CN1866559A - 氮化物半导体发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氮化物半导体发光器件。该氮化物半导体发光器件包括衬底;在衬底上形成的n型氮化物半导体层;在n型氮化物半导体层上形成的有源层;在有源层上形成的p型氮化物半导体层;在p型氮化物半导体层上形成的透明电极;形成以连接在透明电极上的p型压焊电极;以及由包括铝或银的化合物形成在n型氮化物半导体层上的n型电极。

Description

氮化物半导体发光器件
本申请要求于2005年5月18日提交至韩国专利局的韩国专利申请第2005-0041406号的优先权,其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种氮化物半导体发光器件,以及更特别地,涉及一种氮化物半导体发光器件,其防止从有源层发射的一些光被n型电极所吸收并且消失,因此增强了氮化物半导体发光器件的光取出效率。
背景技术
通常,具有相对较大能带隙的氮化物半导体(例如,GaN半导体具有大约3.4eV)被广泛地用于产生蓝或绿的短波长光的发光器件中。作为这样的氮化物半导体,具有AlxInyGa(1-x-y)N(这里,0≤x≤1,0≤y≤1,并且0≤x+y≤1)成分的材料被广泛使用。
然而,因为这样的氮化物半导体具有相对较大的能带隙,所以其很难与电极形成欧姆接触。特别地,因为n型氮化物半导体层具有更大的能带隙,所以在与n型电极的接触部分的接触电阻增加。这种增加引起了装置操作电压的增加,因此增加了发热量。另外,根据相关技术的氮化物半导体发光器件的n型电极是由反射率较低的Cr/Au形成的。因此,由有源层发射的全部光没有被反射,并且一些光被吸收,从而降低了光取出效率。
在下文中,将参考图1对根据相关技术的氮化物半导体发光器件的问题进行详细的描述。
图1是示出了根据相关技术的氮化物半导体发光器件的结构的剖面视图。
如在图1中所示,根据相关技术的氮化物半导体发光器件包括蓝宝石衬底110、GaN缓冲层(没有示出),n型氮化物半导体层120、有源层130、p型氮化物半导体层140,这些层为连续的晶体生长。部分有源层130和p型氮化物半导体层140通过蚀刻被去除,因此形成了凹槽170,在其上面部分n型氮化物半导体层120被暴露。
在暴露在凹槽170的底面上的n型氮化物半导体层120上,由Cr/Au形成n型电极200。在p型氮化物半导体层140上,由ITO或类似物形成透明电极150。在部分的透明电极150上,形成p型压焊电极(bonding electrode)160。
这样的氮化物半导体发光器件操作如下。
通过p型压焊电极160注入的空穴从p型压焊电极160横向延伸,并且从p型氮化物半导体层140注入到有源层130。通过n型电极200注入的电子从n型氮化物半导体层120注入到有源层130。在有源层130中,空穴和电子重新结合从而发光。所发射的光通过透明电极150发射到氮化物半导体发光器件外部。
此时,在有源层130产生的光‘hv’向所有方向发射。为了方便起见,图1使用①、②、和③示出了光子的发射方向。沿方向①和②前进的光通过透明电极150发射到氮化物半导体发光器件外部,因此有助于氮化物半导体发光器件的强度。
然而,沿方向③前进的光被吸收到n型电极200并且随之消失。这种光的吸收降低了光取出效率,从而降低了氮化物半导体发光器件的亮度。光取出效率代表由有源层产生的光和从氮化物半导体发光器件发射到空气中的光的比率。
换句话讲,因为如上所述由Cr/Au形成的常规n型电极具有低的反射率,使得指向n型电极的从有源层发射的光被吸收和消失。因此,降低了光取出效率,从而降低了亮度。
发明内容
本发明的优点是提供了一种氮化物半导体发光器件,其中由具有低欧姆接触电阻并具有高反射率的材料形成的n型电极设置在n型氮化物半导体层上,因此降低了装置的发热量,从而提高了可靠性,并且防止了从有源层发射的一些光被吸收到n型电极和消失,从而提高了光取出效率。
本发明总体思想的其它方面和优点将在随后的描述中部分地阐明,部分地,由描述而变得显而易见,或者可以通过实践总体发明思想而了解。
