專利名稱：基于氮化物的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法
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)，其能夠通過提高電流擴(kuò)散效率而以低驅(qū)動電壓來驅(qū)動。
背景技術(shù)：
通常，基于氮化物的半導(dǎo)體是具有實(shí)驗(yàn)式AlXInYGal-X-YN(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤X+Y≤1)的族III-V半導(dǎo)體晶體?；诘锏陌雽?dǎo)體被廣泛用作發(fā)出短波長光(范圍從紫外光到綠光)，尤其是藍(lán)光的LED。
基于氮化物的半導(dǎo)體LED形成在諸如藍(lán)寶石襯底或SiC襯底的絕緣襯底上，這滿足了晶體生長的晶格匹配條件。連接至p型氮化物半導(dǎo)體層和n型氮化物半導(dǎo)體層的兩個電極具有平面結(jié)構(gòu)。就是說，兩個電極幾乎水平地排列在發(fā)光結(jié)構(gòu)(emission structure)上。
具有平面結(jié)構(gòu)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED被用作光源時，必需具有高亮度。為了獲得高亮度，已制造了以高電流運(yùn)行的大型基于氮化物的半導(dǎo)體LED。
然而，基于氮化物的半導(dǎo)體LED具有兩個電極分別布置在發(fā)光結(jié)構(gòu)的頂面和底面的縱向結(jié)構(gòu)。與具有縱向結(jié)構(gòu)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED相比，具有平面結(jié)構(gòu)的大型基于氮化物的半導(dǎo)體LED在整個發(fā)光區(qū)域中具有不均勻的電流。因而，用于發(fā)光的有效區(qū)域并非那么寬，以致于發(fā)光效率很低。
另外，當(dāng)將高電流施加到具有平面結(jié)構(gòu)的大型基于氮化物的半導(dǎo)體LED時，所施加的電流被轉(zhuǎn)換成熱，以使LED的溫度升高。從而，使LED的驅(qū)動電壓和特性均退化。
以下，將參考圖1描述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有平面結(jié)構(gòu)的大型基于氮化物的半導(dǎo)體LED。
圖1是示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中的電極和有源區(qū)的布置的平面圖。
參考圖1，LED的頂面包括n型氮化物半導(dǎo)體層120、有源層、和p型氮化物半導(dǎo)體層(未示出)，將它們順序形成在襯底上。
p電極160和n電極150形成在LED的頂面。P電極160和n電極150分別連接至p型氮化物半導(dǎo)體層(在某些情況下，反射電極170)和n型氮化物半導(dǎo)體層120。
n電極150包括兩個電極焊盤155和從電極焊盤155延伸的多個分支電極150’和150”。n電極150和p電極160具有指狀結(jié)構(gòu)，以使它們彼此嚙合。這里，通過n電極150的分支電極150’和150”，來分割p電極160，以分割發(fā)光區(qū)域。
即，兩個n型電極焊盤155形成在n電極150上。當(dāng)施加高電流時，所施加的電流被分散，并且通過將p電極160和從n電極150延伸的多個分支電極150’和150”排列成手指形狀來改進(jìn)電流擴(kuò)布效率。因此，可以防止由于施加高電流而導(dǎo)致的器件故障。
在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的大型基于氮化物的半導(dǎo)體LED中，通過兩個n型電極焊盤來分散高電流，從而防止驅(qū)動電壓和特性的退化。然而，因?yàn)閮蓚€n型電極焊盤均集中在LED的一側(cè)上，所以，在改進(jìn)電流擴(kuò)布效率和降低LED的驅(qū)動電壓方面會有限制。
因此，迫切需要一項(xiàng)技術(shù)，能夠改進(jìn)電流擴(kuò)布效率并且降低在大型基于氮化物的半導(dǎo)體LED中的驅(qū)動電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供了一種氮化物半導(dǎo)體LED，其中，將三個以上的n型電極焊盤排列成均勻分布在大區(qū)域中，以使所施加的高電流有效分散。因此，可以提高電流擴(kuò)布效率以及降低驅(qū)動電壓。
本發(fā)明的總發(fā)明構(gòu)思的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在隨后的描述中闡述，并且部分地將通過描述而變得顯而易見，或者可以通過總發(fā)明構(gòu)思的實(shí)踐而了解。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，基于氮化物的半導(dǎo)體LED包括襯底；n型氮化物半導(dǎo)體層，形成在襯底上，該n型氮化物半導(dǎo)體層具有被分成呈指狀結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域和第二區(qū)域的頂面，從而使第一區(qū)域和第二區(qū)域彼此嚙合；有源層，形成在n型氮化物半導(dǎo)體層的第二區(qū)域上；p型氮化物半導(dǎo)體層，形成在有源層上；反射電極，形成在p型氮化物半導(dǎo)體層上；p電極，形成在反射電極上；n電極，形成在n型氮化物半導(dǎo)體層的第一區(qū)域上；以及多個n型電極焊盤，形成在n電極上，使至少一個n型電極焊盤鄰近n電極的不同側(cè)面排列。