TW201427082A - 氮化物半導體發光裝置及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明是關於能夠提高p-電極極板與電流斷開圖案之間的粘結力，從而提高裝置的長期可靠性的氮化物半導體發光裝置及其製造方法。本發明的氮化物半導體發光裝置，其特徵在於，包括：n型氮化物層；活性層，形成於該n型氮化物層上；p型氮化物層，形成於該活性層上；電流斷開圖案，形成於該p型氮化物層上；透明導電圖案，以覆蓋該p型氮化物層及電流斷開圖案的上側的方式形成，並具有使該電流斷開圖案的一部分露出的連通孔；以及p-電極極板，形成於該電流斷開圖案及透明導電圖案上，直接與該電流斷開圖案相連接。
Description
本發明是關於氮化物半導體發光裝置及其製造方法，更詳細地，關於具有優異的光散射特性和粘結特性的氮化物半導體發光裝置及其製造方法。
最近，作為氮化物半導體發光裝置，主要研究氮化鎵(GaN)類氮化物半導體發光裝置。這種GaN類氮化物半導體發光裝置在其應用領域中，應用於藍色和綠色發光二極體(LED)的發光裝置、金屬半導體場效應電晶體(MESFET，Metal-Semiconductor FET)、高電子遷移率電晶體(HEMT，High Electron Mobility Transistor)等高速開關和高功率裝置。
為了提高氮化物半導體發光裝置的光效率，在p型金屬電極所處的區域的下部形成電流斷開層的同時，在電流斷開層上形成透明導電圖案。此時，透明導電圖案發揮p-電極極板的電極的作用的同時，還發揮使電流擴散的作用。
但是，在具有上述結構的氮化物半導體發光裝置中，透明導電圖案形成於由絕緣物質組成的電流斷開圖案上，在這種情況下，由於透
明導電圖案和p-電極極板分別由金屬系列組成，從而存在因相互之間的粘結力差而使接合可靠性急劇下降的問題。
作為相關現有文獻，有韓國登錄專利10-0793337號(2008年01月11日公告)，並在上述文獻中公開了氮化物類半導體發光裝置及其製造方法。
本發明的目的在於，提供能夠確保優異的光散射特性的同時通過提高p-電極極板的粘結力來提高裝置的長期可靠性的氮化物半導體發光裝置及其製造方法。
用於達成上述目的的本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置，其特徵在於，包括：n型氮化物層；活性層，形成於該n型氮化物層上；p型氮化物層，形成於該活性層上；電流斷開圖案，形成於該p型氮化物層上；透明導電圖案，以覆蓋該p型氮化物層及電流斷開圖案的上側的方式形成，並具有使該電流斷開圖案的一部分露出的連通孔；以及p-電極極板，形成於該電流斷開圖案及透明導電圖案上，直接與該電流斷開圖案相連接。
用於達成上述目的的本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置的製造方法，其特徵在於，包括：步驟(a)，在基板上依次形成n型氮化物層、活性層及p型氮化物層；步驟(b)，在該p型氮化物層上形成電流斷開圖案；步驟(c)，在以覆蓋該p型氮化物層及電流斷開圖案的上側的方式形成透明導電層之後，對配置在該基板的一側邊緣的該透明導電層進行第一次圖案化；步驟(d)，依次對向該基板的一側邊緣露出的p型氮化物層、
活性層及n型氮化物層進行檯面刻蝕，使得該n型氮化物層的一部分露出；步驟(e)，對該透明導電層進行第二次圖案化，來形成透明導電圖案，該透明導電圖案具有使該電流斷開圖案的一部分露出的連通孔；以及步驟(f)，形成直接與該電流斷開圖案相連接的p-電極極板，並在露出的該n型氮化物層上形成n-電極極板。
在本發明中，能夠在p型氮化物層上形成電流斷開圖案，並在p型氮化物層及電流斷開圖案的上部形成具有連通孔的透明導電圖案，從而提高光散射特性，同時通過具有連通孔的透明導電圖案，來使p-電極極板直接與由絕緣物質組成的電流斷開圖案進行電連接和物理連接，由此提高p-電極極板的粘結特性，提高長期可靠性。
100‧‧‧氮化物半導體發光裝置
105‧‧‧緩衝層
110‧‧‧n型氮化物層
120‧‧‧活性層
130‧‧‧p型氮化物層
140‧‧‧電流斷開圖案
150‧‧‧透明導電圖案
160‧‧‧p-電極極板
170‧‧‧n-電極極板
CH‧‧‧連通孔
10‧‧‧基板
A‧‧‧第1圖的一特定部位
S110‧‧‧形成氮化物半導體層的步驟
S120‧‧‧形成電流斷開圖案的步驟
S130‧‧‧對透明導電層進行第一次圖案化的步驟
S140‧‧‧露出n型氮化物層的步驟
S150‧‧‧對透明導電層進行第二次圖案化的步驟
S160‧‧‧形成電極極板的步驟
