TW200401462A - Light-emitting diode device geometry - Google Patents

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TW200401462A
TW200401462A TW092116487A TW92116487A TW200401462A TW 200401462 A TW200401462 A TW 200401462A TW 092116487 A TW092116487 A TW 092116487A TW 92116487 A TW92116487 A TW 92116487A TW 200401462 A TW200401462 A TW 200401462A
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finger
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John C C Fan
Steve Tchang-Hun Oh
Hong K Choi
Jyh-Chia Chen
Jagdish Narayan
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Kopin Corp
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Description

200401462 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 近來，諸多的注意力係已針對於丨丨〗_v氮化物為基礎 勺半導體且尤其疋氮化鎵為基礎（GaN-based)的半導體， 針對藍光、綠光、與紫外光的發光二極體（LED， Ught emittlng diode)應用。一個重要的理由係在於，氮化鎵為 基礎的LED係已經發現為表現於室溫之有效率的發光。 —般而言，GaN為基礎的LED包含一多層結構，於其 、i ” p型之GaN為基礎的半導體層係堆疊於一基板（最 為s遍為於一監寶石（sapphire)基板，n型為基礎的 半導體層為接觸於基板），且—透光的金屬電極層係形成 於p型半導體層。於某些實施例中，—活性（aetive)區域（ 例如：其可為一單或多量子井（Quantum well)結構）係沉積 於P型與n型半導體層之間。一般而纟，多層結構之各層 係具有一四邊之平坦的頂表面。 體層之一個角隅或邊緣， (即：焊接墊）係沉積於該 、因為基板係通常為由一電氣絕緣材料（諸如：藍寶石）組 成，Ρ側與II側的電氣接點係通常均為作成於裝置之頂側 般而5，裝置之頂側的一部分係蝕刻以暴露
°玄P側接點係藉著形成金屬材料之一 電極層之頂表面而作成。 【發明内容】 種半導體發光二極 本發明係一種半導體裝置，諸如一 200401462 " )包3.基板、與於基板上的一 n型半導體層， 型半導體層具有-平坦的頂表面。該裝置亦包二 :於η型半導體層的一主要部分之_p型半導體層、與延 於p型半導體層的頂表面之—p電極層。該ρί!半導體 層與Ρ電極層係未延伸⑨以半導體層的一暴露區域，該 暴露區域係鄰近於η型半導體層之平坦的頂表面之至少一 邊緣^ — η電極焊接墊係設置於η型半導體層的暴露區 二^一第二焊接墊係設置於ρ電極層上，第二焊接墊係較 為覆蓋Ρ電極層之-面積’其約為對應於ρ電極層之平 坦的頂表面之幾何中心。 一—根據另一個層面，於ρ電極層之焊接墊可包含用於固 疋電氣互連件（諸如一焊接線）之一中央區域、以及其突 X中央區域之至少一個指狀區域。概括而言，指狀區 域具有其延伸為遠離該中央區域之H、與其實質為小 於該長度之一寬度。於一個實施例，指狀區域之長度：寸 係延伸為概括平行⑨η型半導體層之„邊緣。於另一個實 施例’焊接墊包括二個指狀區域’其延伸為遠離該中央區 域且為概括垂直於彼此。 根據又一個層面，η電極之焊接墊可包含用於固定一 電氣互連件(諸如一焊接線)之一中央區域、以及其突出自 ::央區域之至少一個指狀區域。