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第二區(qū)域相對于襯底的中心部分對稱，以便在整個大型發(fā)光表面中發(fā)出均勻光。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，形成至少三個n型電極焊盤。n型電極焊盤排列成與形成在不同表面上的n型電極焊盤交叉。n型電極焊盤具有500μm或更小的寬度，以最小化發(fā)光表面的減小。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，n型電極包括第一n型分支電極，沿著n型氮化物半導(dǎo)體層的最外側(cè)形成在第一區(qū)域上；以及第二n型分支電極，形成在第一區(qū)域上，在n型氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)具有指狀結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，多個n型電極焊盤通過n電極的n型分支電極彼此電連接。第一n型分支電極具有比第二n型分支電極寬25％的寬度，以防止阻抗由于從n型電極焊盤所施加的電流的碰撞而增加。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，第二區(qū)域具有比第一區(qū)域面積更大的面積，以最大化發(fā)光表面。


通過以下結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述，本發(fā)明的總發(fā)明構(gòu)思的這些和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，并更容易理解，附圖中圖1是示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中的電極和有源區(qū)的布置的平面圖；圖2是示出了在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中的電極和有源區(qū)的布置的平面圖；
圖3是沿圖2中線III-III’的截面圖；圖4是示出了在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中的電極和有源區(qū)的布置的平面圖；圖5是沿圖4中線V-V’的截面圖；以及圖6示出了相對于根據(jù)本發(fā)明的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中被分割的發(fā)光區(qū)域的驅(qū)動電壓變化的仿真結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的總發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出，在附圖中，相同的參考標(biāo)號表示相同的元件。為了解釋本發(fā)明的總發(fā)明構(gòu)思，以下參照附圖來描述實(shí)施例。
以下，將參考附圖詳細(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。
實(shí)施例1以下參考圖2和圖3詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有平面結(jié)構(gòu)的大型基于氮化物的半導(dǎo)體LED。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中的電極和有源區(qū)的布置的平面圖，以及圖3是沿圖2中線III-III’的截面圖。
參考圖2和圖3，緩沖層110和n型氮化物半導(dǎo)體層120順序形成在光透射襯底100上。n型氮化物半導(dǎo)體層120被分成第一區(qū)域和第二區(qū)域。第一區(qū)域和第二區(qū)域具有指狀結(jié)構(gòu)，從而彼此嚙合。
第二區(qū)域界定發(fā)光表面。因而，優(yōu)選地，使第二區(qū)域的面積大于第一區(qū)域的面積，以改進(jìn)LED的亮度特性。就是說，優(yōu)選地，使第二區(qū)域的面積占到n型氮化物半導(dǎo)體層120整個面積的50％以上。另外，優(yōu)選地，使第二區(qū)域相對于襯底100的中心部分對稱，從而在大型發(fā)光表面上發(fā)出均勻光。
襯底100是適合于生長氮化物半導(dǎo)體單晶的襯底。優(yōu)選地，襯底100由包括藍(lán)寶石的透明材料形成。另外，襯底100可以由氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、和氮化鋁(AlN)形成。
緩沖層110是用于在襯底100上形成n型氮化物半導(dǎo)體層120之前，改進(jìn)與藍(lán)寶石襯底100的晶格匹配的層。通常，緩沖層100由AlN/GaN形成。
