化合物半导体晶片、发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及化合物半导体晶片、发光二极管及其制备方法。所述发光二极管包括含有发光层（２２）的化合物半导体晶体层（２）和通过金属层（５）被粘结到晶体层（２）的导电基底（６）。所述金属层（５）包括在所述化合物半导体晶体层（２）的一个主要表面上形成的第一金属层（５１）、在所述导电基底（６）的一个主要表面上形成的第二金属层（５３）以及在第一金属层（５１）和第二金属层（５３）之间形成的多孔金属微粒层，所述多孔金属微粒层包含平均直径为１ｎｍ～１００ｎｍ且被互相粘结的金属微粒。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术基于2007年5月24日提交的日本专利申请No. 2007-137765,此 处通过参考引入其全部内容。
技术介绍
1. 专利
本专利技术涉及化合物半导体晶片和发光二极管，所述发光二极管被构造成通 过金属层将化合物半导体晶体层与导电基底连接。本专利技术还涉及所述发光二极 管的制备方法。2. 相关技术的描述使用AlGalnP基半导体、AlGaAs基半导体以及AlGalnN基半导体作为其 发光层的发光二极管(LED)被用作各种信息设备、家用电子设备、工业设备 以及机动车的指示光源等，LED的市场的发展超过任何时候。特别是，在使 用AlGalnP基半导体的LED中，从亮度提高的角度，积极研究诸如化合物半 导体晶体层和由Si等构成的导电基底通过金属层被连接的结构，例如在 JP-A-H10-12917和JP-A-2001-339100中。图3是显示传统LED的截面结构图。该LED ^^皮构造成化合物半导体晶体 层2和导电基底6通过金属层5来连接。化合物半导体晶体层2主要包括第一 包覆层(cladding layer) 21、活性层22以及第二包覆层23。在化合物半导体 晶体层2的粘结部分侧面上形成透明膜3和局部欧姆电极4。在化合物半导体 晶体层2的发光侧面上形成第一电极1，在与粘结部分侧相对的导电基底6的 表面上形成第二电极7。第一电极l与化合物半导体晶体层2进行欧姆接触， 第二电极7与导电基底6进行欧姆接触。金属层5由单层或多层构成，并且通 常可以用作将化合物半导体晶体层2与导电基底6粘结的粘结层、用作将透明 膜3粘附到局部欧姆电极4的粘附层、用作光反射层、用作抑制局部欧姆电极 4和导电基底6的构成元素扩散到粘结部分的界面的层、以及用作与导电基底 6进行欧姆接触的层。下面简单描述图3所示LED的运行。当施加电压以打开第一电极1和第 二电极7之间的电流时，在活性层22中出现光发射。沿着第一包覆层21的方 向发射的光通过其光发射表面从LED向外部辐射。另一方面，沿着第二包覆 层23的方向发射的光在金属层5上^皮反射，通过光发射表面从LED向外部辐 射。因此，由于沿第二包覆层23的方向发射的光在金属层5的表面上被反射， 所以LED能够提高光的发射效率和亮度。下面简单描述图3中所述LED的制备方法的例子。首先，通过在单晶基底上形成化合物半导体晶体层2来制备外延晶片。通 过依次序在所述单晶基底上外延生长第一包覆层21、活性层22和第二包覆层 23来形成化合物半导体晶体层2。当化合物半导体晶体层2由AlGaAs基半导 体或者AlGalnP基半导体制成时，通常使用GaAs基底。当化合物半导体晶体 层由AlGalnN基半导体制成时，通常使用蓝宝石基底或GaN基底作为所述单 晶基底。作为外延生长方法，通常使用MOVPE(金属有机化合物气相外延法)。在外延生长之后，在外延晶片的化合物半导体晶体层2的表面上形成二氧 化硅、氮化硅等的透明膜3。作为形成透明膜3的方法，通常使用热CVD法 或等离子CVD法。形成透明膜3之后，通过使用光刻法来形成局部欧姆电极。 局部欧姆电极4是由单层或多层的金属层形成的。作为形成局部欧姆电极4 的方法，主要使用真空蒸发法或賊射法。粘结部分的金属层5更常见形成为多层，部分金属层5分别形成在化合物 半导体晶体层2的表面上、以及在导电基底6的粘结部分侧表面上。作为导电 基底6,通常使用Si，它具有良好的机械强度性能以及高的导热率。作为形成 金属层5的方法，主要使用真空蒸发法或溅射法。形成金属层5之后，执行粘结处理，同时将外延晶片和导电基底6层叠， 使得它们的金属层相互接触。通常在真空或非活性气体中执行粘结处理，使得 外延晶片和导电基底6被加热并且沿着与粘结界面几乎垂直的方向被加压。为了将外延晶片粘结到导电基底6上，可以使用利用低熔点材料作为金属 层5的方法以及利用金属间固态粘结的方法。在使用低熔点金属的方法中，执行粘结处理，使得Au-Sn等较低熔点合 金层被形成在外延晶片侧粘结表面上或者在导电基底6侧粘结表面上，接着加热到高于合金熔点的温度。粘结处理过程中的温度通常为200°C~400°C。在使用金属间固态粘结的方法中，执行粘结处理，使得Au等金属层被形 成在外延晶片侧粘结表面上以及在导电基底6侧粘结表面上。粘结处理过程中 的温度通常为300。C 50(TC。