專利名稱：Iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括外延生長(zhǎng)層的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述外延生長(zhǎng)層通 過(guò)剝離工藝從生長(zhǎng)襯底上移除并接合到基底上。本發(fā)明還涉及包括由陶瓷襯底形成的基 底的發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
通常，使用藍(lán)寶石襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)襯底。但是，藍(lán)寶石在導(dǎo) 電性和導(dǎo)熱性方面存在問(wèn)題。例如，具有在藍(lán)寶石襯底上形成的器件結(jié)構(gòu)的III族氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光器件表現(xiàn)為高電流區(qū)域中的線性不良或長(zhǎng)期工作時(shí)的耐久性差。藍(lán)寶石不 具有解理特性并且表現(xiàn)出高的物理和化學(xué)強(qiáng)度。因此，當(dāng)利用藍(lán)寶石襯底制造發(fā)光器件 時(shí)，將器件分割為芯片需要復(fù)雜的過(guò)程(例如使藍(lán)寶石襯底變薄的過(guò)程)，這導(dǎo)致生產(chǎn)成 本增加。高生產(chǎn)成本的另一個(gè)原因是藍(lán)寶石襯底本身很昂貴。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)嘗試發(fā)展一種在生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體然 后從中移除生長(zhǎng)襯底的技術(shù)(即襯底剝離工藝)。
一種這樣的技術(shù)是激光剝離工藝。在該工藝中，在III族氮化物半導(dǎo)體層與基底 襯底接合后，利用激光束照射生長(zhǎng)襯底與III族氮化物半導(dǎo)體層之間的界面，由此分解III 族氮化物半導(dǎo)體層以分離和移除生長(zhǎng)襯底。另一方面，所謂化學(xué)剝離工藝發(fā)展為一種用 以移除生長(zhǎng)襯底的技術(shù)。在該工藝中，將化學(xué)可溶層引入到III族氮化物半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu) 中作為最靠近生長(zhǎng)襯底的層，并且在III族氮化物半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu)與基底襯底接合之后， 利用特定化學(xué)試劑溶解化學(xué)可溶層，由此移除生長(zhǎng)襯底。
日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)(kokai)No.2008-205005公開(kāi)了 一種用于改善III族氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光器件的光提取性能的技術(shù)，其中從所述發(fā)光器件中移除生長(zhǎng)襯底并且所述發(fā) 光器件與基底襯底接合。在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)(kOkai)NO.2008-205005所述的發(fā)光器 件中，用于光反射的凹陷設(shè)置為從ρ-型層的表面(在ρ-型層與ρ-電極連接的一側(cè))延 伸到η-型層，并且凹陷的側(cè)壁是傾斜的，使得凹陷的平行于器件主表面的水平截面的面 積隨著截面與η-型層之間的距離降低而減少。通過(guò)用于光反射的該凹陷，將限制在有源 層附近并沿平行于器件主表面的方向傳播的光反射到η-型層側(cè)，從而改善光提取性能。
日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)(kokai)No.2009-176966公開(kāi)了一種通過(guò)激光剝離工藝制 造的半導(dǎo)體器件，其包括在AlN或^iC陶瓷襯底的兩個(gè)表面上提供電極層并且通過(guò)通孔電 連接所述電極層的基底襯底。該專利文件提出了這種基底襯底用于解決導(dǎo)熱性問(wèn)題和用 于在垂直于基底主表面的方向上實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的應(yīng)用。該專利文件還提出使用具有大尺寸和 比藍(lán)寶石襯底便宜的幻襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底的應(yīng)用。
但是，即使如日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)(kokai)No.2008-205005所述那樣提供光反 射凹陷，但通過(guò)凹陷反射到η-型層側(cè)的光的一部分被反射到η-型層的表面上(在η-型 層與η-電極接合的一側(cè)上)，并且回到器件內(nèi)部。因此，光提取性能未能充分改善。
可以想象，光提取性能可通過(guò)減小在η-型層表面上形成的η-電極的面積來(lái)改善。但是，在這種情況下，電流在平行于器件主表面的方向上不能充分?jǐn)U散，并且發(fā)光 均勻性受損。另外，當(dāng)在高電流密度下工作時(shí)，發(fā)光性能顯著降低。日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)(kokai)No.2009-176966中所述的方法可解決關(guān)于藍(lán)寶 石襯底的加工性和導(dǎo)熱性的問(wèn)題。但是，該方法不能解決生產(chǎn)成本提高的問(wèn)題，這是 因?yàn)橥ǔＪ褂盟{(lán)寶石襯底作為生長(zhǎng)襯底。另外，當(dāng)如日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)(kokai) No.2009-176966所述使用陶瓷襯底作為基底襯底時(shí)，陶瓷襯底必須加工為在厚度方向上 獲得導(dǎo)電性，因此制造成本隨著制造工藝數(shù)量的增加而提高。制造成本提高的其它原因 是所用的激光剝離裝置昂貴并且產(chǎn)率低。另一方面，具有在Si基底上形成的器件結(jié)構(gòu)的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件實(shí)現(xiàn) 了降低制造成本，這是因?yàn)樵撈骷恍枰褂冒嘿F的藍(lán)寶石襯底。但是，這種發(fā)光器件 存在的問(wèn)題是由于Si襯底吸收光而導(dǎo)致光提取性能低下。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其 具有改善的光提取性能并且不損害發(fā)光均勻性。本發(fā)明的另一個(gè)目的是低成本地實(shí)現(xiàn)一種具有改善的光提取性能的III族氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光器件。在本發(fā)明的第一方面中，提供一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括導(dǎo)電基 底；設(shè)置在基底上的P-電極；由III族氮化物半導(dǎo)體形成并設(shè)置在P-電極上的P-型層； 由III族氮化物半導(dǎo)體形成并設(shè)置在P-型層上的有源層；由III族氮化物半導(dǎo)體形成并設(shè) 置在有源層上的η-型層；與η-型層連接的η-電極；第一溝槽，其具有從ρ_型層的在 ρ-電極側(cè)上的表面延伸到η-型層的深度；輔助電極，其與用作第一溝槽底部的η-型層 的表面接觸，但是不與第一溝槽的側(cè)壁接觸；以及絕緣膜，其具有透光性并設(shè)置為覆蓋 輔助電極和第一溝槽的底部和側(cè)壁。η-電極可形成在η-型層的與接合ρ-型層的表面相反的表面上，或者當(dāng)通過(guò)移除 η-型層、有源層和ρ-型層而暴露出輔助電極時(shí)可以接合至輔助電極。
文中所使用的“III族氮化物半導(dǎo)體”包括式AlxGayInzNO^y+ = 1，0<x, y， Kl)所表示的半導(dǎo)體；在該半導(dǎo)體中，部分的Al、Ga或In被另一種13族元素(3B族元 素，即B或Tl)替代，或者部分的N被另一種15族元素(5B族元素，即P、As、Sb或 Bi)替代。III族氮化物半導(dǎo)體的具體實(shí)例包括至少含有Ga的那些，例如GaN、InGaN、 AlGaN和AlGaInN。通常，Si用作n_型雜質(zhì)，Mg用作ρ-型雜質(zhì)。本發(fā)明的第二方面涉及根據(jù)第一方面的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施 方案，其中η-電極形成在η-型層上，所述η-電極的一部分或整體設(shè)置為面對(duì)輔助電極 的至少一部分。本發(fā)明的第三方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施方案，其中所述 器件還包括第二溝槽，所述第二溝槽設(shè)置在沿垂直于器件主表面的方向面對(duì)部分輔助電 極的區(qū)域中并且具有從η-型層的在ρ-電極側(cè)的相反側(cè)上的表面延伸到輔助電極的深度； η-電極僅由焊盤(pán)部分形成并且設(shè)置在輔助電極的通過(guò)第二溝槽暴露的部分上。本發(fā)明的第四方面涉及根據(jù)第一方面的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施方案，其中所述基底由陶瓷襯底形成，并且所述器件還包括第三溝槽和ρ-焊盤(pán)電極，所 述第三溝槽設(shè)置在沿垂直于器件主表面的方向不面對(duì)輔助電極的區(qū)域中并且具有從η-型 層的在P-電極側(cè)的相反側(cè)上的表面延伸到ρ-電極的深度；所述ρ-焊盤(pán)電極設(shè)置在ρ-電 極的通過(guò)第三溝槽暴露的部分上。本發(fā)明的第五方面涉及根據(jù)第三方面的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施 方案，其中所述基底由陶瓷襯底形成，并且所述器件還包括第三溝槽和P-焊盤(pán)電極，所 述第三溝槽設(shè)置在沿垂直于器件主表面的方向不面對(duì)輔助電極的區(qū)域中并且具有從η-型 層的在ρ-電極側(cè)的相反側(cè)上的表面延伸到ρ-電極的深度；所述ρ-焊盤(pán)電極設(shè)置在ρ-電 極的通過(guò)第三溝槽暴露的部分上。在第二或第四方面中，η-電極可僅由圓形或矩形的焊盤(pán)部分形成，或者可由焊 盤(pán)部分和引線部分形成。η-電極可具有任意圖案。但是，從改善發(fā)光均勻性的觀點(diǎn)出 發(fā)，優(yōu)選η-電極具有對(duì)稱圖案；例如，引線部分從設(shè)置在中心的焊盤(pán)部分放射狀延伸的 圖案，或者兩個(gè)焊盤(pán)部分設(shè)置在矩形引線部分的頂點(diǎn)處的圖案。當(dāng)η-電極僅由焊盤(pán)部分形成時(shí)(第三方面)，或者當(dāng)η-焊盤(pán)電極或ρ-焊盤(pán)電極 僅由焊盤(pán)部分形成時(shí)(第四或第五方面)，焊盤(pán)電極可具有任意形式；例如圓形或矩形。