N型氮化物半導(dǎo)體層120可以由具有實(shí)驗(yàn)式InXAlYGal-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的半導(dǎo)體材料形成。更具體地，n型氮化物半導(dǎo)體層120可以由摻雜有n型雜質(zhì)的GaN層或GaN/AlGaN層形成。n型雜質(zhì)的實(shí)例包括Si、Ge、和Sn。優(yōu)選地，Si被廣泛用作n型雜質(zhì)。
有源層130和p型氮化物半導(dǎo)體層140順序形成在n型氮化物半導(dǎo)體層120的第二區(qū)域上，從而形成發(fā)光結(jié)構(gòu)。
有源層130可以由具有多量子勢阱結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN層形成。
p型氮化物半導(dǎo)體層140可以由具有實(shí)驗(yàn)式InXAlYGal-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的半導(dǎo)體材料形成。更具體地，p型氮化物半導(dǎo)體層140可以由摻雜有p型雜質(zhì)的GaN層或GaN/AlGaN層形成。優(yōu)選地，Mg被廣泛用作p型雜質(zhì)。
n電極150形成在n型氮化物半導(dǎo)體層120的第一區(qū)域上。n電極150包括從其延伸的多個分支電極150’和150”，從而有效分散所施加的高電流。更具體地，n電極150包括在第一區(qū)域上所形成的第一n型分支電極150’，以均勻環(huán)繞n型氮化物半導(dǎo)體層120的最外側(cè)，以及在第一區(qū)域上所形成的第二n型分支電極150”，其在n型氮化物半導(dǎo)體層120內(nèi)具有指狀結(jié)構(gòu)，從而最小化局部電流集中現(xiàn)象。
多個n型電極焊盤155形成在n電極150上。至少一個或多個n型電極焊盤155鄰近n電極150的不同側(cè)面排列，以向發(fā)光表面的任何位置提供均勻電流。另外，這些n型電極焊盤155彼此交叉排列。
在這個實(shí)施例中，如圖2所示，四個n型電極焊盤155形成在不同側(cè)面，并且彼此交叉排列。這里，優(yōu)選地，n型電極焊盤155具有小于500μm的寬度，以最小化發(fā)光表面的減小。
另外，由于n型電極焊盤155都通過n電極150的第一n型分支電極150’電連接，所以可以在大型基于氮化物的半導(dǎo)體LED中更加有效地分散電流。
在這種情況下，可以改進(jìn)電流擴(kuò)布效率，但是由于從n型電極焊盤155所施加的電流(由圖2中的實(shí)線表示)在第一n型分支電極150’處碰撞，所以阻抗將會增加。
為了解決這個問題，第一n型分支電極150’形成為具有比第二n型分支電極150”的寬度寬25％的寬度。因此，可以防止當(dāng)從n型電極焊盤155所施加的電流在第一n型分支電極150’碰撞時阻抗增加。
反射電極170形成在p型氮化物半導(dǎo)體層140上。
p電極160形成在反射電極170上。在本實(shí)施例中，p電極160被n電極150的第一和第二n型分支電極150’和150”分成四個部分，并且彼此電連接。因此，電流擴(kuò)布特性能夠被有效改進(jìn)，并且可以降低驅(qū)動電壓。
此外，多個p型電極焊盤165形成在p電極160上。
實(shí)施例2以下將參考圖4和圖5詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有平面結(jié)構(gòu)的大型基于氮化物的半導(dǎo)體LED。為了簡要，將省略與本發(fā)明第一實(shí)施例相同的部分。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中電極和有源區(qū)的布置的平面圖，以及圖5是沿圖4中線V-V’的截面圖。
參考圖4和圖5，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED幾乎與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED一樣，只是p電極160被n電極150的第一和第二n型分支電極150’和150”分成了五個部分。
在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中，提供了四個n型電極焊盤。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中，提供了三個n型電極焊盤。另外，在幾乎相同的位置形成n型電極焊盤155，以最大化發(fā)光表面。這并不會明顯影響LED的特性。
與本發(fā)明的第一實(shí)施例相同，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED包括多個n型電極焊盤155和p電極160，該p電極被分成多個部分并且所有部分彼此電連接。因此，本發(fā)明的第二實(shí)施例可以獲得與本發(fā)明第一實(shí)施例相同的操作和效果。
在本實(shí)施例中，p電極160比本發(fā)明第一實(shí)施例多分割一部分。因而，如圖6所示，本發(fā)明第二實(shí)施例可以獲得比本發(fā)明第一實(shí)施例更低的驅(qū)動電壓。
圖6示出了相對于在根據(jù)本發(fā)明的基于氮化物的半導(dǎo)體LED中被分割的發(fā)光區(qū)域的驅(qū)動電壓變化的仿真結(jié)果。
