TW201429001A - 包含分離區之具有改進的電流擴散性以及高亮度的半導體發光二極體 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種半導體發光二極體，包括用來分離發光區域的分離區域，以得到改善有效電流密度均勻度的效果，且電流分布效果優良，並可提高發光效率。
Description
本發明涉及包括用來分離發光區域的分離區域，來呈現優良的電流分布效果，並提高亮度特性的半導體發光二極體。
第1圖為一般的氮化物類發光器簡圖。
參考第1圖，氮化物類發光器從生長基板11形成，包括n型氮化物半導體層12、活性層13及p型氮化物半導體層14。
此外為了向n型氮化物半導體層12注入電子，形成與n型氮化物半導體層12電連接的n側電極片15。並且，向p型氮化物半導體層14注入空穴，形成與p型氮化物半導體層14電連接的p側電極片16。
但是，由於p型氮化物半導體層具有高的比電阻，電流無法均勻地分散在p型氮化物半導體層的內部，電流會集中在形成上述p側電極片的部分。並且，上述電流通過半導體層流動，並向n側電極片流出，因此，電流集中在上述n型氮化物半導體層中形成有n側電極片的部分。如上所述電流的集中現象導致發光區域減少，結果降低發光效率。
尤其，兩個電極幾乎水平地排列於發光結構的上平面
(plannar)之發光器，相比於垂直(vertical)結構之發光器，其電流流動更無法均勻地分佈於整個發光區域，因此發光的有效面積不大。
另一方面，如同照明用發光器，為了提高功率，發光器逐漸以約1mm2以上的大面積發展。但是，隨著發光器的大面積化，整體面積的均勻電流分佈則越難實現。鑒此，上述大面積化的電流分布效率問題乃為半導體發光二極體中的重要技術議題。
為了提高現有的電流密度，提高面積效率性，主要以改善多樣的p側電極和n側電極的形態和排列的方向研究。例如，在美國專利第6,486,499號中，揭示包括以使n側電極和p側電極互相具有特定間距的方式延伸而被咬合的多個電極指(finger)。為了通過這種電極結構提供額外的電流路徑，並確保更寬的有效發光面積，形成均勻的電流流動。
但是，在這種電極結構下，亦存在如下問題：在p側電極附近的p型半導體層隨著電流密度增加，功率也下降，因此電流分布效率受限。
故，現今仍需持續地開發能夠均勻分散通過半導體層流動的電流之半導體發光二極體。
鑒此，本發明人為了開發能夠提高發光功率的半導體發光二極體進行了研究，結果發現形成對第一半導體層進行電連接的第一延伸電極和與上述第二半導體層電連接的第二電極接觸層及第二延伸電極，並以包括將上述第二電極接觸層分離為多個區域來使各個第二電極接觸層隔開的分離區域的方式構成半導體發光二極體，則能夠使電流分布達到最大化
以提高亮度。
因此，本發明的目的在於，提供包括用來分離發光區域的分離區域的半導體發光二極體，以呈現優良的電流分布效果。
為了達成上述目的，本發明的半導體發光二極體，其特徵在於，包括：第一半導體層、活性層及第二半導體層，包括對上述第一半導體層進行電連接的第一延伸電極和與上述第二半導體層電連接的第二電極接觸層及第二延伸電極，上述第二電極接觸層借助分離區域而分離為多個，各個第二電極接觸層隔開而形成。
並且，本發明的半導體發光二極體，其特徵在於，上述第二延伸電極穿過上述分離區域的一部分。
並且，本發明的半導體發光二極體，其特徵在於，借助上述分離區域而分離的多個第二電極接觸層之各個水平面積均勻地形成。
並且，本發明的半導體發光二極體中，上述第二電極接觸層包含選自ITO、CIO、ZnO、NiO、In2O3及IZO中的一種或兩種以上而形成。
並且，本發明的半導體發光二極體，其特徵在於，上述分離區域的寬度在0.5~20μm範圍。
並且，本發明的半導體發光二極體，其特徵在於，包括使上述第一半導體層露出之電流擴散用接通孔，第一延伸電極對借助上述電流擴散用接通孔而露出的第一半導體層進行電連接。
