TWI479684B - 降低尺寸的固態發光裝置及製造方法 - Google Patents

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Description

降低尺寸的固態發光裝置及製造方法
本發明係關於降低尺寸(例如，厚度)的固態發光(「SSL」)裝置(例如，具有發光二極體(「LED」)之裝置)及製造方法。
SSL裝置可具有用於電接點之不同組態。舉例而言，圖1A及圖1B為具有橫向接點的SSL裝置10之橫截面圖及平面圖。如在圖1A中所展示，SSL裝置10包括承載LED結構11之基板12，該LED結構11包含N型氮化鎵(GaN)14、GaN/氮化銦鎵(InGaN)多量子井(「MQW」)16及P型GaN 18。SSL裝置10亦包括在N型GaN 14上之第一接點20及在P型GaN 18上之第二接點22。如在圖1B中所展示，第一接點20及第二接點22可分別包括第一接觸指狀物20a、20b及第二接觸指狀物22a、22b。圖2A及圖2B為具有垂直接點的另一SSL裝置10'之橫截面圖及平面圖。第一接點20包括藉由橫部件23彼此耦接之複數個傳導指狀物21(出於說明目的而展示三個)。第二接點22(圖2B)包括反射且傳導之材料(例如，鋁)。
具有垂直接點之SSL裝置常為較佳的，此係由於其較之於具有橫向接點的彼等裝置具有較高的光提取效率、較好的熱性質及卓越的電流散佈特性。然而，在圖2A及圖2B之SSL裝置10'中，N型GaN 14通常具有約4-6 μm之大厚度以將N型GaN 14中的位錯密度降低至可接受的位準。亦可能需要大厚度以用於實現經由N型GaN 14的足夠電流散佈及用於在N型GaN 14的表面上粗化及/或形成其他光提取特徵。
經由磊晶生長來形成N型GaN 14之厚層在操作上困難、耗時且昂貴。舉例而言，相對厚的N型GaN 14可能在磊晶製程的冷卻期間經由在磊晶N型GaN 14中形成裂縫來釋放應力。通常，基板12包括矽(Si)、藍寶石(Al2 O3 )、碳化矽(SiC)及/或其他「非原生」材料，此係因為具有可使用尺寸的「原生」材料(例如，GaN或InGaN)難以生產。非原生材料通常具有不同於N型GaN 14的熱膨脹係數(「CTE」)之CTE。此類CTE失配可能造成熱應力從而在磊晶生長期間導致在基板12中之彎曲及/或在N型GaN 14中之其他晶體缺陷。
下文描述SSL裝置、裝配件及製造方法之各種實施例。如在下文中所使用，術語「SSL裝置」大體上指代具有LED、雷射二極體(「LD」)及/或除電燈絲、電漿或氣體以外的其他適宜照明源之裝置。熟習此項技術者亦應理解本技術可具有額外實施例，且可在不存在下文參考圖3A至圖5所描述之實施例的細節中之若干者的情況下實踐本技術。
圖3A至圖3H為經歷根據本技術的實施例之製程的SSL裝置100之示意性橫截面圖。如在圖3A中所展示，在該製程之初始階段期間，可在具有可選緩衝材料103的基板材料102上形成SSL結構111。在所說明之實施例中，SSL結構111包括串列堆疊之第一半導體材料104、作用區106及第二半導體材料108。在其他實施例中，SSL結構111亦可包括作為絕緣體之氮化矽(Si3 N4 )、作為緩衝材料之氮化鋁(AlN)及/或在SSL結構111中之其他適宜中間材料。
在某些實施例中，基板材料102可包括矽(Si)，其至少一部分具有Si(111)晶體定向。在其他實施例中，基板材料102可包括具有其他晶體定向之矽(例如，Si(1,0,0))、氮化鋁鎵(AlGaN)、GaN、碳化矽(SiC)、藍寶石(Al2 O3 )、氧化鋅(ZnO2 )、前述材料之組合及/或其他適宜基板材料。在所說明之實施例中，基板材料102具有靠近可選緩衝材料103之大體上平坦表面101。在其他實施例中，基板材料102亦可包括開口、通道及/或其他表面特徵(未圖示)。
可選緩衝材料103可經選擇以促進在基板材料102上第一半導體材料104及第二半導體材料108及作用區106之形成。在某些實施例中，可選緩衝材料103可包括AlN、AlGaN、氮化鋅(ZnN)、GaN及/或經組態以允許第一半導體材料104及/或第二半導體材料108充分潤濕基板材料102的表面101之其他適宜材料。在其他實施例中，可省略可選緩衝材料103，且可在基板材料102上直接形成第一半導體材料104。
在某些實施例中，第一半導體材料104可包括N型GaN(例如，用矽(Si)摻雜)，且第二半導體材料108可包括P型GaN(例如，用鎂(Mg)摻雜)。在其他實施例中，第一半導體材料104可包括P型GaN，且第二半導體材料108可包括N型GaN。在另外實施例中，第一半導體材料104及第二半導體材料108可個別地包括以下材料中之至少一者：磷化鋁銦鎵(AlInGaP)、砷化鎵(GaAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鎵(Ⅲ)(GaP)、硒化鋅(ZnSe)、氮化硼(BN)、AlGaN及/或其他適宜半導體材料。如隨後更詳細論述，第一半導體材料104及/或第二半導體材料108可具有小厚度(例如，約1 μm、約1 μm至約2 μm、約2 μm至約3 μm，或其他適宜厚度值)同時維持充分的電流散佈能力。結果，在與習知裝置相比較時，可以較少缺陷及較低成本來生產SSL裝置100。
