[发明专利]发光二极管器件、其制造方法及半导体器件

说明书

优先权资料

本发明主张于2010年4月6日提出申请的美国第12/755,034号发明专利申请案的优先权，该美国专利申请案是于2010年1月12日提出申请的美国第12/686,288号发明专利申请案的接续案，上述美国专利申请案整合于本文中以作为参考。

技术领域

本发明一般关于半导体器件以及其相关方法。因此，本发明涉及电子与材料科学领域。

背景技术

在许多发达国家中，对大部分居民而言电子装置为其生活必需品。对电子装置的使用及依赖日益增加，产生了对体积小、速度快电子装置的需求。随着电子电路速度加快且尺寸减小，这些装置的散热却成为问题。

电子装置一般包含具有整体连接电子组件的印刷电路板，这些组件使电子装置具有全面的功能性。这些电子组件(诸如处理器、电晶体、电阻器、电容器、发光二极管(LED)等)在工作时会产生大量的热；随着热量积累，会引起与该等电子组件相关的各种热问题，大量的热不但会影响电子装置的可靠度，电子装置甚至更可能失效，例如，累积在电子组件内部的热及在印刷电路板的表面上的热可导致元件烧坏或引起短路而使装置失效，因此，热量的积累最终会影响电子装置的功能寿命。此问题对于具有高功率及高电流需求的电子组件以及支撑该电子组件的印刷电路板尤其严重。

现有已知技术采用诸如风扇、热沉、热电致冷晶片(Peltier)装置及液体冷却装置等各种散热装置，作为减少电子装置中热量积累的方法，因为速度加快及功率消耗增多会使热积累增加，故这些散热装置的尺寸一般必须增大，以便发挥功效，且还可能需要电力来驱动操作。举例而言，必须增加风扇尺寸及加快其速度以加大气流，且增加热沉尺寸以增大热容及表面积。然而，因应较小电子装置的需求，不仅不适合使用尺寸渐增的这些散热装置，而且可能会需要更小尺寸的散热装置。

因此，人们不断研究寻求适当散热电子装置的方法及相关装置，同时将散热装置在电子装置上的尺寸及功率的限制减到最小散热。

发明内容

因此，本发明提供具有增强的散热功效的半导体器件以及制造此类半导体器件的方法。在一方面，举例而言，本发明提供一发光二极管器件，其包含一传导性钻石层、一耦合到该钻石层的碳化硅(SiC)层、多个半导体层，其中至少一半导体层耦合到该碳化硅层、以及一耦合到该多个半导体层的至少其中之一的n型电极，其中该传导性钻石层以及n型电极被配置为使得在传导性钻石层以及n型电极两者之间形成有一实质上线性的传导路径。虽然可考虑许多个半导体层的结构，在一方面该多个半导体层可被顺序配置在传导性钻石层与n型电极之间。依据各种材料的沉积技术，该碳化硅层的晶格可以外延方式(epitaxially)耦合或是匹配到该传导性钻石层的晶格上。

可依据半导体器件所要进行的应用而使用各种半导体材料来建构该半导体器件。举例而言，在一方面该半导体材料可包含硅化锗、砷化镓、氮化镓、锗、硫化锌、磷化镓、锑化镓、磷砷化镓铟、磷化铝、砷化铝、砷化镓铝、氮化镓、氮化硼、氮化铝、砷化铟、磷化铟、锑化铟、氮化铟以及其混合物的至少其中一种。

在另一方面，该半导体材料可包含氮化镓、氮化硼、氮化铝、氮化铟以及其混合物的至少其中一种。在一特定方面，该半导体材料可包含氮化镓。在另一更特定方面，该半导体材料可包含氮化铝。

根据本发明某些方面，该传导性钻石层可根据该半导体器件所欲达成的应用而作广泛地变化。举例而言，在一方面该传导性钻石层可为一单晶或是实质上为一单晶，在另一方面，该传导性钻石层可为一传导性无支撑力钻石层(Conductive Adynamic Diamond Layer)。此外，在某些应用中，该传导性钻石层呈透明状时是有益的。

可使用各种技术来令一钻石层具有传导性。举例而言，可掺入各种杂质到该钻石层的晶格之中。这些杂质可包含硅、硼、磷、氮、锂、铝、镓等等。在一特定方面，举例而言，该钻石层可掺有硼。上述杂质亦可包含金属颗粒，这些金属颗粒以不干涉该半导体器件的方式掺入晶格之中，例如以不阻碍发光二极管发光的方式掺入。

本发明另外提供发光二极管器件的制造方法。在一方面此方法包含：在一实质上为单晶的硅晶片上以外延方式形成一实质上为单晶的碳化硅层；在该碳化硅层上以外延方式形成一实质上为单晶的钻石层；掺杂该钻石层以形成一传导性钻石层；去除该硅晶片以露出相对于该传导性钻石层的碳化硅层；在该碳化硅层上以外延方式形成多个半导体层并使得其中至少一半导体层接触该碳化硅层；以及将一n型电极耦合到其中至少一半导体层上以使得该多个半导体层功能性地位于该传导性钻石层与该n型电极之间。