DE102009010480A1

DE102009010480A1 - Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, Verfahren zum Herstellen derselben und Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe, die diese verwendet

Info

Publication number: DE102009010480A1
Application number: DE200910010480
Authority: DE
Inventors: Pun Jae Yongin Choi; Jin Hyun Suwon Lee; Ki Yeol Park; Myong Soo Suwon Cho
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-09-02
Also published as: DE202009017981U1

Abstract

Geschaffen werden soll eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen derselben sowie eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe, die diese verwendet. Eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung weist eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht, eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Elektrodenschicht und eine Isolierschicht, eine erste Elektrodenschicht und ein leitendes Substrat auf, die aufeinanderfolgend geschichtet sind, wobei die zweite Elektrodenschicht einen freiliegenden Bereich an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps hat und die erste Elektrodenschicht wenigstens ein Kontaktloch umfasst, das elektrisch mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, gegenüber der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht elektrisch isoliert ist und sich von einer Fläche der ersten Elektrodenschicht zu wenigstens einem Teil der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen derselben sowie eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe, die diese verwendet, und insbesondere eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, die eine maximale Lichtemissionsfläche gewährleistet, um die Lichtausbeute zu maximieren und gleichmäßige Stromverteilung unter Verwendung einer Elektrode mit kleiner Fläche durchzuführen, und die Massenproduktion zu niedrigen Kosten bei hoher Zuverlässigkeit und hoher Qualität ermöglicht, ein Verfahren zum Herstellen derselben sowie eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe, die diese verwendet.
Beschreibung der verwandten Technik
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen enthalten Materialien, die Licht emittieren. So sind Leuchtdioden (LED) Vorrichtungen, bei denen Dioden eingesetzt werden, die mit Halbleitern verbunden sind, die Energie, die durch eine Kombination aus Elektronen und Defektelektronen, sogenannten Löchern, erzeugt wird, in Licht umwandeln und Licht emittieren. Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen werden verbreitet als Leuchten, Anzeigevorrichtungen und Lichtquellen eingesetzt, und die Entwicklung von Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen ist beschleunigt worden.
Insbesondere trägt der verbreitete Einsatz von Mobiltelefon-Tastaturen, Klappdisplays (side viewers) und Kamera-Blitzleuchten, bei denen Leuchtdioden auf GaN-Basis eingesetzt werden, und die aktiv entwickelt und in den letzten Jahren verbreitet eingesetzt worden sind, zur aktiven Entwicklung von Leuchtquellen im Allgemeinen bei, bei denen Leuchtdioden eingesetzt werden. Vorrichtungen, bei den Leuchtdioden eingesetzt werden, wie beispielsweise Hintergrundbeleuchtungseinheiten großer Fernsehgeräte, Scheinwerfer von Fahrzeugen und Leuchtquellen im Allgemeinen, haben sich von kleinen tragbaren Erzeugnissen zu großen Erzeugnissen mit hoher Leistung, hohem Wirkungsgrad und hoher Zuver lässigkeit entwickelt. Daher besteht ein Bedarf nach Lichtquellen, die für die entsprechenden Erzeugnisse erforderliche Eigenschaften aufweisen.
Im Allgemeinen hat eine Halbleiterübergangs-Lichtemissionsvorrichtung einen Aufbau, bei dem p- und n-leitende Halbleiter miteinander verbunden sind. Bei der Halbleiterübergangsstruktur kann Licht durch Wiedervereinigung von Elektronen und Löchern in einem Bereich emittiert werden, in dem die zwei Typen von Halbleitern miteinander verbunden sind. Um die Lichtemission zu aktivieren, kann eine aktive Schicht zwischen den zwei Halbleitern ausgebildet sein. Die Halbleiterübergangs-Lichtemissionsvorrichtung enthält entsprechend der Position von Elektroden von Halbleiterschichten eine horizontale Struktur und eine vertikale Struktur. Die vertikale Struktur schließt eine Struktur mit oben liegender aktiver Schicht (epi-up structure) und eine Flip-Chip-Struktur ein. Strukturelle Eigenschaften von Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen, die entsprechend den Eigenschaften einzelner Erzeugnisse erforderlich sind, werden, wie oben beschrieben, gebührend berücksichtigt.
1A und 1B sind Ansichten, die eine horizontale Lichtemissionsvorrichtung gemäß der verwandten Technik zeigen. 1C ist eine Schnittansicht, die eine vertikale Lichtemissionsvorrichtung gemäß der verwandten Technik zeigt. Im Folgenden geht, um die Erläuterung zu vereinfachen, in 1A bis 1C eine Beschreibung davon aus, dass eine n-leitende Halbleiterschicht in Kontakt mit einem Substrat ist und eine p-leitende Halbleiterschicht auf einer aktiven Schicht ausgebildet ist.
Unter Bezugnahme auf 1A wird zunächst eine horizontale Lichtemissionsvorrichtung mit einer Struktur mit oben liegender aktiver Schicht beschrieben. In 1A wird bei der Beschreibung davon ausgegangen, dass eine Halbleiterschicht, die am äußersten Rand ausgebildet ist, eine p-leitende Halbleiterschicht ist. Eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 enthält ein nicht leitendes Substrat 13, eine n-leitende Halbleiterschicht 12, eine aktive Schicht 11 und eine p-leitende Halbleiterschicht 10. Eine n-leitende Elektrode 15 und eine p-leitende Elektrode 14 sind auf der n-leitenden Halbleiterschicht 12 bzw. der p-leitenden Halbleiterschicht 10 ausgebildet und mit einer externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden, die eine Spannung an die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 anlegt.
