BRPI1010215B1 - Dispositivo semicondutor emissor de luz e método para fabricar um dispositivo semicondutor emissor de luz - Google Patents
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Abstract
camada de contato tipo p para um dispositivo semicondutor emissor de luz iii-p um dispositivo inclui uma estrutura semicondutora com pelo menos uma camada emissora de luz iii-p disposta entre uma região tipo n e uma região tipo p. a estrutura semicondutora inclui adicionalmente uma camada de contato tipo p de gaasxp 1 -x, em que x < o, 45. um primeiro contato metálico está em contato direto com a camada de contato tipo p de gaasxpl-x· um segundo contato metálico está eletricamente conectado à região do tipo n. o primeiro e o segundo contato metálico são formados do mesmo lado da estrutura semicondutora.
Description
DISPOSITIVO SEMICONDUTOR EMISSOR DE LUZ E MÉTODO
PARA FABRICAR UM DISPOSITIVO SEMICONDUTOR EMISSOR DE LUZ
CAMPO DE INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a um dispositivo emissor de luz III-P e em particular a uma camada de contato para um dispositivo emissor de luz III-P de flip chip.
HISTÓRICO
Dispositivos semicondutores do grupo III-P como diodos emissores de luz (LEDs) (AlxGa1-x)1-yInyP são usados para produzir comprimentos de onda visíveis do vermelho ao âmbar. LEDs de AlInGaP são tipicamente formados por camadas epitaxiais crescentes, incluindo camadas do tipo p e do tipo n que imprensam uma camada ativa emissora de luz, em um substrato de crescimento de GaAs. Substratos ternários e quaternários de alta qualidade são muito difíceis de fabricar, portanto, substratos GaAs são comumente usados. Para produzir camadas de LED de baixo defeito, a constante de rede das camadas epitaxiais (AlxGa1x)1yInyP deve corresponder à constante de rede de GaAs. Para corresponder à constante de rede de GaAs, y = 0,48. O valor de x é ajustado para alcançar o comprimento de onda de emissão desejado.
Um LED III-P tipo flip chip descrito em US 7.244.630 é ilustrado na Fig. 1. Uma camada inferior limitante 22 de AlInP do tipo n cresce em um substrato de crescimento (não mostrado). A camada limitante de AlInP 22 tem um gap de energia que é maior do que o gap de energia da camada ativa. Uma camada ativa 24 de (AlxGa1x)0,47In0,53P, que pode compreender uma pluralidade de camadas, cresce sobre a camada limitante 22. Uma camada limitante superior do tipo p 26 de AlInP cresce sobre a camada ativa 24. Uma camada de contato de AlInGaP do tipo p altamente dopada 71 pode ser provida sobre a camada 26. As camadas 24, 26 e 71 são entalhadas para expor a camada limitante de n-AlInP 22 ao contato elétrico. Um eletrodo tipo n metálico 83, em seguida,
Petição 870190118510, de 14/11/2019, pág. 5/13
2/8 é formado para entrar em contato eletricamente com a camada limitante de n-AlInP 22, e um eletrodo tipo p 84 é formado para entrar em contato com a camada de p+ AlInGaP 71.
Os eletrodos tipo pen são ligados a pastilhas de metal no elemento de embalagem 87. O substrato pode ser removido após a ligação dos eletrodos ao elemento de embalagem 87. As vias acoplam eletricamente as pastilhas metálicas na parte de cima do elemento de embalagem 87 aos eletrodos tipo p e n 90, 91 na parte inferior do elemento de embalagem 87. Os eletrodos 90, 91 podem ser soldados a pastilhas em placa de circuito ou a pastilhas em outra embalagem.
A superfície de cima do LED (a camada de n-AUnP 22 no exemplo) é processada adicionalmente para ter recursos de extração de luz 92. Tais recursos podem incluir técnicas para rugosidade ou outras, tais como textura requisitada ou uma estrutura de cristal fotônico, para aumentar a emissão de luz.
SUMÁRIO
É um objetivo da invenção formar um dispositivo com uma camada de contato tipo p de GaAsxPi_x e um contato metálico em contato direto com a camada de contato tipo p de GaAsxPi_x. As realizações da invenção podem ter resistência de contato mais baixa que os dispositivos III-P convencionais.
De acordo com realizações da invenção, um dispositivo inclui uma estrutura de semicondutores com pelo menos uma camada emissora de luz III-P disposta entre uma região tipo n e uma região tipo p. A estrutura do semicondutor inclui adicionalmente uma camada de contato tipo p de GaAsxPi-x, em que x < 0,45. Um primeiro contato metálico está em contato direto com a camada de contato tipo p de GaAsxPi-x. Um segundo contato metálico está eletricamente conectado à região do tipo n. 0 primeiro e o segundo contato
3/8 metálico são formados do mesmo lado da estrutura do semicondutor.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Fig. 1 ilustra um LED III-P tipo flip chip da técnica anterior.