概括而纟，指狀區域具 ，/、延伸為遠離該中央區域之一長度、與其實質為小於該 瓦度之-寬度。指狀區域係概括延㈣鄰近於^型半導體 層之-或多個邊緣。概括而纟，指狀區域係延伸為鄰近： 200401462 n型半導體層的外周邊之不超過約為5〇%。 典型而言，於p電極層上的焊接墊與於η型半導體層 上的焊接墊係各為由一或多種金屬（諸如：金、鈦、銘、铜 '鉑、與鈀）之一金屬材料所作成。於某些實施例，各個 焊接墊係可為由一實質相同的材料所作成。 本發明之裝置的幾何構造係提供於LED之活性層的電 流注入之改善的均勻性，且因此造成改善的裝置效率。特 別而g，P焊接墊之指狀突出部係有利於電流散佈於p電 極層之整個面積。此係有助於降低該裝置之操作電壓，且 改善裝置效率。此外，n焊接墊之指狀突出部係改善於η 型半導體層之電流散佈，其進而有助於降低操作電壓且改 善裝置效率。 本發明之前述以及其他目的、特點與優點係將為顯明 ，藉由本發明之較佳實施例的以下較為特定說明，如於隨 附圖式所示，其中，類似的參考符號係指於不同圖式之相 同構件。該等圖式係無須依比例繪製，而是強調於說明本 發明之理念。 【實施方式】 本發明之較佳實施例的說明係如後。 本發明係概括關於半導體裝置，且尤指半導體發光二 極體（LED)。於特定的實施例，本發明之LE])包括至少一層 之GaN為基礎的半導體材料。如運用於本文，術語“ ο』 為基礎（GaN-based)的半導體材料，’包括其可為式子 IrMlyGa卜x_yN所代表之一種半導體材料，其中：osxs! 10 200401462 ’ 0 ^ y $ 1，且 X+y S 1。 現在參考第一圖，一 GaN為基礎的LED係顯示於示意 的橫截面。LED裝£ 100包括一基板1〇1，其於此例係包含 一藍寶石基板。一層之11型GaN為基礎的半導體材料 係直接在基板101之上方。n型半導體層丨〇2係較佳為摻 雜以一 η型摻雜劑，諸如：矽（Si)、鍺（Ge)、硒（Se)、硫 (S)、或碲（Te)。呈現為n型導電性之一未摻雜的GaN為基 礎的材料係亦可運用。 & 一活性區域1 03係在n型半導體層丨〇2之上方，且隨籲 後為一層之p型半導體材料1〇4。一般而言，一活性區: 包含：半導體材料之一區域，具有一域帶間隙（band ， 其為小於活性區域之各側的半導體層之域帶間隙。較大的 域帶間隙之η型與ρ型半導體材料係建立電位障壁於活性 區域之二側且引起載體（即：電洞與電子）為限定於活性區域 ，於其載體可結合以發光。 於此實施例，活性區域103包含：交替堆疊的ΙηΑ〜_ xN/GaN層之一個多量子井結構。一層之^州為基礎的 n 半導體材料104係在活性區域1 〇3之上方。 將可瞭解的是，除了多量子井結構之外，活性區域 103亦可包含單-量子井結構。此外，於其他的實施例， 活性區域係可整個除去，且n型與p型的半導體材料1〇2 、1 0 4係可作成直接為接觸於彼此。 一 ρ型GaN為基礎的半導體層1〇4係在活性區域1〇3 之上方。一般*言’ 一ρ型GaN為基礎的半導體材料係其 11 200401462 包括- P型摻雜劑之1化鎵為基礎 氮化鎵為基礎的半導體材料 +導體材料。用於 ' P型推雜南丨f 认 (accepted)包括：第二族（Gmjp⑴以亦稱為一受體 、鈹、鎮、約、錄、與鎖 “ H鑛、鋅 典型而言，於氮化鎵為基礎遂Ρ型摻雜劑係鎂與鋅。 不勺丞礎的+導體材 有氫原子之氣體化合物係孰 之成長期間，含 釋放的氮原子(其主要為二該半導體材料。所 材料，且結合。型摻雜劑而抑制其:^ 氮化鎵為基礎的半導體材料之導電性〜改善Ρ型 鐘或更多。捕捉料導_之質子係==7 負電極，因而活化p型摻雜劑之炎自：：枓而抽取至 案第1〇/1 27,345號h或者， ".美國專利申請 材料之導電性係可改二=的"體 溫度在攝氏600度以上而持浐 、氮軋裱境且 國專利第5, 306, 662號）。Λ、》鐘或更多者（參閱：美 -二電=5係直接在。型半導體，1〇4之上方。 又而吕，Ρ型電極係由—或多種金屬（諸如··金、錄、翻 、紹、錫、銦、鉻 '與敍” 材料俜沉積方〜D却本：一、'屬材料所形成。