Wenn eine Spannung über die Elektroden 14 und 15 an die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 angelegt wird, bewegen sich Elektronen aus der n-leitenden Halbleiterschicht 12, und Löcher bewegen sich aus der p-leitenden Halbleiterschicht 10. Licht wird durch Wiedervereinigung der Elektronen und der Löcher emittiert. Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrich tung 1 enthält die aktive Schicht 11, und Licht wird aus der aktiven Schicht 11 emittiert. In der aktiven Schicht 11 wird die Lichtemission der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 aktiviert, und Licht wird emittiert. Um eine elektrische Verbindung herzustellen, befinden sich die n-leitende Elektrode und die p-leitende Elektrode auf der n-leitenden Halbleiterschicht 12 bzw. der p-leitenden Halbleiterschicht 10, die den niedrigsten Kontaktwiderstand aufweist.
Die Position der Elektroden kann sich entsprechend dem Typ des Substrats ändern. Wenn beispielsweise das Substrat 13 ein Saphir-Substrat ist, bei dem es sich um ein nicht leitendes Substrat handelt, kann die Elektrode der n-leitenden Halbleiterschicht 12 nicht auf dem nicht leitenden Substrat 13 ausgebildet werden, sondern muss sich auf der n-leitenden Halbleiterschicht 12 befinden.
Daher werden, wie unter Bezugnahme auf 1A zu sehen ist, wenn die n-leitende Elektrode 15 auf dem n-leitenden Halbleiter 12 ausgebildet wird, Teile der p-leitenden Halbleiterschicht 10 und der aktiven Schicht 12, die an der Oberseite ausgebildet sind, verbraucht und bilden einen Ohm'schen Kontakt. Die Ausbildung der Elektrode führt zu einer Verringerung von Lichtemissionsfläche der Halbleiterlicht-Emissionsvorrichtung 1, und dadurch nimmt auch die Lichtausbeute ab.
In 1B ist eine horizontale Lichtemissionsvorrichtung dargestellt, die eine Struktur aufweist, durch die die Lichtausbeute zunimmt. Die in 1B gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung ist eine Flip-Chip-Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2. Ein Substrat 23 befindet sich an der Oberseite. Elektroden 24 und 25 sind mit Elektrodenkontakten 26 bzw. 27 in Kontakt, die auf einem leitenden Substrat 28 ausgebildet sind. Licht, das von einer aktiven Schicht 21 emittiert wird, wird unabhängig von den Elektroden 24 und 25 über das Substrat 23 emittiert. Daher kann die Verringerung der Lichtausbeute, die bei der in 1A gezeigten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung verursacht wird, verhindert werden.
Trotz der hohen Lichtausbeute der Flip-Chip-Lichternissionsvorrichtung 2 müssen bei der Lichtemissionsvorrichtung 2 die n-leitende Elektrode und die p-leitende Elektrode in der gleichen Ebene angeordnet sein und in der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 verbunden sein. Nachdem sie verbunden bzw. gebondet worden sind, ist es wahrscheinlich, dass die n-leitende Elektrode und die p-leitende Elektrode von den Elektrodenkontakten 26 und 27 getrennt werden. Daher sind teure Präzisionsbearbeitungseinrichtungen erforderlich.
Dadurch nehmen die Herstellungskosten zu, die Produktivität verringert sich, die Ausbeute nimmt ab, und die Zuverlässigkeit der Erzeugnisse verringert sich.
Um eine Reihe von Problemen einschließlich der oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist eine vertikale Lichtemissionsvorrichtung, bei der ein leitendes Substrat und nicht das nicht leitende Substrat eingesetzt wird, entwickelt worden. Eine in 1C gezeigte Lichtemissionsvorrichtung 3 ist eine vertikale Lichtemissionsvorrichtung. Wenn ein leitendes Substrat 33 verwendet wird, kann eine n-leitende Elektrode 35 auf dem Substrat 33 ausgebildet werden. Das leitende Substrat 33 kann aus einem leitenden Material, beispielsweise Si, bestehen. Im Allgemeinen ist es aufgrund von Gitter-Fehlanpassung (lattice-mismatching) schwierig, Halbleiterschichten auf dem leitenden Substrat auszubilden. Daher werden Halbleiterschichten unter Verwendung eines Substrats gezüchtet, das leichtes Wachstum der Halbleiterschichten ermöglicht, und dann wird ein leitendes Substrat gebondet, nachdem das Substrat zum Aufwachsen entfernt worden ist.
Wenn das nicht leitende Substrat entfernt wird, wird das leitende Substrat 33 auf der n-leitenden Halbleiterschicht 32 ausgebildet, so dass die Lichtemissionsvorrichtung 3 eine vertikale Struktur aufweist. Wenn das leitende Substrat 33 verwendet wird, kann, da eine Spannung über das leitende Substrat 33 an die n-leitende Halbleiterschicht 32 angelegt werden kann, eine Elektrode auf dem Substrat 33 ausgebildet werden. Daher wird, wie in 1C gezeigt, die n-leitende Elektrode 35 auf dem leitenden Substrat 33 ausgebildet, und die p-leitende Elektrode 34 wird auf der p-leitenden Halbleiterschicht 30 ausgebildet, so dass die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung mit der vertikalen Struktur hergestellt werden kann.
Wenn jedoch eine Hochleistungs-Lichtemissionsvorrichtung mit großer Fläche hergestellt wird, muss ein Flächenverhältnis der Elektrode zu dem Substrat zur Stromverteilung hoch sein. Daher ist die Lichtentnahme begrenzt, es kommt zu Lichtverlust durch optische Absorption und die Lichtausbeute nimmt ab und die Zuverlässigkeit des Erzeugnisses verringert sich.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, die eine maximale Lichtemissionsfläche gewährleistet, um die Lichtausbeute zu maximieren und gleichmäßige Stromverteilung unter Verwendung einer Elektrode mit kleiner Fläche durchzuführen, und die Massenproduktion zu geringen Kosten, mit hoher Zuver lässigkeit und hoher Qualität ermöglicht, sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben und eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe geschaffen, die diese verwendet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung geschaffen, die eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht, eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Elektrodenschicht und eine Isolierschicht, eine erste Elektrodenschicht und ein leitendes Substrat aufweist, die aufeinanderfolgend geschichtet sind, wobei die zweite Elektrodenschicht einen freiliegenden Bereich an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps hat und die erste Elektrodenschicht wenigstens ein Kontaktloch umfasst, das elektrisch mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, gegenüber der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht elektrisch isoliert ist und sich von einer Fläche der ersten Elektrodenschicht zu wenigstens einem Teil der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung kann des Weiteren eine Elektroden-Anschlusseinheit enthalten, die an dem freiliegenden Bereich der zweiten Elektrodenschicht ausgebildet ist.
