專利名稱：基于氮化物的半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于氮化物的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)及其制造方法。在基于氮化物的半導(dǎo)體LED中，將優(yōu)先發(fā)光的p電極焊盤周圍的面積擴(kuò)大，以提高光提取效率，并且防止局部電流擁擠(local current crowding)，以減小驅(qū)動(dòng)電壓。
背景技術(shù)：
由于諸如GaN的III-V族氮化物半導(dǎo)體具有良好的物理及化學(xué)特性，所以它們被認(rèn)為是發(fā)光裝置(例如，發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD))的基本材料。由III-V族氮化物半導(dǎo)體形成的LED或LD被廣泛地用在發(fā)光裝置中，用于獲取藍(lán)光或綠光。發(fā)光裝置應(yīng)用于多種產(chǎn)品的光源，例如，家用電器、電子顯示板、以及照明裝置。通常，III-V族氮化物半導(dǎo)體由基于氮化鎵(GaN)的材料組成，該材料具有InXAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的分子式。
下面，將參照?qǐng)D1和圖2詳細(xì)描述傳統(tǒng)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED。
圖1是示出傳統(tǒng)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的截面圖，以及圖2是示出傳統(tǒng)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的平面圖。
如圖1所示，基于氮化物的半導(dǎo)體LED 100包括用于生長(zhǎng)基于氮化物半導(dǎo)體材料的藍(lán)寶石基板101、n型氮化物半導(dǎo)體層102、有源層103、以及p型氮化物半導(dǎo)體層104，它們順序地形成在藍(lán)寶石基板101上。通過臺(tái)面蝕刻工藝將p型氮化物半導(dǎo)體層104和有源層103的一部分去除，使得部分地露出n型氮化物半導(dǎo)體層102。
在未被臺(tái)面蝕刻工藝蝕刻的p型氮化物半導(dǎo)體層104上形成p電極焊盤106。在n型氮化物半導(dǎo)體層102上形成n電極焊盤107。
由于p型氮化物半導(dǎo)體層104具有大于n型氮化物半導(dǎo)體層102的特定電阻率，所以p型氮化物半導(dǎo)體層104和n型氮化物半導(dǎo)體層102之間的電阻差減弱了電流擴(kuò)散效應(yīng)。同樣地，當(dāng)電流擴(kuò)散效應(yīng)減弱時(shí)，光提取效率也隨之降低，從而氮化物半導(dǎo)體LED 100的亮度減小。由此，為了提高相關(guān)技術(shù)中的電流擴(kuò)散效應(yīng)，在p型氮化物半導(dǎo)體層104上形成透明電極105，以增大通過p電極焊盤106注入的電流的注入面積。
在上述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED 100中，在p型氮化物半導(dǎo)體層104上還設(shè)置有透明電極105，以獲得增強(qiáng)的電流擴(kuò)散效應(yīng)。然而，當(dāng)透明電極105和n型氮化物半導(dǎo)體層102之間的表面電阻差很大時(shí)，電流擴(kuò)散效應(yīng)依然很弱。例如，當(dāng)將常用的ITO(氧化銦錫)用作透明電極105時(shí)，由于ITO的高表面電阻，在p電極焊盤的附近(參看參考標(biāo)號(hào)‘A1’)產(chǎn)生局部電流擁擠。
在基于氮化物的半導(dǎo)體LED 100中，p電極焊盤106盡可能地接近p型氮化物半導(dǎo)體層104的外緣線而形成，該外緣線為臺(tái)面線。此外，p電極焊盤106和n電極焊盤107彼此以最大距離隔開，以確保其間的最大發(fā)光面積。隨后，期望增強(qiáng)光學(xué)輸出。然而，在這種情況下，p電極焊盤106附近(A1)的局部電流擁擠增加，從而使二極管的可靠性降低。
P電極焊盤106的附近(A1)為優(yōu)先發(fā)光的區(qū)域(下面，稱為‘優(yōu)先發(fā)光區(qū)’)。當(dāng)p電極焊盤106接近臺(tái)面線而形成時(shí)，確保作為發(fā)光密度(luminous density)較高的優(yōu)先發(fā)光區(qū)的p電極焊盤106附近(A1)的面積受到了限制。這種限制使得難以提高整個(gè)芯片的光提取效率。同時(shí)，圖1的虛線表示電流路徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于提供了一種基于氮化物的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)及其制造方法。在基于氮化物的半導(dǎo)體LED中，將p電極焊盤周圍的面積擴(kuò)大，以提高光提取效率，并且防止局部電流擁擠，以減小驅(qū)動(dòng)電壓，從而提高二極管的可靠性。
