CN102067334A - 半导体发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体发光器件。该半导体发光器件包括：位于第一电极与第二电极之间的多个开口，所述多个开口限定了用于抑制第一电极与第二电极之间的电流流动的第一开口区域和相比第一开口区域更少地抑制电流流动的第二开口区域。

Description

半导体发光器件
技术领域
本发明涉及半导体发光器件，更具体地涉及具有改善了电流扩散(current spreading)的电极结构的半导体发光器件。
这里，半导体发光器件是指通过电子和空穴的重组而产生光的光学半导体器件。第三族氮化物半导体发光器件是半导体发光器件的一个例子。第三族氮化物半导体发光器件包括由Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)组成的复合半导体层。产生红光的GaAs半导体发光器件是第三族氮化物半导体发光器件的另一个例子。
背景技术
图1是例示了常规第三族氮化物半导体发光器件的一个例子的图。该第三族氮化物半导体发光器件包括基板100、生长在基板100上的缓冲层200、生长在缓冲层200上的n型氮化物半导体层300、生长在n型氮化物半导体层300上的有源层400、生长在有源层400上的p型氮化物半导体层500、形成在p型氮化物半导体层500上的p侧电极600、形成在p侧电极600上的p侧结合焊盘700，以及形成在通过对p型氮化物半导体层500和有源层400进行台面蚀刻(mesa-etching)而露出的n型氮化物半导体层上的n侧电极800。
在基板100的情况下，可以使用GaN基板作为同质基板，并且可以使用蓝宝石基板、SiC基板或Si基板作为异质基板。但是可以采用其上可以生长氮化物半导体层的任何类型的基板。在使用SiC基板的情况下，可以在SiC基板的一侧上形成n侧电极800。
在基板100上外延生长的氮化物半导体层通常是通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)而生长的。
缓冲层200用于克服异质基板100与氮化物半导体层之间的晶格常数和热膨胀系数的差。美国专利No.5122845公开了一种在蓝宝石基板上在380至800℃下生长厚度为100至
Figure BPA00001254595900021
的AlN缓冲层的技术。另外，美国专利No.5290393公开了一种在蓝宝石基板上在200至900℃下生长厚度为10至
Figure BPA00001254595900022
的Al(x)Ga(1-x)N(0≤x＜1)缓冲层的技术。此外，PCT公报No.WO/05/053042公开了一种在600至990℃下生长SiC缓冲层(种子层)，并且在其上生长In(x)Ga(1-x)N(0＜x≤1)的技术。优选的是，在生长n型氮化物半导体层300之前，在缓冲层200上设置未掺杂的GaN层。
在n型氮化物半导体层300中，至少那些形成有n侧电极800的区域(n型接触层)掺杂了掺杂剂。优选的是，n型接触层由GaN制成并掺杂了Si。美国专利No.5733796公开了一种通过调节Si和其他原始材料的混合比率来按照目标掺杂浓度掺杂n型接触层的技术。
有源层400通过将电子和空穴重组而产生光量子(光)。通常，有源层400包含In(x)Ga(1-x)N(0＜x≤1)并且具有单个或多个量子阱层。
p型氮化物半导体层500掺杂了诸如镁的适当掺杂剂，并通过激活处理而具有p型导电性。美国专利No.5247533公开了一种通过电子束辐射来激活p型氮化物半导体层的技术。此外，美国专利No.5306662公开了一种通过在400℃以上退火而激活p型氮化物半导体层的技术。PCT公报No.WO05/022655公开了这样一种技术：通过使用氨和基于肼的原始材料作为生长p型氮化物半导体层的氮前体(nitrogen precursor)，在无需激活处理的情况下赋予p型氮化物半导体层以p型导电性。
设置P侧电极600是为了方便向p型氮化物半导体层500供应电流。美国专利No.5563422公开了一种与由Ni和Au组成的、几乎形成在p型氮化物半导体层500的整个表面上并与p型氮化物半导体层500欧姆接触的光透射电极相关联的技术。另外，美国专利No.6515306公开了一种在p型氮化物半导体层上形成n型超晶格层并在其上形成由ITO制成的光透射电极的技术。
同时，P侧电极600可以形成得较厚，从而不是透射而是向基板100反射光。该技术称为倒装技术。美国专利No.6194743公开了一种与电极结构相关联的技术，该电极结构包括：厚度超过20nm的Ag层、覆盖Ag层的扩散势垒层，以及包含Au和Al并覆盖扩散势垒层的粘合层。
设置p侧结合焊盘700和n侧电极800来进行电流供应和外部引线接合。美国专利No.5563422公开了一种形成含Ti和Al的n侧电极的技术。
同时，n型氮化物半导体层300或p型氮化物半导体层500可以被构造为单层或多层。近来，通过使用激光技术或湿法蚀刻将基板100与氮化物半导体层分离而引入一种制造垂直发光器件的技术。
图2是例示了在美国专利No.5563422中公开的发光器件的一个例子的图。p侧结合焊盘700和n侧电极800对角地位于发光器件的角上，以彼此保持最远的距离，从而可以改善电流扩散。但是，存在电流集中在发光器件的中央部分的问题。
