具有电流引导结构的立式发光二极管的制作方法
【专利摘要】本发明是提供一种具有电流引导结构的立式发光二极管，其是用于控制在如发光二极管的半导体元件的电流的技术。对于某些实施例而言，是可提供具有邻近高/低接触区域的一电流导引结构。对于某些实施例而言，是可提供一第二电流路径(除了在一n接触焊垫与一基板之间的一电流路径之外)。对于某些实施例而言，是可同时提供一电流导引结构以及第二电流路径。
【专利说明】具有电流引导结构的立式发光二极管
【技术领域】
[0001]本申请案是2011年6月15日申请的美国专利申请案第13/161，254号(后文以’ 254案称之)的部分延续案(continuation-1n-part),而’ 254案为2010年6月25日申请的美国专利申请案第12/823,866号(后文以’ 866案称之)的延续案(continuation)，’ 866案目前已公告为美国专利第8，003，994号，且’ 866案是为2008年6月10日申请的美国专利申请案第12/136，547号(后文以’ 547案称之)的分割案(division)，’ 547案目前已公告为美国专利第7，759，670号，而’ 547案是已主张美国临时申请案第60/943，533号的优点，其全部内容以参考文献的方式合并于此。
[0002]本发明的实施例一般是关于半导体处理，具体而言，本发明的实施例是关于发光二极管(LED)结构的形成。
【背景技术】
[0003]在制造发光二极管(light — emitting diode, LED)时,可能形成「LED堆叠」的嘉晶结构，例如，「LED堆叠」包括P掺杂GaN层及η掺杂GaN层。图1是一示意图，说明现有的LED元件102的一例，其具有η掺杂层106和ρ掺杂层110，此两层被多量子井(multi —quantum we 11, MQff)层108隔开。一般来说,LED元件102是沉积在合适材料的载体/成长支撑基板(图未示)上，例如c 一平面(c 一 plane)碳化硅或c 一平面蓝宝石，且是通过接合层204与导热导电基板101接合。反射层202可加强亮度。各别地经由η电极117和导热导电基板101,可以在η掺杂层106和P掺杂层110之间施加电压。
[0004]在某些例子中，希望能控制通过η电极117而到基板101的电流量，例如，以用来限制功率损耗及/或防止LED元件102的损坏。因此在ρ掺杂层110之下、反射层202的中形成电性绝缘层206，以增加η电极117下的接触电阻并且限制电流。绝缘层206可类似于「Photonics Spectra, Decemberl991, pp.64 一 66byH.Kaplan」中所描述的电流限制层(current-blocking layer))。在标题为「WaferBonding of Light Emitting DiodeLayersJ的美国专利第5，376，580号中，Kish等人揭示了蚀刻图案化半导体晶圆以形成一凹部，并且使所述晶圆与单独的LED结构接合，使得凹部在所述结合结构中形成一腔室(cavity)。当通过施加电压使所述结合结构为正向偏压时，电流将在LED结构中流动,但因为空气(air)是电性绝缘体，所以将没有电流会流过腔室或流到直接在腔室之下的区域。因此，空气腔室(air cavity)当作另一种型式的电流限制结构(current-blockingstructure)。
[0005]可惜的是，这些电流引导的方法有一些缺点。例如，电性绝缘层206、空气腔室、以及其它的现有电流限制结构可能限制了导热性，因此可能增加操作中的温度，并减损了元件可靠度及/或寿命。
[0006]此外，现有的LED元件，例如图1中的LED元件102，容易被静电放电(ESD)及其它高电压暂态所破坏。ESD尖峰可能发生，例如，于元件的处理期间，不论是在LED元件本身的制造时、在运送时、或是在置放于印刷电路板或其它合适的电连接用固定表面之上时。过电压暂态可能发生于LED元件的用电操作过程中。这样的高电压暂态可能破坏元件的半导体层，甚至可能导致元件故障，因此减少LED元件的寿命及可靠度。
[0007]因此，需要一种用来引导电流通过LED元件的改良方法。
【发明内容】
[0008]本发明的主要目的是提供一种具有电流引导结构的立式发光二极管，以解决上述现有技术中所存在的问题。
[0009]本发明的实施例提出用来引导半导体元件(例如发光二极管，LED)中的电流的方法和元件。
[0010]为了达到上述目的，本发明提供一种具有电流引导结构的立式发光二极管，包括:
[0011]—基板；
[0012]一 LED堆叠，是用于发射光线，并设置在所述基板之上，其中，所述LED堆叠包括:
[0013]一 P型半导体层；以及
[0014]一 η型半导体层，是设置在所述ρ型版导体层之上，其中，所述LED堆叠是提供一第一电流路径给所述发光二极管；以及
[0015]一第二路径，是不同于所述第二路径。
[0016]其中，所述第二路径是耦接在所述基板与所述η型半导体层之间。
[0017]其中，所述第二路径是与所述η型半导体层形成一非欧姆接触。
[0018]其中，所述第二路径包括一导电性材料。
[0019]其中，所述导电性材料包括多重金属层。