第1圖為表示本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置的剖視圖；第2圖為第1圖的A部分的放大圖；第3圖為表示本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置的製造方法的流程圖；第4圖至第10圖為表示本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置的製造方法的剖視圖。
以下，參照附圖，對本發明的較佳實施例的氮化物半導體發光裝置及其製造方法進行的詳細說明如下。
第1圖為表示本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置的剖視圖，第2圖為第1圖的A部分的放大圖。
參照第1圖及第2圖，所示的本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置100包括：n型氮化物層110、活性層120、p型氮化物層130、電流斷開圖案140、透明導電圖案150、p-電極極板160及n-電極極板170。並且，本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置100還可以包括緩衝層105。
n型氮化物層110形成於基板10或緩衝層105上。這種n型氮化物層110可具有由摻雜有Si的氮化鋁鎵(AlGaN)形成的第一層(未圖示)和由無摻雜的氮化鎵(undoped-GaN)形成的第二層(未圖示)交替地形成的層疊結構。當然，n型氮化物層也能形成為單一的氮化物層，但只有形成為由包括緩衝層105的第一層和第二層交替而成的層疊結構，才能夠確保沒有裂紋的優異的結晶性，因而較佳地，應形成為層疊結構。
此時，基板10可由適合使氮化物半導體單晶生長的材質形成，作為代表性的一例，可舉藍寶石基板。作為這種基板10，除了藍寶石基板之外，還可以由選自氧化鋅(ZnO，zinc oxide)、氮化鎵(GaN，gallium nitride)、矽(Si，silicon)、碳化矽(SiC，silicon carbide)、氮化鋁(AlN)等的材質形成。並且，緩衝層105為選擇性地設在基板10的上部面的層，而形成該緩衝層的目的是為了解決基板10與n型氮化物層110之間的晶格不匹配，該緩衝層的材質可選自AlN、GaN等。
活性層120形成於n型氮化物層110上。這種活性層120可具有在n型氮化物層110與p型氮化物層130之間具有由單量子井結構或量子井層與量子阻擋層交替地層疊多層的多量子井(MQW，multi-quantum well)結
構。即，活性層120通過量子阻擋層和量子井層具有多量子井結構，該量子阻擋層由包含Al的氮化鋁鎵銦(AlGaInN)的四元氮化物層形成，該量子井層由氮化銦鎵(InGaN)形成。這種多量子井結構的活性層120能夠抑制所產生的應力和因變形而引起的自發的極化。
作為一例，p型氮化物層130可具有用p型摻雜劑來摻雜Mg的p型AlGaN的第一層(未圖示)和利用摻雜Mg的p型GaN來形成的第二層(未圖示)交替地形成的層疊結構。並且，p型氮化物層130與n型氮化物層110一樣，可發揮載體限制層的作用。
電流斷開圖案140形成於p型氮化物層130上。這種電流斷開圖案140形成於與後述的p-電極極板形成預定區域(未圖示)相對應的位置。
此時，電流斷開圖案140發揮對在與p-電極極板160相對應的下部面因光子吸收(photon absorption)而發生光損耗的現象進行補償的作用。並且，由於與n型氮化物層110相比，以相對薄的厚度形成p型氮化物層130，因而電流斷開圖案140發揮預先防止因p-電極極板160的周邊的電導率變低而使電流偏置的作用。
較佳地，這種電流斷開圖案140由選自SiO2、SiNx等中的一種以上形成。此時，較佳地，電流斷開圖案140的厚度為0.01至0.50μm，更較佳地，可提出的厚度為0.1至0.3μm。在電流斷開圖案140的厚度小於0.01μm的情況下，由於其厚度太薄，因而有可能難以正常發揮電流斷開功能。相反地，在電流斷開圖案140的厚度大於0.50μm的情況下，相對於電流斷開效果，有可能作為僅使製造費用及時間上升的因素，因而並不經濟。
透明導電圖案150以覆蓋p型氮化物層130及電流斷開圖案
