CN102067337A - 具有硅胶保护层的半导体发光器件 - Google Patents

具有硅胶保护层的半导体发光器件 Download PDF

Info

Publication number
CN102067337A
CN102067337A CN200880130740XA CN200880130740A CN102067337A CN 102067337 A CN102067337 A CN 102067337A CN 200880130740X A CN200880130740X A CN 200880130740XA CN 200880130740 A CN200880130740 A CN 200880130740A CN 102067337 A CN102067337 A CN 102067337A
Authority
CN
China
Prior art keywords
doping semiconductor
semiconductor layer
layer
silica gel
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200880130740XA
Other languages
English (en)
Inventor
江风益
刘军林
王立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lattice Power Jiangxi Corp
Original Assignee
Lattice Power Jiangxi Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lattice Power Jiangxi Corp filed Critical Lattice Power Jiangxi Corp
Publication of CN102067337A publication Critical patent/CN102067337A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating

Abstract

本发明的一个实施例提供一种半导体发光器件，该器件包括：衬底，位于所述衬底上的第一掺杂半导体层，位于所述第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层，位于所述第一和第二掺杂半导体层之间的多量子阱(MQW)有源层。该器件进一步包括与所述第一掺杂半导体层连接的第一电极，与所述第二掺杂半导体层连接的第二电极以及硅胶保护层。所述硅胶保护层实质上覆盖了所述第一和第二掺杂半导体层以及MQW有源层的侧壁，以及未被所述第二电极覆盖的所述第二掺杂半导体层的部分水平表面。

