；以及襯底，該襯底相對發(fā)射波長透明，并且與該半導(dǎo)體壓層直接連接，其中在所述半導(dǎo)體壓層中形成有階梯，該階梯位于從所述半導(dǎo)體壓層的一個表面超過所述有源層的一個深度位置，該表面與所述半導(dǎo)體壓層和所述襯底之間的直接連接介面相對，在半導(dǎo)體壓層的所述表面和階梯上分別設(shè)置有第一電極和第二電極，以及與直接連接介面相對的襯底表面與電絕緣散熱裝置相連。
在這種具有半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體裝置中，該散熱裝置不會成為半導(dǎo)體發(fā)光元件的任何通電路徑，這樣散熱裝置就僅僅需要具有散熱和安裝功能。這就允許擴展可采用封裝的各種改變。換句話說，根據(jù)本發(fā)明，電絕緣散熱裝置可用在半導(dǎo)體裝置中。
在一個實施例的半導(dǎo)體裝置中，電絕緣散熱裝置由氮化鋁制成。
由于散熱裝置是由氮化鋁(AIN)制成的，所以散熱裝置的導(dǎo)熱性比其他類型的絕緣材料高。因此，提高了半導(dǎo)體的溫度特性。
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法，該方法包括在第一半導(dǎo)體襯底上生長包括有源層的半導(dǎo)體壓層，該有源層發(fā)出預(yù)定發(fā)射波長的光；將第二半導(dǎo)體襯底與所述半導(dǎo)體壓層的一個表面直接相連，該第二半導(dǎo)體襯底相對該有源層的發(fā)射波長透明，該半導(dǎo)體壓層的所述表面與該半導(dǎo)體壓層接觸第一半導(dǎo)體襯底的另一個表面相對；除去所述第一半導(dǎo)體襯底；通過蝕刻在半導(dǎo)體壓層中形成階梯，該階梯位于從所述半導(dǎo)體壓層的一個表面超過所述有源層的一個深度位置，該表面與所述半導(dǎo)體壓層和所述襯底之間的直接連接介面相對；以及在該半導(dǎo)體壓層的所述表面和所述階梯上分別設(shè)置第一電極和第二電極。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，可以很容易地制造出本發(fā)明的上述半導(dǎo)體發(fā)光元件。


通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明可更加充分理解本發(fā)明，附圖僅僅是示例性的，因此其并不限制本發(fā)明，附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在制造過程中正在加工的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖2是示出根據(jù)該實施例的、在制造過程中正在加工的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖3是表示根據(jù)該實施例的、在制造過程中正在加工中的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖4是示出根據(jù)該實施例的、在制造過程中的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖5A是示出在制造過程中正在加工的傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖5B是示出在制造過程中正在加工的傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖5C是示出在制造過程中正在加工的傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖5D是示出在制造過程中的傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖6是示出根據(jù)不同實施例的、在制造過程中正在加工的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖7是示出根據(jù)該不同實施例的、在制造過程中正在加工的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；圖8是示出根據(jù)該不同實施例的、在制造過程中正在加工的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖；以及圖9是示出根據(jù)該不同實施例的、在制造過程中的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示圖。
具體實施例方式
