具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是提供一種具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其是用于控制在如發(fā)光二極管的半導(dǎo)體元件的電流的技術(shù)。對(duì)于某些實(shí)施例而言，是可提供具有鄰近高/低接觸區(qū)域的一電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)。對(duì)于某些實(shí)施例而言，是可提供一第二電流路徑(除了在一n接觸焊墊與一基板之間的一電流路徑之外)。對(duì)于某些實(shí)施例而言，是可同時(shí)提供一電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)以及第二電流路徑。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)案是2011年6月15日申請(qǐng)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案第13/161，254號(hào)(后文以’ 254案稱(chēng)之)的部分延續(xù)案(continuation-1n-part),而’ 254案為2010年6月25日申請(qǐng)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案第12/823,866號(hào)(后文以’ 866案稱(chēng)之)的延續(xù)案(continuation)，’ 866案目前已公告為美國(guó)專(zhuān)利第8，003，994號(hào)，且’ 866案是為2008年6月10日申請(qǐng)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案第12/136，547號(hào)(后文以’ 547案稱(chēng)之)的分割案(division)，’ 547案目前已公告為美國(guó)專(zhuān)利第7，759，670號(hào)，而’ 547案是已主張美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第60/943，533號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，其全部?jī)?nèi)容以參考文獻(xiàn)的方式合并于此。
[0002]本發(fā)明的實(shí)施例一般是關(guān)于半導(dǎo)體處理，具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例是關(guān)于發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)的形成。
【背景技術(shù)】
[0003]在制造發(fā)光二極管(light — emitting diode, LED)時(shí),可能形成「LED堆疊」的嘉晶結(jié)構(gòu)，例如，「LED堆疊」包括P摻雜GaN層及η摻雜GaN層。圖1是一示意圖，說(shuō)明現(xiàn)有的LED元件102的一例，其具有η摻雜層106和ρ摻雜層110，此兩層被多量子井(multi —quantum we 11, MQff)層108隔開(kāi)。一般來(lái)說(shuō),LED元件102是沉積在合適材料的載體/成長(zhǎng)支撐基板(圖未示)上，例如c 一平面(c 一 plane)碳化硅或c 一平面藍(lán)寶石，且是通過(guò)接合層204與導(dǎo)熱導(dǎo)電基板101接合。反射層202可加強(qiáng)亮度。各別地經(jīng)由η電極117和導(dǎo)熱導(dǎo)電基板101,可以在η摻雜層106和P摻雜層110之間施加電壓。
[0004]在某些例子中，希望能控制通過(guò)η電極117而到基板101的電流量，例如，以用來(lái)限制功率損耗及/或防止LED元件102的損壞。因此在ρ摻雜層110之下、反射層202的中形成電性絕緣層206，以增加η電極117下的接觸電阻并且限制電流。絕緣層206可類(lèi)似于「Photonics Spectra, Decemberl991, pp.64 一 66byH.Kaplan」中所描述的電流限制層(current-blocking layer))。在標(biāo)題為「WaferBonding of Light Emitting DiodeLayersJ的美國(guó)專(zhuān)利第5，376，580號(hào)中，Kish等人揭示了蝕刻圖案化半導(dǎo)體晶圓以形成一凹部，并且使所述晶圓與單獨(dú)的LED結(jié)構(gòu)接合，使得凹部在所述結(jié)合結(jié)構(gòu)中形成一腔室(cavity)。當(dāng)通過(guò)施加電壓使所述結(jié)合結(jié)構(gòu)為正向偏壓時(shí)，電流將在LED結(jié)構(gòu)中流動(dòng),但因?yàn)榭諝?air)是電性絕緣體，所以將沒(méi)有電流會(huì)流過(guò)腔室或流到直接在腔室之下的區(qū)域。因此，空氣腔室(air cavity)當(dāng)作另一種型式的電流限制結(jié)構(gòu)(current-blockingstructure)。
[0005]可惜的是，這些電流引導(dǎo)的方法有一些缺點(diǎn)。例如，電性絕緣層206、空氣腔室、以及其它的現(xiàn)有電流限制結(jié)構(gòu)可能限制了導(dǎo)熱性，因此可能增加操作中的溫度，并減損了元件可靠度及/或壽命。
[0006]此外，現(xiàn)有的LED元件，例如圖1中的LED元件102，容易被靜電放電(ESD)及其它高電壓暫態(tài)所破壞。ESD尖峰可能發(fā)生，例如，于元件的處理期間，不論是在LED元件本身的制造時(shí)、在運(yùn)送時(shí)、或是在置放于印刷電路板或其它合適的電連接用固定表面之上時(shí)。過(guò)電壓暫態(tài)可能發(fā)生于LED元件的用電操作過(guò)程中。這樣的高電壓暫態(tài)可能破壞元件的半導(dǎo)體層，甚至可能導(dǎo)致元件故障，因此減少LED元件的壽命及可靠度。
