本发明涉及一种半导体发光二极管器件及其形 成方法。 背景技术

近年， III-V族化合物半导体发光二极管（LED)备受关注 。 LED产品随着不断 的市场化， 芯片和灯具价格也都在按平均每 20-30%的跌幅下降。 III-V族化合物半 导体发光二极管的关键技术主要包括外延片的 生长和芯片的电极制作。

为了进一步降低 LED 的制造成本， 目前业界有在尝试利用硅和金属材料作为 衬底材料开发高功率 LED, 但随着蓝宝石衬底制造成本的连续下跌， 硅和金属材料 的成本优势已经不明显。然而，硅及其他衬底 材料因为吸光仍然需要在后期进行转 移衬底， 导致制造良率的下降。 对于芯片的电极制作， 由于蓝宝石衬底是绝缘体， 为了使具有 PN结特性的 III-V族化合物半导体器件发光，必须制作 P电极和 N电极 与各自的 P型和 N型半导体层接触。

LED芯片根据工作时电流流过的路径不同可以分 为垂直结构和平面结构。传统 的平面结构芯片工艺是在蓝宝石生长基板上依 次生长 N型氮化镓、 有源层、 P型氮 化镓， 并利用干法刻蚀将部分 P型氮化镓和有源层刻蚀完裸露 N型氮化镓， 并在 P 型氮化镓和 N型氮化镓上制作电极，从而形成水平结构 LED芯片。垂直结构芯片工 艺是将外延层置于导电基板上， 电流形成上下流通。此外， 根据 LED的出光面不同 又可以将芯片分为正装结构和倒装结构， 正装结构为 P 面出光， 而倒装结构为 N 面出光。

LED器件中电极必须满足： （1 ) 保证电极上电压降小， 要求金属电阻率低； ( 2 )与 N型和 P型半导体形成的欧姆接触电阻低； （3 )具有一定的光透过性或反 射性； （4) 高温大电流下抗电迁移能力要强； （5 ) 抗电化学腐蚀能力强； （6) 易于键合； （7 )薄膜沉积和光刻成形简单； （8 )成本低。 现有技术中的成熟工艺 普遍采用 NiAu和 ITO作为正极的扩展电极， 因为其具有良好的可见光波段的透过 性和与 P型化合物半导体层较低的接触电阻。迄今为� �人们都集中在器件的结构和 材料上来不断提升发光二极管的亮度和性能， 同时在不断的降低制造的成本。 现在的 m-V族的半导体光电子器件中采用纯金属如 Al、 Ni、 Cr、 Ti、 Pt、 Au 等材料来形成电极。随着 LED对通用照明领域的渗透， 高亮高功率的光电子器件应 运而生， 大尺寸、 高热量对芯片工艺提出了更高的要求。大尺寸 芯片的表面电流扩 展，对芯片表面的热分布和光分布都具有重要 影响，所以大范围的电极分布对电流 的分布是有易的。金或铝因为其低电阻率被广 泛的运用在各种功率芯片上，作为电 极的主要材料。 但是铝熔点较低 （66CTC ) ， 电迁移性较高， 不适合大电流高功率 芯片的电极材料运用， 而金价格昂贵， 金层电极一般都要做到 lum以上， 蒸发相当 厚的金将导致金材料消耗较大。 LED的应用及不断发展， 金作为贵重金属材料价格 不断上涨， 此部分的成本压缩空间较小， 不利于 LED器件成本的降低。

下表示出了各种电极材料的参数对比：

由上表可见， 与铝、 金类似， 硅、 铜、 钨等材料由于电阻率、 熔点等参数的 限制， 也并不是 LED电极的理想材料。 发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种半导体发 光二极管器件及其形成方法， 能够更好地满足 LED器件对电极悍接层的需求。

为解决上述技术问题， 本发明提供了一种半导体发光二极管器件， 包括： 有源层； P型半导体层和 N型半导体层， 分别位于所述有源层的两侧；

与所述 P型半导体层电性连接的正电极悍接层；

与所述 N型半导体层电性连接的负电极悍接层；

所述正电极悍接层和 /或负电极悍接层的材料为铝合金材料。

可选地， 所述铝合金材料中铝元素的含量大于等于 50%， 小于 100%。

可选地， 所述铝合金材料中铝元素的含量大于等于 90%， 小于 100%。

可选地， 所述铝合金材料是铝和硼、 钙、 镁、 锗、 硅中的一种组成的二元合 金。

可选地， 所述铝合金材料中硼、 钙、 镁、 锗、 硅其中一种的含量为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述铝合金材料是铝和 IVB族、 V B族、 VIB族、 ΥΠΒ族、 IB族、 環 族过渡族中一种或多种元素形成的铝合金材料 。

