TW201707238A - 用於一半導體發光裝置的接觸件 - Google Patents

Abstract

一半導體結構包含安置於一n型區20與一p型區24之間的一發光層22。一p電極係安置於該p型區之一部分上。該p電極包含與該p型區之一第一部分直接接觸的一反射第一材料26及與鄰近於該第一部分的該p型區之一第二部分直接接觸的一第二材料30。該第一材料及第二材料係以呈具實質上相同厚度的平面層而形成。

Description

用於一半導體發光裝置的接觸件

本發明係關於一種用於三族氮化物發光裝置的反射接觸件。

包含發光二極體(LED)、諧振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔雷射二極體(VCSEL)及邊射型雷射之半導體發光裝置屬於當前可供使用的最有效光源。當前在能夠橫跨可見光譜操作的高亮度發光裝置之製造中所關注的材料系統包含三五族半導體，尤其是鎵、鋁、銦及氮之二元合金、三元合金及四元合金，亦稱為三族氮化物材料。三族氮化物發光裝置通常係藉由金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)或其他磊晶技術而在一藍寶石基板、碳化矽基板、三族氮化物基板、複合基板或其他適當基板上成長不同組合物及摻雜劑濃度的一半導體層堆疊而製造。該堆疊通常包含形成於該基板上方的摻有例如矽的一或多個n型層、在形成於該n型層或該等n型層上方的一作用區中的一或多個發光層及形成於該作用區上方的摻有例如鎂的一或多個p型層。電接觸件係形成於該n型區及該p型區上。三族氮化物裝置係通常形成為反向或覆晶裝置，其中該等n接觸件及p接觸件都形成於該半導體結構之相同側上，且光係從對置於該等接觸件之該半導體結構側所提取。

銀通常係用作一反射p接觸件且係已知對由機械應力、化學反應 或電子遷移所誘導之傳輸敏感。舉例而言，圖1中說明且美國專利第6,946,685號中描述一種具有銀p接觸件之三族氮化物LED。US 6,946,685教示「銀電極金屬化係在水分及一電場(例如由於在該裝置之該等接觸件施加一操作電壓而形成之電場)存在情況下遭受電氣化學遷移」。銀金屬化之電氣化學遷移至該裝置之pn接面導致橫跨該接面之另一分流路徑，此降級該裝置之效率。

圖1說明包含一半導體結構之一發光裝置，該半導體結構包含在三五族氮化物半導體之一n型層120與三五族氮化物半導體之一p型層140之間的一發光作用區130A。包括銀金屬之一p電極160係沈積於該p型層上，且一n電極(圖1中未繪示)係與該n型層耦合。提供構件，電信號可藉由該構件而橫跨該等電極施加以引起自該作用區的光發射，且一遷移障壁175係提供用於防止銀金屬從該p電極朝向該作用區之電氣化學遷移。該遷移障壁175為一導電護片。該護片徹底地包圍該銀，覆蓋該銀p電極之邊緣，如圖1中所說明。

本發明之目的旨在一p電極中包含一反射第一材料及一第二材料。在一些實施例中，該第二材料可減少該第一材料之遷移。可改良接觸件之反射性勝於具有一銀接觸件及包圍該銀接觸件之一護片的一裝置。

本發明之實施例包含一半導體結構，該半導體結構包括安置於一n型區與一p型區之間的一發光層。一p電極係安置於該p型區之一部分上。該p電極包含與該p型區之一第一部分直接接觸的一反射第一材料及與鄰近於該第一部分的該p型區之一第二部分直接接觸的一第二材料。該第一材料及第二材料係以呈具實質上相同厚度的平面層而形成。