[0007]因此，需要一種用來(lái)引導(dǎo)電流通過(guò)LED元件的改良方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的是提供一種具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明的實(shí)施例提出用來(lái)引導(dǎo)半導(dǎo)體元件(例如發(fā)光二極管，LED)中的電流的方法和元件。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，包括:
[0011]—基板；
[0012]一 LED堆疊，是用于發(fā)射光線，并設(shè)置在所述基板之上，其中，所述LED堆疊包括:
[0013]一 P型半導(dǎo)體層；以及
[0014]一 η型半導(dǎo)體層，是設(shè)置在所述ρ型版導(dǎo)體層之上，其中，所述LED堆疊是提供一第一電流路徑給所述發(fā)光二極管；以及
[0015]一第二路徑，是不同于所述第二路徑。
[0016]其中，所述第二路徑是耦接在所述基板與所述η型半導(dǎo)體層之間。
[0017]其中，所述第二路徑是與所述η型半導(dǎo)體層形成一非歐姆接觸。
[0018]其中，所述第二路徑包括一導(dǎo)電性材料。
[0019]其中，所述導(dǎo)電性材料包括多重金屬層。
[0020]其中，所述導(dǎo)電性材料包括以下至少其一:N1、Ag、Au、Al、Mo、Pt、W、W — S1、Ta、T1、Hf、Ge、Mg、Zn、W/Au、Ta/Au、Pt/Au、Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au、Ta/Pt/Au、W —Si/Au、Cr/Au、Cr/Al、Ni/Au、Ni/Al、Nui/Cu、Cr/Ni/Au、Cr/W/Au、Cr/ff — Si/Au、Cr/Pt/Au >AuGe、AuZn、ITO、或者是 IZO、。
[0021]其中，更進(jìn)一步包括一電性絕緣材料，是位于所述第二電流路徑與所述LED堆疊之間。
[0022]其中，所述電性絕緣材料包括一包護(hù)層，是鄰近所述LED堆疊的側(cè)表面。
[0023]其中，所述電性絕緣材料包括以下至少其一:Si02、Si3N4, TiO2, A1203、HfO2, Ta2O5,旋轉(zhuǎn)涂布玻璃、MgO、高分子、聚酰亞胺、光敏電阻、聚對(duì)二甲苯基、SU - 8、或者是熱塑性塑膠。
[0024]其中，所述第二電流路徑是架構(gòu)來(lái)保護(hù)所述LED堆疊，以避免一高電壓暫態(tài)。
[0025]其中，所述高電壓暫態(tài)包括一靜電放電。
[0026]其中，所述第二電流路徑包括一保護(hù)元件，是鄰近所述η型半導(dǎo)體層設(shè)置。
[0027]其中，所述保護(hù)元件是包括以下至少其一:Zn0、ZnS、Ti02、Ni0、SrTi03、Si02、Cr203、
以及聚甲基丙烯酸甲脂。
[0028]其中，所述保護(hù)元件的厚度是在Inm到10 μ m的范圍之間。
[0029]其中，所述第二電流路徑是包括一貼合層，是鄰近所述保護(hù)元件設(shè)置。
[0030]其中，所述第二電流路徑是包括一導(dǎo)線，是耦接在所述基板與所述貼合層之間。[0031 ] 其中，所述貼合層包括多重金屬層。
[0032]其中，所述貼合層是包括以下至少其一:Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au、Cr/Au、Cr/Al、Al、Au、Ni/Au、Ni/Al、或 Cr/Ni/Au。
[0033]其中，所述貼合層的厚度是在0.5到IOym之間。
[0034]其中，更進(jìn)一步包括一 ρ電極，是插設(shè)在所述基板與所述LED堆疊之間，其中，所述P電極包括一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，是用于將電流導(dǎo)引經(jīng)過(guò)所述LED堆疊，使得在所述η電極正下方直接發(fā)射的光線少于從所述LED堆疊的其他區(qū)域所發(fā)射的光線。
[0035]其中，所述電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)包括第一及第二接觸，所述第一接觸是比所述第二接觸具有較聞的電阻。
[0036]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，包括:
[0037]一 η 電極；
[0038]一 LED堆疊，是用于發(fā)射光線，并設(shè)置在所述η電極之下，其中，所述LED堆疊包括耦接到所述η電極的一 η型半導(dǎo)體層以及設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層之下的一 ρ型半導(dǎo)體層；以及
[0039]一 ρ電極，設(shè)置在所述ρ型半導(dǎo)體層之下，其中，所述ρ電極包括一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，是用于將電流導(dǎo)引經(jīng)過(guò)所述LED堆疊，使得在所述η電極正下方直接發(fā)射的光線是少于從所述LED堆疊其他區(qū)域所發(fā)射的光線。
[0040]其中，所述電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)包括第一及第二接觸，所述第一接觸是比所述第二接觸具有較高的電阻。
[0041 ] 其中，所述第一接觸包括一阻隔金屬層。
[0042]其中，所述第一接觸包括多重金屬層。
[0043]其中，所述第一接觸包括以下至少其一:PT、Ta、W、W_S1、N1、Cr/Ni/Au、W/Au、Ta/Au、Ni/Au、Ti/Ni/Au、W-Si/Au、Cr/W/Au、Cr/W-Si/Au、Pt/Au、Cr/Pt/Au、或者是 Ta/Pt/Au。
[0044]其中，所述第二接觸包括一反射層。