可选地， 所述铝合金材料中 IVB族、 VB族、 VIB族、 ΥΠΒ族、 IB族、 環族过 渡族其中一种或多种元素的含量总计为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述铝合金材料是硼、 钙、 镁、 锗、 硅中的一种元素以及 IVB族、 V

B族、 VIB族、 ΥΠΒ族、 IB族、 環族过渡族中一种或多种元素与铝形成的铝合 金材 料。

可选地，所述铝合金材料中硼、钙、镁、锗、 硅其中一种元素的含量为 0.广 5wt%， IVB族、 VB族、 VIB族、 VIIB族、 IB族、 環族过渡族其中一种或多种元素的含量 总计为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述 N型半导体层为 N型掺杂的 III- V族化合物半导体层， 所述 P型 半导体层为 P型掺杂的 III- V族化合物半导体层。

可选地， 所述正电极悍接层和负电极悍接层位于所述半 导体发光二极管器件 的同侧或者异侧。

可选地， 所述半导体发光二极管器件还包括： 位于所述 P型半导体层上并与 其接触的扩展电极层， 所述正电极悍接层位于所述扩展电极层上并与 其接触。

可选地， 所述半导体发光二极管器件还包括： 位于所述 P型半导体层上并与 其接触的扩展电极层，位于所述扩展电极层上 并与其接触的正电极接触层，所述正 电极悍接层位于所述正电极接触层上并与其接 触。 可选地， 所述半导体发光二极管器件还包括： 位于所述 P型半导体层上并与 其接触的扩展电极层，位于所述扩展电极层上 并与其接触的正电极接触层，位于所 述正电极接触层上并与其接触的正电极过渡层 ，所述正电极悍接层位于所述正电极 过渡层上并与其接触。

可选地， 所述半导体发光二极管器件还包括： 位于所述 N型半导体层上并与 其接触的负电极接触层， 所述负电极悍接层位于所述负电极接触层上并 与其接触。

可选地， 所述半导体发光二极管器件还包括： 位于所述 N型半导体层上并与 其接触的负电极接触层，位于所述负电极接触 层上并与其接触的负电极过渡层，所 述负电极悍接层位于所述负电极过渡层上并与 其接触。

可选地， 所述有源层的平面面积大于 100平方毫英寸。

可选地， 所述有源层的平面面积大于 300平方毫英寸。

可选地， 所述有源层的平面面积选自 576平方毫英寸、 800平方毫英寸、 1444 平方毫英寸、 1600平方毫英寸、 2025平方毫英寸、 3600平方毫英寸。

可选地， 所述半导体发光二极管器件的工作电流大于 20mA小于 1A。

可选地， 所述半导体发光二极管器件的工作电流为 350mA、 500mA, 500mA或

1A的正向工作电流。

可选地， 所述正电极悍接层和负电极悍接层的厚度为 0.广 10μηι。

可选地， 所述铝合金材料是铝和硅组成的合金。 可选地， 所述铝合金材料中 硅的含量为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述铝合金材料是铝和铜组成的合金。

可选地， 所述铝合金材料中铜的含量为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述铝合金材料是铝、 硅和铜组成的合金。

可选地， 所述铝合金材料中硅和铜的含量总计为 0.广 5wt%， 其余为铝。

本发明还提供了一种半导体发光二极管器件的 形成方法， 包括：

在蓝宝石基板上依次形成 N型半导体层、 有源层和 P型半导体层；

形成正电极悍接层和负电极悍接层， 所述正电极悍接层与所述 P型半导体层 电性连接， 所述负电极悍接层与所述 N型半导体层电性连接；

所述正电极悍接层和 /或负电极悍接层的材料为铝合金材料。

可选地， 所述铝合金材料中铝元素的含量大于等于 50%， 小于 100%。 可选地， 所述铝合金材料中铝元素的含量大于等于 90%， 小于 100%。

可选地， 所述铝合金材料是铝和硼、 钙、 镁、 锗、 硅中的一种组成的二元合 金。

可选地， 所述铝合金材料中硼、 钙、 镁、 锗、 硅其中一种的含量为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述铝合金材料是 IVB族、 VB族、 VIB族、 ΥΠΒ族、 IB族、 環族过 渡族中一种或多种元素与铝形成的铝合金材料 。