10‧‧‧帶

12‧‧‧台階

20‧‧‧n型區

22‧‧‧發光或作用區

24‧‧‧p型區

26‧‧‧反射金屬p接觸件

27‧‧‧黑帶區

28‧‧‧阻層

30‧‧‧層

32‧‧‧護片

40‧‧‧基台

42‧‧‧LED

44‧‧‧結構

46‧‧‧N接觸件

56‧‧‧n互連件

58‧‧‧p互連件

120‧‧‧n型層

130A‧‧‧發光作用區

140‧‧‧p型層

160‧‧‧p電極

175‧‧‧遷移障壁

圖1說明具有覆蓋一銀p電極之一遷移障壁的一發光裝置。

圖2說明具有用光阻圖案化之一銀p接觸件的一三族氮化物裝置之一部分。

圖3說明在該圖案化銀p接觸件上方形成一層後之圖2之該裝置。

圖4說明在剝離該光阻且在該p電極上方形成一護片後之圖3之該裝置。

圖5說明連接至一基台之一三族氮化物裝置。

在圖1中所說明之裝置中，為了用一護片密封銀接觸件，該銀係首先從平台邊緣回蝕。因為帶10並不與銀p電極160一樣反射的，故該反射p電極160之邊緣與該平台之邊緣之間的該帶10被稱為「黑帶」。舉例而言，該黑帶可為約10微米寬且可表示該裝置區域之約7%。藉由該黑帶之光吸收可降低該裝置之效率。此外，在銀p電極160之該邊緣形成的台階12係難以用護片175密封，因而易於濕氣侵入及銀遷移出。為了最小化台階12之高度，該銀p電極160係儘可能保持薄的，諸如約150nm。該銀p電極之穩定性及反射性可從較厚(如約200nm)銀層獲益。

在本發明之實施例中，在回蝕該銀p接觸件之後，該黑帶係用與該銀相同厚度的一金屬層填充。相較於一習知接觸件，例如圖1中所說明之該接觸件，該幾乎平面p接觸件結構可更具反射性且密封更佳。

圖2至圖4說明形成根據本發明之實施例之一反射接觸件。圖2至圖4中僅說明一裝置之一部分。在圖2中，包含一n型區、一發光或作用區及一p型區之一三族氮化物半導體結構係成長於一成長基板(圖中未繪示)上方，該成長基板可為任何適當的成長基板且典型地為藍寶石或碳化矽。一n型區20係首先成長於該基板上方。該n型區可包含具 不同組合物及摻雜劑濃度之多個層，該多個層包含如：製備層，諸如緩衝層或成核層，此等層可為n型或非特意摻雜；剝除層，此等層經設計以促進該成長基板之稍後剝除或在基板移除之後使該半導體結構變薄；及n型裝置層或甚至p型裝置層，此等層經設計用於該發光區所需的特別光學或電性質以有效發光。

一發光或作用區22係成長於該n型區20上方。適當發光區之實例包含一層單一厚或薄發光層或一多量子井發光區，該多量子井發光區包含由障壁層分開的多個薄或厚量子井發光層。舉例而言，一多量子井發光區可包含多個發光層，各者具有25Å或更小的厚度，藉由障壁而分開，各者具有100Å或更小的厚度。在一些實施例中，該裝置中之該等發光層之各者之厚度係厚於50Å。

一p型區24係成長於該發光區22上方。與該n型區相同，該p型區可包含不同組合物、厚度及摻雜劑濃度之多個層，包含非特意摻雜層或n型層。

一反射金屬p接觸件26係形成於p型區域24上。反射金屬26通常包含銀，且可為純銀、包含銀之一合金，或一層或多層銀層及一層或多層不同金屬(例如鎳)層，或其他導電材料。在一些實施例中，反射金屬26為150nm與250nm之間厚。一阻層28係形成於反射金屬26上方且經圖案化，舉例而言，接著黑帶區27中之反射金屬26之一部分係經移除。阻層28下方的反射金屬26之部分保留於該裝置中。藉由調整該蝕刻時間，該反射金屬26可從該阻層28下方移除多達幾微米之一距離(通常稱為底切)。

在圖3中，阻層28及黑帶27係用與反射金屬26約相同厚度的一層30所覆蓋。舉例而言，在一些實施例中，層30為150nm與250nm之間厚。層30係經選擇為儘可能反射，而無銀之遷移問題。舉例而言，層30可為單一蒸發鋁層、一或多個濺鍍鋁層、一或多個鋁合金、鋁金屬 堆疊(例如鋁鈦)或非金屬層(例如用於提高反射性的氧化鋁/鋁雙層或二氧化矽/鋁雙層)。反射金屬26與層30之間的間隙可藉由控制該反射金屬26之該底切且選擇層30之一適當沈積技術而從0調整至小於2微米。

接著該阻層28係經剝離，暴露反射金屬26且在該黑帶27中留下層30。在圖4中，一護片32係形成於該p電極上方，該p電極包含反射金屬26及層30。舉例而言，護片32可為一或多種金屬(例如鈦、鎢)，或一或多種合金，或用於改良反射性的一或多種介電質(例如SiN_x、SiO_x或氧化鋁)。在一些實施例中，護片32為夾在兩層鈦鎢之間的一層氮化鈦鎢層。在一些實施例中，層30為鋁鈦且護片32包含至少一層鈦鎢。鋁鈦可提供增強黏著性給鈦鎢護片層。在一些實施例中，該護片包含用於改良黏著性之一下伏層及/或上覆層，例如鎳。

