倒装片发光二极管及其制造方法

1.一种具有插在n型覆层与p型覆层之间的活性层的倒装片发光二极管，所述倒装片发光二极管包括： 在所述p型覆层上由添加了溶质元素的银(Ag)形成的反射层；以及 在所述反射层与所述p型覆层之间由Ag形成的扩散防止层，以在对所述反射层退火时防止所述溶质元素扩散到所述p型覆层的表面。
2. 如权利要求1所述的倒装片发光二极管，其中所述溶质元素是从包括 下列元素的族中选择出来的至少一个：铝(A1)、钇(Pd)、铜(Cu)、铬(Cr)、锌 (Zn)、铑(Rh)、镍(Ni)、铟(In)、锡(Sn)、钴(Co)、镁(Mg)、钌(Ru)、铱(Ir)、柏 (Pt)、金(Au)、铅(Pb)、锰(Mn)、铢(Re)、钼(Mo)、鵠(W)、钒(V)、铌(Nb)、 钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)、钪(Sc)、钇(Y)、铍(Be)、和镧(La)基元素。
3. 如权利要求1所述的倒装片发光二极管，还包括Ag凝聚防止层形成 于所述反射层上，并且所述Ag凝聚防止层由从包括下列的族中选择出来的 至少一个形成：樣（Ni)、 4艮（Ag)、锌（Zn)、 4美（Mg)、柏（Pt)、铜（Cu)、 钛（Ti)、鴒（W)、钼（Mo)、钽（Ta)、钒（V)、铼（Re)、及它们的合金、 和氮化钛(TiN)。
4. 如权利要求1所述的倒装片发光二极管，还包括插在所述反射层与所 述p型覆层之间的表面稳定层，其中该表面稳定层由从包括Ni、 Zn、 Cu、 Mg、它们的合金和透明导电氧化物的族中选择的任意一个形成，该透明导电 氧化物由铟（In)、锌（Zn)、锡（Sn)、铜（Cu)、银（Ag )、镓（Ga)、和镉 (Cd)中的任意一个和氧形成。
5. —种制造具有插在n型覆层与p型覆层之间的活性层的倒装片发光二 极管的方法，所述方法包括：通过在所述倒装片发光二极管的发光结构的所述p型覆层上使用添加了 溶质元素的Ag来形成反射层，在所述发光结构中，所述n型覆层、所述活 性层、以及所述p型覆层被依次沉积在基片上；以及对得到的结构退火；其中，在形成所述反射层之前在所述p型覆层上通过使用Ag来形成扩 散防止层，以在对所述反射层退火时防止所述反射层的溶质元素扩散到所述 p型覆层的表面。
6.如"利要求5所述的方法，其中所述溶质元素是从包括下列元素的族中选择出来的至少一个：Al、 Pd、 Cu、 Cr、 Zn、 Rh、 Ni、 In、 Sn、 Co、 Mg、 Ru、 Ir、 Pt、 Au、 Pb、 Mn、 Re、 Mo、 W、 V、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Ta、 Sc、 Y、 Be、和La基元素。
7. 如权利要求5所述的方法，还包括：在所述反射层上形成Ag凝聚防 止层，其中所述Ag凝聚防止层是由从包括下列的族中选择出来的至少一个 形成：Ni、 Ag、 Zn、 Mg、 Pt、 Cu、 Ti、 W、 Mo、 Ta、 V、 Re、它们的合金 和TiN。
8. 如权利要求5所述的方法，还包括：在形成所述反射层之前在所述p 型覆层上形成表面稳定层，其中该表面稳定层由从包括Ni、 Zn、 Cu、 Mg、 它们的合金和透明导电氧化物的族中选择的任意一个形成，该透明导电氧化 物由铟（In)、锌（Zn)、锡（Sn)、铜（Cu)、银（Ag)、镓（Ga)、和镉(Cd) 中的任意一个和氧形成。