並且，本發明的半導體發光二極體，其特徵在於，還包括與上述第一延伸電極電連接的第一電極片及與上述第二延伸電極電連接的第
二電極片。
另一方面，本發明的半導體發光二極體的製造方法，其特徵在於，包括：形成第一半導體層、活性層及第二半導體層的步驟；在上述第二半導體層的上部形成第二電極接觸層的步驟；對上述第二電極接觸層的一區域進行蝕刻以形成分離區域的步驟；在上述第二電極接觸層及第二半導體層的上部形成第二延伸電極的步驟；以使上述第一半導體層的一區域向外部露出的方式，蝕刻活性層及第二半導體層的步驟；以及在所露出的上述第一半導體層的上部形成第一延伸電極的步驟。
本發明的半導體發光二極體包括用來分離發光區域的分離區域，能夠獲得改善有效電流密度均勻度的效果，電流分布效果優良，並且能夠提高發光效率。
15；112‧‧‧n側電極片
110‧‧‧橫穿分離區域
111‧‧‧n側延伸電極
121‧‧‧p側延伸電極
16；122‧‧‧p側電極片
123‧‧‧p-接觸層
11；130‧‧‧基板
140‧‧‧緩衝層
12；150‧‧‧n型氮化物層
13；160‧‧‧活性層
14；170‧‧‧p型氮化物層
151‧‧‧n-接觸層
410‧‧‧上部絕緣層
420‧‧‧側面絕緣層
第1圖為現有半導體發光二極體的剖面圖。
第2圖為本發明一實施例之半導體發光二極體的俯視圖。
第3圖為在第2圖中截取線A-A的剖面圖。
第4圖為在第2圖中截取線B-B的剖面圖。
第5圖為利用電流擴散用接通孔形成的n側延伸電極之示例。
第6圖為利用電流擴散用接通孔形成的n側延伸電極之另一示例。
第7圖為本發明另一實施例之半導體發光二極體的俯視圖。
以下，參考圖示，對本發明優選實施例之半導體發光二極體進行詳細的說明。
在以下實施例中，第一半導體層以n型氮化物層表示，第二半導體層以p型氮化物層表示，第二電極接觸層以p-接觸層表示，第一延伸電極以n側延伸電極表示，第二延伸電極以p側延伸電極表示，第一電極片以n側電極片表示，第二電極片以p側電極片表示。
在本說明書中，層、膜、區域、板等的某部分在另一部分的“上”、“上部”或“下”、“下部”時，不僅包括該部分緊貼於另一部分的“上面”的情況和緊貼於另一部分的“下面”的情況，還包括該部分和另一部分的中間有其他部分之情況。
第2圖為本發明一實施例的水平型半導體發光二極體的俯視圖。
如第2圖所示，本發明的發光器件包括用來分離發光區域的分離區域110。並且，包括對通過高台蝕刻等而露出的n型氮化物層進行電連接的n側延伸電極111，p側延伸電極121與位於p型氮化物層上部中的一部分的p側電極片122電連接來形成p側電極部。上述n側延伸電極111以與上述p側延伸電極121以電絕緣的方式形成。
上述p側延伸電極121以橫穿分離區域110的一部分之方式形成，上述分離區域110以橫穿p側延伸電極121的一部分構成。並且，n側延伸電極111及p側延伸電極121皆可橫穿分離區域110的一部分。
如第2圖所示，借助上述分離區域110而形成於p型氮化物層上部的p-接觸層123區域可以分離為3個，借助分離區域分離之p-接觸層區域
的數量可以根據分離區域的形態而不同。
此時，較佳地構成分離區域110，借助上述分離區域110分離的多個p-接觸層的各個水平面積均勻，考慮其製程上的誤差等，p-接觸層的各個水平面積之差異最好控制在±10%內。即，上述p-接觸層的水平面積意味著以n側延伸電極為主，除了非發光區域的發光區域，較佳地，除了形成有p側延伸電極121和p側電極片122的區域的面積為基準，均勻地分離。
另一方面，上述n側延伸電極111及p側延伸電極121的寬度分別為1~100μm，較佳地可以調整在5~50μm範圍內，但不侷限於此。
在上述n側電極片112中，可以電連接一個或兩個以上的n側延伸電極111，上述n側延伸電極111可以形成為沒有彎曲點的直線形態，也可以由具有一個以上的彎曲點的形式形成。
