DE10044500A1 - More reliable blue LED requiring only single wire bonding, is formed by GaN-based layers on substrate surrounded by e.g. cup-shaped conductor frame - Google Patents
More reliable blue LED requiring only single wire bonding, is formed by GaN-based layers on substrate surrounded by e.g. cup-shaped conductor frameInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verbindungshalbleiter-Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein derartiges Bauteil, speziell eine Licht emittierende Diode (LED) auf GaN-Basis, deren Seitenwände und Unterseite mit einer leitenden Beschichtung bedeckt sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. The invention relates to a compound semiconductor component and a method of manufacturing the same. More accurate said, the invention relates to such a component, specifically a light emitting diode (LED) based on GaN, the side walls and bottom with a conductive Coating are covered, as well as a method for Manufacture of the same.
In den letzten Jahren haben Verbindungshalbleiter auf GaN-Basis immer mehr Aufmerksamkeit zur Verwendung als Material zum Herstellen blauer, grüner oder blaugrüner Licht emittierender Bauteile, wie blauer LEDs oder blauer Laserdioden (LDs), erfahren. Eine blaue LED weist z. B. im Allgemeinen eine Struktur mit mindestens einer n-Verbindungshalbleiterschicht auf GaN-Basis, einer aktiven Schicht aus einem eigenleitenden oder dotierten Verbindungshalbleitermaterial auf GaN-Basis und mindestens einer p-Verbindungshalbleiterschicht auf GaN-Basis auf, die sequenziell auf ein Substrat auflaminiert sind.Compound semiconductors have opened in recent years GaN base always use more attention than Material for making blue, green, or teal Light-emitting components, such as blue LEDs or blue laser diodes (LDs). A blue LED indicates z. B. generally a structure with at least one GaN-based n-type compound semiconductor layer, an active one Layer of an intrinsically conductive or doped Compound semiconductor material based on GaN and at least a p-compound semiconductor layer based on GaN, which are sequentially laminated to a substrate.
Beim Herstellen einer herkömmlichen blauen LED wird im Allgemeinen als Material für das Substrat derselben transparenter Saphir verwendet. Abweichend von einem Halbleitersubstrat, wie es für andere Licht emittierende Bauteile verwendet wird, ist Saphir ein elektrisch isolierendes Material. Demgemäß ist es unmöglich, auf diesem Substrat unmittelbar eine n-Elektrode auszubilden. Als Lösung betreffend dieses Problems wird eine n- Verbindungshalbleiterschicht auf GaN-Basis durch Ätzen der blauen LED teilweise freigelegt, um eine leitende Fläche zu schaffen, auf der eine n-Elektrode wirkungsvoll hergestellt werden kann.When producing a conventional blue LED in the Generally as a material for the substrate thereof transparent sapphire used. Deviating from one Semiconductor substrate as it is for other light-emitting Components used, sapphire is an electrical insulating material. Accordingly, it is impossible to to form an n-electrode directly on this substrate. As a solution to this problem, an n- GaN-based compound semiconductor layer by etching the blue LED partially exposed to a conductive To create area on which an n-electrode is effective can be manufactured.
Nun wird auf die beigefügte Fig. 1 Bezug genommen, um die vorstehend skizzierte herkömmliche blaue LED besser verständlich zu machen. Diese LED verfügt im Wesentlichen über ein Saphirsubstrat 101 eine n- Verbindungshalbleiterschicht 102 auf GaN-Basis, eine aktive Schicht 103 aus einem eigenleitenden oder dotierten Verbindungshalbleitermaterial auf GaN-Basis und eine p- Verbindungshalbleiterschicht 104 auf GaN-Basis. Wie oben angegeben, wird auf der freigelegten Fläche der n- Verbindungshalbleiterschicht 102 auf GaN-Basis eine n- Elektrode 105 hergestellt, während auf der p- Verbindungshalbleiterschicht 104 auf GaN-Basis eine p- Elektrode 106 hergestellt wird.Reference is now made to the accompanying FIG. 1 in order to make the conventional blue LED outlined above easier to understand. This LED essentially has a sapphire substrate 101, an n-type compound semiconductor layer 102 based on GaN, an active layer 103 made of an intrinsically conductive or doped compound semiconductor material based on GaN and a p-type compound semiconductor layer 104 based on GaN. As indicated above, an n-electrode 105 is formed on the exposed surface of the n-type GaN-based semiconductor layer 102 , while a p-electrode 106 is made on the p-type GaN-based semiconductor layer 104 .
Die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche blaue LED zeigt jedoch verschiedene Nachteile, wie sie im Folgenden angegeben sind. Zunächst stellt das isolierende Saphirsubstrat 101 dieser blauen LED keine elektrische Verbindung zu einem becherförmigen Leiterrahmen 107 her, wenn es auf der Oberfläche desselben montiert wird. Um die blaue LED elektrisch mit dem becherförmigen Leiterrahmen 107 zu verbinden, ist es erforderlich, einen Metallbonddraht 108 zu verwenden, um die n-Elektrode 105 mit der Oberfläche des becherförmigen Leiterrahmens 107 zu verbinden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Da die p-Elektrode 106 mit einem anderen Metallbonddraht 109 elektrisch mit einem gesonderten Leiterrahmen 110 zu verbinden ist, muss der Drahtbondprozess zwei Mal ausgeführt werden, um für ein vollständiges Anschließen der herkömmlichen blauen LED zu sorgen. Außerdem wird der Metallbonddraht 109 vorzugsweise mittels eines Bondkontaktflecks 111 mit der p-Elektrode 106 verbunden. Im Ergebnis dieser zwei Drahtbondvorgänge ist der Herstellprozess für eine herkömmliche blaue LED kompliziert, und die Chipgröße einer solchen LED ist groß, was zu hohen Herstellkosten führt. However, the conventional blue LED shown in Fig. 1 has various disadvantages, as indicated below. First, the insulating sapphire substrate 101 of this blue LED does not make an electrical connection to a cup-shaped lead frame 107 when it is mounted on the surface thereof. In order to electrically connect the blue LED to the cup-shaped lead frame 107 , it is necessary to use a metal bond wire 108 to connect the n-electrode 105 to the surface of the cup-shaped lead frame 107 , as shown in FIG. 2. Since the p-electrode 106 is to be electrically connected to a separate lead frame 110 with another metal bonding wire 109 , the wire bonding process has to be carried out twice in order to ensure that the conventional blue LED is completely connected. In addition, the metal bond wire 109 is preferably connected to the p-electrode 106 by means of a bond pad 111 . As a result of these two wire bonding processes, the manufacturing process for a conventional blue LED is complicated, and the chip size of such an LED is large, which leads to high manufacturing costs.
