CN1945865A - 基于氮化物的半导体发光二极管及其制造方法 - Google Patents

基于氮化物的半导体发光二极管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于氮化物的半导体LED，其包括：基板；n型氮化物半导体层，形成在基板上；有源层和p型氮化物半导体层，顺序地形成在n型氮化物半导体层的预定区域上；透明电极，形成在p型氮化物半导体层上；p电极焊盘，形成在透明电极上，该p电极焊盘与p型氮化物半导体层的外缘线隔开50至200μm；以及n电极焊盘，形成在n型氮化物半导体层。

Description

基于氮化物的半导体发光二极管及其制造方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2005年10月7日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2005-94453号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种基于氮化物的半导体发光二极管(LED)及其制造方法。在基于氮化物的半导体LED中，将优先发光的p电极焊盘周围的面积扩大，以提高光提取效率，并且防止局部电流拥挤(local current crowding)，以减小驱动电压。
背景技术
由于诸如GaN的III-V族氮化物半导体具有良好的物理及化学特性，所以它们被认为是发光装置(例如，发光二极管(LED)或激光二极管(LD))的基本材料。由III-V族氮化物半导体形成的LED或LD被广泛地用在发光装置中，用于获取蓝光或绿光。发光装置应用于多种产品的光源，例如，家用电器、电子显示板、以及照明装置。通常，III-V族氮化物半导体由基于氮化镓(GaN)的材料组成，该材料具有InXAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的分子式。
下面，将参照图1和图2详细描述传统的基于氮化物的半导体LED。
图1是示出传统的基于氮化物的半导体LED的截面图，以及图2是示出传统的基于氮化物的半导体LED的平面图。
如图1所示，基于氮化物的半导体LED 100包括用于生长基于氮化物半导体材料的蓝宝石基板101、n型氮化物半导体层102、有源层103、以及p型氮化物半导体层104，它们顺序地形成在蓝宝石基板101上。通过台面蚀刻工艺将p型氮化物半导体层104和有源层103的一部分去除，使得部分地露出n型氮化物半导体层102。
在未被台面蚀刻工艺蚀刻的p型氮化物半导体层104上形成p电极焊盘106。在n型氮化物半导体层102上形成n电极焊盘107。
由于p型氮化物半导体层104具有大于n型氮化物半导体层102的特定电阻率，所以p型氮化物半导体层104和n型氮化物半导体层102之间的电阻差减弱了电流扩散效应。同样地，当电流扩散效应减弱时，光提取效率也随之降低，从而氮化物半导体LED 100的亮度减小。由此，为了提高相关技术中的电流扩散效应，在p型氮化物半导体层104上形成透明电极105，以增大通过p电极焊盘106注入的电流的注入面积。
在上述的基于氮化物的半导体LED 100中，在p型氮化物半导体层104上还设置有透明电极105，以获得增强的电流扩散效应。然而，当透明电极105和n型氮化物半导体层102之间的表面电阻差很大时，电流扩散效应依然很弱。例如，当将常用的ITO(氧化铟锡)用作透明电极105时，由于ITO的高表面电阻，在p电极焊盘的附近(参看参考标号‘A1’)产生局部电流拥挤。
在基于氮化物的半导体LED 100中，p电极焊盘106尽可能地接近p型氮化物半导体层104的外缘线而形成，该外缘线为台面线。此外，p电极焊盘106和n电极焊盘107彼此以最大距离隔开，以确保其间的最大发光面积。随后，期望增强光学输出。然而，在这种情况下，p电极焊盘106附近(A1)的局部电流拥挤增加，从而使二极管的可靠性降低。
P电极焊盘106的附近(A1)为优先发光的区域(下面，称为‘优先发光区’)。当p电极焊盘106接近台面线而形成时，确保作为发光密度(luminous density)较高的优先发光区的p电极焊盘106附近(A1)的面积受到了限制。这种限制使得难以提高整个芯片的光提取效率。同时，图1的虚线表示电流路径。
发明内容
本发明的优势在于提供了一种基于氮化物的半导体发光二极管(LED)及其制造方法。在基于氮化物的半导体LED中，将p电极焊盘周围的面积扩大，以提高光提取效率，并且防止局部电流拥挤，以减小驱动电压，从而提高二极管的可靠性。
本发明总的发明构思的其他方面和优点将部分地在随后的说明中部分地阐述，并且部分地从该说明中将显而易见、或者通过总的发明构思的实施而被理解。
根据本发明的一方面，基于氮化物的半导体LED包括：基板；n型氮化物半导体层，形成在基板上；有源层和p型氮化物半导体层，顺序地形成在n型氮化物半导体层的预定区域上；透明电极，形成在p型氮化物半导体层上；p电极焊盘，形成在透明电极上，该p电极焊盘与p型氮化物半导体层的外缘线隔开50至200μm；以及n电极焊盘，形成在n型氮化物半导体层上。
根据本发明的另一方面，基板的平面形状为矩形。
根据本发明的又一方面，矩形的宽度与长度比为1∶1.5。
根据本发明的再一方面，基于氮化物的半导体LED的制造方法包括步骤：在基板上顺序地形成n型氮化物半导体层、有源层、以及p型氮化物半导体层；台面蚀刻p型氮化物半导体层、有源层、以及n型氮化物半导体层的一部分，以部分地露出n型氮化物半导体层；在p型氮化物半导体层上形成透明电极；在透明电极上形成p电极焊盘，该p电极焊盘与p型氮化物半导体层的外缘线隔开50至200μm；以及在n型氮化物半导体层上形成n电极焊盘。
根据本发明的又一方面，基板的平面形状为矩形。
根据本发明的再一方面，矩形的宽度与高度比为1∶1.5。
附图说明
本发明总的发明构思的这些和/或其它方面及优点将通过以下结合附图对实施例的描述而变得显而易见，并更易于理解，其中：
图1是示出传统的基于氮化物的半导体LED的截面图；
图2是示出传统的基于氮化物的半导体LED的平面图；
图3是示出根据本发明实施例的基于氮化物的半导体LED的截面图；
图4是示出根据本发明实施例的基于氮化物的半导体LED的平面图；
图5A至图5D是用于解释根据本发明实施例的基于氮化物的半导体LED的制造方法的截面图；
图6是示出根据p电极焊盘的间距的Po(光强度)变化的曲线图；
图7是示出根据p电极焊盘的间距的驱动电压变化的曲线图；以及