[0020]其中，所述导电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，更进一步包括一电性绝缘材料，是位于所述第二电流路径与所述LED堆叠之间。
[0022]其中，所述电性绝缘材料包括一包护层，是邻近所述LED堆叠的侧表面。
[0023]其中，所述电性绝缘材料包括以下至少其一:Si02、Si3N4, TiO2, A1203、HfO2, Ta2O5,旋转涂布玻璃、MgO、高分子、聚酰亚胺、光敏电阻、聚对二甲苯基、SU - 8、或者是热塑性塑胶。
[0024]其中，所述第二电流路径是架构来保护所述LED堆叠，以避免一高电压暂态。
[0025]其中，所述高电压暂态包括一静电放电。
[0026]其中，所述第二电流路径包括一保护元件，是邻近所述η型半导体层设置。
[0027]其中，所述保护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，所述保护元件的厚度是在Inm到10 μ m的范围之间。
[0029]其中，所述第二电流路径是包括一贴合层，是邻近所述保护元件设置。
[0030]其中，所述第二电流路径是包括一导线，是耦接在所述基板与所述贴合层之间。[0031 ] 其中，所述贴合层包括多重金属层。
[0032]其中，所述贴合层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，所述贴合层的厚度是在0.5到IOym之间。
[0034]其中，更进一步包括一 ρ电极，是插设在所述基板与所述LED堆叠之间，其中，所述P电极包括一导电结构，是用于将电流导引经过所述LED堆叠，使得在所述η电极正下方直接发射的光线少于从所述LED堆叠的其他区域所发射的光线。
[0035]其中，所述电流导引结构包括第一及第二接触，所述第一接触是比所述第二接触具有较闻的电阻。
[0036]为了达到上述目的，本发明提供一种具有电流引导结构的立式发光二极管，包括:
[0037]一 η 电极；
[0038]一 LED堆叠，是用于发射光线，并设置在所述η电极之下，其中，所述LED堆叠包括耦接到所述η电极的一 η型半导体层以及设置在所述η型半导体层之下的一 ρ型半导体层；以及
[0039]一 ρ电极，设置在所述ρ型半导体层之下，其中，所述ρ电极包括一导电结构，是用于将电流导引经过所述LED堆叠，使得在所述η电极正下方直接发射的光线是少于从所述LED堆叠其他区域所发射的光线。
[0040]其中，所述电流导引结构包括第一及第二接触，所述第一接触是比所述第二接触具有较高的电阻。
[0041 ] 其中，所述第一接触包括一阻隔金属层。
[0042]其中，所述第一接触包括多重金属层。
[0043]其中，所述第一接触包括以下至少其一: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，所述第二接触包括一反射层。
[0045]其中，所述第二接触包括以下至少其一: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，所述第二接触包括一全向反射系统。
[0047]其中，所述第二接触的面积是大于所述第一接触的面积。
[0048]其中，所述第一接触是设置在所述第二接触的一空白空间中。
[0049]其中，所述第一接触的电阻值至少为第二接触的电阻值的两倍。
[0050]其中，更进一步包括一基板，是设置在所述ρ电极之下，并耦接至所述ρ电极。
[0051]其中，所述LED为一立式发光二极管。
[0052]为了达到上述目的，本发明还提供一种具有电流引导结构的立式发光二极管，是包括:
[0053]一基板；
[0054]一 ρ电极，是设置在所述基板之下；[0055]一 LED堆叠，是用于发射光线，并设置在所述P电极之上，其中，所述LED堆叠是包括:
[0056]一 ρ型半导体层，是耦接到所述ρ电极；以及
[0057]— η型半导体层，是设置在所述P型半导体层之上，其中，所述LED堆叠是提供一第一电流路径给所述发光二极管；
[0058]一 η电极，是设置在所述η型半导体层之上，其中，所述ρ电极是包括一导电结构，是用于将电流导引经过所述LED堆叠，使得在所述η电极正下方直接发射的光线是少于从所述LED堆叠其他区域所发射的光线；以及
[0059]一第二电流路径，其是不同于所述第一电流路径，其中，所述第二电流路径是耦接在所述基板与所述η型半导体层之间，且其中，所述第二电流路径是包括一保护元件，其是邻近所述η型半导体层设置。
[0060]其中，所述电流导引结构是包括第一及第二接触，所述第一接触是比所述第二接触具有较高的电阻。
[0061]其中，所述保护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。
【专利附图】
【附图说明】
[0062]为了可详细地了解到本发明上述的参考特性的手段，以至于本发明一更特别的描述，即上述简短地摘要，是可参考实施例来获得，其某些实施例是绘示在附加的图式中。然而，所注意的是，附加的图式是仅绘示本发明典型的实施例，且因此其并不会限制其范围，本发明是可容许其他等效的实施例。
[0063]图1是表示现有具有电流引导结构的LED元件的一例的示意图。