Darüber hinaus sind die Struktur und die Anordnung der Elektroden 105, 106 bei der herkömmlichen blauen LED asymmetrisch, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, die eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte blaue LED ist. Im Ergebnis fließt der elektrische Strom innerhalb der herkömmlichen blauen LED nicht auf symmetrische Weise in der Richtung von oben nach unten. Daher ist es sehr schwierig, dass die herkömmliche blaue LED eine gleichmäßige Stromverteilcharakteristik erzielt. Da die Stromverteilcharakteristik ungleichmäßig ist, existieren in einer herkömmlichen blauen LED mehrere Punkte mit hoher Stromdichte, an denen während des Betriebs leicht Schäden entstehen können.In addition, the structure and arrangement of the electrodes 105 , 106 in the conventional blue LED are asymmetrical as shown in FIG. 3, which is a plan view of the blue LED shown in FIG. 1. As a result, the electric current inside the conventional blue LED does not flow symmetrically in the top-down direction. Therefore, it is very difficult for the conventional blue LED to achieve a uniform power distribution characteristic. Since the current distribution characteristic is uneven, there are several points with a high current density in a conventional blue LED, at which damage can easily occur during operation.
Ferner tritt im isolierenden Saphirsubstrat 101 in unvermeidlicher Weise das gut bekannte Problem einer elektrostatischen Entladung (ESD = Electrostatic Discharge) auf.Furthermore, the well-known problem of electrostatic discharge (ESD) occurs in the insulating sapphire substrate 101 inevitably.
Die vorstehend angegebenen Nachteile verschlechtern das Funktionsvermögen und die Zuverlässigkeit einer herkömmlichen blauen LED auf erhebliche Weise.The disadvantages mentioned above worsen the functionality and reliability of a conventional blue LED in a significant way.
Demgemäß ist es erwünscht, eine blaue LED zu schaffen, bei der ein einzelner Drahtbondschritt möglich ist, so dass der Herstellprozess nicht verkompliziert und die Herstellkosten nicht erhöht werden. Es ist auch wünschenswert, eine blaue LED zu schaffen, die eine gleichmäßige Stromverteilcharakteristik zeigt und frei vom genannten ESD-Problem ist. Ferner ist es wünschenswert, eine blaue LED zu schaffen, die an ihrer Unterseite mit einem spiegelförmigen Reflektor versehen ist, um dadurch den Lichtemissions-Wirkungsgrad dieser LED zu verbessern.Accordingly, it is desirable to create a blue LED in which a single wire bonding step is possible, so that the manufacturing process is not complicated and the Manufacturing costs can not be increased. It is also desirable to create a blue LED that one shows uniform power distribution characteristics and free of mentioned ESD problem is. It is also desirable to create a blue LED that is on its bottom a mirror-shaped reflector is provided to thereby to improve the light emission efficiency of this LED.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Licht emittierendes Verbindungshalbleiter-Bauteil zu schaffen, bei dessen Herstellung ein einzelner Drahtbondschritt erforderlich ist, um so den Herstellprozess zu vereinfachen und die Herstellkosten zu senken.The invention has for its object a light to create an emissive compound semiconductor component, a single wire bonding step in its manufacture is required to simplify the manufacturing process and reduce manufacturing costs.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbindungshalbleiter-Bauteil mit gleichmäßiger Stromverteilcharakteristik zu schaffen.Another object of the invention is to provide a Compound semiconductor component with uniform To create power distribution characteristics.
Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Licht emittierendes Verbindungshalbleiter-Bauteil zu schaffen, das frei vom Problem elektrostatischer Entladung (ESD) ist.Yet another object of the invention is a Light-emitting compound semiconductor component create that free from the problem of electrostatic discharge (ESD) is.
Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Licht emittierendes Verbindungshalbleiter-Bauteil mit einem an seiner Unterseite ausgebildeten spiegelförmigen Reflektor zu schaffen.Yet another object of the invention is a Light-emitting compound semiconductor component with a mirror-shaped formed on its underside Creating reflector.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbindungshalbleiter- Bauteils zu schaffen.Another object of the invention is a method for producing such a compound semiconductor Component.
Das erfindungsgemäße Licht emittierende Verbindungshalbleiter-Bauteil ist im beigefügten Anspruch 1 angegeben, während das erfindungsgemäße Herstellverfahren für ein derartiges Bauteil im Anspruch 11 angegeben ist. The light emitting according to the invention Compound semiconductor device is in appended claim 1 specified during the manufacturing process according to the invention for such a component is specified in claim 11.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand jeweiliger abhängiger Ansprüche.Advantageous refinements and developments are Subject of respective dependent claims.
An den Seitenwänden und der Unterseite des isolierenden Substrats wird vorzugsweise eine Haftschicht hergestellt, auf der dann die leitende Überzugsschicht hergestellt wird. Die Haftschicht wird dazu verwendet, die Hafteigenschaften zwischen der ersten Elektrode und der leitenden Schicht zu verbessern.On the side walls and the bottom of the insulating Substrate is preferably an adhesive layer, on which the conductive coating layer is then produced. The adhesive layer is used to improve the adhesive properties between the first electrode and the conductive layer improve.