作用區106可包括單一量子井(「SQW」)、MQW及/或塊體半導體材料。如在下文中所使用，「塊體半導體材料」大體上指代具有大於約10奈米且高至約500奈米的厚度之單晶粒半導體材料(例如，InGaN)。在某些實施例中，作用區106可包括InGaN SQW、GaN/InGaN MQW及/或InGaN塊體材料。在其他實施例中，作用區106可包括磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)及/或其他適宜材料或組態。
在某些實施例中，可經由金屬有機化學氣相沈積(「MOCVD」)、分子束磊晶(「MBE」)、液相磊晶(「LPE」)及/或氫化物氣相磊晶(「HVPE」)來在基板材料102上形成第一半導體材料104、作用區106、第二半導體材料108及可選緩衝材料103中之至少一者。在其他實施例中，可經由其他適宜磊晶生長技術來形成SSL結構111之前述組件及/或其他適宜組件(未圖示)中之至少一者。
圖3B展示將第一遮蔽材料112沈積於第二半導體材料108之表面108a上且圖案化以形成複數個第一開口114之製程的另一階段。第一開口114個別地暴露第二半導體材料108之表面108a的一部分(以假想線來展示)。在一實施例中，第一遮蔽材料112可包括光阻且可使用光微影及/或其他適宜技術來將第一遮蔽材料112圖案化。在其他實施例中，第一遮蔽材料112可包括氧化矽(SiO2 )、氮化矽及/或其他適宜的「硬」遮蔽材料，該等材料可藉由沈積及圖案化光阻(未圖示)及隨後使用濕式蝕刻、乾式蝕刻及/或其他適宜技術移除第一遮蔽材料112之一部分來圖案化。
如在圖3B中所展示，該製程之另一階段包括經由在第一遮蔽材料112中之開口114移除SSL結構111之一部分及在SSL結構111中形成一或多個橫向間隔的缺口116。在圖3B中，出於說明目的而展示兩個缺口116，但SSL結構111可包括一個、三個、四個或任何其他適宜數目個缺口116。用於移除SSL結構111的部分之技術可包括反應性離子蝕刻、濕式蝕刻、雷射切除及/或其他適宜的材料移除技術。
在所說明之實施例中，缺口116個別地包括三角形橫截面，其中第一側壁116a及第二側壁116b自第二半導體材料108之表面108a延伸至第一半導體材料104中而不到達可選緩衝材料103。第一側壁116a及第二側壁116b個別地包括對應於第一半導體材料104之第一部分117a、對應於作用區106之第二部分117b及對應於第二半導體材料108之第三部分117c。在其他實施例中，缺口116中之至少一者可向上延伸至或甚至進入可選緩衝材料103及/或基板材料102中。在另外實施例中，缺口116可具有大體上矩形、「扇形」、梯形、橢圓形及/或其他適宜類型之橫截面，如在圖6A至圖6D中所展示。
在某些實施例中，該製程可包括至少部分地基於第一半導體材料104之電流散佈特性(例如，電阻)來選擇在鄰近缺口116之間的間隔(下文中稱作「間距」P)。舉例而言，若第一半導體材料104具有因低電阻之高電流散佈能力(例如，具有高摻雜濃度)，則可選擇大間距P(例如，約300 μm至約500 μm)。在其他實施例中，第一半導體材料104可具有因高電阻之低電流散佈能力，且可選擇小間距P(例如，約100 μm至約300 μm)。在另外實施例中，間距P可具有其他適宜的間隔值。
如在圖3C中所展示，該製程之另一階段可包括將絕緣材料118沈積於第二半導體材料108之表面108a上且沈積於缺口116之第一側壁116a及第二側壁116b上。絕緣材料118可包括氧化矽、氮化矽及/或其他適宜的絕緣材料。用於形成絕緣材料118之技術可包括熱氧化、化學氣相沈積(「CVD」)、原子層沈積(「ALD」)，及/或其他適宜技術。在所說明之實施例中，絕緣材料118大體上與缺口116之第一側壁116a及第二側壁116b等形。在其他實施例中，絕緣材料118可至少部分地填充缺口116及/或可具有其他適宜組態。
如在圖3D中所展示，該製程之另一階段可包括在絕緣材料118上形成第二遮蔽材料113且圖案化第二遮蔽材料113以形成複數個第二開口115。第二遮蔽材料113可與第一遮蔽材料112(圖3B)大體上相同或不同。在所說明之實施例中，第二開口115暴露絕緣材料118之第一部分118a及第二部分118b。第一部分118a在第二半導體材料108上。第二部分118b在個別缺口116之第二側壁116b上。在其他實施例中，第二開口115亦可暴露絕緣材料118之其他部分。
在形成第二開口115之後，該製程包括經由反應性離子蝕刻、濕式蝕刻、雷射切除及/或其他適宜材料移除技術來穿過第二開口115移除絕緣材料118之第一部分118a及第二部分118b。在所說明之實施例中，該材料移除操作停止於第二半導體材料108之表面108a及缺口116之第二側壁116b處。在其他實施例中，該材料移除可繼續進行以移除第二半導體材料108及/或第二側壁116b之一部分。
