專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件、制造方法以及半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件、一種制造該半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法以及一種利用該半導(dǎo)體發(fā)光器件的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件，更具體地講，本發(fā)明涉及這樣一種半導(dǎo)體發(fā)光器件、一種制造該半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法以及一種利用該半導(dǎo)體發(fā)光器件的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件，即，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件通過利用面積小的電極來確保最大的發(fā)光面積以使發(fā)光效率最大化并執(zhí)行均勻的電流擴(kuò)展(current spreading)，并且確保低成本、高可靠性和高品質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光器件包含發(fā)光的材料。例如，發(fā)光二極管(LED)是利用與半導(dǎo)體結(jié)合的二極管，將電子和空穴結(jié)合產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成光并發(fā)射光的器件，半導(dǎo)件發(fā)光器件被廣泛地用作發(fā)光裝置、顯示裝置和光源，并且已經(jīng)加速了半導(dǎo)體發(fā)光器件的研發(fā)。
具體地講，利用GaN基發(fā)光二極管的蜂窩電話鍵盤、側(cè)取景器(side viewer)和照相機(jī)閃速存儲器的普遍應(yīng)用有助于使用發(fā)光二極管的全面照明(general illumination) 的積極發(fā)展，其中，近年來已經(jīng)積極地開發(fā)并廣泛地使用GaN基發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的應(yīng)用，如大尺寸TV的背光單元、車的前燈和全面照明，已經(jīng)從小巧的便攜式產(chǎn)品發(fā)展到具有高功率、高效率和高可靠性的大型產(chǎn)品。因此，需要一種具有對應(yīng)產(chǎn)品所需的性能的光源。
通常，半導(dǎo)體結(jié)發(fā)光器件具有ρ型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體結(jié)的結(jié)構(gòu)中，可通過電子和空穴在兩種類型的半導(dǎo)體相互結(jié)合的區(qū)域的復(fù)合來發(fā)射光。為了激活光發(fā)射，可在兩個半導(dǎo)體之間形成有源層。根據(jù)半導(dǎo)體層的電極的位置，半導(dǎo)體結(jié)發(fā)光器件包括水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。所述垂直結(jié)構(gòu)包括印i-up結(jié)構(gòu)和倒裝芯片(flip-chip) 結(jié)構(gòu)。如上所述，要認(rèn)真地考慮根據(jù)單獨產(chǎn)品的性能所需的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)性能。
圖IA和圖IB是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的水平發(fā)光器件的視圖。圖IC是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的垂直發(fā)光器件的剖視圖。在下文中，為了便于解釋，在圖IA至圖IC中，將假定η型半導(dǎo)體層與基底接觸并且ρ型半導(dǎo)體層形成在有源層上來進(jìn)行描述。
參照圖1Α，將首先描述具有epi-up結(jié)構(gòu)的水平發(fā)光器件。在圖IA中，將假定形成在最外側(cè)邊緣上的半導(dǎo)體層為P型半導(dǎo)體層來進(jìn)行描述。半導(dǎo)體發(fā)光器件1包括非傳導(dǎo)基底13、n型半導(dǎo)體層12、有源層11和ρ型半導(dǎo)體層10、n型電極15形成在η型半導(dǎo)體層12 上，P型電極14形成在ρ型半導(dǎo)體層10上，并且η型電極15和ρ型電極14連接到外部電流源(未示出)，以將電壓施加到半導(dǎo)體發(fā)光器件1。
當(dāng)電壓通過電極14和15被施加到半導(dǎo)體發(fā)光器件1時，電子從η型半導(dǎo)體層12 移動，空穴從P型半導(dǎo)體層10移動。通過電子和空穴的復(fù)合來發(fā)射光，半導(dǎo)體發(fā)光器件1包括有源層11，并且從有源層11發(fā)射光。在有源層11中，激活了半導(dǎo)體發(fā)光器件1的光發(fā)射，從而發(fā)射光，為了進(jìn)行電連接，η型電極和ρ型電極以最低的接觸電阻分別位于η型半導(dǎo)體層12和ρ型半導(dǎo)體層10上。
電極的位置可根據(jù)基底的類型而改變。例如，當(dāng)基底13是作為非傳導(dǎo)基底的藍(lán)寶石基底(sapphire substrate)時，η型半導(dǎo)體層12的電極可不形成在非傳導(dǎo)基底13上， 而是形成在η型半導(dǎo)體層12上。
因此，參照圖1Α，當(dāng)η型電極15形成在η型半導(dǎo)體層12上時，要消耗形成在上側(cè)的P型半導(dǎo)體層10和有源層12的一部分，從而形成歐姆接觸。電極的形成導(dǎo)致半導(dǎo)體發(fā)光器件1的發(fā)光面積減小，因此，發(fā)光效率也降低。