Vorzugsweise ist die leitende Schicht eine lichtdurchlässige Schicht.The conductive layer is preferably one translucent layer.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich.These and other tasks, features and benefits of Invention will be made with reference to the following Description and the accompanying drawings better seen.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen blauen LED; Fig. 1 is a sectional view of a conventional blue LED;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht der LED der Fig. 1 im auf einem becherförmigen Leiterrahmen montierten Zustand; Fig. 2 is a sectional view of the LED of Fig. 1 when mounted on a cup-shaped lead frame;
Fig. 3 ist eine Draufsicht der LED der Fig. 1, die die Anordnung der Elektroden derselben zeigt; Fig. 3 is a plan view of the LED of Fig. 1, showing the arrangement of the electrodes thereof;
Fig. 4(a) bis 4(e) sind Schnittansichten, die die Schritte zum Herstellen einer blauen LED gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen; FIG. 4 (a) to 4 (e) are sectional views showing steps of fabricating a blue LED according to a first embodiment of the invention;
Fig. 5 ist eine Draufsicht, die die Anordnung der Elektroden der blauen LED der Fig. 4(e) zeigen; Fig. 5 is a plan view showing the arrangement of the electrodes of the blue LED of Fig. 4 (e);
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die die blaue LED der Fig. 4(e) in auf einem becherförmigen Leiterrahmen montierten Zustand zeigt; Fig. 6 is a sectional view showing the blue LED of Fig. 4 (e) mounted on a cup-shaped lead frame;
Fig. 7(a) bis 7(c) sind Schnittansichten, die die Schritte zum Herstellen einer blauen LED gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen; Fig. 7 (a) to 7 (c) are sectional views showing steps of fabricating a blue LED according to a second embodiment of the invention;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die die blaue LED der Fig. 7(c) in auf einem becherförmigen Leiterrahmen montierten Zustand zeigt; und Fig. 8 is a sectional view showing the blue LED of Fig. 7 (c) in a state mounted on a cup-shaped lead frame; and
Fig. 9 und Fig. 10 sind Schnittansichten einer blauen LED gemäß einem dritten bzw. einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die jeweils auf einem becherförmigen Leiterrahmen montiert sind. FIGS. 9 and Fig. 10 are sectional views of a blue LED and a fourth embodiment of the invention, which are each mounted on a cup-shaped lead frame according to a third.
Nun werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.Now the preferred embodiments of the Invention with reference to the drawings in Described individually.
Nun werden anhand der Fig. 4(a) bis 4(e) Schritte zum Herstellen einer blauen LED 400 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Steps for producing a blue LED 400 according to a first exemplary embodiment of the invention will now be explained with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (e).
Gemäß Fig. 4(a) wird eine n-Schicht 402 mit einer Dicke von 3 bis 5 µm auf einem isolierenden Substrat 401 hergestellt, das im Allgemeinen aus Saphir besteht. Auf dieser n-Schicht 402 werden eine n-Eingrenzungsschicht 403 mit einer Dicke von 0,1 bis 0,3 µm, eine aktive Schicht 404 mit einer Dicke von 50 bis 200 nm (500 bis 2000 Å) zum Emittieren von Licht, eine p-Eingrenzungsschicht 405 mit einer Dicke von 0,1 bis 0,3 µm und eine p-Schicht 406 mit einer Dicke von 0,2 bis 1 µm sequenziell aus einem Verbindungshalbleitermaterial auf GaN-Basis hergestellt. Zum Beispiel kann zum Herstellen der Schichten 402 bis 406 ein quaternäres Verbindungshalbleitermaterial in Form von InxAlyGa1-x-yN mit verschiedenen Leitungstypen und Konzentrationen von Dotierstoffen verwendet werden, wobei die Molenbrüche x, y den Bedingungen 0 ≦ x < 1, 0 ≦ y < 1 und x + y < 1 genügen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Struktur der erfindungsgemäßen blauen LED 400 eine beliebige sein kann, d. h., dass in der Praxis die Struktur nicht auf die bei diesem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene beschränkt ist.According to Fig. 4 (a), an n-layer 402 is formed on an insulating substrate 401 microns with a thickness of 3 to 5, which is generally made of sapphire. On this n-layer 402 , an n-confinement layer 403 with a thickness of 0.1 to 0.3 μm, an active layer 404 with a thickness of 50 to 200 nm (500 to 2000 Å) for emitting light, a p Conclusion layer 405 with a thickness of 0.1 to 0.3 μm and a p-layer 406 with a thickness of 0.2 to 1 μm are produced sequentially from a compound semiconductor material based on GaN. For example, a quaternary compound semiconductor material in the form of In x Al y Ga 1-xy N with different conductivity types and concentrations of dopants can be used to produce the layers 402 to 406 , the mole fractions x, y being the conditions 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1 and x + y <1 are sufficient. It should be pointed out that the structure of the blue LED 400 according to the invention can be any, that is to say that in practice the structure is not restricted to that described in this first exemplary embodiment.
Gemäß Fig. 4(b) wird die blaue LED 400 fotolithografisch unter Verwendung einer Maske mit vorbestimmtem Muster auf solche Weise geätzt, dass der Randabschnitt entfernt wird. Durch genaue Steuerung der Ätzzeit wird die Ätztiefe mit ausreichender Tiefe zum Freilegen der n- Schicht 402 eingestellt. Vorzugsweise wird die n-Schicht 402 leicht angeätzt, so dass die freigelegte Oberfläche 402a des Randabschnitts der n-Schicht 402 tiefer als die Oberfläche 402b des zentralen Abschnitts dieser Schicht liegt, d. h. die Grenzfläche zwischen ihr und der n- Eingrenzungsschicht 403. Nachdem der Ätzprozess abgeschlossen ist, verbleibt die blaue LED 400 als mesaförmige Struktur, bei der die oberen Seitenwände 400a weiter einwärts als die unteren Seitenwände 400b liegen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der bevorzugte Ätzprozess ein Trockenätzprozess.According to Fig. 4 (b), the blue LED 400 is etched by photolithography using a mask of a predetermined pattern in such a manner that the edge portion is removed. By precisely controlling the etching time, the etching depth is set with sufficient depth to expose the n-layer 402 . Preferably, the n-layer 402 is slightly etched, so that the exposed surface 402 a of the edge section of the n-layer 402 lies deeper than the surface 402 b of the central section of this layer, ie the interface between it and the n-confinement layer 403 . After the etching process is complete, the blue LED 400 remains as a mesa-shaped structure, in which the upper side walls 400 a are further inward than the lower side walls 400 b. In this embodiment, the preferred etching process is a dry etching process.