Der freiliegende Bereich der zweiten Elektrodenschicht kann eine Zone sein, die über ein Durchgangsloch freiliegt, das durch die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, die aktive Schicht und die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps hindurch ausgebildet ist.
Der Durchmesser des Durchgangslochs kann in einer Richtung von der zweiten Elektrodenschicht zu der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps hin zunehmen.
Eine Isolierschicht kann an einer Innenfläche des Durchgangslochs ausgebildet sein.
Der freiliegende Bereich der zweiten Elektrodenschicht kann am Rand der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung ausgebildet sein.
Die zweite Elektrodenschicht kann von der aktiven Schicht erzeugtes Licht reflektieren.
Die zweite Elektrodenschicht kann ein Metall enthalten, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Ag, Al und Pt besteht.
Ein unregelmäßiges Muster kann an der Oberfläche der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sein.
Das unregelmäßige Muster kann eine Photonenkristallstruktur aufweisen.
Das leitende Substrat kann ein Metall enthalten, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Au, Ni, Cu und W besteht.
Das leitende Substrat kann ein Material enthalten, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Si, Ge und GaAs besteht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung geschaffen, wobei das Verfahren einschließt:
aufeinanderfolgendes Schichten einer Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht, einer Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Elektrodenschicht, einer Isolierschicht, einer ersten Elektrodenschicht und eines leitenden Substrats; Ausbilden eines freiliegenden Bereiches an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps; und Ausbilden wenigstens eines Durchgangslochs 114 in der ersten Elektrodenschicht, wobei das Kontaktloch elektrisch mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, gegenüber der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht elektrisch isoliert ist und sich von einer Fläche der ersten Elektrodenschicht zu wenigstens einem Teil der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt.
Das Ausbilden eines freiliegenden Bereiches der zweiten Elektrodenschicht kann Mesa-Ätzen der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, der aktiven Schicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einschließen.
Das leitende Substrat kann mit einem Plattierungsverfahren ausgebildet und geschichtet werden. Das leitende Substrat kann mit einem Substrat-Bonding-Verfahren laminiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe geschaffen, die enthält:
einen Körper der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe, an dessen Oberseite ein vertiefter Teil ausgebildet ist; einen ersten Leiterrahmen und einen zweiten Leiterrah men, die an dem Körper der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe angebracht sind, an einer Unterseite des vertieften Teils freiliegen und um einen vorgegebenen Abstand voneinander getrennt sind; eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, die an dem ersten Leiterrahmen angebracht ist, wobei die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht, eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Elektrodenschicht, eine Isolierschicht, eine erste Elektrodenschicht und ein leitendes Substrat aufweist, die aufeinanderfolgend geschichtet sind, die zweite Elektrodenschicht einen freiliegenden Bereich an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst und die erste Elektrodenschicht wenigstens ein Kontaktloch umfasst, das elektrisch mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, gegenüber der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht elektrisch isoliert ist und sich von einer Fläche der ersten Elektrodenschicht zu wenigstens einem Teil der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung kann des Weiteren eine Elektroden-Anschlusseinheit enthalten, die an dem freiliegenden Bereich der zweiten Elektrodenschicht ausgebildet ist, und die Elektroden-Anschlusseinheit ist elektrisch mit dem zweiten Leiterrahmen verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben beschriebenen und weitere Aspekte, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1A eine Schnittansicht ist, die eine horizontale Lichtemissionsvorrichtung darstellt:
1B eine Schnittansicht ist, die die horizontale Lichtemissionsvorrichtung darstellt.
1C eine Schnittansicht ist, die eine vertikale Lichtemissionsvorrichtung darstellt.
2 eine Perspektivansicht ist, die eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 eine Draufsicht ist, die die in 2 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung darstellt.
4A eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' ist, die die in 3 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung darstellt.
4B eine Schnittansicht entlang der Linie B-B' ist, die die in 3 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung darstellt.
4C eine Schnittansicht entlang der Linie C-C' ist, die die in 3 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung darstellt.
5 eine Ansicht ist, die Lichtemission bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, die ein unregelmäßiges Muster an ihrer Oberfläche aufweist, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 eine Ansicht ist, die eine zweite Elektrodenschicht, die am Rand der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung freiliegt, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 eine Schnittansicht ist, die eine Halbleiter-Lichtemissions-Baugruppe gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen Lichtausbeute und Stromdichte einer Lichtemissionsfläche darstellt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt verstanden werden. Vielmehr dienen diese Ausführungsformen dazu, Gründlichkeit und Vollständigkeit der Offenbarung zu gewährleisten und stellen den Schutzumfang der Erfindung für den Fachmann vollständig dar.
2 ist eine Perspektivansicht, die eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt. 3 ist eine Draufsicht, die die in 2 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung darstellt. Es folgt eine Beschreibung unter Bezugnahme auf 2 und 3.
Eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführung der Erfindung enthält eine Halbleiterschicht 111 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht 112, eine Halbleiterschicht 113 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Elektrodenschicht 120, eine erste Isolierschicht 130, eine erste Elektrodenschicht 140 und ein leitendes Substrat 150, die aufeinanderfolgend geschichtet sind. Dabei weist die zweite Elektrodenschicht 120 einen freiliegenden Bereich an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht 120 und der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps auf. Die erste Elektrodenschicht 140 enthält wenigstens ein Kontaktloch 141. Das Kontaktloch 141 ist elektrisch mit der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden, gegenüber der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 112 elektrisch isoliert und erstreckt sich von einer Fläche der ersten Elektrodenschicht 140 zu wenigstens einem Teil der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps.
Bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 führen die Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps, die aktive Schicht 112 und die Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps Lichtemission durch. Im Folgenden werden sie als eine Lichtemissions-Schichtung 110 bezeichnet. Das heißt, die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 enthält die Lichtemissions-Schichtung 110, die erste Elektrodenschicht 140 und die erste Isolierschicht 130. Die erste Elektrodenschicht 140 ist elektrisch mit der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden. Die zweite Elektrodenschicht 120 ist elektrisch mit der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps verbunden. Die erste Isolierschicht 130 isoliert die elektrischen Schichten 120 und 140 elektrisch voneinander. Des Weiteren ist das leitende Substrat 150 als ein Substrat zum Aufwachsen oder Tragen der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 enthalten.
Jede der Halbleiterschichten 111 und 113 kann aus einem Halbleiter, wie beispielsweise einem Halbleiter auf GaN-Basis, einem Halbleiter auf ZnO-Basis, einem Halbleiter auf GaAs-Basis, einem Halbleiter auf GaP-Basis und einem Halbleiter auf GaAsP-Basis bestehen. Die Halbleiterschicht kann beispielsweise unter Verwendung von Molekularstrahlepitaxie (molecular beam epitaxy – MBE) ausgebildet werden. Des Weiteren kann jede der Halbleiterschichten aus jedem beliebigen Halbleiter bestehen, so beispielsweise einem Halbleiter der Gruppen III–V, einem Halbleiter der Gruppen II–VI, und Si. Jede der Halbleiterschichten 111 und 113 wird ausgebildet, indem der oben beschriebene Halbleiter unter Berücksichtigung des Leitfähigkeitstyps mit geeigneten Störstellen dotiert wird.
Die aktive Schicht 112 ist eine Schicht, in der Lichtemission aktiviert wird. Die aktive Schicht 112 besteht aus einem Material, das einen geringeren Energieabstand hat als jeweils die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und die Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Wenn beispielsweise die Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps und die Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps jeweils aus einer Verbindung auf GaN-Basis ausgebildet wird, kann die aktive Schicht 112 unter Verwendung eines Verbindungshalbleiters auf InAlGaN-Basis ausgebildet werden, der einen kleineren Energieabstand hat als GaN. Das heißt, die aktive Schicht 112 kann In_xAl_yGa_(1-x-y)N enthalten (wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1).
Angesichts der Eigenschaften der aktiven Schicht 112 wird die aktive Schicht 120 vorzugsweise nicht mit Störstellen dotiert. Eine Wellenlänge des emittierten Lichtes kann gesteuert werden, indem ein Molverhältnis der Bestandteile reguliert wird. Daher kann die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 je nach den Eigenschaften der aktiven Schicht 112 infrarotes Licht, sichtbares Licht und UV-Licht emittieren.
Jede der Elektrodenschichten 120 und 140 wird ausgebildet, um eine Spannung an die Halbleiterschicht des gleichen Leitfähigkeitstyps anzulegen. Daher können die Elektrodenschichten 120 und 140 im Sinne der elektrischen Leitfähigkeit aus Metall bestehen. Das heißt, die Elektrodenschichten 120 und 140 enthalten Elektroden, die die Halbleiterschichten 111 und 113 elektrisch mit einer externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbinden. Die Elektrodenschichten 120 und 140 können beispielsweise Ti als eine n-leitende Elektrode und Pd oder Au als eine p-leitende Elektrode enthalten.
Die erste Elektrodenschicht 140 ist mit der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden, und die zweite Elektrodenschicht 120 ist mit der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps verbunden. Das heißt, da die erste und die zweite Halbleiterschicht 140 und 120 mit den Halbleiterschichten verbunden sind, die voneinander verschiedene Leitfähigkeit aufweisen, sind die erste und die zweite Schicht 120 und 140 durch die erste Isolierschicht 130 elektrisch voneinander getrennt. Vorzugsweise besteht die erste Isolierschicht 130 aus einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit. Die erste Isolierschicht 130 kann beispielsweise ein Oxid, wie z. B. SiO₂, enthalten.
Vorzugsweise reflektiert die zweite Elektrodenschicht 120 von der aktiven Schicht 112 erzeugtes Licht. Da sich die zweite Elektrodenschicht 120 unter der aktiven Schicht 112 befindet, befindet sich die zweite Elektrodenschicht 120 in einer Richtung, in der die Halblei ter-Lichtemissionsvorrichtung 100 Licht auf Basis der aktiven Schicht 112 emittiert, an der anderen Seite. Licht, das sich von der aktiven Schicht 112 auf die zweite Elektrodenschicht 120 zu bewegt, hat eine Richtung, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in der die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 Licht emittiert. Daher muss das Licht, das sich auf die zweite Elektrodenschicht 120 zu bewegt, reflektiert werden, um die Lichtausbeute zu erhöhen. Daher bewegt sich das reflektierte Licht, wenn die zweite Elektrodenschicht 120 Licht-Reflektionsvermögen aufweist, auf eine Lichtemissionsfläche zu, um so die Lichtausbeute der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 zu erhöhen.
Um das von der aktiven Schicht 112 erzeugte Licht zu reflektieren, besteht die zweite Elektrodenschicht 120 vorzugsweise aus einem Metall, das in dem Bereich sichtbarer Strahlen weiß erscheint. Das weiße Metall kann beispielsweise Ag, Al und Pt sein.
Die zweite Elektrodenschicht 120 enthält einen freiliegenden Bereich an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht 120 und der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Eine Unterseite der ersten Elektrodenschicht 140 ist in Kontakt mit dem leitenden Substrat 150, und die erste Elektrodenschicht 140 ist über das leitende Substrat 150 elektrisch mit der externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden. Die zweite Elektrodenschicht 120 erfordert jedoch einen separaten Verbindungsabschnitt, um Verbindung mit der externen Stromquelle (nicht dargestellt) herzustellen. Daher enthält die zweite Elektrodenschicht 120 einen Bereich, der freigelegt wird, indem die Lichtemissions-Schichtung 110 teilweise weggeätzt wird.
