CN111312871B - 具有由单胞构造的台面的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
一种发光器件包括n半导体结构、p半导体结构和夹设其间的发光有源区。通过移除p半导体结构的和发光有源区的第一部分来形成n沟槽以暴露n半导体结构。n沟槽包围p台面，其包含n半导体结构的、p半导体结构的和发光有源区的第二部分。n沟槽和p台面是路径连通空间并且使用光刻掩模来经由光刻和蚀刻形成，所述光刻掩模是经由合并单胞的选自单胞的平移、旋转和反射变换体中的至少两种不同变换体而拓扑构造的。
Description
技术领域
本申请一般涉及半导体发光技术，更具体地，涉及一种具有由单胞构造的台面的发光二极管以及具有对发光器件的发光层均匀电流注射的台面结构的形成。
背景技术
诸如InN、GaN、AlN的氮化物半导体及其取决于合金组分的三元和四元合金，可实现从410nm到大约200nm的紫外(UV)辐射。这些包括UVA(400-315nm)辐射、UVB(315-280nm)辐射和部分UVC(280-200nm)辐射。UVA辐射正在引发固化行业的变革，UVB和UVC辐射由于其杀菌效果正期待在食品、水和表面消毒业中普遍应用。与诸如汞灯的传统UV光源相比，由氮化物制成的UV光发射器具有内在优势。通常，氮化物UV发射器是坚固的、紧凑的、光谱可调节的且环境友好的。其提供高UV光强度和剂量，从而有助于对水、空气、食品和物体表面进行理想的消毒/杀菌处理。进一步地，氮化物UV光发射器的光输出可以以高达几百兆赫的高频进行调制，从而确保其能够作为物联网、隐蔽通信和生物化学检测的创新光源。
参照图1B，现有技术的UV发光二极管(LED)通常采用层压结构，该层压结构包含衬底10’、n型AlGaN(n-AlGaN)结构20’、基于AlGaN的多量子阱(MQW)有源区30’和p型AlGaN(p-AlGaN)结构40’。n-AlGaN和p-AlGaN结构(20’和40’)分别将电子和空穴注入到MQW有源区30’中以发光。AlGaN结构可以由几个AlGaN层所形成的结构以执行比单个AlGaN层更好的功能。例如，AlGaN结构可以由不同掺杂级和/或不同成分分布的几个AlGaN层制作而成以具有更好的导电性和载流子限制。衬底10’可以由UV透明的c面蓝宝石或AlN制成。AlN层可以可选地涂覆在衬底10’上充当外延模板以及多组用于位错和应变管理的AlN/AlGaN超晶格(未在图1B中示出)。利用AlN模板和AlN/AlGaN超晶格使得能够生成出高质量高导电性的n-AlGaN结构20’，其充当电子供给层并且将电子注入到后续的MQW有源区30’中。可以在参考文献中找到传统的AlGaN UV LED结构(例如,“Milliwatt power deep ultravioletlight-emitting diodes over sapphire with emission at 278nm”,J.P.Zhang,et al,APPLIED PHYSICS LETTERS 81,4910(2002),其内容通过引用全部并入本文)。
为了从衬底侧提取光，这些UV LED必然要采用诸如蓝宝石或AlN等绝缘材料作为衬底，这排除了在衬底10’上形成n接触的可能性，使得n-AlGaN结构(20’)成为用于n接触形成的唯一适合的地方。这要求必须提离衬底10’或者必须移除外延层压结构的一部分，以接近n-AlGaN结构(20’)。参照图1A和1B所示的器件，每当选择性地移除一些外延层时，n-AlGaN结构20’就被部分暴露出来，并且形成至少一个沟槽(称为n沟槽2’)和台面(称为p台面1’)，并且在n沟槽2’中在n-AlGaN 20’的暴露区域上形成n欧姆接触51’，其中，更厚的n金属52’覆盖n欧姆接触51’以提供保护以及更好的导电。根据图1A和1B制造的LED称为横向注入LED，因为电子从n欧姆接触51’横向注入到n-AlGaN结构20’中。
在横向注入LED中，n-AlGaN结构20’的有限导电产生了称为电流阻塞效应的有害效应：电流在图1B所图示的p台面1’的边缘处阻塞。为了使电流在横向注入LED中分布地更加均匀，广泛使用指状组合型p电极和n电极，如从美国专利US6,521,914、US6,603,152、US6,958,498、US7,462,868和US7,573,074所看到的。在图1A和1B中示出了现有技术中的指状组合型电极设计的示例(图1B是从图1A中的AA’切口截取的横截面示意图)。如所看到的，p台面1’由许多平行的指部形成，这些指部通过包围n沟槽2’来彼此分离。经由选择性地移除p-AlGaN结构40’、MQW有源区30’和n-AlGaN结构20’的一部分来形成n沟槽2’。然后在n沟槽2’中在n-AlGaN结构20’的暴露区域上形成n欧姆接触51’。厚的n金属52’覆盖n欧姆接触51’，向n欧姆接触51’提供更大的电流耗散能力和保护。在p台面1’上形成p欧姆接触61’，该p欧姆接触61’被厚的p金属62’覆盖以提供保护和更大的电流处理能力。整个LED可以通过钝化层70’被钝化，留下诸如打开的n接触焊盘5’和打开的p接触焊盘3’等开口/窗以形成与外部电源的电连接。钝化层70’可以由二氧化硅或氮化硅等制成。