Description

具有硅胶保护层的半导体发光器件
技术领域
本发明涉及一种半导体发光器件的设计。更具体而言，本发明涉及一种具有硅胶保护层的新型半导体发光器件。
背景技术
期待固态照明引领下一代照明技术。高亮度发光二极管(HB-LED)从作为显示器件的光源至替代传统照明的灯泡，正呈现应用数量不断上升的趋势。一般来说成本，能效和亮度是决定LED商业生存能力的三个最主要的参数。
LED产生的光线来自有源区，该区“夹于”受主掺杂层(p-型层)和施主掺杂层(n-型掺杂层)之间。当LED被施以正向电压时，载流子，包括来自p-型层的空穴和n-型层的电子，在有源区复合。在直接宽禁带材料中，这种复合过程释放出光子或光线形式的能量，其中光线的波长对应于有源区域内宽禁带材料的能量。
取决于衬底的选择和半导体层堆叠的设计，LED可形成两种结构，即横向电极结构(两个电极位于衬底的同侧)和垂直电极结构(电极位于衬底的两侧)。图1A和1B图示了这两种结构，其中图1A图示了典型横向电极LED的横截面视图，而图1B图示了典型垂直电极LED的横截面视图。图1A和1B中图示的两种LED包括衬底层102，n-型掺杂层104，多量子阱(MQW)有源层106，p-型掺杂层以及与n-型掺杂层连接的n-侧电极112。
LED制造技术的最近发展使得应用GaN-基Ⅲ-Ⅴ化合物半导体作为短波长LED的材料成为可能。这些GaN基LED将LED的发射光谱延展至绿光，蓝光及紫外区域。应注意的是在以下的讨论中，“GaN材料”可大致包括InxGayAl1-x-yN((0≤x≤1，0≤y≤1)基化合物。这种化合物可是二元，三元或四元化合物，如GaN，InGaN和InGaAlN。
晶片邦定技术作为用于制备GaN基材料的垂直电极LED的方法之一，通常来说，首先在生长衬底上生长的半导体多层结构与另一基础衬底邦定，之后利用多种化学和机械的方法剥离生长衬底。然而，多种缺陷如在邦定界面常有裂纹和气泡，减弱了GaN外延膜和基础衬底之间的粘接。此外，GaN外延膜极薄且脆，使得后续制造过程，如切割、测试及封装困难。例如，在测试过程期间，真空吸钳常常被用于提升LED芯片，而由真空吸钳作用在LED表面上的接触力常常使LED芯片龟裂或者甚至是破裂。
另外，由于GaN的材料特性，即使用于没有晶片邦定的LED制造中，在测试和封装期间，龟裂和破裂仍然是一个问题，产率并因此而降低。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种半导体发光器件，该器件包括：衬底，位于所述衬底上的第一掺杂半导体层，位于所述第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层，位于所述第一和第二掺杂半导体层之间的多量子阱(MQW)有源层，与所述第一掺杂层连接的第一电极，与所述第二掺杂层连接的第二电极，以及硅胶保护层，其中所述硅胶保护层实质上覆盖所述第一和第二掺杂半导体层以及MQW有源层的侧壁以及未被所述第二电极覆盖的所述第二掺杂半导体层的水平表面部分。
在该实施例的一个变型中，所述硅胶保护层包括DOW CORNING
Figure BPA00001311319500021
5351可光刻图形化的旋涂硅胶。
在该实施例的另一变型中，所述硅胶保护层的厚度范围为1～100微米。
在该实施例的另一变型中，所述衬底包括下列材料的至少一种：Cu，Cr，Si和SiC。
在该实施例的一个变型中，所述第一掺杂半导体层是p-型掺杂半导体层。
在该实施例的一个变形中，所述第二掺杂半导体层是n-型掺杂半导体层。
在该实施例的一个变型中，所述第一和第二掺杂半导体层都是在由沟槽和台面组成的预制图形的衬底上生长。
附图说明
图1A图示了示例性横向电极LED的横截面视图。
图1B图示了示例性垂直电极LED的横截面视图。
图2A图示了根据本发明一个实施例的具有沟槽和台面的预制图形化的部分衬底。
图2B图示了根据本发明一个实施例的被预图形化的衬底的横截面视图。
图3为说明根据本发明一个实施例的制备具有硅胶保护层的垂直电极发光器件的步骤的流程图。
图4图示了根据本发明一个实施例的具有硅胶保护层的横向电极发光器件的横截面视图。
具体实施方式
给出以下的描述，以使得本领域技术人员能够制造和使用本发明，且这些描述是在具体应用及其需求的背景下提供的。公开实施例的各种修改对本领域技术人员而言是显而易见的，且在不离开本发明的精神实质和范围的情况下，这里限定的一般原理可以应用到其它实施例和应用中。因而，本发明不限于所示出的实施例，而是与权利要求的最宽范围一致。
本发明的一个实施例提供一种制备具有硅胶保护层的发光器件的方法。在发光器件的制备完成后，在器件表面上沉积硅胶材料组成的层。应注意的是硅胶材料对可见光具有极好的透光率，因此产生的额外光损耗很少。在发光器件上增加硅胶保护层具有以下优点：首先，由于硅胶材料的牢固性，硅胶保护层可有效防止器件在后续测试和封装过程期间被损坏；其次，硅胶材料的弹性可有效释放GaN膜和常规用于封装的聚酰亚胺材料之间的应力。此外硅胶材料的导热及反向击穿特性优于聚酰亚胺，因此与常规制备的发光器件相比，具有硅胶保护层的发光器件具有更高的产率和更好的可靠性。
衬底制备
为了在大面积生长衬底(如Si晶片)上生长无裂纹GaN基Ⅲ-Ⅴ化合物半导体多层结构，以促进高质量、低成本、短波长的LED的大规模生产，在此介绍这种具有沟槽和台面组成的预制图形的衬底的生长方法。具有沟槽和台面的预制图形化的衬底可有效释放由于衬底表面与多层结构之间晶格常数与热膨胀系数不匹配所引起的多层结构内的应力。