A Fig. 2 ilustra uma estrutura de dispositivo III-P crescida sobre um substrato de crescimento.
A Fig. 3 ilustra a estrutura da Fig. 2 após formar um contato tipo p, entalhar uma mesa e formar um contato tipo n.
A Fig. 4 ilustra um dispositivo III-P montado sobre uma montagem.
| A Fig. 5 ilustra um diagrama de | banda | de | energia |
| para uma parte de um dispositivo com uma | camada | de | contato |
| convencional. | |||
| A Fig.6 ilustra um diagrama de | banda | de | energia |
para uma parte de um dispositivo de acordo com realizações da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Nos dispositivos tais como o dispositivo ilustrado na Fig. 1, a camada de contato 71 é tipicamente de GaP. Ê difícil formar um contato tipo p ôhmico para GaP sem reduzir a reflexão causada pelo espalhamento de fótons na interface semicondutora metálica. A interface semicondutora metálica tipo p é de preferência tão lisa e uniforme quanto possível, para minimizar o espalhamento de fótons. Um contacto metálico tipo p convencional formado em uma camada de contato GaP tipicamente introduz pontas metálicas em uma interface não uniforme, o que causa espalhamento de fótons indesejável.
Em realizações da invenção, o contato tipo p metálico é formado em uma camada de contacto GaAsP, ao invés de uma camada de contato GaP.
As Figs. 2-4 ilustram a formação de um dispositivo
4/8 de acordo com realizações da invenção. Na Fig. 2, uma estrutura do dispositivo cresce sobre um substrato de crescimento 10, que pode ser GaAs ou qualquer substrato de crescimento adequado. Uma região de tipo n 12 cresce 5 primeiramente sobre o substrato de crescimento 10. A região tipo n 12 pode incluir múltiplas camadas de diferentes composições e concentração do dopante incluindo, por exemplo, camadas de preparação como camadas de bloqueio ou camadas de nucleação, que podem ser tipo n ou não intencionalmente 10 dopadas, camadas de liberação projetadas para facilitar a posterior liberação do substrato de crescimento ou afinamento da estrutura de semicondutores após a remoção do substrato e camada de dispositivo tipo n ou mesmo p projetadas para determinadas propriedades ópticas ou elétricas desejáveis 15 para a região de emissão de luz para emitir luz eficientemente. A região tipo n 12 pode incluir, por exemplo, uma camada de contato tipo n de (AlxGai-x) 0,52ln0,48P, onde x = 0,4.
A região de emissão de luz ou ativa 14 cresce sobre 2 0 a do tipo n 12. A região ativa 14 pode ser uma camada de emissão de luz fina ou de espessura única, ou uma região ativa de poço quântico múltiplo incluindo camadas emissoras de luz de poço quântico fino separadas por camadas de barreira.
Uma região do tipo p 16 cresce sobre a região ativa
14. Como a região tipo n, a região de tipo p pode incluir camadas múltiplas de diferentes composição, espessura e concentração de dopante, incluindo camadas que não são intencionalmente dopadas, ou camadas tipo η. A região tipo p 30 16 pode incluir, por exemplo, uma camada de revestimento tipo p de GaP ou AlInP. Em algumas realizações, a região tipo p 16 inclui uma camada de revestimento adjacente à região ativa e uma região de transição disposta entre a camada de
5/8 revestimento e a camada de contato descrita abaixo. Por exemplo, a camada de revestimento pode ser uma camada de Alo,48lno,52P (ou AlInGaP) de 1,5 pm de espessura e a região de transição pode ser uma camada de (AlxGai_x) o.sIno^P classificada em termo de composição fina (de espessura entre 20-5000 Â) , classificada, por exemplo, de AlInP para ( Alo , 3^θ·0,7 ) 0,47 In0,53 P ·
De acordo com realizações da invenção, uma camada de contato tipo p 18 cresce sobre a região tipo p 16. A camada de contato tipo p 18 pode ser, por exemplo, de GaAsxPix. A composição de As x é menor que 0,45, tal que o material esteja na região gap de energia indireta, para minimizar a absorção. A camada de contato tipo p 18 pode ter uma composição constante x, ou pode ser classificada em termos de composição de x = 0 (GaP) , a GaAsxPi-x, onde x < 0,45. Em uma camada de contato tipo p 18 com composição constante x, 0 < x < 0,45 em algumas realizações, 0,2 < x < 0,4 em algumas realizações e x = 0,3 em algumas realizações. Em uma camada de contato tipo p classificada em termos de composição 18, x é classificado em 0 a 0,45 em algumas realizações, em 0 a entre 0,2 e 0,4 em algumas realizações e em 0 a 0,3 em algumas realizações. A camada de contato tipo p 18 pode ser dopada com, por exemplo, Mg, Zn ou C, a uma concentração entre 3el8 cm’3 e lel9 cm3. A camada de contato tipo p 18 pode estar, por exemplo, entre 20 Â e 2 pm de espessura em algumas realizações e 0,5 pm de espessura em algumas realizações.
