專利名稱：一種防止金屬遷移的半導體發(fā)光器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體發(fā)光器件，更具體地是一種防止金屬遷移的半導體發(fā)光器件。
背景技術：
銀具有極其優(yōu)良的導電性、傳熱性、可焊性和低接觸電阻，且在可見光區(qū)域具有很高的反射率，所以采用銀和銀合金在可見光區(qū)域反射率非常高的材料，用來制備反射鏡可以大大提升LED的出光效率。但是在另一方面，銀同時是一種非常容易發(fā)生電遷移的金屬。在LED中，由于芯片側面是p-n界面區(qū)域，其電位梯度比其他區(qū)域高，所以銀會傾向遷移到芯片側面的p-n界面，從而產(chǎn)生梯度分流路徑，嚴重影響LED的效率及穩(wěn)定性。在外加電場及對應濕度感應環(huán)境下，銀(不論是在金屬或其他合金形態(tài)，例如CuAg, AgPd,或SnAg等)會轉變?yōu)锳g+離子，通過表面材料的原結構遷移，然后再沉淀后產(chǎn)生另一個金屬銀區(qū)域。這 重生金屬銀區(qū)域在電子器件的表面上，會成長為樹叉形狀或“晶須”形狀的導電途徑從而導致電子之間短路現(xiàn)象。目前，為了防止銀的擴散和電遷移，一般在反射層覆蓋一層或多層阻擋層來阻擋Ag的遷移(例如US6194743B1，圖2所示)，但阻擋效果不好，在芯片邊緣，銀仍然會很容易擴散及產(chǎn)生電遷移現(xiàn)象，導致芯片失效。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種半導體發(fā)光器件，其可有效防止金屬遷移，提高器件的使用壽命。本發(fā)明達到上述目的的技術方案為一種防止金屬遷移的半導體發(fā)光器件，包括由η型半導體層、發(fā)光層、P型半導體層構成的多層發(fā)光結構；反射層，形成于所述P型半導體層上，含有易遷移金屬；阱環(huán)結構，形成于所述P型半導體層，并包圍所述反射層，防止反射層的金屬向側壁遷移；金屬覆蓋層，覆蓋所述反射層，并向所述阱環(huán)結構延伸。在本發(fā)明中，在P型半導體層形成阱環(huán)結構，其包圍反射層，從而在反射層外圍形成“釘扎”效果，阻止反射層金屬沿著反射層與P型半導體的接觸面向器邊緣遷移，提高了器件的可靠性。進一步地，在本發(fā)明中，根據(jù)反射層的大小在所述P型半導體形成阱環(huán)結構，阱環(huán)結構深度不超過150nm ;寬度不超過20um。所述阱環(huán)結構至少包括一個阱環(huán)圍繞所述反射層，也可以由多個阱環(huán)依次圍繞，阱環(huán)內P層的電阻比阱環(huán)外P層電阻高。阱環(huán)結構圍住反射層，反射層可以覆蓋到阱環(huán)結構，但不超過阱環(huán)結構的包圍。在本發(fā)明的一些實施例中，可以通過調整不同阱環(huán)上的電阻率高低變化差異，進一步降低銀遷移密度。在本發(fā)明的一些實施例中，所述阱環(huán)結構為形成于P型半導體的凹槽結構，在所述凹槽結構內填充絕緣材料層或者易與反射層材料共熔的金屬層。在本發(fā)明的一些實施例中，所述金屬覆蓋層厚度為200nm 2000nm,填滿講環(huán)結構，并與整個P型半導體層形成良好歐姆接觸，材料選自Ti、Pt、W、Au、Ni、Sn和Cr其中一種或其組合。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖I為專利US6194743所公開的一種抑制金屬遷移的結構示意圖，其在反射層外圍包裹一層致密的障礙層，防止金屬的擴散遷移。
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圖2為根據(jù)本發(fā)明實施的一種防止金屬遷移的發(fā)光器件示意圖。圖3為本發(fā)明實施例一的結構示意圖。圖4為本發(fā)明實施例二的結構示意圖。圖5為本發(fā)明實施例三的結構示意圖。圖6為本發(fā)明實施例四的結構示意圖。圖7為本發(fā)明實施例五的結構示意圖。圖8 圖12為制作實施例二所示的發(fā)光器件的的過程中各個步驟的器件示意圖。
