DE112018004133T5 - Lumineszenzdiode - Google Patents

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DE112018004133T5 DE112018004133.6T DE112018004133T DE112018004133T5 DE 112018004133 T5 DE112018004133 T5 DE 112018004133T5 DE 112018004133 T DE112018004133 T DE 112018004133T DE 112018004133 T5 DE112018004133 T5 DE 112018004133T5
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Seom Geun LEE
Chan Seob Shin
Myeong Hak Yang
Jin Woong LEE
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Abstract

Eine Lumineszenzdiode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Mesa, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die Mesa ein Halbleiterstapel ist, der eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält; eine ZnO-Schicht, die auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine untere Isolierschicht, die die ZnO-Schicht und die Mesa bedeckt und eine Öffnung enthält, die die ZnO-Schicht freilegt; eine erste Pad-Metallschicht, die auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist und mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps elektrisch verbunden ist; eine zweite Pad-Metallschicht, die mit der ZnO-Schicht durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist und von der ersten Pad-Metallschicht horizontal beabstandet ist; und eine obere Isolierschicht, die die erste Pad-Metallschicht und die zweite Pad-Metallschicht bedeckt, wobei die obere Isolierschicht eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, die die erste Pad-Metallschicht bzw. die zweite Pad-Metallschicht freilegen, wobei eine Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht geringer als die der ZnO-Schicht ist, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Lumineszenzdiode und genauer eine hocheffiziente Lumineszenzdiode.
  • [Hintergrund der Erfindung]
  • Im Allgemeinen wurde auf auf der Gruppe III basierende Nitride, wie beispielsweise Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AlN) und dergleichen, als Materialien für Lichtquellen in dem sichtbaren Bereich und Ultraviolettbereich aufmerksam gemacht. Insbesondere werden blaue und grüne Lumineszenzdioden, die Indiumgalliumnitrid (InGaN) verwenden, auf verschiedenen Gebieten verwendet, die große Vollfarb-Flachbildschirme, Signalleuchten, Innenbeleuchtung, Fahrzeugscheinwerfer, Lichtquellen mit hoher Dichte, hochauflösende Ausgabesysteme, optische Kommunikation und dergleichen enthalten.
  • Lumineszenzdioden erfordern Elektroden, um Strom anzulegen. Da eine p-leitende, auf Galliumnitrid basierende Halbleiterschicht einen hohen spezifischen Widerstand aufweist, entsteht ein Problem der Stromverdichtung. Um dieses Problem zu kompensieren, wird im Allgemeinen Indiumzinnoxid (ITO) verwendet, das mit der p-leitenden, auf Galliumnitrid basierenden Halbleiterschicht einen ohmschen Kontakt bildet.
  • Im Falle einer Lumineszenzdiode mit einem hohen Ausgang, wie beispielsweise ein Chip-Scale-Lumineszenzdioden-Package, wird eine Isolierschicht zum Schützen der Lumineszenzdiode gebildet und eine zusätzliche Metallschicht, wie beispielsweise ein Elektrodenpad, auf der Isolierschicht gebildet. Um das Elektrodenpad mit einer transparenten Elektrodenschicht elektrisch zu verbinden, muss in diesem Fall die Isolierschicht geätzt werden, um ITO freizulegen, aber das ITO kann während des Ätzens der Isolierschicht durch ein Ätzmittel beschädigt werden. Da ITO eine relativ hohe Lichtabsorption aufweist, ist es insbesondere schwierig, die Dicke desselben zu erhöhen, und folglich weist dasselbe im Allgemeinen eine Dicke von ca. 100 nm auf. Da die Dicke des ITO relativ dünn ist, kann die p-leitende, auf Galliumnitrid basierende Halbleiterschicht freigelegt werden, während die Isolierschicht geätzt wird, was zu einer Herabsetzung der p-ohmschen Eigenschaften führen kann und dadurch zu Defekten führt.
  • Um dies zu verhindern, kann eine separate Metallschicht zusätzlich auf dem ITO ausgebildet werden, bevor die Isolierschicht niedergeschlagen bzw. aufgedampft wird, oder anstelle von ITO eine ohmsche Metallschicht verwendet werden. Wenn die separate Metallschicht auf das ITO hinzugefügt wird oder die ohmsche Metallschicht anstelle von ITO verwendet wird, wird ein Herstellungsprozess jedoch komplex und die Kosten desselben erhöhen sich.
  • Indessen werden Lumineszenzdioden zur allgemeinen Beleuchtung verwendet, wie beispielsweise Filament-LED-Leuchten. Eine Vielzahl von Lumineszenzdioden wird unter Verwendung von Bonddrähten auf einer stabförmigen Basis miteinander elektrisch verbunden. Vor kurzem wurde eine Technik entwickelt, die zum unterschiedlichen Verändern von Formen der Filamente unter Verwendung flexibler Lichtstreifen fähig ist. Elektrische Verbindungen unter Verwendung von Bonddrähten sind jedoch für eine Verformung der Lichtstreifen anfällig und folglich treten leicht Defekte, wie beispielsweise eine elektrische Trennung, auf.
  • [Offenbarung der Erfindung]
  • [Technisches Problem]
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liefern eine Lumineszenzdiode mit einer einfachen Struktur, während eine transparente ohmsche Schicht verwendet wird, und mit einer verbesserten strukturellen Stabilität und Prozessstabilität.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liefern eine Lumineszenzdiode mit einer einfachen Chip-Scale-Package-Struktur, die zum Verhindern von Defekten, wie beispielsweise eine elektrische Trennung, fähig ist.
  • [Technische Lösung]
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Lumineszenzdiode Folgendes: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Mesa, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die Mesa ein Halbleiterstapel ist, der eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält; eine ZnO-Schicht, die auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine untere Isolierschicht, die die ZnO-Schicht und die Mesa bedeckt und eine Öffnung enthält, die die ZnO-Schicht freilegt; eine erste Pad-Metallschicht, die auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist und mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps elektrisch verbunden ist; eine zweite Pad-Metallschicht, die mit der ZnO-Schicht durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist und von der ersten Pad-Metallschicht horizontal beabstandet ist; und eine obere Isolierschicht, die die erste Pad-Metallschicht und die zweite Pad-Metallschicht bedeckt, wobei die obere Isolierschicht eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, die die erste Pad-Metallschicht bzw. die zweite Pad-Metallschicht freilegen, wobei eine Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht geringer als die der ZnO-Schicht ist, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  • Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Lumineszenzdiode Folgendes: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Mesa, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die Mesa ein Halbleiterstapel ist, der eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält; eine ZnO-Schicht, die auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine untere Isolierschicht, die die ZnO-Schicht und die Mesa bedeckt und eine Öffnung, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps freilegt, und eine Öffnung, die die ZnO-Schicht freilegt, enthält; ein erstes Höcker- bzw. Bump-Pad, das auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist und mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist; ein zweites Bump-Pad, das auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist, von dem ersten Bump-Pad horizontal beabstandet ist und mit der ZnO-Schicht durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist, wobei eine Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht geringer als die der ZnO-Schicht ist, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  • [Vorteilhafte Effekte]
  • Nach beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann eine transparente Elektrodenschicht unter Verwendung einer ZnO-Schicht mit einer geringen Lichtabsorption als transparente Elektrodenschicht dick ausgebildet werden. Zwar wird eine Dicke der ZnO-Schicht unter einer Öffnung einer unteren Isolierschicht geringer als die der ZnO-Schicht ausgebildet, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist, aber die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht kann folglich ausreichend dick ausgebildet werden. Daher ist es nicht erforderlich, eine separate reflektierende Metallschicht auf der transparenten Elektrodenschicht auszubilden oder die reflektierende Metallschicht anstelle der transparenten Elektrodenschicht vor dem Ausbilden der unteren Isolierschicht auszubilden, und folglich ist es möglich, eine Lumineszenzdiode zu liefern, die einen einfachen Prozess und eine verbesserte strukturelle Stabilität aufweist. Nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ferner eine kompakte Lumineszenzdiode geliefert werden, die zum Flip-Chip-Bonden ohne Bonddraht fähig ist.
  • Andere Vorteile und Effekte der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Draufsicht einer Lumineszenzdiode nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' der 1.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' der 1.
    • 4 sind Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen der Lumineszenzdiode nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
    • 5 ist eine schematische Draufsicht einer Lumineszenzdiode nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C' der 5.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D' der 5.
    • 8 sind Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen der Lumineszenzdiode nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
    • 9 ist eine schematische Draufsicht einer Lumineszenzdiode nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E' der 9.
    • 11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie F-F' der 9.
    • 12 sind Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen der Lumineszenzdiode nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
    • 13 ist eine schematische Draufsicht einer Lumineszenzdiode nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie G-G' der 13.