[0045]其中，所述第二接觸包括以下至少其一:Ag、Au、Al、Ag — AI>Mg/Ag>Mg/Ag/Ni>Mg/Ag/Ni/Au、AgNi> Ni/Ag/Ni/Au、Ag/Ni/Au、Ag/Ti/Ni/Au、Ti/Al、Ni/Al、AuBe、AuGe> AuPd>AuPt、AuZn、ITO、IZO、或使用包含 Ag、Au、Al、N1、Cr、Mg、Pt、Pd、Rh、或 Cu 其中至少其一的
入全
I=1-Wl O
[0046]其中，所述第二接觸包括一全向反射系統(tǒng)。
[0047]其中，所述第二接觸的面積是大于所述第一接觸的面積。
[0048]其中，所述第一接觸是設(shè)置在所述第二接觸的一空白空間中。
[0049]其中，所述第一接觸的電阻值至少為第二接觸的電阻值的兩倍。
[0050]其中，更進(jìn)一步包括一基板，是設(shè)置在所述ρ電極之下，并耦接至所述ρ電極。
[0051]其中，所述LED為一立式發(fā)光二極管。
[0052]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，是包括:
[0053]一基板；
[0054]一 ρ電極，是設(shè)置在所述基板之下；[0055]一 LED堆疊，是用于發(fā)射光線，并設(shè)置在所述P電極之上，其中，所述LED堆疊是包括:
[0056]一 ρ型半導(dǎo)體層，是耦接到所述ρ電極；以及
[0057]— η型半導(dǎo)體層，是設(shè)置在所述P型半導(dǎo)體層之上，其中，所述LED堆疊是提供一第一電流路徑給所述發(fā)光二極管；
[0058]一 η電極，是設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層之上，其中，所述ρ電極是包括一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，是用于將電流導(dǎo)引經(jīng)過(guò)所述LED堆疊，使得在所述η電極正下方直接發(fā)射的光線是少于從所述LED堆疊其他區(qū)域所發(fā)射的光線；以及
[0059]一第二電流路徑，其是不同于所述第一電流路徑，其中，所述第二電流路徑是耦接在所述基板與所述η型半導(dǎo)體層之間，且其中，所述第二電流路徑是包括一保護(hù)元件，其是鄰近所述η型半導(dǎo)體層設(shè)置。
[0060]其中，所述電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)是包括第一及第二接觸，所述第一接觸是比所述第二接觸具有較高的電阻。
[0061]其中，所述保護(hù)元件包括以下至少其一:ZnO、ZnS、TiO2, NiO、SrTiO3> SiO2, Cr2O3>以及聚甲基丙烯酸甲脂。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0062]為了可詳細(xì)地了解到本發(fā)明上述的參考特性的手段，以至于本發(fā)明一更特別的描述，即上述簡(jiǎn)短地摘要，是可參考實(shí)施例來(lái)獲得，其某些實(shí)施例是繪示在附加的圖式中。然而，所注意的是，附加的圖式是僅繪示本發(fā)明典型的實(shí)施例，且因此其并不會(huì)限制其范圍，本發(fā)明是可容許其他等效的實(shí)施例。
[0063]圖1是表示現(xiàn)有具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的LED元件的一例的示意圖。
[0064]圖2是表示本發(fā)明具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的LED元件的一例的示意圖。
[0065]圖3是表示圖2中的LED元件的等效電路圖。
[0066]圖4是表示本發(fā)明具有一第二電流路徑的LED元件的一例的示意圖。
[0067]圖5是表示圖4的LED元件的等效電路圖。
[0068]圖6是表不本發(fā)明具有一電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)及一第二電流路徑的LED兀件的一例的不意圖。
[0069]圖7是表示圖6的LED元件的等效電路圖。
[0070]圖8是表示本發(fā)明具有一第二電流路徑并具有一保護(hù)元件的LED元件的一例的示意圖。
[0071]圖9是表示本發(fā)明具有一電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)、一第二電流路徑及一保護(hù)元件的LED元件的一例的示意圖。
[0072]圖10是表示本發(fā)明具有一第二電流路徑并為晶片型態(tài)的LED元件的一例的示意圖。
[0073]圖11是表示本發(fā)明具有一第二電流路徑并為封裝型態(tài)的LED元件的一例的示意圖。
[0074]圖12是表示比較具有第二電流路徑及不具第二電流路徑的LED元件的電流一電壓圖。[0075]圖13是表示具有第二電流路徑及不具第二電流路徑的LED元件的靜電防護(hù)程度及相對(duì)應(yīng)的存活率。
[0076]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0077]101-導(dǎo)熱導(dǎo)電基板；102-LED元件；106_n摻雜層(η型半導(dǎo)體層)；108-多量子井層(主動(dòng)層)；110-ρ摻雜層(P型半導(dǎo)體層)；117-11電極；119-頂面；202_反射層；204_接合層；206_絕緣層；208-阻隔金屬層；211-高接觸電阻區(qū)；213_低接觸電阻區(qū)；300_等效電路；302-Rl ；304-Rh ；306- 二極管；400_LED元件；402_第二電流路徑；404_電性絕緣層；411-第二導(dǎo)電材料；412_非歐姆接觸；500_等效電路；502_等效電阻器；504-理想LED ；506-TVS 二極管；700_等效電路；810_保護(hù)元件；1002_貼合金屬層；1102_共用封裝陽(yáng)極導(dǎo)線；1104_焊接線；1106_陰極封裝導(dǎo)線；1108_焊接線；1200_曲線圖；1202_不具有第二電流路徑的LED元件的例示性電流對(duì)電壓曲線；1204_具有第二電流路徑的LED元件的例示性電流對(duì)電壓曲線；1300_例示性圖表；1302-LED元件；1304_LED元件；1306_LED元件；1308-LED 元件；1310-LED 元件；1312_LED 元件。