图8是示出p电极焊盘与台面线隔开55μm的状态的照片。
具体实施方式
现在，将详细地参照本发明总的发明构思的实施例，其实例在附图中示出，其中，相同的参考标号始终表示相同的元件。以下，通过参照附图描述实施例解释本发明总的发明构思。
以下，将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。
基于氮化物的半导体LED的结构
参照图3和图4，将详细描述根据本发明实施例的基于氮化物的半导体LED。
图3是示出基于氮化物的半导体LED的截面图，以及图4是示出基于氮化物的半导体LED的平面图。
如图3所示，根据本发明实施例的基于氮化物的半导体LED200包括用于生长基于氮化物的半导体材料的蓝宝石基板201、缓冲层(未示出)、n型氮化物半导体层202、有源层203、以及p型氮化物半导体层204，它们都顺序地形成在蓝宝石基板201上。通过台面蚀刻工艺将p型氮化物半导体层204和有源层203的一部分去除，使得部分地露出n型氮化物半导体层202的上表面。
缓冲层生长在蓝宝石基板201上，以增强蓝宝石基板210和n型氮化物半导体层202之间的点阵匹配(lattice matching)。缓冲层可由AlN/GaN等形成。
n型和p型氮化物半导体层202和204以及有源层203可由半导体材料形成，该材料具有InXAlYGa1-X-YN(这里，0≤X，0≤Y，且X+Y≤1)的组成式。更具体地，n型氮化物半导体层202可由掺杂有n型导电杂质的GaN或GaN/AlGaN层形成。例如，n型导电杂质可为Si、Ge、Sn等，其中，优选使用Si。此外，p型氮化物半导体层204可由掺杂有p型导电杂质的GaN或GaN/AlGaN层形成。例如，p型导电杂质可为Mg、Zn、Be等，其中，优选使用Mg。有源层203可由具有多量子势阱(multi-quantum well)结构的InGaN/GaN层形成。
在未被台面蚀刻工艺去除的p型氮化物半导体层204上，由ITO材料形成透明电极205。在透明电极205上形成p型电极焊盘206，以与作为台面线的p型氮化物半导体层204的外缘线隔开预定距离。在通过台面蚀刻工艺露出的n型氮化物半导体层202上形成n型电极焊盘207。此时，考虑到通常的基于氮化物的半导体LED芯片的尺寸，优选地形成p型电极焊盘206，以与p型氮化物半导体层204的外缘线隔开50至200μm。
如图4所示，基板201的平面形状形成为矩形。在这种情况下，优选地，矩形的宽度与长度比为1∶1.5。
其间，如上所述，当将常用的ITO作为透明电极205时，由于ITO的高表面电阻，在p型电极焊盘206的附近可产生局部电流拥挤。然而，在本实施例中，p型电极焊盘206与台面线隔开预定距离，这可减小局部电流拥挤。由此，可以提高二极管的可靠性(例如，可以减小驱动电压)，并且扩大作为优先发光区(参看图3的参考标号‘A2’)的p电极焊盘206周围的面积。因此，可以提高芯片的总体发光效率。同时，图3的虚线表示电流路径。
基于氮化物的半导体LED的制造方法
下面，将描述根据本发明实施例的基于氮化物的半导体LED的制造方法。
图5A至图5D是示出基于氮化物的半导体LED的制造方法的截面图。
首先，如图5A所示，在用于生长基于氮化物的半导体材料的蓝宝石基板201上顺序地形成缓冲层(未示出)、n型氮化物半导体层202、有源层203、以及p型氮化物半导体层204。可以省略缓冲层，并且n型氮化物半导体层202、有源层203、以及p型氮化物半导体层204可由半导体材料形成，该材料具有InXAlYGa1-X-YN(这里，0≤X，0≤Y，且X+Y≤1)的组成式。通常，它们可通过诸如金属有机化学汽相沉积(MOCVD)的工艺形成。
接下来，如图5B所示，台面蚀刻部分p型氮化物半导体层204、部分有源层203、以及部分n型氮化物半导体层202，以部分地露出n型氮化物半导体层202。
如图5C所示，在p型氮化物半导体层204上形成透明电极205。通常，由ITO形成透明电极205。
如图5D所示，在透明电极205上形成p电极焊盘206，其与p型氮化物半导体层204的外缘线隔开预定距离，以及在n型氮化物半导体层202上形成n电极焊盘207。P电极焊盘206和n电极焊盘207可由诸如Au或Au/Cr的金属形成。
如上所述，由于用作透明电极205的ITO的高表面电阻，在p电极焊盘206的附近产生电流拥挤。然而，在本实施例中，p电极焊盘206与台面线隔开预定距离，使得可减弱局部电流拥挤。因此，可以减小驱动电压，并且可扩大作为优先发光区(参看图5的参考标号‘A2’)的p电极焊盘206周围的面积，使得可以提高芯片的总体发光效率。
图6是示出根据p电极焊盘间距(separation distance)的Po(光强度)变化的曲线图，以及图7是示出根据p电极焊盘间距的驱动电压变化的曲线图。
参照图6，当p电极焊盘206与台面线隔开50至200μm，Po趋于增加。随着p电极焊盘206与台面线隔开200μm以上，Po降低。因此，最优选地，p电极焊盘206与作为台面线的p型氮化物半导体层204的外缘线隔开50至200μm。此外，参照图7，随着p电极焊盘206与台面线隔开预定距离，即，随着p电极焊盘206和n电极焊盘207之间的距离减小，驱动电压也随之减小。
图8是示出当p电极焊盘与台面线隔开55μm时的发光状态的照片。
当p电极焊盘206与台面线隔开55μm时，如图8所示，可在整个芯片中获取均匀的发光效应。此外，可以扩大作为优先发光区的p电极焊盘206周围的面积，使得可以进一步提高芯片的总体发光效率。
优选地，蓝宝石基板201的平面形状形成为矩形。这是由于，与蓝宝石基板201的平面形状形成为正方形相比，当蓝宝石基板201为矩形时，有利地确保p电极焊盘206可与台面线隔开的距离的容限(margin)。在这种情况下，优选地，矩形的宽度与长度比为1∶1.5。这是由于，当矩形的宽度与长度比小于1.5时，与台面线隔开的p电极焊盘206变得如此接近n电极焊盘207，可减弱电流扩散效应。
根据本发明的基于氮化物的半导体LED及其制造方法，p电极焊盘与台面线隔开预定距离，并且将优先发光的p电极焊盘周围的面积扩大，以提高芯片的光提取效率。此外，减弱了局部电流拥挤，以减小驱动电压，从而提高了二极管的可靠性。
尽管已经示出和描述了本发明总的发明构思的一些实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不背离本发明总的发明构思的原则和精神的条件下可以在这些实施例中作出变化，本发明总的发明构思的范围由所附的权利要求书及其等同物所限定。