    • 15 ist eine schematische Querschnittansicht einer LED-Leuchte nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • [Ausführungsform der Erfindung]
  • Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden. Die folgenden Ausführungsformen sind als Beispiel geliefert, um jemandem mit Fähigkeiten in der Technik, zu der die vorliegenden Offenbarung gehört, das Wesen der vorliegenden Offenbarung vollständig zu vermitteln. Folglich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die hier Eine Vielzahl von Lumineszenzdioden sind durch eine stabförmige Basis unter Verwendung eines Bonddrahtes miteinander elektrisch verbunden in offenbarten Ausführungsformen beschränkt und kann auch in verschiedenen Formen implementiert werden. In den Zeichnungen können Breiten, Längen, Dicken und dergleichen von Elementen zur Klarheit und zu beschreibenden Zwecken übertrieben sein. Wenn ein Element bezeichnet wird, „über“ oder „auf“ einem anderen Element „angeordnet“ zu sein, kann dasselbe direkt „über“ oder „auf“ dem anderen Element „angeordnet“ sein oder dazwischenliegende Elemente können vorliegen. Überall in der Beschreibung bezeichnen ähnliche Bezugsnummern ähnliche Elemente mit den gleichen oder ähnlichen Funktionen.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liefern eine Lumineszenzdiode, die Folgendes enthält: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Mesa, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die Mesa ein Halbleiterstapel ist, der eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält; eine ZnO-Schicht, die auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine untere Isolierschicht, die die ZnO-Schicht und die Mesa bedeckt und eine Öffnung enthält, die die ZnO-Schicht freilegt; eine erste Pad-Metallschicht, die auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist und mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps elektrisch verbunden ist; eine zweite Pad-Metallschicht, die mit der ZnO-Schicht durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist und von der ersten Pad-Metallschicht horizontal beabstandet ist; und eine obere Isolierschicht, die die erste Pad-Metallschicht und die zweite Pad-Metallschicht bedeckt, wobei die obere Isolierschicht eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, die die erste Pad-Metallschicht bzw. die zweite Pad-Metallschicht freilegen, wobei eine Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht geringer als die der ZnO-Schicht ist, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  • Bei einer Struktur, bei der die ZnO-Schicht mit einer geringen Lichtabsorptionsrate enthalten ist, kann die ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht ausreichend dick gelassen werden, wobei dadurch eine strukturelle Stabilität derselben verbessert wird. Da es nicht erforderlich ist, eine reflektierende Metallschicht unter der unteren Isolierschicht zu verwendet, ist ferner ein Herstellungsprozess einfach und eine Prozessstabilität desselben wird verbessert.
  • Die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht kann um 40 bis 100 nm geringer als die der ZnO-Schicht sein, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  • Ferner kann die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht 100 nm oder mehr betragen. Bei einer Struktur, bei der sichergestellt wird, dass die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht 100 nm oder mehr beträgt, ist es möglich, einen stabilen ohmschen Kontakt sicherzustellen. Zwar ist eine maximale Grenze der Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht nicht besonders beschränkt, aber dieselbe kann beispielsweise 500 nm oder weniger betragen.
  • Die untere Isolierschicht kann die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps entlang einer Peripherie der Mesa freilegen und die erste Pad-Metallschicht kann mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden werden, die entlang der Peripherie der Mesa freiliegend ist.
  • Insbesondere kann die untere Isolierschicht eine Vielzahl von Öffnungen enthalten, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa freilegen, und die erste Pad-Metallschicht kann mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps durch die Vielzahl von Öffnungen verbunden werden.
  • Zudem kann die Mesa eine Vielzahl von Nuten enthalten, die entlang einer Seitenfläche derselben angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Öffnungen der unteren Isolierschicht entsprechend der Vielzahl von Nuten angeordnet sein kann. Folglich kann eine lichtemittierende Fläche innerhalb einer vorbestimmten Fläche der Lumineszenzdiode vergrößert werden.
  • Die Mesa kann eine Durchgangsöffnung, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps freilegt, durch die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht hindurch aufweisen, die untere Isolierschicht kann eine Öffnung aufweisen, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps in der Durchgangsöffnung freilegt, und die erste Pad-Metallschicht kann mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps in der Durchgangsöffnung verbunden sein.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Mesa eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweisen, die untere Isolierschicht Öffnungen aufweisen, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps in jeder Durchgangsöffnung freilegen, und die erste Pad-Metallschicht mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps in allen Durchgangsöffnungen verbunden sein.
  • Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Durchgangsöffnung eine längliche Form entlang der Längsrichtung der Lumineszenzdiode aufweisen. Ferner kann die erste Pad-Metallschicht die Durchgangsöffnung bedecken und Abschnitte der zweiten Pad-Metallschicht können auf beiden Seiten der Durchgangsöffnung entlang der Längsrichtung der Durchgangsöffnung angeordnet sein. Bei einer Struktur, bei der die zweite Pad-Metallschicht auf beiden Seiten der Durchgangsöffnung entlang der Längsrichtung der Durchgangsöffnung angeordnet ist, ist es möglich, die Stromaufweitung in der ZnO-Schicht zu unterstützen.
  • Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die untere Isolierschicht die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa freilegen und die erste Pad-Metallschicht auch mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden werden, die entlang der Peripherie der Mesa freiliegend ist.
  • Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen können die erste und zweite Öffnung der oberen Isolierschicht Padbereiche der Lumineszenzdiode definieren. Folglich können die Bump-Pads weggelassen werden, wobei dadurch eine Lumineszenzdiode mit einem einfachen Herstellungsprozess geliefert wird.
  • Bei anderen Ausführungsformen kann die Lumineszenzdiode ferner ein erstes Bump-Pad und ein zweites Bump-Pad enthalten, die auf der oberen Isolierschicht angeordnet und mit der ersten Pad-Metallschicht bzw. der zweiten Pad-Metallschicht elektrisch verbunden sind.
  • Ferner kann die zweite Pad-Metallschicht durch die erste Pad-Metallschicht umgeben sein, die untere Isolierschicht in einem Grenzbereich zwischen der ersten Pad-Metallschicht und der zweiten Pad-Metallschicht freiliegend sein und die freiliegende untere Isolierschicht mit der oberen Isolierschicht bedeckt sein.
  • Infolgedessen können die erste Pad-Metallschicht und die zweite Pad-Metallschicht zur gleichen Zeit in dem gleichen Prozess ausgebildet werden.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die zweite Pad-Metallschicht in eine Vielzahl von Abschnitte unterteilt und in denselben angeordnet werden und die erste Pad-Metallschicht jeden Abschnitt der Vielzahl von Abschnitten umgeben.
  • Ferner können das erste und zweite Bump-Pad jeweils über der Vielzahl von Abschnitten der zweiten Pad-Metallschicht angeordnet sein. Das zweite Bump-Pad ist jeweils mit der Vielzahl von Abschnitten der zweiten Pad-Metallschicht elektrisch verbunden.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die untere Isolierschicht eine Vielzahl von Öffnungen enthalten, die die ZnO-Schicht freilegen. Folglich kann die zweite Pad-Metallschicht mit der ZnO-Schicht an einer Vielzahl von Abschnitten verbunden sein und die zweite Pad-Metallschicht kann die Stromaufweitung in der ZnO-Schicht unterstützen.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die untere Isolierschicht ein verteilter Bragg-Reflektor sein. Folglich kann das durch die ZnO-Schicht durchgelassene Licht durch die untere Isolierschicht reflektiert werden.
  • Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die untere Isolierschicht aus SiO2 gebildet werden und die erste Pad-Metallschicht und die zweite Pad-Metallschicht können eine reflektierende Metallschicht enthalten. Folglich kann das durch die ZnO-Schicht und die untere Isolierschicht durchgelassene Licht durch die erste Pad-Metallschicht und die zweite Pad-Metallschicht reflektiert werden.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die zweite Öffnung der oberen Isolierschicht auf der Öffnung der unteren Isolierschicht angeordnet sein, die die ZnO-Schicht freilegt, und die erste Öffnung der oberen Isolierschicht ist von der Öffnung der unteren Isolierschicht, die die ZnO-Schicht freilegt, seitlich beabstandet.
  • Alternativ kann sowohl die erste als auch zweite Öffnung der oberen Isolierschicht von der Öffnung der unteren Isolierschicht, die die ZnO-Schicht freilegt, seitlich beabstandet sein.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liefern eine Lumineszenzdiode, die Folgendes enthält: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Mesa, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die Mesa ein Halbleiterstapel ist, der eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält; eine ZnO-Schicht, die auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine untere Isolierschicht, die die ZnO-Schicht und die Mesa bedeckt und eine Öffnung, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps freilegt, und eine Öffnung, die die ZnO-Schicht freilegt, enthält; ein erstes Bump-Pad, das auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist und mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist; ein zweites Bump-Pad, das auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist, von dem ersten Bump-Pad horizontal beabstandet ist und mit der ZnO-Schicht durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist, wobei eine Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht geringer als die der ZnO-Schicht ist, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  • Die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht kann um 40 bis 100 nm geringer als die der ZnO-Schicht sein, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  • Ferner kann die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht 100 nm oder mehr betragen.
  • Zudem kann die untere Isolierschicht den verteilten Bragg-Reflektor enthalten.
  • Indessen können das erste Bump-Pad und das zweite Bump-Pad Breiten aufweisen, die schmaler als die der Mesa sind.
  • Zudem kann das erste Bump-Pad innerhalb eines oberen Bereiches der Mesa angeordnet sein.
  • Indessen kann die ZnO-Schicht unter der Öffnung, die die ZnO-Schicht freilegt, einen kleineren Brechungsindex als die ZnO-Schicht, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist, in einem anderen Bereich aufweisen.
  • Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden.
  • 1 ist eine schematische Draufsicht einer Lumineszenzdiode nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' der 1 und 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' der 1.
  • In Bezug auf die 1 bis 3 enthält die Lumineszenzdiode ein Substrat 21, einen Halbleiterstapel 30, eine ZnO-Schicht 31, eine untere Isolierschicht 33, eine erste Pad-Metallschicht 35a, eine zweite Pad-Metallschicht 35b, eine obere Isolierschicht 37, ein erstes Bump-Pad 39a und ein zweites Bump-Pad 39b. Der Halbleiterstapel 30 enthält eine Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht 25 und eine Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps.
  • Als das Substrat 21 kann jedes beliebige Substrat ohne Beschränkung verwendet werden, das zum Aufwachsen einer auf Galliumnitrid basierenden Halbleiterschicht fähig ist. Beispiele des Substrates 21 enthalten ein Saphirsubstrat, ein Galliumnitridsubstrat, ein SiC-Substrat oder andere. Das Substrat 21 kann insbesondere ein bemustertes Saphirsubstrat sein.