在圖IB中，示出了具有提高發(fā)光效率的結(jié)構(gòu)的水平發(fā)光器件。圖IB中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件為倒裝芯片半導(dǎo)體發(fā)光器件2?；?3位于頂部。電極M和25分別與形成在傳導(dǎo)基底觀上的電極接觸26和27接觸。與電極M和25無關(guān)，從有源層21發(fā)射的光穿過基底23發(fā)射。因此，可以防止圖IA所示的在半導(dǎo)體發(fā)光器件中導(dǎo)致的發(fā)光效率的降低。
然而，盡管倒裝芯片發(fā)光器件2的發(fā)光效率高，但是發(fā)光器件2中的η型電極和ρ 型電極需要設(shè)置在同一平面內(nèi)并在半導(dǎo)體發(fā)光器件2中結(jié)合。在η型電極和ρ型電極結(jié)合之后，η型電極和ρ型電極可能會與電極接觸沈和27分開。因此，需要昂貴的精確的處理設(shè)備。這會導(dǎo)致制造成本增加、生產(chǎn)率降低、良率降低以及產(chǎn)品的可靠性降低。
為了解決包括上述問題的各種問題，出現(xiàn)了利用傳導(dǎo)基底而不是非傳導(dǎo)基底的垂直發(fā)光器件。圖IC中示出的發(fā)光器件3是垂直發(fā)光器件。當(dāng)使用傳導(dǎo)基底33時，η型電極35可形成在基底33上。傳導(dǎo)基底33可由導(dǎo)電材料(例如，Si)形成。通常，由于晶格失配難以在傳導(dǎo)基底上形成半導(dǎo)體層。因此，通過利用易于半導(dǎo)體層生長的基底來使半導(dǎo)體層生長，然后在去除用于生長的基底之后，結(jié)合傳導(dǎo)基底。
當(dāng)去除非傳導(dǎo)基底時，傳導(dǎo)基底33形成在η型半導(dǎo)體層32上，從而發(fā)光器件3具有垂直結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用傳導(dǎo)基底33時，由于可通過傳導(dǎo)基底33將電壓施加到η型半導(dǎo)體層 32，所以電極可形成在基底33上。因此，如圖IC所示，η型電極35形成在傳導(dǎo)基底33上， 并且P型電極34形成在ρ型半導(dǎo)體層30上，從而可制造具有垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
然而，當(dāng)制造具有大面積的高功率發(fā)光器件時，為了電流擴(kuò)展，要求電極與基底的面積比高。因此，限制了光出射(extraction)，由于光學(xué)吸收而導(dǎo)致了光損失，降低了發(fā)光效率，并降低了產(chǎn)品的可靠性發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，一種制造該半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法以及一種利用該半導(dǎo)體發(fā)光器件的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件，其中，該半導(dǎo)體發(fā)光器件通過利用具有小面積的電極確保最大的發(fā)光面積以使發(fā)光效率最大化并執(zhí)行均勻的電流擴(kuò)展，并且確保低成本、高可靠性和高品質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件具有順序?qū)盈B的第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、第二電極層、絕緣層、第一電極層和傳導(dǎo)基底，其中，第二電極層在第二電極層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層之間的界面處具有暴露區(qū)域，第一電極層包括至少一個接觸孔，所述至少一個接觸孔電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層和有源層電絕緣，并從第一電極層的一個表面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的至少一部分。
所述半導(dǎo)體發(fā)光器件還可包括形成在第二電極層的暴露區(qū)域處的電極焊盤單元。
第二電極層的暴露區(qū)域可為被穿過第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層形成的通孔暴露的區(qū)域。
通孔的直徑可在從第二電極層向第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的方向上增大
絕緣層可形成在通孔的內(nèi)表面上。
第二電極層的暴露區(qū)域可形成在半導(dǎo)體發(fā)光器件的邊緣處
第二電極層可反射從有源層產(chǎn)生的光。
第二電極層可包含從由Ag、Al和Pl組成的組中選擇的一種金屬
不規(guī)則的圖案可形成在第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的表面上。
不規(guī)則的圖案可具有光子晶體結(jié)構(gòu)
傳導(dǎo)基底可包含從由Au、Ni、Cu和W組成的組中選擇的一種金屬。
傳導(dǎo)基底可包含從由Si、Ge和GaAs構(gòu)成的組中選擇的一種
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，所述方法包括的步驟有順序地層疊第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、第二電極層、絕緣層、第一電極層和傳導(dǎo)基底；在第二電極層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層之間的界面處形成暴露區(qū)域；在第一電極層中形成至少一個接觸孔，所述接觸孔電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層和有源層電絕緣，并從第一電極層的一個表面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的至少一部分。