图3和图4是例示了在美国专利No.6445007中公开的电极结构的一个例子的图，具体来讲，是一种在p侧电极600中形成多个孔900以保证p侧结合焊盘700与n侧电极800之间的预定电流扩散距离的技术。将省略对相同标号的元件的说明。
图5和图6是例示了在美国专利No.6781147中公开的发光器件的一个例子的图，具体来讲，是一种形成到达n型氮化物半导体层300的沟910以防止p侧结合焊盘700与n侧电极800之间出现电流集中的技术。将不解释相同标号的元件。
但是，由于发光器件仅具有多个孔900或沟910以实现p侧结合焊盘区700与n侧电极800之间的电流扩散，所以在发光器件的中央部分，发光会过分地受到它们的抑制。
图7和图8是例示了在日本专利公报No.2001-024222中公开的发光器件的一个例子的图，具体来讲，是一种在整个发光器件上形成多个沟920以仅改善外部量子效率的技术。在此情况下，由于对整个发光器件施加了相同的电阻，所以电流扩散问题仍然存在，就像图2的发光器件中的那样。将省略对相同标号的元件的说明。
发明内容
[技术问题]
因此，做出本发明以解决在现有技术中出现的上述缺点，并且本发明的目的是提供一种可以解决前述问题的半导体发光器件。
本发明的另一目的是提供一种可以改善电流扩散的半导体发光器件。
另外，本发明的另一目的是提供一种在其中央部分可以有助于电流扩散的半导体发光器件。
[技术方案]
该部分提供了本发明的总体摘要，并不是其全部范围或其全部特性的全面公开。
本发明的一个方面提供了一种半导体发光器件，其包括：多个半导体层，这些半导体层包括具有第一导电性的第一半导体层、具有与第一导电性不同的第二导电性的第二半导体层，和位于第一半导体层与第二半导体层之间通过重组电子和空穴来发光的有源层；与通过去除有源层而露出的第一半导体层电接触的第一电极；与第二半导体层电接触的第二电极；和位于第一电极与第二电极之间的多个开口，所述多个开口限定了用于抑制第一电极与第二电极之间的电流流动的第一开口区域和相比第一开口区域更少地抑制电流流动的第二开口区域。
[有益效果]
根据本发明的半导体发光器件，电流可以在整个半导体发光器件中容易地扩散。
另外，根据本发明的半导体发光器件，电流可以在其中央部分容易地扩散。
附图说明
图1是例示了常规第三族氮化物半导体发光器件的一个例子的图。
图2是例示了在美国专利No.5563422中公开的发光器件的一个例子的图。
图3和图4是例示了在美国专利No.6445007中公开的电极结构的一个例子的图。
图5和图6是例示了在美国专利No.6781147中公开的发光器件的一个例子的图。
图7和图8是例示了在日本专利公报No.2001-024222中公开的发光器件的一个例子的图。
图9和图10是例示了根据本发明的半导体发光器件的一个例子的图。
图11是例示了根据本发明的半导体发光器件的另一个例子的图。
图12是例示了根据本发明的半导体发光器件的再一个例子的图。
图13是例示了根据本发明的半导体发光器件的又一个例子的图。
图14是例示了根据本发明的半导体发光器件的又一个例子的图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细地描述本发明。
图9和图10是例示了根据本发明的半导体发光器件的一个例子的图。该半导体发光器件包括：蓝宝石基板10、生长在蓝宝石基板100上的缓冲层20、生长在缓冲层20上的n型氮化物半导体层30、生长在n型氮化物半导体层30上的有源层40、生长在有源层40上的p型氮化物半导体层50、形成在p型氮化物半导体层50上的p侧光透射电极60、形成在p侧光透射电极60上的p侧结合焊盘70，以及形成在通过蚀刻p型氮化物半导体层50和有源层40而露出的n型氮化物半导体层30的区域31上的n侧电极80。
p侧光透射电极60包括多个开口90。这多个开口90具有位于n侧电极80与p侧结合焊盘70之间的第一开口区域91和第二开口区域92，从而不但不过分抑制发光器件的中央部分的电流流动，而且有助于电流流过整个发光器件。第一开口区域91中的多个开口90形成得密集，第二开口区域92中的多个开口90形成得稀疏，从而在第二开口区域92中相比在第一开口区域中更少地抑制电流流动。因此，第一开口区域91的电阻高于第二开口区域92的电阻，从而可以降低第一开口区域中的电流密度。与图3或图5的发光器件相反，该发光器件不过分地抑制其中央部分的电流流动。结果，在整个发光器件上，电流扩散可以是平稳和均匀的。
形成在p侧光透射电极60中的多个开口90不仅用来控制p侧光透射电极60的电阻，而且是被p侧光透射电极60阻挡的光离开所经过的窗口。
可以在沉积p侧光透射电极60的过程中通过掩模图案或者在形成p侧光透射电极60后通过蚀刻，来形成所述多个开口90。对形成方法没有特别的限制。可以通过光刻法、纳米压印等来形成图案。
图11是例示了根据本发明的半导体发光器件的另一个例子的图。与图10的半导体发光器件形成对比，多个开口90延伸到n型氮化物半导体层30以形成沟90。沟90可以具有帮助从半导体发光器件的内部向外部提取在有源层40中产生的光的功能。另外，沟90还有效地冷却了器件并且该功能对于大尺寸器件是特别重要的。将不解释相同标号的元件。
