DE202009018441U1

DE202009018441U1 - Lichtemittierende Halbleitervorrichtung

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Publication number: DE202009018441U1
Application number: DE202009018441U
Authority: DE
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2011-09-06
Anticipated expiration: 2019-04-17
Also published as: KR20090112308A; US8492782B2; US20110284823A1; KR100946523B1; CN102017195A; JP2011519161A; WO2009131335A3; EP2262010A4; EP2657996A2; WO2009131335A2; US7973329B2; EP2262010A2; EP2657996A3; US20090267106A1

Abstract

Eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung (100) mit einer ersten leitenden Halbleiterschicht (110), einer aktiven Schicht (120) unter der ersten leitenden Halbleiterschicht (110), und einer zweiten leitenden Halbleiterschicht (130) unter der aktiven Schicht (120); eine zweite Elektrodenschicht (140) unter der zweiten leitenden Halbleiterschicht (130); einen Isolator (160) auf einem Abschnitt der zweiten Elektrodenschicht (140); eine erste Elektrode (170) auf dem Isolator (160), die elektrisch mit einer unteren Oberfläche der ersten leitenden Halbleiterschicht (110) verbunden und auf dem Isolator (160) angeordnet ist; und ein elektrisch leitendes Stützelement (150) unter der zweiten Elektrodenschicht (140) angeordnet ist, wobei die erste leitende Halbleiterschicht (110) eine Rauhigkeit auf einer oberen Oberfläche davon aufweist.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung.
Gruppen III-V-Nitridhalbleiter wurden in unterschiedlichen optischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel blauen und grünen lichtemittierenden Dioden (LED), einer Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung, wie zum Beispiel einem Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET) und einem Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) und einer Lichtquelle einer Beleuchtungsvorrichtung oder einer Anzeigevorrichtung verwendet. Insbesondere lichtemittierende Vorrichtungen, die einen Gruppen-III-Nitridhalbleiter verwenden, haben eine direkte Übergangsbandlücke, die einem Bereich von sichtbarer Strahlung bis zur ultravioletten Strahlung entspricht und kann hocheffizient Lichtstrahlung abgeben.
Ein Nitridhalbleiter wird hauptsächlich für eine LED oder eine Laserdiode (LD) verwendet und Untersuchungen wurden kontinuierlich durchgeführt, um den Herstellungsprozess oder die Lichteffizienz der Nitridhalbleiter zu verbessern.
Zusammenfassung
Ausführungsbeispiele sehen eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung vor, die eine zweite Elektrodenschicht unter mehreren Verbindungshalbleiterschichten und eine erste Elektrode an der Außenseite bzw. am Außenbereich hiervon aufweist.
Ausführungsformen sehen eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung vor, die eine zweite unter einer lichtemittierenden Struktur angeordnete Elektrodenschicht, eine auf der einen Seite der zweiten Elektrodenschicht angeordneten Isolator und eine erste Elektrode umfasst, die auf dem Isolator angeordnet ist.
Eine Ausführungsform sieht eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung vor, umfassend: Eine erste leitende Halbleiterschicht, eine aktive Schicht unter der ersten leitenden Halbleiterschicht, eine zweite leitende Halbleiterschicht unter der aktiven Schicht, eine zweite Elektrodenschicht unter der zweiten leitenden Halbleiterschicht, einen Isolator auf einer Seite der zweiten Elektrodenschicht und eine erste Elektrode, auf dem Isolator, die elektrisch mit einem Ende der ersten leitenden Halbleiterschicht verbunden ist.
Eine Ausführungsform sieht eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung vor, umfassend: Eine lichtemittierende Struktur, umfassend eine erste leitende Halbleiterschicht, eine aktive Schicht unter der ersten leitenden Halbleiterschicht und eine zweite leitende Halbleiterschicht unter der aktiven Schicht, eine zweite Elektrodenschicht unter der lichtemittierenden Struktur, eine erste Elektrode an einer Außenseite der lichtemittierenden Struktur, die elektrisch mit der ersten leitenden Halbleiterschicht verbunden ist und einen Isolator zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrodenschicht.
Details einer oder mehreren Ausführungsformen sind in den beigefügten Zeichnungen und der folgenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine seitliche Schnittansicht einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein Draht mit der ersten Elektrode aus 1 verbunden (bonded) ist.
3–8 sind Ansichten, die das Verfahren zum Herstellen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigen.
9 ist eine seitliche Schnittansicht einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Genaue Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Es wird nun genau auf die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
Es versteht sich, dass in der folgenden Beschreibung, wenn eine Schicht (oder Lage bzw. Film) als „auf” einer weiteren Schicht oder einem Substrat bezeichnet wird, sie direkt auf der weiteren Lage oder dem Substrat sein kann oder auch dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können. Weiterhin versteht sich, dass wenn eine Schicht als „unter” einer weiteren Schicht bezeichnet wird, sie direkt unter der weiteren Schicht oder eine oder mehrere dazwischen liegenden Schichten vorhanden sein können. Zusätzlich versteht sich, dass wenn eine Schicht als „zwischen” zwei Schichten bezeichnet wird, sie die einzige Schicht zwischen den zwei Schichten oder eine oder mehrere dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können.