  • Das Substrat 21 kann eine rechteckige oder quadratische Form aufweisen, wie in der Draufsicht der 1 gezeigt, ist aber nicht darauf beschränkt. Eine Größe des Substrates 21 ist nicht besonders beschränkt und kann verschieden ausgewählt werden. Das Substrat 21 kann beispielsweise 800×800 µm2 oder mehr, insbesondere 1100×1100 µm2 betragen.
  • Die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps ist auf dem Substrat 21 angeordnet. Die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps kann eine Galliumnitrid-Halbleiterschicht sein, die auf das Substrat 21 aufgewachsen und mit Dotierungsmitteln, beispielsweise Si, dotiert ist.
  • Die aktive Schicht 25 und die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps sind auf der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Die aktive Schicht 25 ist zwischen der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps und der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Die aktive Schicht 25 und die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps können kleinere Flächen als die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps aufweisen. Die aktive Schicht 25 und die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps können in einer Gestalt bzw. Form einer Mesa auf der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps durch Mesaätzen ausgebildet werden. Folglich ist ein Abschnitt einer Oberseite der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps freiliegend. Beispielsweise kann die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa freiliegend sein. Zudem kann die Mesa in verschiedene Formen ausgebildet werden und ein Bereich, in dem die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps freiliegend ist, kann in Abhängigkeit von der Form der Mesa verschieden modifiziert werden. Die Mesa kann auch Durchgangsöffnungen 30a aufweisen, die durch die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 25 hindurch gehen, wie in den 1 und 2 gezeigt. Die Durchgangsöffnungen 30a sind durch die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 25 umgeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen die Durchgangsöffnungen 30a im Allgemeinen kreisförmige Formen auf, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt und dieselben können verschiedene Formen aufweisen.
  • Die aktive Schicht 25 kann eine Einzelquantentopf-Struktur oder eine Mehrfachquantentopf-Struktur aufweisen. In der aktiven Schicht 25 bestimmen die Zusammensetzungen und Dicken der Topfschichten die Wellenlänge des Lichts, das in der aktiven Schicht erzeugt wird. Insbesondere kann die aktive Schicht UV-Licht, blaues Licht oder grünes Licht durch Einstellung der Zusammensetzungen der Topfschichten erzeugen.
  • Die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann die Galliumnitrid-Halbleiterschicht sein, die mit p-leitenden Dotierungsmitteln, beispielsweise Mg, dotiert ist. Die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps und die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps können jeweils aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen und eine Übergitterschicht enthalten. Die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps, die aktive Schicht 25 und die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps können durch ein allgemein bekanntes Verfahren, wie beispielsweise metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD; engl. metal organic chemical vapor deposition) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE; engl. molecular beam epitaxy), in einer Kammer auf das Substrat aufgewachsen werden.
  • Die ZnO-Schicht 31 ist auf der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet und mit der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps elektrisch verbunden. Die ZnO-Schicht 31 kann im Wesentlichen über dem gesamten Bereich der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps in einem oberen Bereich der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet sein. Zwar wird in 1 gezeigt, dass eine Grenze der ZnO-Schicht 31 mit der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps überlappt, aber die Grenzen derselben sind nicht unbedingt vollständig überlappt. Das heißt, die Grenze der ZnO-Schicht 31 kann sich in einem Bereich befinden, der durch die Grenze der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps umgeben ist, und folglich kann ein Bereich der ZnO-Schicht 31 kleiner als der der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps sein.
  • Die ZnO-Schicht 31 kann durch Hydrothermalsynthese gebildet werden und folglich kann ein unterer Bereich der ZnO-Schicht 31 mehr Hohlräume als ein oberer Bereich derselben enthalten.
  • Die untere Isolierschicht 33 bedeckt die ZnO-Schicht 31 und die Mesa. Die untere Isolierschicht 33 legt einen Abschnitt der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps frei. Beispielsweise kann die untere Isolierschicht 33 die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa freilegen. Zudem weist die untere Isolierschicht 33 Öffnungen 33a auf, die die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps in den Durchgangsöffnungen 30a freilegen.
  • Die untere Isolierschicht 33 weist auch eine Öffnung 33b auf, die die ZnO-Schicht 31 freilegt. Die Öffnung 33b ist auf der ZnO-Schicht 31 begrenzt angeordnet. Eine Vielzahl von Öffnungen 33b kann auf der ZnO-Schicht 31 ausgerichtet sein. Eine Dicke T2 der ZnO-Schicht 31, die unter der Öffnung 33b der unteren Isolierschicht 33 angeordnet ist, ist geringer als die Dicke T1 der ZnO-Schicht 31, die mit der unteren Isolierschicht 33 bedeckt ist. Beispielsweise kann die Dicke T2 der ZnO-Schicht 31 um 40 bis 100 nm geringer als die Dicke T1 der ZnO-Schicht 31 sein. Die Dicke T2 der ZnO-Schicht 31 kann jedoch 100 nm oder mehr betragen und folglich können günstige ohmsche Eigenschaften beibehalten werden. Eine maximale Grenze der Dicke T2 der ZnO-Schicht 31 ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise 500 nm oder weniger betragen.
  • Da die ZnO-Schicht 31 mehr Hohlräume in dem unteren Bereich als in dem oberen Bereich derselben enthält, ist ein Brechungsindex der ZnO-Schicht 31, die die Dicke T2 aufweist, geringer als der der ZnO-Schicht 31, die die Dicke T1 aufweist. Infolgedessen ist eine Differenz der Brechungsindizes zwischen der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der ZnO-Schicht 31 unter der Öffnung 33b größer als eine Differenz der Brechungsindizes zwischen der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der ZnO-Schicht 31 in einem anderen Bereich. Unter Grenzflächen zwischen der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der ZnO-Schicht 31 weist daher ein Bereich unter der Öffnung 33b, an dem eine interne Totalreflexion auftritt, einen kleineren Grenzwinkel als in einem anderen Bereich auf und folglich tritt eine größere interne Totalreflexion auf.
  • Die untere Isolierschicht 33 kann Siliziumoxid oder Siliziumnitrid enthalten. Die untere Isolierschicht 33 kann als eine einzelne Schicht oder eine Mehrschicht ausgebildet werden. Ferner kann die untere Isolierschicht 33 einen verteilten Bragg-Reflektor enthalten, in dem eine erste Materialschicht mit einem ersten Brechungsindex und eine zweite Materialschicht mit einem zweiten Brechungsindex abwechselnd gestapelt sind. Um blaues Licht zu reflektieren, das in der aktiven Schicht 25 erzeugt wird, kann die untere Isolierschicht 33 beispielweise der verteilte Bragg-Reflektor mit einem hohen Reflexionsgrad in einem Wellenlängenband von 400 bis 500 nm sein. Um nicht nur Licht, das in der aktiven Schicht 25 erzeugt wird, sondern auch sichtbares Licht zu reflektieren, das wellenlängenkonvertiertes Licht durch eine Wellenlängenkonversionsschicht, wie beispielsweise eine Phosphorschicht, enthält, kann die untere Isolierschicht 33 des Weiteren der verteilte Bragg-Reflektor mit einem hohen Reflexionsgrad in einem vollen Wellenlängenband von ca. 400 bis 700 nm sein. Hierin kann die erste Materialschicht eine SiO2-Schicht oder MgF2 sein und die zweite Materialschicht eine Materialschicht sein, die den Brechungsindex aufweist, der höher als der der ersten Materialschicht ist. Die zweite Materialschicht kann beispielsweise TiO2, Nb2O5 oder ZrO2 sein. Zwar können eine einzelne erste Materialschicht und eine einzelne zweite Materialschicht abwechselnd gestapelt werden, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt und zwei oder mehr erste Materialschichten oder zwei oder mehr zweite Materialschichten können verwendet werden.
  • Die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b sind auf der unteren Isolierschicht 33 angeordnet. Ein Grenzbereich 35ab kann zwischen der ersten Pad-Metallschicht 35a und der zweiten Pad-Metallschicht 35b ausgebildet sein und die untere Isolierschicht 33 ist in dem Grenzbereich freiliegend.
  • Die erste Pad-Metallschicht 35a bedeckt die untere Isolierschicht 33, während dieselbe die zweite Pad-Metallschicht 35b umgibt, und ist mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden, die durch die untere Isolierschicht 33 freiliegend ist. Die erste Pad-Metallschicht 35a kann mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa verbunden sein und folglich kann Strom über einen breiten Bereich der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps aufgeweitet bzw. verteilt werden. Zudem kann die erste Pad-Metallschicht 35a mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps in den Durchgangsöffnungen 30a verbunden sein, die in der Mesa ausgebildet sind. Da die erste Pad-Metallschicht 35a mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa und den Durchgangsöffnungen 30a verbunden ist, kann dieselbe die Stromaufweitungsleistung verbessern, insbesondere bei Lumineszenzdioden, die größer als 800×800 µm2 sind.
  • Die zweite Pad-Metallschicht 35b ist mit der ZnO-Schicht 31 durch die Öffnungen 33b der unteren Isolierschicht 33 verbunden. Die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 33b können aus dem gleichen Material durch den gleichen Prozess gebildet werden. Wie in der Zeichnung gezeigt, kann die zweite Pad-Metallschicht 35b zudem in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt und in denselben angeordnet werden. Jeder Abschnitt der zweiten Pad-Metallschicht 35b ist mit der ZnO-Schicht 31 durch die Öffnungen 33b der unteren Isolierschicht 33 verbunden. Indessen kann die erste Pad-Metallschicht 35a jeden Abschnitt der Vielzahl von Abschnitten der zweiten Pad-Metallschicht 35b umgeben. Folglich sind die meisten Bereiche der unteren Isolierschicht 33 mit Ausnahme der Grenzbereiche 35ab durch die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b bedeckt.