在粘结处理之后，去除单晶基底，以获得化合物半导体晶体层2和导电基 底6通过金属层5粘结的化合物半导体晶片。去除单晶基底是通过机械抛光、 使用蚀刻剂的蚀刻或其组合而执行的。接着，分别在化合物半导体晶片的化合 物半导体晶体层2侧表面和导电基底6侧表面上形成第一电极2和第二电极7。 接着，通过切片将化合物半导体晶片切成芯片(chip)。由此，制备出平面尺 寸为大约250^mx 500^im的LED。在形成第一电极1和第二电极7中，在大 约400 °C下执行热处理以得到低接触电阻的欧姆接触。当低熔点合金被用作为构成金属层5的粘结层时，在化合物半导体金属层 2和导电基底6之间的粘结界面出现气隙(air gap )，所以LED的生产产率显 著减少。 一般认为气隙是由在形成第一电极1和第二电极7的热处理过程中一 部分合金层被转化成液相所造成的。当用于固态粘结的Au层被用作构成金属层5的粘结层时，可以通过形成 总厚度为大约2pm的Au层来抑制出现气隙。当Au层的厚度小于2pm时，气 隙会增加。例如，当Si被用于导电基底6时， 一般估计由于与外延晶片在线 性膨胀系数上的差别，在粘结界面上会出现大的应力，并且导致出现气隙。当 形成更厚的Au时， 一般估计Au层可以作为应力緩和层，并且可以抑制气隙 的出现。然而，作为形成Au层方法的真空蒸发法和'戚射法存在问题，即Au材料 的利用效率非常低，为5%~25%，这造成Au层形成工艺的制备成本的增加。 此处，材料的利用效率的意思是指在粘结部分的表面上形成的金属层的重量与 真空蒸发或溅射方法的设备所消耗的材料的重量的比例。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种半导体晶片和发光二极管，它们允许提高 在制备半导体晶片和发光二极管时用于连接化合物半导体晶体层和导体基底 的金属材料的利用效率以及以低成本来制备。此外，本专利技术的另一个目的是l是供发光二极管的制备方法。另外，本专利技术的另一个目的是提供一种半导体晶片、发光二极管及其制备 方法，该制备方法可靠地抑制在化合物半导体晶体层和导电基底之间的粘结部 分出现的应力。(1) 根据本专利技术的一个实施方式， 一种化合物半导体晶片，包括 化合物半导体晶体层；以及通过金属层粘结到化合物半导体晶体层的导电基底，其中，所述金属层包括含有平均直径为lnm 100nm且相互粘结的金属微 粒的多孔金属微粒层。(2) 根据本专利技术的另一个实施方式， 一种发光二极管，包括 包含发光层的化合物半导体晶体层；以及 通过金属层粘结到化合物半导体晶体层的导电基底，其中，所述金属层包括在所述化合物半导体晶体层的一个主要表面上形成 的第一金属层、在所述导电基底的一个主要表面上形成的第二金属层以及在第 一金属层和第二金属层之间形成的多孔金属微粒层，所述多孔金属微粒层包括 平均直径为lnm 100nm且互相粘结的金属微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物半导体晶片，包括：化合物半导体晶体层；以及通过金属层粘结到所述化合物半导体晶体层的导电基底，其中，所述金属层包括含有平均直径为１ｎｍ～１００ｎｍ且互相粘结的金属微粒的多孔金属微粒层。

【技术特征摘要】
JP 2007-5-24 2007-1377651. 一种化合物半导体晶片，包括 化合物半导体晶体层；以及通过金属层粘结到所述化合物半导体晶体层的导电基底， 其中，所述金属层包括含有平均直径为lnm 100nm且互相粘结的金属微 粒的多孔金属微粒层。2. —种发光二极管，包括 包含发光层的化合物半导体晶体层；以及 通过金属层粘结到所述化合物半导体晶体层的导电基底，其中，所述金属层包括在所述化合物半导体晶体层的一个主要表面上形成 的第一金属层、在所述导电基底的一个主要表面上形成的第二金属层以及在第 一金属层和第二金属层之间所形成的多孔金属微粒层，所述多孔金属微粒层包 含平均直径为lnm 100nm且互相粘结的金属微粒。3. —种制备发光二极管的方法，所述发光二极管包括含有发光层的化合 物半导体晶体层和通过金属层被粘结到所述化合物半导体晶体层的导电基底， 所述方法包括在单晶基底上外延生长所述化合物半导体晶体层；在所述化合物半导体晶体层的最上层的表面上形成第一金属层；在所述导电基底的表面上形成第二金属层；在所述第一金属层和/或所述第二金属层的表面上形成金属微粒层，所述 金属微粒层包含平均直径为lnm 100nm且互相粘结的金属微粒；将所述单晶基底上的所述第一金属层与所述导电基底上的所述第二金属 层通过所述金属微粒层粘结；以及去除所述导电基底上的所述单晶基底。4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述金属微粒层的形成包括 涂覆包含金属纟鼓粒的液体形式或糊状形式材料；加热所述液体形式或糊状形式的材料，以蒸发所述液体形式或糊状形式材 料中所包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥健，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]