【具體實(shí)施方式】
[0078]本發(fā)明的實(shí)施例通常提出用來(lái)控制通過(guò)半導(dǎo)體元件(例如LED)的電流流動(dòng)的方法。所述控制可能通過(guò)電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)、第二電流路徑、或此兩者的結(jié)合。
[0079]下文中，例如「在...之上」、「在...之下」、「鄰接于...」、「在...底下」等的相對(duì)用詞，僅是為了方便說(shuō)明，通常并不需要特定的方向。
[0080]電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的范例
[0081]圖2是表示本發(fā)明具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的LED元件的一例的示意圖。此LED元件包括一已知為L(zhǎng)ED堆疊的元件結(jié)構(gòu)，而LED堆疊包括任何可適用于發(fā)射光線的半導(dǎo)體材料，例如AlInGaN。LED堆疊是可包括異質(zhì)接面(hetero junction),而異質(zhì)接面是由ρ型半導(dǎo)體層110、用于發(fā)射光線的主動(dòng)層108、及η型半導(dǎo)體層106組成。LED堆疊具有一頂面119，而頂面119是已經(jīng)過(guò)粗糙化,如圖2所示。LED元件是可包括形成于頂面119之上的一 η電極117，以及位于ρ型半導(dǎo)體層110上的ρ電極(反射層202和阻隔金屬層208是可以當(dāng)作ρ電極的作用使用)，其中η電極117是電性耦接到η型半導(dǎo)體層106。
[0082]反射層202是配置為鄰接到P型層110，且插設(shè)有阻隔金屬層208，以分別形成低接觸電阻區(qū)213和高接觸電阻區(qū)211。對(duì)于某些實(shí)施例，低接觸電阻區(qū)213的體積是大于高接觸電阻區(qū)211。可導(dǎo)電、但電阻比低接觸電阻區(qū)213高的高接觸電阻區(qū)211，可利用如下所述的金屬材料形成。利用具有不同接觸電阻的區(qū)域，并且小心地加以控制，可用來(lái)引導(dǎo)電流，以從期望區(qū)域中的主動(dòng)層發(fā)光，例如，發(fā)光主要來(lái)自于不在用來(lái)加強(qiáng)光線發(fā)射的η電極117下的區(qū)域的主動(dòng)層。
[0083]根據(jù)這種方式，與具有常見(jiàn)的電流限制或其它電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有LED元件(如圖1中具有電絕緣層206的LED元件)相比，圖2中具有完全導(dǎo)電的電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的LED元件有較大的導(dǎo)熱性。因此，和現(xiàn)有的LED元件相比，圖2的LED元件及本發(fā)明的其它實(shí)施例的具有導(dǎo)電電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的LED元件，是可享有降低的操作溫度與增加的元件可靠度及
/或壽命。
[0084]圖3是表不圖2中的LED兀件的等效電路300的不意圖。如圖所不，等效電路300是包括并聯(lián)的電阻器R l302和Rh304，電阻器&302和RH304是模擬圖2的高接觸電阻區(qū)211及低接觸電阻區(qū)213的等效電阻。雖然只顯示一個(gè)電阻器當(dāng)作低接觸電阻區(qū)，但電阻器Rl302可能代表一個(gè)以上的并聯(lián)低接觸電阻區(qū)的集總等效物，例如圖2中所示的兩個(gè)區(qū)域213。類(lèi)似地，電阻器RH304是可代表一個(gè)以上的并聯(lián)高接觸電阻區(qū)211的集總等效物。對(duì)于某些實(shí)施例而言，等效高接觸電阻是可至少是等效低接觸電阻的兩倍。如圖所示，并聯(lián)的電阻器&302和Rh304是與二極管306串聯(lián)，二極管306代表無(wú)串聯(lián)電阻的一理想的LED。
[0085]一層以上的一基板201是配置為鄰接到P電極(由圖2中的反射層202和阻隔金屬層208所組成)?；?01可為導(dǎo)電性或是半導(dǎo)電性。在某些實(shí)施例中，基板201可為導(dǎo)熱性。一導(dǎo)電基板可為一單一層或多重層，并可包括金屬或金屬合金，例如Cu、N1、Ag、Au、Al、Cu — Co、Ni — Co、Cu — W、Cu — Mo、Ge、Ni/Cu、及 Ni/Cu — Mo。如此的一基板201是可使用任何合適的薄膜沉積法進(jìn)行沉積，例如電化學(xué)沉積法(ECD)、無(wú)電化學(xué)沉積法(Eless CD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、及物理氣相沉積法(PVD)。對(duì)于某些實(shí)施例而言,是可使用無(wú)電化學(xué)沉積法沉積一晶種金屬層(seed metallayer)，然后使用電鍍法在晶種金屬層上沉積基板的一層以上的額外金屬層。一半導(dǎo)電基板(sem1-conductive substrate)是可包括依單一層或多重層，并可由例如娃(Si)或碳化硅(SiC)所構(gòu)成?；?01的厚度是可在10到400 μ m范圍之間。
[0086]反射層202是可包括單一層或多重層，其是包括任何合適的材料，此材料是用來(lái)反射光線并且和用來(lái)產(chǎn)生高接觸電阻區(qū)211的材料相比具有相當(dāng)?shù)偷碾娮琛＠?，反射?02 可包括例如 Ag、Au、Al、Ag — Al、Mg/Ag、Mg/Ag/Ni> Mg/Ag/Ni/Au> AgNi> Ni/Ag/Ni/Au、Ag/Ni/Au、Ag/Ti/Ni/Au、Ti/Al、Ni/Al、AuBe、AuGe> AuPd> AuPt> AuZn、或使用包含 Ag、Au、Al、N1、Cr、Mg、Pt、Pd、Rh、或 Cu 的合金。