现有技术的LED芯片设计虽然指出了电流阻塞问题，但是没有提供完整的解决方案。更糟糕的是，为了调解电流阻塞问题，图1A所示的指状组合型电极设计带来了新的问题，诸如，近场和远场发射图案不均匀，这在光纤耦合中是有害的并且对于消毒和照明应用来说不可取。
本申请提供了解决方案以在不引入有害副作用的情况下减少电流阻塞。
发明内容
本申请提供了一种发光器件，其包括n半导体结构、p半导体结构和夹设其间的发光有源区；
其中，通过移除p半导体结构的和发光有源区的第一部分来形成n沟槽以暴露n半导体结构，并且n沟槽包围p台面，所述p台面包含n半导体结构的、p半导体结构的和发光有源区的第二部分；
其中，n沟槽和p台面是路径连通空间(path-connected spaces)并且使用光刻掩模来经由光刻和蚀刻形成，所述光刻掩模是经由合并单胞(unit cell)和单胞的平移、旋转和反射的三种刚体变换中的至少两种而拓扑构造的；
其中，合并是平移操作，经由平移单胞及其刚体变换以允许最邻近的平行的部分重叠以便形成路径连通的零亏格重叠区域。
还提供了一种用于制造具有n沟槽和p台面的发光器件的方法，其中，发光器件包括n半导体结构、p半导体结构和夹设其间的发光有源区，并且通过移除p半导体结构的和发光有源区的第一部分来形成n沟槽以暴露n半导体结构，并且n沟槽包围p台面，所述p台面包含n半导体结构的、p半导体结构的和发光有源区的第二部分；所述方法包括：
通过对单胞执行包括平移、旋转和反射的三种操作中的至少两种来设计图案；
拓扑地构造具有所述图案的光刻掩模；以及，
使用所述光刻掩模来经由光刻和蚀刻形成n沟槽和p台面。
附图说明
附图提供对本申请的进一步的理解，并且构成本申请的一部分，这些附图示出了本申请的实施例，并且与说明书一起来解释本申请的原理。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件，层可表示相同功能关联的一组层。
图1A示出了现有技术的LED的指状组合型n电极和p电极设计的平面图；
图1B图示了从图1A所示的AA’切口截取的器件结构的横截面视图；
图2A示出了根据本申请的一个实施例的p台面单胞(m2)的平面图；
图2B示出了根据本申请的一个实施例的p台面单胞(E)的平面图；
图2C示出了根据本申请的一个实施例的p台面单胞(E’)的平面图；
图2D示出了根据本申请的一个实施例的p台面单胞(C2)的平面图；
图2E示出了根据本申请的一个实施例的p台面单胞(G2)的平面图；
图2F示出了根据本申请的一个实施例的p台面单胞(G”)的平面图；
图2G示出了根据本申请的一个实施例的n沟槽单胞(G’)的平面图；
图2H示出了根据本申请的一个实施例的p台面单胞(C)的平面图；
图2I示出了根据本申请的一个实施例的n沟槽单胞(G)的平面图；
图2J示出了根据本申请的一个实施例的p台面单胞(η)的平面图；
图3A示出了单胞的平移操作；
图3B示出了单胞的反射操作；
图3C示出了单胞的旋转操作；
图4A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作(operator)中的至少两个，通过操作p台面单胞G”而得；
图4B展示了操作单胞G”以形成图4A所示的芯片设计的过程；
图5A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作n沟槽单胞(G’)而得；
图5B展示了操作n沟槽单胞G’以形成图5A所示的芯片设计的过程；
图6A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作p台面单胞G2而得；
图6B展示了操作单胞G2以形成图6A所示的芯片设计的过程；
图7A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作p台面单胞C2而得；
图7B展示了操作单胞C2以形成图7A所示的芯片设计的过程；
图8A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作p台面单胞E而得；
图8B展示了操作单胞E以形成图8A所示的芯片设计的过程；
图9A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作p台面单胞E而得；
图9B展示了操作单胞E以形成图9A所示的芯片设计的过程；
图10A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作p台面单胞m2而得；
图10B展示了操作单胞m2以形成图10A所示的芯片设计的过程；
图11A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作p台面单胞η而得；
图11B展示了操作单胞η以形成图11A所示的芯片设计的过程；
图12A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作p台面单胞C而得；
图12B展示了操作单胞C以形成图12A所示的芯片设计的过程；
图13图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作n沟槽单胞(G)而得；
图14A图示了一种LED芯片设计平面图，其经由平移、反射和旋转三个操作中的至少两个，通过操作p台面单胞E’而得；
图14B展示了操作单胞E’以形成图14A所示的芯片设计的过程。
