具有更均勻注入和更低光學損耗的改進的p接觸的制作方法
【專利摘要】通過在毗鄰保護片(150)的區(qū)域(310)中故意抑制電流流動通過p層(130)來調適跨過半導體器件的p層(130)的電流分布，而不減小器件的任何部分的光學反射率。通過增大沿著接觸區(qū)域的邊緣以及在拐角耦合到p接觸(140)的p層的電阻，可以抑制此電流流動。在示例實施例中，在p接觸(130)形成之后，通過淺劑量的氫離子(H+)注入產生高電阻區(qū)域(130)。類似地，可以在p接觸和p層之間的選定區(qū)域中應用電阻性涂層。
【專利說明】具有更均勻注入和更低光學損耗的改進的P接觸
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體發(fā)光器件的領域，并且具體地涉及用于改進提取效率以及提供跨過器件的發(fā)光區(qū)域的更均勻電流分布的技術。
【背景技術】
[0002]對半導體發(fā)光器件需求的顯著增大以及為了滿足需求的競爭的相應增大已經致使制造商尋求將減小成本或改進性能的技術。特別指出，改進所發(fā)射光的效率或質量的技術可以用于將一個競爭者的產品與其它競爭者的產品區(qū)分開。
[0003]圖1圖示示例現(xiàn)有技術薄膜倒裝芯片(TFFC) InGaN發(fā)光器件(LED)，其諸如公開于授權給 Daniel A.Steigerwald, Jerome C.Bhat 和 Michael J.Ludowise 并且通過引用結合于此的 USP6, 828，596，"CONTACTING SCHEME FOR LARGE AND SMALL AREASEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING FLIp-CHIP DEVICES"。
[0004]在此示例器件中，發(fā)光層120形成于n層110和p層130之間。外部電源(未圖示)經由與焊盤160和170的連接而提供電力到器件。P焊盤160經由P接觸140，通過可選的保護層150而耦合到P層130，該保護層抑制P接觸材料的遷移。在此示例中，η接觸層170直接稱合到η層110。邊界層180將η接觸層170和η層110與ρ層130和ρ接觸140隔離。
[0005]ρ接觸140在大面積上被提供以促進通過P層130的電流的均勻分布，P層130對于電流流動具有相對更高的電阻。η層110不表現(xiàn)高電阻，并且因此η接觸覆蓋更小的面積，此面積可以是器件面積的10%或更小。ρ接觸140優(yōu)選地是高反射性的，從而將光反射到發(fā)光器件的頂部發(fā)射表面。銀通常被用作P接觸140。η接觸層也是反射性的并且諸如鋁的金屬是優(yōu)選的。保護層150可以是金屬性的，但是為僅僅部分反射性的，因為還沒有發(fā)現(xiàn)用于此應用的合適的高反射性金屬。這種部分反射性的保護片填充毗鄰P接觸的區(qū)域，導致在P接觸外圍的更高光學損耗。
[0006]發(fā)明人已經意識到，在ρ接觸的外圍大約15微米之內產生的光會高可能性地進入保護層區(qū)域150并且在有機會離開器件之前遭受光學吸收。因此，與在ρ接觸的中心區(qū)域處注入的電流相比，在P接觸的邊緣注入的電流將表現(xiàn)更低的外量子效率。
[0007]盡管器件的邊緣和拐角的光學損耗更大，發(fā)明人也注意到與在器件的中心處相t匕，在外圍處以及在拐角中產生更多的發(fā)射光，這是因為與通過η接觸層的電流的橫向流動關聯(lián)的電壓降落以及豎直電流流動與結電壓的指數依存性相組合，在器件的邊緣處和拐角中提供顯著更高的電流密度。這些比較高的注入電流形成輕微的暈輪效應，在器件的拐角中具有明亮的區(qū)域。
[0008]除了潛在地引入光學異常，這種不均勻電流注入模式是低效率的，因為對于更高的電流密度，內量子效率更低。發(fā)光器件的’過發(fā)射(over-emitting)’部分,特別是拐角，也將是在器件中汲取更多電流的’熱點(hot-spot)’，所述熱點已經被觀察到引起在高電流工作的器件的過早失效。