形成第二電極層的暴露區(qū)域的步驟可包括臺面蝕刻第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層。
傳導(dǎo)基底可通過電鍍方法形成。傳導(dǎo)基底可通過基底結(jié)合方法被層疊。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件包括半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件主體，具有在其上表面形成的凹進(jìn)部分；第一引線框架和第二引線框架，安裝到半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件主體，暴露在所述凹進(jìn)部分的下表面處，并相互分隔開預(yù)定的距離；半導(dǎo)體發(fā)光器件，安裝到第一引線框架，其中，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件具有順序?qū)盈B的第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、第二電極層、絕緣層、第一電極層和傳導(dǎo)基底，第二電極層在第二電極層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層之間的界面處具有暴露區(qū)域，第一電極層包括至少一個接觸孔，所述至少一個接觸孔電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層和有源層電絕緣，并從第一電極層的一個表面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的至少一部分。
所述半導(dǎo)體發(fā)光器件還可包括形成在第二電極層的暴露區(qū)域處的電極焊盤單元， 電極焊盤單元電連接到第二引線框架。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上和其它方面、特征和其它優(yōu)點將會被更清楚地理解，其中
圖IA是示出了水平發(fā)光器件的剖視圖IB是示出了水平發(fā)光器件的剖視圖IC是示出了垂直發(fā)光器件的剖視圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖3是示出了圖2中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖4A是示出了沿線A-A'截取的圖3中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖4B是示出了沿線B-B'截取的圖3中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖4C是示出了沿線C-C'截取的圖3中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在其表面上形成有不規(guī)則圖案的半導(dǎo)體發(fā)光器件中的光發(fā)射的視圖6是示出了在根據(jù)本發(fā)明另一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的邊緣處暴露的第二電極層的視圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件的剖視圖8是示出了發(fā)光表面的發(fā)光效率和電流密度之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施方式
現(xiàn)在，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以很多不同的形式來實施，并不應(yīng)該被解釋為限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例是為了使本公開將是徹底的和完整的，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖。圖3是示出了圖2中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖。在下文中，將參照圖2和圖3進(jìn)行描述
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括順序?qū)盈B的第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111、有源層112、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113、第二電極層120、第一絕緣層 130、第一電極層140和傳導(dǎo)基底150。這時，第二電極層120在第二電極層120和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113之間的界面處具有暴露區(qū)域。第一電極層140包括至少一個接觸孔 141。接觸孔141電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113 和有源層112電絕緣，并從第一電極層140的一個表面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111 的至少一部分。