140的上側的方式形成，並具有使電流斷開圖案140的一部分露出的連通孔(CH，contact hole)。形成這種透明導電圖案150的目的是為了使電流注入面積增加，較佳地，由透明的導電物質形成，用於預先防止對亮度產生壞影響。即，透明導電圖案150可由選自氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)、氧化銦鋅(IZO，Indium Zinc Oxide)、氟摻雜氧化錫(FTO，fluorine doped tin oxide，SnO2)等中的一種以上的材質形成。
p-電極極板160形成於電流斷開圖案140及透明導電圖案150上，直接與電流斷開圖案140相連接。此時，較佳地，當俯視時，p-電極極板160可具有第一面積，電流斷開圖案140可具有大於或等於第一面積的第二面積。這是因為，只有電流斷開圖案140形成為寬於p-電極極板160的面積，才有利於補償因光子吸收(photon absorption)而發生的光損耗。即，較佳地，當俯視時，p-電極極板160的整體面積與電流斷開圖案140相重疊。這是因為，只有將電流斷開圖案140以寬於p-電極極板160的面積的方式形成，才能提高光散射特性。
尤其，該p-電極極板160直接與電流斷開圖案140進行電連接或物理連接。像這樣，由於p-電極極板160通過透明導電圖案150的連通孔CH直接與電流斷開圖案140相連接，因此，當剖視時，由於連通孔CH部分的高度差，p-電極極板160具有T字形狀。此時，p-電極極板160與透明導電圖案150相互之間分別由金屬系列形成，因而存在相互之間的粘結力差的問題，但像本發明一樣，使p-電極極板160具有直接與由絕緣物質形成的電流斷開圖案140進行電連接或物理連接的結構，從而具有能夠提高p-電極極板160的粘結特性的優點。
n-電極極板170形成於n型氮化物層110的露出區域。p-電極極板160及n-電極極板170可通過選自電子束(E-Beam)蒸鍍、熱蒸發蒸鍍(Thermal Evaporation)、濺射蒸鍍(Sputtering deposition)等中的某一種方式形成。這種p-電極極板160及n-電極極板170可通過使用相同的光罩，由相同的物質形成。此時，p-電極極板160及n-電極極板170可由選自Au、Cr-Au合金等中的物質形成。
上述本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置能夠在p型氮化物層上形成電流斷開圖案，並在p型氮化物層及電流斷開圖案的上部形成具有連通孔的透明導電圖案來提高光散射特性的同時，通過具有連通孔的透明導電圖案，來將p-電極極板直接與由絕緣物質形成的電流斷開圖案進行電連接和物理連接，由此提高p-電極極板的粘結特性，並提高長期可靠性。
以下，參照附圖，對本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置的製造方法進行說明。
第3圖為表示本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置的製造方法的流程圖，第4圖至第10圖為表示本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置的製造方法的剖視圖。
參照第3圖，所示的本發明的實施例的氮化物半導體發光裝置的製造方法包括：形成氮化物半導體層的步驟S110；形成電流斷開圖案的步驟S120；將透明導電層進行第一次圖案化的步驟S130；露出n型氮化物層的步驟S140；將透明導電層進行第二次圖案化的步驟S150；以及形成電極極板的步驟S160。
參照第3圖及第4圖，在形成氮化物半導體層的步驟S110中，
在基板10上依次形成n型氮化物層110、活性層120及p型氮化物層130。這種n型氮化物層110、活性層120及p型氮化物層130可利用選自金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法、液相磊晶法(LPE)法、分子束磊晶(MBE)法等中的某一種方式，並以依次蒸鍍的方式層疊而成。
此時，n型氮化物層110可具有由摻雜有Si的AlGaN形成的第一層(未圖示)和由無摻雜的GaN(undoped-GaN)形成的第二層(未圖示)交替地形成的層疊結構。並且，活性層120可具有由單量子井結構或量子井層與量子阻擋層交替地層疊多層的多量子井(MQW，multi-quantum well)結構。並且，作為一例，p型氮化物層130可具有用p型摻雜劑摻雜Mg的p型AlGaN的第一層(未圖示)和利用摻雜Mg的p型GaN來形成的第二層(未圖示)交替地形成的層疊結構。
雖然未圖示，但在基板10上形成n型氮化物層110之前，還可以形成緩衝層(未圖示)。此時，形成緩衝層的目的是為了解決基板10與n型氮化物層110之間的晶格不匹配，其材質可選自AlN、GaN等中。