下面將根據(jù)附圖中所示的實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1-4示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的、處于制造過程中的基于AlGaInP的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
i)首先，如圖1所示，在用作第一半導(dǎo)體襯底的n-型GaAs襯底1上，通過利用金屬有機化學(xué)氣相沉積方法(MOCVD方法)的外延生長，按照如下順序依次層壓作為半導(dǎo)體層的以下各層p-型GaAs緩沖層2(厚度為1μm)、p型(Al0.15Ga0.85)0.53In0.47P電流擴散層3(厚度為0.2μm)、p-型Al0.5In0.5P覆蓋層4(厚度為0.2μm)、用作有源層的p-型量子勢阱有源層5、n-型Al0.5In0.5P覆蓋層6(厚度為1μm)、n-型(Al0.2Ga0.8)0.77In0.23P中間層7(厚度為0.15μm)、n-型(Al0.1Ga0.9)0.93In0.07P接觸層8(厚度為10μm)以及防止氧化的n-型GaAs頂層9(厚度為0.01μm)。為了構(gòu)成發(fā)光二極管，在形成量子勢阱有源層5之前生長的半導(dǎo)體層4和3是p-型的，但是在形成量子勢阱有源層5之后生長的半導(dǎo)體層6、7和8是n-型的(注意在隨后的處理中要除去緩沖層2和頂層9)。在這種情況下，Zn被用作p-型摻雜物，而Si被用作n-型摻雜物。
盡管沒有詳細(xì)示出，但是量子勢阱有源層5是通過交替層壓多個由(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P制成的阻擋層和多個由(At0.2Ga0.8)0.5In0.5P制成的阱層形成的。如果量子勢阱有源層5是由AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1并且0＜z＜1)制成的，那么就能得到550nm至670nm的發(fā)射波長。應(yīng)當(dāng)注意的是，GaAs襯底1相對于此量子勢阱有源層5的550nm至670nm的發(fā)射波長是不透明的。
ii)接著，如圖2所示，拋光外延生長層的表面(圖2的上表面)以使其平整，此后，接觸層8被暴露的表面受到表面處理，該表面處理使用蝕刻劑去除氧化物。另一方面，還設(shè)置n-型GaP襯底10，該襯底10用作相對量子勢阱有源層5的550nm至670nm的發(fā)射波長透明的第二半導(dǎo)體襯底，并且該GaP襯底10的表面也要進行利用蝕刻劑去除氧化物的類似表面處理。
隨后，這兩個表面都被充分地清洗和干燥。其后，在加壓狀態(tài)下，位于GaAs襯底1上的接觸層8的表面和GaP襯底10的表面緊密地粘接在一起，并在真空或者吹入氫氣或氮氣的環(huán)境中，在750至800℃的溫度下進行一小時的熱處理。從而使兩個襯底彼此直接相連。
iii)接著，如圖3所示，通過利用蝕刻劑蝕刻，去除n-型GaAs襯底1和p-型GaAs緩沖層2，所述蝕刻劑包括氨水和過氧化氫水溶液的混合溶液。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖3相對于圖1和2是倒置的。
iv)接著，通過利用蝕刻劑蝕刻半導(dǎo)體層3的一側(cè)表面(與GaP襯底10相對的一側(cè))，去除半導(dǎo)體層3、4、5、6、7和8的部分區(qū)域(圖中由雙點劃線表示的區(qū)域)，其中該蝕刻劑包括鹽酸、乙酸和過氧化氫水溶液或者包括硫酸、磷酸、過氧化氫水溶液和純凈水。由此，在接觸層8中形成階梯8a，其中階梯8s位于超過量子勢阱有源層5的深度位置。
在這種情況下，階梯8a和直接連接介面14之間的厚度(這里被稱作“剩余厚度”)優(yōu)選地被設(shè)置為不小于1μm并且不大于4μm，所述直接連接介面14位于接觸層8和GaP襯底10之間。在剩余厚度不大于4μm情況下，階梯8a可以可靠地設(shè)置在超過量子勢阱有源層5的位置的深度位置。在剩余厚度不小于1μm情況下，可靠地確保下面將要描述的第二電極和接觸層8之間的連續(xù)性。
v)接著，如圖4所示，在電流擴散層3的整個表面區(qū)域上形成作為第一電極的半透明電極層13，該半透明電極層13層由ITO(摻雜錫的氧化銦)、GZO(摻雜鎵的氧化鋅)或其它等制成，相對于量子勢阱有源層5的550nm至670nm的發(fā)射波長是透明的，其中電流擴散層3位于階梯8a上部的部分被切掉。在半透明電極層13的一部分上形成第一焊墊(bonding pad)11，該焊墊11由AuZn、Mo和Au的壓層構(gòu)成。
隨后，在接觸層8的階梯8a上形成由AuSi制成的第二焊墊12，作為第二電極(完成元件的制作)。