In 2 ist ein Beispiel eines Durchgangslochs 114 dargestellt. Das Durchgangsloch 114 wird ausgebildet, indem die Mitte der Lichtemissions-Schichtung 110 geätzt wird, um einen freiliegenden Bereich der zweiten Elektrodenschicht 120 auszubilden. Eine Elektroden-Anschlusseinheit 160 kann des Weiteren in dem freiliegenden Bereich der zweiten Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Die zweite Elektrodenschicht 120 kann über ihren freiliegenden Bereich elektrisch mit der externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden sein. Dabei wird die zweite Elektrodenschicht 120 unter Verwendung der Elektroden-Anschlusseinheit 160 elektrisch mit der externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden. Die zweite Elektrodenschicht 120 kann mittels eines Drahtes oder dergleichen elektrisch mit der externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden werden. Zur bequemen Verbindung mit der externen Stromquelle nimmt der Durchmesser des Durchgangslochs 114 vorzugsweise von der zweiten Elektrodenschicht zu der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps hin zu.
Das Durchgangsloch 114 wird durch selektives Ätzen ausgebildet. Im Allgemeinen wird nur die Lichtemissions-Schichtung 110, die die Halbleiter enthält, geätzt, und die zweite Elektrodenschicht 120, die das Metall enthält, wird nicht geätzt. Der Durchmesser des Durchgangslochs 114 kann durch den Fachmann unter Berücksichtigung der Lichtemissionsfläche, der Effektivität der elektrischen Verbindung und der Stromverteilung in der zweiten Elektrodenschicht 120 in geeigneter Weise bestimmt werden.
Die erste Elektrodenschicht 140 enthält wenigstens ein Kontaktloch 141. Das Kontaktloch 141 ist elektrisch mit der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden, gegenüber der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 112 elektrisch isoliert und erstreckt sich zu wenigstens einem Teil der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps. Die erste Elektrodenschicht 140 enthält wenigstens ein Kontaktloch 141, um die Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps mit der externen Stromquelle (nicht dargestellt) zu verbinden. Das Kontaktloch 141 ist durch die zweite Elektrodenschicht 120 zwischen der ersten Elektrodenschicht 140 und der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 112 hindurch ausgebildet und erstreckt sich zu der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps. Des Weiteren besteht das Durchgangsloch 114 aus einem Elektrodenmaterial.
Wenn das Kontaktloch 141 nur für die elektrische Verbindung verwendet wird, kann die erste Elektrodenschicht 140 ein Kontaktloch 141 enthalten. Um jedoch einen Strom, der zu der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps übertragen wird, gleichmäßig zu verteilen, kann die erste Elektrodenschicht 140 eine Vielzahl von Kontaktlöchern 141 an vorgegebenen Positionen enthalten.
Das leitende Substrat 150 ist in Kontakt mit der ersten Elektrodenschicht 140 ausgebildet und elektrisch mit ihr verbunden. Das leitende Substrat 150 kann ein Substrat aus Metall oder ein Halbleitersubstrat sein. Wenn das leitende Substrat 150 aus Metall besteht, kann das Metall Au, Ni, Cu und W sein. Des Weiteren kann das Halbleitersubstrat, wenn das leitende Substrat 150 das Halbleitersubstrat ist, aus Si, Ge und GaAs bestehen. Das leitende Substrat 150 kann ein Aufwachssubstrat sein. Als Alternative dazu kann das leitende Substrat 150 ein Trägersubstrat sein. Nachdem ein nicht leitendes Substrat, wie beispielsweise ein Saphir-Substrat, das geringe Gitter-Fehlanpassung aufweist, als ein Aufwachssubstrat verwendet worden ist und das nicht leitende Substrat entfernt worden ist, wird das Trägersubstrat gebondet.
Wenn das leitende Substrat 150 das Trägersubstrat ist, kann es unter Verwendung eines Plattierverfahrens oder eines Substrat-Bonding-Verfahrens ausgebildet werden. Zu Beispielen für ein Verfahren zum Ausbilden des leitenden Substrats 150 in der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 gehören beispielsweise ein Plattierverfahren, bei dem eine Plattier-Keimschicht ausgebildet wird, um ein Substrat auszubilden, sowie ein Substrat-Bonding-Verfahren, bei dem das leitende Substrat 150 separat gefertigt wird und das leitende Substrat 150 unter Verwendung eines leitenden Klebstoffs, wie beispielsweise Au, Au-Sn und Pb-Sr, gebondet wird.
3 ist eine Draufsicht, die die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 darstellt. Das Durchgangsloch 114 ist in einer Oberseite der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 ausgebildet, und die Elektroden-Anschlusseinheit 160 ist in dem freiliegenden Bereich der zweiten Elektrodenschicht 120 angeordnet. Des Weiteren sind, obwohl in der Oberseite der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 nicht dargestellt, um die Positionen der Kontaktlöcher 141 zu zeigen, die Kontaktlöcher 141 als unterbrochene Linie dargestellt, um die Positionen der Kontaktlöcher 141 zu zeigen. Die erste Isolierschicht 130 kann sich um das Kontaktloch 141 herum erstrecken und es umgeben, so dass das Kontaktloch 141 elektrisch von der zweiten Elektrodenschicht 120, der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 112 getrennt ist. Dies wird ausführlicher unter Bezugnahme auf 4B und 4C beschrieben.
4A ist eine Schnittansicht entlang der A-A', die die in 3 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung darstellt. 4B ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B', die die in 3 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung darstellt. 4C ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C', die die in 3 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung darstellt. Die Linie A-A' verläuft so, dass ein Schnitt durch die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 gezeigt wird. Die Linie B-B' verläuft so, dass ein Schnitt gezeigt wird, der die Kontaktlöcher 141 und das Durchgangsloch 114 enthält. Die Linie C-C' verläuft so, dass ein Schnitt gezeigt wird, der nur die Kontaktlöcher 141 enthält. In der folgenden Beschreibung wird auf 4A bis 4C Bezug genommen.