Em algumas realizações, uma camada de contato tipo p de GaAsP 18 cresce usando a tetrabutilarsina (TBAs) como a fonte da arsina e a tetrabutilfosfina (TBP) como a fonte da fosfina. A substituição de fontes convencionais como arsina (AsH3) e fosfina (PH3) por TBAs e TBP pode permitir que a camada de contato tipo p 18 cresça a uma temperatura mais
6/8 baixa, o que pode levar a um material de qualidade superior com melhores propriedades de contato. Por exemplo, a temperatura de crescimento pode ser diminuída tanto quanto 100°C quando TBAs e TBP são usadas como fontes, o que pode aumentar a eficiência de incorporação de dopagem de Mg em um fator de 2-2,5. 0 aumento na eficiência da dopagem de Mg permite uma menor concentração basal de reator (menores dopantes residuais basais) e pode produzir LEDs mais consistentes com maior emissão de luz.
Na Fig. 3, metais de contato são formados e uma mesa é entalhada no dispositivo. Um contato tipo p pode ser formado primeiramente, por exemplo, pela deposição de metal de contato ôhmico em regiões discretas 21. O metal de contato ôhmico 21 pode ser, por exemplo, AuZn ou Al, formado em pontos, em seguida recozido. Um espelho 20, que pode ser, por exemplo, prateado, forma-se sobre as regiões de metal de contato ôhmico 21. As regiões ôhmicas 21 estão entre 1 e 5 pm de diâmetro em algumas realizações e 3 pm de diâmetro em algumas realizações, e são espaçadas entre 5 e 15 pm em algumas realizações e 10 pm em algumas realizações.
Partes das camadas de contato tipo p, tipo p 16 e 18, e da região ativa 14 podem ser removidas para expor uma parte 27 da região tipo n 12. Um contato tipo n 25, que pode ser, por exemplo, AuGe, forma-se sobre a parte exposta 27 da região tipo n 12. Os contatos tipo n e p e 25 e 20/21 podem ser eletricamente isolados por uma escavação que pode ser preenchida com um material isolante 23. A parte da região tipo n 27 exposta pelo entalhe para formar um contato pode ser distribuída em todo o dispositivo.
Na Fig. 4, o dispositivo é unido a uma montagem e o substrato de crescimento é removido. Os contactos tipo n e p e 25 e 20 são elétrica e fisicamente conectados ã montagem 87 por interconexões tipo n e p 35 e 33. As interconexões podem
7/8 ser, por exemplo, solda, ouro ou qualquer outro material adequado. O dispositivo pode ser unido à montagem 87, por exemplo, por interconexões de solda de refluxo ou ligação ultrassônica de interconexões de ouro. Vias (não mostradas na Fig. 4) acoplam eletricamente pastilhas metálicas na parte superior da montagem 87 aos eletrodos tipo p e n 90, 91 na parte inferior da montagem 87. Os eletrodos 90, 91 podem ser soldados a pastilhas em placa de circuito ou a pastilhas em outra embalagem.
Depois de montar o dispositivo na montagem 87, o substrato de crescimento 10 pode ser removido, por exemplo, por entalhe. A estrutura de semicondutores 30 que resta após a remoção do substrato de crescimento pode ser afinada. A superfície superior pode ser texturizada, por exemplo, por promoção de rugosidade ou entalhe para formar um padrão como um cristal fotônico, para melhorar a extração de luz.
A Fig. 5 ilustra o diagrama de banda de uma parte de um dispositivo que inclui uma camada de contato de GaP convencional. A Fig. 6 ilustra o diagrama de banda de uma parte de um dispositivo que inclui uma camada de contato de GaAsP e uma camada de transição de (AlxGai-x) 0,5P classificada de acordo com realizações da invenção. O recorte na banda de Valencia entre a região tipo p 16 e a camada de contato p-GaP 4 0 na Fig. 5 pode deter furos. Como ilustrado na Fig. 6, a banda de valência de uma camada de contato de GaAsP 18 se alinha mais favoravelmente com aquela da camada de transição na região tipo p 16, e GaAsP possui um menor gap de energia, o que pode aumentar a concentração de furos ativos e reduzir a resistência de contato, que por sua vez pode reduzir a tensão inicial e aumentar a eficiência elétrica-óptica.
