CN102549782A - Iii族氮化物半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种III族氮化物半导体发光器件，更具体地，涉及一种通过电子-空穴复合而发光的III族氮化物半导体发光器件，该III族氮化物半导体发光器件包括：第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极提供用于电子-空穴复合的电流；第一分支电极，该第一分支电极从所述第一电极延伸；以及第二分支电极，该第二分支电极从所述第二电极延伸，其中所述第二分支电极的至少某些部分的厚度不同于所述第一分支电极的厚度。
Description
技术领域
本发明总体上涉及III族氮化物半导体发光器件，并且更具体地说，涉及具有用于电流扩展的电极结构的III族氮化物半导体发光器件。
此处，III族氮化物半导体发光器件表示通过电子和空穴的复合而发光的III族氮化物半导体发光器件。III族氮化物半导体由包含Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)的化合物形成。此外，III族氮化物半导体发光器件例如可以表示用于红光发射的基于GaAs的III族氮化物半导体发光器件等。
背景技术
这部分提供与本发明相关的背景信息，该背景信息并不一定是现有技术。
图1为常规的III族氮化物半导体发光器件的示例的图。III族氮化物半导体发光器件包括：衬底10、在衬底10上生长的缓冲层20、在缓冲层20上生长的n型III族氮化物半导体层30、在n型III族氮化物半导体层30上生长的有源层40、在有源层40上生长的p型III族氮化物半导体层50、在p型III族氮化物半导体层50上形成的p侧电极60、在p侧电极60上形成的p侧焊盘(bonding pad)70、在通过对p型III族氮化物半导体层50和有源层40进行台面蚀刻而露出的n型III族氮化物半导体层30上形成的n侧电极80、以及保护膜90。
关于衬底10，可以使用基于GaN的衬底作为同质衬底，并可以使用蓝宝石衬底、SiC衬底或Si衬底作为异质衬底。然而，可以采用能够在其上生长III族氮化物半导体层的任何类型的衬底。如果使用SiC衬底，则可以在SiC衬底侧上形成n侧电极80。
在衬底10上生长的III族氮化物半导体层大多通过金属有机化学汽相淀积(MOCVD)生长。
缓冲层20用于克服异质衬底10与III族氮化物半导体之间的晶格常数和热胀系数的差异。美国专利5,122,845描述了一种在380℃到800℃在蓝宝石衬底上生长厚度为
到的AlN缓冲层的技术；美国专利5,290,393描述了一种在200℃到900℃在蓝宝石衬底上生长厚度为到
的Al(x)Ga(1-x)N(0≤x＜1)缓冲层的技术；并且美国专利公布2006/154454描述了一种在600℃到990℃生长SiC缓冲层(种子层)，然后在SiC缓冲层上生长In(x)Ga(1-x)N(0＜x≤1)层的技术。优选地，在生长n型III族氮化物半导体层30之前，应生长未掺杂的GaN层。该未掺杂的GaN层可以被视为缓冲层20或n型III族氮化物半导体层30的一部分。
关于n型氮化物半导体层30，其中至少形成有n侧电极80的区域(n型接触层)掺杂有掺杂物。优选地，n型接触层应由GaN制成，并且掺杂有Si。美国专利5,733,796描述了一种通过调节Si和其它源材料的混合比以目标掺杂浓度来掺杂n型接触层的技术。
通过电子和空穴的复合生成光量子的有源层40大多由In(x)Ga(1-x)N(0＜x≤1)制成并且由单量子阱层或多量子阱层组成。
p型III族氮化物半导体层50掺杂有适当的掺杂物(诸如镁)，并且通过激活(activation)工艺提供有p型导电性。美国专利5,247,533描述了一种通过电子束照射(irradiation)来激活p型III族氮化物半导体层的技术。美国专利5,306,662描述了一种通过在400℃以上进行退火来激活p型III族氮化物半导体层的技术；并且美国专利公布2006/157714描述了一种通过使用氨和基于肼(hydrazine)的源材料二者作为用于生长p型氮化物半导体层的氮前体(nitrogen precursor)，在没有采用激活工艺的情况下形成具有p型导电性的p型氮化物半导体层的技术。
设置p侧电极60，以使电流平稳地提供给整个p型III族氮化物半导体层50。美国专利5,563,422描述了一种与透光电极相关的技术，该透光电极形成在p型III族氮化物半导体层50的几乎整个表面上与p型III族氮化物半导体层50进行欧姆接触并且由Ni和Au制成；美国专利6,515,306描述了一种在p型III族氮化物半导体层上形成n型超晶格层，然后在n型超晶格层上形成由铟锡氧化物(ITO)制成的透光电极的技术。