如在圖3E中所展示，在移除絕緣材料118之第一部分118a及第二部分118b(圖3D)之後，剩餘之絕緣材料118包括在第一側壁116a上之第一區段120及在缺口116的第二側壁116b上之第二區段121。在所說明之實施例中，第一區段120實質上覆蓋第一側壁116b且具有實質上與第二半導體材料108的表面108a共平面之第一末端120a。第二區段121僅部分地覆蓋第二側壁116b且具有延伸超過第二半導體材料108的表面108a之第二末端121a。
結果，在個別缺口116中的絕緣材料118之第一區段120與第二區段121之間形成間隙123。間隙123暴露第一半導體材料104之至少一部分。因而，第二區段121不覆蓋第二側壁116b的第一部分117a之至少一部分。在其他實施例中，第一區段120亦可部分地覆蓋第一側壁116a且因而暴露第一半導體材料104之一部分，如下文參考圖5更詳細論述。在所說明之實施例中，間隙123不沿著第二側壁116b暴露作用區106，但在另外實施例中，間隙123亦可暴露至少在第二側壁116b上的作用區106之一部分。
繼續參看圖3E，該製程之另一階段可包括在第二半導體材料108之表面108a上形成一第三遮蔽材料157及圖案化第三遮蔽材料157以形成複數個第三開口119。第三開口119個別地暴露缺口116之至少一部分。
如在圖3F中所展示，該製程可包括將傳導材料122經由第三開口119沈積於缺口116中。傳導材料122可包括銅、鋁、金、銀及/或其他適宜金屬或金屬合金。用於沈積傳導材料122之技術可包括CVD、ALD、濺鍍、電鍍及/或其他適宜沈積技術。在所說明之實施例中，傳導材料122包括大體上與第二半導體材料108的表面108a共平面之第一末端122a。傳導材料122亦包括經由間隙123而與第一半導體材料104直接接觸之第二末端122b。在其他實施例中，第一末端122a可自第二半導體材料108之表面108a凹陷。在另外實施例中，第二末端122b可經由間隙123而與第一半導體材料104及作用區106兩者直接接觸。隨後，可自SSL結構111移除第三遮蔽材料157。
如在圖3G中所展示，該製程之另一階段包括在SSL結構111上形成電極124。電極124可包括銅、鋁、金、銀及/或經由CVD、ALD、濺鍍、電鍍及/或其他適宜沈積技術形成之另一適宜金屬或金屬合金。在所說明之實施例中，電極124具有與第二半導體材料108的表面108a直接接觸之第一表面124a。電極124亦具有大體上與絕緣材料118的第二區段121之第二末端121a共平面之第二表面124b。結果，絕緣材料118之第二區段121將電極124分離且電隔離成複數個電極元件125(個別地識別為第一電極元件125a、第二電極元件125b及第三電極元件125c)。在其他實施例中，第二表面124b可自第二區段121之第二末端121a凹陷及/或可具有其他適宜組態。
隨後，可在電極124及絕緣材料118上形成鈍化材料126。鈍化材料126可包括氧化矽、氮化矽及/或其他適宜的非傳導材料。在所說明之實施例中，鈍化材料126包括靠近SSL結構111的周邊區之開口127。在其他實施例中，鈍化材料126可包括在SSL結構111的其他區中之開口127。
如在圖3G中所展示，該製程進一步包括在SSL結構111上形成一第一結合材料128。第一結合材料128可包括銅、金/錫合金、鎳/錫合金及/或使用CVD、ALD、濺鍍、電鍍及/或其他適宜技術形成之其他適宜金屬或金屬合金。在所說明之實施例中，第一結合材料128係經由在鈍化材料126中之開口127而與電極124直接接觸。在其他實施例中，第一結合材料128可以其他方式電耦接至電極124。
在不受理論約束的情況下，據信當在可選緩衝材料103上(或直接在基板材料102上)形成第一半導體材料104時，第一半導體材料104初始含有靠近表面104a之大量位錯。隨著磊晶生長繼續進行，位錯聚結及/或以其他方式彼此組合，從而導致較高品質之晶體形成。因而，藉由自表面104a移除第一半導體材料104之初始部分，可在第一半導體材料104中降低位錯之數目(或密度)。
如在圖3H中所展示，SSL結構111結合至具有一第二結合材料131之載體基板130。載體基板130可包括陶瓷基板、矽基板、金屬合金基板及/或其他適宜類型之載體基板。第二結合材料131可大體上與第一結合材料128相似或不同。可經由固固結合(solid-solid bonding)、焊接及/或其他適宜技術來將第一結合材料128與第二結合材料131彼此結合。隨後，可在第一半導體材料104中形成接點132(例如，銅接點)。
在所說明之實施例中，兩個缺口116(識別為第一缺口116'及第二缺口116")將SSL結構111劃分成三個區(個別地識別為第一區111'、第二區111"及第三區111''')。三個區111'、111"及111'''中之每一者在SSL結構111中形成三個串聯耦接之接面，該三個區111'、111"及111'''具有第一半導體材料104之對應部分(個別地識別為第一半導體元件104'、104"及104''')、作用區106之對應部分(個別地識別為第一作用元件106'、第二作用元件106"及第三作用元件106''')及第二半導體材料108之對應部分(個別地識別為第二半導體元件108'、108"及108''')。