[0064]图2是表示本发明具有电流引导结构的LED元件的一例的示意图。
[0065]图3是表示图2中的LED元件的等效电路图。
[0066]图4是表示本发明具有一第二电流路径的LED元件的一例的示意图。
[0067]图5是表示图4的LED元件的等效电路图。
[0068]图6是表不本发明具有一电流导引结构及一第二电流路径的LED兀件的一例的不意图。
[0069]图7是表示图6的LED元件的等效电路图。
[0070]图8是表示本发明具有一第二电流路径并具有一保护元件的LED元件的一例的示意图。
[0071]图9是表示本发明具有一电流导引结构、一第二电流路径及一保护元件的LED元件的一例的示意图。
[0072]图10是表示本发明具有一第二电流路径并为晶片型态的LED元件的一例的示意图。
[0073]图11是表示本发明具有一第二电流路径并为封装型态的LED元件的一例的示意图。
[0074]图12是表示比较具有第二电流路径及不具第二电流路径的LED元件的电流一电压图。[0075]图13是表示具有第二电流路径及不具第二电流路径的LED元件的静电防护程度及相对应的存活率。
[0076]附图标记说明:
[0077]101-导热导电基板；102-LED元件；106_n掺杂层(η型半导体层)；108-多量子井层(主动层)；110-ρ掺杂层(P型半导体层)；117-11电极；119-顶面；202_反射层；204_接合层；206_绝缘层；208-阻隔金属层；211-高接触电阻区；213_低接触电阻区；300_等效电路；302-Rl ；304-Rh ；306- 二极管；400_LED元件；402_第二电流路径；404_电性绝缘层；411-第二导电材料；412_非欧姆接触；500_等效电路；502_等效电阻器；504-理想LED ；506-TVS 二极管；700_等效电路；810_保护元件；1002_贴合金属层；1102_共用封装阳极导线；1104_焊接线；1106_阴极封装导线；1108_焊接线；1200_曲线图；1202_不具有第二电流路径的LED元件的例示性电流对电压曲线；1204_具有第二电流路径的LED元件的例示性电流对电压曲线；1300_例示性图表；1302-LED元件；1304_LED元件；1306_LED元件；1308-LED 元件；1310-LED 元件；1312_LED 元件。
【具体实施方式】
[0078]本发明的实施例通常提出用来控制通过半导体元件(例如LED)的电流流动的方法。所述控制可能通过电流引导结构、第二电流路径、或此两者的结合。
[0079]下文中，例如「在...之上」、「在...之下」、「邻接于...」、「在...底下」等的相对用词，仅是为了方便说明，通常并不需要特定的方向。
[0080]电流引导结构的范例
[0081]图2是表示本发明具有电流引导结构的LED元件的一例的示意图。此LED元件包括一已知为LED堆叠的元件结构，而LED堆叠包括任何可适用于发射光线的半导体材料，例如AlInGaN。LED堆叠是可包括异质接面(hetero junction),而异质接面是由ρ型半导体层110、用于发射光线的主动层108、及η型半导体层106组成。LED堆叠具有一顶面119，而顶面119是已经过粗糙化,如图2所示。LED元件是可包括形成于顶面119之上的一 η电极117，以及位于ρ型半导体层110上的ρ电极(反射层202和阻隔金属层208是可以当作ρ电极的作用使用)，其中η电极117是电性耦接到η型半导体层106。
[0082]反射层202是配置为邻接到P型层110，且插设有阻隔金属层208，以分别形成低接触电阻区213和高接触电阻区211。对于某些实施例，低接触电阻区213的体积是大于高接触电阻区211。可导电、但电阻比低接触电阻区213高的高接触电阻区211，可利用如下所述的金属材料形成。利用具有不同接触电阻的区域，并且小心地加以控制，可用来引导电流，以从期望区域中的主动层发光，例如，发光主要来自于不在用来加强光线发射的η电极117下的区域的主动层。
[0083]根据这种方式，与具有常见的电流限制或其它电流引导结构的现有LED元件(如图1中具有电绝缘层206的LED元件)相比，图2中具有完全导电的电流引导结构的LED元件有较大的导热性。因此，和现有的LED元件相比，图2的LED元件及本发明的其它实施例的具有导电电流引导结构的LED元件，是可享有降低的操作温度与增加的元件可靠度及
/或寿命。
[0084]图3是表不图2中的LED兀件的等效电路300的不意图。如图所不，等效电路300是包括并联的电阻器R l302和Rh304，电阻器&302和RH304是模拟图2的高接触电阻区211及低接触电阻区213的等效电阻。虽然只显示一个电阻器当作低接触电阻区，但电阻器Rl302可能代表一个以上的并联低接触电阻区的集总等效物，例如图2中所示的两个区域213。类似地，电阻器RH304是可代表一个以上的并联高接触电阻区211的集总等效物。对于某些实施例而言，等效高接触电阻是可至少是等效低接触电阻的两倍。如图所示，并联的电阻器&302和Rh304是与二极管306串联，二极管306代表无串联电阻的一理想的LED。