[0087]對(duì)于某些實(shí)施例而言,低接觸電阻區(qū)213是可包含全向反射(omni — directionalreflective, 0DR)系統(tǒng)。一 ODR是可包括一透明傳導(dǎo)層以及一反射層,透明傳導(dǎo)層是由例如銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)等材料所組成。ODR是可插設(shè)有一電流限制結(jié)構(gòu)或其它用來(lái)引導(dǎo)電流的合適結(jié)構(gòu)。一例示性的ODR系統(tǒng)是已揭示于共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案第11/682，780號(hào)，其申請(qǐng)日為2007年3月6日、且標(biāo)題為「Vertical Light - EmittingDiode Structure with Omni — Directional Reflector」，其全文合并于此做為參考文獻(xiàn)。
[0088]η電極117(也稱(chēng)為接觸焊墊或η焊墊)可為單一金屬層或多重金屬層，單一金屬層或多重金屬層是由任何適合用來(lái)導(dǎo)電的材料所組成，例如Cr/Au、Cr/Al、Cr/Pt/Au、Cr/Ni/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Ni/Au、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Al、Al/Pt/Au、Al/Pt/Al、Al/Ni/Au、Al/Ni/Al、Al/W/Al、Al/W/Au、Al/TaN/Al、Al/TaN/Au、Al/Mo/Au。n電極117的厚度是可為大約0.1到50 μ m。η電極117是可利用沉積、濺鍍、蒸鍍、電鍍、無(wú)電電鍍、涂布、及/或印刷等方法形成于LED堆疊的頂面119之上。
[0089]阻隔金屬層208可為單一層或多重層，單一層或多重層是包括任何適合用來(lái)形成高接觸電阻區(qū)211的材料。例如，阻隔金屬層208是可包括例如Ag、Au、Al、Mo、T1、Hf、Ge、Mg、Zn、N1、Pt、Ta、W、W — S1、W/Au、Ni/Cu、Ta/Au、Ni/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Ti/Al、Ni/Al、Cr/Al> AuGe> AuZn、Ti/Ni/Au、W — Si/Au、Cr/W/Au、Cr/Ni/Au、Cr/ff — Si/Au、Cr/Pt/Au、Ti/Pt/Au、Ta/Pt/Au、ITO、以及 IZO 等的材料。
[0090]如圖2所示，保護(hù)層220是可形成于鄰接到LED元件的側(cè)表面。保護(hù)層220是可作為鈍化保護(hù)層(passivation layer)，用以保護(hù)LED元件(特別是異質(zhì)接面)使其不受周遭環(huán)境的電和化學(xué)狀況所影響。
[0091]例如，通過(guò)任何合適的處理(如電化學(xué)沈積法或無(wú)電化學(xué)沉積法)沉積做為反射層202的一或多層，是可形成高/低接觸電阻區(qū)。再通過(guò)任何合適的處理(如濕蝕刻或干蝕刻)，將反射層202中被指定為高接觸電阻區(qū)211的區(qū)域加以移除。在移除指定區(qū)域之后，在反射層202內(nèi)的空白空間中形成阻隔金屬層208。對(duì)于如圖2所示的某些實(shí)施例而言，構(gòu)成高接觸電阻區(qū)211的阻隔金屬層208是可填入反射層202內(nèi)的空白空間(voidedspaces),并且覆蓋反射層。
[0092]對(duì)于某些實(shí)施例而言，當(dāng)與具有平滑頂面的LED堆疊相比較，為了增加光提取，是可以將LED堆疊的頂面119加以圖案化或粗糙化。頂面119的圖案化或粗糙化是可利用任何合適的技術(shù)(例如濕或干蝕刻)。
[0093]對(duì)于某些實(shí)施例而言，本文中所描述的電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可與圖6和圖9中所示的第二電流路徑相結(jié)合。在與圖4有關(guān)的下文中，將會(huì)更詳細(xì)地對(duì)第二電流路徑加以敘述。
[0094]第二電流路徑的范例
[0095]圖4是表示本發(fā)明具有第二電流路徑402的例示性LED元件400的實(shí)施例的示意圖。如圖所示，LED元件400是可包括一基板201、配置于基板201上的ρ電極207、配置于P電極207上的LED堆疊104、以及配置于LED堆疊104上的η電極117?；?01可為如上所述的導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性或半導(dǎo)電性。LED堆疊104可包括一異質(zhì)接面，異質(zhì)接面是可包括P型半導(dǎo)體層110、用于發(fā)射光線的主動(dòng)層108、及η型半導(dǎo)體層106。一第二導(dǎo)電材料411是可連接到基板201和η型半導(dǎo)體層106，并與η型半導(dǎo)體層106形成非歐姆接觸412，以在基板201和η型半導(dǎo)體層106之間提供一第二電流路徑402。第二導(dǎo)電材料411的形成是可通過(guò)任何合適的工藝，例如電子束沉積法、濺鍍法、及/或印刷法。
[0096]如圖所示，電性絕緣層404是可將第二導(dǎo)電材料411和至少一部份的LED堆疊104分隔開(kāi)來(lái)。絕緣層404是可包括任何合適的電性絕緣材料，例如Si02、Si3N4, TiO2, A1203、HfO2、Ta2O5、旋轉(zhuǎn)涂布玻璃(spin — on — glass, SOG)、MgO、高分子、聚酰亞胺、光敏電阻、聚對(duì)二甲苯基、SU - 8、及熱塑性塑膠。對(duì)于某些實(shí)施例而言，保護(hù)層220可當(dāng)做絕緣層404。