在將SSL結構111結合至載體基板130之後，可經由研磨、剝離、濕式蝕刻及/或其他適宜技術自第一半導體材料104移除基板材料102及可選緩衝材料103。在一實施例中，移除基板材料102及可選緩衝材料103可停止於第一半導體材料104之表面104a處。在其他實施例中，該製程亦可包括自表面104a移除第一半導體材料104之一部分，此操作可降低在第一半導體材料104中的位錯密度位準。
如在圖3H中所展示，在操作期間，可在接點132與電極124之間施加電壓。作為回應，電流(如由箭頭135所指示)自接點132經由在第一區111'中的第一半導體元件104'、第一作用元件106'及第二半導體元件108'流向電極124之第一電極元件125a。第一作用元件106'將電流之一部分轉換為可經由第一半導體材料104提取之光。
在到達第一缺口116'之後，該電流自第一電極元件125a經由在第一缺口116'中的傳導材料122流向在第二區111"中之第一半導體元件104"(如由箭頭136所指示)。在SSL結構111之第二區111"中，該電流接著自第一半導體材料104"經由作用區106"及第二半導體材料108"流向第二電極元件125b(如由箭頭137所指示)。第二作用元件106"將電流之另一部分轉換為可經由第一半導體材料104提取之光。
在到達第二缺口116"之後，該電流接著自第二電極元件125b經由傳導材料122流動至在SSL結構111的第三區111'''中之第一半導體材料104'''(如由假想箭頭138所指示)。在SSL結構111之第三區111'''中，該電流接著自第一半導體材料104'''經由第三作用區106'''及第二半導體材料108'''流向第三電極元件125c(如由箭頭139所指示)，然後到達電極124。第三作用元件106'''將該電流之一另外部分轉換為可經由第一半導體材料104提取之光。
結果，如在圖3I中所展示，第一半導體元件104'、104"及104'''，第一作用元件106'、第二作用元件106"及第三作用元件106'''及第二半導體元件108'、108"及108'''形成三個串聯耦接之接面202(個別地識別為第一接面202'、第二接面202"及第三接面202''')，該三個串聯耦接之接面202分別對應於在SSL結構111中之第一區111'、第二區111"及第三區111'''。如在下文中所使用，術語「接面」大體上指代在具有相反或以其他方式不同的電荷載運特性之至少兩個半導體晶體區之間的界面空間。儘管在圖4中僅展示三個接面202，但在其他實施例中，SSL裝置100可包括一個、兩個或其他適宜數目個接面202。大體言之，SSL裝置100可包括將SSL結構111劃分成N+1個接面202之N個缺口116(圖3H)，其中N為正整數。
在不受理論約束的情況下，據信第一半導體材料104及/或第二半導體材料108之厚度可為小的，此係因為在SSL結構111的鄰近區111'、111"及111'''之間的橫向間隔為小的。因而，第一半導體材料104及/或第二半導體材料108之小厚度可足以提供在第一區111'、第二區111"及第三區111'''中之每一者中的充分橫向電流散佈。小厚度對應於低的磊晶生長時間，且因而可比習知裝置更有效率地且便宜地來生產SSL裝置100。
當與習知裝置比較時，SSL結構111之實施例可具有改良的光提取效率。如在圖3H中所展示，除由接點132佔據的小區域以外，SSL結構111不具有佔據第一半導體材料104的顯著部分之非透明材料(例如，金屬接點圖形)。因而，可容易地經由第一半導體材料104來提取在作用區106中產生之光。
SSL裝置100之實施例亦可在較低功率消耗下操作，此係因為SSL結構111可在高於習知裝置之電壓下操作。如在圖4中所展示，SSL結構111包括複數個串聯耦接之接面202。若跨越單一接面之電壓降為Vo (例如，3伏特)，則SSL結構111可在N‧Vo 下操作，其中N為接面之數目。因而，在某些實施例中，可選擇在SSL結構111中的接面N之數目以達成所要之操作電壓(例如，12伏特、24伏特、48伏特或其他適宜電壓值)。據信當輸出電壓處於較高值時，在電源供應器中的降壓轉換更有效率。舉例而言，當輸出電壓為24伏特而非12伏特時，電源供應器可更有效率地操作。結果，併入有SSL結構111的實施例之發光裝置可藉由在高於習知裝置之電壓位準下操作而更有效率。
儘管上文參考圖3A至圖3H論述之SSL裝置100包括施加電壓至電極124及接點132，但在其他實施例中載體基板130可包括傳導或半導體材料以形成用於SSL裝置100之電極，如在圖4中所展示。在另外實施例中，可在移除基板材料102及可選緩衝材料103之後在第一半導體材料104上形成表面特徵(例如，粗化、蛾眼(未圖示))。