在第三或第五方面中，對(duì)于焊盤(pán)部分的數(shù)目沒(méi)有特別限制。但是，從電流擴(kuò)散 的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選(多個(gè))焊盤(pán)電極設(shè)置為相對(duì)于器件形狀是對(duì)稱的。例如，一個(gè)焊盤(pán) 部分可設(shè)置在器件的中心處?；蛘?，當(dāng)器件具有矩形形狀時(shí)，兩個(gè)焊盤(pán)部分可設(shè)置在矩 形器件的對(duì)角線位置處。優(yōu)選地，η-焊盤(pán)電極以最大可能的面積與輔助電極接觸，并 且，當(dāng)從上方觀察時(shí)，η-焊盤(pán)電極被輔助電極包圍。這是因?yàn)檫@種布置有利于輔助電極 和η-焊盤(pán)電極之間的導(dǎo)電。下面將進(jìn)一步說(shuō)明前述的第一至第五方面。第一溝槽或輔助電極可具有任意圖案。但是，從改善發(fā)光均勻性的觀點(diǎn)出發(fā)， 優(yōu)選第一溝槽或輔助電極具有對(duì)稱的引線圖案；例如，格狀、條狀或放射狀的引線圖 案，或者上述引線圖案的組合。第一溝槽的圖案可以與輔助電極的圖案相同或不同。輔 助電極的圖案可以是溝槽圖案的一部分。當(dāng)η-電極形成在η-型層上時(shí)，優(yōu)選輔助電極具有的圖案為輔助電極的一部分沿 垂直于器件主表面的方向面對(duì)η-電極的一部分或整體，并且這些電極以最大可能的面積 面對(duì)。這是因?yàn)椋谳o助電極和η-電極之間易于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，并且電流更易于通過(guò)輔助電 極在平行于器件主表面的方向上擴(kuò)散。由于從直接設(shè)置在η-電極下方的有源層發(fā)出的光 被η-電極屏蔽，因此在面對(duì)η-電極的區(qū)域中形成溝槽或輔助電極有利于減少發(fā)光損失。下面將說(shuō)明在η-型層上形成η-電極和在輔助電極上形成η_電極的兩種情況。優(yōu)選地，與η-電極的焊盤(pán)部分具有相同面積和形狀的輔助電極的部分設(shè)置為沿 垂直于器件主表面的方向面對(duì)焊盤(pán)部分。優(yōu)選地，輔助電極或第一溝槽的一部分具有圍 繞發(fā)光區(qū)域的外周的引線圖案。本文中所用的“發(fā)光區(qū)域”是指在對(duì)發(fā)光器件施加電壓 時(shí)發(fā)光的區(qū)域；具體而言，發(fā)光區(qū)域大致對(duì)應(yīng)于有源層與ρ-電極重疊的區(qū)域。當(dāng)?shù)谝粶?槽或輔助電極具有這種圖案時(shí)，常規(guī)上從器件的側(cè)表面發(fā)出的光可以通過(guò)第一溝槽的側(cè) 壁反射到η-型層側(cè)。因此，從器件的側(cè)表面發(fā)出的光量減少，并且從器件的上表面發(fā)出 的光量增加。因此，通常，常規(guī)結(jié)構(gòu)沒(méi)有有效利用從器件的側(cè)表面發(fā)出的光。但是，在本發(fā)明中，橫向方向發(fā)出的光可被有效利用，由此可顯著提高光提取性能。第一溝槽也 可用作形成在器件外周的用于器件隔離的溝槽。
輔助電極優(yōu)選具有比η-電極大的面積。這是因?yàn)楫?dāng)η-電極的面積降低而輔助 電極的面積增加時(shí)，可改善光提取性能，同時(shí)保持發(fā)光均勻性。從進(jìn)一步改善光提取性 能的觀點(diǎn)出發(fā)，尤其優(yōu)選將η-電極的面積調(diào)節(jié)至器件面積的1 10%，并且將輔助電極 的面積調(diào)節(jié)至器件面積的4 16%。
η-電極可通過(guò)例如第一溝槽的一部分穿透η-型層的結(jié)構(gòu)與輔助電極進(jìn)行部分連 通。但是，并不優(yōu)選在大面積上設(shè)置這種連通。這是因?yàn)檫@種大面積連通降低了輔助電 極與III族氮化物半導(dǎo)體的η-型層的+C-面表面接觸的區(qū)域的面積，并且降低了在平行于 器件主表面的方向上擴(kuò)散電流的效果。
第一溝槽的側(cè)壁優(yōu)選是傾斜的，使得第一溝槽的平行于器件主表面的水平截面 的面積隨著截面與η-型層之間的距離降低而減小。這是因?yàn)樵谄叫杏谄骷鞅砻娴姆较?上傳播的光可以被第一溝槽的側(cè)壁反射到η-型層側(cè)上，由此可進(jìn)一步改善光提取性能。 第一溝槽的側(cè)壁優(yōu)選相對(duì)于器件主表面傾斜30 85°。這是因?yàn)楫?dāng)側(cè)壁與器件主表面之 間的角度小于30°或超過(guò)85°時(shí)，可能難以充分改善光提取性能。角度更優(yōu)選為40至 80°。
輔助電極可由常規(guī)已知為η-電極材料的任意材料形成，其與III族氮化物半導(dǎo) 體的η-型層的+C-面表面(Ga-極性表面)接觸。例如，輔助電極可由諸如V/A1、Ti/ Al、V/Au、Ti/Au或Ni/Au的材料制成。η-電極的材料可與輔助電極的材料相同，或 者可以是能夠與III族氮化物半導(dǎo)體的η-型層的-C-面表面(N-極性表面)保持良好接觸 的另一種材料。
當(dāng)η-焊盤(pán)電極與輔助電極直接接合時(shí)，η-焊盤(pán)電極可由任意導(dǎo)電材料形成。 η-焊盤(pán)電極的材料可與輔助電極的材料相同。尤其優(yōu)選的是，η-焊盤(pán)電極由兩層或更 多層形成，并且與輔助電極接觸的層(在所述兩層或更多層中)由氮活性材料制成。在 這種情況下，在η-焊盤(pán)電極和輔助電極之間獲得強(qiáng)附著力。氮活性材料的實(shí)例包括Ti、 V、Zr、W、乜和&。
由于ρ-焊盤(pán)電極與ρ-電極直接接合，因此ρ-焊盤(pán)電極可由任意導(dǎo)電材料形 成。尤其優(yōu)選的是，P-焊盤(pán)電極由與η-焊盤(pán)電極相同的材料形成。在這種情況下， η-焊盤(pán)電極和ρ-焊盤(pán)電極可同時(shí)形成，從而可進(jìn)一步減少制造III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器 件所需的成本。
優(yōu)選地，η-型層的表面使用例如KOH、NaOH> TMAH (四甲基氫氧化銨)或磷酸的水溶液通過(guò)濕蝕刻處理，以在表面上形成小凹陷用以改善光提取性能。當(dāng)η-電極 形成在η-型層的表面上時(shí)，為了防止由于光在η-電極和小凹陷之間的多次反射和衰減縮 引起的光提取性能的劣化，優(yōu)選地，其上形成η-電極的區(qū)域保持平坦而不在其上形成這 種小凹陷?？稍谛纬晌⑿脱谀D案之后通過(guò)干蝕刻在η-型層表面上形成具有尺寸與發(fā)射 波長(zhǎng)相當(dāng)或者更小的小凹陷的結(jié)構(gòu)。
為了防止漏電或短路而設(shè)置絕緣膜。絕緣膜可由具有絕緣性并且對(duì)發(fā)光器件發(fā) 出的光具有透過(guò)性的任意材料例如&02、A1203、Si3N4或TiO2形成。優(yōu)選地，在第一 溝槽的側(cè)壁或底部上經(jīng)由絕緣膜設(shè)置高反射層。高反射層可為由高反射材料形成的ρ-電極。在第一溝槽的側(cè)壁或底部上可經(jīng)由絕緣膜設(shè)置介電多層膜，或者絕緣膜本身可由介 電多層膜形成，從而增強(qiáng)反射。III族氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)襯底通常由藍(lán)寶石形成，但可以由例如SiC、ZnO或尖 晶石形成。基底可由例如Si、Ge、GaAs> Cu或Cu_W的襯底形成?？赏ㄟ^(guò)經(jīng)由金屬 層將ρ-電極接合到基底上而在基底上形成ρ-電極。該金屬層可為低共熔金屬層，例如 Au-Sn層、Au-Si層、Ag-Sn-Cu層或Sn-Bi層，或者可由例如Au層、Sn層或Cu層形 成?？稍讦?電極上通過(guò)例如鍍覆或?yàn)R射而直接形成金屬層(例如Cu層)，并且該金屬 層可用作基底。ρ-電極可通過(guò)低熔點(diǎn)金屬層接合到陶瓷襯底上。低熔點(diǎn)金屬層可為低共熔金屬 層，例如Au-Sn層、Au-Si層、Ag-Sn-Cu層或Sn-Bi層。低熔點(diǎn)金屬層可為例如Au 層、Sn層或Cu層，盡管這種金屬并不具有低熔點(diǎn)。本發(fā)明的第六方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施方案，其中輔助 電極的面積大于η-電極的面積。本發(fā)明的第七方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施方案，其中第一 溝槽或輔助電極具有引線圖案。本發(fā)明的第八方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施方案，其中第一 溝槽的側(cè)壁是傾斜的，使得第一溝槽的平行于器件主表面的水平截面的面積隨著截面與 η-型層之間的距離降低而減小。本發(fā)明的第九方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施方案，其中輔助 電極或第一溝槽的一部分具有圍繞發(fā)光區(qū)域的外周的引線圖案。本發(fā)明的第十方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施方案，其中輔助 電極由 V/Al、Ti/Al、V/Au 或 Ni/Au 形成。本發(fā)明的第十一方面涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí)施方案，其中， 從上方觀察，輔助電極包圍η-電極。本發(fā)明的第十二方面涉及根據(jù)第三或第五方面的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的 具體實(shí)施方案，其中III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件具有矩形形狀，并且η-電極由設(shè)置在矩 形器件的對(duì)角線位置處的兩個(gè)焊盤(pán)部分形成。本發(fā)明的第十三方面涉及根據(jù)第四或第五方面的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的 具體實(shí)施方案，其中III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件具有矩形形狀，并且P-焊盤(pán)電極設(shè)置在 矩形器件的對(duì)角線位置處。本發(fā)明的第十四方面涉及根據(jù)第五方面的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體實(shí) 施方案，其中η-電極和ρ-焊盤(pán)電極設(shè)置在矩形器件的對(duì)角線位置處。本發(fā)明的第十五方面涉及根據(jù)第三或第五方面的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的 具體實(shí)施方案，其中η-電極由設(shè)置在器件中心區(qū)域的一個(gè)焊盤(pán)部分形成。本發(fā)明的第十六方面涉及根據(jù)第四或第五方面的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的 具體實(shí)施方案，其中陶瓷襯底由AlN或SiC形成。在第一方面中，與η-電極導(dǎo)電的輔助電極設(shè)置為在平行于器件主表面的方向上 幫助電流擴(kuò)散。由于輔助電極接觸III族氮化物半導(dǎo)體的η-型層的+C-面表面(即第一 溝槽的底面)，因此獲得低接觸電阻。因此，借助于輔助電極，電流在平行于器件主表面的方向上得到有效擴(kuò)散，由此可改善發(fā)光均勻性。因此，由于η-電極在平行于器件主表 面的方向上對(duì)于擴(kuò)散電流的要求較少，因此η-電極的面積可減小，由此減少η-電極對(duì)光 提取的限制，從而可以改善光提取性能。