該金屬 火二:!例？導體層之實議個頂表面，且係^ 之广措同 大於攝氏450幻，較佳為於-含有氧氣 ϋ P電極層105係較佳為光透射性⑴ght :=s::，意謂著:其為能夠於其透射至”之發射 叙為基礎的半導體裝置之光線’且典型為透射大約 12 200401462 為50%或更多之發射自該氮化鎵為基礎的半導體裝置之光 線。 P電極層105係較佳為形成與p型半導體層之—歐姆 接觸（ohmic contact)於二個材料為接觸之一區域，俾使其 流通於二層之間的介面之電流係約為正比於二層之間的電 位差異。 υ 第一圖之LED更包括-n焊接墊⑽與—p焊接塾 1〇7,以提供電氣接觸至該裝置。n烊接墊iG6係由其為沉 積於η型半㈣層1G2的—暴露表面之__或多種金屬（諸如 .金、鈦、銘 '銦、翻、與麵）的金屬材料所形成。該η型 ::暴露表面係通常為藉著姓刻該裳置之上層以暴 Π體層的—區域而製成。一般而言，該η型半導體層的 暴蕗區域係鄰近於該層之平 、 曰（十坦頂表面的至少一個邊緣。 錄二蟬接t 1G7係由其為沉積於Ρ電極I 105之一或多 種金屬（諸如：金、欽、I呂 ^ 一 形成。 鉑、與鈀）的一金屬材料所 現在參考第二圖，根摅太 ™ 據本發明之-半導體LED 100的 俯視圖係顯示。該裝置係具 的 邊。該四個側邊係概括為對庫； 括為矩形的四個側 面的四個側邊（未顯示）。_ 千一頂表 主要部分，而未覆蓋其鄰近:矩：:^ 一區域。—Ρ谭接墊1〇7 之至少—個邊緣的 中心。 、、力為位於Ρ電極層105之幾何 Ρ焊接墊1 〇 7包括·用^m — 用方；固定一電氣互連件（例如：焊接 13 200401462 線）之一中央區域201、以及其突出自該中央區域2〇1之二 個指狀區4 202、203。-般而言，該等指狀區域具有其延 伸為遠離該中央區域之一長度、以及其實質為小於該長度 之-寬度。如於第二圖所顯示，一第一指狀區域2〇2係： 伸為遠離中央區域201且平行於矩形LED之—側邊，且一 第二指狀區域203係延伸為遠離中央區域2〇1且平行於 LED之另一侧邊。該二個指狀區域2〇2、2〇3係延伸為遠離 中央區域201且概括為以關於彼此之一垂直方向。
η ¥接墊106係設置為鄰近於矩形的led裝置之至 少-個邊緣。η焊接塾1G6係位於該裝置其未自p電極層 1〇5所覆蓋之-區域。—般而言，巧接墊係位於n型半導 體層之一暴露區域（未顯示）。 η焊接墊10 6包括··用於固定一電氣互連件（例如：焊 線）之一中央區域2〇4、以及其延伸為遠離該中央區域2 之二個指狀區域205、206。如於第二圖所顯示，中央區域 204係可位於該裝置之一角隅。該η焊接墊之一第—指狀 區域205係延伸沿著該裝置之一第一邊緣且於中央區曰域 204之一側，而該η焊接墊之一第二指狀區域2〇6係延伸 沿著該裝置之一第二邊緣且於中央區域2〇4之另一側。 第三圖顯示«置之另—種設計。在此，豸η焊接塾 之中央區域204係位於概括矩形的LED之一個角隅。—第 二指狀區域207係鄰接其對立於中央區域2〇4之第一指狀 區域206的it端，且延伸沿著一第二邊緣而朝向該裝置的 角隅，其為直接對立於中央區域2〇4所位在的角隅。該p
14 200401462 電極層105係延伸為實 覆蓋之其餘區域，且該 1 0 5之幾何中心。 質於該裝置其未由n桿接墊丨〇6所 Ρ焊接墊係設置於約為ρ電極層 …圖，又—個替代的實施例係顯示。在此，〇焊 接整之指狀區域205、206盥川7及&
Ub與207係延伸至矩形LED之三個 鄰邊的部分。 〇 /將可瞭解的是，對於P與η焊接墊之種種替代的設計 ,、可根據本發明而利用。一般而言，薄的指狀突出部係可 設置於η焊接墊或_塾(或是二者)以利於電流散佈與 均勾的電流流通於該裝置。典型而言，〇焊接塾之指狀區 域係延伸於LED晶片的總周邊之不超過约為5〇%。 根據本發明之-種製造UD裝置的方法係描述於後。 -般而言：半導體裝置層係可藉著一種汽相成長(⑽⑻ 方法而製把，4如：金屬有機化學汽相沉積（⑽CVD，㈣士。 organic chemical vapor deposition ^ ^ MOVPE) ^ 化學.