圖5為根據本技術之實施例的SSL裝置200之橫截面圖。SSL裝置200包括大體上與圖3H中的SSL裝置100相似之某些組件。然而，不同於圖3H中的SSL裝置100，在SSL裝置200中，剩餘的絕緣材料118之第一區段120及第二區段121僅分別部分地覆蓋第一側壁116a及第二側壁116b。結果，傳導材料122經由第一側壁116a及第二側壁116b兩者而與第一半導體材料104直接接觸。
圖6A至圖6D為根據本技術之實施例的具有不同缺口橫截面之SSL裝置300的橫截面圖。除在SSL裝置300中的缺口116具有分別在圖6A至圖6D中之大體上矩形、「扇形」、梯形及橢圓形橫截面以外，SSL裝置300包括大體上與在圖3H中的SSL裝置100相似之某些組件。在另外實施例中，缺口116亦可包括其他適宜橫截面形狀。
自前文內容應瞭解本文已出於說明之目的描述了本技術之特定實施例，但可在不偏離本發明之情況下做出各種修改。此外，可將一實施例中之許多元件與其他實施例組合，作為該等其他實施例中的元件的補充或替代。因此，除受所附申請專利範圍限制以外，本發明不受其他限制。
10．．．SSL裝置
10'．．．SSL裝置
11．．．LED結構
12．．．基板
14．．．N型GaN
16．．．GaN/InGaN多量子井(MQW)
18．．．P型GaN
20．．．第一接點
20a．．．第一接觸指狀物
20b．．．第一接觸指狀物
21．．．傳導指狀物
22．．．第二接點
22a．．．第二接觸指狀物
22b．．．第二接觸指狀物
23．．．橫部件
100．．．SSL裝置
101．．．基板材料之表面
102．．．基板材料
103．．．可選緩衝材料
104．．．第一半導體材料
104'．．．第一半導體元件
104"．．．第一半導體元件
104'''．．．第一半導體元件
104a．．．第一半導體材料之表面
106．．．作用區
106'．．．第一作用元件
106"．．．第二作用元件
106'''．．．第三作用元件
108．．．第二半導體材料
108a．．．第二半導體材料之表面
108'．．．第二半導體元件
108"．．．第二半導體元件
108'''．．．第二半導體元件
111．．．SSL結構
111'．．．第一區
111"．．．第二區
111'''．．．第三區
112．．．第一遮蔽材料
113．．．第二遮蔽材料
114．．．第一開口
115．．．第二開口
116．．．缺口
116a．．．第一側壁
116b．．．第二側壁
116'．．．缺口
116"．．．缺口
117a．．．側壁之第一部分
117b．．．側壁之第二部分
117c．．．側壁之第三部分
118．．．絕緣材料
118a．．．絕緣材料之第一部分
118b．．．絕緣材料之第二部分
119．．．第三開口
120．．．絕緣材料之第一區段
120a．．．第一末端
121．．．絕緣材料之第二區段
121a．．．第二末端
122．．．傳導材料
122a．．．第一末端
122b．．．第二末端
123．．．間隙
124．．．電極
124a．．．電極之第一表面
124b．．．電極之第二表面
125a．．．第一電極元件
125b．．．第二電極元件
125c．．．第三電極元件
126．．．鈍化材料
127．．．開口
128．．．第一結合材料
130．．．載體基板
131．．．第二結合材料
132．．．接點
135．．．箭頭
136．．．箭頭
137．．．箭頭
138．．．箭頭
139．．．箭頭
157．．．第三遮蔽材料
200．．．SSL裝置
202'．．．第一接面
202"．．．第二接面
202'''．．．第三接面
300．．．SSL裝置
圖1A為根據先前技術之SSL裝置的示意性橫截面圖。
圖1B為在圖1A中的SSL裝置之示意性平面圖。
圖2A為根據先前技術之另一SSL裝置的示意性橫截面圖。
圖2B為在圖2A中的SSL裝置之示意性平面圖。
圖3A至圖3H為經歷根據本技術的實施例之製程的SSL裝置之橫截面圖。
圖3I為由根據本技術的實施例之製程形成的SSL裝置之示意性電路圖。
圖4為根據本技術之額外實施例的SSL裝置之橫截面圖。
圖5為根據本技術之實施例的SSL裝置之橫截面圖。
圖6A至圖6D為根據本技術之實施例的具有不同缺口橫截面之SSL裝置的橫截面圖。
100．．．SSL裝置
104．．．第一半導體材料
104'．．．第一半導體元件
104"．．．第一半導體元件
104'''．．．第一半導體元件
106．．．作用區
106'．．．第一作用元件
106"．．．第二作用元件
106'''．．．第三作用元件
108．．．第二半導體材料
108'．．．第二半導體元件
108"．．．第二半導體元件
108'''．．．第二半導體元件
111．．．SSL結構
111'．．．第一區
111"．．．第二區
111'''．．．第三區
116'．．．缺口
116"．．．缺口
120．．．絕緣材料之第一區段
121．．．絕緣材料之第二區段
122．．．傳導材料
124．．．電極
125a．．．第一電極元件
125b．．．第二電極元件
125c．．．第三電極元件
126．．．鈍化材料
128．．．第一結合材料
130．．．載體基板
131．．．第二結合材料
132．．．接點
135．．．箭頭
136．．．箭頭
137．．．箭頭