vi)接著，為了應(yīng)用到半導(dǎo)體裝置中，利用公知的導(dǎo)熱粘接劑19將半導(dǎo)體發(fā)光元件(也就是芯片)粘接到散熱裝置20上，所述導(dǎo)熱粘接劑19的主要成分例如是底部具有GaP襯底10的硅樹脂。此外，利用線焊使金屬線連接到第一焊墊11和第二焊墊12上。
在該半導(dǎo)體發(fā)光元件的工作期間，通過第一焊墊11和第二焊墊12施加電源。結(jié)果，通過半透明電極層13、電流擴散層3、覆蓋層4、量子勢阱有源層5、覆蓋層6、中間層7以及接觸層8從第一焊墊11至第二焊墊12導(dǎo)電。由此，量子勢阱有源層5發(fā)出發(fā)射波長為550nm至670nm的光。
此半導(dǎo)體發(fā)光元件具有相對于550nm至670nm的發(fā)射波長透明的GaP襯底10。因此，該半導(dǎo)體發(fā)光元件不僅可以從芯片的上表面發(fā)光，而且可以從四個側(cè)面發(fā)光，并且可以從下表面發(fā)出由上表面和側(cè)表面反射的光，從而提高了外發(fā)射效率。此外，半透明電極層13相對于550nm至670nm的發(fā)射波長是透明的，因此向芯片上表面發(fā)出的光就不會被半透明層13干擾。從而能進一步提高外發(fā)射效率。并且，在工作期間，利用此半透明層13導(dǎo)電，并且電流均勻地注入量子勢阱有源層5。因此，提高了內(nèi)量子效率。結(jié)果，提高了半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性，由此得到高亮度。
此外，在第一焊墊11和第二焊墊12之間導(dǎo)電，換句話說，也就是在半透明電極13和接觸層8之間導(dǎo)電。因此，實際上沒有電流流過直接連接介面14。因此，直接連接介面14的狀態(tài)幾乎不影響電特性。因此，即使由于小丘或其它因素在直接連接介面14中產(chǎn)生不完全連接，也能表現(xiàn)出令人滿意的電特性，并獲得高的輸出。
圖6至9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的、處于制作過程中的基于AlGaInP的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
首先，如圖6所示，在用作第一半導(dǎo)體襯底的n-型GaAs襯底1上，通過利用金屬有機化學(xué)氣相沉積方法(MOCVD方法)的外延生長，按照如下順序連續(xù)層壓作為半導(dǎo)體層的以下各層p-型GaAs緩沖層2(厚度為1μm)、p型Al0.5Ga0.5As電流擴散層23(厚度為5μm)、p-型Al0.5In0.5P覆蓋層4(厚度為1μm)、用作有源層的p-型量子勢阱有源層5、n-型Al0.5In0.5P覆蓋層6(厚度為1μm)、n-型(Al0.2Ga0.8)0.77In0.23P中間層7(厚度為0.15μm)、n-型(Al0.1Ga0.9)0.93In0.07P接觸層8(厚度為10μm)以及防止氧化的n-型GaAs頂層9。為了構(gòu)成發(fā)光二極管，在形成量子勢阱有源層5之前生長的半導(dǎo)體層4和23是p-型的，但是在形成量子勢阱有源層5之后生長的半導(dǎo)體層6、7和8是n-型的(注意在隨后的處理中要除去緩沖層2和頂層9)。在這種情況下，Zn被用作p-型摻雜物，而Si被用作n-型摻雜物。
為了獲得充分的電流擴散，p型Al0.5Ga0.5As電流擴散層23最好具有不大于10μm的層厚，并且在進行蝕刻和其它處理中具有不小于5μm的層厚。
盡管沒有詳細(xì)表述，但是量子勢阱有源層5是通過交替層壓多個由(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P制成的阻擋層和多個由(At0.2Ga0.8)0.5In0.5P制成的阱層形成的。如果量子勢阱有源層5是由(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1并且0＜z＜1)制成的，那么就能獲得550nm至670nm的發(fā)射波長。應(yīng)當(dāng)注意的是，GaAs襯底1相對于此量子勢阱有源層5的550nm至670nm的發(fā)射波長是不透明的。
接著，如圖7所示，將外延生長層的表面(圖6的上表面)拋光以使其平整，之后接觸層8被暴露的表面受到表面處理，該表面處理使用蝕刻劑去除氧化物。另一方面，準(zhǔn)備n-型GaP襯底10，該襯底10用作第二半導(dǎo)體襯底，其相對量子勢阱有源層5的550nm至670nm的發(fā)射波長是透明的，并且此GaP襯底10的表面進行類似的用蝕刻劑去除氧化物的表面處理。
隨后，這兩個表面都被充分地清洗和干燥。其后，在加壓狀態(tài)下，位于GaAs襯底1上的接觸層8的表面和GaP襯底10的表面緊密地粘接在一起，并在真空或者吹入氫氣或氮氣的環(huán)境中，在750至800℃的溫度下進行一小時的熱處理。從而使兩個襯底彼此直接相連。