並且，在上述p側電極片122也可以電連接一個或兩個以上的p側延伸電極121。形成有上述兩個以上的p側延伸電極121的情況下，未與p側電極片122相連接的相反側的末端可以分別隔開而形成，或以p側電極片122為中心形成為封閉型。
為了更具體地說明，第3圖及第4圖示出沿著第2圖中截取線A-A、B-B的剖面圖。
如第3圖所示，本發明的半導體發光二極體沿著基板130之上部方向由緩衝層140、n型氮化物層150、活性層160及p型氮化物層170層疊而成。
上述基板130以藍寶石為主，可由SiC、Si、GaN、ZnO、GaAs、GaP、LiAl2O3、BN或AlN等的化合物組成。為了解決基板130與n型氮化物
層150之間的晶格失配，上述緩衝層140可以選擇性地形成，例如可以由AlN或GaN形成。
n型氮化物層150形成於基板130或緩衝層140的上部面，並形成為摻雜有n型摻雜劑的氮化物。作為上述n型摻雜劑可以使用矽(Si)、鍺(Ge)及錫(Sn)等。在此，n型氮化物層150可以為由摻雜有矽(Si)的n型AlGaN或無摻雜的AlGaN組成的第一層及由無摻雜的或者摻雜有矽(Si)的n型GaN組成的第二層交替形成的層疊結構。當然，n型氮化物層150可以生長為單層的n型氮化物層，但是形成以第一層和第二層的層疊結構，可以起到無裂縫結晶性優良之載流子限制層的作用。
活性層160可以在n型氮化物層150和p型氮化物層170之間由單一量子井結構或多重量子井結構構成，隨著通過n型氮化物層150流動的電子和通過p型氮化物層170流動的空穴進行複合(re-combination)而產生光。在此，活性層160為多重量子井結構，量子勢壘層和量子井層分別由AlxGayInzN(其中，x+y+z=1，0x1，0y1，0z1)組成。由這種量子勢壘層和量子井層反覆形成之結構的活性層160可以抑制應力和變形所引起的自發性極化。
p型氮化物層170由摻雜有p型摻雜劑的氮化物形成。作為上述p型摻雜劑可以使用鎂(Mg)、鋅(Zn)或鎘(Cd)等。在此，p型氮化物層可以由摻雜有鎂(Mg)的p型AlGaN或由無摻雜的AlGaN組成的第一層及無摻雜的或摻雜有鎂(Mg)的p型GaN組成的第二層交替層疊的結構形成。並且，如同n型氮化物層150，p型氮化物層170可以生長為單層的p型氮化物層，但是以層疊結構形成，可以起到無裂縫結晶性優良之載流子限制
層的作用。
在上述p型氮化物層170的上部形成有p側延伸電極121及與上述p側延伸電極電連接的p側電極片122。並且，在上述p側延伸電極121的下部形成有p-接觸層123，上述p-接觸層123與p型氮化物170進行歐姆接觸，進而降低接觸電阻。上述p-接觸層123可以由透明導電性氧化物組成，可以包含選自ITO、CIO、ZnO、NiO、In2O3及IZO中的一種或兩種以上而組成。
尤其，由於上述p-接觸層123借助上述分離區域110而分離為多個，各個p-接觸層123隔開而設置。因此，上述分離區域110意味著各p-接觸層123所隔開的空間。但是，隔開而形成的各p-接觸層123可以根據上述p側延伸電極121而電連接。
上述分離區域110可以透過將p-接觸層123進行一部分蝕刻而形成，利用微型光致抗蝕劑的情況下，可以利用光微影技術(photo-lithography)、電子束微影(e-beam lithography)、離子束光刻(Ion-beam Lithography)、極紫外線光刻(Extreme Ultraviolet Lithography)、近X射線光刻(Proximity X-ray Lithography)或奈米壓印光刻(nano imprint lithography)等的方法形成，並且上述的方法可以利用乾式(Dry)或濕式(Wet)蝕刻(Etching)。
較佳地，上述分離區域110的寬度，即各個p-接觸層123所隔開的距離在0.5~20μm之範圍，更佳地，在3~10μm範圍。