在半導(dǎo)體發(fā)光器件100中，第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111、有源層112和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113執(zhí)行光發(fā)射。在下文中，它們被稱作發(fā)光疊層結(jié)構(gòu)(lamination) 110。 即，半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括發(fā)光疊層結(jié)構(gòu)110、第一電極層140和第一絕緣層130。第一電極層140電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111，第二電極層120電連接到第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113，第一絕緣層130使電極層120和140相互電絕緣。另外，傳導(dǎo)基底150被包括作為用于生長的基底或支撐半導(dǎo)體發(fā)光器件100的基底。
半導(dǎo)體層111和113中的每個可由半導(dǎo)體形成，如GaN基半導(dǎo)體、ZnO基半導(dǎo)體、 GaAs基半導(dǎo)體、GaP基半導(dǎo)體和GaAsP基半導(dǎo)體。例如，可通過利用分子來外延(MBE)來形成半導(dǎo)體層。此外，半導(dǎo)體層中的每個可由如III-V半導(dǎo)體、II-VI半導(dǎo)體和Si的半導(dǎo)體中的任何一種形成。考慮到傳導(dǎo)類型，通過利用適當(dāng)雜質(zhì)摻雜上述半導(dǎo)體來形成半導(dǎo)體層 111和113中的每個。
有源層112是激活光發(fā)射的層。有源層112由通帶間隙小于第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113中的每個半導(dǎo)體層的能帶間隙和材料形成。例如， 當(dāng)?shù)谝粋鲗?dǎo)類型的半導(dǎo)體層111和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113中的每個由GaN基化合物形成時，有源層112可通過利用能帶間隙小于GaN的能帶間隙的InAKiaN基化合物半導(dǎo)體形成。艮口，有源層112可包含InxAlyGa ι+、’ N(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)。
考慮到有源層112的性能，優(yōu)選地，有源層112不摻雜雜質(zhì)?？赏ㄟ^調(diào)整成分的摩爾比來控制發(fā)射的光的波長。因此，根據(jù)有源層112的性能，半導(dǎo)體發(fā)光器件100可發(fā)射紅外光、可見光和UV光中的任何一種光。
為了將電壓施加到相同傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層，形成電極層120和140中的每個。因此，考慮到導(dǎo)電性，電極層120和140可由金屬形成。即，電極層120和140包括將半導(dǎo)體層111和113電連接到外部電流源(未示出)的電極。例如，電極層120和140可包含作為η型電極的Ti和作為ρ型電極的Pd或Au。
第一電極層140連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111，第二電極層120連接到第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113。S卩，由于第一電極層140和第二電極層120連接到傳導(dǎo)類型彼此不同的半導(dǎo)體層，所以第一電極層140和第二電極層120通過第一絕緣層130相互電隔離。 優(yōu)選地，第一絕緣層130由具有低導(dǎo)電率的材料形成。例如，第一絕緣層130可包含如S^2 的氧化物
優(yōu)選地，第二電極層120反射從有源層112產(chǎn)生的光。由于第二電極層120位于有源層112下方，所以第二電極層120位于半導(dǎo)體發(fā)光器件100基于有源層112發(fā)光的方向的另一側(cè)。從有源層112向第二電極層120行進(jìn)的光在與半導(dǎo)體發(fā)光器件100發(fā)光的方向相反的方向上，因此，向第二電極層120行進(jìn)的光需要被發(fā)射以提高發(fā)光效率。因此，當(dāng)?shù)诙姌O層120具有光反射率時，反射的光向發(fā)光表面行進(jìn)，從而提高半導(dǎo)體發(fā)光器件100 的發(fā)光效率。
為了反射從有源層112產(chǎn)生的光，優(yōu)選地，第二電極層120由在可見射線區(qū)域中顯示白色的金屬形成。例如，白色金屬可為Ag、Al和Pt中的任何一種金屬。
第二電極層120在第二電極層120和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113之間的界面處包括暴露區(qū)域。第一電極層140的下表面與傳導(dǎo)基底150接觸，第一電極層140通過傳導(dǎo)基底150電連接到外部電流源(示示出)。然而，第二電極層120需要單獨的連接區(qū)域，以連接到外部電流源(未示出)。因此，第二電極層120包括通過部分蝕刻發(fā)光疊層結(jié)構(gòu)110 而暴露的區(qū)域。
在圖2中，示出了通孔114的示例。通過蝕刻發(fā)光疊層結(jié)構(gòu)110的中心以形成第二電極層120的暴露區(qū)域來形成通孔114。在第二電極層120的暴露區(qū)域上還可形成電極焊盤單元160。第二電極層120可通過其暴露區(qū)域電連接到外部電源(未示出)。這時，第二電極層120通過利用電極焊盤單元160電連接到外部電源(未示出)。第二電極層120 可通過電線等電連接到外部電流源(未示出)。為了便于連接到外部電流源，優(yōu)選地，通孔的直徑從第二電極層向第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層增大