可选地， 所述铝合金材料中 IVB族、 VB族、 VIB族、 ΥΠΒ族、 IB族、 環族过 渡族其中一种或多种元素的含量总计为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述铝合金材料是硼、 钙、 镁、 锗、 硅中的一种元素以及 IVB族、 V

B族、 VIB族、 ΥΠΒ族、 IB族、 環族过渡族中一种或多种元素与铝形成的铝合 金材 料。

可选地，所述铝合金材料中硼、钙、镁，锗， 硅其中一种元素的含量为 0.广 5wt%， IVB族、 VB族、 VIB族、 VIIB族、 IB族、 環族过渡族其中一种或多种元素的含量 总计为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述 N型半导体层为 N型掺杂的 III- V族化合物半导体层， 所述 P型 半导体层为 P型掺杂的 III- V族化合物半导体层。

可选地， 形成正电极悍接层和负电极悍接层包括：

在所述 P型半导体层上形成扩展电极层；

在所述扩展电极层上形成所述正电极悍接层；

对所述扩展电极层、 P型半导体层、有源层和 N型半导体层进行刻蚀以形成沟 槽， 所述沟槽底部暴露出所述 N型半导体层；

在所述沟槽底部的 N型半导体层上形成所述负电极悍接层。

可选地， 在形成所述 N型半导体层、 有源层和 P型半导体层之后， 形成所述 正电极悍接层和负电极悍接层之前所述方法还 包括：

将所述 N型半导体层、 有源层和 P型半导体层转移至转移基板上， 并剥离去 除所述蓝宝石基板， 其中 P型半导体层靠近所述转移基板；

形成正电极悍接层和负电极悍接层包括：

在所述 N型半导体层上形成所述负电极悍接层； 在所述转移基板上形成所述正电极悍接层， 所述正电极悍接层和所述负电极 悍接层位于所述半导体发光二极管器件的异侧 。

可选地， 所述正电极悍接层和负电极悍接层的厚度为 0.广 10μηι。

可选地， 所述有源层的平面面积大于 100平方毫英寸。

可选地， 所述半导体发光二极管器件的工作电流大于 20mA小于 1A。

可选地， 所述半导体发光二极管器件的工作电流为 350mA、 500mA, 500mA或 1A的正向工作电流。

可选地， 所述铝合金材料是铝和硅组成的合金。 可选地， 所述铝合金材料中 硅的含量为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述铝合金材料是铝和铜组成的合金。

可选地， 所述铝合金材料中铜的含量为 0.广 5wt%， 其余为铝。

可选地， 所述铝合金材料是铝、 硅和铜组成的合金。

可选地， 所述铝合金材料中硅和铜的含量总计为 0.广 5wt%， 其余为铝。 与现 有技术相比， 本发明具有以下优点：

本发明实施例的半导体发光二极管器件及其形 成方法中， 正电极悍接层和 /或 负电极悍接层的材料为铝合金材料， 能够提高在大电流下的抗电迁移性，提升器件 的热稳定性，与常规的铝材料相比提高器件使 用寿命，并有利于产业化成本的控制。 附图概述

图 1是本发明第一和第二实施例的半导体发光二� �管器件的剖面结构示意图； 图 2是本发明第三实施例的半导体发光二极管器� �的剖面结构示意图； 图 3是本发明第四实施例的半导体发光二极管器� �的剖面结构示意图； 图 4是本发明第五实施例的半导体发光二极管器� �的剖面结构示意图。 具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步 说明， 但不应以此限制本发 明的保护范围。

第一实施例

图 1示出了第一实施例的半导体发光二极管器件� �剖面结构， 包括： 基板 10； 依次位于基板 10上的 N型半导体层 2、 有源层 3和 P型半导体层 4 ; 位于 P型半导体层 4上的扩展电极层 5 ; 位于扩展电极层 5上的正电极悍接层 61 ; 位于 P型半导体层 4、 有源层 3和 N型半导体层 2中的沟槽， 该沟槽的底部暴 露出 N型半导体层 2 ; 位于该沟槽底部的负电极悍接层 62。 本实施例中， 正电 极悍接层 61和负电极悍接层 62位于整个半导体发光二极管器件的同一侧。

其中， 基板 10可以是蓝宝石基板， N型半导体层 2可以是 N型掺杂的 III- V族化合物半导体层 （如氮化镓） ， P型半导体层 4可以是 P型掺杂的 III- V族 化合物半导体层 （如氮化镓） 。 扩展电极层 5的材料可以是 IT0等。