另一方面，如第4圖所示，n型氮化物層150所露出的上部形成有n側延伸電極111及與上述n側延伸電極電連接的n側電極片112。上述n側延伸電極形成至p型氮化物層170、p-接觸層123及p側延伸電極121後，形
成於一區域也透過微影蝕刻(lithography etching)而向外部露出的n型氮化物層150的上部。
此外，在上述n側延伸電極111的下部還包括n-接觸層151，上述n-接觸層151與n型氮化物150進行歐姆接觸，進而降低接觸電阻。上述n-接觸層151可以由透明導電性氧化物組成，其材質可以包含In、Sn、Al、Zn、Ga等的元素。
並且，上述n側延伸電極111及n側電極片112可以形成於n型氮化物層150的露出的一區域，該n型氮化物層150從p-接觸層123至n型氮化物層150的一部分為止進行微影蝕刻(lithography etching)而形成。
另一方面，本發明的發光器件可包括貫通p型氮化物層170及活性層160來使上述n型氮化物層150露出的電流擴散用接通孔。
第5圖為利用電流擴散用接通孔形成之n側延伸電極的示例，第6圖為利用電流擴散用接通孔形成之n側延伸電極的另一示例。在第5圖及第6圖中僅示出形成有一個電流擴散用接通孔，但實際上電流擴散用接通孔可以形成為多個。
在全面形成p-接觸層123的情況下，如第5圖中所示，電流擴散用接通孔可以透過如下方法形成：在p-接觸層123的一部分區域上形成上部絕緣層410後，形成貫通上部絕緣層410、p-接觸層123、p型氮化物層170及活性層160的孔，之後在孔的內壁形成側面絕緣層420。
相反，在p-接觸層123只形成於一部分區域的情況下，如第6圖中所示，電流擴散用接通孔可以透過如下方法形成：在沒有形成p-接觸層123的p型氮化物層170的一部分區域上形成上部絕緣層410後，形成貫通上
部絕緣層410、p型氮化物層170、活性層160的孔，之後在孔的內壁形成側面絕緣層420。
在形成有電流擴散用接通孔的情況下，於電流擴散用接通孔的內部及上部絕緣層形成有n側延伸電極111，並根據電流擴散用接通孔，使n型氮化物層150可以和n側延伸電極111電連接。
上述n側延伸電極對借助上述電流擴散用接通孔而露出的n型氮化物層進行電連接，由此擴大發光區域，可謀求電流分布。但是，在這種情況下，需要用於隔開接通孔的側壁和n側延伸電極的側面絕緣層。上述側面絕緣層可以由矽氧化物或矽氮化物形成，利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)方法、濺射方法、金屬有機化合物化學氣相沉澱(MOCVD，Metal-organic Chemical Vapor Deposition)方法或電子束蒸鍍(e-beam evaporation)方法形成。
如上所述，隨著根據分離區域來分離而形成相當於發光面的第二電極接觸層，可具有改善有效電流密度均勻度的效果，並可透過提高電流密度來提高亮度。
以下，通過本發明的實施例，對本發明的半導體發光二極體進行更具體的說明。
實施例1
為了構成如第2圖至第4圖的半導體發光二極體，在藍寶石基板上，使用GaN作為氮化物發光器的氮化物層，使用普通的Au基礎電極作為延伸電極，如第2圖所示地形成分離區域，由此製造氮化物發光器。
實施例2
除了如第7圖所示地更進一步形成分離區域以外，以與實施例1相同的方法製造氮化物發光器。
比較例
除了不形成額外的分離區域以外，以與實施例1相同的方法製造氮化物發光器。
在包裝狀態下，施加120mA的相同電流來測定在上述實施例及比較例的發光器件的發光功率，將其結果表示在以下表1。
由上述表1中可見，相對於比較例，實施例的發光器改善約3%以上的光功率特性，證實實施例的發光器可以呈現優良的光功率特性。