[0097]如上所述，基板201可為一單一層或多重層，單一層或多重層是包括金屬或金屬合金，例如 Cu、N1、Ag、Au、Al、Cu — Co、Ni — Co、Cu — W、Cu — Mo、Ge、Ni/Cu、及 Ni/Cu —Mo?；?01的厚度是可大約10到400 μ m。
[0098]圖5是表示圖4中LED元件的等效電路500的一示意圖。如圖所示,等效電路500包括兩個(gè)平行的電流路徑。第一電流路徑是包括等效電阻器&502，等效電阻器&502是與理想LED504串聯(lián)，以形成從基板201到η電極117的一順向電流路徑。第二電流路徑402是表不為雙向暫態(tài)電壓抑制(transient voltage suppression, TVS) 二極管506。TVS 二極管506的操作是可類(lèi)似于兩個(gè)相對(duì)串聯(lián)的齊納二極管，并可用來(lái)保護(hù)電阻器502和理想LED504以避免高電壓暫態(tài)。相較于其它常見(jiàn)的過(guò)電壓保護(hù)元件(例如變阻器、或氣體放電管)，TVS 二極管506對(duì)過(guò)電壓的反應(yīng)較快速，使得TVS 二極管506可用于防護(hù)非常快速且頻繁的有害電壓暫態(tài)，例如靜電放電(ESD)。圖4中的第二導(dǎo)電材料411是可形成第5圖中的TVS 二極管506。當(dāng)感應(yīng)電壓超過(guò)齊納崩潰電壓，第二導(dǎo)電材料411是可將任一方向的過(guò)量電流加以分流。[0099]圖6是表示本發(fā)明另一個(gè)具有第二電流路徑402的例示性LED元件的實(shí)施例的示意圖。如圖所示，具有第二電流路徑402的LED元件是亦包括由各別的高/低接觸電阻區(qū)211/213所組成的電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。例如，如同前文中有關(guān)第2圖的描述，通過(guò)在反射層202中插設(shè)阻隔金屬層208，可形成這些不同的接觸區(qū)。
[0100]圖7是表示圖6中LED元件的等效電路700的一示意圖。如圖所示，圖5的單一等效電阻器Rl502被Rh304和&302的串聯(lián)組合所取代，RH304和&302代表圖6中鄰接的高/低接觸電阻區(qū)211/213。電路700的其余部份和圖5的電路500相同。也就是說(shuō)，圖6的LED元件是可具有電流引導(dǎo)和暫態(tài)抑制的優(yōu)點(diǎn)。
[0101]圖8是表示本發(fā)明另一個(gè)具有第二電流路徑402的例示性LED元件的實(shí)施例的示意圖。在此實(shí)施例中，在第二電流路徑402中形成保護(hù)元件810。如圖所示，保護(hù)元件810是可形成于η型半導(dǎo)體層106之上，并可用來(lái)增加暫態(tài)電壓保護(hù)或電流能力，由此，以增加LED元件的可靠度及/或壽命。保護(hù)元件810是可包括任何合適的材料，例如ZnO、ZnS、TiO2,Ni0、SrTi03、Si02、Cr203、以及聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)。保護(hù)元件810的厚度范圍是可從大約Inm到10 μ m。
[0102]如圖9所示，具有一第二電流路徑402和一保護(hù)元件810的LED元件(如圖8所示)，是亦可包括由各別的高/低接觸電阻區(qū)211/213所組成的電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。例如，如同前文中有關(guān)圖2的描述，通過(guò)在反射層202中插設(shè)阻隔金屬層208，可形成這些不同的接觸區(qū)。
[0103]圖10是表示本發(fā)明具有第二電流路徑、且為晶片型式的例示性LED元件的實(shí)施例的示意圖。如圖所示，一貼合金屬層1002是可沉積在第二電流路徑中的保護(hù)元件810之上。貼合層1002是可包括任何適合用做電性連接的材料，例如Al、Au、Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au、Cr/Au、Cr/Al、Ni/Au、Ni/Al、或 Cr/Ni/Au。貼合層 1002 的厚度范圍是可從 0.5 到 10 μ m。對(duì)于某些實(shí)施例而言，η電極117是可延伸到允許貼合(bonding)成至一封裝，如同下文中關(guān)于圖11的說(shuō)明。
[0104]圖11是表示本發(fā)明圖10的LED元件的封裝型式實(shí)施例的示意圖。如圖所示,基板201是接合于一共用封裝陽(yáng)極導(dǎo)線1102。通過(guò)連接到貼合層1002的焊接線1104，貼合層1002是可連接到陽(yáng)極導(dǎo)線1102，因此形成第二電流路徑。通過(guò)另一條焊接線1108，n電極117是可連接到一陰極封裝導(dǎo)線1106。
[0105]圖12是表示分別描繪具有/不具有第二電流路徑的LED元件的例示性電流對(duì)電壓曲線1204、1202的一曲線圖1200。如電流對(duì)電壓曲線1204所示，在沒(méi)有過(guò)量電流的情況下，第二電流路徑是可允許一 LED元件承受較高的電壓，因而可以防止損壞及/或延長(zhǎng)元件壽命。
[0106]圖13是表示具有/不具有第二電流路徑的LED元件的存活率與ESD電壓間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的一例示性圖表1300。不具有第二電流路徑的LED元件1304、1306、1308、1310、1312在不同的ESD電壓、以不同的存活率(survival rates)通過(guò)測(cè)試。反的,具有第二電流路徑的LED元件1302在具有甚至在大于2000伏特的較大ESD電壓下，以等于或接近于100%的比例通過(guò)測(cè)試。
[0107]雖然本文中所述的電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)在應(yīng)用于立式發(fā)光二極管(VLED)元件時(shí)具有優(yōu)點(diǎn)，熟悉此項(xiàng)【技術(shù)領(lǐng)域】者應(yīng)當(dāng)了解，通常，這樣的優(yōu)點(diǎn)適用于大部份的半導(dǎo)體元件。因此，對(duì)于具有PN接面的任何類(lèi)型的半導(dǎo)體元件，使用本文中所述的結(jié)構(gòu)將有助于形成低電阻接觸及/或暫態(tài)抑制物。