根據(jù)第二方面，由于易于實(shí)現(xiàn)在η-電極和輔助電極之間的導(dǎo)電，并且電流在平 行于器件主表面的方向上得到有效擴(kuò)散，因此可進(jìn)一步改善發(fā)光均勻性。
根據(jù)第三方面，與η-電極導(dǎo)電的輔助電極設(shè)置為幫助電流在平行于器件主表面 的方向上擴(kuò)散，并且η-電極與輔助電極連通。由于輔助電極與通過(guò)溝槽底部暴露的III 族氮化物半導(dǎo)體的+C-面表面相接觸，因此獲得低接觸電阻。因此，借助于輔助電極， 電流在平行于器件主表面的方向上得到有效擴(kuò)散，由此可改善發(fā)光均勻性。由于η-電極 僅由焊盤(pán)部分形成并且不位于發(fā)光區(qū)域上方，因此光提取不會(huì)收到η-電極的限制，因此 可以改善光提取性能。由η-型層的薄層電阻所決定的電壓降被顯著抑制，因此可以降低 驅(qū)動(dòng)電壓。
根據(jù)第四或第五方面，基底由陶瓷襯底形成，并且η-焊盤(pán)電極和ρ-焊盤(pán)電極 設(shè)置在陶瓷襯底側(cè)的相反側(cè)上的III族氮化物半導(dǎo)體層上。因此，與日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公 開(kāi)(kOkai)NO.2009-176966中所述的半導(dǎo)體器件的情況不同的是，不需要為了在厚度方向 上實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電而對(duì)陶瓷襯底進(jìn)行處理，因此可降低制造成本。另外，電流可借助于輔助電 極在平行于器件主表面的方向上得到有效擴(kuò)散。由于η-電極可通過(guò)提供輔助電極而僅由 焊盤(pán)部分形成，并且η-焊盤(pán)電極不位于發(fā)光區(qū)域上方，所以光提取不受η-焊盤(pán)電極的限 制，因此可改善光提取性能。
根據(jù)第六方面，可進(jìn)一步減少η-電極對(duì)光提取的限制而不損害發(fā)光均勻性；即 可進(jìn)一步改善光提取性能。
根據(jù)第七方面，電流可借助于輔助電極在平行于器件主表面的方向上得到有效 擴(kuò)散，因此可進(jìn)一步改善發(fā)光均勻性。
根據(jù)第八方面，限制在器件中的光可通過(guò)第一溝槽的側(cè)壁向上反射，從而可改 善光提取性能。
根據(jù)第九方面，從器件的側(cè)表面發(fā)出的光的量減少，而從器件的上表面發(fā)出的 光的量增加。因此，可顯著提高光提取性能。
根據(jù)第十方面，輔助電極可由V/Al、Ti/Al、V/Au、Ti/Au或Ni/Au形成。
根據(jù)第十一方面，由于η-電極與輔助電極大面積接觸，所以易于實(shí)現(xiàn)輔助電極 和η-電極之間的導(dǎo)電，因此可減少η-電極的面積。因此，發(fā)光區(qū)域可增大，并且光輸 出可得到改善。
根據(jù)第十二至十五方面，由于η-電極的(多個(gè))焊盤(pán)部分以對(duì)稱方式設(shè)置，因此 電流在平行于器件主表面的方向上得到更有效的擴(kuò)散，從而可進(jìn)一步改善發(fā)光均勻性。
根據(jù)第十六方面，陶瓷襯底可由AlN或^iC形成，其表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性并具有幾乎 與III族氮化物半導(dǎo)體相等的熱膨脹系數(shù)，因此熱可被有效地輻射到器件外部。因此，可 改善高電流區(qū)的線性和長(zhǎng)期工作的耐久性。


當(dāng)參考下述優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖考慮時(shí)，將更容易理解本發(fā)明的各種其他目的、特性和隨之而來(lái)的很多優(yōu)點(diǎn)，其中圖1示 出根據(jù)實(shí)施方案1的發(fā)光器件100的結(jié)構(gòu)；圖2示出η-電極的圖案；圖3示出輔助電極的圖案；圖4Α至4Η是示出制造發(fā)光器件100的方法的示意圖；圖5示出另一個(gè)η-電極和另一個(gè)輔助電極的圖案；圖6示出另一個(gè)η-電極和另一個(gè)輔助電極的圖案；圖7示出另一個(gè)η-電極和另一個(gè)輔助電極的圖案；圖8示出另一個(gè)η-電極和另一個(gè)輔助電極的圖案；圖9是根據(jù)實(shí)施方案2的發(fā)光器件600的平面圖；圖10是圖9的發(fā)光器件600沿著線A-A取得的剖面圖；圖11示出輔助電極609的圖案；圖12Α至121是示出制造發(fā)光器件600的方法的示意圖；圖13示出η-電極207的圖案；圖14示出輔助電極209的圖案；圖15是根據(jù)實(shí)施方案3的發(fā)光器件700的平面圖；圖16是圖15的發(fā)光器件700沿著線Α_Α取得的剖面圖；圖17示出輔助電極709的圖案；和圖18Α至181是示出制造發(fā)光器件700的方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。但是，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方案。實(shí)施方案1圖1是根據(jù)實(shí)施方案1的發(fā)光器件100的結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖2是發(fā)光器件100的 頂視圖。如圖2所示，發(fā)光器件100從上方觀察具有方形形狀。如圖1所示，發(fā)光器件 100包括基底101 ；在基底101上形成的低熔點(diǎn)金屬層102 ；經(jīng)由低熔點(diǎn)金屬層102與基 底101接合的P-電極103 ；由III族氮化物半導(dǎo)體形成并且依次堆疊在P-電極103上的 ρ-型層104、有源層105和η-型層106 ；以及在η_型層106上形成的η_電極107?；?01可以是由例如Si、GaAs> Cu或Cu_W形成的導(dǎo)電襯底。低熔點(diǎn)金屬 層102可以是低共熔金屬層，例如Au-Sn層、Au-Si層、Ag-Sn-Cu層或Sn-Bi層?；?者，低熔點(diǎn)金屬層102可以為例如Au層、Sn層或Cu層，盡管這種金屬不具有低熔點(diǎn)。 作為經(jīng)由低熔點(diǎn)金屬層102的ρ-電極103與基底101接合的替代方案，可以在ρ-電極103 上通過(guò)例如電鍍或?yàn)R射直接形成金屬層(例如Cu層)，并且該金屬層可用作基底101。 ρ-電極103由具有高光學(xué)反射和低接觸電阻的金屬如Ag、Rh、Pt、Ru或主要含有上述 金屬的合金形成。或者，ρ-電極103可由例如Ni、Ni合金或Au合金形成，或者可由包 括透明電極膜(例如ITO膜)和高反射金屬膜的復(fù)合層形成。ρ-型層104、有源層105和η-型層106各自可具有發(fā)光器件的任意常規(guī)已知結(jié) 構(gòu)。例如ρ-型層104可具有摻雜Mg的GaN ρ-接觸層和摻雜Mg的AlGaN ρ-覆層依次堆疊在基底101上的結(jié)構(gòu)。例如，有源層105可具有MQW結(jié)構(gòu)，其中GaN勢(shì)壘層 和InGaN阱層交替堆疊。例如，n_型層106可具有其中GaN n_覆層和摻雜高濃度Si的 GaNn-型接觸層依次堆疊在有源層105上的結(jié)構(gòu)。第一溝槽108形成在ρ-型層104的表面104a上，所述表面104a更靠近ρ-電極 103。第一溝槽108穿透ρ-型層104和有源層105，并且具有到達(dá)η_型層106的深度。 第一溝槽108的側(cè)壁108a是傾斜的，使得溝槽在平行于器件100的主表面IOla方向上的 水平截面的面積隨著截面與η-型層106之間的距離降低而減小。第一溝槽108的底部 108b與器件100的主表面IOla平行。優(yōu)選地，第一溝槽108的側(cè)壁108a相對(duì)于器件100的主表面IOla傾斜30 85° (更優(yōu)選為40至80° )。這是因?yàn)楫?dāng)側(cè)壁108a與器件100的主表面IOla之間的角 度落入上述范圍內(nèi)時(shí)，能進(jìn)一步改善光提取性能。η-型層106通過(guò)第一溝槽108的底部108b而暴露，輔助電極109形成為與第一 溝槽108的底部108b (η-型層106經(jīng)其暴露)接觸，但是不與第一溝槽108的側(cè)壁108a接 觸。SiO2絕緣膜110在第一溝槽108的側(cè)壁108a上、在第一溝槽108的底部108b的其 上沒(méi)有形成輔助電極109的部分上和在輔助電極109上連續(xù)形成。絕緣膜110設(shè)置為防 止在第一溝槽108的側(cè)壁108a和ρ-電極103之間以及在輔助電極109和ρ-型層104之 間發(fā)生短路。輔助電極109可由常規(guī)用于與III族氮化物半導(dǎo)體的η-型層的+C-面表面 接觸的η-電極材料的材料形成。例如，輔助電極109可由諸如V/Al、Ti/Al、V/Au、 Ti/Au或Ni/Au的材料形成。對(duì)于絕緣膜110的材料沒(méi)有特別限制，只要材料表現(xiàn)出絕緣性并且對(duì)發(fā)光器件 100發(fā)出的光表現(xiàn)出透明性即可。另外，該材料實(shí)例包括Si02、A1203、Si3N4和Ti02。在第一溝槽108的側(cè)壁108a和輔助電極109之間經(jīng)由絕緣膜110設(shè)置的間隙112 填充有由高反射金屬形成的ρ-電極103，從而增強(qiáng)在第一溝槽108的側(cè)壁108a處的光學(xué) 反射，并且光被更有效地反射到η-型層106側(cè)。作為利用ρ-電極103填充間隙112的 替代方案，第一溝槽108的側(cè)壁108a可經(jīng)由絕緣膜110利用高反射金屬膜或由多種具有 不同折射率的介電材料形成的介電多層膜覆蓋，從而改善光提取性能。如圖2所示，η-電極107僅具有設(shè)置在器件100中心的圓形焊盤(pán)部分，而沒(méi)有用 于改善電流擴(kuò)散的引線部分。η-電極107可由與輔助電極109類似的材料形成；即由常 規(guī)用作與III族氮化物半導(dǎo)體的η-型層的+C-面表面(Ga-極性表面)接觸的η_電極的任 意材料形成。但是，這種材料在對(duì)其上形成有η-電極107的III族氮化物半導(dǎo)體的η-型 層的-C-面表面(η-極性表面)獲得足夠低的接觸電阻方面遇到困難。因此，η-電極107 可由能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)η-型III族氮化物半導(dǎo)體的-C-面表面的較低接觸電阻的材料形成。圖3示出從上方觀察的輔助電極109的圖案(下文中該圖案可稱為“俯視圖 案”)。第一溝槽108具有與輔助電極109相似的俯視圖案。因此，下面將僅討論輔助電 極109的俯視圖案。如圖3中所示，輔助電極109包括圓形部分109a，其具有與n_電極 107類似的形狀和尺寸，并且設(shè)置在沿垂直于器件100的主表面IOla的方向上面對(duì)n_電 極107的位置處(即部分109a設(shè)置在器件100的中心位置處)。輔助電極109還包括從 圓形部分109a分別向方形的頂點(diǎn)114a、114b、114c、114d延伸的四個(gè)引線部分109b。 輔助電極109還包括圍繞發(fā)光器件100的發(fā)光區(qū)域的外周111的方形引引線部分109c，和設(shè)置在引引線部分109c內(nèi)的方形引線部分109d。發(fā)光區(qū)域的外周111對(duì)應(yīng)于圖2中虛線 所示的方形部分，而發(fā)光區(qū)域大致對(duì)應(yīng)于其中形成有ρ-電極103和有源層105的區(qū)域。