1 ist eine seitliche Schnittansicht einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 2 ist eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem ein Draht mit der ersten Elektrode aus 1 verbunden ist.
Gemäß 1 umfasst eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 eine erste leitende Halbleiterschicht 110, eine aktive Schicht 120, eine zweite leitende Halbleiterschicht 130, eine zweite Elektrodenschicht 140, ein leitendes Stützelement 150, einen Isolator 160 und eine erste Elektrode 170.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 weist eine Leuchtdiode (LED) auf, die einen Gruppe-III-V-Verbindungshalbleiter verwendet. Die LED kann eine Farb-LED sein, die farbiges Licht, wie zum Beispiel blaues Licht, rotes Licht oder grünes Licht emittiert oder kann eine Ultraviolett-LED (UV) sein. Das von der LED emittierte Licht kann im Sinne und im Umfang der Ausführungsbeispiele unterschiedlich eingesetzt werden.
Die erste leitende Halbleiterschicht 110 kann aus den Verbindungshalbleitern der Gruppen-III-V-Elemente ausgewählt sein, wie zum Beispiel GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs und GaAsP. Ein erster leitender Dotierstoff ist in der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 eingebracht.
Wenn die erste leitende Halbleiterschicht 110 eine Halbleiterschicht des N-Typs ist, umfasst der erste leitende Dotierstoff einen Dotierstoff des N-Typs, wie zum Beispiel Si, Ge, Sn, Se und Te. Die erste leitende Halbleiterschicht 110 kann als eine Elektrodenkontaktschicht fungieren und kann als einzelne Schicht oder mehrlagige Schicht (multilayer) ausgebildet sein, aber ist hierauf nicht beschränkt.
Die erste Elektrode 170 ist elektrisch mit einem Ende 115 der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 verbunden. Die erste Elektrode 170 kann unter dem einen Ende 115 der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 angeordnet sein oder kann in einer Linie an einer Außenseite angeordnet sein. Eine Stromquelle mit einer ersten Polarität ist an die erste Elektrode 170 angelegt. Hierbei kann eine Rauhigkeit (nicht dargestellt) einer bestimmten Form auf der gesamten Oberfläche der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 ausgebildet sein und sie kann im Sinne und im Umfang der Ausführungsbeispiele ergänzt oder modifiziert sein.
Darüber hinaus kann eine transparente Elektrodenschicht (nicht dargestellt) auf der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 ausgebildet sein und verteilt bzw. verbreitet die Stromzuführungsquelle mit der ersten Polarität, die an die erste Elektrode 170 angelegt ist, auf den gesamten Bereich. Die transparente Elektrodenschicht kann zumindest eine aus Indiumzinnoxid (ITO), Indiumzinkoxid (IZO), Indiumzinkzinnoxid (IZTO), Indiumaluminiumzinkoxid (IAZO), Indiumgalliumzinkoxid (IGZO), Indiumgalliumzinnoxid (IGTO), Aluminiumzinkoxid (AZO), Antimonzinnoxid (ATO), Galliumzinkoxid (GZO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au und Ni/IrOx/Au/ITO aufweisen.
Die aktive Schicht 120 ist unter der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 ausgebildet und die aktive Schicht 120 kann als Einzelpotentialtopfstruktur oder Mehrfachpotentialtopfstruktur ausgebildet sein. Die aktive Schicht 120 kann wiederholt eine Potentialtopfschicht und eine Barrierenschicht aufweisen, wie zum Beispiel die Wiederholung bzw. Periode einer InGaN-Potentialtopfschicht/GaN-Barrierenschicht oder die Wiederholung bzw. Periode einer AlGaN-Potentialtopfschicht/GaN-Barrierenschicht durch Verwendung von Verbindungshalbleitermaterialien der Elemente der Gruppe-III-V.
Die aktive Schicht 120 kann aus einem Material ausgebildet sein, bei dem die Energie der Bandlücke der Wellenlänge des zu emittierenden Lichtes entspricht. Die aktive Schicht 120 kann ein Material aufweisen, das farbiges Licht, wie zum Beispiel Licht mit einer blauen Wellenlänge, Licht mit einer roten Wellenlänge und Licht mit einer grünen Wellenlänge emittiert, aber ist hierauf nicht beschränkt. Eine leitende Hüllschicht kann auf und/oder unter der aktiven Schicht 120 ausgebildet sein und kann als eine AlGaN-Schicht ausgebildet sein.
Die zweite leitende Halbleiterschicht 130 ist unter der aktiven Schicht 120 ausgebildet und kann zumindest aus einem der Verbindungshalbleiter der Elemente der Gruppe-III-V ausgebildet sein, wie zum Beispiel GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP. Ein zweiter leitender Dotierstoff ist in die zweite leitende Halbleiterschicht 130 eingebracht. Wenn die zweite leitende Halbleiterschicht 130 eine Halbleiterschicht des P-Typs ist, kann der zweite leitende Dotierstoff einen Dotierstoff des P-Typs, wie zum Beispiel Ng und Ze umfassen. Die zweite leitende Halbleiterschicht 130 kann als Kontaktelektrodenschicht dienen und kann als eine einzelne Schicht oder als mehrere Schichten ausgebildet sein, wobei sie jedoch hierauf nicht beschränkt ist.