本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在隨后的說明中部分地闡述，并且部分地從該說明中將顯而易見、或者通過總的發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施而被理解。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，基于氮化物的半導(dǎo)體LED包括基板；n型氮化物半導(dǎo)體層，形成在基板上；有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層，順序地形成在n型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域上；透明電極，形成在p型氮化物半導(dǎo)體層上；p電極焊盤，形成在透明電極上，該p電極焊盤與p型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線隔開50至200μm；以及n電極焊盤，形成在n型氮化物半導(dǎo)體層上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，基板的平面形狀為矩形。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，矩形的寬度與長(zhǎng)度比為1∶1.5。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，基于氮化物的半導(dǎo)體LED的制造方法包括步驟在基板上順序地形成n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、以及p型氮化物半導(dǎo)體層；臺(tái)面蝕刻p型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、以及n型氮化物半導(dǎo)體層的一部分，以部分地露出n型氮化物半導(dǎo)體層；在p型氮化物半導(dǎo)體層上形成透明電極；在透明電極上形成p電極焊盤，該p電極焊盤與p型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線隔開50至200μm；以及在n型氮化物半導(dǎo)體層上形成n電極焊盤。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，基板的平面形狀為矩形。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，矩形的寬度與高度比為1∶1.5。


本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的這些和/或其它方面及優(yōu)點(diǎn)將通過以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述而變得顯而易見，并更易于理解，其中圖1是示出傳統(tǒng)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的截面圖；圖2是示出傳統(tǒng)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的平面圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的截面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的平面圖；
圖5A至圖5D是用于解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的制造方法的截面圖；圖6是示出根據(jù)p電極焊盤的間距的Po(光強(qiáng)度)變化的曲線圖；圖7是示出根據(jù)p電極焊盤的間距的驅(qū)動(dòng)電壓變化的曲線圖；以及圖8是示出p電極焊盤與臺(tái)面線隔開55μm的狀態(tài)的照片。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將詳細(xì)地參照本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出，其中，相同的參考標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。以下，通過參照附圖描述實(shí)施例解釋本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思。
以下，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
基于氮化物的半導(dǎo)體LED的結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D3和圖4，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED。
圖3是示出基于氮化物的半導(dǎo)體LED的截面圖，以及圖4是示出基于氮化物的半導(dǎo)體LED的平面圖。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED200包括用于生長(zhǎng)基于氮化物的半導(dǎo)體材料的藍(lán)寶石基板201、緩沖層(未示出)、n型氮化物半導(dǎo)體層202、有源層203、以及p型氮化物半導(dǎo)體層204，它們都順序地形成在藍(lán)寶石基板201上。通過臺(tái)面蝕刻工藝將p型氮化物半導(dǎo)體層204和有源層203的一部分去除，使得部分地露出n型氮化物半導(dǎo)體層202的上表面。