  • Die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b können eine Ag-Schicht oder eine Reflexionsschicht, wie beispielsweise eine Al-Schicht, enthalten und die Reflexionsschicht kann auf einer Haftschicht, wie beispielsweise eine Ti-, Cr-, Ni-Schicht oder dergleichen, ausgebildet sein. Insbesondere enthalten die erste und zweite Pad-Metallschicht 35a und 35b in einem Fall, in dem die untere Isolierschicht 33 aus einer transparenten Isolierschicht, wie beispielsweise SiO2, ausgebildet ist, eine reflektierende Metallschicht. Indessen kann eine Schutzschicht in eine einschichtige oder mehrschichtige Struktur aus Ni, Cr oder Au auf der Reflexionsschicht ausgebildet werden.
  • Da der Brechungsindex der ZnO-Schicht 31 unter der Öffnung 33b geringer als der der ZnO-Schicht 31 in einem anderen Bereich ist, kann indessen eine Menge des auf die zweite Pad-Metallschicht 35b einfallenden Lichts, die durch die ZnO-Schicht 31 in dem Bereich unter der Öffnung 33b geht, verringert werden. Folglich kann ein Lichtverlust aufgrund der zweiten Pad-Metallschicht 35b verringert werden.
  • Die obere Isolierschicht 37 bedeckt die erste und zweite Pad-Metallschicht 35a und 35b. Die obere Isolierschicht 37 bedeckt auch den Grenzbereich 35ab zwischen der ersten Pad-Metallschicht 35a und der zweiten Pad-Metallschicht 35b. Des Weiteren kann die obere Isolierschicht 37 eine Seitenfläche der ersten Pad-Metallschicht 35a entlang der Peripherie der Mesa bedecken.
  • Die obere Isolierschicht 37 weist eine erste Öffnung 37a, die die erste Pad-Metallschicht 35a freilegt, und eine zweite Öffnung 37b auf, die die zweite Pad-Metallschicht 35b freilegt. Die obere Isolierschicht 37 kann eine Vielzahl von ersten Öffnungen 37a und eine Vielzahl von zweiten Öffnungen 37b aufweisen. Die erste Öffnung 37a kann angeordnet sein, um mit der Durchgangsöffnung 30a und der Öffnung 33a der unteren Isolierschicht zu überlappen, und die zweite Öffnung 37b kann angeordnet sein, um mit der Öffnung 33b der unteren Isolierschicht 33 zu überlappen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt und die erste Öffnung 37a und die zweite Öffnung 37b können von den Öffnungen 33a und 33b der unteren Isolierschicht 33 seitlich beabstandet sein.
  • Die obere Isolierschicht 37 bedeckt indessen die Seitenfläche der ersten Pad-Metallschicht 35a, um zu verhindern, dass die Seitenfläche der ersten Pad-Metallschicht 35a freiliegend ist. Die obere Isolierschicht 37 kann ausgebildet sein, um die gesamte Halbleiterschicht 34 des ersten Leitfähigkeitstyps zu bedecken, die entlang der Peripherie der Mesa angeordnet ist, oder ausgebildet sein, um die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps freizulegen.
  • Die obere Isolierschicht 37 kann in eine einzelne Schicht aus SiO2 oder Si3N4 ausgebildet werden. Insbesondere kann die obere Isolierschicht 37 in die einzelne Schicht aus Si3N4 ausgebildet werden.
  • Das erste Bump-Pad 39a kann mit der ersten Pad-Metallschicht 35a, die durch die erste Öffnung 37a der oberen Isolierschicht 37 freiliegend ist, elektrisch verbunden sein und das zweite Bump-Pad 39b kann mit der zweiten Pad-Metallschicht 35b, die durch die zweite Öffnung 37b freiliegend ist, elektrisch verbunden sein. Das erste Bump-Pad 39a bedeckt die gesamte erste Öffnung 37a der oberen Isolierschicht 37 und dichtet dieselbe ab und das zweite Bump-Pad 39b bedeckt die gesamte zweite Öffnung 37b der oberen Isolierschicht 37 und dichtet dieselbe ab.
  • Das erste Bump-Pad 39a und das zweite Bump-Pad 39b können über der Vielzahl von Abschnitten der zweiten Pad-Metallschicht 35b ausgebildet sein, wie in 1 gezeigt. Bei dieser Struktur ist es möglich, den Strom leicht über einen breiten Bereich der Lumineszenzdiode durch die zweite Pad-Metallschicht 35b zu verteilen.
  • Das erste Bump-Pad 39a und das zweite Bump-Pad 39b können aus Lot oder AuSn ausgebildet werden.
  • Nachstehend wird eine Struktur der Lumineszenzdiode durch ein Verfahren zum Herstellen der Lumineszenzdiode, das unten beschrieben wird, eindeutiger beschrieben werden.
  • Die 4A bis 4E sind Draufsichten, die das Verfahren zum Herstellen der Lumineszenzdiode nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
  • In Bezug auf die 2, 3 und 4A wird zunächst der Halbleiterstapel 30, der die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps, die aktive Schicht 25 und die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, auf das Substrat 21 aufgewachsen. Das Substrat 21 ist nicht besonders beschränkt, solange dasselbe die auf Galliumnitrid basierende Halbleiterschicht aufwachsen kann.
  • Die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps kann beispielsweise eine n-leitende Galliumnitridschicht enthalten und die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann eine p-leitende Galliumnitridschicht enthalten. Indessen kann die aktive Schicht 25 eine Einzelquantentopf-Struktur oder eine Mehrfachquantentopf-Struktur aufweisen und eine Topfschicht und eine Sperrschicht enthalten. Die Zusammensetzung der Topfschicht kann in Abhängigkeit von der Wellenlänge des zu emittierenden Lichts bestimmt werden und beispielsweise AlGaN, GaN oder InGaN enthalten.
  • Anschließend wird die ZnO-Schicht 31 auf dem Halbleiterstapel 30 ausgebildet. Die ZnO-Schicht 31 kann durch Hydrothermalsynthese unter Verwendung einer Keimschicht auf der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet werden, nachdem die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps aufgewachsen wird. Das heißt, die ZnO-Keimschicht kann zunächst auf der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet werden und eine ZnO-Volumenschicht kann auf derselben durch Hydrothermalsynthese ausgebildet werden. Die ZnO-Keimschicht kann durch das Hydrothermalsyntheseverfahren, ein Zerstäubungsverfahren bzw. Sputter-Verfahren, ein Sol-Gel-Verfahren oder dergleichen gebildet werden. Folglich kann die ZnO-Schicht 31 aus einem kontinuierlichen Einkristall in Form eines Films ausgebildet werden und folglich ist es möglich, eine transparente Elektrodenschicht mit einer sehr geringen Lichtabsorption zu liefern. Insbesondere können bei einer Struktur, bei der die ZnO-Keimschicht durch das Sol-Gel-Verfahren gebildet wird, Grenzflächencharakteristiken zwischen der ZnO-Schicht 31 und der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps verbessert werden, wobei dadurch die Vorwärtsspannung der Lumineszenzdiode verringert wird.
  • Die ZnO-Schicht 31 kann beispielsweise durch Hydrothermalsynthese unter Verwendung einer Lösung gebildet werden, die einen ZnO-Vorläufer enthält, und die ZnO-Schicht 31, die durch Hydrothermalsynthese gebildet wird, kann auf eine Temperatur von ca. 200 bis 300 °C in einer N2-Atmosphäre erhitzt werden. Ein Schichtwiderstand der ZnO-Schicht 31 kann durch die Wärmebehandlung verringert werden und eine Lichttransmission kann verbessert werden. Aufgrund der geringen Lichtabsorption kann die ZnO-Schicht 31 in eine relativ große Dicke, beispielsweise in einem Bereich von ca. 1000 Å oder ca. 1 µm, ausgebildet werden.
  • Indessen kann die ZnO-Schicht 31 ein Dotierungsmittel enthalten. Die ZnO-Schicht 31 kann ein metallisches Dotierungsmittel enthalten und zumindest ein Element aus beispielsweise Silber (Ag), Indium (In), Zinn (Sn), Zink (Zn), Kadmium (Cd), Gallium (Ga), Aluminium (Al), Magnesium (Mg), Titan (Ti), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Gold (Au), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd) und dergleichen enthalten. Bei einer Ausführungsform kann die ZnO-Schicht 31 aus Ga-dotiertem ZnO (GZO) gebildet werden. Bei einer Struktur, bei der das metallische Dotierungsmittel in der ZnO-Schicht 31 enthalten ist, kann der Schichtwiderstand ferner verringert werden und folglich ist es möglich, den Strom in horizontaler Richtung gleichmäßig zu verteilen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt und die ZnO-Schicht 31 kann aus undotiertem ZnO gebildet werden.
  • Nachdem die ZnO-Schicht 31 ausgebildet wird, werden die ZnO-Schicht 31 und der Halbleiterstapel 30 bemustert, um die Mesa zu bilden. In 4A bezeichnet die Bezugsnummer 27(31) einen Grenzbereich der Mesa und die Bezugsnummer 30a die Durchgangsöffnungen 30a, die durch die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 25 hindurch gehen und die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps freilegen.
  • Die ZnO-Schicht 31 kann durch Nassätzen unter Verwendung eines Fotolackmusters bemustert werden und die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 25 können unter Verwendung des gleichen Fotolackmusters trockengeätzt werden, um die Mesa und die Durchgangsöffnungen 30a zur gleichen Zeit auszubilden. Da die ZnO-Schicht 31 durch Nassätzen bemustert wird, kann sich die Grenze der ZnO-Schicht 31 näher an einer Innenseite als die der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps befinden.
  • Indessen ist die Oberseite der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa teilweise freiliegend. Die Durchgangsöffnungen 30a können in verschiedenen Abschnitten der Mesa angeordnet sein, um eine Stromaufweitung zu verbessern.