Gemäß Fig. 4(c) wird auf der Oberfläche der p-Schicht 406 eine p-Elektrode 409 aus irgendeinem Metall hergestellt, das mit dem p-Verbindungshalbleitermaterial auf GaN-Basis einen Ohmschen Kontakt vom p-Typ ausbilden kann. Zum Beispiel wird die p-Elektrode 409 aus Ni, Ti, Al, Au oder einer Legierung hiervon hergestellt. Bei der Herstellung der p-Elektrode 409 wird vorzugsweise zwischen die p-Schicht 406 und die p-Elektrode 409 eine transparente Kontaktschicht (TCL = Transparent Contact Layer) 407 mit einer Dicke von 5 bis 25 nm eingefügt, um die gesamte Oberfläche der p-Schicht 406 im Wesentlichen zu bedecken, um dadurch gleichzeitig den Lichtemissions-Wirkungsgrad und die Stromverteil-Gleichmäßigkeit der blauen LED 400 zu erhöhen. Die TCL 407 ist eine lichtdurchlässige Schicht für Ohmschen Kontakt aus einem leitenden Material, Au, Ni, Pt, Al, Sn, In, Cr, Ti oder einer Legierung hiervon.According to Fig. 4 (c) the p-layer, a p-electrode made 406,409 of any metal on the surface that can form an ohmic contact with the p-type p-compound semiconductor material based on GaN. For example, p-electrode 409 is made of Ni, Ti, Al, Au, or an alloy thereof. When producing the p-electrode 409 , a transparent contact layer (TCL = Transparent Contact Layer) 407 with a thickness of 5 to 25 nm is preferably inserted between the p-layer 406 and the p-electrode 409 in order to cover the entire surface of the p- Essentially cover layer 406 , thereby simultaneously increasing the light emission efficiency and the current distribution uniformity of the blue LED 400 . The TCL 407 is a translucent layer for ohmic contact made of a conductive material, Au, Ni, Pt, Al, Sn, In, Cr, Ti or an alloy thereof.
Gemäß Fig. 4(d) wird anschließend ein elastisches Band 410 aus Polyvinylchlorid (PVC) auf der blauen LED 400 positioniert, um ihre Oberseite und die oberen Seitenwände 400a derselben sowie die freigelegte Oberfläche 402a der n-Schicht 402 zu bedecken. Im Ergebnis liegen nur die unteren Seitenwände 400b und die Unterseite 400c der blauen LED 400 frei.According to Fig. 4 (d) an elastic band is positioned 410 made of polyvinyl chloride (PVC) on the blue LED 400 and then to its upper side and the upper side walls 400 a thereof, and the exposed surface 402 to cover a of the n-layer 402. As a result, only the lower side walls 400 b and the underside 400 c of the blue LED 400 are exposed.
Gemäß Fig. 4(e) wird dann eine leitende Schicht 411 unmittelbar so aufgetragen, dass sie die unteren Seitenwände 400b und die Unterseite 400c der blauen LED 400 bedeckt, um eine n-Elektrode zu bilden. Dabei sind die Oberseite und die oberen Seitenwände 400a der blauen LED 400 sowie die freigelegte Fläche 402a der n-Schicht 402 durch das elastische Band 410 gegen Kontakt durch die leitende Schicht 411 geschützt. Als Material für die leitende Schicht 411 kann ein beliebiges Metall verwendet werden, das dazu in der Lage ist, mit der n-Schicht 402 einen Ohmschen Kontakt vom n-Typ zu bilden, zum Beispiel Au, Al, Ti, Cr oder eine Legierung hiervon. Dann wird das elastische Band 410 entfernt, um die Oberseite und die oberen Seitenwände 400a der blauen LED 400 und die freigelegte Fläche 402a der n-Schicht 402 nach der Herstellung der leitenden Schicht 411 freizulegen. Da die leitende Schicht 411 die n-Schicht 402 an ihren Seitenwänden 402b elektrisch kontaktiert, wird sie in wirkungsvoller Weise als n-Elektrode verwendet. So wird die blaue LED 400 des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung erhalten.According to Fig. 4 (e), a conductive layer 411 is then applied immediately so that the lower side walls 400 b and the bottom surface 400 c of the blue LED 400 is covered to form an n-electrode. The upper side and the upper side walls 400 a of the blue LED 400 and the exposed surface 402 a of the n-layer 402 are protected against contact by the conductive layer 411 by the elastic band 410 . Any metal capable of forming an n-type ohmic contact with the n-layer 402 , for example Au, Al, Ti, Cr or an alloy thereof, can be used as the material for the conductive layer 411 , Then the elastic band 410 is removed to expose the top and the upper side walls 400 a of the blue LED 400 and the exposed surface 402 a of the n-layer 402 after the production of the conductive layer 411 . Since the conductive layer 411 electrically contacts the n-layer 402 on its side walls 402 b, it is effectively used as an n-electrode. The blue LED 400 of the first exemplary embodiment of the invention is thus obtained.