接著，如圖8所示，通過利用蝕刻劑蝕刻，去除n-型GaAs襯底1和p-型GaAs緩沖層2，該蝕刻劑包括氨水和過氧化氫水溶液的混合溶液。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖8相對于圖6和7是倒置的。
接著，通過利用蝕刻劑蝕刻半導(dǎo)體層3的一側(cè)表面(與GaP襯底10相對的一側(cè))，去除半導(dǎo)體層23、4、5、6、7和8的部分區(qū)域(圖中由雙點劃線表示的區(qū)域)，其中該蝕刻劑包括硫酸、過氧化氫水溶液和純凈水或者包括硫酸、磷酸、過氧化氫水溶液和純凈水。從而在接觸層8中形成了階梯8a，其中階梯8s位于超過量子勢阱有源層5的深度位置。
在這種情況下，階梯8a和直接連接介面14之間的厚度(這里被稱作“剩余厚度”)優(yōu)選地被設(shè)置為不小于1μm并且不大于4μm，該直接連接介面14位于接觸層8和GaP襯底10之間。在剩余厚度不大于4μm情況下，階梯8a可靠地設(shè)置在超過量子勢阱有源層5的深度位置。在剩余厚度不小于1μm情況下，可靠地確保下面將要描述的第二電極和接觸層8之間的連續(xù)性。
接著，如圖9所示，在上部部分區(qū)域上形成第一焊墊11，該第一焊墊11是由AuZn、Mo和Au構(gòu)成的壓層。
隨后，在接觸層8內(nèi)的階梯8a上形成由AuSi制成的第二焊墊12，作為第二電極(完成元件的制作)。
接著，為了應(yīng)用到半導(dǎo)體裝置中，利用公知的導(dǎo)熱粘接劑19將半導(dǎo)體發(fā)光元件(也就是芯片)粘接到散熱裝置20上，該導(dǎo)熱粘接劑19的主要成分例如是底部具有GaP襯底10的硅樹脂(參見圖4)。此外，通過線焊使金屬線與第一焊墊11和第二焊墊12相連。
在該半導(dǎo)體發(fā)光元件工作期間，通過第一焊墊11和第二焊墊12施加電源。結(jié)果，通過電流擴散層23、覆蓋層4、量子勢阱有源層5、覆蓋層6、中間層7以及接觸層8從第一焊墊11至第二焊墊12導(dǎo)電。因此，量子勢阱有源層5發(fā)出發(fā)射波長為550nm至670nm的光。
此半導(dǎo)體發(fā)光元件具有相對于550nm至670nm的發(fā)射波長透明的GaP襯底10。因此，該半導(dǎo)體發(fā)光元件不僅可以從該芯片的上表面發(fā)光，而且可以從四個側(cè)面發(fā)光，并且可以從下表面發(fā)出由上表面和側(cè)表面反射的光，從而提高了外發(fā)射效率。此外，電流擴散層23擴散電流，并且電流被均勻地注入量子勢阱有源層5。因此，提高了內(nèi)量子效率。結(jié)果，提高了半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性，由此得到高亮度。
當(dāng)半導(dǎo)體壓層被固定在有源層和第一電極之間，半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體壓層可構(gòu)成該半導(dǎo)體壓層的表面，并且包括由AlxGa1-xAS(0≤x≤1)制成的電流擴散層。
當(dāng)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件位于散熱裝置20上時，在該半導(dǎo)體裝置中，該散熱裝置20不會成為該半導(dǎo)體發(fā)光元件的導(dǎo)電路徑，因此僅需要其散熱和安裝功能。因此該散熱裝置20的材料可以是金屬或絕緣體。這允許擴展可采用封裝的各種改變。為了提高溫度特性，散熱裝置20優(yōu)選地由具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成，例如氮化鋁(AlN)。
以上已經(jīng)對本發(fā)明進行描述，但是顯而易見，可以對本發(fā)明進行各種改變。這些修改并不背離本發(fā)明的精神和范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的修改都視為包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括半導(dǎo)體壓層，其包括發(fā)射預(yù)定發(fā)射波長的光的有源層；以及襯底，其相對所述發(fā)射波長透明，并且與所述壓層直接相連，其中在所述半導(dǎo)體壓層中形成有階梯，該階梯位于從所述半導(dǎo)體壓層的一個表面超過所述有源層的一個深度位置，該表面與所述半導(dǎo)體壓層和所述襯底之間的直接連接介面相對，以及所述半導(dǎo)體壓層的所述表面和所述階梯上分別形成有第一電極和第二電極。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述第一電極具有半透明電極層，該半透明電極層相對所述發(fā)射波長透明，并且設(shè)置在所述半導(dǎo)體壓層除所述階梯之外的整個表面上。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述半導(dǎo)體壓層和所述襯底通過構(gòu)成p-n結(jié)的組分彼此電隔離。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，構(gòu)成所述p-n結(jié)的所述組分由所述n-型襯底和沉積在所述n-型襯底上的p-型半導(dǎo)體層組成。