Die erste leitende Halbleiterschicht 110, die aktive Schicht 120 und die zweite leitende Halbleiterschicht 130 können als lichtemittierende Struktur 135 definiert sein. Darüber hinaus kann die erste leitende Halbleiterschicht 110 als Halbleiter des P-Typs ausgebildet sein und die zweite leitende Halbleiterschicht 130 als Halbleiter des N-Typs ausgebildet sein. Eine dritte leitende Halbleiterschicht kann unter der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 ausgebildet sein und zum Beispiel eine Halbleiterschicht des N-Typs oder des P-Typs sein. Demgemäß kann die lichtemittierende Struktur 135 zumindest eine N-P-Übergangsstruktur, eine P-N-Übergangsstruktur, eine N-P-N-Übergangsstruktur und eine P-N-P-Übergangsstruktur umfassen.
Die zweite Elektrodenschicht 140 ist unter der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 ausgebildet. Die zweite Elektrodenschicht 140 kann aus einem reflektierenden Elektrodenmaterial oder kann zumindest einem der Elemente aus Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf und einem Material, das aus einer ausgewählten Kombination davon besteht, ausgebildet sein. Hierbei kann das Material der reflektierenden Elektrode aus einem Material zusammengesetzt sein, das eine Reflexionsrate von gleich oder mehr als 50% aufweist.
Eine ohmsche Kontaktschicht (nicht dargestellt), die mit einer Vielzahl von Musterelementen in einer Matrixform oder/und als Schichttyp ausgebildet ist, kann in der zweiten Elektrodenschicht 140 geformt sein. Die ohmsche Kontaktschicht umfasst zumindest eines der Materialien, wie zum Beispiel ITO, IZO, AZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO und ATO.
Hierbei kann die zweite Elektrodenschicht 140 mit einem Schottky- oder ohmschen Kontakt zu der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 ausgebildet sein. Wenn die ohmsche Kontaktschicht besteht, dann ist die zweite Elektrodenschicht 140 mit der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 über einen Schottky-Kontakt verbunden, und die ohmsche Kontaktschicht bildet einen ohmschen Kontakt zur zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 aus. Demgemäß kann die zweite Elektrodenschicht 140 und die ohmsche Kontaktschicht einen an die zweite leitende Halbleiterschicht 130 angelegten Strom teilen, weil sie unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen.
Die zweite Elektrodenschicht 140 dient als eine Elektrode, die stabil eine Stromzuführungsquelle mit einer zweiten Polarität zur lichtemittierenden Struktur 135 vorsieht und Licht reflektiert, das durch die zweite leitende Halbleiterschicht 130 einfällt.
Das leitende Stützelement 150 ist unter der zweiten Elektrodenschicht 140 ausgebildet. Das leitende Stützelement 150 kann zumindest aus einem der Materialien Kupfer (Cu), Gold (Au), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Kupfer-Wolfram (Cu-W) und einem Trägerwafer, wie zum Beispiel Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC und dergleichen ausgebildet sein. Das leitende Stützelement 150 kann mit einem Elektroplattier- bzw. galvanischen Verfahren ausgebildet werden, aber ist hierauf nicht beschränkt.
Die zweite Elektrodenschicht 140 und das leitende Stützelement 150 können als zweites Elektrodenelement verwendet werden, das die Stromzuführungsquelle mit der zweiten Polarität für die lichtemittierende Struktur 135 vorsieht, und das zweite Elektrodenelement kann in der Form einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten ausgebildet sein. Hierbei kann das zweite Elektrodenelement mit einer einzelnen Schicht unter der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 mit einem Haftmittel bzw. Adhäsiv angebracht sein.
Ein geätzter Bereich Al besteht an der Außenseite der lichtemittierenden Struktur 135, der sich etwas mehr nach innen als der Rand der zweiten Elektrodenschicht 140 erstreckt.
Die erste Elektrode 170 ist von den Schichten 120, 130, 140 durch den Isolator 160 isoliert und ist elektrisch mit der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 verbunden. Die erste Elektrode 170 kann zumindest aus einem der Elemente Ti, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag und Au ausgebildet sein, aber ist hierauf nicht beschränkt.
Der Isolator 160 umfasst Seitenwandabschnitte 161 und 162, einen Basisabschnitt 163 und einen Stützabschnitt 164. Der Isolator 160 kann zumindest aus einer der Verbindungen SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃ und TiO₂ ausgebildet sein. Die Seitenwandabschnitte 161 und 162 des Isolators 160 sind an der äußeren Oberfläche der ersten Elektrode 170 ausgebildet und können in Kreis- oder polygonaler Form geformt sein. In diesem Fall kann die erste Elektrode 170 in einer Kreis- oder polygonalen Form geformt sein.