In 4A ist weder das Kontaktloch 141 noch das Durchgangsloch 114 dargestellt. Da das Kontaktloch 141 nicht unter Verwendung einer separaten Verbindungsleitung verbunden wird, sondern über die erste Elektrodenschicht 140 elektrisch verbunden ist, ist das Kontaktloch 141 in dem Schnitt in 3 nicht dargestellt.
Das Kontaktloch 141 erstreckt sich, wie unter Bezugnahme auf 4B und 4C zu sehen ist, von der Grenzfläche zwischen der ersten Elektrodenschicht 140 und der zweiten Elektrodenschicht 120 in das Innere der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps hinein. Das Kontaktloch 141 verläuft durch die Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 112 hindurch und erstreckt zu der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps. Das Kontaktloch 141 erstreckt sich wenigstens bis zu der Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht 112 und der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps. Vorzugsweise erstreckt sich das Kontaktloch 141 zu einem Teil der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps. Das Kontaktloch 141 dient jedoch der elektrischen Verbindung und der Stromverteilung. Wenn das Kontaktloch 141 in Kontakt mit der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps ist, muss sich das Kontaktloch 141 nicht bis zu der Außenfläche der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps erstrecken.
Das Kontaktloch 141 ist so ausgebildet, dass es den Strom in der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps verteilt. Daher ist eine vorgegebene Anzahl von Kontaktlöchern 141 ausgebildet, und jedes der Kontaktlöcher 141 hat eine Fläche, die klein genug ist, um gleichmäßige Stromausbreitung in der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps zuzulassen. Eine kleine Anzahl an Kontaktlöchern 141 kann Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften aufgrund von Problemen beim Durchführen von Stromverteilung verursachen. Eine große Anzahl von Kontaktlöchern 141 kann zu Problemen beim Ausbilden der Kontaktlöcher 141 sowie zu einer Verringerung der Lichtemissionsfläche aufgrund einer Verringerung der Fläche der aktiven Schicht führen. Daher ist jedes der Kontaktlöcher 141 so ausgebildet, dass es eine kleinstmögliche Fläche hat und gleichmäßige Stromverteilung zulässt.
Das Kontaktloch 141 erstreckt sich von der zweiten Elektrodenschicht 120 in das Innere der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps hinein. Da das Kontaktloch 141 ausgebildet ist, um den Strom in der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps zu verteilen, muss das Kontaktloch 141 elektrisch von der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 112 getrennt sein. So ist das Kontaktloch 141 vorzugsweise elektrisch von der zweiten Elektrodenschicht 120, der Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 112 getrennt. Daher kann sich die erste Isolierschicht 130 so erstrecken, dass sie das Kontaktloch 141 umgibt. Die elektrische Trennung kann unter Verwendung eines isolierenden Materials, wie beispielsweise eines Dielektrikums, durchgeführt werden.
In 4B ist der freiliegende Bereich der zweiten Elektrodenschicht 120 so ausgebildet, dass die zweite Elektrodenschicht 120 elektrisch mit der externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Elektroden-Anschlusseinheit 160 kann in dem freiliegenden Bereich angeordnet sein. Dabei kann eine zweite Isolierschicht 170 an einer Innenfläche des Durchgangsloch 114 so ausgebildet sein, dass die Lichtemissions-Schichtung 110 und die Elektroden-Anschlusseinheit 160 elektrisch voneinander getrennt werden können.
Da die erste Elektrodenschicht 140 und die zweite Elektrodenschicht 120, wie in 4A gezeigt, in der gleichen Ebene ausgebildet sind, weist die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 Eigenschaften der horizontalen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 auf. Da die Elektroden-Anschlusseinheit 160, wie in 4B gezeigt, an der Oberfläche der Halbleiterschicht 120 des zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, kann die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 Eigenschaften der vertikalen Lichtemissionsvorrichtung haben. Daher hat die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 einen Aufbau, in den die vertikale Struktur und die horizontale Struktur integriert sind.
In 4A bis 4C kann die Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps eine n-leitende Halbleiterschicht sein, und die erste Elektrodenschicht 140 kann eine n-leitende Elektrode sein. In diesem Fall kann die Halbleiterschicht 113 des zweiten Leitfähigkeitstyps eine p-leitende Halbleiterschicht sein, und die zweite Elektrodenschicht 120 kann eine p-leitende Elektrode sein. Daher können die erste Elektrodenschicht 140, die aus der n-leitenden Elektrode besteht, und die zweite Elektrodenschicht 120, die aus der p-leitenden Elektrode besteht, mit der dazwischen befindlichen Isolierschicht 130 elektrisch voneinander isoliert sein.
5 ist eine Ansicht, die Lichtemissionen in einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung darstellt, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein an ihrer Oberfläche ausgebildetes unregelmäßiges Muster aufweist. Die Beschreibung der bereits beschriebenen Komponenten wird weggelassen.
Bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bildet die Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps den äußersten Rand in einer Richtung, in der sich emittiertes Licht bewegt. Daher kann ein unregelmäßiges Muster mittels eines bekannten Verfahrens, wie beispielsweise Fotolithografie, einfach an der Oberfläche ausgebildet werden. In diesem Fall tritt das von der aktiven Schicht 112 emittierte Licht durch das unregelmäßige Muster 180 hindurch, das an der Oberfläche der Halbleiterschicht 111 des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, und dann wird das Licht entnommen. Das unregelmäßige Muster 130 bewirkt eine Zunahme des Lichtausbeutewirkungsgrades.