[0085]一层以上的一基板201是配置为邻接到P电极(由图2中的反射层202和阻隔金属层208所组成)。基板201可为导电性或是半导电性。在某些实施例中，基板201可为导热性。一导电基板可为一单一层或多重层，并可包括金属或金属合金，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是可使用任何合适的薄膜沉积法进行沉积，例如电化学沉积法(ECD)、无电化学沉积法(Eless CD)、化学气相沉积法(CVD)、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、及物理气相沉积法(PVD)。对于某些实施例而言,是可使用无电化学沉积法沉积一晶种金属层(seed metallayer)，然后使用电镀法在晶种金属层上沉积基板的一层以上的额外金属层。一半导电基板(sem1-conductive substrate)是可包括依单一层或多重层，并可由例如娃(Si)或碳化硅(SiC)所构成。基板201的厚度是可在10到400 μ m范围之间。
[0086]反射层202是可包括单一层或多重层，其是包括任何合适的材料，此材料是用来反射光线并且和用来产生高接触电阻区211的材料相比具有相当低的电阻。例如，反射层202 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]对于某些实施例而言,低接触电阻区213是可包含全向反射(omni — directionalreflective, 0DR)系统。一 ODR是可包括一透明传导层以及一反射层,透明传导层是由例如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)等材料所组成。ODR是可插设有一电流限制结构或其它用来引导电流的合适结构。一例示性的ODR系统是已揭示于共同拥有的美国专利申请案第11/682，780号，其申请日为2007年3月6日、且标题为「Vertical Light - EmittingDiode Structure with Omni — Directional Reflector」，其全文合并于此做为参考文献。
[0088]η电极117(也称为接触焊垫或η焊垫)可为单一金属层或多重金属层，单一金属层或多重金属层是由任何适合用来导电的材料所组成，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电极117的厚度是可为大约0.1到50 μ m。η电极117是可利用沉积、溅镀、蒸镀、电镀、无电电镀、涂布、及/或印刷等方法形成于LED堆叠的顶面119之上。
[0089]阻隔金属层208可为单一层或多重层，单一层或多重层是包括任何适合用来形成高接触电阻区211的材料。例如，阻隔金属层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]如图2所示，保护层220是可形成于邻接到LED元件的侧表面。保护层220是可作为钝化保护层(passivation layer)，用以保护LED元件(特别是异质接面)使其不受周遭环境的电和化学状况所影响。
[0091]例如，通过任何合适的处理(如电化学沈积法或无电化学沉积法)沉积做为反射层202的一或多层，是可形成高/低接触电阻区。再通过任何合适的处理(如湿蚀刻或干蚀刻)，将反射层202中被指定为高接触电阻区211的区域加以移除。在移除指定区域之后，在反射层202内的空白空间中形成阻隔金属层208。对于如图2所示的某些实施例而言，构成高接触电阻区211的阻隔金属层208是可填入反射层202内的空白空间(voidedspaces),并且覆盖反射层。
[0092]对于某些实施例而言，当与具有平滑顶面的LED堆叠相比较，为了增加光提取，是可以将LED堆叠的顶面119加以图案化或粗糙化。顶面119的图案化或粗糙化是可利用任何合适的技术(例如湿或干蚀刻)。
[0093]对于某些实施例而言，本文中所描述的电流引导结构可与图6和图9中所示的第二电流路径相结合。在与图4有关的下文中，将会更详细地对第二电流路径加以叙述。
[0094]第二电流路径的范例
[0095]图4是表示本发明具有第二电流路径402的例示性LED元件400的实施例的示意图。如图所示，LED元件400是可包括一基板201、配置于基板201上的ρ电极207、配置于P电极207上的LED堆叠104、以及配置于LED堆叠104上的η电极117。基板201可为如上所述的导热性及导电性或半导电性。LED堆叠104可包括一异质接面，异质接面是可包括P型半导体层110、用于发射光线的主动层108、及η型半导体层106。一第二导电材料411是可连接到基板201和η型半导体层106，并与η型半导体层106形成非欧姆接触412，以在基板201和η型半导体层106之间提供一第二电流路径402。第二导电材料411的形成是可通过任何合适的工艺，例如电子束沉积法、溅镀法、及/或印刷法。
[0096]如图所示，电性绝缘层404是可将第二导电材料411和至少一部份的LED堆叠104分隔开来。绝缘层404是可包括任何合适的电性绝缘材料，例如Si02、Si3N4, TiO2, A1203、HfO2、Ta2O5、旋转涂布玻璃(spin — on — glass, SOG)、MgO、高分子、聚酰亚胺、光敏电阻、聚对二甲苯基、SU - 8、及热塑性塑胶。对于某些实施例而言，保护层220可当做绝缘层404。