【發(fā)明內容】

[0009]使光發(fā)射區(qū)域遠離部分反射性保護層并且進一步改進跨過有源層表面的所注入電流密度光發(fā)射的均勻性，這將會是有利的。
[0010]為了更好解決這些以及其它關注事宜，在本發(fā)明的實施例中，通過在毗鄰保護片的區(qū)域中故意抑制電流流動通過P層來調適跨過半導體器件的P層的電流分布，而不減小器件的任何部分的光學反射率。通過增大沿著接觸區(qū)域的邊緣以及在拐角耦合到P接觸的P層的電阻，可以抑制此電流流動。在示例實施例中，在P接觸形成之后，通過淺劑量的氫離子(H+)注入產生高電阻區(qū)域。類似地，可以在P接觸和P層之間的選定區(qū)域中應用電阻性涂層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]參考附圖而更詳細并且通過示例方式來解釋本發(fā)明，在附圖中:
圖1圖示示例現(xiàn)有技術發(fā)光器件。
[0012]圖2圖示示例發(fā)光器件中的電流分布。
[0013]圖3A-3B圖示示例發(fā)光器件，該示例發(fā)光器件的P接觸包括高電阻區(qū)域和低電阻區(qū)域以改進電流分布。
[0014]圖3C圖示圖3A的可替換方案。
[0015]在所有附圖中，相同的附圖標記表示相似或相應的特征或功能。附圖被包括以用于圖示目的并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。
【具體實施方式】
[0016]在下述說明書中，出于解釋而非限制的目的而給出諸如具體架構、接口、技術等的特定細節(jié)，從而提供對本發(fā)明構思的徹底理解。然而，本領域技術人員將清楚，本發(fā)明可以在背離這些特定細節(jié)的其它實施例中實踐。按照類似方式，此說明書的文字是針對如各圖所圖示的示例實施例，并且不旨在超出權利要求書中明確包括的限制而限制所要求保護的發(fā)明。出于簡化和清楚的目的，對公知器件、電路和方法的詳細描述被省略從而不由于不必要的細節(jié)而使本發(fā)明的說明書變得模糊。
[0017]為了容易圖示和理解，在圖1的示例現(xiàn)有技術器件的上下文中呈現(xiàn)本發(fā)明。然而本領域技術人員將認識到，本發(fā)明的一些或全部原理可以適用于各種不同LED結構，或者將從由毗鄰低損耗電流注入區(qū)域的吸收區(qū)域形成的光學損耗減小受益的任何結構。
[0018]如上文指出，圖1的發(fā)光器件包括高反射性的大面積P接觸140，該ρ接觸提供通過P層130的電流的更均勻分布，其中該發(fā)光器件的結構在圖2和3中被重復。η層110和η焊盤170之間的接觸是沿著η層110的周界。邊界層180將η型元件110、180與ρ型元件 130、140、150 分離。
[0019]如圖2所圖示，當經由η焊盤170和ρ焊盤160連接到外部源時，來自η焊盤170的電子電流200橫向傳播通過η層110，跨過邊界層180并且朝向ρ接觸140和ρ焊盤160繼續(xù)向下。由于跨過η層110的電流分布不是完全均勻的，并且由于距電流源200以及ρ接觸140的周界的距離小于距ρ接觸140的中心的距離，到ρ接觸140的周界的電流流動200a將大于到ρ接觸140的中心的電流流動200b。取決于幾何形狀(拐角相對于邊緣)、n-GaN薄層電阻(厚度和摻雜)以及工作條件(電流、溫度)，電流注入200的相當大份額200a會集中在ρ接觸140的邊界附近。因此，在有源層120的外圍附近，通過有源層120的p-n結的電流注入將更大，在外圍形成更高的光發(fā)射。