5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，構(gòu)成所述p-n結(jié)的所述組分由所述n-型襯底和通過雜質(zhì)擴散形成在所述襯底的表面上的p-型擴散層組成。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述半導(dǎo)體壓層的所述階梯和所述直接連接介面之間的厚度不小于1μm且不大于4μm。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述半導(dǎo)體壓層包括電流擴散層，該電流擴散層位于所述有源層和所述第一電極之間，并且其表面就是所述半導(dǎo)體壓層的所述表面。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述電流擴散層由(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)組成。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述電流擴散層的厚度不小于0.2μm且不大于10μm
10.一種具有半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件包括半導(dǎo)體壓層，其包括發(fā)射預(yù)定發(fā)射波長的光的有源層；以及襯底，其相對所述發(fā)射波長透明，并且與所述壓層直接相連，其中在所述半導(dǎo)體壓層中形成有階梯，該階梯位于從所述半導(dǎo)體壓層的一個表面超過所述有源層的一個深度位置，該表面與所述半導(dǎo)體壓層和所述襯底之間的直接連接介面相對，所述半導(dǎo)體壓層的所述表面和所述階梯上分別形成有第一電極和第二電極，以及與所述直接連接介面相對的所述襯底的表面與電絕緣散熱裝置粘接。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述電絕緣散熱裝置由氮化鋁制成。
12.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法，包括如下步驟在第一半導(dǎo)體襯底上生長半導(dǎo)體壓層，該壓層包括發(fā)出預(yù)定發(fā)射波長的光的有源層；將第二半導(dǎo)體襯底與所述半導(dǎo)體壓層的一個表面直接相連，所述第二半導(dǎo)體襯底相對所述有源層的所述發(fā)射波長透明，所述半導(dǎo)體壓層的表面與所述半導(dǎo)體壓層接觸所述第一半導(dǎo)體襯底的另一個表面相對；除去所述第一半導(dǎo)體襯底；通過蝕刻在半導(dǎo)體壓層中形成階梯，使該階梯位于從所述半導(dǎo)體壓層的一個表面超過所述有源層的一個深度位置，該表面與所述半導(dǎo)體壓層和所述第二襯底之間的直接連接介面相對；以及在所述半導(dǎo)體壓層的所述表面和所述階梯上分別設(shè)置第一電極和第二電極。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有半導(dǎo)體壓層的半導(dǎo)體發(fā)光元件，該壓層包括有源層以及階梯，其中，該有源層發(fā)射出預(yù)定發(fā)射波長的光，該階梯位于超過該有源層的深度位置處。該元件還具有相對發(fā)射波長透明的襯底，位于該半導(dǎo)體壓層的一個表面上的第一電極，以及位于該階梯上的第二電極。相對發(fā)射波長透明的襯底提高了外發(fā)射效率。該第一和第二電極的位置基本阻止了電流流過半導(dǎo)體壓層和襯底之間的直接連接介面。即使在該直接連接介面中由于小丘等而產(chǎn)生不完全連接的情況下，該元件也展現(xiàn)了良好的電特性。
文檔編號H01L27/15GK1630109SQ200410010488
公開日2005年6月22日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者大山尚一, 村上哲朗, 倉橋孝尚, 山本修, 中津弘志 申請人:夏普株式會社