  • In Bezug auf die 2, 3 und 4B wird die untere Isolierschicht 33 gebildet, die die ZnO-Schicht 31 und die Mesa bedeckt. Insbesondere bedeckt die untere Isolierschicht 33 eine Seitenfläche der Mesa, wobei dadurch verhindert wird, dass die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 23 freiliegend sind.
  • Die untere Isolierschicht 33 kann aus der transparenten Isolierschicht oder dem verteilten Bragg-Reflektor gebildet werden. Die untere Isolierschicht 33 kann unter Verwendung einer Technik, wie beispielsweise eine Technik zur chemischen Gasphasenabscheidung oder eine Elektronenstrahlverdampfungstechnik, gebildet werden.
  • Indessen kann die untere Isolierschicht 33 unter Verwendung von Fotolithografie- und Ätztechniken bemustert werden. Die Öffnungen 33a, die die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps in den Durchgangsöffnungen 30a freilegen, und die Öffnungen 33b, die die ZnO-Schicht 31 freilegen, werden durch Bemustern der unteren Isolierschicht 33 ausgebildet und die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps ist entlang der Peripherie der Mesa freiliegend. In 4B ist die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps in einer Ringform entlang der Peripherie der Mesa kontinuierlich freiliegend, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt und die Mesa kann an einer Vielzahl von Abschnitten intermittierend um die Mesa herum freiliegend sein.
  • Da die ZnO-Schicht 31 für eine saure Lösung anfällig ist, wird die untere Isolierschicht 33 jedoch unter Verwendung einer Trockenätztechnik anstatt von Nassätzen bemustert. Indessen wird die Dicke der ZnO-Schicht 31, die unter den Öffnungen 33b der unteren Isolierschicht 33 freiliegend ist, geringer, da die untere Isolierschicht 33 überätzt wird. Die Dicke T2 der ZnO-Schicht unter der unteren Isolierschicht 33 kann um ungefähr 40 bis 100 nm geringer als die Dicke T1 der nicht geätzten ZnO-Schicht 31 sein, die mit der unteren Isolierschicht 33 bedeckt ist. Die Dicke T2 der ZnO-Schicht unter den Öffnungen 33b kann beibehalten werden, um ungefähr 100 bis 500 nm zu betragen, wobei dadurch günstige ohmsche Eigenschaften sichergestellt werden.
  • In Bezug auf die 2, 3 und 4C werden die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b auf der unteren Isolierschicht 33 gebildet.
  • Die erste Pad-Metallschicht 35a wird mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps elektrisch verbunden, die durch die untere Isolierschicht 33 freiliegend ist. Beispielsweise wird die erste Pad-Metallschicht 35a mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden, die entlang der Peripherie der Mesa freiliegend ist, und kann auch mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden werden, die durch die Öffnungen 33a in den Durchgangsöffnungen 30a freiliegend ist. Die erste Pad-Metallschicht 35a kann kontinuierlich sein, wie gezeigt, aber ist nicht darauf beschränkt und kann in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt sein.
  • Die erste Pad-Metallschicht 35a kann über einem breiten Bereich ausgebildet werden, um den Strom in der Lumineszenzdiode leicht zu verteilen.
  • Die zweite Pad-Metallschicht 35b bedeckt die Öffnungen 33b der unteren Isolierschicht 33 und ist mit der ZnO-Schicht 31 verbunden. Die zweite Pad-Metallschicht 35b kann eine Vielzahl von Abschnitten enthalten, die voneinander beabstandet sind. Jeder Abschnitt der Vielzahl von Abschnitten der zweiten Pad-Metallschicht 35b ist mit der ZnO-Schicht 31 verbunden. Zwar wird gezeigt, dass die zweite Pad-Metallschicht 35b bei dieser Ausführungsform in die Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist, aber dieselbe ist nicht darauf beschränkt und eine einzelne relativ große zweite Pad-Metallschicht 35b kann alle Öffnungen der Vielzahl von Öffnungen 33b bedecken.
  • Der Grenzbereich 35ab wird zwischen der ersten Pad-Metallschicht 35a und der zweiten Pad-Metallschicht 35b ausgebildet und die untere Isolierschicht 33 ist zu dem Grenzbereich 35ab freiliegend.
  • Die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b können aus dem gleichen Material zur gleichen Zeit in dem gleichen Prozess ausgebildet werden. Beispielsweise können die erste und zweite Pad-Metallschicht 35a und 35b unter Verwendung einer Lift-off-Technik ausgebildet werden.
  • Die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b können Ti, Cr, Ni oder dergleichen als eine Haftschicht und Ag oder Al als eine reflektierende Metallschicht enthalten. Des Weiteren können die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b Au als eine Schicht zum Verhindern einer Oxidation enthalten. Die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b können aus einem Material, wie beispielsweise Cr(25Å)/Al(1200Å)/Ni(1000Å)/Ti(1000Å)/Ni(1000Å)/Ti(1000Å)/Au(2 µm)/Ti(100Å), ausgebildet werden.
  • In Bezug auf die 2, 3 und 4D wird die obere Isolierschicht 37 gebildet, die die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b bedeckt. Die obere Isolierschicht 37 bedeckt auch die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa. Die obere Isolierschicht 37 kann aus einer Isolierschicht, wie beispielsweise SiO2 oder Si3N4, ausgebildet werden und schützt die erste und zweite Pad-Metallschicht 35a und 35b.
  • Die obere Isolierschicht 37 kann unter Verwendung von Fotolithografie- und Ätztechniken bemustert werden und folglich werden die ersten Öffnungen 37a, die die erste Pad-Metallschicht 35a freilegen, und die zweiten Öffnungen 37b, die die zweite Pad-Metallschicht 35b freilegen, ausgebildet. Des Weiteren kann die obere Isolierschicht 37 entlang der Peripherie der Mesa entfernt werden und die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps oder das Substrat 21 können zu einem Kantenabschnitt des Substrates 21 freiliegend sein.
  • Wie in 4D gezeigt, sind die ersten Öffnungen 37a und die zweiten Öffnungen 37b in dem oberen Bereich der Mesa einander gegenüberliegend angeordnet. Beispielsweise sind die ersten Öffnungen 37a nahe einer oberen Kante angeordnet und die zweiten Öffnungen 37b nahe einer unteren Kante angeordnet.
  • In Bezug auf die 2, 3 und 4E werden das erste Bump-Pad 39a und das zweite Bump-Pad 39b auf der oberen Isolierschicht 37 ausgebildet und das Substrat 21 wird getrennt bzw. abgetrennt (divided), um die Lumineszenzdiode zu vollenden, wie in den 1 bis 3 gezeigt. Die obere Isolierschicht 37 in einem Ritzlinienabschnitt zum Trennen des Substrates 21 kann im Voraus entfernt werden und folglich kann die Oberseite der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps oder des Substrates 21 an einer Kante der Lumineszenzdiode freiliegend sein.
  • Das erste Bump-Pad 39a ist mit der ersten Pad-Metallschicht 35a durch die Öffnung 37a der oberen Isolierschicht 37 elektrisch verbunden und das zweite Bump-Pad 39b ist mit der zweiten Pad-Metallschicht 35b durch die Öffnung 37b der oberen Isolierschicht 37 elektrisch verbunden.
  • Das erste und zweite Bump-Pad 39a und 39b können unter Verwendung der Lift-off-Technik beispielsweise unter Verwendung von AuSn oder einem Lot ausgebildet werden.
  • 5 ist eine schematische Draufsicht einer Lumineszenzdiode nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C' der 5 und 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D' der 5.
  • In Bezug auf die 5, 6 und 7 ähnelt die Lumineszenzdiode nach dieser Ausführungsform im Wesentlichen der Lumineszenzdiode, die in Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass bei dieser Ausführungsform Formen der Lumineszenzdiode und der Mesa, Orte der Öffnungen 33a und 33b der unteren Isolierschicht 33 und Formen der Öffnungen 37a und 37b der oberen Isolierschicht 37 anders sind und ferner das erste und zweite Bump-Pad 39a und 39b weggelassen werden. Nachstehend werden in erster Linie die Unterschiede zu den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben werden.
  • Zunächst ist die Lumineszenzdiode nach der vorliegenden Ausführungsform eine kompakte Lumineszenzdiode mit einer Hauptachsenrichtung und einer Nebenachsenrichtung und eine Länge der Lumineszenzdiode in der Hauptachsenrichtung beträgt 600 µm oder weniger. Beispielsweise kann die Lumineszenzdiode eine Größe von beispielsweise 540×240 µm2 aufweisen.
  • Zwar wird gezeigt, dass eine Kante des Substrates 21 und eine Kante der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps bei der obigen Ausführungsform miteinander ausgerichtet sind, aber die Kante der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps befindet sich bei dieser Ausführungsform in einem Bereich, der durch die Kante des Substrates 21 umgeben ist.
  • Indessen befindet sich die Mesa auf der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps und die ZnO-Schicht 31 ist auf der Mesa angeordnet. Die Bezugsnummer 27(31) gibt einen Umriss der Mesa an. Wie oben beschrieben wurde, kann sich die Grenze der ZnO-Schicht 31 in der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps befinden.
  • Die Mesa weist eine lange rechteckige Form auf, aber eine Vielzahl von Nutabschnitten ist auf der Seitenfläche derselbe ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform werden jedoch die Durchgangsöffnungen (30a in 1) weggelassen, die durch die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 25 umgeben sind.
  • Indessen weist die untere Isolierschicht 33 Öffnungen 33a und 33b auf und die Öffnungen 33a sind entlang der Peripherie der Mesa intermittierend angeordnet. Die Öffnungen 33a sind nahe den Seitenflächen der Mesa entlang der Hauptachsenrichtung angeordnet und können auch nahe vier Ecken der Mesa angeordnet sein. Die Öffnungen 33a können längliche Formen aufweisen und sind nahe den Nutabschnitten der Mesa angeordnet.