具体实施方式
贯穿本说明书，术语“III族氮化物”通常是指具有从元素周期表IIIA族中选择的具有阳离子的金属氮化物。也就是说，III氮化物包括AlN、GaN、InN及其三元(AlGaN、InGaN、InAlN)和四元(AlInGaN)合金。在本说明书中，如果III族元素中的一个元素极小使得其存在不会影响由这种材料制成的层的预期功能，则为了简化起见，可以将四元减至三元。例如，如果四元AlInGaN中的In组分极小，小于1％，那么该AlInGaN四元可以被简化为三元AlGaN。同理，如果III族元素中的一个元素极小，那么可以将三元简化为二元。例如，如果三元InGaN中的In组分极小，小于1％，那么该InGaN三元可以被简化为二元GaN。III族氮化物还可以包括少量的诸如TiN、ZrN、HfN的过渡金属氮化物，诸如摩尔分数不大于10％的TiN、ZrN、HfN。例如，III族氮化物或者氮化物可以包括AlxInyGazTi(1-x-y-z)N、AlxInyGazZr(1-x-y-z)N、AlxInyGazHf(1-x-y-z)N，其中，(1-x-y-z)≤10％。
如先前提到的，具有有限的n型导电性的横向LED具有电流阻塞问题，并且由于局部的高电流密度，电流阻塞可能会严重限制LED的寿命。根据Guo和Schubert(X.Guo,andE.F.Schubert,Current crowding in GaN/InGaN light emitting diodes oninsulating substrates,J.Appl.Phys.90,4191(2001))，通过等式
来描述阻塞电流密度，其中，J(x)是远离n欧姆接触51’的x处的电流密度，并且L是电流扩展长度(current spreading length)，
其中，ρc、ρp和ρn分别是p型接触电阻率、p型层的电阻率和n型层的电阻率；tn和tp分别是n型层和p型层的厚度。假设PN结面积为A，则电流扩展长度L可以重写为
其中，Rp和Rp分别是p侧电阻和n侧电阻。
如所看到的，电流扩展长度是电流密度下降到其原始值的
(～36.8％)的距离。增加n-AlGaN结构20’的厚度和导电性可以产生更好的电流扩展效果。
针对氮化的蓝色或UVC LED，p侧与n侧相比通常掺杂得更重，并且PN结耗尽区主要位于MQW有源区和n侧内。这意味着在不同的注入条件下Rp是固定的，但是Rn可以取决于注入量，所以电流扩展长度也可以取决于载流子的注入情况。当PN结位于小注入区域内(电流电压(IV)曲线不在线性区域内)时，Rn可以非常大，因为它包含来自PN结耗尽区的电阻贡献，导致电流扩展长度非常小，因此在p台面边缘处存在严重的电流阻塞。这意味着被设计为在高注入下缓解电流阻塞的芯片在小注入时仍然可能会经历严重的电流阻塞。相反地，如果芯片被设计为在小注入时大大减少电流阻塞，则它在高注入下将具有更小的电流阻塞效应。
本申请的一个方面是提供在小注入时大大减少电流阻塞效应的LED芯片设计。为此，本申请提供了p台面周长增加同时保持所需p台面面积的LED芯片设计。根据本申请设计的LED将具有更长的寿命以及更高的光提取效率，因为p台面更长的周长允许从LED芯片中提取更多横向传播的光。
为了方便在本说明书中进行以下讨论和描述，定义了n接触金属包括n欧姆接触(例如，图1B中的51’)和厚的n金属(例如，图1B中的52’)，并且p接触金属包括p欧姆接触(例如，图1B中的61’)和厚的p金属(例如，图1B中的62’)。进一步地，包围p台面(例如，图1B中的1’、图4A中的91)的n接触金属部分被定义为n电极(例如，图1A中的21’、图4A中的921)，并且不包围p台面的n接触金属部分称为n接触焊盘(图1A中的4’、图4A至14A中的94)。包围n沟槽(例如，图1A中的2’、图4A中的92)的p接触金属部分被定义为p电极(例如，图1A中的32’、图4A中的932)。p接触焊盘、暴露的p接触焊盘(3’、93)和p电极(32’、932)可以大致重叠或相同，使得整个p接触金属(焊盘和电极)等电位。暴露的n接触焊盘和p接触焊盘用于直接接触(键合bonding)至外部电源。
众所周知，诸如发光二极管(LED)和激光二极管等氮化物发光器件通常采用包含量子阱有源区的层压结构、用于将电子注入到有源区中的n型氮化物结构以及位于有源区的另一侧的用于将空穴注入到有源区中的p型氮化物结构。针对横向注入LED，在n型氮化物结构上形成n欧姆接触。为了选择性地将n型氮化物结构暴露出来以形成n沟槽，使用光刻技术来定义暴露区域(用于蚀刻)和互补保护区域(抵抗蚀刻)，并且使用蚀刻工艺来移除p型氮化物结构、MQW有源区以及n型氮化物结构的位于所定义的暴露区域中的部分。除了形成n沟槽以暴露n氮化结构之外，该选择性的蚀刻工艺同时还在保护区域中定义和形成了p台面。由于横向注入LED的发光区域被完全包含在其p台面中，因此p台面可以称为发光台面。n沟槽可以包围p台面，反之亦然，因此，n沟槽和p台面是两个不同的拓扑空间。根据本申请的一个方面，n沟槽和p台面优选为路径连通空间。从拓扑上讲，路径连通空间的特征在于空间内存在至少一条连续路径以连接空间内的任何两个不同的点。从物理上讲，路径连通空间可以是等电位的。
