用于发光器件的侧面互连的制作方法

文档序号:9402162阅读:243来源:国知局
用于发光器件的侧面互连的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体发光器件,其中至少一个互连部署成邻近于半导体结构而不是在半导体结构以下。
【背景技术】
[0002]包括发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)和边缘发射激光器的半导体发光器件是当前可得到的最高效光源之一。在能够跨可见光谱操作的高亮度发光器件的制造中当前所感兴趣的材料系统包括II1-V族半导体,特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金,其也称为III氮化物材料。典型地,通过借由金属有机化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技术在蓝宝石、碳化硅、III氮化物或其它合适衬底上外延生长具有不同组成和掺杂剂浓度的半导体层的堆叠来制造III氮化物发光器件。堆叠通常包括在衬底之上形成的掺杂有例如Si的一个或多个η型层、在一个或多个η型层之上形成的有源区中的一个或多个发光层、以及在有源区之上形成的掺杂有例如Mg的一个或多个P型层。电气接触件形成在η和P型区上。
[0003]图1图示了在US7,348,212中描述的器件。图1图示了附连到底座的倒装芯片发光器件。倒装芯片器件包括附连到半导体器件层74的衬底73,该半导体器件层包括部署在η型区与P型区之间的至少一个发光或有源层。η型接触件71和ρ型接触件72电气连接到半导体结构74的η和ρ型区。半导体结构74经由接触件71和72连接到底座70。通过首先在底座70上形成薄金属层76b和77b并且在接触件71和72上形成薄金属层76a和77a,然后通过光刻将薄金属层图案化成期望的布置从而导致以期望形状的薄金属区来形成将半导体结构74连接到底座70的金属到金属互连。在图案化薄金属区76a,77a,76b和77b之后,将可延展的厚金属层78和79电镀在底座70或接触件71和72上,因而电镀在区76a和77a或区76b和77b上。金属层78和79选择成可延展的,具有高热导率和电导率,并且相当抗氧化。半导体器件然后定位在底座70上,并且器件和底座通过导致薄金属层76a,77a,76b和77b与厚金属层78和79之间的相互扩散的任何过程而结合。合适过程的示例包括热超声焊和热压键合,其中器件和底座被加热到例如150与600°C之间的温度,通常为300至600°C,并且例如以互连区域的10到200N/mm2之间的压力按压在一起。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种发光器件,其中互连部署成邻近于半导体结构,而不是在半导体结构下方。
[0005]本发明的实施例包括一种半导体结构,其包括部署在η型区与ρ型区之间的发光层。金属η接触件连接到η型区。金属ρ接触件与ρ型区直接接触。互连电气连接到η接触件和P接触件中的一个。互连部署成邻近半导体结构。
[0006]本发明的实施例包括一种半导体结构,其包括部署在η型区与ρ型区之间的发光层。金属η接触件与η型区直接接触。金属ρ接触件与ρ型区直接接触。第一互连电气连接到η接触件和P接触件中的一个。第二互连电气连接到η接触件和ρ接触件中的另一个。半导体结构部署在第一互连上方。没有半导体结构的部分部署在第二互连上方。
【附图说明】
[0007]图1图示了具有大区域金互连的发光器件。
[0008]图2是具有侧面互连的发光器件的底部视图。
[0009]图3是图2中所图示的器件的截面视图。
[0010]图4是图2和3中所图示的器件的一部分的截面视图。
[0011]图5和6图示了用于侧面互连的可替换布置。
[0012]图7是具有导电衬底和侧面互连的器件的一部分的截面视图。
[0013]图8是具有侧面互连的发光器件的底部视图,其在图7中的截面中部分地图示。
[0014]图9是图8中所图示的器件的顶部视图。
[0015]在不同图中并且标记为相同参考标号的类似结构可以是相同结构或者服务相同功能的结构。
【具体实施方式】
[0016]在图1中所图示的器件中,互连78和79 二者部署在半导体结构74下方。互连78和79典型地通过间隙或沟道彼此电气隔离。特别地在其中移除生长衬底73的器件中,间隙通常填充有诸如环氧树脂之类的绝缘材料,以便机械支撑半导体结构74。这样的填充材料通常具有非常低劣的热导率,其限制互连结构的总体导热性并且限制互连结构中的横向热扩散的量,这可以导致可能减低器件效率或者甚至引起器件故障的热点。例如,在一些器件中,在沟道中出现热机械诱发的断裂和其它可靠性问题。
[0017]在本发明的实施例中,至少一个互连部署成邻近于半导体结构或者在半导体结构的侧面上,而不是在半导体结构下方。