Der innere Seitenwandabschnitt 161 der Seitenwandabschnitte 161 und 162 ist zwischen der ersten Elektrode 170 und der äußeren Seite der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 und der aktiven Schicht 120 angeordnet und isoliert die innere Seitenoberfläche der ersten Elektrode 170 von den Schichten 120 und 130. Darüber hinaus erstreckt sich der innere Seitenwandabschnitt 161 zum unteren Abschnitt des einen Endes 115 der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 und kann die erste Elektrode 170 und die aktive Schicht 120 elektrisch trennen. Das eine Ende 115 der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 ist so ausgebildet, dass es teilweise die erste Elektrode 170 überlappt.
Der äußere Seitenwandabschnitt 162 der Seitenwandabschnitte 161 und 162 isoliert die andere seitliche Oberfläche der ersten Elektrode 170 im Kanalbereich eines Chips und verhindert, dass die äußere Seite der ersten Elektrode 170 freiliegt.
Der Basisabschnitt 163 ist zwischen der ersten Elektrode 170 und der zweiten Elektrodenschicht 140 ausgebildet und ist unter den Seitenwandabschnitten 161 und 162 angeordnet. Der Basisabschnitt 163 ist auf der einen Seite der zweiten Elektrodenschicht 140 ausgebildet und isoliert elektrisch die erste Elektrode 170 und die zweite Elektrodenschicht 140.
Der Stützabschnitt 164, der zum Innenbereich des Basisabschnittes 163 erstreckt ist, ist zwischen der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 und der zweiten Elektrodenschicht 140 angeordnet und verhindert, dass der Isolator 160 von einem Chip getrennt wird.
Eine Passivierungsschicht 165 kann um die Oberseite bzw. den oberen Teil der zweiten Elektrodenschicht 140 geformt sein. Die Passivierungsschicht 165 hat eine Ring- oder Gürtelform und kann mit dem Basisabschnitt 163 des Isolators 160 verbunden sein. Das Material der Passivierungsschicht 165 kann das Gleiche wie das des Isolators 160 sein. D. h., dass der Isolator 160 auch die Passivierungsschicht 165 umfassen kann.
Darüber hinaus kann die Passivierungsschicht 165 auch aus einem sich vom Isolator 160 unterscheidenden Material ausgebildet sein, wie zum Beispiel einem leitenden Material. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht 165 zumindest eine der Verbindungen ITO, IZO, AZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO und AT umfassen. Die Passivierungsschicht 165 kann auch nicht ausgebildet sein.
Die Passivierungsschicht 165 drängt die lichtemittierende Struktur 135 von der zweiten Elektrodenschicht 140 und kann folglich Einflüsse verhindern, die von der zweiten Elektrodenschicht 140 zur Seitenwand der lichtemittierenden Struktur 135 transferiert werden.
Die erste Elektrode 170 ist an der Außenseite bzw. am äußeren Bereich der lichtemittierenden Struktur 135 und der einen Seite der zweiten Elektrodenschicht 140 mittels des Isolators 160 angeordnet, ist elektrisch mit der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 verbunden und ist elektrisch von den Schichten 120, 130 und 140 getrennt.
Gemäß 2 ist ein Draht 180 mit der ersten Elektrode 170 verbunden (bonded). In diesem Fall ist der Draht 180 mit der ersten Elektrode 170 verbunden, die im äußeren Bereich der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 angeordnet ist und kann nach außen gerichtet von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 angeordnet werden.
Die Stromzuführungsquelle mit der ersten Polarität ist mittels der ersten Elektrode 170 an der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 vorgesehen und die Stromzuführungsquelle mit der zweiten Polarität ist mittels des leitenden Stützelementes 150 und der zweiten Elektrodenschicht 140 vorgesehen. Von der aktiven Schicht 120 der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 abgestrahltes Licht wird in Vorwärtsrichtung abgestrahlt.
Hierbei gibt es kein Hindernis an der oberen Oberfläche der ersten leitenden Halbleiterschicht 110, wobei Erschwernisse reduziert werden, die den Durchgang des Lichtes L1 behindern.
Beispielsweise können, falls die erste Elektrode auf der Oberseite der ersten leitenden Halbleiterschicht angeordnet und ein Draht damit verbunden ist, die folgenden Einschränkungen auftreten. Die erste Elektrode und der Draht stellen ein Hindernis dar, dass den Lichtdurchgang, der aus der oberen Oberfläche der ersten leitenden Halbleiterschicht austritt, beeinträchtigt. D. h., dass es Beeinträchtigungen derart geben kann, dass der Draht und die erste Elektrode, die auf der oberen Oberfläche der ersten leitenden Halbleiterschicht angeordnet sind, Licht absorbieren.
Die erste Elektrode 170 ist an der Seite der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 angeordnet und folglich verläuft der Draht 180 nicht durch den oberen Abschnitt der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100. Demgemäß kann die Effizienz der Lichtextraktion verbessert werden.
3–8 sind Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigen.
