CN104854714A - 包括分隔区域来呈现优秀的电流分散效果的高亮度半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体发光器件，上述半导体发光器件包括用于分隔发光面的分隔区域，来呈现优秀的电流分散效果，并提高亮度特性。本发明的半导体发光器件包括用于分隔发光区域的分隔区域，可以获得改善有效电流密度的均匀度的效果，还因电流分散效果优秀而可以期待发光效率的提高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光器件，其包括用于分隔发光区域的分隔区域，来呈现优秀的电流分散效果，并提高亮度特性。
背景技术
图1简要示出普通的氮化物类发光器件。
参照图1，氮化物类发光器件从生长基板11形成，并包括n型氮化物半导体层12、活性层13及p型氮化物半导体层14。
并且，为了在n型氮化物半导体层12注入电子，在n型氮化物半导体层12形成有电连接的n侧电极极板15。并且，为了在p型氮化物半导体层14注入空穴，在p型氮化物半导体层14形成有电连接的p侧电极极板16。
但是，由于p型氮化物半导体层具有高的电阻率，因而电流无法在p型氮化物半导体层内均匀地分散，电流集中于形成有上述p侧电极极板的部分。并且，上述电流通过半导体层流入，并向n侧电极极板流出。由此，电流集中于上述n型氮化物半导体层中形成有n侧电极极板的部分，从而出现电流通过发光二极管的边角集中流动的问题。如上所述的电流的集中导致发光区域的减少，最终降低发光效率。
尤其，与垂直(vertical)结构的发光器件相比，两个电极几乎以水平方式排列于两个电极发光结构的上表面的平面(planar)结构的发光器件由于无法在发光区域均匀地分布电流，因而存在参与发光的有效面积并不大的问题。
另一方面，为了高功率，如像照明用发光器件，发光器件逐渐趋向1mm2以上的大面积化的趋势。但是，发光器件越趋向大面积化，越难在总面积方面实现均匀的电流分布，像这样，随着大面积化，电流分散效率问题被认为是在半导体发光器件中的重要的技术问题。
以往，为了提高电流密度及面积效率性，研究的主要方向为改善多种p侧电极及n侧电极的形状和排列。作为一例，美国专利第6486499号公开了包括n侧电极与p侧电极以相互具有规定的间隔方式延伸并啮合的多个电极指针(finger)。预通过这种电极结构来提供追加的电流路径，确保宽敞的有效发光面积，并形成均匀的电流流动。
但在这种电极结构中，随着p侧电极附近的p型半导体层中的电流密度增加，输出效率低下，且在电流分散效率方面存在界限。
因此，不断需要开发可以均匀地分散通过半导体层流动的电流的半导体发光器件。
发明内容
本发明要解决的技术问题
为此，本发明人员为了开发具有可以提高发光效率的结构半导体发光器件而进行了不断的努力，结果发现只要以如下方式构成半导体发光器件，就可以将电流分散极大化，来提高亮度，由此完成了本发明，在上述半导体发光器件形成有与第一半导体层电连接的第一延伸电极、与上述第二半导体层电连接的第二电极接触层及第二延伸电极，并包括将上述第二电极接触层分隔为多个区域，使得各个第二电极接触层被隔开的分隔区域。
因此，本发明的目的在于，提供半导体发光器件，上述半导体发光器件包括以可以呈现优秀的电流分散效果的方式分隔发光区域的分隔区域。
技术方案
用于实现上述目的的本发明的半导体发光器件包括第一半导体层、活性层及第二半导体层，上述半导体发光器件的特征在于，包括第一延伸电极，与上述第一半导体层电连接；第二电极接触层，与上述第二半导体层电连接；以及第二延伸电极，上述第二电极接触层被分隔区域分隔为多个，从而以隔开的方式形成各个第二电极接触层。
并且，本发明的半导体发光器件的特征在于，上述第二延伸电极以横穿上述分隔区域的一部分的方式形成。
并且，本发明的半导体发光器件的特征在于，被上述分隔区域所分隔的多个第二电极接触层的各第二电极接触层的水平面积均匀。
并且，本发明的半导体发光器件的特征在于，上述第二电极接触层由包含选自ITO、CIO、ZnO、NiO、In2O3及IZO中的一种或两种以上的材质形成。
并且，本发明的半导体发光器件的特征在于，上述分隔区域的宽度在0.5～20μm范围内。
并且，本发明的半导体发光器件的特征在于，包括电流扩散用接触孔，上述电流扩散用接触孔用于露出上述第一半导体层，第一延伸电极与通过上述电流扩散用接触孔来露出的第一半导体层电连接。