通過選擇性蝕刻形成通孔114。通常，僅蝕刻包括半導(dǎo)體的發(fā)光疊層結(jié)構(gòu)110，而不蝕刻包含金屬的第二電極層120?？紤]到第二電極層120中的發(fā)光面積、電連接效率和電流擴(kuò)展，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可適當(dāng)?shù)卮_定通孔114的直徑。
第一電極層140包括至少一個接觸孔141。接觸孔141電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113和有源層112電絕緣，并延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111的至少一部分。第一電極層140包括至少一個接觸孔141，從而將第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111連接到外部電流源(未示出)。接觸孔141穿過第一電極層140和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113之間的第二電極層120、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113和有源層112形成，并延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111。另外，接觸孔141由電極材料形成。
當(dāng)接觸孔141僅用于電連接時，第一電極層140可包括一個接觸孔141。然而，為了使傳輸?shù)降谝粋鲗?dǎo)類型的半導(dǎo)體層111的電流均勻擴(kuò)展，第一電極層140可包括在預(yù)定位置的多個接觸孔141。
傳導(dǎo)基底150被形成為與第一電極層140接觸，并電連接到第一電極層140，傳導(dǎo)基底150可為金屬基底或半導(dǎo)體基底。當(dāng)傳導(dǎo)基底150由金屬形成時，該金屬可為Au、Ni、 Cu和W中的任何一種金屬。另外，當(dāng)傳導(dǎo)基底150為半導(dǎo)體基底時，半導(dǎo)體基底可由Si、Ge 和GaAs中的任何一種形成。傳導(dǎo)基底150可為生長基底?？蛇x擇地，傳導(dǎo)基底150可為支撐基底。在使用非傳導(dǎo)基底(如具有少的晶格失配的藍(lán)寶石基底)作為生長基底并去除了非傳導(dǎo)基底之后，結(jié)合支撐基底。
當(dāng)傳導(dǎo)基底150為支撐基底時，可通過利用電鍍方法或基底結(jié)合方法來形成傳導(dǎo)基底150。具體地講，在半導(dǎo)體發(fā)光器件100中形成傳導(dǎo)基底150的方法的示例可包括電鍍方法，形成電鍍種子層以形成基底；基底結(jié)合方法，單獨地制備傳導(dǎo)基底150，然后通過利用導(dǎo)電粘合劑(如AiuAu-Sn和I^b-Sr)來結(jié)合傳導(dǎo)基底150。
圖3是示出了半導(dǎo)體發(fā)光器件100的平面圖。通孔114形成在半導(dǎo)體發(fā)光器件 100的上表面中，電極焊盤單元160位于第二電極層120的暴露區(qū)域處。另外，盡管在半導(dǎo)體發(fā)光器件100的上表面中未示出，但是為了顯示接觸孔141的位置，將接觸孔141示出為虛線，以顯示接觸孔141的位置。第一絕緣層130可延伸并圍繞接觸孔141，使得接觸孔141 與第二電極層120、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113和有源層112電隔離。將參照圖4B和圖 4C進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
圖4A是示出了沿線A-A'截取的圖3中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。圖4B是示出了沿線B-B截取的圖3中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。圖4C是示出了沿線C-C' 截取的圖3中示出的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。截取線A-A'以示出半導(dǎo)體發(fā)光器件100 的剖視圖。截取線B-B'以示出包括接觸孔141和通孔114的剖視圖。截取線C-C'以示出僅包括接觸孔141的剖視圖。在下文中，將參照圖4A至圖4C進(jìn)行描述。
參照圖4A，既沒有示出接觸孔141，也沒有示出通孔114。由于接觸孔141不是通過單獨的連接線連接，而是通過第一電極層140被電連接，所以在圖3的剖視圖中未示出接觸孔141。
參照圖4B和圖4C，接觸孔141從第一電極層140和第二電極層120之間的界面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111的內(nèi)部，接觸孔141穿過第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113 和有源層112，并延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111，接觸孔141至少延伸到有源層112 和第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111之間的界面。優(yōu)選地，接觸孔141延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111的部分。然而，接觸孔141用于電連接和電流擴(kuò)展。一旦接觸孔141與第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111接觸，接觸孔141就不需要延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111的外表面。