  • Die Öffnungen 33b sind in dem oberen Bereich der Mesa angeordnet und legen die ZnO-Schicht 31 frei. Die Öffnungen 33b können auf einer Mittellinie entlang der Hauptachsenrichtung der Lumineszenzdiode angeordnet sein. Bei einer Struktur, bei der die Öffnungen 33a auf den Seitenflächen der Mesa angeordnet sind und die Öffnungen 33b auf der Mittellinie angeordnet sind, ist es möglich, die Ströme in der Lumineszenzdiode gleichmäßig zu verteilen.
  • Eine erste Pad-Metallschicht 35a und eine zweite Pad-Metallschicht 35b sind auf der unteren Isolierschicht 33 angeordnet und die erste Pad-Metallschicht 35a umgibt die zweite Pad-Metallschicht 35b. Bei dieser Ausführungsform ist eine einzelne zweite Pad-Metallschicht 35b in dem oberen Bereich der Mesa angeordnet und mit der ZnO-Schicht 31 durch die Öffnungen 33b verbunden. Die erste Pad-Metallschicht 35a umgibt die zweite Pad-Metallschicht 35b und die erste Pad-Metallschicht 35a bedeckt die Öffnungen 33a der unteren Isolierschicht 33 und ist mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps elektrisch verbunden.
  • Indessen kann die zweite Pad-Metallschicht 35b einen Vorsprung enthalten, der entlang der Hauptachsenrichtung hervorsteht, und eine der Öffnungen 33b der unteren Isolierschicht 33 kann unter dem Vorsprung angeordnet sein. Die erste Pad-Metallschicht 35a kann einen Nutabschnitt zum Aufnehmen der zweiten Pad-Metallschicht 35b aufweisen. Das heißt, die erste Pad-Metallschicht 35a kann eine Form aufweisen, bei der der Nutabschnitt der ersten Pad-Metallschicht 35a und der Vorsprung der zweiten Pad-Metallschicht 35b miteinander ineinandergreifen. Diese Form ist hinsichtlich des Sicherstellens eines ausreichenden Bereiches des ersten Pads von Vorteil.
  • Die obere Isolierschicht 37 bedeckt die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b und weist eine erste Öffnung 37a und eine zweite Öffnung 37b zum Freilegen der ersten Pad-Metallschicht 35a bzw. der zweiten Pad-Metallschicht 35b auf. Bei dieser Ausführungsform können die erste Öffnung 37a und die zweite Öffnung 37b einen ersten Padbereich und einen zweiten Padbereich definieren und folglich relativ große Größen aufweisen. Insbesondere weist die erste Öffnung 37a, die den ersten Padbereich definiert, eine Form auf, die den Vorsprung der zweiten Pad-Metallschicht 35b umschließt, wie in 5 gezeigt.
  • Bei dieser Ausführungsform sind die Bump-Pads weggelassen und die erste und zweite Pad-Metallschicht 35a und 35b, die durch die Öffnungen 37a und 37b der oberen Isolierschicht 37 freiliegend sind, fungieren als Bondpads.
  • 8 sind Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen der Lumineszenzdiode veranschaulichen, die in Bezug auf die 5 bis 7 beschrieben wurde. Das Verfahren zum Herstellen der Lumineszenzdiode nach der vorliegenden Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen dem der Lumineszenzdiode, das in Bezug auf 4 beschrieben wurde, und folglich wird eine detaillierte Beschreibung desselben weggelassen werden.
  • In Bezug auf die 6, 7 und 8A wird, wie mit 4A beschrieben, der Halbleiterstapel 30 auf dem Substrat 21 ausgebildet, die ZnO-Schicht 31 darauf ausgebildet und die Mesa durch Bemustern der ZnO-Schicht 31, der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 25 ausgebildet.
  • Die Mesa wird ausgebildet, um eine Vielzahl von Nutabschnitten auf den Seitenflächen entlang der Hauptachsenrichtung aufzuweisen. Nach innen ausgesparte Bereiche werden auch an den vier Ecken der Mesa ausgebildet.
  • In Bezug auf die 6, 7 und 8B wird die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps, die an der Peripherie der Mesa freiliegend ist, bemustert, um das Substrat 21 freizulegen. Dieser Prozess wird im Allgemeinen als Isolationsprozess bezeichnet. Zwar wurde bei der vorherigen Ausführungsform veranschaulicht und beschrieben, dass die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps eine gesamte Oberfläche des Substrates 21 ohne Durchführen des Isolationsprozesses bedeckt, aber der Isolationsprozess wird bei dieser Ausführungsform durchgeführt, um die Kante des Substrates 21 freizulegen.
  • In Bezug auf die 6, 7 und 8C wird die untere Isolierschicht 33 aufgedampft und unter Verwendung von Fotolithografie- und Trockenätztechniken bemustert, um die Öffnungen 33a und 33b zu bilden. Die untere Isolierschicht 33 bedeckt auch die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps und das Substrat 21, die um die Mesa herum freiliegend sind, jedoch werden die Öffnungen 33a, die die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps freilegen, in Bereichen gebildet, die den Nutabschnitten der Mesa entsprechen. Indessen werden die Öffnungen 33b auf der ZnO-Schicht 31 ausgebildet und legen die ZnO-Schicht 31 frei.
  • In Bezug auf die 6, 7 und 8D werden die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b auf der unteren Isolierschicht 33 ausgebildet. Die erste Pad-Metallschicht 35a wird mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps durch die Öffnungen 33a der unteren Isolierschicht 33 verbunden und die zweite Pad-Metallschicht 35b wird mit der ZnO-Schicht 31 durch die Öffnungen 33b verbunden.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die untere Isolierschicht 33 zu der Außenseite der ersten Pad-Metallschicht 35a freiliegend.
  • In Bezug auf die 6, 7 und 8E wird die obere Isolierschicht 37, die die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b bedeckt, ausgebildet. Die obere Isolierschicht 37 bedeckt eine Kante der ersten Pad-Metallschicht 35a und bedeckt die untere Isolierschicht 37, die zu der Außenseite der ersten Pad-Metallschicht 35a freiliegend ist.
  • Die obere Isolierschicht 37 kann unter Verwendung von Fotolithografie- und Ätztechniken bemustert werden und folglich werden die ersten Öffnungen 37a, die die erste Pad-Metallschicht 35a freilegen, und die zweiten Öffnungen 37b, die die zweite Pad-Metallschicht 35b freilegen, gebildet.
  • Anschließend wird die Lumineszenzdiode durch Trennen bzw. Abtrennen des Substrates 21 vollendet.
  • 9 ist eine schematische Draufsicht einer Lumineszenzdiode nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E' der 9 und 11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie F-F' der 9.
  • In Bezug auf die 9, 10 und 11 ähnelt die Lumineszenzdiode nach dieser Ausführungsform im Wesentlichen der Lumineszenzdiode, die oben in Bezug auf die 6 bis 8 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass die erste Pad-Metallschicht 35a mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps in der Durchgangsöffnung 30a verbunden ist, anstatt mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa verbunden zu sein.
  • Das heißt, die Mesa wird ausgebildet, um eine rechteckige Form mit glatten Seitenflächen aufzuweisen, und eine Durchgangsöffnung 30a, die durch die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 23 hindurch geht, um die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps freizulegen, wird gebildet. Bei dieser Ausführungsform weist die Durchgangsöffnung 30a eine längliche Form entlang der Hauptachsenrichtung der Lumineszenzdiode auf, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt und eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 30a kann entlang der Hauptachsenrichtung angeordnet sein.
  • Die ZnO-Schicht 31 ist auf der Mesa angeordnet und die ZnO-Schicht 31 weist die gleiche Form wie die Mesa auf.
  • Die untere Isolierschicht 33 bedeckt die ZnO-Schicht 31 und die Mesa und bedeckt auch die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps und das Substrat 21, die um die Mesa herum freiliegend sind. Die untere Isolierschicht 33 weist Öffnungen 33a auf, die die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps in der Durchgangsöffnung 30 freilegen, und weist auch Öffnungen 33b auf, die die ZnO-Schicht 31 freilegen. Die Öffnung 33a wird in eine Form ausgebildet, die der der Durchgangsöffnung 30a ähnelt, und die Öffnungen 33b werden um die Durchgangsöffnung 30a herum angeordnet.
  • Die erste Pad-Metallschicht 35a ist mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden, die in der Durchgangsöffnung 30a freiliegend ist, und die zweite Pad-Metallschicht 35b ist mit der ZnO-Schicht 33b verbunden, die zu den Öffnungen 33b freiliegend ist. Bei dieser Ausführungsform umgibt die erste Pad-Metallschicht 35a nicht die zweite Pad-Metallschicht 35b. Die erste Pad-Metallschicht 35a enthält auch einen schmalen und länglichen hervorstehenden Bereich und die zweite Pad-Metallschicht 35b weist einen konkaven Abschnitt auf, der den schmalen und länglichen Bereich der ersten Pad-Metallschicht 35a aufnimmt.
  • Die obere Isolierschicht 37 bedeckt die erste und zweite Pad-Metallschicht 35a und 35b und bedeckt die untere Isolierschicht 33, die um die Mesa herum freiliegend ist. Die obere Isolierschicht 37 weist eine erste Öffnung 37a, die die erste Pad-Metallschicht 35a freilegt, und eine zweite Öffnung 37b auf, die die zweite Pad-Metallschicht 35b freilegt, und die erste Öffnung 37a und die zweite Öffnung 37b definieren einen ersten Padbereich bzw. einen zweiten Padbereich.
  • Bei dieser Ausführungsform weist der zweite Padbereich eine Form auf, die die erste Pad-Metallschicht 35a umgibt, und der erste Padbereich enthält einen hervorstehenden Bereich entlang der Hauptachsenrichtung.