圖5說明連接至一基台40之一LED 42。在p型區24上形成該上述p電極之前或之後，一n型區之部分係藉由蝕刻該p型區及該發光區之部分而暴露。包含n型區20、發光區22及p型區24之半導體結構係由圖5中之結構44表示。N接觸件46係形成於該n型區之暴露部分上。

LED 42係藉由n互連件56及p互連件58而接合至基台40。互連件56及58可為任何適當材料，例如焊錫或其他金屬，且可包含多層材料。在一些實施例中，互連件包含至少一金層且LED 42與基台40之間的該接合係藉由超音波接合而形成。

在超音波接合期間，該LED晶粒42係定位於一基台40上。一接合頭係定位於該LED晶粒之頂面(在成長於藍寶石上之一三族氮化物裝置之情況中通常為一藍寶石成長基板之頂面)上。該接合頭被連接至一超音波轉發器。舉例而言，該超音波轉發器可為一鋯鈦酸鉛(PZT)層堆疊。當一電壓係在引起該系統調和諧振之一頻率(通常為約數十或數百千赫茲的一頻率)施加至該轉發器時，該轉發器開始振動，此 進而引起該接合頭及該LED晶粒振動，通常在約若干微米的一幅值。該振動引起該LED 42上之一結構之金屬晶格中之原子與基台40上之一結構互相擴散，導致一冶金連續接合。在接合期間可添加熱量及/或壓力。

在接合LED晶粒42至基台40之後，半導體層係成長於其上的該基板之全部或部分可藉由適於該特殊成長基板移除的任何技術而移除。舉例而言，一藍寶石基板可藉由雷射剝離而移除。在移除該成長基板之全部或部分之後，舉例而言，該剩餘半導體結構可藉由光電化學蝕刻而變薄，及/或舉例而言，該表面可用一光子晶體結構粗糙化或圖案化。此項技術中已知的一透鏡、波長轉換材料或其他結構可在基板移除之後安置於LED 42上方。

上述實施例具有勝於圖1中所說明之該結構的若干優點。該等實施例中之該p電極結構可為更平坦，因而減少應力集中點且藉由消除該護片覆蓋一台階之需要而改良該護片之完整性。該反射金屬可製成更厚而不增加與在該反射金屬之該邊緣用一護片覆蓋一台階有關的該等問題。自晶片之光學損失可藉由減少該黑帶吸收之光量而減少。由於層30可在後續加工期間保護反射金屬26之該等邊緣，故與銀剝離該下伏半導體材料關聯之問題可減少。一鋁層30可充當一犧牲陽極，該犧牲陽極可抑制或延遲銀電腐蝕。該黑帶中之銀遷移可藉由一鋁層30之高導電性及較低電場而減少。

已詳細描述本發明，熟習此項技術者將瞭解給定本發明，可進行本發明之修飾而不脫離此處所描述之本發明概念之精神。因此，預期本發明之範疇係不限於說明且描述的該等特定實施例。

40‧‧‧基台

42‧‧‧LED

44‧‧‧結構

46‧‧‧N接觸件

56‧‧‧n互連件

58‧‧‧p互連件

Claims (6)

1. 一種製造半導體發光裝置之方法，其包括：成長包括一發光層(22)之一半導體結構，該發光層(22)安置於一n型區(20)與一p型區(24)之間；在該p型區上形成一反射第一材料(26)；在該反射第一材料上形成一阻層(28)；圖案化該阻層以在該阻層中形成一開口(27)；移除對應於該阻層中之該開口的該反射第一材料之一部分；在該阻層之一剩餘部分及藉由移除該反射第一材料之一部分而暴露該p型區之一部分上形成一第二材料(30)；及移除該阻層之該剩餘部分。
2. 如請求項1之方法，其中該第一材料(26)及第二材料(30)為實質上相同厚度。
3. 如請求項1之方法，其中該第一材料(26)包括銀。
4. 如請求項1之方法，其中該第二材料(30)包括鋁。
5. 如請求項1之方法，其進一步包括在該第一材料及第二材料上形成一第三材料(32)，其中該第三材料係經組態以防止該第一材料之遷移。
6. 如請求項5之方法，其中該第三材料(32)包括鈦及鎢。