138．．．箭頭
139．．．箭頭

Claims (34)

  1. 一種固態發光(SSL)裝置，其包含：第一半導體材料；第二半導體材料，其與該第一半導體材料間隔開；作用區，其位在該第一半導體材料與該第二半導體材料之間；缺口，其在該第一半導體材料、該作用區及該第二半導體材料中；絕緣材料，其在該缺口中，覆蓋該第二半導體材料及該作用區，其中該絕緣材料部分地覆蓋該缺口之側壁，其中穿過該絕緣材料暴露該第一半導體材料之一部分；及傳導材料，其在該缺口中且鄰近該絕緣材料，該傳導材料係與該第一半導體材料直接接觸。
  2. 如請求項1之SSL裝置，其中：該第一半導體材料包括N型氮化鎵(GaN)材料；該第二半導體材料包括P型GaN材料；該作用區包括GaN/氮化銦鎵(InGaN)多量子井；該缺口具有三角形橫截面，且該側壁包含第一側壁及第二側壁自該第二半導體材料之表面延伸至該第一半導體材料中；該絕緣材料包括實質上覆蓋該第一側壁之第一絕緣部分及部分地覆蓋該第二側壁之第二部分；該第一絕緣部分具有與第二表面對置之第一表面； 該第一絕緣部分之該第一表面大體上與該第二半導體材料之該表面共平面；該第一絕緣部分之該第二表面靠近該第一半導體材料；該第二絕緣部分具有與第二末端對置之第一末端；該第二絕緣部分之該第一末端延伸超過該第二半導體材料之該表面；該第二絕緣部分之該第二末端朝該第一半導體材料延伸；該絕緣材料包括在該第一絕緣部分與該第二絕緣部分之間的間隙，該間隙暴露該第一半導體材料之靠近該第二側壁的一部分；該傳導材料經由在該第一絕緣部分與該第二絕緣部分之間的該間隙與該第一半導體材料直接接觸。
  3. 如請求項1之SSL裝置，其中：該側壁自該第二半導體材料之表面延伸至該第一半導體材料中。
  4. 如請求項1之SSL裝置，其中：該側壁自該第二半導體材料之表面延伸至該第一半導體材料中；該側壁包括對應於該第一半導體材料之第一部分、對應於該作用區之第二部分及對應於該第二半導體材料之第三部分；且該絕緣材料實質上地覆蓋該側壁之該第二部分及該第 三部分且至少不完全覆蓋該側壁之該第一部分。
  5. 如請求項1之SSL裝置，其中：該側壁自該第二半導體材料之表面延伸至該第一半導體材料中；該側壁包括對應於該第一半導體材料之第一部分、對應於該作用區之第二部分及對應於該第二半導體材料之第三部分；該絕緣材料實質上地覆蓋該側壁之該第二部分及該第三部分且至少不完全覆蓋該側壁之該第一部分；且該傳導材料係在該側壁之該第一部分處與該第一半導體材料直接接觸。
  6. 如請求項1之SSL裝置，其中：該缺口具有三角形橫截面，且該側壁包含第一側壁及第二側壁自該第二半導體材料之表面延伸至該第一半導體材料中；且該絕緣材料包括實質上覆蓋該第一側壁之第一絕緣部分及部分地覆蓋該第二側壁之第二部分。
  7. 如請求項1之SSL裝置，其中：該側壁自該第二半導體材料之表面延伸至該第一半導體材料中；該絕緣材料具有與第二末端對置之第一末端；該絕緣材料之該第一末端延伸超過該第二半導體材料之該表面；且該絕緣材料之該第二末端朝該第一半導體材料延伸。
  8. 如請求項1之SSL裝置，其中：該側壁自該第二半導體材料之表面延伸至該第一半導體材料中；該絕緣材料具有與第二末端對置之第一末端；該絕緣材料之該第一末端延伸超過該第二半導體材料之該表面；該絕緣材料之該第二末端朝該第一半導體材料延伸；且該SSL裝置另外包括在該第二半導體材料之該表面上的第一電極元件及第二電極元件，該絕緣材料之該第一末端將該第一電極元件與該第二電極元件物理隔離。
  9. 如請求項1之SSL裝置，其中：該側壁自該第二半導體材料之表面延伸至該第一半導體材料中；該絕緣材料具有與第二末端對置之第一末端；該絕緣材料之該第一末端延伸超過該第二半導體材料之該表面；該絕緣材料之該第二末端朝該第一半導體材料延伸；且該SSL裝置另外包括：在該第二半導體材料之該表面上的第一電極元件及第二電極元件，該絕緣材料之該第一末端將該第一電極元件與該第二電極元件物理隔離；及在該第一半導體材料中之接點，其與該第一電極元件對置且與該第二電極元件橫向間隔開。
  10. 如請求項1之SSL裝置，其中： 該側壁自該第二半導體材料之表面延伸至該第一半導體材料中；該側壁包括對應於該第一半導體材料之第一部分、對應於該作用區之第二部分及對應於該第二半導體材料之第三部分；該絕緣材料實質上地覆蓋該側壁之該第二部分及該第三部分且至少不完全覆蓋該側壁之該第一部分；該絕緣材料具有與第二末端對置之第一末端；該傳導材料係與該側壁之該第一部分直接接觸；該絕緣材料之該第一末端延伸超過該第二半導體材料之該表面；該絕緣材料之該第二末端朝該第一半導體材料延伸；且該SSL裝置另外包括：在該第二半導體材料之該表面上的第一電極元件及第二電極元件，該絕緣材料之該第一末端將該第一電極元件與該第二電極元件物理隔離；及在該第一半導體材料中之接點，其與該第一電極元件對置且與該第二電極元件橫向間隔開。