根据本发明的一个方面,氮化物半导体发光器件包括衬底;在衬底上形成的n型氮化物半导体层;在n型氮化物半导体层上形成的有源层;在有源层上形成的p型氮化物半导体层;在p型氮化物半导体层上形成的透明电极;形成以连接在透明电极上的p型压焊电极;以及由包括铝或银的化合物形成在n型氮化物半导体层上的n型电极。
优选地,在化合物中,加入了至少一种金属添加剂,其选自包括Cu、Si、W、Mo、Co和Ni的组。然后,防止形成n型电极的铝或银由于热处理导致的起伏(Hill-rock)而退化,从而保持了铝或银的低欧姆接触电阻和高反射率。另外,形成n型电极的化合物层优选地具有500至5000的厚度。
n型电极包括双层,其中退化防止层被层叠在包括铝或银的化合物层上。因此,由高温下脆弱的铝或银形成的高反射n型电极更可靠地防止了由热导致的退化。
优选地,退化防止层由至少一种选自包括Ti、Ni、Pt、Pd和Rh的组的热阻金属形成,并且退化防止层具有50至500的厚度。
N型电极优选地包括三层,其中包括铝或银的化合物层、退化防止层、以及抗氧化层被依次层叠,这使得防止退化防止层被暴露在空气中并被氧化成为可能。
优选地,抗氧化层由至少一种选自包括Au、Pt和Rh的组的基底金属形成,并且抗氧化层具有200至4000的厚度。
同样地,根据本发明的n型电极由具有低欧姆接触电阻和高反射率的材料形成,即,在n型氮化物半导体层上的包括铝或银的化合物。因此,降低了装置的发热量以提高可靠性,并且防止从有源层发射的一些光被吸收到n型电极并消失,从而提高了装置的光取出效率。
附图说明
从以下对实施例的描述,结合附图,将使本发明总体思想的这些和/或其它方面和优点变得明显并更加容易理解,其中
图1是示出了根据相关技术的氮化物半导体发光器件的结构的剖面视图;
图2是示出了根据本发明的第一实施例的氮化物半导体发光器件的结构的剖面视图;
图3是比较地示出在图1和2中所示的氮化物半导体发光器件的欧姆接触(I-V曲线)的曲线图;
图4是比较地示出在图1和2中所示的氮化物半导体发光器件的反射率的图表;
图5是示出了根据本发明的第二实施例的氮化物半导体发光器件的结构的剖面视图;
图6是比较地示出在图2和5中所示的氮化物半导体发光器件的反射率的图表;以及
图7是示出了根据本发明的第三实施例的氮化物半导体发光器件的结构的剖面视图。
具体实施方式
现在将具体地参考本发明总体思想的实施例,在附图中所示的实例,其中相同的附图标号始终表示相同的元件。以下通过参考附图描述实施例以解释本发明总体思想。
以下,将参考附图详细地描述本发明的优选实施例,使得本领域的普通技术人员可以容易地实施本发明。
在附图中,每层的厚度被放大,以清楚地示出不同的层和区域。在整个说明书中,相同的附图标号被附属于相同或类似的部件。
以下,将参考附图详细描述根据本发明的实施例的氮化物半导体发光器件。
[第一实施例]
首先,参考图2对根据本发明的第一实施例的氮化物半导体发光器件进行详细描述。图2是示出了根据本发明的第一实施例的氮化物半导体发光器件的结构的剖面视图。
如图2所示,氮化物半导体发光器件包括缓冲层(没有示出)、n型氮化物半导体层120、有源层130、以及p型氮化物半导体层140,这些层依次层叠在衬底110上。
优选地,衬底110由包括蓝宝石的透明材料形成。除了蓝宝石,衬底110可以由氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)和氮化铝(AlN)形成。
缓冲层(没有示出)由GaN形成并且可以被省略。
n型和p型氮化物半导体层120和140由掺杂了导电杂质的GaN层或GaN/AlGaN层形成。具有多量子阱结构的有源层130由InGaN/GaN层形成。
在另一方面,有源层可以由量子阱层形成或形成具有双异质结构(double-hereto structure,双杂型结构)。另外,通过包括在有源层130中的铟的数量确定二极管是绿发光器件还是蓝发光器件。更特别地,在蓝发光器件的情况下,铟的比例大约为22%。在绿发光器件的情况下,铟的比例大约为40%。换句话说,用于形成有源层130的铟的数量根据所需的蓝或绿波长而改变。
通过台面蚀刻将部分的有源层130和p型氮化物半导体层140除去。因此形成凹槽170,在其上暴露n型氮化物半导体层120。