  • 12 sind schematische Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen der Lumineszenzdiode veranschaulichen, die in Bezug auf die 9 bis 11 beschrieben wurde. Das Verfahren zum Herstellen der Lumineszenzdiode nach der vorliegenden Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen dem, das in Bezug auf 8 beschrieben wurde, aber die Mesa wird ausgebildet, um die Durchgangsöffnung 30a aufzuweisen.
  • In Bezug auf die 10, 11 und 12A wird der Halbleiterstapel 30 auf dem Substrat 21 ausgebildet, die ZnO-Schicht 31 auf demselben ausgebildet und die Mesa durch Bemustern der ZnO-Schicht 31, der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 25 ausgebildet.
  • Die Seitenflächen der Mesa können ausgebildet werden, um glatt zu sein, und weisen innen die Durchgangsöffnung 30a mit der länglichen Form entlang der Hauptachsenrichtung auf. Die Durchgangsöffnung 30a ist durch die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 25 umgeben. Beide Enden der Durchgangsöffnung 30a in Längsrichtung weisen abgerundete Formen auf. Indessen kann zum ausreichenden Sicherstellen einer Größe des zweiten Padbereiches das Ende der Durchgangsöffnung 30a nahe dem zweiten Padbereich ausgebildet werden, um relativ klein zu sein.
  • In Bezug auf die 10, 11 und 12B wird das Substrat 21 durch Bemustern der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps, die um die Mesa herum freiliegend ist, durch einen Isolationsprozess freigelegt.
  • In Bezug auf die 10, 11 und 12C wird anschließend die untere Isolierschicht 33 aufgedampft und unter Verwendung von Fotolithografie- und Trockenätztechniken bemustert, um die Öffnungen 33a und 33b zu bilden. Die untere Isolierschicht 33 bedeckt auch die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps und das Substrat 21, die um die Mesa herum freiliegend sind. Die Öffnung 33a legt die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps in der Durchgangsöffnung 30a frei und die Öffnungen 33b werden in einem oberen Bereich der ZnO-Schicht 31 gebildet und legen die ZnO-Schicht 31 frei.
  • In Bezug auf die 10, 11 und 12D werden die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b auf der unteren Isolierschicht 33 ausgebildet. Die erste Pad-Metallschicht 35a ist mit der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps durch die Öffnung 33a der unteren Isolierschicht 33 verbunden und die zweite Pad-Metallschicht 35b ist mit der ZnO-Schicht 31 durch die Öffnungen 33b verbunden.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die untere Isolierschicht 33 zu den Außenseiten der ersten Pad-Metallschicht 35a und der zweiten Pad-Metallschicht 35b freiliegend. Ferner sind bei dieser Ausführungsform die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b durch den Grenzbereich 35ab voneinander seitlich beabstandet und die erste Pad-Metallschicht 35a umgibt nicht die zweite Pad-Metallschicht 35b. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt und die erste Pad-Metallschicht 35a kann die zweite Pad-Metallschicht 35b umgeben oder die zweite Pad-Metallschicht 35b kann die erste Pad-Metallschicht 35a umgeben.
  • In Bezug auf die 10, 11 und 12E wird die obere Isolierschicht 37, die die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b bedeckt, ausgebildet. Die obere Isolierschicht 37 bedeckt Kanten der ersten Pad-Metallschicht 35a und der zweiten Pad-Metallschicht 35b und bedeckt die untere Isolierschicht 37, die zu der Außenseite der ersten Pad-Metallschicht 35a freiliegend ist.
  • Die obere Isolierschicht 37 kann unter Verwendung von Fotolithografie- und Ätzprozessen bemustert werden und folglich werden die ersten Öffnungen 37a, die die erste Pad-Metallschicht 35a freilegen, und die zweiten Öffnungen 37b, die die zweite Pad-Metallschicht 35b freilegen, ausgebildet.
  • Anschließend wird die Lumineszenzdiode durch Abtrennen des Substrates 21 vollendet.
  • 13 ist eine schematische Draufsicht einer Lumineszenzdiode nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und 14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie G-G' der 13.
  • In Bezug auf die 13 und 14 ähnelt die Lumineszenzdiode nach dieser Ausführungsform im Wesentlichen der Lumineszenzdiode, die oben in Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b weggelassen werden. Nachstehend werden in erster Linie die Unterschiede zu den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben werden.
  • Zunächst ist die Lumineszenzdiode nach der vorliegenden Ausführungsform eine kompakte Lumineszenzdiode mit einer Hauptachsenrichtung und einer Nebenachsenrichtung und eine Länge der Lumineszenzdiode in der Hauptachsenrichtung beträgt 600 µm oder weniger.
  • Zudem kann sich bei dieser Ausführungsform eine Kante der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps in einem Bereich befinden, der durch die Kante des Substrates 21 umgeben ist.
  • Indessen befindet sich eine Mesa auf der Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps und eine ZnO-Schicht 31 ist auf der Mesa angeordnet. Die Bezugsnummer 27(31) gibt einen Umriss der Mesa an. Die ZnO-Schicht 31 kann in Draufsicht eine ähnliche Form zu der der Halbleiterschicht 31 des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen. Wie in 14 gezeigt, kann sich eine Grenze der ZnO-Schicht 31 in der Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps befinden.
  • Die Mesa weist im Allgemeinen eine lange rechteckige Form entlang dem Substrat 21 auf und kann eine Vertiefung aufweisen, um die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps freizulegen. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt und eine Durchgangsöffnung, die durch die Halbleiterschicht 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 25 umgeben ist, kann in der Mesa ausgebildet werden.
  • Die untere Isolierschicht 33 bedeckt die Mesa und die ZnO-Schicht 31. Ferner kann die untere Isolierschicht 33 die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps und das Substrat 21 bedecken. Die untere Isolierschicht 33 weist Öffnungen 33a und 33b auf, die Öffnung 33a legt die Halbleiterschicht 23 des ersten Leitfähigkeitstyps frei und die Öffnung 33b legt die ZnO-Schicht 31 auf der Mesa frei. Wie in der Zeichnung gezeigt, können die Öffnungen 33a und 33b entlang der Hauptachsenrichtung einander gegenüberliegend angeordnet sein.
  • Die untere Isolierschicht 33 kann aus verschiedenen Materialien und Strukturen ausgebildet werden, wie oben beschrieben wurde, und insbesondere aus dem verteilten Bragg-Reflektor ausgebildet werden. Wie mit 3 beschrieben, ist die Dicke der ZnO-Schicht 31, die sich unter der Öffnung 33b der unteren Isolierschicht 33 befindet, zudem geringer als die der ZnO-Schicht, die mit der unteren Isolierschicht 33 bedeckt ist. Da der untere Bereich der ZnO-Schicht 31 mehr Hohlräume als der obere Bereich derselben aufweist, wird der Brechungsindex der ZnO-Schicht 31, die sich unter der Öffnung 33b befindet, kleiner als der der ZnO-Schicht 31 in einem anderen Bereich. Folglich kann eine Gesamtmenge des auf die ZnO-Schicht 31 durch den unteren Bereich der Öffnung 33b einfallenden Lichts unter Verwendung der internen Totalreflexion verringert werden und folglich kann ein Lichtverlust aufgrund des zweiten Bump-Pads 139b verringert werden.
  • Ein erstes Bump-Pad 139a und ein zweites Bump-Pad 139b sind direkt auf der unteren Isolierschicht 33 angeordnet. Das heißt, die erste Pad-Metallschicht 35a und die zweite Pad-Metallschicht 35b, die bei den vorherigen Ausführungsformen erwähnt wurden, werden weggelassen. Die obere Isolierschicht 37 kann auch weggelassen werden.
  • Wie in 13 gezeigt, können die Breiten des ersten Bump-Pads 139a und des zweiten Bump-Pads 139b kleiner als die der Mesa sein. Auch kann das zweite Bump-Pad 139b innerhalb eines oberen Bereiches der Mesa angeordnet werden, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Nach dieser Ausführungsform ist es bei einer Struktur, bei der die erste Pad-Metallschicht und die zweite Pad-Metallschicht weggelassen werden, möglich, die Lumineszenzdiode mit einer einfacheren Struktur zu liefern.
  • Die Lumineszenzdioden nach den oben beschriebenen Ausführungsformen können für verschiedene Anwendungen verwendet werden: beispielsweise verschiedene Arten von Anwendungen, wie beispielsweise ein großflächiger Naturfarb-Flachbildschirm, eine Verkehrsampel, eine Innenraumbeleuchtung, ein Fahrzeugscheinwerfer, eine Lichtquelle mit hoher Dichte, ein hochauflösendes Ausgabesystem, optische Kommunikation oder dergleichen. Insbesondere können die in Bezug auf die 5 bis 7, 9 bis 11 oder 13 und 14 beschriebenen kompakten Lumineszenzdioden für Filament-LED-Glühlampen oder dergleichen nützlich verwendet werden. Herkömmlich werden in Filament-LED-Glühlampen verwendete Lumineszenzdioden unter Verwendung von Bonddrähten elektrisch verbunden, wobei die Drähte in einem Fall getrennt und beschädigt werden können, in dem die Filamente gebogen werden (nicht flach sind) oder flexible Filamente sind. Da die Lumineszenzdioden nach der vorliegenden Ausführungsform mit dem Filament durch Flip-Chip-Bonden ohne Bonddrähte gebondet werden können, ist es jedoch möglich, das Auftreten der elektrischen Trennung zu verhindern.
  • 15 ist eine schematische Querschnittansicht einer LED-Leuchte nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • In Bezug auf 15 enthält die LED-Leuchte einen Glühlampensockel 3000, eine Mittelsäule 3100, ein LED-Filament 3200 und einen transparenten Kolben 3300.