  11. 一種固態發光(SSL)裝置，其包含：SSL結構，其具有第一區及藉由缺口與該第一區橫向間隔開之第二區，其中該第一區及該第二區個別地包括第一半導體元件、第二半導體元件及在該第一半導體元件與該第二半導體元件之間的作用元件；絕緣材料，其位在該第一區與該第二區之間，該絕緣 材料覆蓋於該缺口中之該第二半導體元件及作用區，該絕緣材料將該第一區與該第二區物理隔離，其中該絕緣材料部分地覆蓋該缺口之側壁，其中穿過該絕緣材料暴露該第一半導體材料之一部分；及傳導材料，其位在該第一區與該第二區之間且鄰近該絕緣材料，該傳導材料將該第一區與該第二區串聯電耦接。
  12. 如請求項11之SSL裝置，其中：該第一區及該第二區之該第一半導體元件及/或該第二半導體元件具有小於約2μm之厚度。
  13. 如請求項11之SSL裝置，其中：該第一區之該第一半導體元件、該作用元件及該第二半導體元件形成第一電路徑；該第二區之該第一半導體元件、該作用元件及該第二半導體元件形成第二電路徑；且該傳導材料將該第一電路徑與該第二電路徑串聯電耦接。
  14. 如請求項11之SSL裝置，其中：該第一區及該第二區之該第一半導體元件及/或該第二半導體元件具有小於約2μm之厚度；該第一區包括接點及第一電極元件；該接點係在該第一區之該第一半導體元件中；該第一電極元件係鄰近該第一區之該第二半導體元 件；該第二區包括與該第一電極元件橫向間隔開之第二電極元件；該缺口係直接在該第一區與該第二區之間；該絕緣材料係至少部分地位於該缺口中；該絕緣材料包括第一絕緣部分及第二絕緣部分；該第一絕緣部分係鄰近該第一區且將該第一區之該第一半導體元件、該作用元件及該第二半導體元件與該傳導材料物理隔離；該第二絕緣部分係鄰近該第二區且將該第二區之該作用元件及該第二半導體元件與該傳導材料物理隔離；該第二絕緣部分亦將該第一電極元件與該第二電極元件物理隔離；該傳導材料係在該缺口中且在該第一絕緣部分與該第二絕緣部分之間；且該傳導材料形成自該第一電極元件至該第二區之該第一半導體元件的電路徑。
  15. 如請求項11之SSL裝置，其中：該第一區包括接點及與該接點間隔開之第一電極元件；該第二區包括與該第一電極元件橫向間隔開且物理隔離之第二電極元件；且該傳導材料形成自該第一電極元件經由該第二區且至該第二電極元件之電路徑。
  16. 如請求項11之SSL裝置，其中：該第一區包括接點及與該接點間隔開之第一電極元件；該第二區包括與該第一電極元件橫向間隔開且物理隔離之第二電極元件；且該傳導材料係直接在該第一電極元件與該第二區之間且將該第一電極元件電連接至該第二區。
  17. 如請求項11之SSL裝置，其中：該第一區包括在該第一半導體元件中之接點及鄰近該第一區的該第二半導體元件之第一電極元件；該第二區包括鄰近該第二區的該第二半導體元件之第二電極元件；且該傳導材料將該第一區之該第一電極元件電連接至該第二區之該第一半導體元件。
  18. 如請求項11之SSL裝置，其中：該第一區包括鄰近該第一區的該第二半導體元件之第一電極元件；該第二區包括第二電極元件，該第二電極元件鄰近該第二區之該第二半導體元件且與該第一區的該第一電極元件橫向間隔開；且該絕緣材料將該第一電極元件與該第二電極元件物理隔離。
  19. 如請求項11之SSL裝置，其中：該第一區包括鄰近該第一區的該第二半導體元件之第 一電極元件；該第二區包括第二電極元件，該第二電極元件鄰近該第二區之該第二半導體元件且與該第一區的該第一電極元件橫向間隔開；該絕緣材料將該第一電極元件與該第二電極元件物理隔離；且該傳導材料將該第一區之該第一電極元件經由該第二區之該第一半導體元件、該作用元件及該第二半導體元件電連接至該第二區之該第二電極元件。
  20. 一種固態發光(SSL)裝置，其包含：SSL結構，其具有第一區及與該第一區橫向間隔開之第二區，其中該第一區及第二區個別地包括第一半導體元件、第二半導體元件及在該第一半導體元件與該第二半導體元件之間的作用元件；該第一區包括第一電極元件；該第二區包括與該第一區的該第一電極元件橫向間隔開之第二電極元件；及絕緣材料，其在該第一電極元件與該第二電極元件之間且將該第一電極元件與該第二電極元件物理隔離，其中該絕緣材料覆蓋於該SSL結構之該缺口中之該第二半導體元件及作用區，且其中該絕緣材料部分地覆蓋該缺口之側壁，其中穿過該絕緣材料暴露該第一半導體材料之一部分。
  21. 如請求項20之SSL裝置，其中： 該SSL裝置另外包括將該第一電極元件電連接至該第二區的該第一半導體元件之傳導材料。
  22. 如請求項20之SSL裝置，其中：該第一電極元件係與該第一區之該第二半導體元件接觸；該第二電極元件係與該第二區之該第二半導體元件接觸；且該絕緣材料延伸超過該第一區及該第二區之該等第二半導體元件且係直接在該第一電極元件與該第二電極元件之間。
  23. 一種形成固態發光(SSL)裝置之方法，其包含：在基板材料上形成SSL結構，該SSL結構具有靠近該基板材料之第一半導體材料、與該第一半導體材料間隔開之第二半導體材料及在該第一半導體材料與該第二半導體材料之間的作用區；在該SSL結構中形成缺口，該缺口自該第二半導體材料經由該作用區且延伸至該第一半導體材料中；用絕緣材料使該缺口絕緣，自該缺口之側壁部分地移除該絕緣材料，藉此形成暴露該第一半導體材料的該部分之間隙，以使該絕緣材料暴露該第一半導體材料之一部分；及在該缺口中且鄰近該絕緣材料安置傳導材料，該傳導材料係與該第一半導體材料電接觸。