[0108]雖然前文是針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但在不偏離本發(fā)明的基本范圍下可設(shè)計(jì)出其它及另外的實(shí)施例，本發(fā)明的范圍由下列的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，包括: 一基板； 一 LED堆疊，是用于發(fā)射光線，并設(shè)置在所述基板之上，其中，所述LED堆疊包括: 一P型半導(dǎo)體層；以及 一 η型半導(dǎo)體層，是設(shè)置在所述P型版導(dǎo)體層之上，其中，所述LED堆疊是提供一第一電流路徑給所述發(fā)光二極管；以及 一第二路徑，是不同于所述第二路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二路徑是耦接在所述基板與所述η型半導(dǎo)體層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二路徑是與所述η型半導(dǎo)體層形成一非歐姆接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二路徑包括一導(dǎo)電性材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述導(dǎo)電性材料包括多重金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求 4的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述導(dǎo)電性材料包括以下至少其一:N1、Ag、Au、Al、Mo、Pt、W、W — S1、Ta、T1、Hf、Ge、Mg、Zn、W/Au、Ta/Au、Pt/Au、Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au, Ta/Pt/Au、W - S i/Au、Cr/Au、Cr/Al, Ni/Au、Ni/Al、Nui/Cu、Cr/Ni/Au、Cr/W/Au、Cr/ff — Si/Au、Cr/Pt/Au、AuGe> AuZn> ITO、或者是IZO、。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，更進(jìn)一步包括一電性絕緣材料，是位于所述第二電流路徑與所述LED堆疊之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述電性絕緣材料包括一包護(hù)層，是鄰近所述LED堆疊的側(cè)表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述電性絕緣材料包括以下至少其一說(shuō)02、3“隊(duì)、1102、41203、!1?)2、1&205、旋轉(zhuǎn)涂布玻璃、1%0、高分子、聚酰亞胺、光敏電阻、聚對(duì)二甲苯基、SU - 8、或者是熱塑性塑膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二電流路徑是架構(gòu)來(lái)保護(hù)所述LED堆疊，以避免一高電壓暫態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述高電壓暫態(tài)包括一靜電放電。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二電流路徑包括一保護(hù)元件，是鄰近所述η型半導(dǎo)體層設(shè)置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述保護(hù)元件是包括以下至少其一:Zn0、ZnS、Ti02、Ni0、SrTi03、Si02、Cr203、以及聚甲基丙烯酸甲脂。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述保護(hù)元件的厚度是在Inm到10 μ m的范圍之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二電流路徑是包括一貼合層，是鄰近所述保護(hù)元件設(shè)置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二電流路徑是包括一導(dǎo)線，是耦接在所述基板與所述貼合層之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述貼合層包括多重金屬層。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述貼合層是包括以下至少其一:Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au、Cr/Au、Cr/Al、Al、Au、Ni/Au, Ni/Al、或Cr/Ni/Au。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述貼合層的厚度是在0.5到IOym之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，更進(jìn)一步包括一 P電極，是插設(shè)在所述基板與所述LED堆疊之間，其中，所述P電極包括一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，是用于將電流導(dǎo)引經(jīng)過(guò)所述LED堆疊，使得在所述η電極正下方直接發(fā)射的光線少于從所述LED堆疊的其他區(qū)域所發(fā)射的光線。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)包括第一及第二接觸，所述第一接觸是比所述第二接觸具有較高的電阻。