Claims (6)

1.一种基于氮化物的半导体LED，其包括：
基板；
n型氮化物半导体层，形成在所述基板上；
有源层和p型氮化物半导体层，顺序地形成在所述n型氮化物半导体层的预定区域上；
透明电极，形成在所述p型氮化物半导体层上；
p电极焊盘，形成在所述透明电极上，所述p电极焊盘与所述p型氮化物半导体层的外缘线隔开50μm至200μm；以及
n电极焊盘，形成在所述n型氮化物半导体层。
2.根据权利要求1所述的基于氮化物的半导体LED，
其中，所述基板的平面形状为矩形。
3.根据权利要求2所述的基于氮化物的半导体LED，
其中，所述矩形的宽度与长度比为1∶1.5。
4.一种制造基于氮化物的半导体LED的方法，包括以下步骤：
在基板上顺序地形成n型氮化物半导体层、有源层、以及p型氮化物半导体层；
台面蚀刻所述p型氮化物半导体层、所述有源层、以及所述n型氮化物半导体层的部分，以部分地露出所述n型氮化物半导体层；
在所述p型氮化物半导体层上形成透明电极；
在所述透明电极上形成p电极焊盘，所述p电极焊盘与所述p型氮化物半导体层的外缘线隔开50μm至200μm；以及
在所述n型氮化物半导体层上形成n电极焊盘。
5.根据权利要求4所述的方法，
其中，所述基板的平面形状为矩形。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，所述矩形的宽度与高度比为1∶1.5。
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