同时，p侧电极60可以形成为不向衬底10透光但是向衬底10反射光的厚度。这项技术被称为倒装芯片技术。美国专利6,194,743描述了一种与电极结构相关的技术，该电极结构包括厚度超过20nm的Ag层、覆盖Ag层的扩散阻挡层、以及由Au和Al制成且覆盖扩散阻挡层的接合层。
为电流供应和外部引线接合设置了p侧焊盘70和n侧电极80。美国专利5,563,422描述了一种使用Ti和Al形成n侧电极的技术。
保护膜90由SiO2制成，并且可以被省略。
同时，n型III族氮化物半导体层30或p型III族氮化物半导体层50可以由单层或多层组成。近来，已引入通过激光蚀刻或湿法蚀刻来分离衬底10与III族氮化物半导体层的用于制造垂直发光器件的技术。
图2为美国专利5,563,422中的电极结构的示例的图，该美国专利5,563,422描述了一种通过将p侧焊盘70和n侧电极80布置在发光器件的相对的对角角部来改善电流扩展(current spread)的技术。
图3为美国专利6,307,218中的电极结构的示例的图，该美国专利6,307,218描述了一种由于发光器件趋向于具有较大的面积，所以通过以规则的间隔在p侧焊盘71之间以及n侧电极81之间设置分支电极91来改善电流扩展的技术。
然而，具有上述电极结构的发光器件存在电流可能会集中在p侧焊盘71或n侧电极81附近的区域R的问题。
发明内容
技术问题
在用于实现本发明的具体实施方式的后面部分中，将描述本发明要解决的问题。
技术方案
这部分提供对本发明的概括总结，而不是对本发明的全部范围和所有特征的全面公开。
根据本发明的一方面，提供了一种通过电子和空穴的复合而发光的III族氮化物半导体发光器件，该III族氮化物半导体发光器件包括：第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极提供用于电子和空穴的复合的电流；第一分支电极，该第一分支电极从所述第一电极延伸；以及第二分支电极，该第二分支电极从所述第二电极延伸，所述第二分支电极的至少某些部分的厚度不同于所述第一分支电极的厚度。
有益效果
在后面的用于实现本发明的具体实施方式的部分中，将描述本发明的有益效果。
附图说明
图1为常规的III族氮化物半导体发光器件的示例的图。
图2为在美国专利5,563,422中描述的电极结构的示例的图。
图3为在美国专利6,307,218中描述的电极结构的示例的图。
图4为根据本发明在III族氮化物半导体发光器件中设置的电极结构的一个示例的图。
图5为根据本发明在III族氮化物半导体发光器件中设置的电极结构的另一个示例的图。
图6为根据本发明在III族氮化物半导体发光器件中设置的电极结构的又一个示例的图。
图7为根据本发明在III族氮化物半导体发光器件中设置的电极结构的再一个示例的图。
图8到图10为图7所示的部分A、B和C的放大图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明进行详细描述。
在本发明的以下解释中，将省略与现有技术类似或相同的重复描述。
图4为根据本发明在III族氮化物半导体发光器件中设置的电极结构的一个示例的图。根据本发明的III族氮化物半导体发光器件的电极结构包括电极110和120以及从相应的电极延伸的分支电极113和123。
电极110和120包括：第一电极110，该第一电极110电连接到III族氮化物半导体发光器件中的n型III族氮化物半导体层或p型III族氮化物半导体层；以及第二电极120，该第二电极120电连接到III族氮化物半导体发光器件中的另一层。
在此示例中，可以将第一电极110和第二电极120中的每一个设置为p侧焊盘或n侧电极。
要理解的是，可以将各分支电极113和123设置为一个分支电极。此处，将在设置多个分支电极113a、113b、113c、123a和123b的假设下进行下面的描述。
也就是说，分支电极113和123包括从第一电极110延伸的多个第一分支电极113a、113b和113c，以及从第二电极120延伸的多个第二分支电极123a和123b。
此外，在此示例中，设置至少两个分支电极113和123，所述至少两个分支电极113和123彼此具有不同的厚度。
这旨在使流经各分支电极113和123的电流的大小不同。
因此，这防止了电流在第一电极110与第二电极120之间不均匀地扩展而集中在某些区域上的现象，即，电流密度变得不均匀的问题。
现在将更详细地进行描述。
在此示例中，在发光器件的外部部分设置第一电极110和第二电极120，以围绕该发光器件的中心部分对称。
在从第一电极110延伸的第一分支电极113a、113b和113c当中，第一分支电极113a被布置在第一区域R1中，第一分支电极113b被布置在第二区域R2中，并且第一分支电极113c被布置在第三区域R3中。
在从第二电极120延伸的第二分支电极123a和123b当中，第二分支电极123a被布置在第一分支电极113a与第一分支电极113b之间，并且第二分支电极123b被布置在第一分支电极113b与第一分支电极113c之间。