具體實施例方式下面實施例公開了一種防止金屬遷移的半導體發(fā)光器件。該發(fā)光器件包括多層發(fā)光結構，其由η型半導體層、發(fā)光層、P型半導體層組合形成在基板上，在P型半導體層上形成環(huán)結構，在阱環(huán)保護結構包圍中形成金屬反射層。其中，在一些實施例中可以在阱環(huán)中制作致密絕緣材料阻隔反射層電場。然后在整個反射層上覆蓋層致密的金屬層，同時向阱環(huán)結構延伸，進行高溫熔合，使整個阱環(huán)結構的P型半導體與金屬層形成歐姆接觸，從而在銀反射層外圍形成“釘扎”效果，阻止銀的遷移。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施作詳細說明。請參考圖2，一種倒裝半導體發(fā)光器件，由η型半導體層211、發(fā)光層212和ρ型半導體層213構成的多層發(fā)光結構倒裝形成于支撐基板240上。其中，支撐基板240上分布有圖形化金屬層241和242，多層發(fā)光結構的η型半導體層211和ρ型半導體層213分別通過η電極232、ρ電極231與支撐基板240上的金屬層241和242連接。在ρ型半導體層213與P電極232之間設有銀反射層221，其與P型半導體層213接觸，且在P型半導體層213圍繞反射層221形成阱環(huán)結構213a。銀反射層221的厚度介于50nm 500nm之間，材料首選Ni/Ag/Ti/Pt;也可以是Ti、Pt、W、Al、Au、Ni、Sn和Cr其中一種或兩種以上組合的金屬層。阱環(huán)結構至少包括一個阱環(huán)，優(yōu)先地包含兩個以個阱環(huán)，其深度不超過150nm、寬度不超過20um，阱環(huán)內的電阻率比阱環(huán)外的電阻率高，如果多個阱環(huán)結構，可以通過調整不同阱環(huán)上的電阻率高低變化差異，進一步降低銀遷移密度。在銀反射層221上面覆蓋一層金屬覆蓋層220，此覆蓋層完全覆蓋銀反射層221，并向阱環(huán)結構延伸，如阱環(huán)結構為凹槽結構，可向凹槽內填充，其經(jīng)過高溫熔合處理，使整個阱環(huán)結構的P型半導體與金屬覆蓋層形成歐姆接觸，從而在銀反射層外圍形成“釘扎”效果，阻止銀的遷移。下面結合附圖8至12詳細說明中所述的防止金屬遷移的半導體發(fā)光器件的制作方法。請參看圖8，在一生長襯底200上外延生長η型半導體層211，發(fā)光層212，ρ型半導體層213，構成多層發(fā)光結構，其中各外延層材料包括Ga、In、Al、P、N和As其中兩種或兩種以上組成的化合物。請參看圖9，首先定義反射層的位置，利用利用離子注入的方法 在P型半導體層213包圍反射層的區(qū)域形成高阻結構，構成阱環(huán)結構213a，阱環(huán)內的P層電阻率比阱環(huán)外P層電阻率高。請參看圖10，在阱環(huán)結構213a包圍中制作反射層221，銀反射層的厚度介于50nnT500nm之間，其俯視圖如圖11所示。請參看圖11，在阱環(huán)結構213a和反射層221上制作致密的金屬覆蓋層220，金屬覆蓋層厚度介于200nnT2000nm之間，在高溫條件下進行金屬層熔合，使金屬與P型層形成歐姆接觸。覆蓋層材料首選TiW，也可以是Ti、Pt、W、Al、Au、Ni、Sn和Cr其中一種或兩種以上組合的金屬層。接下來，采用常規(guī)芯片制作工藝進行后續(xù)芯片制程。具體包括利用干蝕刻方法制備芯片的圖形，并蝕刻至N層半導體；在N層半導體上和金屬覆蓋層上制作電極，首選TiAu，也可以是Ti、Pt、W、Al、Au、Ni、Sn和Cr其中一種或兩種以上組合的金屬層；在電極之外覆蓋絕緣封裝鈍化層；對晶片進行研磨減薄以及單一化處理；最后采用覆晶技術進行支撐基板240的鍵合，最后形成如圖2所示的發(fā)光器件。下面結合附圖2至6(實施例I 5)對阱環(huán)結構的更多實施細節(jié)作詳細說明。實施例一
在本發(fā)實施例中，首先定義銀反射層的位置及大小，利用干蝕刻的方法在P型半導體層內圍繞銀反射層形成凹槽阱環(huán)213a，其深度不超過lOOnm，寬度不超過20um ;接著，在由凹槽阱環(huán)213a包圍的P型半導體上制作銀反射層221 ;最后，在阱環(huán)層和反射層上制作致密的金屬覆蓋層220，金屬覆蓋層220厚度介于200nm 2000nm之間，填滿阱環(huán)結構213a，并與整個P型層形成良好歐姆接觸，其結構剖面圖如圖3所示。金屬覆蓋層220材料首選Tiff,也可以是Ti、Pt、W、Al、Au、Ni、Sn和Cr其中一種或兩種以上組合的金屬層。在本實施例中，整個阱環(huán)結構的P型半導體與金屬覆蓋層形成歐姆接觸，從而在銀反射層外圍形成“釘扎”效果，阻止銀的遷移。實施例二
如圖4所示，本實施例與實施例一的區(qū)域在于在制作完凹槽阱環(huán)213a后，可先在凹槽阱環(huán)213a填充絕緣材料，如Si02、SiN等。通過絕緣材料提高凹槽阱環(huán)內的電位，阻止銀向N型半導體橫向遷移。實施例三