正电极悍接层 61和负电极悍接层 62的厚度为 0. Γΐθμηι,二者其中的一个 或者两个的材料为铝合金材料。 该铝合金材料中铝元素的含量大于等于 50%， 小于 100%， 优选地， 铝元素的含量大于等于 90%， 小于 100%。

或者， 该铝合金材料可以是硼、 钙、 镁、 锗、 硅中的一种与铝组成的二元 合金， 其中， 硼、 钙、 镁、 锗、 硅其中一种的含量为 0.广 5wt%， 其余为铝。

或者， 该铝合金材料可以是铝和 IVB族、 V B族、 VIB族、 ΥΠΒ族、 IB族、 環族过渡族中一种或多种元素形成的铝合金材 料， 其中， WB族、 V B族、 VIB 族、 ΥΠΒ族、 IB族、 環族过渡族其中一种或多种元素的含量总计为 0.广 5wt%， 其余为铝。

或者， 该铝合金材料可以是铝和硼、 钙、 镁， 锗， 硅中的一种元素以及 IV B族、 V B族、 VIB族、 ΥΠΒ族、 IB族、 環族过渡族中一种或多种元素形成的铝 合金材料， 其中， 硼、 钙、 镁， 锗， 硅其中一种元素的含量为 0.广 5wt%， IVB 族、 V B族、 VIB族、 VIIB族、 IB族、 環族过渡族其中一种或多种元素的含量 总计为 0.广 5wt%， 其余为铝。

优选地， 正电极悍接层 61和负电极悍接层 62所采用的铝合金材料是铝和 硅组成的合金， 其中硅的含量为 0.广 5wt%， 其余为铝； 或者是铝和铜组成的合 金， 其中铜的含量为 0.广 5wt%， 其余为铝； 或者是铝、 硅和铜组成的合金， 其 中硅和铜的含量总计为 0.广 5wt%， 其余为铝。

有源层 3的平面面积大于 100平方毫英寸， 优选为大于 300平方毫英寸， 例如可以选自 576平方毫英寸、 800平方毫英寸、 1444平方毫英寸、 1600平方 毫英寸、 2025平方毫英寸、 3600平方毫英寸。 半导体发光二极管器件的工作电流大于 20mA小于 1A， 例如可以是 350mA、 500mA, 500mA或 1A的正向工作电流。

本实施例中， 正电极悍接层 61和负电极悍接层 62的厚度具体为 2μηι， 其 材料为 Al-lwt%S i-0. 5wt%Cu的铝合金。 有源层 3 的平面面积为 576平方毫英 寸， 150mA工作时的正向电压为 3. 2V。

对于第一实施例的半导体发光二极管器件， 其形成方法可以包括： 在基板 10上依次形成 N型半导体层 2、 有源层 3和 P型半导体层 4 ; 在 P型半导体层 4上沉积扩展电极层 5 ; 在扩展电极层 5上形成正电极悍接层 61 ; 对扩展电极 层 5、 P型半导体层 4、 有源层 3和 N型半导体层 2进行刻蚀以形成沟槽， 该沟 槽底部暴露出 N型半导体层 2 ; 在沟槽底部的 N型半导体层 2上形成负电极悍 接层 62。 其中， 正电极悍接层 61和负电极悍接层 62的形成方法为磁控溅射、 电子束蒸发、 激光脉冲沉积、 或喷涂法， 本实施例中优选为磁控溅射法， 具体 工艺参数如下表所示：

第二实施例

第二实施例的半导体发光二极管器件的结构和 形成方法与第一实施例相 同，仅是其正电极悍接层 61和负电极悍接层 62的厚度为 4μηι，材料为 Al-lwt%Cu 的铝合金， 有源层 3的平面面积为 2025平方毫英寸， 350mA工作时的正向电压 为 3· 3V o