緩沖層生長(zhǎng)在藍(lán)寶石基板201上，以增強(qiáng)藍(lán)寶石基板210和n型氮化物半導(dǎo)體層202之間的點(diǎn)陣匹配(lattice matching)。緩沖層可由AlN/GaN等形成。
n型和p型氮化物半導(dǎo)體層202和204以及有源層203可由半導(dǎo)體材料形成，該材料具有InXAlYGa1-X-YN(這里，0≤X，0≤Y，且X+Y≤1)的組成式。更具體地，n型氮化物半導(dǎo)體層202可由摻雜有n型導(dǎo)電雜質(zhì)的GaN或GaN/AlGaN層形成。例如，n型導(dǎo)電雜質(zhì)可為Si、Ge、Sn等，其中，優(yōu)選使用Si。此外，p型氮化物半導(dǎo)體層204可由摻雜有p型導(dǎo)電雜質(zhì)的GaN或GaN/AlGaN層形成。例如，p型導(dǎo)電雜質(zhì)可為Mg、Zn、Be等，其中，優(yōu)選使用Mg。有源層203可由具有多量子勢(shì)阱(multi-quantum well)結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN層形成。
在未被臺(tái)面蝕刻工藝去除的p型氮化物半導(dǎo)體層204上，由ITO材料形成透明電極205。在透明電極205上形成p型電極焊盤206，以與作為臺(tái)面線的p型氮化物半導(dǎo)體層204的外緣線隔開預(yù)定距離。在通過臺(tái)面蝕刻工藝露出的n型氮化物半導(dǎo)體層202上形成n型電極焊盤207。此時(shí)，考慮到通常的基于氮化物的半導(dǎo)體LED芯片的尺寸，優(yōu)選地形成p型電極焊盤206，以與p型氮化物半導(dǎo)體層204的外緣線隔開50至200μm。
如圖4所示，基板201的平面形狀形成為矩形。在這種情況下，優(yōu)選地，矩形的寬度與長(zhǎng)度比為1∶1.5。
其間，如上所述，當(dāng)將常用的ITO作為透明電極205時(shí)，由于ITO的高表面電阻，在p型電極焊盤206的附近可產(chǎn)生局部電流擁擠。然而，在本實(shí)施例中，p型電極焊盤206與臺(tái)面線隔開預(yù)定距離，這可減小局部電流擁擠。由此，可以提高二極管的可靠性(例如，可以減小驅(qū)動(dòng)電壓)，并且擴(kuò)大作為優(yōu)先發(fā)光區(qū)(參看圖3的參考標(biāo)號(hào)‘A2’)的p電極焊盤206周圍的面積。因此，可以提高芯片的總體發(fā)光效率。同時(shí)，圖3的虛線表示電流路徑。
基于氮化物的半導(dǎo)體LED的制造方法下面，將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的制造方法。
圖5A至圖5D是示出基于氮化物的半導(dǎo)體LED的制造方法的截面圖。
首先，如圖5A所示，在用于生長(zhǎng)基于氮化物的半導(dǎo)體材料的藍(lán)寶石基板201上順序地形成緩沖層(未示出)、n型氮化物半導(dǎo)體層202、有源層203、以及p型氮化物半導(dǎo)體層204。可以省略緩沖層，并且n型氮化物半導(dǎo)體層202、有源層203、以及p型氮化物半導(dǎo)體層204可由半導(dǎo)體材料形成，該材料具有InXAlYGa1-X-YN(這里，0≤X，0≤Y，且X+Y≤1)的組成式。通常，它們可通過諸如金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)的工藝形成。
接下來，如圖5B所示，臺(tái)面蝕刻部分p型氮化物半導(dǎo)體層204、部分有源層203、以及部分n型氮化物半導(dǎo)體層202，以部分地露出n型氮化物半導(dǎo)體層202。
如圖5C所示，在p型氮化物半導(dǎo)體層204上形成透明電極205。通常，由ITO形成透明電極205。
如圖5D所示，在透明電極205上形成p電極焊盤206，其與p型氮化物半導(dǎo)體層204的外緣線隔開預(yù)定距離，以及在n型氮化物半導(dǎo)體層202上形成n電極焊盤207。P電極焊盤206和n電極焊盤207可由諸如Au或Au/Cr的金屬形成。
如上所述，由于用作透明電極205的ITO的高表面電阻，在p電極焊盤206的附近產(chǎn)生電流擁擠。然而，在本實(shí)施例中，p電極焊盤206與臺(tái)面線隔開預(yù)定距離，使得可減弱局部電流擁擠。因此，可以減小驅(qū)動(dòng)電壓，并且可擴(kuò)大作為優(yōu)先發(fā)光區(qū)(參看圖5的參考標(biāo)號(hào)‘A2’)的p電極焊盤206周圍的面積，使得可以提高芯片的總體發(fā)光效率。
圖6是示出根據(jù)p電極焊盤間距(separation distance)的Po(光強(qiáng)度)變化的曲線圖，以及圖7是示出根據(jù)p電極焊盤間距的驅(qū)動(dòng)電壓變化的曲線圖。
參照?qǐng)D6，當(dāng)p電極焊盤206與臺(tái)面線隔開50至200μm，Po趨于增加。隨著p電極焊盤206與臺(tái)面線隔開200μm以上，Po降低。因此，最優(yōu)選地，p電極焊盤206與作為臺(tái)面線的p型氮化物半導(dǎo)體層204的外緣線隔開50至200μm。此外，參照?qǐng)D7，隨著p電極焊盤206與臺(tái)面線隔開預(yù)定距離，即，隨著p電極焊盤206和n電極焊盤207之間的距離減小，驅(qū)動(dòng)電壓也隨之減小。