  • Der Glühlampensockel 3000 weist die gleiche Elektrodenstruktur wie die auf, die bei einer herkömmlichen Glühlampe verwendet wird. Zudem können passive und aktive Vorrichtungen, wie beispielsweise ein AC/DC-Wandler, im Glühlampensockel 3000 enthalten sein.
  • Da der Glühlampensockel 3000 die gleiche Elektrodenstruktur wie die der herkömmlichen Glühlampe aufweist, kann eine herkömmliche Fassung für die LED-Leuchte nach den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Daher ist es möglich, Installationskosten einer zusätzlichen Einrichtung unter Verwendung des Gebrauchs der LED-Leuchte einzusparen.
  • Die Mittelsäule 3100 ist an dem Glühlampensockel 3000 fixiert und in einer Mitte der LED-Leuchte angeordnet. Die Mittelsäule 3100 kann einen Fuß, einen Ständer und ein oberes Ende enthalten. Die Mittelsäule 3100 dient zum Lagern des LED-Filaments 3200 und kann beispielsweise aus Glas gebildet werden.
  • Das LED-Filament 3200 einhält eine Basis, eine leitfähige Verdrahtung und eine Lumineszenzdiode als flexiblen Lichtstreifen. Die Lumineszenzdiode ist die kompakte Lumineszenzdiode, die oben in Bezug auf die 5 bis 7, 9 bis 11 oder 13 und 14 beschrieben wurde. Da das LED-Filament 3200 aus dem flexiblen Lichtstreifen gebildet ist, kann eine Form des LED-Filaments 3200 verschieden modifiziert werden. Da die kompakte Lumineszenzdiode mit der leitfähigen Verdrahtung durch Flip-Chip-Bonden gebondet wird, werden Defekte, wie beispielsweise eine Trennung des Drahtes, selbst dann verhindert, wenn die Form des LED-Filaments 3200 verschieden modifiziert wird.
  • Indessen kann das LED-Filament 3200 mit der Elektrode des Glühlampensockels 3000 durch Zuleitungsdrähte (nicht gezeigt) elektrisch verbunden werden.
  • Der lichtdurchlässige Kolben 3300 umgibt das LED-Filament 3200 und trennt dasselbe von einer äußeren Umgebung. Der transparente Kolben 3300 kann aus Glas oder Kunststoff gebildet werden. Der transparente Kolben 3300 kann verschiedene Formen aufweisen und kann die gleiche Form, wie die herkömmliche Glühlampe aufweisen.
  • Zwar wurden hierin einige beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, aber es sollte klar sein, dass diese Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung vorgesehen sind und keineswegs als die vorliegende Offenbarung beschränkend auszulegen sind. Es sollte klar sein, dass Merkmale oder Komponenten von einer beispielhaften Ausführungsform auch auf andere beispielhafte Ausführungsformen angewandt werden können, ohne von dem Wesen und Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims (27)

  1. Lumineszenzdiode, aufweisend: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Mesa, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die Mesa ein Halbleiterstapel ist, der eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält; eine ZnO-Schicht, die auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine untere Isolierschicht, die die ZnO-Schicht und die Mesa bedeckt und eine Öffnung enthält, die die ZnO-Schicht freilegt; eine erste Pad-Metallschicht, die auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist und mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps elektrisch verbunden ist; eine zweite Pad-Metallschicht, die mit der ZnO-Schicht durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist und von der ersten Pad-Metallschicht horizontal beabstandet ist; und eine obere Isolierschicht, die die erste Pad-Metallschicht und die zweite Pad-Metallschicht bedeckt, wobei die obere Isolierschicht eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, die die erste Pad-Metallschicht bzw. die zweite Pad-Metallschicht freilegen, wobei eine Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht geringer als die der ZnO-Schicht ist, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  2. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, wobei die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht um 40 bis 100 nm geringer als die der ZnO-Schicht ist, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  3. Lumineszenzdiode nach Anspruch 2, wobei die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht 100 nm oder mehr beträgt.
  4. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, wobei die untere Isolierschicht die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps entlang einer Peripherie der Mesa freilegt und wobei die erste Pad-Metallschicht mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, die entlang der Peripherie der Mesa freiliegend ist.
  5. Lumineszenzdiode nach Anspruch 4, wobei die untere Isolierschicht eine Vielzahl von Öffnungen enthält, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa freilegen und wobei die erste Pad-Metallschicht mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps durch die Vielzahl von Öffnungen verbunden ist.
  6. Lumineszenzdiode nach Anspruch 5, wobei die Mesa eine Vielzahl von Nuten aufweist, die entlang einer Seitenfläche derselben angeordnet sind, und wobei die Vielzahl von Öffnungen der unteren Isolierschicht entsprechend der Vielzahl von Nuten angeordnet sind.
  7. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, wobei die Mesa eine Durchgangsöffnung, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps freilegt, durch die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht hindurch aufweist, wobei die untere Isolierschicht eine Öffnung aufweist, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps in der Durchgangsöffnung freilegt, und wobei die erste Pad-Metallschicht mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps in der Durchgangsöffnung verbunden ist.
  8. Lumineszenzdiode nach Anspruch 7, wobei die Durchgangsöffnung eine längliche Form entlang der Längsrichtung der Lumineszenzdiode aufweist.
  9. Lumineszenzdiode nach Anspruch 8, wobei die erste Pad-Metallschicht die Durchgangsöffnung bedeckt und wobei Abschnitte der zweiten Pad-Metallschicht auf beiden Seiten der Durchgangsöffnung entlang der Längsrichtung der Durchgangsöffnung angeordnet sind.
  10. Lumineszenzdiode nach Anspruch 7, wobei die untere Isolierschicht die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Peripherie der Mesa freilegt und wobei die erste Pad-Metallschicht auch mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist, die entlang der Peripherie der Mesa freiliegend ist.
  11. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Öffnung der oberen Isolierschicht Padbereiche der Lumineszenzdiode definieren.
  12. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein erstes Bump-Pad und ein zweites Bump-Pad, die auf der oberen Isolierschicht angeordnet sind und mit der ersten Pad-Metallschicht bzw. der zweiten Pad-Metallschicht elektrisch verbunden sind.
  13. Lumineszenzdiode nach Anspruch 12, wobei die zweite Pad-Metallschicht durch die erste Pad-Metallschicht umgeben ist, wobei die untere Isolierschicht in einem Grenzbereich zwischen der ersten Pad-Metallschicht und der zweiten Pad-Metallschicht freiliegend ist und wobei die freiliegende untere Isolierschicht mit der oberen Isolierschicht bedeckt ist.
  14. Lumineszenzdiode nach Anspruch 13, wobei die zweite Pad-Metallschicht in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt und in denselben angeordnet ist und wobei die erste Pad-Metallschicht jeden Abschnitt der Vielzahl von Abschnitten umgibt.
  15. Lumineszenzdiode nach Anspruch 14, wobei das erste und zweite Bump-Pad jeweils über der Vielzahl von Abschnitten der zweiten Pad-Metallschicht angeordnet sind.
  16. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, wobei die untere Isolierschicht eine Vielzahl von Öffnungen enthält, die die ZnO-Schicht freilegen.
  17. Lumineszenzdiode nach Anspruch 16, wobei die untere Isolierschicht ein verteilter Bragg-Reflektor ist.
  18. Lumineszenzdiode nach Anspruch 16, wobei die untere Isolierschicht aus SiO2 gebildet ist und wobei die erste Pad-Metallschicht und die zweite Pad-Metallschicht eine reflektierende Metallschicht enthalten.
  19. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, wobei die zweite Öffnung der oberen Isolierschicht auf der Öffnung der unteren Isolierschicht angeordnet ist, die die ZnO-Schicht freilegt, und wobei die erste Öffnung der oberen Isolierschicht von der Öffnung der unteren Isolierschicht, die die ZnO-Schicht freilegt, seitlich beabstandet ist.
  20. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Öffnung der oberen Isolierschicht von der Öffnung der unteren Isolierschicht, die die ZnO-Schicht freilegt, seitlich beabstandet sind.
  21. Lumineszenzdiode, aufweisend: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Mesa, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die Mesa ein Halbleiterstapel ist, der eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält; eine ZnO-Schicht, die auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine untere Isolierschicht, die die ZnO-Schicht und die Mesa bedeckt und eine Öffnung, die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps freilegt, und eine Öffnung, die die ZnO-Schicht freilegt, enthält; ein erstes Bump-Pad, das auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist und mit der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist; ein zweites Bump-Pad, das auf der unteren Isolierschicht angeordnet ist, von dem ersten Bump-Pad horizontal beabstandet ist und mit der ZnO-Schicht durch die Öffnung der unteren Isolierschicht hindurch elektrisch verbunden ist, wobei eine Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht geringer als die der ZnO-Schicht ist, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  22. Lumineszenzdiode nach Anspruch 21, wobei die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht um 40 bis 100 nm geringer als die der ZnO-Schicht ist, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist.
  23. Lumineszenzdiode nach Anspruch 22, wobei die Dicke der ZnO-Schicht unter der Öffnung der unteren Isolierschicht 100 nm oder mehr beträgt.
  24. Lumineszenzdiode nach Anspruch 21, wobei die untere Isolierschicht einen verteilten Bragg-Reflektor enthält.
  25. Lumineszenzdiode nach Anspruch 21, wobei das erste Bump-Pad und das zweite Bump-Pad eine Breite aufweisen, die schmaler als die der Mesa ist.
  26. Lumineszenzdiode nach Anspruch 25, wobei das erste Bump-Pad innerhalb eines oberen Bereiches der Mesa angeordnet ist.
  27. Lumineszenzdiode nach Anspruch 21, wobei die ZnO-Schicht unter der Öffnung, die die ZnO-Schicht freilegt, einen kleineren Brechungsindex als die ZnO-Schicht, die mit der unteren Isolierschicht bedeckt ist, in einem anderen Bereich aufweist.
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