根据本申请的另一方面，可以使用路径连通的二维空间的单胞(作为模板或掩模)通过包括平移、旋转和反射的三种线性操作中的至少两种来为p台面或n沟槽形成更大的路径连通空间。而且，单胞优选为亏格等于零的二维路径连通空间。一般而言，空间的亏格是它具有的“孔穴”或“空隙”的数量。
在图2A至2J中图示了根据本申请的一个方面的这种单胞的一些实施例，分别命名为m2、E、E’、C2、G2、G”、G’、C、G和η单胞。以图2A中的m2(双m)单胞为例，很容易注意到m2单胞是零亏格的路径连通二维空间。事实上，这对于图2A至2J所示的所有实施例单胞来说都是正确的。
如图2A所示，双m单胞具有两个“m”形状，其通过中间的指部连接而成，其它4个指部具有相同的长度并与连接的中间指部平行。双m单胞的底梁(底梁与双m单胞的上梁平行并且大致垂直于连接的中间指部)横向延伸超过右侧指部。
如图2B所示，E单胞的形状为“E”，其上指部和中间指部(具有与上指部相同的长度)向下弯曲90°，使得弯曲的上指部和中间指部中的每一个都具有横向部分和垂直部分。弯曲的上指部的垂直部分与弯曲的中间指部的垂直部分对齐并且与E单胞的垂直梁平行。底部指部梁横向延伸超过垂直梁以及上指部和中间指部的垂直部分。
如图2C所示，E’单胞的形状为顺时针旋转90°的“E”，并且左手侧的指部长于其它两个指部(其具有相同的长度)。
如图2D所示，双C单胞具有类似于双m单胞的形状，除了左手侧的指部连接而非中间指部连接，其中，未连接的4个指部具有相同的长度。
如图2E所示，双G单胞的形状为“E”，其中间指部和底部指部(具有与中间指部相同的长度)分别向上弯曲90°，然后朝着“E”的垂直梁横向弯曲90°，然后向下弯曲90°，使得弯曲的中间指部和底部指部中的每一个都具有水平的上横向部和下横向部，以及第一垂直部分和位于第一垂直部分与垂直梁之间的第二垂直部分。上指部横向延伸超过底部指部和中间指部的第一垂直部分。弯曲的中间指部和底部指部具有相同的形状。
如图2F所示，G”单胞具有螺旋形状，其具有第一水平部分、第二水平部分、第三水平部分、第一垂直部分、第二垂直部分和第三垂直部分，其中，依次地，第一水平部分连接至第一垂直部分，第一垂直部分连接至第二水平部分，第二水平部分连接至第二垂直部分，第二垂直部分连接至第三水平部分，并且第三水平部分连接至第三垂直部分。第一水平部分位于顶部并且向右延伸不超过第二垂直部分，其中，第三垂直部分与第一和第二垂直部分平行并位于其间，并且第三水平部分与第一和第二水平部分平行并位于其间。
如图2G所示，G’单胞具有类似于G”单胞的螺旋形状，除了第一水平部分向右延伸超过第二垂直部分之外。
如图2H所示，C单胞具有垂直梁，垂直梁的顶端连接至顶部水平梁的左端，顶部水平梁的右端连接至指向下方的上垂直指部。垂直梁的底端连接至底梁的中间部分。底梁的右端连接至指向上方的下垂直指部的下端。上垂直指部和下垂直指部具有大致相同的长度，在其间具有间隙。
如图2I所示，G单胞具有类似英文字母G的螺旋形状，具有第一水平部分、第二水平部分、第三水平部分、第一垂直部分和第二垂直部分，其中，依次地，第一水平部分连接至第一垂直部分，第一垂直部分连接至第二水平部分，第二水平部分连接至第二垂直部分，并且第二垂直部分连接至第三水平部分。第一水平部分位于顶部并且向右延伸，并且第一水平部分的右端与第二垂直部分垂直对齐，其中，第一垂直部分与第二垂直部分平行，并且第三水平部分与第一和第二水平部分平行并且位于其间。
如图2J所示，η单胞呈钩状，具有第一垂直梁、第二垂直梁和水平梁。第一垂直梁的顶端连接至水平梁的右端，并且水平梁的左端连接至第二垂直梁的顶端。第一垂直梁的长度较长，例如，是第二垂直梁的长度的两倍。
图2E、2F、2G和2I所示单胞，即，单胞G2、G”、G’和G，全部具有类似英文字母G的螺旋形状，因此将其归类为G组单胞。
可以将三种线性操作应用于单胞以经由平移、旋转和反射获得其刚体变换。在图3A中示出了通过平移操作T使单胞η平移(横向移动)到其平移体Tη的图示。可以沿着任何方向平移到任何平移距离。反射操作M(镜像的简称)沿着反射面为单胞呈现镜像，如在图3B中针对η→Mη所示出的。旋转操作R使单胞绕轴旋转一定角度。例如，R90和R180分别使单胞绕轴旋转90度和180度。在图3C中示出了围绕垂直于页面的轴
的Mη→R180Mη的R180操作。
单胞及其刚体变换可以合并到一起以获得所需的掩模的图案或设计，这可以用作光刻掩模以形成发光器件的n沟槽和p台面。合并是平移操作，其经由平移单胞及其刚体变换以允许最邻近的平行的部分重叠以便形成路径连接的零亏格重叠区域。
在图4A中图示了根据本申请的一个方面的LED芯片设计平面图。LED芯片包括p台面91和n沟槽92。p电极932和(暴露的)p接触焊盘93共形地(conformally)形成在p台面91的顶表面上，从p台面91的边缘撤退几微米(例如，1至8μm)。另一方面，n电极921共形地形成在n沟槽92的顶表面上，也从n沟槽的边缘撤退几微米(例如，1至8μm)。值得注意的是，与台面或沟槽边缘的撤退距离是为了避免p电极和n电极短路。而且，在不进一步赘述下面示出的其它实施例的情况下，值得理解的是，包括p电极932和p接触焊盘93的p接触金属形成在p台面91的顶表面上，并且包括n电极921和n接触焊盘94的n接触金属形成在n沟槽92的顶表面上。