圖8是示出當(dāng)p電極焊盤與臺(tái)面線隔開55μm時(shí)的發(fā)光狀態(tài)的照片。
當(dāng)p電極焊盤206與臺(tái)面線隔開55μm時(shí)，如圖8所示，可在整個(gè)芯片中獲取均勻的發(fā)光效應(yīng)。此外，可以擴(kuò)大作為優(yōu)先發(fā)光區(qū)的p電極焊盤206周圍的面積，使得可以進(jìn)一步提高芯片的總體發(fā)光效率。
優(yōu)選地，藍(lán)寶石基板201的平面形狀形成為矩形。這是由于，與藍(lán)寶石基板201的平面形狀形成為正方形相比，當(dāng)藍(lán)寶石基板201為矩形時(shí)，有利地確保p電極焊盤206可與臺(tái)面線隔開的距離的容限(margin)。在這種情況下，優(yōu)選地，矩形的寬度與長(zhǎng)度比為1∶1.5。這是由于，當(dāng)矩形的寬度與長(zhǎng)度比小于1.5時(shí)，與臺(tái)面線隔開的p電極焊盤206變得如此接近n電極焊盤207，可減弱電流擴(kuò)散效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的基于氮化物的半導(dǎo)體LED及其制造方法，p電極焊盤與臺(tái)面線隔開預(yù)定距離，并且將優(yōu)先發(fā)光的p電極焊盤周圍的面積擴(kuò)大，以提高芯片的光提取效率。此外，減弱了局部電流擁擠，以減小驅(qū)動(dòng)電壓，從而提高了二極管的可靠性。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的原則和精神的條件下可以在這些實(shí)施例中作出變化，本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物所限定。
權(quán)利要求
1.一種基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其包括基板；n型氮化物半導(dǎo)體層，形成在所述基板上；有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層，順序地形成在所述n型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域上；透明電極，形成在所述p型氮化物半導(dǎo)體層上；p電極焊盤，形成在所述透明電極上，所述p電極焊盤與所述p型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線隔開50μm至200μm；以及n電極焊盤，形成在所述n型氮化物半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其中，所述基板的平面形狀為矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其中，所述矩形的寬度與長(zhǎng)度比為1∶1.5。
4.一種制造基于氮化物的半導(dǎo)體LED的方法，包括以下步驟在基板上順序地形成n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、以及p型氮化物半導(dǎo)體層；臺(tái)面蝕刻所述p型氮化物半導(dǎo)體層、所述有源層、以及所述n型氮化物半導(dǎo)體層的部分，以部分地露出所述n型氮化物半導(dǎo)體層；在所述p型氮化物半導(dǎo)體層上形成透明電極；在所述透明電極上形成p電極焊盤，所述p電極焊盤與所述p型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線隔開50μm至200μm；以及在所述n型氮化物半導(dǎo)體層上形成n電極焊盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述基板的平面形狀為矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述矩形的寬度與高度比為1∶1.5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其包括基板；n型氮化物半導(dǎo)體層，形成在基板上；有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層，順序地形成在n型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域上；透明電極，形成在p型氮化物半導(dǎo)體層上；p電極焊盤，形成在透明電極上，該p電極焊盤與p型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線隔開50至200μm；以及n電極焊盤，形成在n型氮化物半導(dǎo)體層。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1945865SQ20061014002
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月7日
發(fā)明者李赫民, 金顯炅, 金東俊, 申賢秀 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社