在这种情况下，考虑到第一电极110和第二电极120的布置及第一电极110和第二电极120的分支电极112和113的布置，与第二区域R2和第三区域R3相比，电流在位于将第一电极110连接到第二电极120的假想直线上的第一区域R1更加集中，并且与第三区域R3相比，电流在第二区域R2更加集中。
为了防止上述问题，在此示例中，将第二分支电极123a的厚度T2设置为大于第一分支电极113a的厚度T1，并将第一分支电极113b的厚度T3设置为大于第二分支电极123a的厚度T2。
此外，分支电极离发光器件的中心越远，其厚度越大。也就是说，图4中的分支电极的厚度满足‘T1＜T2＜T3＜T4＜T5’。
因此，与流经被布置在电流相对更集中的区域中的分支电极的电流的大小相比，流经被布置在电流相对不太集中的区域中的分支电极的电流的大小变得相对较大，这缓解或防止了电流的集中。
同时，在此示例中，由于在第一分支电极113a、113b和113c与第二分支电极123a和123b之间生成了电流的流动，因此，优选地，应在从发光器件的中心向外的方向上一个接一个地交替排列第一分支电极113a、113b和113c以及第二分支电极123a和123b，以使电流密度能够更加均匀地分布。
另外，在此示例中，由于第一电极110和第二电极120被定位为使得将第一电极110连接到第二电极120的假想直线能够经过发光器件的中心部分，因此被布置为围绕该假想直线对称的第一分支电极113a、113b和113c以及第二分支电极123a和123b可以具有相同的厚度。因此，此设计在第一分支电极和第二分支电极的厚度方面变得更加容易。
此外，在此示例中，第一电极110和第二电极120的形状并不限于如图4中所示的圆形，而还可以是椭圆形、多边形等。
在此示例中，根据发光器件的尺寸和形状、分支电极的分布形式、电极的位置和形状，分支电极的厚度T1、T2和T3是可以通过实验确定的值。
也就是说，通过实验减小经过电流密度增加的区域的分支电极的厚度，可以实现本发明的目的。
同时，在此示例中，可以将分支电极之间的间隔设置为规则的。然而，优选地，应将第一区域R1中的间隔设置为大于第二区域R2中的间隔，该第一区域R1具有相对较高的电流密度，第二区域R2具有相对较低的电流密度。
图5为根据本发明在III族氮化物半导体发光器件中设置的电极结构的另一个示例的图。根据此示例的电极结构与上述电极结构类似，区别在于第一电极210和第二电极220中的至少一个被设置为两个或更多个分离的电极211和212，所述两个或更多个分离的电极211和212彼此接合并且提供有分离的电流。
提供有电流的接合线(bonding wire)被连接到各个分离的电极211和212。
因此，经由一个接合线提供的电流通过多个接合线而被分开地提供，所以电流的提供可以是稳定的。
具体地说，用于驱动发光器件的电流的大小由于发光器件的面积的增大而增加。在这种情况下，分离的电极是有用的。
而且，在此示例中，关于分支电极212和213的厚度，通过与上述相同的原理而将被布置在具有相对较高的电流密度的区域内的分支电极的厚度设置为小于被布置在具有相对较低的电流密度的区域内的分支电极的厚度。
另外，优选地，第一电极210和第二电极220应被定位为使得将第一电极210连接到第二电极220的假想直线能够经过发光器件的中心部分。
图6为根据本发明在III族氮化物半导体发光器件中设置的电极结构的又一个示例的图。根据此示例的电极结构与上述电极结构类似，区别在于第一电极310和第二电极320中的至少一个被设置为两个或更多个分离的电极311和312，所述两个或更多个分离的电极311和312彼此隔开且提供有分离的电流。
如上所述，发光器件的驱动电流因发光器件的面积的增大而增加。这种驱动电流被分开提供，以使电流供应稳定。
此外，相应的分离的电极311和312彼此隔开以获得均匀的电流密度。
此外，在此示例中，关于分支电极313和323的厚度，通过与上述相同的原理而将被布置在具有相对较高的电流密度的区域内的分支电极的厚度设置为小于被布置在具有相对较低的电流密度的区域内的分支电极的厚度。
图7为根据本发明在III族氮化物半导体发光器件中设置的电极结构的再一个示例的图。根据此示例的电极结构与上述电极结构类似，区别在于第一分支电极413a、413b和413c以及第二分支电极423a和423b中的至少一个在其长度方向具有厚度变化。
考虑到一个分支电极的各个部分根据这些部分的位置而具有不同的电流密度，旨在通过使各个部分具有不同的厚度来缓解或防止电流密度的差异。
也就是说，在形成一个分支电极的各个部分当中，将位于具有相对较高的电流密度的区域中的部分的厚度设置为小于位于具有相对较低的电流密度的区域中的部分的厚度。