具体地，图4A中的n接触焊盘94形成在n沟槽92部分，其不包围p台面91(位于p台面的一侧)，并且该n接触焊盘94专用于电连接至外部电源。根据本申请的另一方面，也可以在平衡台面95上方形成n接触焊盘94的一部分。平衡台面95位于n沟槽92部分中，其不包围台面91(位于p台面的一侧)，该平衡台面95在形成n沟槽92期间被塑造为小台面，无需移除台面95区域中的任何外延层，使得台面95具有与p台面91相同的高度。与p台面91相比，平衡台面95的大小要小得多。台面95可以是矩形、圆形或方形，其尺寸为几十微米到100微米。平衡台面95均匀地分布在被n接触焊盘94所覆盖的区域内，当芯片倒装键合到基板或印刷电路板(PCB)上时，为芯片级表面提供机械支持。平衡台面95的数量与芯片大小有关，在3至7的范围内。
根据本申请的另一方面，可以经由平移、反射和旋转三种操作/变换中的至少两种，通过操作p台面单胞来实现图4A的p台面91的设计。在图4B中图示了这些操作。第一，取图2F所示的G”单胞；第二，使它呈现镜像到左边以获得它的反射体MG”；第三，平移G”和MG”以分别获得TG”和TMG”；以及第四，允许G”、MG”、TG”和TMG”的最邻近和平行的边(由图4B中的箭头标记)合并(经由平移)以形成重叠的零亏格区域，使得合并的G”、MG”、TG”和TMG”形成图4A所示的p台面91的形状。合并区域(此处仅为一个)是亏格等于零的路径连通空间。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在各处都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展(current spreading)来说至关重要。与现有技术的设计相比，针对给定的p台面面积，根据本申请设计的p台面91由于螺旋性质而具有更大的周长，使得即使在较低的注入量下也能实现更好的光提取和更好的电流扩展。而且，由于p台面91更对称，所以近场和远场发光图案更加均匀。进一步地，如从图4A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和5(考虑到在n接触焊盘区域中使用了4个平衡台面，而n接触金属的亏格仅为1)。
同样地，也可以经由操作n沟槽单胞来构造p台面。在图5A中示出了经由反射和旋转，通过操作n沟槽单胞(图2G所示的G’单胞)而形成的LED芯片设计平面图。在图5B中图示了这些操作。第一，取G’单胞；第二，使它呈现镜像到右边以获得它的反射体MG’；第三，沿着垂直于页面的中心轴
进行180度的旋转以分别获得R180G’和R180MG’；以及第四，允许G’、MG’、R180G’和R180MG’的最邻近和平行的边(由图5B中的箭头标记)合并(经由平移)。合并区域(此处为四个合并区域)是亏格等于零的路径连通空间。合并的G’、MG’、R180G’和R180MG’形成图5A中的n电极921和n沟槽92的形状。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在任何地方都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展来说至关重要。与现有技术的设计相比，针对给定的p台面面积，根据本申请设计的p台面91由于螺旋性质而具有更大的周长，使得即使在较低的注入量下也能实现更好的光提取和更好的电流扩展。而且，由于p台面91更对称，所以近场和远场发光图案更加均匀。也可以经由G’、MG’及其各自(向下)反射体(MG’和MMG’)来形成图5A中的台面91。如从图5A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和6(考虑到在n接触焊盘区域中使用了5个平衡台面，而n接触金属的亏格仅为1)。
在图6A中示出了LED芯片设计，其中，经由旋转、反射和平移，通过操作p台面单胞(图2E所示的G2单胞)来构造台面91。在图6B中图示了这些操作。第一，对G2单胞执行R180操作并且获得R180G2；第二，使R180G2呈现镜像到左边以获得它的反射体MR180G2；第三，平移MR180G2以获得TMR180G2；以及第四，允许R180G2、MR180G2和TMR180G2的最邻近和平行的边合并(经由平移)。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在各处都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展来说至关重要。如从图6A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和6(考虑到在n接触焊盘区域中使用了5个平衡台面，而n接触金属区域的亏格仅为1)。
在图7A中示出了LED芯片设计，其中，经由平移和反射，通过操作p台面单胞(图2D所示的C2单胞)来形成台面91。在图7B中图示了这些操作。第一，取C2单胞；第二，使单胞C2平移到右边并且获得它的平移体TC2；第三，使TC2呈现镜像到右边以获得它的反射体MTC2；以及第四，允许C2、TC2和MTC2的最邻近和平行的边合并(经由平移)。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在任何地方都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展来说至关重要。如从图7A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和6(考虑到在n接触焊盘区域中使用了5个平衡台面，而n接触金属区域的亏格仅为1)。