[0097]如上所述，基板201可为一单一层或多重层，单一层或多重层是包括金属或金属合金，例如 Cu、N1、Ag、Au、Al、Cu — Co、Ni — Co、Cu — W、Cu — Mo、Ge、Ni/Cu、及 Ni/Cu —Mo。基板201的厚度是可大约10到400 μ m。
[0098]图5是表示图4中LED元件的等效电路500的一示意图。如图所示,等效电路500包括两个平行的电流路径。第一电流路径是包括等效电阻器&502，等效电阻器&502是与理想LED504串联，以形成从基板201到η电极117的一顺向电流路径。第二电流路径402是表不为双向暂态电压抑制(transient voltage suppression, TVS) 二极管506。TVS 二极管506的操作是可类似于两个相对串联的齐纳二极管，并可用来保护电阻器502和理想LED504以避免高电压暂态。相较于其它常见的过电压保护元件(例如变阻器、或气体放电管)，TVS 二极管506对过电压的反应较快速，使得TVS 二极管506可用于防护非常快速且频繁的有害电压暂态，例如静电放电(ESD)。图4中的第二导电材料411是可形成第5图中的TVS 二极管506。当感应电压超过齐纳崩溃电压，第二导电材料411是可将任一方向的过量电流加以分流。[0099]图6是表示本发明另一个具有第二电流路径402的例示性LED元件的实施例的示意图。如图所示，具有第二电流路径402的LED元件是亦包括由各别的高/低接触电阻区211/213所组成的电流引导结构。例如，如同前文中有关第2图的描述，通过在反射层202中插设阻隔金属层208，可形成这些不同的接触区。
[0100]图7是表示图6中LED元件的等效电路700的一示意图。如图所示，图5的单一等效电阻器Rl502被Rh304和&302的串联组合所取代，RH304和&302代表图6中邻接的高/低接触电阻区211/213。电路700的其余部份和图5的电路500相同。也就是说，图6的LED元件是可具有电流引导和暂态抑制的优点。
[0101]图8是表示本发明另一个具有第二电流路径402的例示性LED元件的实施例的示意图。在此实施例中，在第二电流路径402中形成保护元件810。如图所示，保护元件810是可形成于η型半导体层106之上，并可用来增加暂态电压保护或电流能力，由此，以增加LED元件的可靠度及/或寿命。保护元件810是可包括任何合适的材料，例如ZnO、ZnS、TiO2,Ni0、SrTi03、Si02、Cr203、以及聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)。保护元件810的厚度范围是可从大约Inm到10 μ m。
[0102]如图9所示，具有一第二电流路径402和一保护元件810的LED元件(如图8所示)，是亦可包括由各别的高/低接触电阻区211/213所组成的电流引导结构。例如，如同前文中有关图2的描述，通过在反射层202中插设阻隔金属层208，可形成这些不同的接触区。
[0103]图10是表示本发明具有第二电流路径、且为晶片型式的例示性LED元件的实施例的示意图。如图所示，一贴合金属层1002是可沉积在第二电流路径中的保护元件810之上。贴合层1002是可包括任何适合用做电性连接的材料，例如Al、Au、Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au、Cr/Au、Cr/Al、Ni/Au、Ni/Al、或 Cr/Ni/Au。贴合层 1002 的厚度范围是可从 0.5 到 10 μ m。对于某些实施例而言，η电极117是可延伸到允许贴合(bonding)成至一封装，如同下文中关于图11的说明。
[0104]图11是表示本发明图10的LED元件的封装型式实施例的示意图。如图所示,基板201是接合于一共用封装阳极导线1102。通过连接到贴合层1002的焊接线1104，贴合层1002是可连接到阳极导线1102，因此形成第二电流路径。通过另一条焊接线1108，n电极117是可连接到一阴极封装导线1106。
[0105]图12是表示分别描绘具有/不具有第二电流路径的LED元件的例示性电流对电压曲线1204、1202的一曲线图1200。如电流对电压曲线1204所示，在没有过量电流的情况下，第二电流路径是可允许一 LED元件承受较高的电压，因而可以防止损坏及/或延长元件寿命。
[0106]图13是表示具有/不具有第二电流路径的LED元件的存活率与ESD电压间的对应关系的一例示性图表1300。不具有第二电流路径的LED元件1304、1306、1308、1310、1312在不同的ESD电压、以不同的存活率(survival rates)通过测试。反的,具有第二电流路径的LED元件1302在具有甚至在大于2000伏特的较大ESD电压下，以等于或接近于100%的比例通过测试。
[0107]虽然本文中所述的电流引导结构在应用于立式发光二极管(VLED)元件时具有优点，熟悉此项【技术领域】者应当了解，通常，这样的优点适用于大部份的半导体元件。因此，对于具有PN接面的任何类型的半导体元件，使用本文中所述的结构将有助于形成低电阻接触及/或暂态抑制物。