[0020]除了由這種不均勻光發(fā)射造成的潛在負面光學效應，這種不均勻性潛在地減小整體光提取效率，這是因為在光學損耗最大的區(qū)域中出現(xiàn)更高的光發(fā)射。在發(fā)光有源層120的中心，大多數的發(fā)射光將或者直接地，或者經由從P接觸層140的反射而最終離開發(fā)光器件的頂表面。相對于頂表面以銳角從有源層120的中心發(fā)射的光(側光)離開器件頂表面的可能性大于來自其它區(qū)域的這種光，這是因為從中心開始，在離開頂表面之前遇到諸如邊界層180的光吸收特征的可能性更小。相反地，沿著有源層120的周界，遇到邊界層180的可能性顯著更高，光學損耗相應增大。
[0021]除了與不均勻電流流動關聯(lián)的光學問題之外，更大的電流流動200a形成減小帶隙并且汲取甚至更多電流的“熱點”，導致在器件中形成容易失效的區(qū)域。
[0022]附加地，不均勻電流注入到發(fā)光區(qū)域中也減小整體芯片內量子效率(IQE ;每注入一個電子的發(fā)射光子數目的比例)，這是因為IQE隨著電流密度增大而減小(本領域中已知為〃IQE下降〃)。
[0023]在本發(fā)明的實施例中，空穴電流注入在ρ接觸140的外圍區(qū)域310中被抑制，如圖3A-3B所圖示，圖3B為圖3A的器件的截面A-A’。此空穴電流注入抑制區(qū)域310可以通過下述形成:例如，使用淺的低劑量H+注入，或者減小或阻斷此區(qū)域中的電流流動的其它手段。這種注入可以在銀沉積以形成P接觸140之后進行，使用光致抗蝕劑圖案以形成區(qū)域310，所述區(qū)域隨后被加工以形成電流抑制區(qū)域310。用于此目的的充足的能量和劑量取決于Ag厚度，不過15keV的能量和2el4 cm_2的劑量為標稱值。高劑量以及在ρ層中注入深于50nm的高能量將在ρ層中形成過多損傷并且增大光學吸收。
[0024]也可以使用在外圍抑制電流流動到ρ層130的其它手段，諸如利用電阻性材料310’(諸如電介質或其它導電性不佳的透明材料)涂敷P接觸140的外圍，如圖3C所圖示。P接觸層140會在電介質層310’的邊緣上交疊310’至少5μπι的范圍而迅速移動，在交疊的區(qū)域中形成高反射性Ag電介質鏡。
[0025]通過在區(qū)域310中抑制電流流動，源電流300被迫橫向改道更遠而通過η層110，如圖3Α中電流流動300a、300b所圖示。由于從ρ接觸140的外圍的橫向改道，與圖2中的電流200a相比，電流300a在到達ρ接觸140之前流動得更遠而通過η層110,并且將相應地減小幅值。在外圍的這種電流幅值減小將減小與聞電流200a關聯(lián)的’熱點’，并且將減小由高電流200a造成的過早失效的可能性。
[0026]與圖2中的電流200b相比，在ρ接觸140外圍的電流減小將相應地提供流動到發(fā)光層120的中心的電流300b的增大。整體效應在于，對于圖2和3中相同數量的總電流，圖3的發(fā)光層120的激勵更均勻，這從圖3的器件提供更均勻光輸出。
[0027]附加地，通過橫向地將電流偏移遠離ρ接觸140的外圍，光發(fā)射區(qū)域的邊緣被遠離吸收保護區(qū)域150重定位，由此減小損失到此區(qū)域150的光的量。
[0028]期望在ρ接觸層的外拐角320處維持盡可能小的曲率半徑，從而在發(fā)光層120下方提供最大反射性區(qū)域，藉此最小化任何背散射光的損耗。然而，在常規(guī)器件中，小的曲率半徑使器件的拐角320中的電流擁擠最大化，在拐角造成甚至更大的局部熱點。通過將抑制區(qū)域310的內拐角330變圓，也可以實現(xiàn)局部熱點可能性的減小。通過在于拐角320處具有小曲率半徑的P接觸層上形成于拐角330處具有更大曲率半徑的電流抑制區(qū)域，光學效率被維持，并且熱點減輕。
[0029]盡管本發(fā)明已經在附圖和前述說明書中予以詳細圖示和描述，這種圖示和描述被認為是圖示性或示例性的并且不是限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。