Gemäß 3 wird die lichtemittierende Struktur 135, bei welcher mehrere Verbindungshalbleiterschichten gestapelt sind, auf einem Substrat 101 ausgebildet. Die lichtemittierende Struktur 135 kann die erste leitende Halbleiterschicht 110, die aktive Schicht 120 und die zweite leitende Halbleiterschicht 130 umfassen, die aufeinanderfolgend gestapelt sind.
Das Substrat 101 kann aus der Gruppe bestehend aus Saphirsubstrat (Al₂O₃), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP und GaAs bestehen. Ein konkav-konvexes Muster kann auf dem Substrat 101 ausgebildet sein, aber es ist hierauf nicht beschränkt.
Ein Gruppen-III-V-Verbindungshalbleiter kann auf dem Substrat 101 aufgewachsen bzw. gezüchtet werden. Die Züchtungseinrichtung für den Verbindungshalbleiter kann hierbei mittels eines Elektrodenstrahlverdampfers, Gasphasenabscheiders (PVD), chemischen Dampfphasenabscheiders (CVD), Plasmalaserbedampfers (PLD), einer Vorrichtung zum thermischen Verdampfen des Doppeltyps (Dual-Type-Thermal Evaporator), einer Sputter-Vorrichtung und einer Vorrichtung zur metallorganischen Gasphasenepitaxialabscheidung (MOCVD) implementiert werden, aber es ist hierauf nicht beschränkt.
Eine Pufferschicht (nicht dargestellt) oder/und eine undotierte Halbleiterschicht (nicht dargestellt) können auf dem Substrat 101 geformt werden. Die Pufferschicht kann aus einer einzelnen Kristallpufferschicht oder einem Gruppen-III-V-Verbindungshalbleiter ausgebildet sein und vermindert den gitterkonstanten Unterschied zum Substrat 110. Die undotierte Halbleiterschicht kann aus einem GaN-basierendem Halbleiter ausgebildet sein. Das Substrat 101, die Pufferschicht und die undotierte Halbleiterschicht können nach dem Aufwachsen eines dünnen Films getrennt oder entfernt werden. Hierbei kann ein separat strukturiertes bzw. gemustertes Metallmaterial (nicht dargestellt) zwischen dem Substrat 101 und der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 zum Schutz der aktiven Schicht 120 ausgebildet werden.
Die erste leitende Halbleiterschicht 110 ist auf dem Substrat 101 ausgebildet. Die erste leitende Halbleiterschicht 110 kann aus den Verbindungshalbleitern ausgewählt sein, wie zum Beispiel GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs und GaAsP. Ein erster leitender Dotierstoff ist in die erste leitende Halbleiterschicht 110 eingebracht.
Wenn die erste leitende Halbleiterschicht 110 N-dotiert ist, weist der erste leitende Dotierstoff einen Dotierstoff des N-Typs auf, wie zum Beispiel Si, Ge, Sn, Se und Te.
Die aktive Schicht 120 ist aus einem Gruppen-III-V-Verbindungshalbleiter auf der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 ausgebildet und weist eine einzelne Potentialtopfstruktur oder eine Mehrfach-Potentialtopfstruktur auf. Die aktive Schicht 120 kann ein Material aufweisen, das ein farbiges Licht, wie zum Beispiel Licht mit einer blauen Wellenlänge, Licht mit einer roten Wellenlänge und Licht mit einer grünen Wellenlänge emittiert. Eine leitende Hüllschicht kann auf und/oder unter der aktiven Schicht 120 ausgebildet sein und kann als AlGaN-Schicht ausgebildet sein, aber ist hierauf nicht beschränkt.
Die zweite leitende Halbleiterschicht 130 ist auf der aktiven Schicht 120 ausgebildet und kann zumindest aus einem Verbindungshalbleiter der III-V-Gruppenelemente, wie zum Beispiel GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs und GaAsP ausgebildet sein. Ein zweiter leitender Dotierstoff ist in die zweite leitende Halbleiterschicht 130 eingebracht. Wenn die zweite leitende Halbleiterschicht 130 eine Halbleiterschicht des P-Typs ist, kann der zweite leitende Dotierstoff einen Dotierstoff des P-Typs umfassen, wie zum Beispiel Mg und Ze.
Eine dritte leitende Halbleiterschicht, wie zum Beispiel, eine Halbleiterschicht des N-Typs oder eine Halbleiterschicht des P-Typs, kann auf der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 ausgebildet sein. Demgemäß kann die lichtemittierende Struktur 135 zumindest eine von einer N-P-Übergangsstruktur, einer P-N-Übergangsstruktur, einer N-P-N-Übergangsstruktur und einer P-N-P-Übergangsstruktur umfassen.
Gemäß 4 wird der eine seitliche Bereich 167 der zweiten leitenden Halbleiterschicht 110 mit einem ersten Meser-Ätz-Prozess durchgeführt. Hierbei wird der Meser-Ätz-Prozess in einem Abschnitt der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 ausgeführt, bis die erste leitende Halbleiterschicht 110 in einem Trocken- oder/und Nassätzprozess freigelegt ist. Der Ätzprozess kann im Sinne und im Umfang der Ausführungsbeispiele geändert werden.