形成輔助電極109的圓形部分10 設(shè)置在沿垂直于器件100的主表面IOla的方 向上面對(duì)η-電極107的位置處，這是因?yàn)檫@種構(gòu)型實(shí)現(xiàn)了電流在η-電極107和輔助電極 109之間更流暢的流動(dòng)。這種構(gòu)型的一個(gè)原因是從改善光輸出的觀點(diǎn)出發(fā)，在面對(duì)的 位置處形成第一溝槽108(在此處，最初由于η-電極107的遮蔽，幾乎沒(méi)有光可被提取) 用以防止在該位置處發(fā)光是優(yōu)選的。
形成輔助電極109的引線部分109c設(shè)置為圍繞發(fā)光區(qū)域的外周111，原因如下。 由于引線部分109c形成在第一溝槽108的底部108b上，自然，第一溝槽108的一部分也 形成為方形引線圖案以圍繞發(fā)光區(qū)域的外周111。在發(fā)光器件100中，常規(guī)從器件100的 側(cè)表面發(fā)出的光通過(guò)包圍發(fā)光區(qū)域的外周111的第一溝槽108的側(cè)壁108a被反射到η-型 層106側(cè)。因?yàn)閺钠骷?00的側(cè)表面發(fā)出的光一般沒(méi)有被有效利用，因此其中發(fā)出的光通 過(guò)引線部分109c反射到η-型層106側(cè)上的發(fā)光器件100實(shí)現(xiàn)了光提取性能的顯著改善。
在η-型層106的整個(gè)側(cè)面10 上形成小凹陷113，所述表面10 更靠近n_電極 107，除了其上形成有η-電極107的區(qū)域106b之外。小凹陷113由大量的微型六邊形棱 錐體形成，并且各個(gè)六邊形棱錐體的側(cè)表面相對(duì)于器件100的主表面IOla傾斜約60°。 光提取性能由于小凹陷113而得到改善。在η-型層106的表面10 的區(qū)域106b(其上 形成有η-電極107)上不形成小凹陷113，所述表面10 更靠近η-型電極107，并且區(qū) 域106b保持平坦。這是為了防止由于光在η-電極107的底表面107a和小凹陷113的表 面之間多次反射和衰減而導(dǎo)致光提取性能劣化。
在發(fā)光器件100中，第一溝槽108形成為從ρ-型層104延伸到η-型層106，并 且輔助電極109設(shè)置在第一溝槽108的底部10 上。第一溝槽108的底部10 對(duì)應(yīng)III 族氮化物半導(dǎo)體的η-型層106的+C-面表面，并且輔助電極109可與第一溝槽108的底 部108b保持足夠低的電阻接觸。因此，從η-電極107供應(yīng)并流經(jīng)η-型層106到達(dá)輔助 電極109的電子可通過(guò)引線圖案化的輔助電極109在平行于器件100的主表面IOla的方 向上廣泛擴(kuò)散，由此改善發(fā)光均勻性。與常規(guī)發(fā)光器件的情況相比，由于輔助電極109 的設(shè)置改善了電流在平行于器件100的主表面IOla的方向上的擴(kuò)散，因此在平行于器件 100的主表面IOla的方向上擴(kuò)散電流較少需要η-電極107，所以可以減小η_電極107的 面積。實(shí)際上，在發(fā)光器件100中，僅由焊盤(pán)部分形成而不包括引線部分的η-電極107 具有比常規(guī)發(fā)光器件的情況下更小的面積，并且η-電極107的面積小于輔助電極109的 面積。當(dāng)減少η-電極107的面積時(shí)，η-電極107反射、吸收或遮蔽的光的量減少，因 此改善了光提取性能。如上所述，發(fā)光器件100具有實(shí)現(xiàn)光提取性能的改善而不損害發(fā) 光均勻性的結(jié)構(gòu)。
由于第一溝槽108的側(cè)壁108a傾斜使得第一溝槽108的平行于器件100的主表 面IOla的水平截面的面積隨著截面與η-型層106之間的距離降低而減小，因此在平行于 器件100的主表面IOla的方向上傳播的光可通過(guò)第一溝槽108的側(cè)壁108a被反射到η_型 層106側(cè)，由此改善光提取性能。由于第一溝槽108的一部分形成為圍繞發(fā)光區(qū)域的外 周111，因此常規(guī)從器件的側(cè)表面發(fā)出的光通過(guò)第一溝槽108的側(cè)壁108a被反射到η-型 層106側(cè)。因?yàn)閺钠骷膫?cè)表面發(fā)出的光一般沒(méi)有被有效利用，因此通過(guò)形成圍繞發(fā)光區(qū)域的外周111的第一溝槽108的一部分可顯著改善光提取性能。下面將參考圖4說(shuō)明制造發(fā)光器件100的方法。首先，通過(guò)MOCVD在藍(lán)寶石襯底115上依次沉積由III族氮化物半導(dǎo)體形成 的η-型層106、有源層105和ρ-型層104(圖4Α)。對(duì)于MOCVD，應(yīng)用下列原料氣 體作為氮源的氨氣(NH3)；作為Ga源的三甲基鎵(Ga(CH3)3)；作為In源的三甲基銦 (In(CH3)3)；作為Al源的三甲基鋁(Al(CH3)3)；作為η_型摻雜氣體的硅烷(SiH4)；作 為ρ-型摻雜氣體的二 茂鎂(Mg(C5H5)2)；和作為載氣的H2和Ν2。藍(lán)寶石襯底115的表 面可加工為具有凹陷。藍(lán)寶石襯底115可用例如由SiC、ZnO或尖晶石形成的襯底來(lái)替 代。接著，在ρ-型層104上形成具有帶開(kāi)口的圖案的SiO2掩模，所述開(kāi)口對(duì)應(yīng)于形 成第一溝槽108的區(qū)域，然后利用含氯的氣體等離子體進(jìn)行干蝕刻。該過(guò)程形成第一溝 槽108，其具有與輔助電極109幾乎相同的圖案，并具有到達(dá)η-型層106的深度。然后， 利用如緩沖氫氟酸來(lái)移除掩模(圖4Β)。然后，形成輔助電極109，使其與第一溝槽108的底部108b接觸，但是不與第一 溝槽108的側(cè)壁108a接觸(圖4C)?？稍谛纬奢o助電極109之后的任意時(shí)間點(diǎn)對(duì)輔助電 極109進(jìn)行合金化?？梢灾粚?duì)輔助電極109進(jìn)行合金化，或者輔助電極109可與稍后形 成的ρ-電極103 —起合金化。接著，在第一溝槽108的側(cè)壁108a上、在第一溝槽108的底部108b上沒(méi)有形成 輔助電極109的部分上、在輔助電極109的側(cè)表面109a上、和在輔助電極109的頂表面 109b上，連續(xù)形成絕緣膜110，使得絕緣膜110覆蓋輔助電極109和第一溝槽108的側(cè)壁 108a (圖 4D)。然后，通過(guò)濺射在ρ-型層104和絕緣膜110上形成ρ-電極103，并且在p_電極 103上形成低熔點(diǎn)金屬層102 (圖4E)。然后，提供基底101，并且將基底101經(jīng)由低熔點(diǎn)金屬層102接合至ρ-電極 103(圖4F)?？稍讦?電極103和低熔點(diǎn)金屬層102之間預(yù)先形成未示出的防擴(kuò)散層，從 而防止低熔點(diǎn)金屬層102的金屬向ρ-電極103擴(kuò)散。接著，對(duì)藍(lán)寶石襯底115側(cè)施加激光束，由此通過(guò)激光剝離工藝分離/移除藍(lán)寶 石襯底115(圖4G)。然后，在η-型層106的表面106a的通過(guò)移除藍(lán)寶石襯底115而暴露的區(qū)域 106b (稍后在其上形成η-電極107)上形成SiO2掩模，并且將所得晶片浸入22 %的 TMAH(四甲基氫氧化銨)水溶液中，由此在η-型層106的表面的未掩蔽區(qū)域上形成小 凹陷113。然后，利用緩沖氫氟酸移除掩模(圖4Η)。因此，在η-型層106的整個(gè)表 面106a上形成小凹陷113，除了在其上形成η-電極107的區(qū)域106b之外；即沒(méi)有小凹 陷113的η-電極107形成區(qū)域保持平坦。小凹陷113的形成可利用例如KOH或NaOH 的水溶液代替TMAH來(lái)進(jìn)行。然后，利用光刻膠，通過(guò)剝離工藝在沒(méi)有小凹陷113的η-型層106的平坦區(qū)域 106b上形成η-電極107。接著，通過(guò)拋光使基底101變薄，并且在低熔點(diǎn)金屬層102側(cè) 面的相反側(cè)的基底101的表面IOla上形成底電極117，并且將所得晶片通過(guò)激光切割分離 成芯片，從而制造圖1所示的發(fā)光器件100。
η-電極或輔助電極的圖案不限于實(shí)施方案1中所描述的，η-電極或輔助電極可 具有任意圖案。但是，從改善在平行于器件主表面的方向上的電流擴(kuò)散以及改善發(fā)光均 勻性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選η-電極或輔助電極具有對(duì)稱圖案。優(yōu)選地，輔助電極的一部分 在垂直于器件主表面的方向面對(duì)η-電極的一部分或整體，并且面對(duì)區(qū)域有最大的可能面 積。優(yōu)選地，輔助電極的一部分包括圍繞發(fā)光區(qū)域的外周的引線部分。下面將描述η-電 極和輔助電極的圖案的實(shí)例。圖5Α示出另一個(gè)η-電極206的圖案，圖5Β示出另一個(gè)輔助電極209的圖案。 如圖5Α中所示，，η-電極206包括設(shè)置在從上方觀察具有方形形狀的發(fā)光器件的對(duì)角線 位置處的兩個(gè)焊盤(pán)部分206a。焊盤(pán)部分206a各自具有方形形狀。n_電極206還包括與 焊盤(pán)部分206a連接并且設(shè)置在發(fā)光區(qū)域的外周111內(nèi)的方形引線部分206b。同時(shí)，輔助 電極209包括與焊盤(pán)部分206a具有相同面積和形狀并且設(shè)置在沿垂直于器件主表面的方 向面對(duì)焊盤(pán)部分206a的位置處的兩個(gè)方形部分209a。輔助電極209還包括與所述兩個(gè)方 形部分209a相連的格狀部分209b。示于圖5A和5B中的n_電極206和輔助電極209的 圖案各自相對(duì)于方形的對(duì)角線對(duì)稱。η-電極206的焊盤(pán)部分206a面對(duì)輔助電極209的方 形部分209a，并且η-電極206具有比輔助電極209小的面積。因此，發(fā)光器件表現(xiàn)出改 善的光提取性能而不損害發(fā)光均勻性。圖6Α顯示另一個(gè)η-電極306的圖案，圖6Β示出另一個(gè)輔助電極309的圖案。 如圖6Α所示，η-電極306包括設(shè)置在從上方觀察具有方形形狀的發(fā)光器件的中心處的圓 形焊盤(pán)部分306a。η-電極306還包括從焊盤(pán)部分306a延伸的十字形引線部分306b。同 時(shí)，輔助電極309包括具有與焊盤(pán)部分306a相同的面積和形狀并且設(shè)置在沿垂直于器件 主表面的方向面對(duì)焊盤(pán)部分306a的位置處的圓形部分309a。輔助電極309還包括與圓形 部分309a相連的格狀部分309b。在格狀部分309b中心處的十字形狀部分沿垂直于器件 主表面的方向面對(duì)η-電極的引線部分306b。示于圖6A和6B中的n_電極306和輔助電 極309的圖案各自顯示出對(duì)稱性。