汽相沉積⑽™， hydride c—1 vapor deP〇Sltl〇n)、或分子束外延（MBE， molecular beam ePitaXy)。接著，用於提供該n焊接墊工⑽之打型半導體 層的暴露區域係可為由—習用之電漿辅助的钱刻技術而界 定。 °亥n焊接墊1 Q6與p焊接墊1 G7係可藉著習用的金屬 沉積技術（例如：藉著電子束及/或電阻式加熱錢鍍之蒸發 )而开V成；!：于接塾之設計（即··中央區域與指狀區域）係可為 由一標準的光刻法與金屬圖案（蝕刻或發射（丨丨ft〇f f ))製程 15 200401462 而界定。對於 而同時界定。 P與η焊接墊各者， 指部可為如同中央區域 較佳實施例’ρ與η焊接塾係各為—個三層的金 屬堆疊而形成’豆包含藉著 匕3稭者電子束瘵發所沉積之一第一層 之把 苐—層之铭、與一第二声夕令。妙^么 層之金然後，該金屬堆 噓係退火於攝氏450度或更高之一溫度。 儘管本發明係已經關於其較佳實施例而特定顯示及說 明：熟悉此技藝人士將可瞭解的是，於形式與細節之種種 的？化係可作成於其，而未偏離由隨附的申請專利範圍所） 涵蓋之本發明的範缚。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 第一圖係一種半導體發光二極體（LED)之示意的橫載面 圖； 第—圖係—種半導體LED的俯視圖，顯示與卜電氣 接點之幾何構形； 第三圖係一種半導體LED的俯視圖’顯示P-與η-電氣 接點之另一構形；及 第四圖係一種半導體led的俯視圖，顯示p—與η_電氣 接點之又一構形。 (二）元件代表符號 1 〇〇 led裝置 101 基板 102 η型半導體層 16 200401462 103 活性區域 104 p型半導體層（材料） 105 p電極層 106 η焊接墊 107 ρ焊接墊 201 中央區域 202、203 指狀區域 204 中央區域 205、206、207指狀區域 17

Claims (1)

  1. 200401462 拾、申請專利範圍： ι —種半導體裝置，包含： 一基板； 11型半導體層，於基板之上，該n型半導體層且有 一平坦的頂表面； Ρ型半導體層，延伸於η型半導體層之一主要部分 ，未延伸& η型半導體層之一暴露區域，其為位在鄰近於 該η型半導體層之平坦的頂表面之至少一個邊緣； —第一焊接墊，設置於！！型半導體層之暴露區域； 一電極層，延伸於Ρ型半導體層之上；及 一 7第二焊接塾，於電極層上，該焊接塾包含用於固定 -電氣互連件之一中央區域、以及其突出自該中央區域之 至少-個指狀區域’該指狀區域具有其延伸為遠離該中央 區域之一長度、與實質為小於該長度之一寬度。 、 2·如申請專利範圍f 1項之半導體裳置，其中，第, 知接墊係覆蓋該電極層之一面積，盆 ^ x 士 ，、妁為對應於該電極/ 之頂表面的幾何中心。 3.如申請專利範圍 極層包含複數個邊緣， 邊緣。 第1項之半導體裝置，其中，該電 且第二焊接墊係約為等距離於各個 裝置，其中，該η 觸，且第一焊接墊 4.如申請專利範圍第1項之半導體 型半導體層之相鄰邊緣係相交以形成角 係位在鄰近於一角隅。 5.如申請專利範圍第 項之半導體裝置 ，其中，該至 18 200401462 少·一個指狀區域之長唐尺& 度尺寸係延伸為概括平行於該n型半 導體層之一邊緣。 6·如申凊專利乾圍第】項之半導體裝置，其中，苐二 焊接墊包括二個指狀區肖，其延伸為遠離該中央區域且為 概括垂直於彼此。 1項之半導體裝置，其中，第一 7.如申請專利範圍第 焊接塾包括：用於固定一電氣互連件之一中央㈣、以及 其突出自I亥中央區域之至少一個指狀區域，該指狀區域具 有其延伸為遠離該中央區域之一長度、與其實質為小於該 長度之一寬度。 8.如申請專利範圍第7項之半導體裝置，其中，第— 焊接墊之至少一個指狀區域係延伸為鄰近於該n型半導體 層之一邊緣。 9.如申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，第— 太干接墊之一個指狀區域係延伸為鄰近於該η型半導體層之 超過一個邊緣。 