22.—種具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，包括: 一 η電 極； 一 LED堆疊，是用于發(fā)射光線，并設(shè)置在所述η電極之下，其中，所述LED堆疊包括耦接到所述η電極的一 η型半導(dǎo)體層以及設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層之下的一 P型半導(dǎo)體層；以及 一 P電極，設(shè)置在所述P型半導(dǎo)體層之下，其中，所述P電極包括一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，是用于將電流導(dǎo)引經(jīng)過(guò)所述LED堆疊，使得在所述η電極正下方直接發(fā)射的光線是少于從所述LED堆疊其他區(qū)域所發(fā)射的光線。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)包括第一及第二接觸，所述第一接觸是比所述第二接觸具有較高的電阻。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一接觸包括一阻隔金屬層。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一接觸包括多重金屬層。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一接觸包括以下至少其一:PT、Ta、W、W-S1、N1、Cr/Ni/Au、W/Au、Ta/Au、Ni/Au、Ti/Ni/Au、W-Si/Au、Cr/W/Au、Cr/W-Si/Au、Pt/Au、Cr/Pt/Au、或者是 Ta/Pt/Au。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二接觸包括一反射層。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二接觸包括以下至少其一:Ag、Au、Al、Ag — Al、Mg/Ag、Mg/Ag/N1、Mg/Ag/Ni/Au、AgN1、Ni/Ag/Ni/Au, Ag/Ni/Au、Ag/Ti/Ni/Au、Ti/Al、Ni/Al、AuBe、AuGe, AuPd, AuPt, AuZn, ITO、IZO、或使用包含Ag、Au、Al、N1、Cr、Mg、Pt、Pd、Rh、或Cu其中至少其一的合金。
29.根據(jù)權(quán)利要求23的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二接觸包括一全向反射系統(tǒng)。
30.根據(jù)權(quán)利要求23的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二接觸的面積是大于所述第一接觸的面積。
31.根據(jù)權(quán)利要求23的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一接觸是設(shè)置在所述第二接觸的一空白空間中。
32.根據(jù)權(quán)利要求23的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一接觸的電阻值至少為第二接觸的電阻值的兩倍。
33.根據(jù)權(quán)利要求22的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，更進(jìn)一步包括一基板，是設(shè)置在所述P電極之下，并耦接至所述P電極。
34.根據(jù)權(quán)利要求22的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述LED為一立式發(fā)光二極管。
35.一種具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，是包括: 一基板； 一 P電極，是設(shè)置在所述基板之下； 一 LED堆疊，是用于發(fā)射光線，并設(shè)置在所述P電極之上，其中，所述LED堆疊是包括: 一 P型半導(dǎo)體層，是耦接到所述P電極；以及 一 η型半導(dǎo)體層，是設(shè)置在所述P型半導(dǎo)體層之上，其中，所述LED堆疊是提供一第一電流路徑給所述發(fā)光二極管； 一 η電極，是設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層之上，其中，所述P電極是包括一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，是用于將電流導(dǎo)引經(jīng)過(guò)所述LED堆疊，使得在所述η電極正下方直接發(fā)射的光線是少于從所述LED堆疊其他區(qū)域所發(fā)射的光線；以及 一第二電流路徑，其是不同于所述第一電流路徑，其中，所述第二電流路徑是耦接在所述基板與所述η型半導(dǎo)體層之間，且其中，所述第二電流路徑是包括一保護(hù)元件，其是鄰近所述η型半導(dǎo)體層設(shè)置。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)是包括第一及第二接觸，所述第一接觸是比所述第二接觸具有較高的電阻。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的具有電流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立式發(fā)光二極管，其特征在于，所述保護(hù)元件包括以下至少其一:ZnO、ZnS、TiO2, NiO、SrTiO3> SiO2, Cr2O3>以及聚甲基丙烯酸甲脂。
【文檔編號(hào)】H01L33/40GK103996774SQ201310054974
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月19日
【發(fā)明者】劉文煌, 朱振甫, 朱俊宜, 鄭兆禎, 鄭好鈞, 樊峯旭, 張?jiān)葱? 申請(qǐng)人:旭明光電股份有限公司