对形成沟没有特别的限制。可以通过在沉积p侧光透射电极60后进行蚀刻来形成沟，并且沟的尺寸可以为光子晶体级。同时，可以在形成沟之后沉积p侧光透射电极60。优选地，利用n型氮化物半导体层30的露出区域31来形成沟。
图12是例示了根据本发明的半导体发光器件的再一个例子的图。多个开口90具有通过调整这多个开口90的尺寸而形成的第一开口区域93和第二开口区域94。第一开口区域93中的多个开口90被形成为大于第二开口区域94中的多个开口90，从而第一开口区域93的电阻高于第二开口区域94的电阻。将省略对相同标号的元件的说明。
图13是例示了根据本发明的半导体发光器件的又一个例子的图。多个开口90具有通过调整长度而形成的第一开口区域95和第二开口区域96，第一开口区域95和第二开口区域96面对多个开口90的电流流动(箭头方向)。与调整尺寸形成对比，即使尺寸是相同的，即面积是相同的(也就是电阻相同)，通过形成与电流流动方向相反的势垒，也可以在整个发光器件上促成电流扩散。将不解释相同标号的元件。
图14是例示了根据本发明的半导体发光器件的又一个例子的图。半导体发光器件具有分支电极71、72以及分支电极81。分支电极71、72从p侧结合焊盘70延伸。分支电极81从n侧电极80延伸，并且与分支电极71、72交替地定位。在此情况下，电流会集中在p侧结合焊盘70与n侧电极80之间，即，分支电极71与分支电极81之间。为了解决该问题，第一开口区域97位于分支电极71与分支电极81之间，并且第二开口区域98位于分支电极81与分支电极72之间。
现在来描述本发明的各种实施方式。
(1)半导体发光器件包括位于第二半导体层与第二电极之间的第三电极，其中形成有多个开口。
(2)半导体发光器件，其中多个开口延伸到多个半导体层。
(3)半导体发光器件，其中第一开口区域的开口的密度大于第二开口区域的开口的密度。
(4)半导体发光器件，其中第一开口区域的开口的尺寸大于第二开口区域的开口的尺寸。
(5)半导体发光器件，其中面对电流流动的第一开口区域的开口的长度长于面对电流流动的第二开口区域的开口的长度。
(6)半导体发光器件，其中第一开口区域和第二开口区域在开口密度、开口尺寸和面对电流流动的开口的长度中的至少一个方面是不同的。
(7)半导体发光器件，包括位于第二半导体层与第二电极之间的第三电极，其中形成有多个开口，以穿过至少第三电极。
(8)半导体发光器件，包括：从第一电极延伸的第一分支电极；和从第二电极延伸的第二分支电极，其与第一分支电极交替地定位，以限定第一区域和第二区域，其中第一开口区域位于第一区域中，第二开口区域位于第二区域中。
(9)半导体发光器件，其为第三族氮化物半导体发光器件。

Claims (10)

1.一种半导体发光器件，该半导体发光器件包括：
多个半导体层，这些半导体层包括具有第一导电性的第一半导体层、具有与第一导电性不同的第二导电性的第二半导体层，和位于第一半导体层与第二半导体层之间以通过电子和空穴的重组来产生光的有源层；
与通过去除所述有源层而露出的第一半导体层电接触的第一电极；
与第二半导体层电接触的第二电极；和
位于第一电极与第二电极之间的多个开口，所述多个开口限定了用于抑制第一电极与第二电极之间的电流流动的第一开口区域和相比第一开口区域更少地抑制电流流动的第二开口区域。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，该半导体发光器件包括位于所述第二半导体层与所述第二电极之间的第三电极，所述多个开口形成在该第三电极中。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述多个开口延伸到所述多个半导体层。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述第一开口区域的开口的密度高于所述第二开口区域的开口的密度。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述第一开口区域的开口的尺寸大于所述第二开口区域的开口的尺寸。
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述第一开口区域的面对电流流动的开口的长度大于所述第二开口区域的面对电流流动的开口的长度。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述第一开口区域和所述第二开口区域在开口的密度、开口的尺寸和面对电流流动的开口的长度中的至少一个方面是不同的。
8.根据权利要求7所述的半导体发光器件，该半导体发光器件包括位于所述第二半导体层与所述第二电极之间的第三电极，其中，所述多个开口被形成为穿过至少该第三电极。
9.根据权利要求7所述的半导体发光器件，该半导体发光器件包括：
从所述第一电极延伸的第一分支电极；和
从所述第二电极延伸的第二分支电极，该第二分支电极与所述第一分支电极交替地定位，以限定第一区域和第二区域，
其中，所述第一开口区域位于所述第一区域中，而且所述第二开口区域位于所述第二区域中。
10.根据权利要求8所述的半导体发光器件，该半导体发光器件是第三族氮化物半导体发光器件。
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