η-電極306的焊盤(pán)部分306a面對(duì)輔助電極309的圓形 部分309a，并且η-電極306的引線部分306b面對(duì)輔助電極309的格狀部分309b的十字 形部分。η-電極306具有小于輔助電極309的面積。因此，發(fā)光器件表現(xiàn)出改善的光提 取性能而不損害發(fā)光均勻性。圖7Α顯示另一個(gè)η-電極406的圖案，圖7Β示出另一個(gè)輔助電極409的圖案。 如圖7Α所示，η-電極406包括設(shè)置在從上方觀察具有方形形狀的發(fā)光器件的對(duì)角線位置 處的兩個(gè)焊盤(pán)部分406a。焊盤(pán)部分406a各自具有方形形狀。n_電極406還包括與焊盤(pán) 部分406a連接并且設(shè)置為圍繞發(fā)光區(qū)域的外周411的方形引線部分406b。同時(shí)，輔助電 極409包括與兩個(gè)焊盤(pán)部分406a具有相同的面積和形狀并且設(shè)置在沿垂直于器件主表面 的方向面對(duì)焊盤(pán)部分406a的位置處的四邊形部分409a。輔助電極409還包括與四邊形部 分409a相連并且設(shè)置為圍繞發(fā)光區(qū)域的外周411的格狀部分409b。格狀部分409b的外 周部分沿垂直于器件主表面的方向面對(duì)η-電極406的引線部分406b。示于圖7A和7B 中的η-電極406和輔助電極409的圖案各自顯示出對(duì)稱性。η_電極406的焊盤(pán)部分406a 面對(duì)輔助電極409的方形部分409a，并且η-電極406的引線部分406b面對(duì)輔助電極409 的格狀部分409b的外圍部分。η-電極406具有小于輔助電極409的面積。因此，發(fā)光 器件表現(xiàn)出改善的光提取性能而不損害發(fā)光均勻性。由于η-電極406的引線部分406b設(shè)置在發(fā)光區(qū)域外部并圍繞發(fā)光區(qū)域的外周411的位置處，因此，與η-電極406設(shè)置在發(fā)光區(qū)域的外圍411內(nèi)部的情況相比，η-電極406限制光提取的作用低；即發(fā)光器件表 現(xiàn)出改善的光提取性能。圖8Α示出另一個(gè)η-電極506的圖案，圖8Β示出另一個(gè)輔助電極509的圖案。 如圖8Α中所示，η-電極506包括設(shè)置在從上方觀察具有方形形狀的發(fā)光器件的對(duì)角線位 置處的兩個(gè)焊盤(pán)部分506a。焊盤(pán)部分506a格子具有方形形狀。n_電極506還包括與焊 盤(pán)部分506a連接并且設(shè)置在發(fā)光區(qū)域的外周511內(nèi)部的方形引線部分506b。同時(shí)，輔助 電極509具有格狀圖案并且包括圍繞發(fā)光區(qū)域的外周511的方形引線部分509a。n_電極 506的兩個(gè)焊盤(pán)部分506a的一部分沿垂直于器件主表面的方向面對(duì)輔助電極509的引線部 分509a。示于圖8A和8B中的n_電極506和輔助電極509的圖案各自顯示出對(duì)稱性， 并且η-電極506具有小于輔助電極509的面積。因此，發(fā)光器件表現(xiàn)出改善的光提取性 能而不損害發(fā)光均勻性。在該實(shí)施方案中，可在η-型層的頂表面上蝕刻η-型層的其中η-電極面對(duì)輔助 電極的區(qū)域，由此形成溝槽，并且η-電極可設(shè)置在溝槽的底部上。由于η-型層的其中 η-電極面對(duì)輔助電極的區(qū)域的厚度降低，所以更易于在η-電極和輔助電極之間實(shí)現(xiàn)導(dǎo) 電。因此，可減小η-電極的面積，從而可以進(jìn)一步改善光提取性能。在該實(shí)施方案中，通過(guò)激光剝離工藝移除藍(lán)寶石襯底。但是，可通過(guò)化學(xué)剝離 工藝移除藍(lán)寶石襯底；具體地，在藍(lán)寶石襯底和η-型層之間形成可溶于化學(xué)試劑的緩沖 層，并且在將η-型層接合至基底之后，使緩沖層溶于化學(xué)試劑中，從而分離/移除藍(lán)寶 石襯底。實(shí)施方案2在實(shí)施方案2中，具有與實(shí)施方案1中所述相同功能的組件用相同的附圖標(biāo)記表 示。圖9是根據(jù)實(shí)施方案2的發(fā)光器件600的俯視圖，圖10是圖9的器件沿著線A-A 截取的剖面圖。如圖9所示，發(fā)光器件600從上方觀察具有方形形狀。如圖10所示， 發(fā)光器件600包括基底101 ；在基底101上形成的低熔點(diǎn)金屬層102 ；經(jīng)由低熔點(diǎn)金屬層 102與基底101接合的ρ-電極103 ；由III族氮化物半導(dǎo)體形成并且依次堆疊在ρ_電極 103上的ρ-型層104、有源層105和η-型層106; η_焊盤(pán)電極607;和輔助電極609?；?01可以是由例如Si、GaAs> Cu或Cu_W形成的導(dǎo)電襯底。在基底101 的底表面IOlb (即在P-電極103側(cè)的相反側(cè)上的表面)上形成底部電極117，從而在發(fā)光 器件600中，在垂直于器件600的主表面IOla的方向上實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。低熔點(diǎn)金屬層102可 以是低共熔金屬層，例如Au-Sn層、Au-Si層、Ag-Sn-Cu層或Sn-Bi層。低熔點(diǎn)金屬 層102可以為例如Au層、Sn層或Cu層，盡管這樣的金屬不具有低熔點(diǎn)。作為經(jīng)由低 熔點(diǎn)金屬層102將ρ-電極103接合至基底101的替代方案，可以通過(guò)例如電鍍或?yàn)R射直 接在ρ-電極103上形成金屬層(例如Cu層)，并且該金屬層可用作基底101。ρ-電極 103由表現(xiàn)出高光學(xué)反射和低接觸電阻的金屬如Ag、Rh、Pt、Ru或主要含有上述金屬的 合金形成?；蛘?，ρ-電極103可由例如Ni、Ni合金或Au合金形成，或者由包括透明電 極膜(例如ITO膜)和高反射金屬膜的復(fù)合層形成。ρ-型層104、有源層105和η-型層106具有與實(shí)施方案1中所述相同的構(gòu)型。在ρ-型層104的表面104a上形成第一溝槽108，所述表面104a更靠近ρ-電極103。第一溝槽108穿透ρ-型層104和有源層105，并且具有到達(dá)n_型層106的深度。 第一溝槽108的側(cè)壁108a是傾斜的，使得溝槽的平行于器件600的主表面IOla的水平截 面的面積隨著截面與η-型層106之間的距離降低而減小。第一溝槽108的底部10 與 器件600的主表面IOla平行。
優(yōu)選地，第一溝槽108的側(cè)壁108a相對(duì)于器件600的主表面IOla傾斜30 85° (更優(yōu)選為40至80° )。這是因?yàn)楫?dāng)側(cè)壁108a與器件600的主表面IOla之間的角 度落入上述范圍內(nèi)時(shí)，能進(jìn)一步改善光提取性能。
η-型層106通過(guò)第一溝槽108的底部10 而暴露，并且輔助電極609形成為與 第一溝槽108的底部10 (η-型層106經(jīng)其暴露)接觸，但是不與第一溝槽108的側(cè)壁 108a接觸。在第一溝槽108的側(cè)壁108a上、在第一溝槽108的底部10 上的沒(méi)有形成 輔助電極609的部分上和在輔助電極609上連續(xù)形成幻02絕緣膜110。絕緣膜110設(shè)置 為防止在第一溝槽108的側(cè)壁108a和ρ-電極103之間以及在輔助電極609和ρ-型層104 之間發(fā)生短路。輔助電極609可由常規(guī)用作與III族氮化物半導(dǎo)體的η-型層的+C-面表 面接觸的η-電極材料的任意材料形成。例如，輔助電極609可由諸如V/Al、Ti/AL V/ Au、Ti/Au或Ni/Au的材料形成。
對(duì)于絕緣膜110的材料沒(méi)有特別限制，只要該材料表現(xiàn)出絕緣性并且對(duì)從發(fā)光 器件600發(fā)出的光表現(xiàn)出透明性即可。另外，該材料的實(shí)例包括Si02、A1203、Si3N4和 TiO2。
在第一溝槽108的側(cè)壁108a和輔助電極609之間經(jīng)由絕緣膜110設(shè)置的間隙112 填充有由高反射金屬形成的ρ-電極103，從而增強(qiáng)在第一溝槽108的側(cè)壁108a處的光學(xué) 反射，并且使得光被更有效地反射到η-型層106側(cè)。作為對(duì)利用ρ-電極103填充間隙 112的替代方案，第一溝槽108的側(cè)壁108a可經(jīng)由絕緣膜110利用對(duì)絕緣膜110表現(xiàn)出 良好的附著力的高反射金屬膜(例如Al或Cr膜)或利用多個(gè)具有不同折射率的介電材料 形成的介電多層膜覆蓋，從而改善光提取性能。絕緣膜本身110本身可由介電多層膜形 成。
如圖9和10所示，在η-型層106的在有源層105側(cè)的相反側(cè)上的表面10 上、 方形發(fā)光器件600的外周111附近以及設(shè)置在對(duì)角線位置的兩個(gè)角部分處形成第二溝槽 650。第二溝槽650的深度為暴露出輔助電極609，并且輔助電極609在設(shè)置在對(duì)角線位 置的兩個(gè)角部分處通過(guò)第二溝槽650的底部650a暴露。第二溝槽650沿朝向存在于第二 溝槽650下方的第一溝槽108的深度方向繼續(xù)。
η-電極607包括兩個(gè)方形焊盤(pán)部分，并且如圖9所示，所述兩個(gè)焊盤(pán)部分在形成 于方形發(fā)光器件600的對(duì)角線位置的兩個(gè)角部分處的第二溝槽650的底部650a上形成。 通過(guò)第二溝槽650的底部650a暴露的輔助電極609與η-電極607直接相連。因此，η_電 極607可由任意材料形成。η-電極607可由與輔助電極609相同的材料形成。尤其優(yōu)選 的是，η-電極607由兩層或更多層形成，并且與輔助電極609接觸的層(在所述兩層或 更多層中)由氮活性材料制成。在這種情況下，在η-電極607和輔助電極609之間獲得 強(qiáng)附著力。氮活性材料的實(shí)例包括Ti、V、Zr, W、^和&。