倒装片发光二极管及其制造方法技术领域本发明涉及倒装片发光二极管(flip-chip light emitting diode, FCLED)及其 制造方法，尤其涉及一种具有改进热稳定性的电极结构的FCLED及其制造方法。背景技术半导体与电极之间的电阻性接触(ohmic contact)结构对实现发光二极管， 诸如激光二极管或使用氮化物半导体的发光二极管很重要，该氮化物半导体 例如是用于产生蓝、绿和紫外射线的氮化镓(GaN)半导体。目前在商业上使用 的传统GaN基发光二极管由绝缘蓝宝石（八1203)基片形成。这种GaN基发光二极管分为顶端发光二极管(top-emitting light emitting diode， TLED)和倒装片发光二极管(FCLED)。TLED通过接触p型覆层(cladding layer)的电阻性电极层来发光。另外，TLED具有恶化电特性的问题，例如由于具有低空穴浓度的p型 覆层的特性引起的低电流注入和电流散布。然而，这种问题可以通过开发一 种具有低薄膜电阻的透明电阻性接触电极来解决。TLED使用氧化的半透明镍(Ni)/金(Au)层作为基于过渡金属的金属层。在 这种情形中，过渡金属的一个示例是Ni。使用这种Ni基金属层作为半透明电阻性接触层，其具有10—3到l(r4Qcm2 的低特定接触电阻。当Ni/Au金属层在氧气环境中在温度500到600。C被退火时，由于低特 定接触电阻而在p型GaN与Ni之间的界面上形成作为p型半导体氧化物的 岛状氧化镍(NiO)，因此降低了 Schottky势垒高度(SBH)。另外，空穴、换句 话说，多数载流子被容易地提供给GaN的表面以便增加有效的载流子浓度。 另一方面，当Ni/Au金属层在接触p型GaN之后被退火时，Mg-H金属化合 物被消除，并且发生在GaN的表面上增加镁摻杂物浓度的再活化 (reactivation)。因此，在p型GaN的表面上有效的载流子浓度变成大于1019,\n并且在p型GaN与电极层之间发生隧道导电，这导致产生电阻性导电特性。 在这种情形下，使用Ni/Au的半透明电极层的TLED具有低的光使用效 率，因此难以实现高容量和亮度的发光二极管。目前，研发了一种使用诸如银(Ag)、氧化银(Ag20)、铝(A1)、或铑(Rh)的 具有高反射率材料的FCLED来实现高容量和亮度的发光二极管。这种材料具有高反射率来短时间产生高发光效率；然而，这种材料具有 低功函(work flmction),导致难以形成具有低电阻性的电阻性接触。结果，发 光二极管的使用寿命减少。另外，这种材料不能附着到GaN阱(well)，从而 恶化了发光二极管的可靠性。更具体地，A1具有低功函并且甚至在低温度产生氮化铝(A1N),从而难以 形成与p型GaN的电阻性接触。Rh具有相对高的高功函大约5eV,并且在退火之后产生作为镓复合物的 镓化物(gallide)，从而能够在p型GaN上形成优良的电阻性接触电极；然而， Rh与Al和Ag相比具有对光的低反射率。另外，Ag具有高反射率并且可以形成优良的电阻性接触；然而，Ag由 于热不稳定性不能形成良好的层。换句话说，Ag层是热不稳定的，因此在退 火的早期阶段产生凝聚现象。另外，Ag层在退火的最后阶段变化成空隙、小 丘、和岛状，导致电和光特性恶化。最近，进行开发提供高反射率同时具有低特定接触电阻的电阻性接触层 的研究，以使用发光二极管作为大面积和高容量发光二极管，诸如交通工具 的尾灯和家用照明。已经提供了一种Ni/Al结构和Ni/Ag结构；然而，这种结构不能容易地 形成电阻性接触并且当操作发光二极管时需要高操作电压，从而产生了大量 的热。另夕卜，美国专利号2002/0171087 Al公开了一种Ni/Ag电极结构和 Au/NiOx/Al电极结构。然而，这种电极结构具有低附着性和由于漫反射而导 致的低发光效率。发明内容本发明提供一种通过应用具有热稳定性和高可靠性的电阻性接触电极而 具有优良电特性的倒装片发光二极管(FCLED)及其制造方法。\n根据本发明的一方面，提供一种具有插在n型覆层与p型覆层之间的活 性层的FCLED,包括：在所述p型覆层上由添加了溶质元素(solute element) 的银(Ag)形成的反射层；以及在所述反射层与所述p型覆层之间由Ag形成的 扩散防止层，以在对所述反射层退火时防止所述溶质元素扩散到所述p型覆 层的表面。