[0108]虽然前文是针对本发明的实施例，但在不偏离本发明的基本范围下可设计出其它及另外的实施例，本发明的范围由下列的申请专利范围所界定。
【权利要求】
1.一种具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，包括: 一基板； 一 LED堆叠，是用于发射光线，并设置在所述基板之上，其中，所述LED堆叠包括: 一P型半导体层；以及 一 η型半导体层，是设置在所述P型版导体层之上，其中，所述LED堆叠是提供一第一电流路径给所述发光二极管；以及 一第二路径，是不同于所述第二路径。
2.根据权利要求1的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二路径是耦接在所述基板与所述η型半导体层之间。
3.根据权利要求2的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二路径是与所述η型半导体层形成一非欧姆接触。
4.根据权利要求2的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二路径包括一导电性材料。
5.根据权利要求4的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述导电性材料包括多重金属层。
6.根据权利要求 4的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述导电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.根据权利要求2的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，更进一步包括一电性绝缘材料，是位于所述第二电流路径与所述LED堆叠之间。
8.根据权利要求7的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述电性绝缘材料包括一包护层，是邻近所述LED堆叠的侧表面。
9.根据权利要求7的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述电性绝缘材料包括以下至少其一说02、3“队、1102、41203、!1?)2、1&205、旋转涂布玻璃、1%0、高分子、聚酰亚胺、光敏电阻、聚对二甲苯基、SU - 8、或者是热塑性塑胶。
10.根据权利要求1的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二电流路径是架构来保护所述LED堆叠，以避免一高电压暂态。
11.根据权利要求10的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述高电压暂态包括一静电放电。
12.根据权利要求2的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二电流路径包括一保护元件，是邻近所述η型半导体层设置。
13.根据权利要求12的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述保护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.根据权利要求12的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述保护元件的厚度是在Inm到10 μ m的范围之间。
15.根据权利要求12的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二电流路径是包括一贴合层，是邻近所述保护元件设置。
16.根据权利要求15的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二电流路径是包括一导线，是耦接在所述基板与所述贴合层之间。
17.根据权利要求15的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述贴合层包括多重金属层。
18.根据权利要求15的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述贴合层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.根据权利要求15的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述贴合层的厚度是在0.5到IOym之间。
20.根据权利要求1的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，更进一步包括一 P电极，是插设在所述基板与所述LED堆叠之间，其中，所述P电极包括一导电结构，是用于将电流导引经过所述LED堆叠，使得在所述η电极正下方直接发射的光线少于从所述LED堆叠的其他区域所发射的光线。