圖11示出輔助電極609的俯視圖案。第一溝槽108具有與輔助電極609相似 的俯視圖案。如圖9和11中所示，輔助電極609包括方形部分60 ，其設(shè)置在沿垂直于器件600的主表面IOla的方向面對(duì)η-電極607的位置處(即在方形發(fā)光器件600的對(duì) 角線位置的兩個(gè)角處)，并且其尺寸為從上方觀察η-電極607被方形部分包圍。輔助電 極609還包括與方形部分609a相連并且由平行于方形發(fā)光器件600的引線形成的格狀部 分609b。輔助電極609還包括圍繞發(fā)光器件600的發(fā)光區(qū)域的外周111的方形引線部分 609c。發(fā)光區(qū)域的外周111對(duì)應(yīng)于圖9中雙點(diǎn)劃線所示的部分，而發(fā)光區(qū)域大致對(duì)應(yīng)于 其中形成有ρ-電極103和有源層105的區(qū)域。如上所述，形成輔助電極609的方形部分609a設(shè)置為使得電流在η-電極107和 輔助電極109之間更流暢地流動(dòng)。形成輔助電極609的引線部分609c設(shè)置為存在于發(fā)光 區(qū)域的外部并且圍繞發(fā)光區(qū)域的外周111，其原因如下。由于引線部分609c形成在第一 溝槽108的底部上，所以自然地，第一溝槽108的一部分也形成方形引線圖案以圍繞發(fā)光 區(qū)域的外周111。在發(fā)光器件600中，常規(guī)從器件的側(cè)表面發(fā)出的光通過(guò)圍繞發(fā)光區(qū)域的 外周111的第一溝槽108的側(cè)壁108a被反射到η-型層106側(cè)。因?yàn)閺钠骷膫?cè)表面發(fā) 出的光一般沒(méi)有被有效利用，因此其中發(fā)出的光通過(guò)引線部分609c被反射到η-型層106 側(cè)的發(fā)光器件600實(shí)現(xiàn)了光提取性能的顯著改善。優(yōu)選地，在η-型層106的在有源層105側(cè)的相反側(cè)的表面106a上形成小凹陷 113。通過(guò)形成小凹陷可改善光提取性能。小凹陷可通過(guò)濕蝕刻提供從而形成大量的微型 六邊形棱錐體，所述六邊形棱錐體的側(cè)表面相對(duì)于器件600的主表面IOla傾斜約60°。在發(fā)光器件600中，第一溝槽108形成為從ρ-型層104延伸到η-型層106，并 且輔助電極609設(shè)置在第一溝槽108的底部108b上。第一溝槽108的底部108b對(duì)應(yīng)于 III族氮化物半導(dǎo)體的η-型層106的+C-面表面，并且輔助電極609可與第一溝槽108的 底部108b保持足夠低的電阻接觸。另外，輔助電極609的一部分與η-電極607直接接 觸。因此，從η-電極607供應(yīng)到輔助電極609的電子可通過(guò)引線圖案化的輔助電極609 在平行于器件600的主表面IOla的方向上廣泛擴(kuò)散，由此改善發(fā)光均勻性。由于η-型 層106的薄層電阻所決定的電壓降被抑制，因此驅(qū)動(dòng)電壓可降低。η-電極607僅由焊盤(pán) 部分形成并且設(shè)置在輔助電極609上；即η-電極607不位于發(fā)光區(qū)域上方。因此，與常 規(guī)的發(fā)光器件的情況相比，η-電極607不限制光提取，因此光提取性能得到改善。在有 源層附近的區(qū)域中(沿平行于器件600的主表面IOla的方向)傳播并且限定在器件600 中的光在ρ-電極103和沿第一溝槽108的傾斜側(cè)壁108a設(shè)置的絕緣膜110之間的界面處 被反射，由此反射的光向η-型層106傳播。因此，通過(guò)η-型層106的在有源層105側(cè) 的相反側(cè)上的表面發(fā)射到外部的光量增加，由此光提取性能得到改善。下面參考圖12Α至121描述發(fā)光器件600的制造方法。首先，通過(guò)MOCVD在藍(lán)寶石襯底115上依次沉積由III族氮化物半導(dǎo)體形成的 η-型層106、有源層105和ρ-型層104 (圖12Α)。由于該方法以類似于實(shí)施方案1中所 述的方法進(jìn)行，所以此處省略其說(shuō)明。接著，在ρ-型層104上形成具有帶開(kāi)口的圖案的SiO2掩模，所述開(kāi)口對(duì)應(yīng)于形 成第一溝槽108的區(qū)域，然后利用含氯的氣體等離子體進(jìn)行干蝕刻。該過(guò)程形成第一溝 槽108，其具有與輔助電極609幾乎相同的圖案并具有到達(dá)η-型層106的深度。然后， 利用如緩沖氫氟酸移除掩模(圖12Β)。然后，形成輔助電極609，使得其與第一溝槽108的底部108b接觸，但是不與第一溝槽108的側(cè)壁108a接觸(圖12C)?？稍谛纬奢o助電極609之后的任意時(shí)間點(diǎn)對(duì)輔 助電極609進(jìn)行合金化?？梢灾粚?duì)輔助電極609進(jìn)行合金化，或者輔助電極609可與稍 后形成的ρ-電極103 —起合金化。接著，在第一溝槽108的側(cè)壁108a上、在第一溝槽108的底部108b的其上沒(méi)有 形成輔助電極609的部分上、在輔助電極609的側(cè)表面上和在輔助電極609的頂表面上， 連續(xù)形成絕緣膜110，使得絕緣膜110覆蓋輔助電極609和第一溝槽108的側(cè)壁108a(圖 12D)。通過(guò)形成第一溝槽108，在第一溝槽108的側(cè)壁108a處暴露出結(jié)表面，但是其后 立即利用絕緣膜110保護(hù)暴露的結(jié)表面。因此，可以可靠地防止漏電。然后，通過(guò)濺射，在ρ-型層104和絕緣膜110上形成ρ-電極103，并在p_電 極103上形成低熔點(diǎn)金屬層102 (圖12E)。然后，使基底101經(jīng)由低熔點(diǎn)金屬層102與 ρ-電極103接合(圖12F)。以與實(shí)施方案1中所述類似的方法進(jìn)行藍(lán)寶石襯底115的移 除(圖12G)。接著，用氫氟酸清洗通過(guò)移除藍(lán)寶石襯底115而暴露出的η-型層106的 表面106a。由于通過(guò)移除藍(lán)寶石襯底115而暴露出的表面106a是η-型層106的Ν_極 性表面，因此在激光剝離工藝后無(wú)需形成用于保護(hù)結(jié)表面的絕緣膜110。但是，為了防止 表面被污染或保護(hù)表面106a不受物理?yè)p壞，可在激光剝離工藝后形成絕緣膜。接著，在通過(guò)移除藍(lán)寶石襯底115而暴露的η-型層106的表面106a上形成具 有帶開(kāi)口的圖案的SiO2掩模，所述開(kāi)口對(duì)應(yīng)于其中形成第二溝槽650的區(qū)域，然后利用 含氯的氣體等離子體進(jìn)行干蝕刻。該過(guò)程形成具有到達(dá)輔助電極609的深度的第二溝槽 650。在此情況下，當(dāng)在輔助電極609中提供Pt層、Ni層等時(shí)，Pt層、Ni層等用作形 成第二溝槽650的蝕刻終止層。然后，利用例如緩沖氫氟酸來(lái)移除掩模(圖12H)。然后，通過(guò)剝離工藝在通過(guò)形成第二溝槽650而暴露的輔助電極609的方形部分 609a上形成η-電極607 (即方形焊盤(pán)電極)(圖121)。接著，通過(guò)拋光使基底101變薄， 并且在基底101的在低熔點(diǎn)金屬層102側(cè)的相反側(cè)上的表面IOlb上形成底部電極117，并 且在器件隔離部分(即圖121中虛線所示部分)，將所得晶片通過(guò)激光切割分離成芯片， 由此制得發(fā)光器件600。輔助電極的圖案不限于實(shí)施方案2中所描述的圖案，輔助電極可具有任意圖 案。對(duì)于焊盤(pán)部分和η-電極的數(shù)目和排列圖案沒(méi)有特定限制。但是，從改善電流在平 行于器件主表面的方向上的擴(kuò)散以及改善發(fā)光均勻性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選輔助電極或η-電 極具有對(duì)稱圖案。優(yōu)選地，η-電極的圖案為從上方觀察被輔助電極包圍，并且η-電極 與輔助電極以最大的可能面積接觸。優(yōu)選地，輔助電極的一部分包括圍繞發(fā)光區(qū)域的外 周的引線部分。下面將描述η-電極和輔助電極的其它圖案。
圖13示出另一個(gè)η-電極207的圖案，圖14示出另一個(gè)輔助電極209的圖案。 如圖13所示，η-電極207包括設(shè)置在從上方觀察具有方形形狀的發(fā)光器件的中心處的 一個(gè)圓形焊盤(pán)部分。如圖14所示，輔助電極209包括尺寸稍大于η-電極207的圓形部 分209a，以從上方觀察包圍η-電極207，并且其設(shè)置在沿垂直于器件主表面的方向面對(duì) η-電極207的位置處。輔助電極209還包括從圓形部分209a分別向方形的頂點(diǎn)延伸的 四個(gè)引線部分209b。輔助電極209還包括圍繞發(fā)光器件的發(fā)光區(qū)域的外周211的方形引 線部分209c，和設(shè)置在引線部分209c內(nèi)的方形引線部分209d。與實(shí)施方案1的情況類 似，借助于η-電極207和輔助電極209的前述圖案，發(fā)光器件表現(xiàn)出改善的發(fā)光均勻性和改善的光提取性能。類似于實(shí)施方案1，在實(shí)施方案2中，藍(lán)寶石襯底可通過(guò)化學(xué)剝離 工藝移除。
實(shí)施方案3
在實(shí)施方案3中，具有與實(shí)施方案1或2中所述相同的功能的組件用相同的附圖 標(biāo)記表示。圖15是根據(jù)實(shí)施方案3的發(fā)光器件700的俯視圖，圖16是圖15的器件沿著 線A-A截取的剖面圖。如圖16所示，發(fā)光器件700包括陶瓷襯底701 ；在陶瓷襯底701 上形成的低熔點(diǎn)金屬層；經(jīng)由低熔點(diǎn)金屬層102與陶瓷襯底701接合的ρ-電極103;由 III族氮化物半導(dǎo)體形成并且依次堆疊在P-電極103上的P-型層104、有源層105和n_型 層106; η-焊盤(pán)電極707;輔助電極709和ρ-焊盤(pán)電極714。如圖15中所示，發(fā)光器件 700從上方觀察具有方形形狀，η-焊盤(pán)電極707和ρ-焊盤(pán)電極714形成在同一表面上。
陶瓷襯底701用作基底并且由表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性并具有與III族氮化物半導(dǎo)體幾乎 相等的熱膨脹系數(shù)的材料形成。這種材料的實(shí)例包括AlN和&C。低熔點(diǎn)金屬層102可 以是低共熔金屬層，例如Au-Sn層、Auli層、Ag-Sn-Cu層或Sn"Bi層?；蛘?，低熔 點(diǎn)金屬層102可以為例如Au層、Sn層或Cu層，盡管這種金屬不具有低熔點(diǎn)。ρ-電極 103由表現(xiàn)出高光學(xué)反射和低接觸電阻的金屬如Ag、Rh、Pt、Ru或主要含有上述金屬的 合金形成?；蛘?，ρ-電極103可由例如Ni、Ni合金或Au合金形成，或者可由包括透明 電極膜(例如ITO膜)和高反射金屬膜的復(fù)合層形成。
ρ-型層104、有源層105和η_型層106具有與實(shí)施方案1或2中所述相同的構(gòu) 型。在ρ-型層104的表面l(Ma上形成第一溝槽708，所述表面l(Ma更靠近ρ-電極103。 第一溝槽708穿透ρ-型層104和有源層105，并且具有到達(dá)η_型層106的深度。第一溝 槽708的側(cè)壁是傾斜的，使得溝槽的在平行于器件主表面方向上的水平截面的面積隨著 截面與η-型層106之間的距離降低而減小。第一溝槽708的底部與器件的主表面平行。
優(yōu)選地，第一溝槽708的側(cè)壁相對(duì)于器件的主表面傾斜30 85° (更優(yōu)選為40 至80° )。這是因?yàn)楫?dāng)側(cè)壁與器件的主表面之間的角度落入上述范圍內(nèi)時(shí)，能進(jìn)一步改 善光提取性能。η-型層106通過(guò)第一溝槽708的底部暴露，并且輔助電極709形成為與 第一溝槽708的底部(η-型層106經(jīng)其暴露)接觸，但是不與第一溝槽708的側(cè)壁接觸。 在第一溝槽708的側(cè)壁上、在第一溝槽708的底部的其上沒(méi)有形成輔助電極709的部分上 和在輔助電極709上連續(xù)形成幻02絕緣膜110。絕緣膜110設(shè)置為防止在第一溝槽708 的側(cè)壁和ρ-電極103之間以及在輔助電極709和ρ-型層104之間發(fā)生短路。輔助電極 709可由常規(guī)用作與III族氮化物半導(dǎo)體的η-型層的+C-面表面接觸的η_電極材料的任意 材料形成。例如，輔助電極709可由諸如V/Al、Ti/Al、V/Au、Ti/Au或Ni/Au的材料 形成。
對(duì)于絕緣膜110的材料沒(méi)有特別限制，只要材料表現(xiàn)出絕緣性并且對(duì)從發(fā)光器 件700發(fā)出的光表現(xiàn)出透明性即可。另外，該材料的實(shí)例包括Si02、A1203、Si3N4和 TiO2。