在p型氮化物半导体层140上,形成透明电极150。在该情况下,如果透明电极150对于发光器件的发射波长具有高的透射率,以及具有导电金属氧化物(例如ITO,氧化铟锡),透明电极150也可以由具有高导电率和低接触电阻的薄金属薄膜形成。
当透明电极150由薄金属薄膜形成时,为了保证透射率,金属薄膜的厚度优选地保持在少于50nm。例如,金属薄膜可以形成以下结构,其中具有厚度为10nm的Ni层和具有厚度为40nm的Au层被依次层叠。
在透明电极150和暴露于凹槽170的底面上的n型氮化物半导体层120上,分别形成由Au形成的p型压焊电极160和n型电极200,n型电极200用来反射光并作为电极。
以下,将详细描述根据本发明的第一实施例的n型电极200,n型电极200用来反射光并作为电极。
根据本发明的第一实施例的n型电极200由单层形成,其为由包括Al或Ag的化合物形成的高反射n型电极210。作为化合物,优选地使用其中添加了至少一种选自包括Cu、Si、W、Mo、Co和Ni的组的热阻金属添加剂的化合物。这是因为这样的结构防止形成高反射n型电极210的铝或银由于热处理或类似物而退化。
换句话说,形成高反射n型电极210的铝或银容易被由于热处理而产生的起伏(hill-rock)所退化。退化的铝或银不能保持作为其独特特征的低欧姆接触电阻和高反射率。然而,在根据本实施例的高反射n型电极210中,在铝或银中添加了热阻金属添加物,从而防止铝或银的退化。因此,可以保持低欧姆接触电阻和高反射率。
优选地,高反射n型电极210具有500至5000的厚度。如果其厚度小于500,则高反射n型电极210不能具有反射功能。如果其厚度大于5000,则由于电极的大厚度而产生应力,从而使高反射n型电极210的接触变弱。
图3是比较地示出在图1和2中所示的氮化物半导体发光器件的欧姆接触(I-V曲线)的曲线图。图4是比较地示出在图1和2中所示的氮化物半导体发光器件的反射率的图表。
参考图3,可以发现根据本发明的第一实施例的n型电极,其包括了由包括铝或银的化合物形成的作为高反射n型电极的单层,具有比由Cr/Au形成的常规n型电极更低的欧姆接触电阻。
参考图4,在根据本发明的第一实施例的n型电极中,其包括了由包括铝或银的化合物形成的作为高反射n型电极的单层,对于硅(Si)的反射率为202%。在由Cr/Au形成的常规n型电极中,对于硅(Si)的反射率为104%。换句话说,与常规n型电极的反射率相比,根据本发明的第一实施例的n型电极的反射率提高了94%。因此,指向n型电极的从有源层发射的光全部被反射,以被再次发射到透明电极中,这使得提高发光器件的光取出效率成为可能(参考图2的方向③)。
[第二实施例]
参考图5描述本发明的第二实施例。然而,在第二实施例的结构中,与第一实施例相同部分的描述将被省略,并且仅详细描述与第一实施例不同的结构。
图5是示出了根据本发明的第二实施例的氮化物半导体发光器件的结构的剖面视图。
尽管根据第二实施例的氮化物半导体发光器件的结构与根据第一实施例的氮化物半导体发光器件的结构几乎相同,与第一实施例不同的是,n型电极200不是由作为高反射n型电极210的单层组成的,而是由其中在高反射n型电极210上层叠退化防止层220的双层组成的,如图5所示。
因此,在第二实施例中,n型电极200还包括由包括铝或银的化合物形成的高反射n型电极210,其使得获得与第一实施例相同的效果成为可能。
另外,由于由热阻金属形成的退化防止层220形成在高反射n型电极210上,由包括铝或银的化合物形成的高反射n型电极210可以比第一实施例更可靠地防止由热处理引起的退化。
优选地,退化防止层220由至少一种选自包括Ti、Ni、Pt、Pd和Rh的组的热阻金属形成。另外,退化防止层220具有50至500的厚度。如果其厚度小于50,退化防止层220不能完成防止退化的任务。如果其厚度大于500,由于大厚度产生应力,从而使退化防止层220的接触变弱。
图6是比较地示出在图2和5中所示的氮化物半导体发光器件的反射率的图表。参考图6,根据本发明的第二实施例包括退化防止层220的n型电极200在热处理后保持了大约202%的反射率,其与热处理前在相同水平。正相反,根据第一实施例的没有包括退化防止层220的n型电极200的反射率,在热处理后迅速地由大约202%减少到大约172%。