在图8A中仍然示出了LED芯片设计，其中，经由平移和反射，通过操作p台面单胞(图2B所示的E单胞)来形成台面91。在图8B中图示了这些操作。第一，取E单胞；第二，使单胞E平移到右边并且获得它的平移体TE；第三，使E呈现镜像到左边以获得它的反射体ME；以及第四，允许ME、E和TE的最邻近和平行的边合并(经由平移)。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在任何地方都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展来说至关重要。如从图8A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和6(考虑到在n接触焊盘区域中使用了5个平衡台面，而n接触金属区域的亏格仅为1)。
在图9A中仍然示出了LED芯片设计，其中，经由平移和反射，通过操作p台面单胞(图2B所示的E单胞)来形成台面91。在图9B中图示了这些操作。第一，取E单胞；第二，使单胞E平移到右边并且获得它的平移体TE；第三，使E和TE呈现镜像到左边以分别获得反射体ME和MTE；以及第四，允许MTE、ME、E和TE的最邻近和平行的边合并(经由平移)。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在任何地方都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展来说至关重要。如从图9A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和6(考虑到在n接触焊盘区域中使用了5个平衡台面，而n接触金属区域的亏格仅为1)。
在图10A中仍然示出了LED芯片设计，其中，经由平移和反射，通过操作p台面单胞(图2A所示的m2单胞)来形成台面91。在图10B中图示了这些操作。第一，取m2单胞；第二，使单胞m2平移到右边并且获得它的平移体Tm2；第三，使Tm2呈现镜像到右边以获得反射体MTm2；以及第四，允许m2、Tm2和MTm2的最邻近和平行的边合并(经由平移)。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在任何地方都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展来说至关重要。如从图10A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和6(考虑到在n接触焊盘区域中使用了5个平衡台面，而n接触金属区域的亏格仅为1)。
在图11A中仍然示出了LED芯片设计，其中，经由平移、旋转和反射，通过操作p台面单胞(图2J所示的η单胞)来形成台面91。在图11B中图示了这些操作。第一，取两个η单胞、η的反射体(向左的反射体Mη)和Mη的两个180度的旋转体(R180Mη)；第二，按顺序排列这些单胞(从左到右)：Mη、R180Mη、η、R180Mη和η；以及第三，允许Mη、R180Mη、η、R180Mη和η的最邻近和平行的边合并(经由平移)。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在任何地方都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展来说至关重要。如从图11A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和6(考虑到在n接触焊盘区域中使用了5个平衡台面，而n接触金属区域的亏格仅为1)。
在图12A中仍然示出了LED芯片设计，其中，经由平移和反射，通过操作p台面单胞(图2H所示的C单胞)来形成台面91。在图12B中图示了这些操作。第一，取C单胞；第二，使单胞C呈现镜像到左边并且获得它的反射体MC；第三，使MC平移到左边以获得平移体TMC；以及第四，允许C、MC和TMC的最邻近和平行的边合并(经由平移)。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在任何地方都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展来说至关重要。如从图12A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和6(考虑到在n接触焊盘区域中使用了5个平衡台面，而n接触金属区域的亏格仅为1)。