在第一溝槽708的側(cè)壁和輔助電極709之間經(jīng)由絕緣膜110設(shè)置的間隙112填充 有由高反射金屬形成的ρ-電極103，從而在第一溝槽708的側(cè)壁處增強(qiáng)光學(xué)反射，并且光 被更有效地反射到η-型層106側(cè)。作為對(duì)利用ρ-電極103填充該間隙的替代方案，第 一溝槽708的側(cè)壁可經(jīng)由絕緣膜110利用對(duì)絕緣膜110表現(xiàn)出良好的附著力的高反射金屬膜(例如Al或Cr膜)或利用多個(gè)具有不同折射率的介電材料形成的介電多層膜覆蓋，由 此改善光提取性能。絕緣膜110本身可由介電多層膜形成。
如圖15所示，在η-型層106的在有源層105側(cè)的相反側(cè)上的表面上和方形發(fā)光 器件700的外周111附近以及在一個(gè)角部分700a處形成第二溝槽711。第二溝槽711沒(méi) 有形成在設(shè)置于角部分700a的對(duì)角線位置的角部分700b處。第二溝槽711的深度為暴 露出輔助電極709，并且輔助電極709在角部分700a處通過(guò)第二溝槽711的底部而暴露。
如圖15所示，在η-型層106的在有源層105側(cè)的相反側(cè)上的表面上和沒(méi)有形成 第二溝槽711的角部分700b上形成第三溝槽715。如下所述，輔助電極709沒(méi)有形成在 角部分700b上。第三溝槽715穿透η-型層106、有源層105和ρ-型層104，并且具有 到達(dá)ρ-電極103的深度。ρ-電極103通過(guò)第三溝槽715的底部715a暴露。
如圖15所示，由一個(gè)方形焊盤(pán)部分形成的η-焊盤(pán)電極707設(shè)置在形成于方形發(fā) 光器件700的角部分700a處的第二溝槽711的底部711a(也如圖16所示)處。通過(guò)第 二溝槽711的底部711a暴露的輔助電極709與η-焊盤(pán)電極707直接相連。因此，η_焊 盤(pán)電極707可由任意導(dǎo)電材料形成。η-電極707可由與輔助電極709相同的材料形成。 尤其優(yōu)選的是，η-焊盤(pán)電極707由兩層或更多層形成，并且與輔助電極709接觸的層(在 所述兩層或更多層中)由氮活性材料制成。在這種情況下，在η-焊盤(pán)電極707和輔助電 極709之間實(shí)現(xiàn)強(qiáng)附著力。氮活性材料的實(shí)例包括Ti、V、Zr, W、^和&。
如圖15所示，由一個(gè)方形焊盤(pán)部分形成的ρ-焊盤(pán)電極714設(shè)置在位于方形發(fā)光 器件700的角部分700a的對(duì)角線上的角部分700b處形成的第三溝槽715的底部715a處。 通過(guò)第三溝槽715的底部715a暴露的ρ-電極103與ρ-焊盤(pán)電極714直接相連。ρ-焊盤(pán) 電極714可由任意材料形成。尤其優(yōu)選的是，ρ-焊盤(pán)電極714由與η-焊盤(pán)電極707相 同的材料形成。在這種情況下，η-焊盤(pán)電極707和ρ-焊盤(pán)電極714可同時(shí)形成，從而 減少制造過(guò)程的數(shù)目。因此，可進(jìn)一步減少制造發(fā)光器件700所需的成本。
通過(guò)形成第三溝槽715，在第三溝槽715的側(cè)壁71 處暴露出p_型層104、有 源層105和η-型層106。因此，在第三溝槽715的側(cè)壁715b上、在n_型層106的表 面106a(在有源層105側(cè)的相反側(cè)上)和在第二溝槽711的側(cè)壁711b上連續(xù)形成保護(hù)膜 116。保護(hù)膜116設(shè)置為在第三溝槽715的側(cè)壁71 處防止ρ-型層104和n_型層106 之間的漏電流，以及防止在第三溝槽715的側(cè)壁71恥、η-型層106的表面10 以及第 二溝槽711的側(cè)壁711b處的任何物理?yè)p壞或污染。與絕緣膜110的情況類似，對(duì)保護(hù)膜 116的材料沒(méi)有特別限制，只要材料表現(xiàn)出絕緣性并且對(duì)從發(fā)光器件100發(fā)出的光表現(xiàn)出 透明性即可。另外，該材料的實(shí)例包括&02、A1203、Si3N4和Ti02。
圖17示出輔助電極709的俯視圖案。第一溝槽708具有與輔助電極709類似的 俯視圖案。如圖15和17所示，輔助電極709包括方形部分709a，其設(shè)置在沿垂直于器 件700的主表面701a的方向上面對(duì)η-焊盤(pán)電極707的位置處(即在方形發(fā)光器件700的 角部分700a處)，并且其尺寸為從上方觀察η-焊盤(pán)電極707被方形部分包圍。輔助電極 709還包括與方形部分709a相連并且由平行于方形發(fā)光器件700的側(cè)面的引線形成的格狀 部分709b。輔助電極709還包括圍繞發(fā)光器件700的發(fā)光區(qū)域的外周111的方形引線部 分709c。輔助電極709沒(méi)有設(shè)置在沿垂直于器件700的主表面701a方向上面對(duì)ρ-焊盤(pán) 電極714的區(qū)域(即在形成η-焊盤(pán)電極707的角部分700a的對(duì)角線位置的方形發(fā)光器件700的角部分700b)中。發(fā)光區(qū)域的外周111對(duì)應(yīng)于圖15中雙點(diǎn)劃線所示的部分，而發(fā) 光區(qū)域大致對(duì)應(yīng)于其中ρ-電極103與ρ-型層104直接接觸并且形成有源層105的區(qū)域。
如上所述，形成輔助電極709的方形部分709a設(shè)置為使電流從η-電極707流暢 地流動(dòng)至輔助電極709。形成輔助電極709的引線部分709c設(shè)置為圍繞發(fā)光區(qū)域的外周 111，原因如下。由于引線部分709c形成在第一溝槽708的底部708b上，所以自然地， 第一溝槽708的一部分也形成為方形引線圖案以圍繞發(fā)光區(qū)域的外周111。在根據(jù)實(shí)施方 案3的發(fā)光器件700中，常規(guī)從器件的側(cè)表面發(fā)出的光通過(guò)圍繞發(fā)光區(qū)域的外周111的第 一溝槽708的側(cè)壁708a被反射到η-型層106側(cè)。因?yàn)閺钠骷膫?cè)表面發(fā)出的光一般沒(méi) 有被有效利用，所以其中發(fā)出的光通過(guò)引線部分709c被反射到η-型層106側(cè)的發(fā)光器件 700實(shí)現(xiàn)了光提取性能的顯著改善。優(yōu)選地，在η-型層106的在有源層105側(cè)的相反側(cè)上的表面106a上形成小凹陷 113。通過(guò)形成小凹陷來(lái)改善光提取性能。小凹陷可通過(guò)濕蝕刻提供，從而形成大量的微 型六邊形棱錐體，所述六邊形棱錐體的側(cè)表面相對(duì)于器件的主表面傾斜約60°?；蛘?， 具有與發(fā)射波長(zhǎng)相當(dāng)或者更小的尺寸的小凹陷的結(jié)構(gòu)可在形成微型掩模圖案之后通過(guò)干 蝕刻在η-型層106的在有源層105側(cè)的相反側(cè)上的表面106a上形成。在發(fā)光器件700中，第一溝槽708形成為從ρ-型層104延伸到η-型層106，并 且輔助電極709設(shè)置在第一溝槽708的底部708b上。第一溝槽708的底部708b對(duì)應(yīng)于 III族氮化物半導(dǎo)體的η-型層106的+C-面表面，并且輔助電極709可與第一溝槽708的 底部708b保持足夠低的電阻接觸。另外，輔助電極709的一部分與η-電極707直接接 觸。因此，從η-電極707供應(yīng)到輔助電極109的電子可通過(guò)引線圖案化的輔助電極709 在平行于器件700的主表面701a的方向上廣泛擴(kuò)散，由此可改善發(fā)光均勻性。由于η-型 層106的薄層電阻所決定的電壓降被抑制，因此驅(qū)動(dòng)電壓降低。η-電極僅由η-焊盤(pán)電 極707形成，并且η-焊盤(pán)電極707設(shè)置在輔助電極709上；即η_焊盤(pán)電極707不位于發(fā) 光區(qū)域上方。因此，與常規(guī)發(fā)光器件的情況相比，η-焊盤(pán)電極707不限制光提取，因此 光提取性能得到改善。在有源層105附近的區(qū)域中(沿平行于器件700的主表面701a的 方向)傳播并且限定在器件700中的光在ρ-電極103和沿第一溝槽708的傾斜側(cè)壁708a 設(shè)置的絕緣膜110之間的界面處被反射，由此反射的光向η-型層106傳播。因此，通過(guò) η-型層106的在有源層105側(cè)的相反側(cè)上的表面發(fā)射到外部的光量增加，由此改善光提取 性能。另外，在發(fā)光器件700中，η-焊盤(pán)電極707和ρ-焊盤(pán)電極714設(shè)置在同一表面 上并且在垂直于器件700的主表面701a的方向上沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這些電極之間的導(dǎo)電。因此， 不需要獲得對(duì)陶瓷襯底701 (即基底)的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的過(guò)程，因此可降低制造器件的成本。 由于陶瓷襯底701由表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性并具有與III族氮化物半導(dǎo)體幾乎相等的熱膨脹系數(shù) 的材料形成，因此熱被有效地輻射到器件外部，并且改善了高電流區(qū)域的線性和對(duì)于長(zhǎng) 期工作的耐久性。下面將參考圖18A至181描述發(fā)光器件700的制造方法。首先，通過(guò)MOCVD 在具有(111)-晶面主表面的Si襯底120上經(jīng)由緩沖層(未示出)依次沉積由III族氮化 物半導(dǎo)體形成的η-型層106、有源層105和ρ-型層104 (圖18Α)。MOCVD生長(zhǎng)過(guò)程以 與實(shí)施方案1或2中所述相似的方式進(jìn)行。
接著，在ρ-型層104上形成具有帶開(kāi)口的圖案的SiO2掩模，所述開(kāi)口對(duì)應(yīng)于形 成第一溝槽708的區(qū)域，然后通過(guò)使用含氯的氣體等離子體進(jìn)行干蝕刻。該過(guò)程形成第 一溝槽708，其具有與輔助電極709幾乎相同的圖案并具有到達(dá)η-型層106的深度。然 后，利用例如緩沖氫氟酸移除掩模(圖18Β)。然后，形成輔助電極709，使得其與第一 溝槽708的底部708b接觸，但是不與第一溝槽708的側(cè)壁708a接觸(圖18C)?？稍谛?成輔助電極709之后的任意時(shí)間點(diǎn)對(duì)輔助電極709進(jìn)行合金化。可以只對(duì)輔助電極709 進(jìn)行合金化，或者輔助電極709可與稍后形成的ρ-電極103 —起合金化。
然后，在第一溝槽708的側(cè)壁708a上、在第一溝槽708的底部70 的其上沒(méi)有 形成輔助電極709的部分上、在輔助電極709的側(cè)表面上和在輔助電極709的頂表面上， 連續(xù)形成絕緣膜110，使得絕緣膜110覆蓋輔助電極709和第一溝槽708的側(cè)壁708a(圖 18D)。通過(guò)形成第一溝槽708，在第一溝槽708的側(cè)壁708a處暴露結(jié)表面，但是其后立 即通過(guò)絕緣膜110保護(hù)暴露的結(jié)表面。因此，可以可靠地防止漏電。
然后，在ρ-型層104和絕緣膜110上通過(guò)濺射形成ρ-電極103，并且在p_電極 103上形成低熔點(diǎn)金屬層102(圖18E)。然后，提供陶瓷襯底701，并將陶瓷襯底701經(jīng) 由低熔點(diǎn)金屬層102與ρ-電極103接合(圖18F)。可以在ρ-電極103和低熔點(diǎn)金屬層 102之間預(yù)先形成未示出的擴(kuò)散阻擋層，從而防止低熔點(diǎn)金屬層102的金屬向ρ-電極103 擴(kuò)散。