[0018]尽管在以下示例中半导体发光器件为发射蓝光或UV光的III氮化物LED,但是可以使用除LED之外的半导体发光器件,诸如激光二极管以及由其它材料系统制成的半导体发光器件,所述其它材料系统诸如其它II1-V材料、III磷化物、III砷化物、I1-VI材料、ZnO或基于Si的材料。
[0019]图2图示了根据本发明的实施例的器件的底部视图。图3图示了平行于底部视图的图2的器件的截面视图。图4是垂直于底部视图的图2和3中所图示的器件的一部分的截面视图。
[0020]图2图示了布置在诸如LED之类的发光器件的底表面上的互连。η互连14经由η接触件电气连接到η型区,如图4中所图示的和以下所描述的那样。η互连14部署在半导体结构下方。两个P互连16部署在η互连14的任一侧上。通常填充有电介质材料的间隙12将ρ互连16从η互连14电气隔离。包括发光区的半导体结构从P互连16的区移除或者未形成在该区中。
[0021]图3图示了通过顶部看到的图2的器件。作为器件的部分并且在图4中图示的波长转换材料和生长衬底为了简化而没有包括在图3中。半导体结构22是器件中心处的矩形。在半导体结构22的任一侧上的两个区24中,半导体结构被移除或者没有形成。没有半导体材料的区24与结构底部上的ρ互连16和间隙12对准。
[0022]图3中所图示的器件是倒装芯片器件,即η接触件和ρ接触件二者形成在半导体结构的一侧上并且大部分光通过半导体结构的另一侧提取。在图3的半导体结构中图示多个过孔26。过孔26被蚀刻通过半导体结构以暴露可以在其上形成η接触件的η型区的一部分。P接触件形成在围绕过孔26的半导体区域上。尽管图3图示了 η接触件过孔的6乘10阵列,但是可以制作η接触件和ρ接触件的任何合适布置,包括单个η接触件而不是η接触件过孔的阵列。此外,η接触件区26不需要如所图示的那样为椭圆形,而是可以为任何合适的形状,包括例如方形、矩形或圆形。
[0023]图4是图2和3中所图示的器件的一部分的截面视图。图4中所图示的结构不一定按照比例。例如,比如半导体结构35、ρ金属层40和42以及η金属层46的结构相比于P互连16和η互连14可以比所描绘的薄得多。而且,过孔26的深度相比于ρ互连16和η互连14可以比所描绘的小得多。如以上所描述的,图2图示了图4的器件的底表面10。图3是在图4中的(多个)过孔26的水平处取得的截面视图。
[0024]图2,3和4中所图示的器件通过在生长衬底30上生长半导体结构35来形成,如本领域中已知的。生长衬底30可以是任何合适的衬底,诸如例如蓝宝石、SiC、S1、GaN或复合衬底。在一些实施例中,生长衬底30的厚度与总体管芯面积(包括以下描述的侧面互连区域)的平方根成比例。对于Imm2管芯,衬底厚度在一些实施例中可以为至少200 μm厚。在一些实施例中,在其上生长半导体结构的衬底30的表面在生长之前被粗糙化或图案化,这可以改进从器件的光提取。半导体结构包括夹在η和ρ型区之间的发光或有源区。η型区32可以首先生长并且可以包括具有不同组成和掺杂剂浓度的多个层,包括例如诸如缓冲层或成核层之类的准备层,和/或设计成促进生长衬底的移除的层,其可以是η型的或并非有意掺杂的,以及设计用于使发光区高效地发射光所合期望的特定光学、材料或电气性质的η或甚至P型器件层。发光或有源区34生长在η型区之上。合适的发光区的示例包括单个厚或薄发光层,或者包括通过阻挡层分离的多个薄或厚发光层的多量子阱发光区。P型区36然后可以生长在发光区之上。如同η型区那样,ρ型区可以包括具有不同组成、厚度和掺杂剂浓度的多个层,包括并非有意掺杂的层或η型层。图4中的结构相对于半导体结构的生长方向颠倒示出。
[0025]在半导体结构的生长之后,在器件边缘处的区24中,蚀刻掉半导体结构的整个厚度以显露生长衬底30。诸如硅的氧化物或氮化物或者任何其它合适材料之类的电介质38可以被形成并图案化以电气隔离经蚀刻区的边缘。(图4图示了具有绝缘衬底的器件并且因此示出仅隔离半导体结构35的边缘的电介质38。电介质38可以覆盖半导体结构35的整个边缘或者其可以延伸超出包括有源区的边缘的部分。在具有导电衬底的器件中,在区24中,电介质38在衬底30与反射ρ金属40之间延伸,以防止ρ互连16通过衬底30使器件短路。)区24和过孔26可以在分离的蚀刻步骤中形成,如以下所描述的那样,或者它们可以在相同的蚀刻步骤中形成。在形成电介质38之后,ρ接触件形成在半导体结构35之上、电介质38之上以及区24中的生长衬底30的经暴露表面之上。如图4中所图示的,ρ接触件包括形成在P型区36上的反射金属40。反射金属40通常是银,但是可以为任何合适的金属或多层堆叠。保护金属42可以部署在反射金属40之上。保护金属42防止或减少反射金属40的电迀移。保护金属42可以延伸超出反射金属40的边缘,如图4中所图示的,以便包封反射金属40。反射金属40覆盖半导体结构35的侧壁,并且因此可以改进从器件的光提取。
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