Fig. 5 ist eine Draufsicht der in Fig. 4(e) dargestellten blauen LED 400 des ersten Ausführungsbeispiels. Wie es erkennbar ist, sind sowohl die Struktur als auch die Anordnung der p-Elektrode 406 und der leitenden Schicht 411, die als n-Elektrode dient, symmetrisch. Im Ergebnis fließt der elektrische Strom von der p-Elektrode 409 in der blauen LED 400 von oben nach unten zur leitenden Schicht 411, und er breitet sich in der radialen Richtung gleichmäßig nach außen aus, wie es durch Pfeile in Fig. 5 dargestellt ist. Daher kann die blaue LED 400 dieses Ausführungsbeispiels auf sehr wirkungsvolle Weise eine gleichmäßige Stromverteilcharakteristik erzielen. Daher existieren in ihr keine Punkte hoher Stromdichte, was die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer dieser blauen LED 400 stark erhöht. Es sei darauf hingewiesen, dass für die Formen der p-Elektrode 409 und der leitenden Schicht 411 keine Beschränkung auf die in Fig. 5 dargestellten speziellen Formen besteht, sondern dass sie mit beliebigen Formen vorliegen können. FIG. 5 is a plan view of the blue LED 400 of the first embodiment shown in FIG. 4 (e). As can be seen, both the structure and the arrangement of the p-electrode 406 and the conductive layer 411 , which serves as the n-electrode, are symmetrical. As a result, the electric current flows from the p-electrode 409 in the blue LED 400 from top to bottom to the conductive layer 411 and spreads outward in the radial direction as shown by arrows in FIG. 5. Therefore, the blue LED 400 of this embodiment can very effectively achieve a uniform power distribution characteristic. Therefore, there are no points of high current density in it, which greatly increases the reliability and the service life of this blue LED 400 . It should be noted that the shapes of the p-electrode 409 and the conductive layer 411 are not limited to the special shapes shown in FIG. 5, but that they can be of any shape.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Art zum Aufbonden der blauen LED 400 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf einen becherförmigen Leiterrahmen 107 und einen gesonderten Leiterrahmen 110. Da die leitende Schicht 411 elektrisch mit der n-Schicht 402 verbunden ist und sie die Unterseite 400c der blauen LED 400 bedeckt, wird diese n-Schicht 402 über die leitende Schicht 411 elektrisch mit der Oberfläche des becherförmigen Leiterrahmens 107 verbunden, wenn die blaue LED 400 auf diesen montiert wird. Anders gesagt, ist es nicht erforderlich, die n- Schicht 402 unter Verwendung irgendwelcher Bonddrähte mit dem becherförmigen Leiterrahmen 107 zu verbinden. Im Ergebnis benötigt nur die elektrische Verbindung zwischen der p-Elektrode 409 und dem gesonderten Leiterrahmen 110 einen Bonddraht 109. Demgemäß kann die blaue LED 400 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem einzelnen Drahtbondschritt hergestellt werden, so dass der Herstellprozess vereinfacht ist und die Herstellkosten gesenkt sind. FIG. 6 is a sectional view illustrating a way of bonding the blue LED 400 according to the first embodiment of the invention to a cup-shaped lead frame 107 and a separate lead frame 110 . Since the conductive layer 411 is electrically connected to the n-layer 402 and it covers the underside 400 c of the blue LED 400 , this n-layer 402 is electrically connected via the conductive layer 411 to the surface of the cup-shaped lead frame 107 when the blue LED 400 is mounted on this. In other words, it is not necessary to connect the n-layer 402 to the cup-shaped lead frame 107 using any bonding wires. As a result, only the electrical connection between the p-electrode 409 and the separate lead frame 110 requires a bonding wire 109 . Accordingly, the blue LED 400 according to this embodiment can be manufactured with a single wire bonding step, so that the manufacturing process is simplified and the manufacturing costs are reduced.
Ferner sorgt die die unteren Seitenwände 400b und die Unterseite 400c der blauen LED 400 bedeckende leitende Schicht 411 nicht nur für einen ESD-Schutzpfad, sondern sie wirkt auch als spiegelförmiger Reflektor, der das von der aktiven Schicht 404 emittierte Licht reflektiert, um dadurch den Lichtemissions-Wirkungsgrad der blauen LED 400 zu erhöhen.Furthermore, the conductive layer 411 covering the lower side walls 400 b and the underside 400 c of the blue LED 400 not only provides an ESD protection path, but also acts as a mirror-shaped reflector which reflects the light emitted by the active layer 404 , thereby to increase the light emission efficiency of the blue LED 400 .
In den Fig. 7(a) bis 7(c), die zum Veranschaulichen der Herstellung einer blauen LED 700 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dienen, sind ähnliche Elemente wie bei der in den Fig. 4(a) bis 4(e) dargestellten blauen LED 400 mit ähnlichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Der Einfachheit halber werden nachfolgend nur Unterschiede zwischen dem zweiten und ersten Ausführungsbeispiel erläutert.In Figs. 7 (a) to 7 (c), which serve to illustrate the preparation of a blue LED 700 according to the second embodiment of the invention, similar elements are numbered as in Figs. 4 (a) to 4 (e) shown blue LED 400 marked with similar reference numerals. For the sake of simplicity, only differences between the second and first exemplary embodiments are explained below.
Gemäß Fig. 7(a) wird nach der Herstellung der in Fig. 4(b) dargestellten Halbleiterstruktur auf der freigelegten Fläche 402a der n-Schicht 402 eine n-Elektrode 708 ohne elektrische Verbindung mit den oberen Seitenwänden 400a hergestellt, während die p-Elektrode 409 ohne elektrische Verbindung mit der n-Elektrode 708 auf der Oberfläche der p-Schicht 406 hergestellt wird. Die n- und die p- Elektrode 708 und 409 können aus beliebigen Metallen hergestellt werden, die dazu in der Lage sind, mit dem n- bzw. p-Verbindungshalbleitermaterial auf GaN-Basis einen Ohmschen Kontakt vom n- bzw. p- Typ herzustellen. Zum Beispiel wird sowohl die n- als auch die p-Elektrode 708 und 409 bei diesem Ausführungsbeispiel aus Ni, Ti, Al, Au oder einer Legierung hiervon hergestellt.According to FIG. 7 (a), after the semiconductor structure shown in FIG. 4 (b) has been produced, an n-electrode 708 without an electrical connection to the upper side walls 400 a is produced on the exposed surface 402 a of the n-layer 402 , while the p-electrode 409 is produced without electrical connection to the n-electrode 708 on the surface of the p-layer 406 . The n and p electrodes 708 and 409 can be made of any metal capable of making n and p type ohmic contact with the n and p compound GaN based semiconductor material, respectively , For example, both the n and p electrodes 708 and 409 in this embodiment are made of Ni, Ti, Al, Au, or an alloy thereof.