參照第3圖及第5圖，在形成電流斷開圖案的步驟S120中，在p型氮化物層130上形成電流斷開圖案140。這種電流斷開圖案140形成於與要後述的p-電極極板形成預定區域(未圖示)相對應的位置。
雖然未圖示，但電流斷開圖案140可通過在p型氮化物層130的上部前面以0.01至0.50μm的厚度蒸鍍選自SiO2、SiNx等中的一種以上的物質，來形成電流斷開物質層(未圖示)之後，對其執行利用第一光罩(未圖示)的光刻製程(photo lithography process)來形成。雖然未圖示，但這種光刻製程可通過以下方式實施，即，在p型氮化物層130及電流斷開圖案
140的上部前面以規定的厚度塗敷光阻來形成光罩(未圖示)之後，對其選擇性地進行曝光和顯像，並執行利用光罩的選擇性的刻蝕之後，利用剝離液除去所殘留的光罩。
此時，較佳地，電流斷開圖案140的厚度為0.01至0.50μm。在電流斷開圖案140的厚度小於0.01μm的情況下，由於其厚度太薄，因而有可能難以正常發揮電流斷開功能。相反地，在電流斷開圖案140的厚度大於0.50μm的情況下，相對於電流斷開效果，有可能作用為僅使製造費用及時間上升的因素，因而並不經濟。
參照第3圖及第6圖，在對透明導電層進行第一次圖案化的步驟S130中，在形成覆蓋p型氮化物層130及電流斷開圖案140的整個上側的透明導電層152之後，對配置在基板10的一側邊緣的透明導電層152進行第一次圖案化。
接著，參照第3圖及第7圖，通過上述第一次圖案化，來形成預備透明導電圖案154。此時，預備透明導電圖案154可通過執行利用第二光罩的光刻製程來形成。在這裡，作為透明導電層(第6圖的152)的材質，可利用選自氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)、氧化銦鋅(IZO，Indium Zinc Oxide)、氟摻雜氧化錫(FTO，fluorine doped tin oxide，SnO2)等中的一種以上的材質。
參照第3圖及第8圖，在露出n型氮化物層的步驟S140中，依次對向基板10的一側邊緣露出的p型氮化物層130、活性層120及n型氮化物層110進行檯面刻蝕，使得n型氮化物層110的一部分露出。雖然未圖示，但這種檯面刻蝕可通過依次除去向預備透明導電圖案152的外側露出的p型氮
化物層130、活性層120及n型氮化物層110的方式實施。
參照第3圖及第9圖，在對透明導電層進行第二次圖案化的步驟S150中，對透明導電層，更詳細地，對預備透明導電圖案(第9圖的154)進行第二次圖案化，從而形成具有連通孔CH的透明導電圖案150，該連通孔CH使電流斷開圖案140的一部分露出。即，可通過對透明導電層執行利用第三光罩的光刻製程，來形成具有連通孔CH的透明導電圖案150該連通孔CH使電流斷開圖案140的一部分露出。當進行第二次圖案化時，預備透明導電圖案的兩側邊緣一部分有可能會一同被除去。
這種連通孔CH使電流斷開圖案140的一部分面積向外部露出。此時，較佳地，連通孔CH以使電流斷開圖案140的一半以上的面積露出的方式形成，這是為了確保電流斷開圖案140與後述的p-電極極板160之間的接觸面積。
參照第3圖及第10圖，在形成電極極板的步驟S160中，形成直接與電流斷開圖案140相連接的p-電極極板160，並在露出的該n型氮化物層110上形成n-電極極板170。這種p-電極極板160及n-電極極板170可通過以下方式形成，即，在p型氮化物層130、具有連通孔CH的透明導電圖案150及露出的n型氮化物層110的上部前面蒸鍍選自Au、Cr-Au合金等中的物質，從而在形成金屬層(未圖示)之後，通過利用第四光罩的光刻製程對其執行選擇性的圖案化。
此時，較佳地，當俯視時，p-電極極板160可具有第一面積，該電流斷開圖案140可具有大於或等於第一面積的第二面積，p-電極極板160的整體面積與電流斷開圖案140相重疊。這是因為，只有電流斷開圖案140
形成寬於p-電極極板160的面積，才有利於補償因光子吸收(photon absorption)而發生的光損耗，從而能夠提高光散射特性。
如上述製造過程，在由第四光罩程序製程的氮化物半導體發光裝置中，能夠在p型氮化物層上形成電流斷開圖案，並在p型氮化物層及電流斷開圖案的上部形成具有連通孔的透明導電圖案，來提高光散射特性的同時，通過具有連通孔的透明導電圖案，來使p-電極極板直接與由絕緣物質而成的電流斷開圖案進行電連接和物理連接，由此提高p-電極極板的粘結特性，並提高長期可靠性。