在本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例中，n型電極焊盤和p型電極焊盤分別由附圖標(biāo)記155和165表示。然而，n型電極焊盤和p型電機(jī)焊盤并不是真正存在的，但是它們表示通過輔助支架(sub mount)和隆起球(bump ball)與隆起球電連接地接觸的區(qū)域。(n型電極焊盤和p型電機(jī)焊盤通過并不實(shí)際存在的輔助支架和隆起球電連接，在電連接時，隆起球表示接觸的區(qū)域)。
如上所述，p電極被n電極的分支電極分割，并且所分割的所有區(qū)域彼此電連接。因此，可以以低驅(qū)動電壓來驅(qū)動大型發(fā)光表面。
另外，多個n型電極焊盤設(shè)置在不同表面上，以使電流在整個發(fā)光表面上均勻分散。因此，在整個發(fā)光表面上實(shí)現(xiàn)了均勻發(fā)光，從而改進(jìn)了LED的亮度。
因此，可以降低驅(qū)動電壓，并且可以改進(jìn)亮度，從而改進(jìn)LED的特性和可靠性。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的總發(fā)明構(gòu)思的幾個實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在不背離總發(fā)明構(gòu)思所限定的原則和精神的前提下，可以對實(shí)施例做出更改，總發(fā)明構(gòu)思的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種基于氮化物的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)，包括襯底；n型氮化物半導(dǎo)體層，形成在所述襯底上，所述n型氮化物半導(dǎo)體層具有被分成具有指狀結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域和第二區(qū)域的頂面，從而使所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域彼此嚙合；有源層，形成在所述n型氮化物半導(dǎo)體層的所述第二區(qū)域上；p型氮化物半導(dǎo)體層，形成在所述有源層上；反射電極，形成在所述p型氮化物半導(dǎo)體層上；p電極，形成在所述反射電極上；n電極，形成在所述n型氮化物半導(dǎo)體層的所述第一區(qū)域上；以及多個n型電極焊盤，形成在所述n電極上，所述n型電極焊盤中的至少一個鄰近所述n電極的不同側(cè)面布置。
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，所述第二區(qū)域關(guān)于所述襯底的中心部分對稱。
3.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，形成至少三個n型電極焊盤。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其中，所述n型電極焊盤具有500μm或者更小的寬度。
5.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n型電極焊盤布置為與形成在另一個表面上的n型電極焊盤交叉。
6.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n型電極包括第一n型分支電極，沿著所述n型氮化物半導(dǎo)體層的最外側(cè)面形成在所述第一區(qū)域上；以及第二n型分支電極，形成在所述第一區(qū)域上，在所述n型氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)具有指狀結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其中，所述第一n型分支電極具有比所述第二n型分支電極的寬度寬25％的寬度。
8.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，所述多個n型電極焊盤通過所述n電極的所述第一n型分支電極彼此連接。
9.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，所述第二區(qū)域具有比所述第一區(qū)域的面積更大的面積。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于氮化物的半導(dǎo)體LED。在該基于氮化物的半導(dǎo)體LED中，n型氮化物半導(dǎo)體層形成在襯底上，該n型氮化物半導(dǎo)體層具有被分成具有指狀結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域和第二區(qū)域的頂面，以便第一區(qū)域和第二區(qū)域彼此嚙合。在n型氮化物半導(dǎo)體層的第二區(qū)域上形成有源層。p型氮化物半導(dǎo)體層形成在有源層上，然后在p型氮化物半導(dǎo)體層上形成反射電極。在反射電極上形成p電極，以及在n型氮化物半導(dǎo)體層的第一區(qū)域上形成n電極。在n電極上形成多個n型電極焊盤。至少一個n型電極焊盤鄰近n電極的不同側(cè)面布置。
文檔編號H01L33/00GK1953224SQ20061015053
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者高健維, 黃碩珉, 樸亨鎮(zhèn) 申請人:三星電機(jī)株式會社