Gemäß Fig. 7(b) wird anschließend ein elastisches Band 410 aus PVC auf der blauen LED 700 so angebracht, dass es die Oberseite derselben bedeckt. Im Ergebnis liegen nur die n-Elektrode 708 und die unteren Seitenwände 400b und die Unterseite 400c der blauen LED 700 frei.According to Fig. 7 (b) is then attached an elastic band 410 made of PVC on the blue LED 700 so that the top thereof covered. As a result, only the n-electrode 708 and the lower side walls 400 b and the underside 400 c of the blue LED 700 are exposed.
Gemäß Fig. 7(c) wird anschließend eine leitende Schicht 411 so aufgetragen, dass sie unmittelbar die n-Elektrode 708, die unteren Seitenwände 400b und die Unterseite 400c der blauen LED 700 bedeckt. Dabei ist die Oberseite der blauen LED 700 durch das elastische Band 410 gegen Kontakt durch die leitende Schicht 411 geschützt. Das Material für die leitende Schicht 411 kann z. B. Au, Al, Ti, Cr oder eine Legierung hiervon sein. Das elastische Band 410 wird anschließend entfernt, um nach der Herstellung der leitenden Schicht 411 die Oberseite der blauen LED 700 freizulegen. So wird die blaue LED 700 des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung fertiggestellt.According to Fig. 7 (c), a conductive layer 411 is applied so then that they directly the n-electrode 708, the lower side walls 400 b and the bottom surface 400 c of the blue LED 700 is covered. The upper side of the blue LED 700 is protected by the elastic band 410 against contact by the conductive layer 411 . The material for the conductive layer 411 can e.g. B. Au, Al, Ti, Cr or an alloy thereof. The elastic band 410 is then removed to expose the top of the blue LED 700 after the formation of the conductive layer 411 . Thus, the blue LED 700 of the second embodiment of the invention is completed.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Art zum Aufbonden dieser blauen LED 700 auf einen becherförmigen Leiterrahmen 107 und einen gesonderten Leiterrahmen 110. Da die leitende Schicht 411 elektrisch mit der n-Elektrode 708 verbunden ist und sie die Unterseite 400c der blauen LED 700 bedeckt, wird die n- Elektrode 708 über die leitende Schicht 411 mit der Oberseite des becherförmigen Leiterrahmens 107 elektrisch verbunden, wenn die blaue LED 700 auf diesem montiert wird. Anders gesagt, ist es nicht erforderlich, zum elektrischen Verbinden der n-Elektrode 708 mit dem becherförmigen Leiterrahmen 107 irgendwelche Bonddrähte zu verwenden. Im Ergebnis benötigt nur die elektrische Verbindung zwischen der p-Elektrode 409 und dem gesonderten Leiterrahmen 110 die Verwendung eines Bonddrahts 109. Demgemäß benötigt die blaue LED dieses zweiten Ausführungsbeispiels nur einen einzelnen Drahtbondschritt, was die Kompliziertheit des Herstellprozesses verringert und die Herstellkosten senkt. Fig. 8 is a sectional view for illustrating a manner of Aufbonden this blue LED 700 on a cup-shaped lead frame 107 and a separate lead-frame 110. Since the conductive layer 411 is electrically connected to the n-electrode 708 and it covers the underside 400 c of the blue LED 700 , the n-electrode 708 is electrically connected via the conductive layer 411 to the top of the cup-shaped lead frame 107 when the blue one LED 700 is mounted on this. In other words, it is not necessary to use any bonding wires to electrically connect the n-electrode 708 to the cup-shaped lead frame 107 . As a result, only the electrical connection between the p-electrode 409 and the separate lead frame 110 requires the use of a bonding wire 109 . Accordingly, the blue LED of this second embodiment requires only a single wire bonding step, which reduces the complexity of the manufacturing process and lowers the manufacturing cost.
In der Schnittansicht der Fig. 9 einer blauen LED 900 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind deren Elemente, die solchen der in den Fig. 7(a) bis 7(c) dargestellten blauen LED 700 ähnlich sind, mit ähnlichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Der Einfachheit halber wird nachfolgend nur der Unterschied des dritten Ausführungsbeispiels gegenüber dem zweiten erläutert.In the sectional view of FIG. 9 of a blue LED 900 according to a third exemplary embodiment of the invention, the elements thereof which are similar to those of the blue LED 700 shown in FIGS . 7 (a) to 7 (c) are identified with similar reference numbers. For the sake of simplicity, only the difference between the third exemplary embodiment and the second is explained below.
Während der Herstellung dieser blauen LED 900 sind fast alle Herstellschritte dieselben wie die für die in den Fig. 7(a) bis 7(c) dargestellten blauen LED 700, mit Ausnahme dessen, dass eine Haftschicht 901 aufgetragen wird, die die n-Elektrode 708, die unteren Seitenwände 400b und die Unterseite 400c der Struktur der LED 900 bedeckt und auf die die leitende Schicht 411 aufgetragen wird. Die Haftschicht 901 wird dazu verwendet, die Hafteigenschaften zwischen den Seitenwänden und der Unterseite des isolierenden Substrats 401 und der leitenden Schicht 411 zu verbessern. Das Material der Haftschicht 901 kann Ti, Ni, Al, Cr, Pd oder ein beliebiges anderes Metall sein, das die Hafteigenschaften zwischen den Seitenwänden und der Unterseite des isolierenden Substrats 401 und der leitenden Schicht 411 verbessern kann.During the manufacture of this blue LED 900 , almost all of the fabrication steps are the same as those for the blue LED 700 shown in Figs. 7 (a) to 7 (c), except that an adhesive layer 901 is applied which is the n-electrode 708 , the lower side walls 400 b and the underside 400 c of the structure of the LED 900 covered and on which the conductive layer 411 is applied. The adhesive layer 901 is used to improve the adhesive properties between the side walls and the bottom of the insulating substrate 401 and the conductive layer 411 . The material of the adhesive layer 901 can be Ti, Ni, Al, Cr, Pd or any other metal that can improve the adhesive properties between the side walls and the underside of the insulating substrate 401 and the conductive layer 411 .