接觸孔141被形成為使電流在第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111中擴(kuò)展。因此，形成預(yù)定數(shù)量的接觸孔141，并且接觸孔141中的每個具有足夠小的面積，以使電流在第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111中均勻擴(kuò)展。接觸孔141的數(shù)量少，會由于執(zhí)行電流擴(kuò)展的難度而導(dǎo)致電學(xué)性能的劣化。接觸孔141的數(shù)量多，會由于有源層面積的減少而導(dǎo)致難以形成接觸孔141和發(fā)光面積的減少。因此，每個接觸孔141被形成為具有盡可能小的面積并使電流均勻擴(kuò)展。
接觸孔141從第二電極層120延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111的內(nèi)部。由于接觸孔141被形成為使電流在第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層中擴(kuò)展，所以接觸孔141需要與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113和有源層112電隔離。因此，優(yōu)選地，接觸孔141與第二電極層 120、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113和有源層112電隔離。因此，第一絕緣層130可延伸同時圍繞接觸孔141?？赏ㄟ^利用絕緣材料(如電介質(zhì))來執(zhí)行電隔離。
在圖4B中，形成了第二電極層120的暴露區(qū)域，從而第二電極層120電連接到外部電流源(未示出)。電極焊盤單元160可位于暴露區(qū)域處。這時，第二絕緣層170可形成在通孔114的內(nèi)表面上，從而發(fā)光疊層結(jié)構(gòu)110和電極焊盤單元160可相互電隔離。
如圖4A所示，由于第一電極層140和第二電極層120形成在同一平面內(nèi)，所以半導(dǎo)體發(fā)光器件100具有水平半導(dǎo)體發(fā)光器件的性能。如圖4B所示，由于電極焊盤單元160 形成在第二電極層120的表面上，所以半導(dǎo)體發(fā)光器件100可具有垂直發(fā)光器件的性能。因此，半導(dǎo)體發(fā)光器件100具有集成了垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
在圖4A至圖4C中，第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111可為η型半導(dǎo)體層，并且第一電極層140可為η型電極。在這種情況下，第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層113可為ρ型半導(dǎo)體層， 并且第二電極層120可為ρ型電極。因此，由η型電極形成的第一電極層140和由ρ型電極形成的第二電極層120利用置于它們之間的第一絕緣層130可相互電絕緣。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的在其表面上形成有不規(guī)則圖案的半導(dǎo)體發(fā)光器件中的光發(fā)射的視圖，將省略對已經(jīng)描述過的相同組件的描述。
在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件100中，第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111形成在發(fā)射的光的行進(jìn)方向上的最外側(cè)邊緣。因此，可通過利用已知的方法(如光刻法)客易在表面上形成不規(guī)則圖案180。在這種情況下，從有源層112發(fā)射的光穿過形成在第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層111的表面上的不規(guī)則圖案180，然后出射所述光。不規(guī)則圖案 180使得光出射效率提高。
不規(guī)則圖案180可具有光子晶體結(jié)構(gòu)。光子晶體包含具有不同折射率的介質(zhì)并像晶體一樣有規(guī)則地排列。光子晶體可通過以對應(yīng)于光的波長的倍數(shù)的長度為單位控制光來提高光出射效率。
圖6是示出了在根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的邊緣處暴露的第二電極層的視圖。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，提供了一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。該方法包括順序地層疊第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層211、有源層212、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層 213、第二電極層220、絕緣層230、第一電極層240和傳導(dǎo)基底250 ；在第二電極層220和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層213之間的界面處形成暴露區(qū)域；在第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層213中形成至少一個接觸孔對1，所述接觸孔Ml電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層211，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層213和有源層212電絕緣，并從第一電極層MO的一個表面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層211的至少一部分。