以上，在本發明中，對依次層疊n型氮化物層、活性層、p型氮化物層、電流斷開圖案、透明導電圖案、p-電極極板及n-電極極板的氮化物半導體發光裝置進行了說明，但這僅屬於一例，也可以具有n側與p側以相互按逆序層疊而成的結構是顯而易見的。
10‧‧‧基板
100‧‧‧氮化物半導體發光裝置
110‧‧‧n型氮化物層
120‧‧‧活性層
130‧‧‧p型氮化物層
140‧‧‧電流斷開圖案
150‧‧‧透明導電圖案
160‧‧‧p-電極極板
170‧‧‧n-電極極板
CH‧‧‧連通孔
A‧‧‧第1圖的一特定部位
Claims (14)
- 一種氮化物(nitride)半導體發光裝置，包括：一n型氮化物層；一活性層，形成於該n型氮化物層上；一p型氮化物層，形成於該活性層上；一電流斷開圖案，形成於該p型氮化物層上；一透明導電圖案，以覆蓋該p型氮化物層及該電流斷開圖案之上側的方式形成，並具有使該電流斷開圖案之一部分露出之連通孔；以及一p-電極極板，形成於該電流斷開圖案及該透明導電圖案上，直接與該電流斷開圖案相連接。
- 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體發光裝置，還包括一n-電極極板，該n-電極極板形成於該n型氮化物層之露出區域。
- 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體發光裝置，其中，當俯視時，該p-電極極板具有一第一面積，該電流斷開圖案具有大於或等於該第一面積之第二面積。
- 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體發光裝置，其中，當俯視時，該p-電極極板之整體面積與該電流斷開圖案相重疊。
- 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體發光裝置，其中，當剖視時，該p-電極極板具有T字形狀。
- 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體發光裝置，其中該電流斷開圖案由選自SiO2及SiNx中之一種以上形成。
- 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體發光裝置，其中該電流斷開圖案 之厚度為0.01至0.50微米。
- 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體發光裝置，其中該透明導電圖案由選自氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)、氧化銦鋅(IZO，Indium Zinc Oxide)及氟摻雜氧化錫(FTO，fluorine doped tin oxide，SnO2)中之一種以上的材質形成。
- 一種氮化物半導體發光裝置之製造方法，包括：步驟(a)，在一基板上依次形成一n型氮化物層、一活性層及一p型氮化物層；步驟(b)，在該p型氮化物層上形成一電流斷開圖案；步驟(c)，在以覆蓋該p型氮化物層及該電流斷開圖案之上側的方式形成一透明導電層之後，對配置在該基板之一側邊緣之該透明導電層進行第一次圖案化；步驟(d)，依次對向該基板之一側邊緣露出之該p型氮化物層、該活性層及該n型氮化物層進行檯面刻蝕(mesa etching)，使得該n型氮化物層之一部分露出；步驟(e)，對該透明導電層進行第二次圖案化，以形成一透明導電圖案，該透明導電圖案具有使該電流斷開圖案之一部分露出之一連通孔；以及步驟(f)，形成直接與該電流斷開圖案相連接之一p-電極極板，並在露出的該n型氮化物層上形成該n-電極極板。
- 如申請專利範圍第9項之氮化物半導體發光裝置之製造方法，其中，在步驟(b)中，該電流斷開圖案由選自SiO2及SiNx中的一種以上形成。
- 如申請專利範圍第10項之氮化物半導體發光裝置之製造方法，其中該電流斷開圖案之厚度為0.01至0.50微米。
- 如申請專利範圍第9項之氮化物半導體發光裝置之製造方法，其中，在步驟(e)中，該連通孔使用該電流斷開圖案之一半以上的面積露出之方式形成。
- 如申請專利範圍第9項之氮化物半導體發光裝置之製造方法，其中，在步驟(f)中，當俯視時，該p-電極極板具有一第一面積，該電流斷開圖案具有大於或等於該第一面積之一第二面積，該p-電極極板之整體面積與該電流斷開圖案相重疊。
- 如申請專利範圍第13項之氮化物半導體發光裝置之製造方法，其中，當剖視時，該p-電極極板具有T字形狀。
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