并且，本发明的半导体发光器件的特征在于，还包括第一电极极板，与上述第一延伸电极电连接；以及第二电极极板，与上述第二延伸电极电连接。
另一方面，本发明的半导体发光器件的制造方法的特征在于，包括：形成第一半导体层、活性层以及第二半导体层的步骤；在上述第二半导体层的上部形成第二电极接触层的步骤；对第二电极接触层的一区域进行刻蚀来形成分隔区域的步骤；在第二电极接触层及第二半导体层的上部形成第二延伸电极的步骤；以使上述第一半导体层的一区域向外部露出的方式对活性层及第二半导体层进行刻蚀的步骤；以及在露出的上述第一半导体层的上部形成第一延伸电极的步骤。
有益效果
本发明的半导体发光器件包括用于分隔发光区域的分隔区域，从而可以获得改善有效电流密度的均匀度的效果，还因电流分散效果优秀而可以期待发光效率的提高。
附图说明
图1为示出以往的半导体发光器件的剖面的剖视图。
图2为本发明一实施例的半导体发光器件的俯视图。
图3为在图2的虚线A-A中获得的剖视图。
图4为在图2的虚线B-B中获得的剖视图。
图5表示利用电流扩散用接触孔来形成的n侧延伸电极的例。
图6表示利用电流扩散用接触孔来形成的n侧延伸电极的另一例。
图7为本发明另一实施例的半导体发光器件的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选实施例的半导体发光器件进行详细说明。
在以下实施例中，第一半导体层表示n型氮化物层，第二半导体层表示p型氮化物层，第二电极接触层表示p-接触层，第一延伸电极表示n侧延伸电极，第二延伸电极表示p侧延伸电极，第一电极极板表示n侧电极极板，第二电极极板表示p侧电极极板。
并且，在本说明书中，当指出层、膜、区域、板等一些部分位于其他部分的“上”、“上部”或“下”、“下部”时，这不仅包括该部分位于其他部分的“正上方”或“正下方”的情况，还包括在该部分与其他部分的中间还存在其他部分的情况。并且，在附图中，为了明确描述多层及区域或便于说明，以扩大或夸张的方式示出一部分层及区域的厚度。
图2为本发明一实施例的半导体发光器件的俯视图。
如图2所示，本发明的发光器件包括用于分隔发光区域的分隔区域110。并且，包括n侧延伸电极111，上述n侧延伸电极111用于电连接通过台面刻蚀来露出的n型氮化物层，而p侧延伸电极121与位于p型氮化物层的上部中的一部分的p侧电极极板122电连接来形成p侧电极部。上述n侧延伸电极111以与上述p侧延伸电极121电绝缘的方式形成。
上述p侧延伸电极121以横穿分隔区域110的一部分的方式形成，因而呈上述分隔区域110以横穿p侧延伸电极121的一部分的形态。并且，n侧延伸电极111及p侧延伸电极121均可以以横穿分隔区域110的一部分的方式形成。
如图2所示，形成于p型氮化物层的上部的p-接触层123区域可以被上述分隔区域110分隔为3个区域，被分隔区域所分隔的p-接触层区域可以根据分隔区域的形状来呈现的不同。
此时，优选地，以使被上述分隔区域110分隔的各个p-接触层的水平面积均匀的方式构成上述分隔区域110，当考虑到其制造工艺上的误差等因素时，各个p-接触层的水平面积在相互间呈现出小于10％的差距。即，上述p-接触层的水平面积意味着除了包括n侧延伸电极的非发光区域的发光区域，优选地，以除了形成有p侧延伸电极121与p侧电极极板122的区域之外的面积为基准，以均匀的方式分隔。
另一方面，上述n侧延伸电极111及p侧延伸电极121的宽度分别为1～100μm，优选地，可以调整为5～50μm范围之内，但并不局限于此。
上述n侧电极极板112可以与一个或两个以上的n侧延伸电极111电连接，上述n侧延伸电极111不仅可以形成为无弯折点的直线形态，而且可以形成为具有一个以上的弯折点的形态。
并且，上述p侧电极极板122也可以与一个或两个以上的p侧延伸电极121电连接。在形成两个以上的上述p侧延伸电极121的情况下，未与p侧电极极板122相连接的另一侧末端可以分别以隔开的方式形成或以p侧电极极板122为中心形成为封闭型。
为了说明更加具体的结构，图3及图4示出了根据图2的虚线A-A、虚线B-B来呈现的剖视图。
如图3所示，本发明的半导体发光器件向基板130的上部方向层叠缓冲层140、n型氮化物层150、活性层160及p型氮化物层170来形成。