图2A图示了根据本发明一个实施例的利用光刻和等离子刻蚀技术的具有预刻蚀图形的部分衬底的顶视图。刻蚀得到台面200和沟槽202。图2B通过展示根据本发明一个实施例的沿着图2A中水平线A-A’的预制图形化的衬底的横截面视图，更加清楚地图示了台面和沟槽的结构。正如在图2B中所示，沟槽的侧壁204有效地形成了单个台面结构的侧墙，如台面206，以及部分台面208和210。每个台面限定一个独立表面区域用于生长单个的半导体器件。
[0025]应注意的是可以应用不同的光刻和刻蚀技术在半导体衬底上形成沟槽和台面。同样应注意的是，除了形成图2A所示的正方形台面200外，通过改变凹槽202的图案可形成其他几何形状。其中一些可选的几何形状可包括但不限于：三角形，矩形，平行四边形，六边形，圆形或其他不规则形状。
垂直电极LED的制备
图3给出流程图用于说明根据本发明一个实施例的制备具有硅胶保护层的垂直电极LED的步骤。在步骤A中，制备好具有沟槽和台面的预制图形化的生长衬底后，利用多种生长技术，可包括但不限于金属有机化学汽相沉积(MOCVD)，形成InGaAlN多层结构。LED结构可包括衬底层302，其可以是Si晶片；n-型掺杂半导体层304，其可以是Si掺杂GaN层；有源层306，其可以包括多周期GaN/InGaN MQW结构；以及p-型掺杂半导体层308，其可以是Mg掺杂基GaN。应注意的是，p-型层和n-型层之间的生长顺序可以颠倒，且有源层是可选的。
在步骤B中，在p-型掺杂层上形成p-侧欧姆接触层310。在一个实施例中，p-侧欧姆接触层可通过沉积Pt组成的薄层来形成。其他金属材料也可用于形成与p-型层的欧姆接触。
在步骤C中，在p-侧欧姆接触层310上形成邦定层312。用于形成邦定层312的材料可包括金(Au)。
在步骤D中，多层结构314被倒置并与支撑衬底316邦定。在本发明的一个实施例中，支撑衬底316包括导电衬底层318和邦定层320。邦定层320可包括Au。导电衬底层可包括下列材料中的至少一种：Si，GaAs，GaP，Cu和Cr。
在步骤E中，通过例如化学刻蚀技术或机械研磨技术剥离生长衬底302。生长衬底302的剥离暴露了n-型层304。
在步骤F中，去除多层结构的边缘，以降低表面复合中心并确保贯穿整个器件的高的材料质量。尽管如此，如果生长程序可保证多层结构好的边缘质量，那么这种边缘去除操作可是非必需的。
在步骤G中，在n-型层304上形成欧姆电极322(n-侧电极)。在本发明的一个实施例中，n-侧电极322包括Ni，Au和/或Pt。n-侧电极322可利用例如蒸发技术如e-束蒸发，或溅射技术如磁控溅射沉积来形成。其他沉积技术也可以用于形成n-侧电极。
在步骤H中，在器件上沉积硅胶保护层324，其覆盖n-侧电极，暴露的GaN外延膜以及暴露的基础衬底。多种材料和技术可用于形成保护的硅胶层324。在本发明的一个实施例中，硅橡胶材料，如DOW CORNING5331可光刻图形化的旋涂硅胶，用于形成保护的硅胶层324。在本发明的一个实施例中，硅胶保护层324是以500至3000rpm的旋转速度在器件上旋转涂覆大约10至30s而成。
在步骤I中，光刻图形化硅胶保护层324，以去除硅胶保护层324的部分上表面，从而暴露n-侧电极322。含曝光和显影的标准光刻图形化法可用于图形化硅胶保护层324。在本发明的一个实施例中，按照下列程序操作：
1.在热板上在大约110℃下预烘多层结构大约120s。
B.用光掩膜覆盖多层结构并使多层结构在强度大约是1000Mj/cm2的紫外光下曝光。
2.在热板上在大约150℃下后烘多层结构大约180s。
3.将多层结构浸入负胶显影剂(NRD)中大约120s，并接着用负性光刻胶漂洗剂漂洗多层结构大约120s。应注意的是也可喷溅NRD至多层结构的表面上显影光刻图形。
4.在大约150℃时固化硅胶保护层大约120s。
取决于采用的光刻图形化的方法，所得到的硅胶保护层的厚度可具有不同的值。在本发明的一个实施例中，硅胶保护层的厚度范围为5至10微米。
在步骤J中，另一欧姆电极326(p-侧电极)在导电衬底318的背面形成。p-侧电极326的材料组成和形成过程可与n-侧电极322相似。
除了制备具有硅胶保护层的垂直电极发光器件外，也可利用相似的方法，通过在器件的一侧放置两个电极来制备横向电极发光器件。图4图示了具有在器件上的硅胶保护层402的横向电极发光器件的横截面视图。保护层402覆盖了p-型和n-型掺杂层以及MQW有源层的侧壁，未被p-侧电极覆盖的p-型层的部分水平表面，以及未被n-侧电极覆盖的n-型层的部分水平表面。
本发明实施例的前述描述仅为说明和描述的目的而给出。它们并非穷尽性的，或并不旨在将本发明限制成这里所公开的形式。因此，对于本领域技术人员来说，许多修改和变化是显而易见的。此外，上述公开内容并非旨在限制本发明。本发明的范围由其所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种半导体发光器件，该器件包括：
衬底；
位于所述衬底上第一掺杂半导体层；
位于第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层；
位于所述第一和第二掺杂半导体层之间的多量子阱(MQW)有源层；