Das unregelmäßige Muster 180 kann eine Photonenkristallstruktur haben. Photonenkristalle enthalten unterschiedliche Medien, die unterschiedliche Brechungsindizes haben und wie Kristalle regelmäßig angeordnet sind. Die Photonenkristalle können den Lichtausbeutungswirkungsgrad erhöhen, indem Licht in einer Längeneinheit gesteuert wird, die einem Vielfachen einer Wellenlänge von Licht entspricht.
6 ist eine Ansicht, die eine zweite Elektrodenschicht darstellt, die am Rand einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung freiliegt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung geschaffen. Das Verfahren schließt sequenzielles Schichten einer Halbleiterschicht 211 eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht 212, einer Halbleiterschicht 213 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Elektrodenschicht 220, einer Isolierschicht 230, einer ersten Elektrodenschicht 240 und eines leitenden Substrats 250, Ausbilden eines freiliegenden Bereiches an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht 220 und der Halbleiterschicht 213 des zweiten Leitfähigkeitstyps sowie Ausbilden wenigstens eines Durchgangslochs 114 241 in der Halbleiterschicht 213 des zweiten Leitfähigkeitstyps ein, wobei das Kontaktloch 241 elektrisch mit der Halbleiterschicht 211 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, gegenüber der Halbleiterschicht 213 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 212 elektrisch isoliert ist und sich von einer Fläche der Elektrodenschicht 240 bis wenigstens zu einem Teil der Halbleiterschicht 211 des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt.
Dabei kann der freiliegende Bereich der zweiten Elektrodenschicht 220 ausgebildet werden, indem das Durchgangsloch 214 in einer Lichtemissions-Schichtung 210 ausgebildet wird (siehe 2). Als Alternative dazu kann, wie in 6 gezeigt, der freiliegende Bereich der zweiten Elektrodenschicht 220 durch Mesa-Ätzen der Lichtemissions-Schichtung 210 ausgebildet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Beschreibung der gleichen Komponenten wie derjenigen der Ausführungsform, die bereits unter Bezugnahme auf 2 beschrieben worden ist, weggelassen.
Ein Rand der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 200 ist, wie unter Bezugnahme auf 6 zu sehen ist, Mesa-Ätzen unterzogen worden. Der Rand der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 200 wird geätzt, um die zweite Elektrodenschicht 220 an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht 220 und der Halbleiterschicht 213 des zweiten Leitfähigkeitstyps freizulegen. Der freigelegte Bereich der zweiten Halbleiterschicht 220 ist am Rand der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 200 ausgebildet. Ein Prozess zum Ausbilden des freiliegenden Bereiches am Rand der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 200 ist einfacher als der Prozess des Ausbildens des Durchgangslochs in der oben beschriebenen Ausführungsform und ermöglicht es auch, einen anschließenden Prozess der elektrischen Verbindung einfach auszuführen.
7 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe 300 enthält einen Körper 360a, 360b und 360c der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe mit einer Oberseite, in der ein vertiefter Teil ausgebildet ist, einen ersten Leiterrahmen 370a und einen zweiten Leiterrahmen 370b, die an dem Körper 360a, 360b und 360c der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe angebracht sind, an einer Unterseite des vertieften Teils freiliegen und voneinander um einen vorgegebenen Abstand getrennt sind, sowie eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 310 und 320, die an dem ersten Leiterrahmen 370a angebracht ist. Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 310 und 320 ist die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung mit dem Durchgangsloch in ihrer Mitte gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben worden ist. Die Beschreibung der gleichen Komponenten, die bereits beschrieben worden sind, wird weggelassen.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 310 und 320 enthält eine Lichtemissionseinheit 310 sowie ein leitendes Substrat 320. Die Lichtemissionseinheit 310 enthält eine erste und eine zweite Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und Elektrodenschichten. Ein Durchgangsloch ist in der Lichtemissionseinheit 310 ausgebildet, und die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 310 und 320 enthält des Weiteren eine Elektroden-Anschlusseinheit 330 an einem freiliegenden Bereich. Das leitende Substrat 320 ist elektrisch mit dem ersten Leiterrahmen 370a verbunden, und die Elektroden-Anschlusseinheit 330 ist über einen Draht 340 oder dergleichen elektrisch mit dem zweiten Leiterrahmen 370b verbunden.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 310 und 320 wird durch Drahtbondverbindung 340 elektrisch mit dem zweiten Leiterrahmen 370b verbunden, an dem die Halbleiter-Licht emissionsvorrichtung 310 und 320 nicht angebracht ist. Daher kann die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung hohe Lichtausbeute erzielen und hat eine vertikale Struktur. Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung ist, wie in 7 gezeigt, an dem Leiterrahmen 370a durch Die-Bonden und an dem Leiterrahmen 370b durch Drahtbonden angebracht. Daher kann der Prozess zu relativ niedrigen Kosten durchgeführt werden.
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Lichtausbeute und Stromdichte einer Lichtemissionsoberfläche darstellt. Wenn die Stromdichte ungefähr 10 A/cm² oder mehr beträgt, d. h. die Stromdichte gering ist, ist die Lichtausbeute hoch, und wenn die Stromdichte hoch ist, ist die Lichtausbeute niedrig.
Die Beziehung zwischen der Stromdichte und der Lichtausbeute sowie der Lichtemissionsfläche sind in Tabelle 1 in Zahlen dargestellt. (Tabelle 1)

Lichtemissionsfläche (cm²) Stromdichte (A/cm²) Lichtausbeute (lm/W) Verbesserung (%)

0,0056 62,5 46,9 100

0,0070 50,0 51,5 110

0,0075 46,7 52,9 113

0,0080 43,8 54,1 115
Aus 8 und Tabelle 1 geht hervor, dass, wenn die Lichtemissionsfläche zunimmt, die Lichtausbeute zunimmt. Um jedoch die Lichtemissionsfläche zu gewährleisten, muss die Fläche der verteilten Elektroden reduziert werden, wodurch die Stromdichte der Lichtemissionsfläche reduziert wird. Die Reduzierung der Stromdichte der Lichtemissionsfläche kann elektrische Eigenschaften der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung verschlechtern.