上述基板130可以由包含蓝宝石的SiC、Si、GaN、ZnO、GaAs、GaP、LiAl2O3、BN或AlN等的化合物组成。并且，上述缓冲层140可以为了解除基板130和n型氮化物层150之间的晶格失配而以选择性的方式形成，例如，可以由AlN或GaN形成。
n型氮化物层150形成于基板130或缓冲层140的上部面，并由掺杂有掺杂物的氮化物形成。可以使用硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)等作为上述n型掺杂物。其中，n型氮化物层150可以为由第一层和第二层交替形成的层叠结构，上述第一层由掺杂有Si的n型AlGaN或未掺杂Si的AlGaN构成，上述第二层由掺杂Si的或未掺杂Si的n型GaN构成。当然，n型氮化物层150可以生长为单层的n型氮化物层，但也可以形成为第一层与第二层的层叠结构，来起到无裂缝的结晶性好的载流子限制层的作用。
活性层160可在n型氮化物层150和p型氮化物层170之间形成为单量子阱结构或多量子阱结构，经由n型氮化物层150来流动的电子和经由p型氮化物层170来流动的空穴重新组合(re-combination)，并产生光。其中，活性层160作为多量子阱结构，量子屏障层与量子阱层可分别由AlxGayInzN(此时，x+y+z＝1、0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1)组成。由这些量子屏障层与量子阱层的反复而成的结构的活性层160可以抑制由所产生的应力与变形引起的自发性的极化。
p型氮化物层170由掺杂有p型掺杂物的氮化物形成。可以使用镁(Mg)、锌(Zn)或镉(Cd)等作为上述p型掺杂物。其中，p型氮化物层可以形成为由第一层和第二层交替层叠的结构，上述第一层由掺杂有Mg的p型AlGaN或未掺杂有Mg的AlGaN构成，上述第二层由未掺杂有Mg或掺杂有Mg的p型GaN构成。并且，与n型氮化物层150一样，p型氮化物层170也可以生长为单层的p型氮化物层，但可以形成为层叠结构来起到无裂缝的结晶性好的载流子限制层的作用。
在上述p型氮化物层170的上部形成有p侧延伸电极121及与上述p侧延伸电极121电连接的p侧电极极板122。并且，在上述p侧延伸电极121的下部形成有p-接触层123，上述p-接触层123与p型氮化物170欧姆接触，起到降低接触电阻的作用。上述p-接触层123可以由透明导电性氧化物组成，可以包含选自ITO、CIO、ZnO、NiO、In2O3及IZO中的一种或两种以上的物质来形成。
尤其，由于上述p-接触层123被分隔区域110分隔为多个区域，因而各个p-接触层123以相隔开的方式配置。因此，上述分隔区域110意味着各p-接触层123相隔开的空间。但隔开而成的各p-接触层123可以借助上述p侧延伸电极121来电连接。
上述分隔区域110可以通过对p-接触层123进行一部分刻蚀的过程来形成，在利用光刻胶作为掩模的情况下，可以利用光刻(photo-lithography)、电子束光刻(e-beam lithography)、离子束光刻(Ion-beam Lithography)、极紫外光刻(ExtremeUltraviolet Lithography)、接近式X射线光刻(Proximity X-ray Lithography)或纳米压印光刻(nano imprint lithography)等方法来形成，而且如上所述的方法可以利用干式(Dry)或湿式(Wet)刻蚀(Etching)。
优选地，上述分隔区域110的宽度，即，各个p-接触层123被隔开的距离在0.5～20μm范围内，更加优选地，在3～10μm范围内。
另一方面，如图4所示，在露出有n型氮化物层150的上部形成有n侧延伸电极111及与上述n侧延伸电极电连接的n侧电极极板112。上述n侧延伸电极在形成至p型氮化物层170、p-接触层123及p侧延伸电极121之后，被光刻刻蚀(lithography etching)至一区域，并形成于向外部露出的n型氮化物层150的上部。
并且，上述n侧延伸电极111的下部还可以包括n-接触层151，上述n-接触层151与n型氮化物150欧姆接触，起到降低接触电阻的作用。上述n-接触层151可以由透明导电性氧化物组成，上述透明导电性氧化物的材质可以包含In、Sn、Al、Zn及Ga等元素。