与所述第一掺杂半导体层连接的第一电极；
与所述第二掺杂半导体层连接的第二电极；以及
硅胶保护层，其实质上覆盖了所述第一和第二掺杂半导体层以及MQW有源层的侧壁，以及未被所述第二电极覆盖的所述第二掺杂半导体层的部分水平表面。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于所述硅胶保护层包括可光刻图形化的硅胶。
3.根据权利要求2所述的发光器件，其特征在于所述硅胶保护层的厚度范围为1～100微米。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于所述衬底包括下列材料中的至少一种：Cu，Cr，Si和SiC。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于所述第一掺杂半导体层是p-型掺杂半导体层。
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于所述第二掺杂层是n-型掺杂半导体层。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于所述第一和第二掺杂半导体层都是在具有沟槽和台面组成的预制图形的衬底上生长。
8.一种制备半导体发光器件的方法，该方法包括：
在第一衬底上制备多层半导体结构，其中所述多层半导体结构包括第一掺杂半导体层，MQW有源层，以及第二掺杂半导体层；
形成与所述第一掺杂半导体层连接的第一电极；
将所述多层结构与第二衬底邦定在一起；
剥离所述第一衬底；
形成与所述第二掺杂半导体层连接的第二电极；以及
形成硅胶保护层，其实质上覆盖了所述第一和第二掺杂半导体层以及MQW的侧壁，以及未被所述第二电极覆盖的所述第二掺杂半导体层的部分表面。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述硅胶保护层包括可光刻图形化的硅胶。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述硅胶保护层的厚度范围为1～100微米。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述第二衬底包括下列材料中至少一种：Cu，C，Si和SiC。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述第一掺杂半导体层是p-型掺杂半导体层。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述第二掺杂半导体层是n-型掺杂半导体层。
14.根据权利要求8所述方法，其特征在于所述第一衬底包括由沟槽和台面组成的预制图形。
15.一种半导体发光器件，该器件包括：
衬底；
位于衬底上的第一掺杂半导体层；
位于所述第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层；
位于第一和第二掺杂半导体层之间的多量子阱(MQW)有源层；
其中部分所述第一掺杂半导体层未被所述第二掺杂半导体层和MQW有源层覆盖；
与未被所述第二掺杂半导体层和MQW有源层覆盖的部分所述第一掺杂半导体层连接的第一电极；
与所述第二掺杂半导体层连接的第二电极；
其中所述第一电极和第二电极均在发光器件的同侧；以及
硅胶保护层，其实质上覆盖了所述第一和第二掺杂半导体层以及MQW有源层的侧壁，未被所述第一电极覆盖的所述第一掺杂半导体层的部分水平表面，以及未被所述第二电极覆盖的所述第二掺杂半导体层的部分水平表面。
16.根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于所述硅胶保护层包括可光刻图形化的硅胶。
17.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于所述硅胶保护层的厚度范围为1～100微米。
18.根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于所述第一掺杂半导体层是p-型掺杂半导体层。
19.根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于所述第二掺杂半导体层是n-型掺杂半导体层。
20.根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于所述第一和第二掺杂半导体层都是在具有沟槽和台面组成的预制图形的所述衬底上生长。
CN200880130740XA 2008-08-19 2008-08-19 具有硅胶保护层的半导体发光器件 Pending CN102067337A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2008/001496 WO2010020072A1 (en) 2008-08-19 2008-08-19 Semiconductor light-emitting device with silicone protective layer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102067337A true CN102067337A (zh) 2011-05-18