  24. 如請求項23之方法，其中： 形成該SSL結構包括經由磊晶生長形成該第一半導體材料、該作用區及該第二半導體材料，該第一半導體材料具有小於約2μm之厚度；在該SSL結構中形成該缺口包括形成自該第二半導體材料經由該作用區且延伸至該第一半導體材料中之該側壁；使該缺口絕緣包括：在該缺口之該側壁上沈積該絕緣材料，該絕緣材料大體上與該側壁等形；安置該傳導材料包括在該絕緣材料之該間隙中安置該傳導材料；且該方法另外包括在該第二半導體材料及該傳導材料上形成電極，該電極具有由該絕緣材料分離之第一電極元件及第二電極元件。
  25. 如請求項23之方法，其中：在該SSL結構中形成該缺口包括形成自該第二半導體材料經由該作用區且延伸至該第一半導體材料中之該側壁；使該缺口絕緣包括：在該缺口之該側壁上沈積該絕緣材料。
  26. 如請求項23之方法，其中：在該SSL結構中形成該缺口包括形成自該第二半導體材料經由該作用區且延伸至該第一半導體材料中之該側 壁；且使該缺口絕緣包括用不覆蓋該第一半導體材料的至少該部分之該絕緣材料來使該缺口絕緣。
  27. 如請求項23之方法，其中：在該SSL結構中形成該缺口包括形成自該第二半導體材料經由該作用區且延伸至該第一半導體材料中之該側壁；且使該缺口絕緣包括用具有與第二末端對置的第一末端之該絕緣材料來使該缺口絕緣，該第一末端不覆蓋該第一半導體材料之至少一部分且該第二末端延伸超過該第二半導體材料。
  28. 如請求項23之方法，其中：在該SSL結構中形成該缺口包括形成自該第二半導體材料經由該作用區且延伸至該第一半導體材料中之該側壁；使該缺口絕緣包括用具有與第二末端對置的第一末端之該絕緣材料來使該缺口絕緣；該第一末端不覆蓋該第一半導體材料之至少一部分；該第二末端延伸超過該第二半導體材料；且該絕緣材料將該作用區及該第二半導體材料與在該缺口中的該傳導材料物理隔離。
  29. 如請求項23之方法，其中：該側壁包含第一側壁及面向該第一側壁之第二側壁，該第一側壁及該第二側壁均自該第二半導體材料經由該 作用區且延伸至該第一半導體材料中；使該缺口絕緣包括用該絕緣材料來使該第一側壁及該第二側壁絕緣；該絕緣材料具有在該第一側壁上之第一絕緣部分及在該第二側壁上之第二絕緣部分；該第一絕緣部分實質上地覆蓋該第一側壁；且該第二絕緣部分部分地覆蓋該第二側壁，藉此在該絕緣材料中形成暴露該第一半導體材料的該部分之間隙。
  30. 如請求項23之方法，其中：該側壁包含第一側壁及面向該第一側壁之第二側壁，該第一側壁及該第二側壁均自該第二半導體材料經由該作用區且延伸至該第一半導體材料中；使該缺口絕緣包括用該絕緣材料來使該第一側壁及該第二側壁絕緣；該絕緣材料具有在該第一側壁上之第一絕緣部分及在該第二側壁上之第二絕緣部分；該第一絕緣部分實質上地覆蓋該第一側壁；該第二絕緣部分部分地覆蓋該第二側壁，藉此在該絕緣材料中形成暴露該第一半導體材料的該部分之間隙；且安置該傳導材料包括在該第一絕緣部分與該第二絕緣部分之間及在該間隙中安置該傳導材料。
  31. 一種操作具有SSL結構的固態發光(SSL)裝置之方法，該SSL結構具有第一區及與該第一區橫向間隔開之第二 區，該第一區及該第二區個別地具有第一半導體元件、與該第一半導體元件間隔開之第二半導體元件及在該第一半導體元件與該第二半導體元件之間的作用元件，該第一區具有接點及第一電極元件，該第二區具有與該第一電極元件物理隔離之第二電極元件，該方法包含：使電流自該接點經由該第一區之該第一半導體元件、該作用元件及該第二半導體元件流至該第一電極元件；使該電流自該SSL結構之第一區及第二區之間之缺口中之該第一電極元件傳導至該第二區之該第一半導體元件，其中該缺口中之絕緣材料覆蓋該第二半導體材料及該作用區，且其中該絕緣材料部分地覆蓋該缺口之側壁，其中穿過該絕緣材料暴露該第一半導體材料之一部分；及使該電流自該第二區之該第一半導體元件經由該第二區之該作用元件及該第二半導體元件流至該第二電極元件。
  32. 如請求項31之方法，其中傳導該電流包括：使該電流自該第一電極元件經由在該SSL結構的該第一區與該第二區之間的缺口中的傳導材料傳導至該第二區之該第一半導體元件；及該傳導材料係與該SSL結構的該第一區及該第二區之該等作用元件及該等第二半導體元件物理隔離。
  33. 如請求項31之方法，其中：使該電流自該接點流動包括使該電流在第一方向中自 該接點經由該第一區之該第一半導體元件、該作用元件及該第二半導體元件流至該第一電極元件；且傳導該電流包括使該電流在大體上與該第一方向相反的第二方向中自該第一電極元件傳導至該第二區之該第一半導體元件。
  34. 如請求項31之方法，其中：使該電流自該接點流動包括使該電流在第一方向中流動；傳導該電流包括在大體上與該第一方向相反的第二方向中傳導該電流；且使該電流自該第一半導體元件流動包括使該電流在大體上與該第二方向相反之第三方向中流動。
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