并且，上述n侧延伸电极111及n侧电极极板112可以形成于n型氮化物层130的露出的一区域，上述n型氮化物层130对p-接触层123至n型氮化物层130的一部分进行光刻腐蚀(lithography etching)来形成。
另一方面，本发明的发光器件可包括电流扩散用接触孔，上述电流扩散用接触孔以贯通p型氮化物层170及活性层160，并露出上述n型氮化物层150的方式形成。
图5表示利用电流扩散用接触孔来形成的n侧延伸电极的例，图6表示利用电流扩散用接触孔来形成的n侧延伸电极的另一例。在图5及图6中，虽然只示出了只形成有一个电流扩散用接触孔的例，但电流扩散用接触孔可以形成有多个。
在全面形成p-接触层123的情况下，如图5所示，电流扩散用接触孔可通过如下方法来形成：在p-接触层123的一部分区域上形成上部绝缘层410之后，形成贯通上部绝缘层410、p-接触层123、p型氮化物层170及活性层160的孔，之后在孔的内壁形成侧面绝缘层420。
相反，只在一部分区域形成p-接触层123的情况下，如图6所示，电流扩散用接触孔可通过如下方法来形成：在未形成有p-接触层123的p型氮化物层170的一部分区域上形成上部绝缘层410之后，形成贯通上部绝缘层410、p型氮化物层170及活性层160的孔，之后在孔的内壁形成侧面绝缘层420。
在形成有电流扩散用接触孔的情况下，在电流扩散用接触孔的内部及上部绝缘层形成有n侧延伸电极111，n型氮化物层150与n侧延伸电极111可以通过电流扩散用接触孔电连接。
上述n侧延伸电极与借助上述电流扩散用接触孔来露出的n型氮化物层电连接，由此可以扩大发光面积，并实现电流分散。但在这种情况下，需要用于隔开接触孔的侧壁与n侧延伸电极的侧面绝缘层。上述侧面绝缘层可以由硅氧化物或硅氧化物形成，并可以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD，Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition)方法，溅射方法，有机金属化学汽相淀积(MOCVD)方法或电子束蒸发(e-beam evaporation)方法来形成。
如上所述，随着与发光面相对应的第二电极接触层借助分隔区域来分隔而形成，可以期待改善有效电流密度的均匀度的效果，并可以提高电流密度来提高亮度。
以下，通过本发明的以下实施例，对本发明的半导体发光器件进行更加详细的说明。
实施例1
为了构成与图2至图4相同的半导体发光器件，在蓝宝石基板适用GaN作为发光器件的氮化物层，适用普通的Au基板电极作为延伸电极，并以如图2所示的方式形成分隔区域，从而制成了氮化物发光器件。
实施例2
除了还形成如图7所示的分隔区域之外，以与实施例1相同的方法制成了氮化物发光器件。
比较例
除了不单独形成分隔区域之外，以与上述实施例1相同的方法制成了氮化物发光器件。
在封装状态下，施加120mA的相同电流来测定上述实施例及比较例的发光器件中的发光功率，并将其结果呈现在表1中。
表1
如上述表1所示，与比较例相比，实施例的发光器件的发光功率特性具有约3％以上的改善，由此可以确认发光器件可以呈现优秀的发光功率特性。
以上，虽然以本发明的实施例为中心进行了说明，但这仅为例示，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就可以理解本发明可以实施多种变形及等同的其他实施例。因此，本发明真正的技术保护范围应通过所记载的发明要求保护范围来判断。
Claims (16)
1.一种半导体发光器件，包括第一半导体层、活性层及第二半导体层，上述半导体发光器件的特征在于，
包括：
第一延伸电极，其用于电连接上述第一半导体层；
以相互隔开的方式形成的多个第二电极接触层，与上述第二半导体层电连接；以及
第二延伸电极，其用于电连接上述多个第二电极接触层，
上述第二电极接触层被分隔区域分隔为多个区域。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，上述第二延伸电极以横穿上述分隔区域的一部分的方式形成。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，上述第一延伸电极及上述第二延伸电极以横穿上述分隔区域的一部分的方式形成。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，被上述分隔区域分隔的多个第二电极接触层的各第二电极接触层的水平面积均匀。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，上述第二电极接触层由包含选自ITO、CIO、ZnO、NiO、In2O3及IZO中的一种或两种以上的材质形成。