Além disso, a camada de contato tipo p de GaAsP 18 é altamente transparente para comprimentos de onda entre 580 e 620 nm, um intervalo de comprimento de onda comumente
8/8 emitido pela região ativa 14 descrita acima. A transparência do contato tipo p de GaAsP 18 pode reduzir a absorção interna e aumentar a extração de luz do dispositivo.
Adicionalmente, a formação de um contato metálico tipo p convencional em uma camada de contato GaP frequentemente resulta em pontas metálicas em uma interface não uniforme, o que causa espalhamento de fótons indesejável. Pontas metálicas podem ser formadas durante o processo de liga (que pode ser, por exemplo, um recozimento em alta temperatura) após a deposição de metal tipo p. Durante a etapa de liga, metais difundem-se para a camada semicondutora de contato tipo p a uma taxa não uniforme. Como resultado, algumas áreas da camada de contato têm uma maior penetração de metal, enquanto outras áreas têm menos. A penetração não uniforme pode fazer com que fótons sejam espalhados ou absorvidos na interface, por exemplo, quando o metal difuso forma uma liga com a camada de contato tipo p que absorve fótons. Camadas de contato de GaAsxPi_x de acordo com realizações da invenção, como descritas acima, têm um enfileiramento de banda mais favorável com o metal de contato tipo p, tal que a formação de liga pode não ser necessária, ou a temperatura de formação da liga pode ser reduzida, resultando em uma interface mais uniforme e menos pontas metálicas.
Tendo descrito a invenção em detalhe, os técnicos no assunto apreciarão que, dada a presente divulgação, podem ser feitas modificações à invenção sem se afastar do espírito do conceito inventivo descrito neste documento. Portanto, não se pretende que o escopo da invenção esteja limitado às realizações específicas ilustradas e descritas.
Claims (10)
- REIVINDICAÇÕES1. DISPOSITIVO SEMICONDUTOR EMISSOR DE LUZ, caracterizado por compreender:uma região do tipo n incluindo pelo menos uma camada do tipo n;uma região do tipo p incluindo:(a) uma camada de revestimento, (b) uma camada de contato tipo p tendo uma composição representada como GaASyP1-y, em que 0<y<0,45, e (c) uma camada classificada tipo p tendo uma composição representada como (AlxGa1-x)0,5In0,5P, a camada classificada tipo p sendo formada entre a camada de contato tipo p e a camada de revestimento, a camada classificada tipo p tendo uma banda de valência que se aproxima de uma banda de valência da camada de contato tipo p em uma fronteira entre a camada de contato tipo p e uma camada classificada tipo p;uma camada emissora de luz formada entre a região tipo n e a região tipo p;um contato n em contato com a camada tipo n; e um contato n acoplado à camada de contato tipo p.
- 2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camada classificada tipo p ser classificada a partir de AlInP para (Al0,3Ga0,7)0,47In0,53P.
- 3. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camada classificada tipo p ter uma espessura na faixa de 20 a 5000 Â.
- 4. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camada de contato tipo p ter uma espessura na faixa de 2 0 Â a 2 pm.
- 5. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camada de contato tipo p ter uma composição constante.
- 6. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1,Petição 870190118510, de 14/11/2019, pág. 6/132/3 caracterizado pela camada de contato tipo p ter uma composição classificada.
- 7. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camada de revestimento ser formada por um material tendo uma composição representada por Al0,48In0,52P, e a camada de revestimento estar em contato direto com a camada emissora de luz.
- 8. MÉTODO PARA FABRICAR UM DISPOSITIVO SEMICONDUTOR EMISSOR DE LUZ, caracterizado por compreender:a formação de uma estrutura semicondutora incluindo uma região tipo n e uma região tipo p, e uma camada emissora de luz disposta entre a região tipo n e a região tipo p, a região tipo p incluindo:(a) uma camada de revestimento, (b) uma camada de contato tipo p tendo uma composição representada como GaAsyP1yx, em que 0<y<0,45, e (c) uma camada classificada tipo p tendo uma composição representada como (AlxGa1-x)0,5In0,5P, a camada classificada tipo p sendo formada entre a camada de contato tipo p e a camada de revestimento, a camada classificada tipo p tendo uma banda de valência que se aproxima de uma banda de valência da camada de contato tipo p em uma fronteira entre a camada de contato tipo p e uma camada classificada tipo p;formando um contato n que é acoplado à região tipo n da estrutura semicondutora; e formando um contato p que é acoplado à camada de contato tipo p.
- 9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela camada de contato tipo p ser formada pelo uso de tetrabutilarsina (TBAs) como uma fonte de arsina.
- 10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela camada de contato tipo p ser formada pelo uso de tetrabutilfosfina (TBP) como uma fonte de fosfina.
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