所述溶质元素可以是从包括下列元素的族中选择出来的至少一个：铝 (Al)、钇(Pd)、铜(Cu)、铬(Cr)、锌(Zn)、铑(Rh)、 4臬(Ni)、铟(In)、锡(Sn)、钴 (Co)、镁(Mg)、钌(Ru)、铱(Ir)、柏(Pt)、金(Au)、铅(Pb)、锰(Mn)、铼(Re)、 钼(Mo)、鴒(W)、钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)、钪(Sc)、 钇(Y)、铍(Be)、和镧(La)基元素。Ag凝聚防止层(APL)可以形成于所述反射层上，并且所述Ag APL可以 由从包括下列的族中选择出来的至少一个形成：Ni、 Ag、 Zn、 Mg、 Pt、 Cu、 Ti、 W、 Mo、 Ta、 V、 Re、及它们的合金、和氮化钬(TiN)。另外，所述FCLED还包括插在所述反射层与所述p型覆层之间的表面稳 定层，该表面稳定层由从包括Ni、 Zn、 Cu和Mg、它们的合金和透明导电氧 化物的族中选择的任意一个形成，该透明导电氧化物由In、 Zn、 Sn、 Cu、 Ag、 Ga、和镉(Cd)中的任意一个和氧形成。根据本发明的另一方面，提供一种制造具有插在n型覆层与p型覆层之 间的活性层的FCLED的方法，所述方法包括：通过在所述FCLED的发光结 构的所述p型覆层上使用添加了溶质元素的Ag来形成反射层，在所述发光 结构中，所述n型覆层、所述活性层、以及所述p型覆层被依次沉积在基片 上；以及对得到的结构退火；其中，在形成所述反射层之前在所述p型覆层 上使用Ag来形成扩散防止层，以便在对所述反射层退火时防止所述反射层 的溶质元素扩散到所述p型覆层的表面。所述方法还包括：在所述反射层上形成Ag凝聚防止层(APL),并且所述 AgAPL是由从包括下列的族中选择出来的至少一个形成：Ni、 Ag、 Zn、 Mg、 Pt、 Cu、 Ti、 W、 Mo、 Ta、 V、 Re、及它们的合金、和TiN。所述方法还包括：在形成所述反射层之前在所述p型覆层上形成表面稳 定层。附图说明\n通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上面和其他特征及优点将变得更加明显，其中：图l是根据本发明第一实施例的发光二极管的剖面图；图2是图解说明示出根据本发明实施例对其施加添加了铝的银并施加纯银的反射层的热稳定性的试验结果的照片；图3是根据本发明第二实施例的发光二极管的剖面图 图4是根据本发明第三实施例的发光二极管的剖面图 图5是根据本发明第四实施例的发光二极管的剖面图；禾 图6是根据本发明第五实施例的发光二极管的剖面图。具体实施方式现在参考附图来更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。图1是根据本发明第一实施例的倒装片发光二极管(FCLED)的剖面图。 参考图1， FCLED包括基片110、緩冲层120、 n型覆层130、活性层140、p型覆层150、和反射层230。附图标记180和190分别表示p型电极极板(pad)和n型电极极板。基片110到p型覆层150的多个层被称作发光结构，在p型覆层150上 形成的反射层230被称作p型电极结构。基片110可以由蓝宝石（八1203)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、和砷化镓(GaAs) 的任何一个形成。可以忽略緩沖层120。緩冲层120到p型覆层150的多个层由化合物形成，该化合物是从表示 为第III族氮化物基化合物的通式，换句话说，AlxlnyGazN(0^^1， 0S^1， OSz$l, 02+y+z^L)的化合物中选择的。另外，将相应的掺杂物添加到n型覆 层130和p型覆层150。