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，上述分隔区域的宽度在0.5～20μm范围内。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，上述半导体发光器件中，上述第一半导体层露出，在上述第一半导体层上形成有上述第一延伸电极。
8.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，
上述半导体发光器件还包括：
上部绝缘层，形成于上述第二电极接触层的一部分区域上；以及
电流扩散用接触孔，贯通上述上部绝缘层、上述第二电极接触层、上述第二半导体层及上述活性层，
上述第一半导体层与上述第一延伸电极通过上述电流扩散用接触孔来电连接。
9.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，
上述半导体发光器件还包括：
上部绝缘层，形成于上述第二半导体层的一部分区域上；以及
电流扩散用接触孔，贯通上述上部绝缘层、上述第二半导体层及上述活性层，
上述第一半导体层与上述第一延伸电极通过上述电流扩散用接触孔来电连接。
10.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，上述半导体发光器件还包括：
第一电极极板，与上述第一延伸电极电连接；以及
第二电极极板，与上述第二延伸电极电连接。
11.一种半导体发光器件的制造方法，其特征在于，包括：
形成第一半导体层、活性层及第二半导体层的步骤；
在上述第二半导体层的上部形成第二电极接触层的步骤；
对第二电极接触层的一区域进行刻蚀来形成分隔区域，使得第二电极接触层被分隔为多个区域的步骤；
在被分隔为多个区域的上述第二电极接触层及向上述分隔区域露出的第二半导体层的上部形成第二延伸电极的步骤；
以使上述第一半导体层的一区域向外部露出的方式对活性层及第二半导体层进行刻蚀的步骤；以及
在露出的上述第一半导体层的上部形成第一延伸电极的步骤。
12.根据权利要求11所述的半导体发光器件的制造方法，其特征在于，对上述活性层及上述第二半导体层进行刻蚀的步骤包括：
在上述第二电极接触层的一部分区域上形成上部绝缘层的步骤；
通过刻蚀来形成贯通上述上部绝缘层、上述第二电极接触层、上述第二半导体层及上述活性层的、使上述第一半导体层的露出的电流扩散用接触孔的步骤；以及
在上述电流扩散用接触孔的各个内壁形成侧面绝缘层的步骤。
13.根据权利要求12所述的半导体发光器件的制造方法，其特征在于，在露出的上述第一半导体层的上部形成第一延伸电极的步骤中，在上述电流扩散用接触孔的各个内部及上述上部绝缘体上形成第一延伸电极。
14.根据权利要求11所述的半导体发光器件的制造方法，其特征在于，
在上述第二半导体层的上部形成第二电极接触层的步骤中，在上述第二半导体层的除一部分区域之外的其他区域形成第二电极接触层，
对上述活性层及上述第二半导体层进行刻蚀的步骤包括：
在未形成有第二电极接触层的第二半导体层上形成上部绝缘层的步骤；
通过刻蚀来形成贯通上述上部绝缘层、上述第二半导体层及上述活性层的、使上述第一半导体层露出的电流扩散用接触孔的步骤；以及
在上述电流扩散用接触孔的各个内壁形成侧面绝缘层的步骤。
15.根据权利要求14所述的半导体发光器件的制造方法，其特征在于，在露出的上述第一半导体层的上部形成第一延伸电极的步骤中，在上述电流扩散用接触孔的各个内部及上述上部绝缘体上形成第一延伸电极。
16.根据权利要求11所述的半导体发光器件的制造方法，其特征在于，上述半导体发光器件的制造方法还包括：
形成与上述第一延伸电极电连接的第一电极极板的步骤；以及
形成与上述第二延伸电极电连接的第二电极极板的步骤。
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