参照图8到图10，当第二分支电极的某些部分或第一分支电极的某些部分位于第一电极410或第二电极420周围时，在第一电极410与第二分支电极423b的该某些部分之间，或第二电极420与第一分支电极413b和413c的该某些部分之间产生相对较高的电流密度。为了解决或缓解这个问题，将第一分支电极或第二分支电极的某些部分的厚度a1、b1和c1设置为小于其它部分的厚度a2、b2和c2。
以下，现在将对本发明的各种实施形式进行描述。
(1)III族氮化物半导体发光器件包括具有不同厚度的多个分支电极。这能够改善电流的集中。
(2)III族氮化物半导体发光器件包括在其长度方向上具有厚度变化的分支电极。这能够缓解或防止电流的集中。
(3)连同实施形式(1)和(2)，III族氮化物半导体发光器件包括通过接合多个分离的电极而设置的电极，以使多条引线能够接合到该电极。即使分离的电极中的任何一个的引线接合失效，这也能够改善电流的集中。
(4)连同实施形式(1)和(2)，III族氮化物半导体发光器件包括通过将多个分离的电极布置为彼此隔开而设置的电极。在大面积发光器件中，这能够改善电流密度的均匀性。
根据本发明的III族氮化物半导体发光器件，使不同的分支电极之间的电流密度变得均匀，从而能够使发光器件的整体电流密度均匀。
根据本发明的III族氮化物半导体发光器件，使一个分支电极周围产生的电流密度变得均匀，从而能够使发光器件的整体电流密度均匀。
根据本发明的III族氮化物半导体发光器件，即使分离的电极中的任何一个的引线接合失效，也能够改善电流的集中。
根据本发明的III族氮化物半导体发光器件，能够改善由于大面积发光器件的大驱动电流引起的电流密度不均匀。
Claims (10)
1.一种通过电子和空穴的复合而发光的III族氮化物半导体发光器件，该III族氮化物半导体发光器件包括：
第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极提供用于电子和空穴的复合的电流；
第一分支电极，该第一分支电极从所述第一电极延伸；以及
第二分支电极，该第二分支电极从所述第二电极延伸，所述第二分支电极的至少某些部分的厚度不同于所述第一分支电极的厚度。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述第二分支电极的厚度在该第二分支电极的长度方向上是相同的并且不同于所述第一分支电极的厚度。
3.根据权利要求2所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，被布置在具有相对较低的电流密度的第二区域中的所述分支电极的厚度大于被布置在具有相对较高的电流密度的第一区域中的所述分支电极的厚度，通过所述第一电极和所述第二电极在所述发光器件中产生所述电流密度。
4.根据权利要求2所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述第一分支电极和所述第二分支电极在从所述发光器件的中心向外的方向上一个接一个地交替排列。
5.根据权利要求3所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述第一电极和所述第二电极中的每一个被设置为一个电极，并且，所述第一电极和所述第二电极中的每一个被定位为使得将所述第一电极连接到所述第二电极的假想直线能够经过所述发光器件的中心部分。
6.根据权利要求3所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个被设置为两个或更多个分离的电极，所述两个或更多个分离的电极彼此接合且提供有分离的电流，且所述第一电极和所述第二电极中的至少一个被定位为使得将所述第一电极连接到所述第二电极的假想直线能够经过所述发光器件的中心部分。
7.根据权利要求3所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个被设置为两个或更多个分离的电极，所述两个或更多个分离的电极以给定距离隔开并通过所述第一分支电极或第二分支电极连接。
8.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述第二分支电极的厚度在该第二分支电极的长度方向上变化。
9.根据权利要求8所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，被定位为与所述第一电极相邻的所述第二分支电极的某些部分或被定位为与所述第二电极相邻的所述第一分支电极的某些部分具有比相应分支电极的其它部分小的厚度。
10.根据权利要求8所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个被设置为两个或更多个分离的电极，所述两个或更多个分离的电极彼此隔开，并且被定位为与各个分离的电极相邻的分支电极的某些部分具有比该分支电极的其它部分小的厚度。
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