Family

ID=41706808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200880130740XA Pending CN102067337A (zh) 2008-08-19 2008-08-19 具有硅胶保护层的半导体发光器件

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20110147705A1 (zh)
CN (1) CN102067337A (zh)
WO (1) WO2010020072A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101967837B1 (ko) 2013-03-11 2019-04-10 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5401536A (en) * 1992-01-10 1995-03-28 Shores; A. Andrew Method of providing moisture-free enclosure for electronic device
JP2007096116A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Toyoda Gosei Co Ltd 発光素子
US20080023716A1 (en) * 2006-07-25 2008-01-31 Oki Data Corporation Semiconductor combined device, light emitting diode head, and image forming apparatus
CN101192638A (zh) * 2006-11-27 2008-06-04 山西乐百利特科技有限责任公司 发光二极管元件
US20080128733A1 (en) * 2002-06-26 2008-06-05 Yoo Myung Cheol Thin film light emitting diode
US20080135859A1 (en) * 2006-12-08 2008-06-12 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd Vertical structure led device and method of manufacturing the same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI247437B (en) * 2003-07-28 2006-01-11 Toyoda Gosei Kk Light-emitting semiconductor device, manufacturing method thereof, and electrode forming method
JP2005203604A (ja) * 2004-01-16 2005-07-28 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体光素子
JP4487712B2 (ja) * 2004-09-29 2010-06-23 豊田合成株式会社 発光ダイオードの製造方法
TWI400817B (zh) * 2005-04-08 2013-07-01 Nichia Corp 具有藉由網版印刷形成之矽酮樹脂層的發光裝置
JP5364368B2 (ja) * 2005-04-21 2013-12-11 エイオーネックス・テクノロジーズ・インコーポレイテッド 基板の製造方法
US20070187697A1 (en) * 2006-02-15 2007-08-16 Liang-Wen Wu Nitride based MQW light emitting diode having carrier supply layer
CN1889281A (zh) * 2006-07-28 2007-01-03 北京工业大学 二步光刻法制作GaN基LED的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5401536A (en) * 1992-01-10 1995-03-28 Shores; A. Andrew Method of providing moisture-free enclosure for electronic device
US20080128733A1 (en) * 2002-06-26 2008-06-05 Yoo Myung Cheol Thin film light emitting diode
JP2007096116A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Toyoda Gosei Co Ltd 発光素子
US20080023716A1 (en) * 2006-07-25 2008-01-31 Oki Data Corporation Semiconductor combined device, light emitting diode head, and image forming apparatus
CN101192638A (zh) * 2006-11-27 2008-06-04 山西乐百利特科技有限责任公司 发光二极管元件
US20080135859A1 (en) * 2006-12-08 2008-06-12 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd Vertical structure led device and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010020072A1 (en) 2010-02-25
US20110147705A1 (en) 2011-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102067346B (zh) 具有钝化层的半导体发光器件及其制造方法
JP6074005B2 (ja) 窓層及び光指向構造を含む半導体発光装置の製造方法
US7943942B2 (en) Semiconductor light-emitting device with double-sided passivation
EP2261949B1 (en) LED having vertical structure
JP5881689B2 (ja) 発光素子チップ及びその製造方法
US20110140081A1 (en) Method for fabricating semiconductor light-emitting device with double-sided passivation
US8309377B2 (en) Fabrication of reflective layer on semiconductor light emitting devices
US9530930B2 (en) Method of fabricating semiconductor devices
JP2006332383A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
CN102067340B (zh) 具有在p-型层内钝化的半导体发光器件
KR101203137B1 (ko) ＧａＮ계 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
CN102119449B (zh) 具有高反射欧姆电极的半导体发光器件
CN101714601B (zh) 发光二极管的制造方法
CN102067337A (zh) 具有硅胶保护层的半导体发光器件
KR100631416B1 (ko) 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법
KR101115571B1 (ko) ＧａＮ계 화합물 반도체 발광 소자
CN113964249A (zh) 发光二极管及其制造方法
JPH11150083A (ja) 化合物半導体素子及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20110518