活性层140可以由单个层或MQW层形成。例如，当使用氮化镓(GaN)基化合物半导体时，緩冲层120由GaN形成， n型覆层130通过添加诸如Si、 Ge、 Se、或Te的n型掺杂物到GaN来形成。 另外，活性层140由InGaN/GaN MQW或AlGaN/GaN MQW形成，p型覆层 150通过添加诸如镁(Mg)、锌(Zn)、钙(Ca)、锶(Sr)、或者钡(Ba)的p型掺杂物\n到GaN来形成。可以将n型电阻性接触层(未示出）插入n型覆层130与n型电极极板190 之间，并且可以通过依次沉积钛(Ti)和铝(Al)来形成n型电阻性接触层。可以通过依次沉积镍(Ni)/金(Au)或者银(Ag)/Au来形成p型电极极板180。可以通过电子束蒸发器、物理蒸汽沉积(PVD)、化学蒸汽沉积(CVD)、等 离子激光沉积(PLD)、双型热蒸发器、或真空镀膜(sputtering)来形成每一层。反射层230可以由具有高反射率的材料形成，增加p型覆层150的有效 载流子浓度，并且容易地与除了氮(N)之外的p型覆层150的元素，例如Ga 或A1起反应。例如，当GaN基化合物用于p型覆层150时，反射层230由 比N更好地与Ga起反应的材料形成。在这种情况下，由于p型覆层150的Ga与反射层230之间的反应，在p 型覆层150的表面上形成大量的Ga或Al空位。在p型覆层150上形成的Ga 或Al空位操作作为p型掺杂物，因此在p型覆层150的表面上有效p型载流 子浓度增加。另外，反射层230由留在p型覆层150的表面上并且对氧化镓(Ga-O)、 氧化铝(Al-O)、和氧化镁(Mg-O)进行去氧的材料形成，该材料操作作为在反 射层230与p型覆层150之间的界面上的载流子流动的势垒、以便当被氧化 并相变为导电性氧化物时减少Schottky势垒的高度和宽度。在p型GnN的表 面形成Ga空位、对氧化层去氧、以及被变化为导电性氧化物的材料可以生成 GaN半导体与触点金属电极之间的界面上的隧道导电性。在本发明的实施例中，使用添加了溶质元素的Ag合金作为反射层230, 以便改善Ag的热稳定性。施加到反射层230的溶质元素的示例包括当退火时难以与Ag形成化合 物的下列中的至少一个：Al、 4巴(Pd)、铜(Cu)、 4各(Cr)、 Zn、铑(Rh)、 Ni、铟 (In)、锡(Sn)、钴(Co)、 Mg、钌(Ru)、铱(Ir)、柏(Pt)、 Au、铅(Pb)、锰(Mn)、 4来(Re)、钼(Mo)、鴒(W)、钒(V)、铌(Nb)、钬(Ti)、 4告(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)、 钪(Sc)、钇(Y)、铍(Be)、和镧(La)基元素。确定添加到作为反射层230的主要元素，换言之，反射层230的基体的 Ag的溶液中金属的量以确保退火中的热稳定性并且形成与p型覆层150，例如p型GaN的优良电阻性接触。换言之，将0.001到49重量％的溶质元素添 加到Ag。在这种情况下，重量％表示所添加的元素的重量比。另外，反射层230可被形成为100到1000纳米的厚度。这样的反射层230可以由电子束蒸发器、热蒸发器、真空镀膜蒸发器、 或脉冲激光沉积来形成。用于形成反射层230的沉积温度是20到1500°C，并且蒸发器的压强是 大气压到10_12托。另外，可以在沉积反射层230之后执行退火，以便提高反射层230的电 和机械特性。在真空或大气环境下，在温度100到800°C执行退火10秒到3小时。在退火时输入到反应堆的气体的示例包括下列中的至少一种：N、氩(Ar)、 氦(He)、氧(O)、氢(H)、和空气。图2中示出了将根据本发明实施例的反射层230的热稳定性与仅由Ag 形成的反射层的热稳定性进行比较的实验结果。图2中的参考符号a)、b)和c)表示由纯Ag形成并且在真空状态下分别在 温度为标准温度、400。