這時，可通過在發(fā)光疊層結(jié)構(gòu)210(參照圖2)中形成通孔214來形成第二電極層 220的暴露區(qū)域?？蛇x擇地，如圖6所示，可通過臺面蝕刻發(fā)光疊層結(jié)構(gòu)210來形成第二電極層220的暴露區(qū)域。在這個實施例中，將省略對與已經(jīng)參照圖2描述過的實施例的組件相同的組件的描述。
參照圖6，臺面蝕刻半導(dǎo)體發(fā)光器件200的一個邊緣，半導(dǎo)體發(fā)光器件200的該邊緣被蝕刻以暴露在第二電極層220和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層213之間的界面處的第二電極層220。第二電極層220的暴露區(qū)域形成在半導(dǎo)體發(fā)光器件200的該邊緣處，在半導(dǎo)體發(fā)光器件200的邊緣處形成暴露區(qū)域的過程比在上述的實施例中形成通孔的過程簡單，并且前者的過程也使后續(xù)的電連接過程易于執(zhí)行。
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件300的剖視圖， 半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件300包括半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件主體360a、360b和360c，具有形成有凹進(jìn)部分的上表面；第一引線框架370a和第二引線框架370b，安裝到半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件主體360a、360b和360c，暴露在所述凹進(jìn)部分的下表面處，并相互隔開預(yù)定的距離； 半導(dǎo)體發(fā)光器件310和320，安裝到第一引線框架370a。半導(dǎo)體發(fā)光器件310和320是根據(jù)已經(jīng)參照圖2描述的本發(fā)明的示例性實施例的在其中心具有通孔的半導(dǎo)體發(fā)光器件，將省略對已經(jīng)描述過的相同組件的描述。
半導(dǎo)體發(fā)光器件310和320包括發(fā)光單元310和傳導(dǎo)基底320，發(fā)光單元310包括第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、有源層和電極層。通孔形成在發(fā)光單元310中，半導(dǎo)體發(fā)光器件310和320還包括在暴露區(qū)域處的電極焊盤單元330。傳導(dǎo)基底320電連接到第一引線框架370a，電極焊盤單元330通過電線340等電連接到第二引線框架370b。
半導(dǎo)體發(fā)光器件310和320通過引線鍵合340電連接到第二引線框架370b，其中， 半導(dǎo)體發(fā)光器件310和320并沒有安裝到第二引線框架370b。因此，半導(dǎo)體發(fā)光器件可獲得高的發(fā)光效率并具有垂直結(jié)構(gòu)。如圖7所示，半導(dǎo)體發(fā)光器件通過芯片鍵合(die bonding) 安裝到引線框架370a并通過引線鍵合安裝到引線框架370b。因此，可以以相對低的成本來執(zhí)行該過程。
圖8是示出了發(fā)光表面的發(fā)光效率和電流密度之間的關(guān)系的曲線圖。當(dāng)電流密度為大約10A/cm2或更大時，如果電流密度低，則發(fā)光效率高，如果電流密度高，則發(fā)光效率低。
電流密度和發(fā)光效率之間的關(guān)系以及發(fā)光面積用數(shù)字示出在表1中。
表 權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件具有順序?qū)盈B的第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、第二電極層、絕緣層、第一電極層和傳導(dǎo)基底，其中，第二電極層在第二電極層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層之間的界面處具有暴露區(qū)域，第一電極層包括至少一個接觸孔，所述至少一個接觸孔電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層和有源層電絕緣，并從第一電極層的一個表面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件還包括形成在第二電極層的暴露區(qū)域處的電極焊盤單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，第二電極層的暴露區(qū)域為被穿過第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層形成的通孔暴露的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，通孔的直徑在從第二電極層向第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的方向上增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，絕緣層形成在通孔的內(nèi)表面上
