TW201123541A - Contact for a semiconductor light emitting device - Google Patents
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201123541 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 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。 【先前技術】 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 ❹ 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 含二五族半導體,尤其是鎵、紹、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 〇 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 η型層、在形成於該n型層或該等n型層上方的一作用區中 的或多個發光層及形成於該作用區上方的捧有例如鎮的 或夕個ρ型層。電接觸件係形成於該η型區及該ρ型區 上。三族氮化物裝置係通常形成為反向或覆晶裝置,盆中 該等η接觸件及ρ接觸件都形成於該半導體結構之相同側 =且光係從對置於該等接觸件之該半導體結構側所提 銀通常係用作一 反射Ρ接觸件且係已知對由機械應力 149297.doc 201123541 化學反應或電子遷移所誘導之傳輸敏感。舉例而言,圖1 中°兑月且美國專利第6,946,685號中描述一種具有銀p接觸 件之二奴虱化物LEE^ us 6,946,685教示「銀電極金屬化 係在水刀及—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 多」’艮金屬化之電氣化學遷移至該裝置之pn接面導致橫 跨》亥接面之另—分流路徑,此降級該裝置之效率。 圖1說明包含-半導體結構之-發光裝i,該半導體結 構包含在二五族氮化物半導體之一η型層12〇與三五族氮化 物半導體之ρ型層14〇之間的一發光作用區⑽Α。包括銀 金屬之-P電極16〇係沈積於該p型層上,且一 n電極(圖艸 未繪^係與該η型層麵合。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 遷移障土 175係提供用於防止銀金屬從該ρ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 ^徹底地包圍該銀,覆蓋該銀ρ電極之邊緣,如圖i中:說 【發明内容】 第本之:的曰在一 P電極中包含—反射第-材料及-弟-材枓。在-些實施例中’該第二材料可 料:遷移。可改良接觸件之反射性勝於具有一鈑接= 包圍β亥銀接觸件之一護片的一裝置。 本發明之實施例包含-半導體結構,該半導體 安置於一 η型區與一 ρ型區之間 I括 \先層。一Ρ電極係安 149297.doc 201123541 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。 【實施方式】 在圖1中所說明之裝置中’為了用一護片密封銀接觸 ❹ 件,該銀係首先從平台邊緣回蝕。因為帶10並不與銀口電 極160—樣反射的,故該反射p電極16〇之邊緣與該平台之 邊緣之間的該f 1 〇被稱為「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 J 之光吸收可降低該裝置之效率。此外,在銀ρ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ρ電極 160係儘可能保持薄的,諸如約15〇 nm。該銀ρ電極之穩定 〇 性及反射性可從較厚(如約200 nm)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ρ接觸件 結構可更具反射性且密封更佳。 圖2至圖4发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—裝置之一部分。在圖2中,包含 11¾區發光或作用區及一 ρ型區之一三族氮化物半導 體、’Ό構係成長⑨成長基板(圖中未緣示)上方,該成長基 149297.doc 201123541 板可為任何適當的成長基板且典型地為藍寶石或碳化石夕。 一η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η型或非特意接 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;型裝置層或 甚至Ρ型裝置層’ &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2〇上方。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25 Α或更小的厚度,藉由障壁而分開,各 者具有100 A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5〇人。 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’包含非特意推雜層或η型層。 一反射金屬ρ接觸件26係形成於ρ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15〇 ^出與乃^ 之 間厚。阻層2 8係形成於反射金屬2 6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 149297.doc 201123541 除。阻層28下方的反射金屬%之部分保留於該裝置中。藉 由調整該韻刻時間,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3〇為 150 nm與250 nm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3 0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3〇之間的間隙可藉由控 制該反射金屬26之該底切且選擇層3〇之一適當沈積技術而 從〇調整至小於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, 〇亥p電極包含反射金屬26及層30。舉例而言,護片32可為 〇 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siNX、Si0x或氧化鋁)。 在些實施例中,護片3 2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3〇為鋁鈦且護片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,例如錄。 圖5說明連接至一基台4〇之一 LED 42。在p型區上形成 該上述?電極之前或之後,一 n型區之部分係藉由蝕刻該p 149297.doc 201123541 型區及該發光區之部分而暴露。包含n型區2〇、發光區 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η互連件兄及卩互連件58而接合至基台仆。 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—基台^ 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-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锆鈦酸鉛(ρζτ)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 數百千赫兹的一頻率)施加至該轉發器日寺,該轉發器開始 ,動’此進而引起該接合頭及該LED晶粒振動,通常在約 右干微米的一幅值。該振動引起該LED 42上之一結構之金❹ 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4〇之後,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㈣而變薄及/ 149297.do, 201123541 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丨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 ❹ 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3〇 可充當一犧牲陽極,該犧牲陽極可抑制或延遲銀電腐钮。 該黑帶中之銀遷移可藉由一鋁層3 〇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 〇 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。 【圖式簡單說明】 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接觸件的一三族氣化 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—層後之圖2之 149297.doc 201123541 該裝置。 護片後之 圖4說明在剝離該光阻且在該p電極上方形成— 圖3之該裝置。 圖5說明連接至一基台之_三族氮化物裝置。 【主要元件符號說明】 10 帶 12 台階 20 η型區 22 發光或作用區 24 Ρ型區 26 反射金屬ρ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 η互連件 58 ρ互連件 120 η型層 130A 發光作用區 140 Ρ型層 ❹
149297.doc -10· 201123541 160 p電極 175 遷移障壁
149297.doc
Claims (1)
- 201123541 七、申請專利範圍: 1. 一種裝置,其包括: 一半導體結構,其包括安置於一 η型區20與·一 ρ型區24 , 之間的一發光層22; ν 一 Ρ電極,其安置於該Ρ型區之一部分上,該ρ電極包 括: ' 一反射第一材料26,其與該ρ型區之一第一部分直 接接觸;及 〇 ★ 一第二材料30,其與鄰近於該第一部分的該ρ型區 之一第二部分直接接觸; 其中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。 2. 如請求項1之裝置,其中該第一材料%包括銀。 3. 如清求項1之裝置’其中該第二材料30包括鋁。 4·如吻求項1之裝置,其中該第二材料30包括鋁合金、鋁 〇 金屬堆疊、鋁鈦、氧化鋁/鋁雙層及二氧化矽/鋁雙層之 一者。 5·如°月求項1之裝置,其中該ρ電極進一步包括安置於該第 一才料26及第二材料3〇上方的一第三材料,其中該第 三2料係經組態以防止該第—材料之遷移。 长項5之裝置,其中該第三材料32包括鈦及鎢。 7·如請求項1之裝置,其中: ,區24及發光層22之一部分係經姓刻以露出該 區20之-部分; 149297.doc 201123541 該p型區之一剩餘部分形成一平台;且 該第二材料30係安置於該第一材料與該平台之—邊緣 之間。 8· 一種方法,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 η型區20與一 ρ型區24之間; 在β^Ρ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—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°亥阻層之一剩餘部分上形成一第二材料30且藉由移 除該反射第一材料之一部分而暴露該ρ型區之一部分;及 移除該阻層之該剩餘部分。 月求項8之方法’其中該第一材料26及第二材料3〇為 實質上相同厚度。 1〇· 士叫求項8之方法,其中該第一材料26包括銀。 士叫求項8之方法,其中該第二材料3 0包括鋁。 月求項8之方法’其進一步包括在該第一材料及第二 材,, 〜成一第三材料32,其中該第三材料係經組態以 防止4第一材料之遷移。 13 ° '項12之方法,其中該第三材料32包括鈦及鎢。 149297.doc
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