Die erste Elektrode 170 wird in dem einen Seitenbereich 167 der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 ausgebildet. Die erste Elektrode 170 kann zumindest aus einem Element von Ti, Al, In, Ta, Pd, Cu, Ni, Si, Ge, Ag und Au ausgebildet werden, wobei sie aber hierauf nicht beschränkt ist. Die eine Seite der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 kontaktiert die untere Oberfläche der ersten Elektrode 170 und die Größe des kontaktierten Bereiches kann gemäß einem durch den ersten Meser-Ätz-Prozess erzeugten Ätzbereich geändert werden.
Hierbei kann die Unterseite der ersten Elektrode 170 elektrisch mit der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 verbunden werden.
Die Dicke H1 der ersten Elektrode 170 erhöht oder erniedrigt die obere Oberfläche der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130.
Die erste Elektrode 170 wird von der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 und der Seitenfläche der aktiven Schicht 120 bei einem bestimmten Intervall getrennt und kann in einer Kreisform, einer polygonalen Form oder einer Linienform ausgebildet werden.
Gemäß 5 ist der Isolator 160 an der äußeren Oberfläche und oberen Oberfläche der ersten Elektrode 170 ausgebildet. Der Isolator 160 umfasst die Seitenwandabschnitte 161 und 162, den Basisabschnitt 163 und den Stützabschnitt 164 und deckt den freiliegenden Bereich der ersten Elektrode 170 ab. Der Isolator 160 kann zumindest aus einem von SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃ und TiO₂ ausgebildet sein.
Die Seitenwandabschnitte 161 und 162 sind an der äußeren Oberfläche der ersten Elektrode 170 ausgebildet. Der innere Seitenwandabschnitt 161 isoliert die innere seitliche Oberfläche der ersten Elektrode 170 und die erste leitende Halbleiterschicht 110 und isoliert die aktive Schicht 120 und die eine Seite der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130. Der äußere Seitenwandabschnitt 162 isoliert die andere seitliche Oberfläche der ersten Elektrode 170 im Kanalbereich des Chips. Demgemäß verhindern die Seitenwandabschnitte 161 und 162, dass die äußere Seite der ersten Elektrode 170 freiliegt.
Der Basisabschnitt 163 ist auf der Oberseite bzw. oberen Teil der ersten Elektrode 170 ausgebildet und isoliert die obere Oberfläche der ersten Elektrode 170. Der Stützabschnitt 164, der sich zur Innenseite bzw. auf den inneren Bereich des Basisabschnittes 163 erstreckt, stützt den gesamten Isolator 160.
Die Passivierungsschicht 165 kann entlang der äußeren Seite der oberen Oberfläche der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 ausgebildet sein. Die Passivierungsschicht 165 hat eine Ringform oder eine Gürtel- bzw. Bandform und kann mit dem Basisabschnitt 163 des Isolators 160 verbunden sein. Das Material der Passivierungsschicht 165 kann das Gleiche wie das des Isolators 160 sein. D. h., dass der Isolator 160 auch die Passivierungsschicht 165 umfassen kann.
Darüber hinaus kann die Passivierungsschicht 165 aus einem sich vom Isolator 160 unterscheidenden Material, wie zum Beispiel einem leitenden Material, ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht 165 zumindest eines aus ITO, IZO, AZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO und ATO umfassen. Die Passivierungsschicht 165 kann auch nicht ausgebildet sein.
Gemäß 6 ist die zweite Elektrodenschicht 140 auf der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 und dem Isolator 160 ausgebildet, wobei das leitende Stützelement 150 auf der zweiten Elektrodenschicht 140 ausgebildet ist.
Die Passivierungsschicht 165, die um die obere Oberfläche der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 angeordnet ist, trennt die lichtemittierende Struktur 135 von der zweiten Elektrodenschicht 140 und kann folglich Einflüsse verhindern, die auf die zweite Elektrodenschicht 140 zur Seitenwand der lichtemittierenden Struktur 135 übertragen werden.
Die zweite Elektrodenschicht 140 kann zumindest aus einem reflektierenden Elektrodenmaterial ausgebildet sein, wie zum Beispiel Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf und einem Material, das aus ausgewählten Kombinationen daraus besteht. Eine ohmsche Kontaktschicht (nicht dargestellt) in der eine Vielzahl von Mustern bzw. Musterelementen in einer Matrixform oder/und eines Schichttyps ausgebildet sind, kann zwischen der zweiten Elektrodenschicht 140 und der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 ausgebildet werden. Die ohmsche Kontaktschicht umfasst zumindest eines der Materialien, wie zum Beispiel ITO, IZO, AZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO und ATO.
Die zweite Elektrodenschicht 140 dient als eine Elektrode, die stabil die Stromzuführquelle mit der zweiten Polarität für die lichtemittierende Struktur 135 vorsieht. Hierbei kann die zweite Elektrodenschicht 140 mit einem Schottky- oder einem ohmschen Kontakt mit der zweiten leitenden Halbleiterschicht 130 kontaktiert sein. Wenn die ohmsche Kontaktschicht existiert, kann die ohmsche Kontaktschicht und die zweite Elektrodenschicht 140 einen Strom, der an die zweite leitende Halbleiterschicht 130 angelegt wird, teilen, weil sie unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen.