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，第二電極層的暴露區(qū)域形成在半導(dǎo)體發(fā)光器件的邊緣處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，第二電極層反射從有源層產(chǎn)生的光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，第二電極層包含從由Ag、Al和Pt組成的組中選擇的一種金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，光子晶體形成在第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，傳導(dǎo)基底包含從由Au、Ni、Cu和W 組成的組中選擇的一種金屬。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，傳導(dǎo)基底包含從由Si、Ge和GaAs構(gòu)成的組中選擇的一種。
12.一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，所述方法包括以下步驟順序地層疊第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、第二電極層、絕緣層、第一電極層和傳導(dǎo)基底；在第二電極層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層之間的界面處形成暴露區(qū)域；在第一電極層中形成至少一個接觸孔，所述接觸孔電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層和有源層電絕緣，并從第一電極層的一個表面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的至少一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，形成第二電極層的暴露區(qū)域的步驟包括臺面蝕刻第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，傳導(dǎo)基底通過電鍍方法形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，傳導(dǎo)基底通過基底結(jié)合方法被層疊
16.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件包括半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件主體，具有在其上表面形成的凹進(jìn)部分；第一引線框架和第二引線框架，安裝到半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件主體，暴露在所述凹進(jìn)部分的下表面處，并相互分隔開預(yù)定的距離； 半導(dǎo)體發(fā)光器件，安裝到第一引線框架，其中，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件具有順序?qū)盈B的第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、第二電極層、絕緣層、第一電極層和傳導(dǎo)基底。第二電極層在第二電極層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層之間的界面處具有暴露區(qū)域， 第一電極層包括至少一個接觸孔，所述至少一個接觸孔電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層和有源層電絕緣，并從第一電極層的一個表面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的至少一部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件，其中，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件還包括形成在第二電極層的暴露區(qū)域處的電極焊盤單元， 電極焊盤單元電連接到第二引線框架。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件、制造該半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法以及一種利用該半導(dǎo)體發(fā)光器件的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件。所述半導(dǎo)體發(fā)光器件具有順序?qū)盈B的第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、有源層、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層、第二電極層、絕緣層、第一電極層和傳導(dǎo)基底，其中，第二電極層在第二電極層和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層之間的界面處具有暴露區(qū)域，第一電極層包括至少一個接觸孔，所述至少一個接觸孔電連接到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層和有源層電絕緣，并從第一電極層的一個表面延伸到第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體層的至少部分。
文檔編號H01L33/00GK102522473SQ20111045682
公開日2012年6月27日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者崔繁在, 樸基烈, 李鎮(zhèn)賢, 趙明洙 申請人:三星Led株式會社