C和600。C下退火的及^射层的照片。另外，图2中的 参考符号d)、 e)和f)表示由添加了作为溶质元素的Al的Ag形成并且在真空 状态下分别在温度为标准温度、400°C和600。C下退火的反射层的照片。参考图2，在仅由Ag形成的反射层情形中，在温度400。C发生凝聚，并 且Ag反射层在温度600。C融化。然而，在由Ag和Al形成的^^射层情形中， 反射层在温度600°C下是热稳定的。另外，可以将凝聚防止层(APL)形成在反射层230上，以便防止反射层 230的凝聚。图3示出了这种结构。图1的相同元件被标识为图3中相同的附图标记。 参考图3，在发光二极管中，在反射层230上形成APL240。 在这种情况下，p型电极结构包括反射层230和APL 240。 APL240可以由防止形成反射层230的Ag或Ag合金凝聚的材料形成。 APL240的示例可以包括下列中的至少一种：Ni、 Ni合金、或Ni的固溶 体(solid solution); Ag、 Ag合金、或Ag的固溶体；Zn、 Zn合金、或Zn的固 溶体；Mg、 Mg合金、或Mg的固溶体；Pt、 Pt合金、或Pt的固溶体；Cu、 Cu合金、或Cu的固溶体；以及TiN、耐火金属、TiN合金、或TiN的固溶体。在这种情况下，耐火金属的示例包括Ti、 W、 Mo、 Ta、 V、和Re中的任意一个。另外，可以将扩散防止层插在p型覆层150与反射层230之间，以防止 組成反射层230的Ag合金或Ag固溶体的扩散，从而防止发光二极管的电和 光特性的恶化。图4中示出了这样的结构。参考图4,将扩散防止层220插在发光二极管的p型覆层150与反射层 230之间。扩散防止层220可仅由Ag形成。由Ag形成的扩散防止层220防止组成反射层230的Ag合金或Ag固溶 体在形成反射层230时扩散到p型覆层150，从而防止发光二极管的电和光 特性的恶化。扩散防止层220可被形成为10到1000纳米的厚度。可以将这样的扩散防止层220应用于图3的结构，并且在图5中示出了 由此得到的结构。图6是根据本发明第五实施例的发光二极管的剖面图。参考图6,根据本发明第五实施例的发光二极管包括依次沉积在p型覆 层150上的表面稳定层210、扩散防止层220、反射层230、和APL240。在这种情况下，p型电极结构包括表面稳定层210、扩散防止层220、反 射层230、和APL240。应用表面稳定层210来确保包含在扩散防止层220或反射层230中的Ag、 Ag合金、或者Ag的固溶体的热稳定性。表面稳定层210可由至少下列之一形成：Ni、 Zn、 Cu、 Mg、它们的合金、 和它们的固溶体，以及至少In、 Zn、 Sn、 Cu、 Ag、 Ga、 Cd中之一和氧的透 明导电氧化物。另外，当表面稳定层210由透明导电氧化物形成时，可以将掺杂物添加 到表面稳定层210，以便改善发光二极管的电和光特性。 表面稳定层210可被形成为小于10纳米的厚度。另外，通过在由基片110至p型覆层150形成的发光结构上沉积相应的p型电极结构和执行退化来形成根据图3至图6所示的本发明第二至第五实 施例的发光二极管。当执行退火时，可以改善诸如透光性的光特性和诸如电流-电压特性的电 特性。如上所述，根据本发明实施例的FCLED及其制造方法，提高FCLED的 热稳定性来改善p型覆层的电阻性接触特性，因此当封装发光二极管时提高 引线接合效率和产量。另外，由于低特定接触电阻和优良的电流-电压特性， 可以提高发光二极管的发光效率和使用寿命。虽然已经参考本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本 领域的普通技术人员应当理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神 和范围的情形中可以做出形式和细节上的各种变化。