第三实施例

图 2示出了第三实施例的半导体发光二极管器件� �剖面结构， 其结构和形 成方法与第一实施例中的器件基本类似， 仅是在扩展电极层 5上还形成有正电 极接触层 71， 正电极悍接层 61形成在正电极接触层 71上， 正电极接触层 71 能够减小欧姆接触。 此外， 正电极接触层 71和正电极悍接层 61之间还可以形 成有正电极过渡层 （图中未示出） ， 该正电极过渡层可以用于阻止正电极悍接 层 61与扩展电极层 5的相互扩散反应， 可选的材料可以是 Ti、 Pt、 Ni、 W、 TiW 等。 第三实施例中， 该半导体发光二极管器件中正电极悍接层 61 和负电极悍 接层 62的厚度为 2μηι， 其材料优选为 Al-lwt%Si-0. 5wt%Cu的铝合金， 正电极 接触层 71的厚度为 5nm， 材料为 Ti， Ti具有良好的热稳定性和电化学稳定性。 有源层 3的平面面积为 576平方毫英寸， 150mA工作时的正向电压为 3. 2V。

关于第三实施例中正电极悍接层 61和负电极悍接层 62的铝合金材料的其 他方案请参见第一实施例中的相关描述， 这里不再赘述。

第四实施例

图 3示出了第四实施例的半导体发光二极管器件� �剖面结构， 其结构和形 成方法与第一实施例中的器件基本类似， 仅是在扩展电极层 5上还形成有正电 极接触层 71， 正电极悍接层 61形成在正电极接触层 71上； 在 N型半导体层 2 上形成有负电极接触层 72， 负电极悍接层 62形成在负电极接触层 72上。 正电 极接触层 71 和负电极接触层 72 能够减小接触电阻。 此外， 正电极接触层 71 和正电极悍接层 61 之间还可以形成有正电极过渡层 （图中未示出） ， 负电极 接触层 72和负电极悍接层 62之间还可以形成有负电极过渡层（图中未示� ��）， 以阻止层间的相互扩散反应， 其正电极过渡层和负电极过渡层的材料可以是 Ti、 Pt、 Ni、 W、 TiW等金属。

第四实施例中， 该半导体发光二极管器件中正电极悍接层 61 和负电极悍 接层 62的厚度为 4μηι， 其材料优选为 Al-lwt%Cu的铝合金， 有源层 3的平面面 积为 2025平方毫英寸， 350mA工作时的正向电压为 3. 3V。

关于第四实施例中正电极悍接层 61和负电极悍接层 62的铝合金材料的其 他方案请参见第一实施例中的相关描述， 这里不再赘述。

第五实施例

图 4示出了第五实施例的半导体发光二极管器件� �剖面结构， 包括： 有源 层 3、 分别位于有源层 3两侧的 N型半导体层 2和 P型半导体层 4; 负电极悍 接层 62， 与 N型半导体层 2接触； 转移基板 11， 通过衔接层 8与 P型半导体 层 4相连； 正电极悍接层 61， 与转移基板 1 1接触， 正电极悍接层 61通过转移 基板 11、 衔接层 8与 P型半导体层 4电性连接。 即本实施例中， 正电极悍接层 61和负电极悍接层 62位于器件的异侧， 也就是属于垂直结构。 其中， 衔接层 8 可以包括电流扩展层、 光反射层、 悍料层， 如高光反射金属层与金属悍料层 的组合或是透明导电层、 高反射介质层与金属悍料层的组合， 在此一并称作衔 接层。

该发光二极管器件的形成方法可以包括： 在蓝宝石基板上依次形成 N型半 导体层 2、 有源层 3和 P型半导体层 4; 将 N型半导体层 2、 有源层 3和 P型半 导体层 4转移至转移基板 11上， 并剥离去除蓝宝石基板， 其中 P型半导体层 4 靠近转移基板 1 1并通过衔接层 8与转移基板 11相连，此后可以对转移基板 1 1 进行减薄； 在 N型半导体层 2上形成负电极悍接层 62 ; 在转移基板 1 1上形成 正电极悍接层 61。

第五实施例中， 正电极悍接层 61 的材料优选为 Al-lwt%S i-0. 5wt%Cu， 厚 度为 5μηι _; 负电极悍接层 62的材料优选为 Al-lwt%S i-0. 5wt%Cu， 厚度为 4μηι。 该器件在 350mA下工作具有较高的光提取效率， 达到 40%以上， 正向电压能达 到 3. 2V。正电极悍接层 61和负电极悍接层 62采用上述材料能够在不降低器件 电压的条件下， 同时降低支座成本、 提高电极的耐热性和导热性， 延长器件的 使用寿命。

关于正电极悍接层 61和负电极悍接层 62的铝合金材料的其他方案请参见 第一实施例中的相关描述， 这里不再赘述。

本发明虽然以较佳实施例公开如上， 但其并不是用来限定本发明， 任何本 领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内 ， 都可以做出可能的变动和修 改， 因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求 所界定的范围为准。