因此,在根据第二实施例的n型电极中,高反射n型电极与根据第一实施例的n型电极相比,更可靠地防止了由热处理引起的退化,使得保持高反射率成为可能。
[第三实施例]
参考图7描述本发明的第三实施例。因为第三实施例的结构与第二实施例的结构几乎相同,所以仅详细描述其与第二实施例不同的部分。
图7是示出了根据本发明的第三实施例的氮化物半导体发光器件的结构的剖面视图。
根据第三实施例的氮化物半导体发光器件的结构与根据第二实施例的氮化物半导体发光器件的结构几乎相同。然而,如图7所示,n型电极200由三层组成,其中高反射n型电极210、退化防止层220、和抗氧化层230依次层叠,与根据第二实施例的由双层组成的n型电极不同,其中双层中依次层叠高反射n型电极210和退化防止层220。
在第三实施例中,n型电极200也包括了双层,其中高反射n型电极210和退化防止层220依次层叠,这使得获得与第二实施例相同的效果成为可能。另外,通过在退化防止层220上形成的抗氧化层230,可以防止退化防止层220被暴露和氧化。
优选地,抗氧化层230由至少一种选自包括Au、Pt、和Rh的组的基底金属形成。另外,抗氧化层230具有200至4000的厚度。如果其厚度小于200,则抗氧化层230不能完成防止氧化的任务。如果其厚度大于4000,由于大厚度产生应力,从而使抗氧化层230的接触变弱。
尽管参考其示例性实施例描述了本发明,本领域的技术人员应该理解,在不脱离权利要求书的范围的前提下,可以在形式和细节上对本发明作出各种更改和改进。
如上所述,由具有低欧姆接触电阻和高反射率的材料形成的n型电极设置在n型氮化物半导体层上。因此,可以减少装置的发热量,从而提高其可靠性,并且可以防止一些从有源层发射的光被n型电极吸收并消失,从而提高了光取出效率。
因此,在本发明中,可以提高氮化物半导体发光器件的亮度、特性、和可靠性。
虽然示出和描述了本发明总体思想的若干实施例,本领域的技术人员应该明白,在不脱离本发明总体思想的精神和原则以及由权利要求书和其等同物所界定的范围的前提下,可以对这些实施例作出更改。

Claims (10)

1.一种氮化物半导体发光器件,包括:
衬底;
n型氮化物半导体层,形成在所述衬底上;
有源层,形成在所述n型氮化物半导体层上;
p型氮化物半导体层,形成在所述有源层上;
透明电极,形成在所述p型氮化物半导体层上;
p型压焊电极,形成以连接在所述透明电极上;以及
n型电极,由包括铝或银的化合物形成,并且形成在所述n型氮化物半导体层上。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光器件,其中,在所述化合物中,添加至少一种选自包括Cu、Si、W、Mo、Co、和Ni的组的金属添加物。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光器件,其中所述n型电极具有500至5000的厚度。
4.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光器件,还包括在所述衬底和所述n型氮化物半导体层之间的界面中的缓冲层。
5.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光器件,其中所述n型电极包括双层,其中退化防止层层叠在包括铝或银的化合物层上。
6.根据权利要求5所述的氮化物半导体发光器件,其中所述退化防止层由至少一种选自包括Ti、Ni、Pt、Pd、和Rh的组的热阻金属形成。
7.根据权利要求5所述的氮化物半导体发光器件,其中所述退化防止层具有50至500的厚度。
8.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光器件,其中所述n型电极包括三层,其中包括铝或银的化合物层、退化防止层、和抗氧化层依次层叠。
9.根据权利要求8所述的氮化物半导体发光器件,其中所述氧化层由至少一种选自包括Au、Pt、和Rh的组的基底金属形成。
10.根据权利要求8所述的氮化物半导体发光器件,其中所述氧化层具有200至4000的厚度。
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