10·如申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，第一 焊接塾包含二個指狀區域，包括：一第一指狀區域，其延 伸為鄰近於該η型半導體層之一邊緣，於該中央區域之一 側；以及，一第二指狀區域，其延伸為鄰近於該η型半導 體層之一邊緣，於該中央區域之另一側。 11.如申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，該至 ) 個指狀區域係延伸為鄰近於該η型半導體層的總外周 邊之不超過約為50%。 19 200401462 與第 12·如申請專利範圍第！項之半導體裝置 一焊接墊之至少一者包含一金屬材料。 其中，第一 如申請專利範圍第12項之 金屬材料包含··一纪層、於該飽層之： 紹層之上的一金層。 置，其中，該 銘層、與於該 如申請專利範圍第！項之半導體裝置 妾墊與第二焊接墊係由一實質相同的材料所構成。 15.如申請專利範圍第！項之半導體裳置，其中， 1半導體層與p型半導體層之至少一者包八. ^ 礎（GaN~based)的半導體材料。 化鎵為基 …6·::請專利範圍第1項之半導體裝置，更包含於該 +導體層與P型半導體層之間的—活性區域，該活性 區域係延伸於n型半導體層的一主要部分而未延伸於打型 半導體層之一暴露區域，其為位在鄰近於，亥η型半導體層 之平坦的頂表面之至少一個邊緣。 曰 20 1 7. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該活 性區域包含：一單或多量子井結構。 18. —種製造半導體裝置之方法，包含： 提供一基板； 提供一 η型氮化鎵為基礎的半導體層於基板上，該η 型半導體層具有一平坦的頂表面； 提供一 Ρ型氮化鎵為基礎的半導體層於基板上，該ρ 型半導體層係延伸於η型半導體層之一主要部分而未延伸 於η型半導體層之一暴露區域，其為位在鄰近於該η型半 200401462 導體層之平坦的頂表面之至. 〜主> ~個邊緣； 提供一第一焊接塾，％ ¥从 叹置於η型半導體層之暴露區域. 提供一電極層，延伸於^ ^狎於ρ型半導體層之上；及 提供一第二焊接墊於電極$， 定-電氣互連件之—中…弟一繼包含用於固 5 , 干央&域、及其突出自該中央區域之 至少一個指狀區域，該指妝 ^日狀&域具有其延伸為遠離 區域之一長度、與實皙盔,+Λ 離4甲央 抆没興貫質為小於該長度之一寬度。 19.如申請專利範圍第J 8 墊係覆蓋該電極層之一面積， 表面的幾何中心。 項之方法，其中，第二焊接 其約為對應於該電極層之頂 2〇.如申請專利範圍第18項之方法，其中，該ρ型半 導體層與電極層係實質形成為於肖η型半導體層之整個平 坦的頂表面上’㈣ρ型半導體層與電極層之—部分係移 除以界定該η型半導體層之暴露區域。 21.如申請專利範圍第18項之方法，其中，該至少一 個扣狀區域之長度尺寸係延伸為概括平行於該η 層之-邊緣。 體 22.如申請專利範圍第18項之方法，其中，第二焊接 墊包括二個指狀區域，其延伸為遠離該中央區域且為概括 垂直於彼此。 23.如申請專利範圍第18項之方法，其中，第—焊接 墊包括：用於固定一電氣互連件之一中央區域、以及其突 出自該中央區域之至少一個指狀區域，該指狀區域具有其 延伸為遠離該中央區域之一長度、與其實質為小於該長度 21 200401462 之一寬度。 24. 如申請專利範圍第23項之方法，其t，第一焊接 墊之至少一個指狀區域係延伸為鄰近於該η型半導體層之 一邊緣。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中，第一焊接 墊之一個指狀區域係延伸為鄰近於該η型半導體層之超過 一個邊緣。 26. 如申請專利範圍第23項之方法，其中，第一焊接 墊包含二個指狀區域，包括：一第〆指狀區域，其延伸為 鄰近於該η型半導體層之一邊緣，於該中央區域之一側； 以及，一第二指狀區域，其延伸為鄰近於該η型半導體層 之一邊緣’於該中央區域之另一侧。 捡壹、圖式： 如次頁 22
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