在图13中仍然示出了LED芯片设计，其中，经由旋转和平移，通过操作n沟槽单胞(图2I所示的单胞G)来形成台面91。将n沟槽单胞G及其旋转和平移后的三个变换体TR90G、TR180G和TR270G均匀地分布在芯片的中心周围，允许G、TR90G、TR180G和TR270G的最接近的4个相邻拐角合并以便为n接触焊盘94形成一个区域。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92。与现有技术的设计相比，针对给定的p台面面积，根据本申请设计的p台面91由于螺旋性质而具有更大的周长，使得即使在较低的注入量下也能实现更好的光提取和更好的电流扩展。而且，由于p台面91更对称，所以近场和远场发光图案更加均匀。如从图13所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格均为0，由于n接触焊盘94形成于芯片中心处，所以在n接触焊盘区域中不需要平衡台面(尽管在n接触焊盘区域的中心中允许具有一个平衡台面)。
在图14A中仍然示出了LED芯片设计，其中，经由反射和旋转，通过操作p台面单胞(单胞E’)来构造台面91。在图14B中图示了这些操作。第一，取p台面单胞E’；第二，使单胞E’呈现镜像到左边并且获得它的反射体ME’；第三，使E’和ME’旋转180度并且获得R180E’、R180ME’；以及第四，允许E’、ME’、R180E’和R180ME’的最邻近和平行的边合并(经由平移)。在这些操作之后，形成了路径连接的p台面91和n沟槽92，并且p台面91被n沟槽92完全包围。p台面91和n沟槽92的路径连通性很重要，因为这允许p电极932和n电极921处于它们各自的等电位状态。p台面91的宽度在任何地方都是大致恒定的，这对于从n电极921到p电极932的均匀电流扩展来说至关重要。也可以经由E’、ME’及其各自(向下)反射体(ME’和MME’)来形成图14A中的台面91。同样，如在图14A中所看到的，在n接触焊盘94与p台面91之间，优选地具有台面101，该台面101在结构上与台面91完全相同，即，可以将台面101视为台面91的一部分，然而，它们不是路径连接的。因此，台面101可以被配置为光电二极管(PD)。在操作中，台面91将正偏压到n接触焊盘94，使得光从发光MQW有源区发出，并且台面101没有针对n接触焊盘94偏压，使得可以在台面101与n接触焊盘94之间测量光致电压，或者台面101可以针对n接触焊盘94负偏压并且可以通过台面101测量光电流。因此可以将台面101作为光电二极管操作来解释台面91的光输出功率。可以从美国专利申请第16/046,917号看到台面101作为光电二极管的更多细节，该申请通过引用全部并入本文。因此，如从图14A所看到的，p台面91和n沟槽92的亏格分别为0和7(考虑到在n接触焊盘区域中使用了台面101和5个平衡台面，而n接触金属区域的亏格仅为2)。
根据上面给出的教导定义单胞并且使用单胞来制造p台面扩大了p台面的周长，同时保持了所需的p台面面积。这将减少电流阻塞效应(尤其是在小注入量时)并且提高光提取效率。根据本申请形成的p台面或发光台面，尤其是经由选自G组(单胞G2、G”、G’和G)，通过操作单胞而形成的这些台面，具有高度对称性，能够传递许多均匀的近场和远场发射图案。
尽管使用示例性实施例对本申请进行了描述，然而应理解，本申请的范围不限于所公开的实施例。相反，本申请旨在涵盖本领域技术人员在没有创造性劳动或无需过度试验就能得到的各种改进和类似结构或等同物。因此，权利要求的范围应符合最广泛的解释，以便涵盖所有这些改进和类似结构或等同物。
Claims (16)
1.一种发光器件，包括n半导体结构、p半导体结构和夹设其间的发光有源区；
其中，通过移除p半导体结构的和发光有源区的第一部分来形成n沟槽以暴露n半导体结构，并且n沟槽包围p台面，所述p台面包含n半导体结构的、p半导体结构的和发光有源区的第二部分；
其中，n沟槽和p台面是路径连通空间并且使用光刻掩模来经由光刻和蚀刻形成，所述光刻掩模是经由合并单胞的选自所述单胞的平移变换体、旋转变换体和反射变换体中的至少两种不同变换体而拓扑构造的；
其中，所述合并是平移操作，经由平移单胞的变换体以允许最邻近的平行的部分重叠，以便形成路径连接的零亏格重叠区域。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述单胞拓扑地为亏格等于零的二维路径连通空间。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中，n接触金属形成在暴露于n沟槽中的n半导体的第一部分上，以及p接触金属形成在p台面上。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其中，所述n接触金属包含n接触焊盘，所述n接触焊盘用于形成电接触至外部电源。
5.根据权利要求4所述的发光器件，其中，所述n接触焊盘位于p台面的一侧。
6.根据权利要求4所述的发光器件，其中，所述n接触焊盘位于p台面的中心。
7.根据权利要求5所述的发光器件，其中，在n接触焊盘中至少形成一个平衡台面，所述平衡台面具有与p台面相同的高度。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其中，所述平衡台面包含n半导体结构、p半导体结构、发光有源区和n接触焊盘金属。
9.根据权利要求5所述的发光器件，其中，在n接触焊盘和p台面之间提供有另一个台面。
10.根据权利要求9所述的发光器件，其中，所述的另一个台面为p台面的一部分，但是不与p台面路径连接。
11.根据权利要求10所述的发光器件，其中，所述的另一个台面用作光电二极管，以反映所述p台面的光输出功率。