請參考圖5，首先定義銀反射層的位置及大小，利用離子注入的方法在P型半導體層包圍所述反射層的區(qū)域形成高阻結構，構成阱環(huán)結構213a ;接著，在由凹槽阱環(huán)213a包圍的P型半導體上制作銀反射層221 ;最后，在阱環(huán)結構213a和銀反射層221上制作致密的金屬覆蓋層220。通過絕緣材料提高凹槽阱環(huán)內的電位，搭配阱環(huán)外的良好歐姆接觸，從而阻止銀從邊緣向N型半導體橫向遷移。實施例四
請參考圖6，在本實施例中，在P型半導體層中形成三個凹槽阱環(huán)213a，反射層221形成于凹槽阱環(huán)包括的P型半導體層上，并填充第一個內環(huán)，金屬覆蓋層220覆蓋在反射層上，并填充兩圍的兩個凹槽阱環(huán)。將外圍銀反射層分成小區(qū)域，改善反射層邊緣的覆蓋性，降低橫向遷移密度。實施例五
請參考圖7，在本實施例中，反射層221內嵌在P型半導體層213的表層。從而使金屬 覆蓋層完全包裹住銀反射層，同時與凹槽外圍的P型半導體有較好的歐姆接觸。
權利要求
1.一種防止金屬遷移的半導體發(fā)光器件，包括由η型半導體層、發(fā)光層、P型半導體層構成的多層發(fā)光結構，其特征在于還包括 反射層，形成于所述P型半導體層上，含有易遷移金屬； 阱環(huán)結構，形成于所述P型半導體層，并包圍所述反射層，防止反射層的金屬向側壁遷移； 金屬覆蓋層，覆蓋所述反射層，并向所述阱環(huán)結構延伸。
2.根據(jù)權利要求I所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于根據(jù)反射層大小，在所述P型半導體形成講環(huán)結構，講環(huán)結構深度不超過150nm ;寬度不超過20um。
3.根據(jù)權利要求I所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述阱環(huán)結構包括一個或復數(shù)個阱環(huán)圍繞所述反射層。
4.根據(jù)權利要求I所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于在P型半導體層中，阱環(huán)內的電阻率比阱環(huán)外的電阻率高。
5.根據(jù)權利要求4所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述阱環(huán)結構為形成于P型半導體的凹槽結構。
6.根據(jù)權利要求5所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述凹槽結構填充有絕緣材料層。
7.根據(jù)權利要求5所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述凹槽結構填充有易與反射層材料共熔的金屬層。
8.根據(jù)權利要求I的所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述金屬覆蓋層厚度為200nm 2000nm，填滿阱環(huán)結構，并與整個P型層形成良好歐姆接觸。
9.根據(jù)權利要求I的所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述金屬覆蓋層的材料選自Ti、Pt、W、Au、Ni、Sn和Cr其中一種或其組合。
10.根據(jù)權利要求I的所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于利用離子注入的方法在P型半導體層包圍所述反射層的區(qū)域形成高阻結構，構成阱環(huán)結構。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防止金屬遷移的半導體發(fā)光器件，其包括由n型半導體層、發(fā)光層、p型半導體層構成的多層發(fā)光結構；反射層形成于所述P型半導體層上，含有易遷移金屬；阱環(huán)結構，形成于所述P型半導體層，并包圍所述反射層，防止反射層的金屬向側壁遷移；金屬覆蓋層，覆蓋所述反射層，并向所述阱環(huán)結構延伸，與阱環(huán)外的P型半導體形成良好歐姆接觸。在本發(fā)明中在p型半導體層形成阱環(huán)結構，其包圍反射層，從而在反射層外圍形成“釘扎”效果，阻止反射層金屬沿著反射層與P型半導體的接觸面向器件邊緣遷移，提高了器件的可靠性。
文檔編號H01L33/46GK102931314SQ20121037237
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權日2012年9月29日
發(fā)明者鐘志白, 李水清, 楊建健, 張燦源, 梁兆煊 申請人:廈門市三安光電科技有限公司