[0030]例如，有可能通過下述來操作本發(fā)明:使諸如NiO的接觸增強層位于Ag接觸的期望增強接觸的區(qū)域下方，并且在不期望增強的區(qū)域中消除此層。此實施例可以與典型P接觸中Mg摻雜減小或其它削弱組合以降低Ag-GaN接觸的有效性。
[0031]通過研究附圖、公開內容以及所附權利要求，本領域技術人員在實踐所要求保護的發(fā)明時可以理解和達成所公開的實施例的其它變型。在權利要求中，措詞"包括"不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞"一"不排除多個。在互不相同的從屬權利要求中陳述某些措施的純粹事實不表示不能有利地使用這些措施的組合。權利要求中的任何附圖標記不應解讀為限制范圍。
【權利要求】
1.一種發(fā)光器件，包括: n層， P層， 位于n層和P層之間的發(fā)光層， 用于耦合到n層的n焊盤， 用于耦合到P層的P焊盤，以及 P接觸層，該P接觸層將P焊盤耦合到P層以促進電流注入通過P層， 其中P接觸配置成在P接觸的至少一個電流抑制區(qū)域中抑制電流注入通過P層。
2.如權利要求1所述的發(fā)光器件，其中該電流抑制區(qū)域對應于該P接觸的一區(qū)域，該P接觸在不存在該電流抑制區(qū)域處提供最大電流注入。
3.如權利要求1所述的發(fā)光器件，其中該電流抑制區(qū)域對應于該P接觸的外圍。
4.如權利要求1所述的發(fā)光器件，其中該電流抑制區(qū)域包括P層的離子注入區(qū)域。
5.如權利要求4所述的發(fā)光器件，其中該P接觸包括銀。
6.如權利要求1所述的發(fā)光器件，其中該電流抑制區(qū)域包括P層上的電阻性涂層。
7.如權利要求6所述的發(fā)光器件，其中P層上的電阻性涂層是基本上透明的。
8.如權利要求1所述的發(fā)光器件，其中該電流抑制區(qū)域包括曲率半徑大于P接觸金屬化部的曲率半徑的弧形拐角。
9.如權利要求1所述的發(fā)光器件，其中該電流抑制區(qū)域對應于該P接觸的最靠近n焊盤和n層之間的接觸區(qū)域的區(qū)域。
10.如權利要求1所述的發(fā)光器件，其中該P接觸包括改進與該P層的歐姆接觸的材料，并且該電流抑制區(qū)域對應于不存在此材料。
11.如權利要求9所述的發(fā)光器件，其中改進歐姆接觸的材料包括NiO。
12.—種方法,包括: 形成發(fā)光元件，其包括n層和P層之間的有源區(qū)域， 提供P接觸到P層，該P接觸稱合到P層從而提供從該P接觸到該P層的不均勻電流流動， 提供P焊盤，其耦合到P接觸以促進耦合到外部電源，以及 提供n焊盤，其耦合到n層以促進耦合到外部電源， 其中通過形成該P接觸的至少一個電流抑制區(qū)域而提供不均勻電流流動。
13.如權利要求12所述的方法，其中該方法包括利用電阻性材料涂敷該P層以形成該電流抑制區(qū)域。
14.如權利要求12所述的方法，其中該方法包括在該P層中注入離子以形成該電流抑制區(qū)域。
15.如權利要求14所述的方法，其中該P接觸包括銀。
16.如權利要求12所述的方法，其中該電流抑制區(qū)域對應于該P接觸的外圍。
17.如權利要求12所述的方法，其中該電流抑制區(qū)域包括曲率半徑大于P接觸金屬化部的曲率半徑的弧形拐角。
18.如權利要求12所述的方法，其中該電流抑制區(qū)域對應于該P接觸的最靠近n焊盤和n層之間的接觸區(qū)域的區(qū)域。
19.如權利要求12所述的方法，包括提供改進P接觸和P層之間的歐姆接觸的材料，以及省略該材料以形成該電流抑制區(qū)域。
20.如權利要求19所述的方法，其中改進歐姆接觸的材料包括NiO。
【文檔編號】H01L33/38GK103918092SQ201280054659
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權日:2011年11月7日
【發(fā)明者】J.E.伊普勒 申請人:皇家飛利浦有限公司