In der Schnittansicht der Fig. 10 einer blauen LED 1000 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind deren Elemente, die solchen der in den Fig. 7(a) bis 7(c) dargestellten blauen LED 700 ähnlich sind, mit ähnlichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Der Einfachheit halber wird nachfolgend nur der Unterschied des dritten Ausführungsbeispiels gegenüber dem zweiten erläutert.In the sectional view of FIG. 10 of a blue LED 1000 according to a third exemplary embodiment of the invention, the elements thereof which are similar to those of the blue LED 700 shown in FIGS . 7 (a) to 7 (c) are identified with similar reference numbers. For the sake of simplicity, only the difference between the third exemplary embodiment and the second is explained below.
Wie beim zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, wird das in der aktiven Schicht 404 erzeugte Licht bei der blauen LED 700 durch deren Oberseite, d. h. die p-Schicht 406, emittiert. Das vierte Ausführungsbeispiel betrifft jedoch eine blaue LED 1000, die das in ihrer aktiven Schicht 404 emittierte Licht durch die Unterseite, d. h. das isolierende Substrat 401, emittiert. As described in the second exemplary embodiment, the light generated in the active layer 404 is emitted by the blue LED 700 through its upper side, ie the p-layer 406 . However, the fourth exemplary embodiment relates to a blue LED 1000 , which emits the light emitted in its active layer 404 through the underside, ie the insulating substrate 401 .
Um eine solche blaue LED 1000 zu erhalten, wird die leitende Schicht 1001 als lichtdurchlässige Schicht hergestellt, die das in der aktiven Schicht 404 erzeugte Licht durchlässt. Als lichtdurchlässige leitende Schicht 1001 kann eine Indiumzinnoxid(ITO)-Schicht, eine Cadmiumzinnoxid(CTO)-Schicht, eine Zinkoxid(ZnO)-Schicht oder eine dünne Metallschicht mit einer Dicke im Bereich von 0,001 bis 1 µm aus Au, Ni, Pt, Al, Sn, In, Cr, Ti oder einer Legierung hiervon verwendet werden.In order to obtain such a blue LED 1000 , the conductive layer 1001 is produced as a light-transmitting layer which transmits the light generated in the active layer 404 . An indium tin oxide (ITO) layer, a cadmium tin oxide (CTO) layer, a zinc oxide (ZnO) layer or a thin metal layer with a thickness in the range of 0.001 to 1 μm made of Au, Ni, Pt, can be used as the light-transmitting conductive layer 1001 . Al, Sn, In, Cr, Ti or an alloy thereof can be used.
Ferner wird die p-Elektrode 1002 so hergestellt, dass sie im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der p-Schicht 406 bedeckt. Beim vierten Ausführungsbeispiel wird die p- Elektrode 1002 als spiegelförmiger Reflektor verwendet, um das in der aktiven Schicht 404 erzeugte Licht zu reflektieren, wodurch der Lichtemissions-Wirkungsgrad der blauen LED 1000 erhöht wird.Furthermore, p-electrode 1002 is made to cover substantially the entire surface of p-layer 406 . In the fourth embodiment, the p-electrode 1002 is used as a mirror-shaped reflector to reflect the light generated in the active layer 404 , thereby increasing the light emission efficiency of the blue LED 1000 .
Wenn diese blaue LED 1000 des vierten Ausführungsbeispiels auf dem becherförmigen Leiterrahmen 107 montiert wird, wird sie mit der Oberseite nach unten gedreht, um die p-Elektrode 1002 mit der Oberfläche des becherförmigen Leiterrahmens 107 zu verbinden, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Als Nächstes wird die lichtdurchlässige leitende Schicht 1001 mittels eines Bonddrahts 109 elektrisch mit dem gesonderten Leiterrahmen 106 verbunden. Um die Bondfestigkeit zwischen der lichtdurchlässigen leitenden Schicht 1001 und dem Bonddraht 109 zu verbessern, wird vorzugsweise ein Bondkontaktfleck 1003 verwendet. When this blue LED 1000 of the fourth embodiment is mounted on the cup-shaped lead frame 107 , it is turned upside down to connect the p-electrode 1002 to the surface of the cup-shaped lead frame 107 as shown in FIG. 10. Next, the translucent conductive layer 1001 is electrically connected to the separate lead frame 106 by means of a bonding wire 109 . In order to improve the bond strength between the light-transmitting conductive layer 1001 and the bond wire 109 , a bond pad 1003 is preferably used.
Ähnlich wie beim zweiten Ausführungsbeispiel ist bei der blauen LED 1000 des vierten Ausführungsbeispiels trotz der anderen Montageausrichtung nur ein einzelner Bonddraht 109 erforderlich. Demgemäß ist auch bei der blauen LED 1000 nur ein Bondschritt für einen einzelnen Draht erforderlich, was die Kompliziertheit des Prozesses vereinfacht und die Herstellkosten senkt. Ferner sorgt die lichtdurchlässige leitende Schicht 1001, die die Seitenwände und die Unterseite des isolierenden Substrats 401 der blauen LED 1000 bedeckt, für einen ESD-Schutzpfad.Similar to the second exemplary embodiment, in the blue LED 1000 of the fourth exemplary embodiment, only a single bond wire 109 is required in spite of the different mounting orientation. Accordingly, even with the blue LED 1000, only one bonding step is required for a single wire, which simplifies the complexity of the process and lowers the manufacturing costs. Furthermore, the translucent conductive layer 1001 , which covers the side walls and the underside of the insulating substrate 401 of the blue LED 1000 , provides an ESD protection path.