Das leitende Stützelement 150 kann zumindest aus Cu, Au, Ni, Mo, Cu-W und einem Träger-Wafer, wie zum Beispiel aus Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC und dergleichen ausgebildet sein. Hierbei kann die zweite Elektrodenschicht 140 zum Beispiel in einem Sputter-Verfahren ausgebildet werden. Das leitende Stützelement 150 kann beispielsweise in einem Plattierungsprozess oder galvanischen Prozess ausgebildet werden. Die Herstellungsprozesse können im Sinne und im Umfang der Ausführungsbeispiele geändert werden.
Gemäß den 6 und 7 wird das Substrat 101 entfernt. In diesem Fall wird das Substrat 101 nach oben angeordnet und entfernt.
Das Substrat 101, das unter der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 angeordnet ist, wird mit einem physikalischen/chemischen Verfahren entfernt. Beispielsweise wird Wärmeenergie auf eine Grenzfläche zwischen dem Substrat 101 und der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 konzentriert, wenn Laserstrahlen mit einer Wellenlänge eines bestimmen Bereiches auf das Substrat 101 gestrahlt werden, und folglich wird das Substrat 101 getrennt. Ferner kann ein Verfahren auf der Oberfläche der ersten leitenden Halbleiterschicht 110, von dem das Substrat 101 getrennt werden soll, ausgeführt werden, bei dem ein induktiv gekoppeltes Plasmareaktives Ionenätzverfahren (ICP/RCE) verwendet wird.
Wenn eine nicht-leitende Halbleiterschicht, wie zum Beispiel eine Pufferschicht oder/und eine nicht-dotierte Halbleiterschicht zwischen dem Substrat 101 und der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 existiert, dann kann sie durch einen Ätzprozess oder ein Polierverfahren entfernt werden, wobei das Verfahren nicht hierauf beschränkt ist.
Gemäß 7 und 8 ist die eine Seite der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 auf der ersten Elektrode 170 und dem Isolator 160 angeordnet.
Eine Rauhigkeit (nicht dargestellt) von einer bestimmten Form kann auf der Oberseite bzw. dem oberen Bereich der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 ausgebildet werden. Darüber hinaus kann eine transparente Elektrodenschicht (nicht dargestellt) auf der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 ausgebildet werden und kann einen Strom verteilen (diffuse). Die transparente Elektrodenschicht kann zumindest eine aus ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, Galliumzinkoxid (GZO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au und Ni/IrOx/Au/ITO umfassen.
Ein zweiter Meser-Ätz-Prozess wird auf der lichtemittierenden Struktur 135 ausgeführt. In diesem Fall existiert ein geätzter Bereich Al im äußeren Rand bzw. am äußeren Umfang der lichtemittierenden Struktur 135, der weiter nach innen als der Rand der zweiten Elektrodenschicht 140 angeordnet ist. Hierbei kann auch der Bereich Al nicht existieren.
Der zweite Meser-Ätz-Prozess kann einen Nass- oder/und Trockenätzprozess verwenden und kann im Sinne und im Umfang der Ausführungsbeispiele geändert werden.
Wenn der zweite Meser-Ätz-Prozess in einem Abschnitt des einen Seitenbereichs D1 der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 ausgeführt wird, wird die Oberseite der ersten Elektrode 170 in dieser einen Seite der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 freigelegt.
Da der bestimmte Bereich D2 der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 zum Überlappen der ersten Elektrode 170 angeordnet ist, wird die erste Elektrode 170 elektrisch mit einem Ende 115 der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 kontaktiert.
Bei der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100, bei der die erste Elektrode 170 in seitlicher Richtung von der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 angeordnet ist, kann ein Draht, der mit der ersten Elektrode 170 verbunden ist, an der äußeren Seite bzw. dem äußeren Bereich der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 angeordnet sein. Demgemäß kann die Lichtextraktionseffizienz der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 verbessert werden.
9 ist eine seitliche Schnittansicht einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei der Beschreibung des weiteren Ausführungsbeispiels werden sich wiederholende Beschreibungen der gleichen Elemente wie jener des ersten Ausführungsbeispiels weggelassen und Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel genommen.
Gemäß 9 umfasst eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100A gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel die erste leitende Halbleiterschicht 110, die aktive Schicht 120, die zweite leitende Halbleiterschicht 130, die zweite Elektrodenschicht 140, das leitende Stützelement 150, mehrere Isolatoren 160 und 160A und mehrere erste Elektroden 170 und 170A.
Die mehreren Isolatoren 160 und 160A sind jeweils an beiden Seiten der lichtemittierenden Struktur 135 angeordnet und isolieren die ersten Elektroden 170 und 170A und die Schichten 120, 130 und 140 elektrisch. Eine genaue Beschreibung der Isolatoren 160 und 160A bezieht sich auf das erste Ausführungsbeispiel.