12.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述单胞选自m2、E、E’、C2、G2、G”、G’、C、G和η单胞。
13.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述单胞选自G组单胞。
14.一种用于制造具有n沟槽和p台面的发光器件的方法，其中，所述发光器件包括n半导体结构、p半导体结构和夹设其间的发光有源区，并且通过移除p半导体结构的和发光有源区的第一部分来形成n沟槽以暴露n半导体结构，并且n沟槽包围p台面，所述p台面包含n半导体结构的、p半导体结构的和发光有源区的第二部分；所述方法包括：
将单胞设计为零亏格和二维路径连通；
通过合并单胞的选自所述单胞的平移变换体、旋转变换体和反射变换体中的至少两种不同变换体而拓扑地形成图案；
由所述图案构造光刻掩模；以及，
使用所述光刻掩模来经由光刻和蚀刻形成n沟槽和p台面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述单胞选自m2、E、E’、C2、G2、G”、G’、C、G和η单胞。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述单胞选自G组单胞。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11233818A (ja) * | 1998-02-10 | 1999-08-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光電変換型発光装置 |
| CN1781111A (zh) * | 2002-11-06 | 2006-05-31 | 几何信息学股份有限公司 | 基于共形结构的几何曲面分析 |
| CN106605306A (zh) * | 2014-08-28 | 2017-04-26 | 首尔伟傲世有限公司 | 发光二极管 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6486499B1 (en) | 1999-12-22 | 2002-11-26 | Lumileds Lighting U.S., Llc | III-nitride light-emitting device with increased light generating capability |
| US6603152B2 (en) | 2000-09-04 | 2003-08-05 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Blue light emitting diode with electrode structure for distributing a current density |
| US6958498B2 (en) | 2002-09-27 | 2005-10-25 | Emcore Corporation | Optimized contact design for flip-chip LED |
| KR100668964B1 (ko) * | 2005-09-27 | 2007-01-12 | 엘지전자 주식회사 | 나노 홈을 갖는 발광 소자 및 그의 제조 방법 |
| US7462868B2 (en) | 2006-02-26 | 2008-12-09 | Formosa Epitaxy Incorporation | Light emitting diode chip with double close-loop electrode design |
| US7573074B2 (en) | 2006-05-19 | 2009-08-11 | Bridgelux, Inc. | LED electrode |
| US8872204B2 (en) * | 2007-11-23 | 2014-10-28 | Epistar Corporation | Light-emitting device having a trench in a semiconductor layer |
-
2018
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-
2019
- 2019-10-10 CN CN201910957848.6A patent/CN111312871B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11233818A (ja) * | 1998-02-10 | 1999-08-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光電変換型発光装置 |
| CN1781111A (zh) * | 2002-11-06 | 2006-05-31 | 几何信息学股份有限公司 | 基于共形结构的几何曲面分析 |
| CN106605306A (zh) * | 2014-08-28 | 2017-04-26 | 首尔伟傲世有限公司 | 发光二极管 |
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