Claims (21)
einem isolierenden Substrat (401);
einer ersten Halbleiterschicht (402) auf GaN-Basis, die auf der Oberseite des isolierenden Substrats ausgebildet ist und deren Oberfläche im zentralen Abschnitt höher als die Oberfläche ihres Randabschnitts ist;
einer aktiven Schicht (404), die auf der Oberfläche im zentralen Abschnitt der ersten Halbleiterschicht auf GaN-Basis vorhanden ist, um Licht zu erzeugen;
einer zweiten Halbleiterschicht (406) aus GaN-Basis, die auf der aktiven Schicht vorhanden ist;
einer auf dieser zweiten Halbleiterschicht auf GaN- Basis vorhandenen ersten Elektrode (409) und
einer leitenden Schicht (411), die die Seitenwände und die Unterseite des isolierenden Substrats bedeckt und in elektrischem Kontakt mit den Seitenwänden der ersten Halbleiterschicht auf GaN-Basis steht.1. Translucent compound semiconductor component with:
an insulating substrate ( 401 );
a first GaN-based semiconductor layer ( 402 ) formed on the top of the insulating substrate and the surface of which in the central portion is higher than the surface of its peripheral portion;
an active layer ( 404 ) provided on the surface in the central portion of the first GaN-based semiconductor layer to generate light;
a second GaN-based semiconductor layer ( 406 ) provided on the active layer;
a first electrode ( 409 ) and present on this second GaN-based semiconductor layer
a conductive layer ( 411 ) covering the side walls and the bottom of the insulating substrate and in electrical contact with the side walls of the first GaN-based semiconductor layer.
eine zweite Elektrode (708), die auf der Oberfläche des Randabschnitts der ersten Halbleiterschicht (402) auf GaN-Basis hergestellt ist, ohne mit der aktiven Schicht (404), der zweiten Halbleiterschicht (406) auf GaN-Basis und der ersten Elektrode (409) elektrisch verbunden zu sein;
wobei die leitende Schicht (411) elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist. 2. Hauteil according to claim 1, characterized by:
a second electrode ( 708 ) made on the surface of the edge portion of the first GaN-based semiconductor layer ( 402 ) without the active layer ( 404 ), the second GaN-based semiconductor layer ( 406 ) and the first electrode ( 409 ) to be electrically connected;
wherein the conductive layer ( 411 ) is electrically connected to the second electrode.
eine erste Eingrenzungsschicht (403) aus einem Halbleitermaterial auf GaN-Basis von erstem Leitungstyp, die zwischen der ersten Halbleiterschicht (402) auf GaN- Basis und der aktiven Schicht (404) vorhanden ist; und
eine zweite Eingrenzungsschicht (405) aus einem Halbleitermaterial auf GaN-Basis von zweitem Leitungstyp, die zwischen der aktiven Schicht und der zweiten Halbleiterschicht (406) auf GaN-Basis vorhanden ist.5. Component according to claim 3, characterized by:
a first confinement layer ( 403 ) made of a first conductivity type GaN-based semiconductor material which is present between the first GaN-based semiconductor layer ( 402 ) and the active layer ( 404 ); and
a second confinement layer ( 405 ) made of a second conductivity type GaN-based semiconductor material, which is present between the active layer and the second GaN-based semiconductor layer ( 406 ).
- - Herstellen eines isolierenden Substrats (401);
- - Herstellen einer ersten Halbleiterschicht (402) auf GaN-Basis auf diesem isolierenden Substrat;
- - Herstellen einer aktiven Schicht (404) oberhalb dieser ersten Halbleiterschicht auf GaN-Basis, um Licht zu erzeugen;
- - Herstellen einer zweiten Halbleiterschicht (406) auf GaN-Basis oberhalb der aktiven Schicht;
- - Ätzen der Randabschnitte der zweiten Halbleiterschicht auf GaN-Basis, der aktiven Schicht und der ersten Halbleiterschicht auf GaN-Basis in solcher Weise, dass die freigelegte Oberfläche im Randabschnitt der ersten Halbleiterschicht auf GaN-Basis niedriger als die Oberfläche des zentralen Abschnitts dieser Schicht ist;
- - Herstellen einer ersten Elektrode (409) auf der zweiten Halbleiterschicht auf GaN-Basis und
- - Auftragen einer leitenden Schicht (411) in solcher Weise, dass sie die Seitenwände und die Unterseite des isolierenden Substrats bedeckt und elektrisch mit den Seitenwänden der ersten Halbleiterschicht auf GaN-Basis verbunden ist.
- - producing an insulating substrate ( 401 );
- - producing a first semiconductor layer ( 402 ) based on GaN on this insulating substrate;
- - forming an active layer ( 404 ) above this first GaN-based semiconductor layer to generate light;
- - producing a second semiconductor layer ( 406 ) based on GaN above the active layer;
- Etching the edge portions of the second GaN-based semiconductor layer, the active layer and the first GaN-based semiconductor layer in such a way that the exposed surface in the edge portion of the first GaN-based semiconductor layer is lower than the surface of the central portion of this layer ;
- - Manufacturing a first electrode ( 409 ) on the second semiconductor layer based on GaN and
- - Applying a conductive layer ( 411 ) such that it covers the side walls and the underside of the insulating substrate and is electrically connected to the side walls of the first GaN-based semiconductor layer.
- - Herstellen einer zweiten Eingrenzungsschicht (405) von zweitem Leitungstyp auf der aktiven Schicht (404) und
- - Ätzen der Randabschnitte der ersten Eingrenzungsschicht und der zweiten Eingrenzungsschicht.
- Forming a second confinement layer ( 405 ) of the second conductivity type on the active layer ( 404 ) and
- Etching the edge portions of the first confinement layer and the second confinement layer.
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