接著，利用氫氟酸通過(guò)濕蝕刻移除Si襯底120 (圖18G)。在這種情況下，陶瓷 襯底701(即基底)也暴露于氫氟酸中。但是，當(dāng)陶瓷襯底701由表現(xiàn)出耐氫氟酸的材料 形成時(shí)，只有Si襯底120可被移除。
然后，在通過(guò)移除幻襯底120而暴露的η-型層106的表面10 上形成具有帶開(kāi) 口的圖案的SiO2掩模，所述開(kāi)口對(duì)應(yīng)于其中形成第二溝槽711和第三溝槽715的區(qū)域， 然后通過(guò)使用含氯的氣體等離子體進(jìn)行干蝕刻。該過(guò)程形成深度到達(dá)輔助電極709的第 二溝槽711和深度到達(dá)ρ-電極103的第三溝槽715。在此情況下，可在輔助電極709和 ρ-電極103中設(shè)置用作蝕刻終止層的層(例如Pt層或Ni層)，由此同時(shí)形成具有不同深 度的第二溝槽711和第三溝槽715。顯然，第二溝槽711和第三溝槽715可分別形成。 然后，利用例如緩沖氫氟酸來(lái)移除掩模(圖18H)。
然后，在第三溝槽715的側(cè)壁715b上形成保護(hù)膜116以防止暴露于第三溝槽715 的側(cè)壁715b處的η-型層106和ρ-型層104之間發(fā)生漏電流。接著，η_焊盤(pán)電極707和 ρ-焊盤(pán)電極714通過(guò)剝離工藝同時(shí)分別形成在通過(guò)第二溝槽711的底部711a暴露的輔助 電極709上和通過(guò)第三溝槽715的底部715a暴露的ρ-電極103上(圖181)。保護(hù)膜116 的形成可在形成η-焊盤(pán)電極707和ρ-焊盤(pán)電極714之后進(jìn)行。因此，將所得晶片在器 件隔離部分(即圖1 中虛線所示部分)處通過(guò)激光切割分離成芯片，由此制得發(fā)光器件 700。
在前述發(fā)光器件700的制造方法中，幻襯底120用作III族氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng) 襯底，并且幻襯底120通過(guò)蝕刻而不是激光剝離工藝移除。因此，與應(yīng)用藍(lán)寶石襯底的 常規(guī)發(fā)光器件的情況相比，發(fā)光器件700可低成本制造。該低成本制造是通過(guò)應(yīng)用不被 溶解&襯底120的化學(xué)試劑所腐蝕的陶瓷襯底701作為基底而實(shí)現(xiàn)的。
輔助電極的圖案不限制為實(shí)施方案3所述的圖案，輔助電極可為任意圖案。對(duì)于焊盤(pán)部分和η-電極的形成或者焊盤(pán)的數(shù)目或排列圖案沒(méi)有特定限制。但是，從改善電 流在平行于器件的主表面的方向上的擴(kuò)散以及改善發(fā)光均勻性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選輔助電 極或η-電極具有對(duì)稱圖案。優(yōu)選地，η-電極的圖案為從上方觀察被輔助電極包圍，并 且η-電極與輔助電極以最大的可能面積接觸。優(yōu)選地，輔助電極的一部分包括圍繞發(fā)光 區(qū)域的外周的引線部分。在實(shí)施方案3中，η-電極可形成在η-型層上，如圖1至3所示，并且至少一個(gè) P-焊盤(pán)電極可設(shè)置在圖15中的矩形發(fā)光區(qū)域的任意一個(gè)對(duì)角線位置處。在實(shí)施方案3中，η-電極可設(shè)置在圖13中所示的發(fā)光區(qū)域的中心，并且ρ_焊 盤(pán)電極可設(shè)置在矩形發(fā)光區(qū)域的一至四個(gè)對(duì)角線位置。輔助電極的圖可如圖14所示。 而且，一個(gè)ρ-焊盤(pán)電極可置于矩形發(fā)光區(qū)域的一至四個(gè)對(duì)角線位置處，并且兩個(gè)或三個(gè) η-焊盤(pán)電極可設(shè)置在圖15中的矩形發(fā)光區(qū)域的兩個(gè)或三個(gè)其它對(duì)角線位置處。而且，兩 個(gè)ρ-焊盤(pán)電極可設(shè)置在矩形發(fā)光區(qū)域的兩個(gè)對(duì)角線位置處，并且兩個(gè)η-焊盤(pán)電極可以設(shè) 置在圖15中的矩形發(fā)光區(qū)域的另外兩個(gè)對(duì)角線位置處。在根據(jù)實(shí)施方案3的發(fā)光器件的制造方法中，Si襯底用作III族氮化物半導(dǎo)體的 生長(zhǎng)襯底。但是，與常規(guī)情況相似，發(fā)光器件可通過(guò)如下方法制備使用藍(lán)寶石襯底作 為生長(zhǎng)襯底和通過(guò)激光剝離過(guò)程移除藍(lán)寶石襯底。在該情況中，陶瓷襯底(即基底)不 需要經(jīng)過(guò)任何特殊處理，因此與常規(guī)方法相比可低成本地制造發(fā)光器件。本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可用于例如照明設(shè)備或顯示設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括導(dǎo)電基底；設(shè)置在所述基底上的P-電極；由III族氮化物半導(dǎo)體形成并設(shè)置在所述P-電極上的P-型層；由III族氮化物半導(dǎo)體形成并設(shè)置在所述ρ-型層上的有源層；由III族氮化物半導(dǎo)體形成并設(shè)置在所述有源層上的η-型層；與所述η-型層連接的η-電極；第一溝槽，其具有從所述ρ-型層在所述ρ-電極側(cè)上的表面延伸到所述η-型層的深度；輔助電極，其與用作所述第一溝槽底部的所述η-型層的表面接觸，但是不與所述第 一溝槽的側(cè)壁接觸；和絕緣膜，其具有透光性并設(shè)置為覆蓋所述輔助電極和所述第一溝槽的底部和側(cè)壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述η-電極形成在所述 η-型層上，并且所述η-電極的一部分或整體設(shè)置為面對(duì)所述輔助電極的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其還包括第二溝槽，所述第 二溝槽設(shè)置在沿垂直于所述器件的主表面的方向面對(duì)部分所述輔助電極的區(qū)域中并且具 有從所述η-型層的在所述ρ-電極側(cè)的相反側(cè)上的表面延伸到所述輔助電極的深度；其 中所述η-電極僅由焊盤(pán)部形成并且設(shè)置在所述輔助電極的通過(guò)所述第二溝槽暴露的部分 上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述基底由陶瓷襯底形 成，并且所述器件還包括第三溝槽和ρ-焊盤(pán)電極，所述第三溝槽設(shè)置在沿垂直于所述器 件的主表面的方向不面對(duì)所述輔助電極的區(qū)域中并且具有從所述η-型層的在所述ρ-電極 側(cè)的相反側(cè)上的表面延伸到所述ρ-電極的深度；所述ρ-焊盤(pán)電極設(shè)置在所述ρ-電極的 通過(guò)所述第三溝槽暴露的部分上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述基底由陶瓷襯底形 成，并且所述器件還包括第三溝槽和ρ-焊盤(pán)電極，所述第三溝槽設(shè)置在沿垂直于所述器 件的主表面的方向不面對(duì)所述輔助電極的區(qū)域中并且具有從所述η-型層的在所述ρ-電極 側(cè)的相反側(cè)上的表面延伸到所述ρ-電極的深度；所述ρ-焊盤(pán)電極設(shè)置在所述ρ-電極的 通過(guò)所述第三溝槽暴露的部分上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述輔助 電極的面積大于所述η-電極的面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一 溝槽或所述輔助電極具有引線圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一 溝槽的側(cè)壁是傾斜的，使得平行于所述器件的主表面的所述第一溝槽的水平截面的面積 隨著所述截面與所述η-型層之間的距離降低而減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述輔助 電極或所述第一溝槽的一部分具有圍繞發(fā)光區(qū)域的外周的引線圖案。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述輔助電極由 V/Al、Ti/Al、V/Au、Ti/Au 或 Ni/Au 形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中從上方觀 察，所述輔助電極包圍所述η-電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其具有矩形形 狀，其中所述η-電極由設(shè)置在所述矩形器件的對(duì)角線位置的兩個(gè)焊盤(pán)部分形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其具有矩形形狀，其中 所述ρ-焊盤(pán)電極設(shè)置在所述矩形器件的對(duì)角線位置處。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其具有矩形形狀，其中所述 η-電極和所述ρ-焊盤(pán)電極設(shè)置在所述矩形器件的對(duì)角線位置處。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述η-電 極由設(shè)置在所述器件的中心區(qū)域中的一個(gè)焊盤(pán)部分形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述陶瓷襯底由 AlN或SiC形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光提取性能改善的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括導(dǎo)電基底；設(shè)置在基底上的p-電極；由III族氮化物半導(dǎo)體形成并依次設(shè)置在p-電極上的p-型層、有源層和n-型層；和連接n-型層的n-電極。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，發(fā)光器件包括從p-型層在p-電極側(cè)上的表面延伸到n-型層的第一溝槽；與用作第一溝槽底部的n-型層表面接觸但不接觸第一溝槽側(cè)壁的輔助電極；和具有透光性并覆蓋輔助電極和第一溝槽的底部和側(cè)壁的絕緣膜。根據(jù)另一實(shí)施方案，發(fā)光器件包括第二溝槽，其設(shè)置在沿垂直于器件主表面的方向面對(duì)部分輔助電極的區(qū)域中并從n-型層在p-電極側(cè)的相反側(cè)上的表面延伸到輔助電極；并且n-電極僅由焊盤(pán)部分形成并設(shè)置在輔助電極的通過(guò)第二溝槽暴露的部分上。
文檔編號(hào)H01L33/36GK102024892SQ20101028575
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者上村俊也, 伊藤潤(rùn) 申請(qǐng)人:豐田合成株式會(huì)社