Die mehreren Elektroden 170 und 170A, die Bereiche D2 und D3, wo die eine Seite 115 und die andere Seite 117 der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 überlappen, können gleich oder unterschiedlich zueinander ausgebildet sein.
Mehrere der ersten Elektroden 170 und 170A können elektrisch mittels eines Elektrodenmusters verbunden sein, das auf dem ersten leitenden Halbleiter jeweils ausgebildet ist. Bei der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100A sind die ersten Elektroden 170 und 170A jeweils auf den beiden seitlichen Richtungen der ersten leitenden Halbleiterschicht 110 angeordnet und mehrere Drähte, die mit den ersten Elektroden 170 und 170A verbunden sind, können im äußeren seitlichen Bereich der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100A angeordnet sein. Demgemäß kann die Lichtextraktionseffizienz der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100A verbessert werden.
Bei Ausführungsbeispielen ist die erste Elektrode an der Außenseite der mehreren Verbindungshalbleiterschichten angeordnet, wodurch die Beeinträchtigung der Lichtabsorption durch die erste Elektrode und dem Draht gelöst werden.
Die Ausführungsbeispiele können die Lichteffizienz steigern.
Die Ausführungsbeispiele können die Zuverlässigkeit der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung verbessern.
Obwohl die Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme zu einer Anzahl von illustrativen Ausführungsformen davon beschrieben worden sind, versteht es sich, dass eine Vielzahl anderer Modifikationen und Ausführungsformen von Fachleuten abgeleitet werden können, die innerhalb der Bedeutung und des Umfanges der Prinzipien dieser Offenbarung fallen. Insbesondere sind vielfältige Variationen und Modifikationen bezüglich der Komponenten und/oder Anordnung der gegenständlichen kombinierten Anordnungen innerhalb des Umfanges der Offenbarung, der Zeichnungen und der beiliegenden Ansprüche möglich. Zusätzlich sind zu den Variationen und Modifikationen bei den Komponenten und/oder Anordnungen alternative Anwendungen für Fachleute offensichtlich.

Claims

Eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung (100), umfassend: eine lichtemittierende Struktur (135) mit einer ersten leitenden Halbleiterschicht (110), einer aktiven Schicht (120) unter der ersten leitenden Halbleiterschicht (110), und einer zweiten leitenden Halbleiterschicht (130) unter der aktiven Schicht (120); eine zweite Elektrodenschicht (140) unter der zweiten leitenden Halbleiterschicht (130); einen Isolator (160) auf einem Abschnitt der zweiten Elektrodenschicht (140); eine erste Elektrode (170) auf dem Isolator (160), die elektrisch mit einer unteren Oberfläche der ersten leitenden Halbleiterschicht (110) verbunden und auf dem Isolator (160) angeordnet ist; und ein elektrisch leitendes Stützelement (150) unter der zweiten Elektrodenschicht (140) angeordnet ist, wobei die erste leitende Halbleiterschicht (110) eine Rauhigkeit auf einer oberen Oberfläche davon aufweist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Isolator (160) Seitenwandabschnitte (161, 162) und eine Basisabschnitt (163) aufweist, wobei die erste Elektrode (170) auf dem Basisabschnitt (163) angeordnet und von den Seitenwandabschnitten (161, 162) umgeben ist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Isolator (160) einen Stützabschnitt (164) umfasst, der sich vom Basisabschnitt (163) erstreckt und zwischen der zweiten Elektrodenschicht (140) und der zweiten leitenden Halbleiterschicht (130) angeordnet ist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Elektrode (170) in einer Kreisform, einer polygonalen Form oder einer Linienform ausgebildet ist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen einen geätzten Bereich (Al), der an einer Außenseite der lichtemittierenden Struktur (135) derart vorgesehen ist, dass dieser weiter innen als der Rand der zweiten Elektrodenschicht (140) angeordnet ist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Abschnitt der ersten Elektrode (170) mit einem Draht (180) verbunden ist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Abschnitt der ersten Elektrode (170), der mit dem Draht (180) verbunden ist, an der Außenseite der lichtemittierenden Struktur (135) angeordnet ist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Elektrodenschicht (140) ein reflektierendes Elektrodenmaterial aufweist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das reflektierende Elektrodenmaterial Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf oder einem Material, das aus einer ausgewählten Kombination davon besteht, aufweist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Reflektionsrate der zweiten Elektrodenschicht (140) gleich oder größer als 50% ist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das leitende Stützelement (150) zumindest eines der Materialien Kupfer (Cu), Gold (Au), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Kupfer-Wolfram (Cu-W) und Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC umfasst.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei sie mehrere erste Elektroden (170) aufweist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste leitende Halbleiterschicht (110) ein Halbleiter des N-Typs und die zweite leitende Halbleiterschicht ein Halbleiter des P-Typs ist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Isolator (160) die erste Elektrode (170) von der aktiven Schicht (120), der zweiten leitenden Halbleiterschicht (130) und der zweiten Elektrodenschicht (140) isoliert.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend eine ohmsche Kontaktschicht, die auf der zweiten Elektrodenschicht (140) ausgebildet ist.