Dieses Problem kann jedoch gelöst werden, indem Stromverteilung unter Verwendung von Kontaktlöchern gemäß den Ausführungsformen der Erfindung gewährleistet wird. Daher kann die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften, die möglicherweise durch die Reduzierung der Stromdichte verursacht wird, unter Verwendung eines Verfahrens zum Ausbilden von Kontaktlöchern in der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung verhindert wer den, die sich zur Stromverteilung nicht bis zu der Lichtemissionsfläche erstrecken, sondern darin ausgebildet sind. Daher führt die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung gewünschte Stromverteilung durch und gewährleistet maximale Lichtemissionsfläche, um eine vorteilhafte Lichtausbeute zu erzielen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann, wie oben aufgeführt, die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung verhindern, dass emittiertes Licht durch Elektroden reflektiert oder absorbiert wird, und gewährleistet die maximale Lichtemissionsfläche, indem sie die Elektroden der Halbleiterschichten, die sich in einer Lichtemissionsrichtung befinden, bis auf einen Teil der Elektroden unterhalb einer aktiven Schicht anordnet, um so die Lichtausbeute zu maximieren.
Des Weiteren ist wenigstens ein Kontaktloch in der Elektrode ausgebildet, um die Stromverteilung ungehindert durchzuführen, so dass gleichmäßige Stromverteilung mit der Elektrode mit kleiner Fläche durchgeführt werden kann.
Des Weiteren ist, da das Durchgangsloch an der Oberseite der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung ausgebildet ist, Ausrichtung während des Die-Bondens nicht erforderlich, und Drahtbonden kann leicht durchgeführt werden. Weiterhin können, da die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eine vertikale Struktur hat, Drahtbonden und Die-Bonden, die einfach zu niedrigen Kosten durchgeführt werden können, zusammen angewendet werden, wenn eine Baugruppe hergestellt wird. So kann Massenherstellung zu niedrigen Kosten erreicht werden.
Daher kann gemäß den Ausführungsformen der Erfindung Massenproduktion von Lichtemissionsvorrichtungen zu niedrigen Kosten mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Qualität realisiert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden ist, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert werden.

Claims

Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, die eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht, eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Elektrodenschicht und eine Isolierschicht, eine erste Elektrodenschicht und ein leitendes Substrat aufweist, die aufeinanderfolgend geschichtet sind, wobei die zweite Elektrodenschicht einen freiliegenden Bereich an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps hat, und die erste Elektrodenschicht wenigstens ein Kontaktloch umfasst, das elektrisch mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, gegenüber der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht elektrisch isoliert ist und sich von einer Fläche der ersten Elektrodenschicht zu wenigstens einem Teil der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren eine Elektroden-Anschlusseinheit umfasst, die an dem freiliegenden Bereich der zweiten Elektrodenschicht ausgebildet ist.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der freiliegende Bereich der zweiten Elektrodenschicht ein Bereich ist, der über ein Durchgangsloch freiliegt, das durch die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die aktive Schicht und die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps hindurch ausgebildet ist.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Durchmesser des Durchgangslochs in einer Richtung von der zweiten Elektrodenschicht zu der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps hin zunimmt.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Isolierschicht an einer Innenfläche des Durchgangslochs ausgebildet ist.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der freiliegende Bereich der zweiten Elektrodenschicht am Rand der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung ausgebildet ist.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrodenschicht von der aktiven Schicht erzeugtes Licht reflektiert.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweite Elektrodenschicht ein Metall umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Ag, Al und Pt besteht.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein unregelmäßiges Muster an der Oberfläche der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das unregelmäßige Muster eine Photonenkristallstruktur hat.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das leitende Substrat ein Metall umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Au, Ni, Cu und W besteht.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das leitende Substrat ein Material umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Si, Ge und GaAs besteht.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: aufeinanderfolgendes Schichten einer Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht, einer Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Elektrodenschicht, einer Isolierschicht, einer ersten Elektrodenschicht und eines leitenden Substrats; Ausbilden eines freiliegenden Bereiches an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps; und Ausbilden wenigstens eines Kontaktlochs in der ersten Elektrodenschicht, wobei das Kontaktloch elektrisch mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, gegenüber der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht elektrisch isoliert ist und sich von einer Fläche der ersten Elektrodenschicht zu wenigstens einem Teil der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ausbilden eines freiliegenden Bereiches der zweiten Elektrodenschicht Mesa-Ätzen der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, der aktiven Schicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das leitende Substrat mit einem Plattierverfahren ausgebildet und geschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das leitende Substrat mit einem Substrat-Bonding-Verfahren geschichtet wird.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe, die umfasst: einen Körper der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe, an dessen Oberseite ein vertiefter Teil ausgebildet ist; einen ersten Leiterrahmen und einen zweiten Leiterrahmen, die an dem Körper der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe angebracht sind, an einer Unterseite des vertieften Teils freiliegen und um einen vorgegebenen Abstand voneinander getrennt sind; eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, die an dem ersten Leiterrahmen angebracht ist, wobei die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht, eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Elektrodenschicht, eine Isolierschicht, eine erste Elektrodenschicht und ein leitendes Substrat hat, die aufeinanderfolgend geschichtet sind, die zweite Elektrodenschicht einen freiliegenden Bereich an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, und die erste Elektrodenschicht wenigstens ein Kontaktloch umfasst, das elektrisch mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, gegenüber der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht elektrisch isoliert ist und sich von einer Fläche der ersten Elektrodenschicht zu wenigstens einem Teil der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungs-Baugruppe nach Anspruch 17, wobei die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung des Weiteren eine Elektroden-Anschlusseinheit umfasst, die an dem freiliegenden Bereich der zweiten Elektrodenschicht ausgebildet ist, und die Elektroden-Anschlusseinheit elektrisch mit dem zweiten Leiterrahmen verbunden ist.