21.根据权利要求20的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述电流导引结构包括第一及第二接触，所述第一接触是比所述第二接触具有较高的电阻。
22.—种具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，包括: 一 η电 极； 一 LED堆叠，是用于发射光线，并设置在所述η电极之下，其中，所述LED堆叠包括耦接到所述η电极的一 η型半导体层以及设置在所述η型半导体层之下的一 P型半导体层；以及 一 P电极，设置在所述P型半导体层之下，其中，所述P电极包括一导电结构，是用于将电流导引经过所述LED堆叠，使得在所述η电极正下方直接发射的光线是少于从所述LED堆叠其他区域所发射的光线。
23.根据权利要求22的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述电流导引结构包括第一及第二接触，所述第一接触是比所述第二接触具有较高的电阻。
24.根据权利要求23的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第一接触包括一阻隔金属层。
25.根据权利要求23的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第一接触包括多重金属层。
26.根据权利要求23的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第一接触包括以下至少其一: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.根据权利要求23的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二接触包括一反射层。
28.根据权利要求23的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二接触包括以下至少其一: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.根据权利要求23的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二接触包括一全向反射系统。
30.根据权利要求23的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第二接触的面积是大于所述第一接触的面积。
31.根据权利要求23的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第一接触是设置在所述第二接触的一空白空间中。
32.根据权利要求23的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述第一接触的电阻值至少为第二接触的电阻值的两倍。
33.根据权利要求22的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，更进一步包括一基板，是设置在所述P电极之下，并耦接至所述P电极。
34.根据权利要求22的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述LED为一立式发光二极管。
35.一种具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，是包括: 一基板； 一 P电极，是设置在所述基板之下； 一 LED堆叠，是用于发射光线，并设置在所述P电极之上，其中，所述LED堆叠是包括: 一 P型半导体层，是耦接到所述P电极；以及 一 η型半导体层，是设置在所述P型半导体层之上，其中，所述LED堆叠是提供一第一电流路径给所述发光二极管； 一 η电极，是设置在所述η型半导体层之上，其中，所述P电极是包括一导电结构，是用于将电流导引经过所述LED堆叠，使得在所述η电极正下方直接发射的光线是少于从所述LED堆叠其他区域所发射的光线；以及 一第二电流路径，其是不同于所述第一电流路径，其中，所述第二电流路径是耦接在所述基板与所述η型半导体层之间，且其中，所述第二电流路径是包括一保护元件，其是邻近所述η型半导体层设置。
36.根据权利要求35的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述电流导引结构是包括第一及第二接触，所述第一接触是比所述第二接触具有较高的电阻。
37.根据权利要求35的具有电流引导结构的立式发光二极管，其特征在于，所述保护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。
【文档编号】H01L33/40GK103996774SQ201310054974
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年2月19日 优先权日:2013年2月19日
【发明者】刘文煌, 朱振甫, 朱俊宜, 郑兆祯, 郑好钧, 樊峯旭, 张源孝 申请人:旭明光电股份有限公司