以上，主要說明了本發明的實施例，但這僅是示例性的，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解由此得以實現各種變形及均等的其他實施例。因此，本發明的實質技術範圍應根據以下所記載的本發明要求保護的申請專利範圍來判斷。
110‧‧‧橫穿分離區域
121‧‧‧p側延伸電極
122‧‧‧p側電極片
123‧‧‧p-接觸層
130‧‧‧基板
140‧‧‧緩衝層
150‧‧‧n型氮化物層
160‧‧‧活性層
170‧‧‧p型氮化物層
Claims (16)
- 一種半導體發光二極體，包括第一半導體層、活性層及第二半導體層，上述半導體發光二極體的特徵在於，包括：第一延伸電極，與上述第一半導體層進行電連接，多個第二電極接觸層，與上述第二半導體層電連接，相互隔開而形成，以及第二延伸電極，與上述多個第二電極接觸層進行電連接；上述第二電極接觸層借助分離區域分離為多個。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光二極體，其特徵在於，上述第二延伸電極以橫穿上述分離區域的一部分的方式形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光二極體，其特徵在於，上述第一延伸電極及第二延伸電極以橫穿上述分離區域的一部分的方式形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光二極體，其特徵在於，借助上述分離區域而分離之多個第二電極接觸層的各個水平面積均勻地形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光二極體，其特徵在於，上述第二電極接觸層由包含選自ITO、CIO、ZnO、NiO、In2O3及IZO中的一種或兩種以上的材質形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光二極體，其特徵在於，上述分離區域的寬度在0.5~20μm範圍。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光二極體，其特徵在於，上述半導體發光二極體中，上述第一半導體層露出，在上述第一半導體層上形成有上述第一延伸電極。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光二極體，其特徵在於，上述半導體發光二極體還包括：上部絕緣層，形成於上述第二電極接觸層的一部分區域上，以及電流擴散用接通孔，貫通上述上部絕緣層、上述第二電極接觸層、上述第二半導體層及上述活性層；透過上述電流擴散用接通孔，使上述第一半導體層和第一延伸電極電連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光二極體，其特徵在於，上述半導體發光二極體，還包括：上部絕緣層，形成於上述第二半導體層的一部分區域上，以及電流擴散用接通孔，貫通上述上部絕緣層、上述第二半導體層及上述活性層；透過上述電流擴散用接通孔，使上述第一半導體層和第一延伸電極電連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光二極體，其特徵在於，還包括：第一電極片，與上述第一延伸電極電連接；以及第二電極片，與上述第二延伸電極電連接。
- 一種半導體發光二極體的製造方法，其特徵在於，包括：形成第一半導體層、活性層及第二半導體層的步驟；在上述第二半導體層的上部形成第二電極接觸層的步驟；以使上述第二電極接觸層分離為多個區域的方式，對上述第二電極接觸層的一區域進行蝕刻以形成分離區域的步驟； 在分離為上述多個區域的第二電極接觸層及在上述分離區域露出的第二半導體層的上部形成第二延伸電極的步驟；以使上述第一半導體層的一區域向外部露出的方式，蝕刻活性層及第二半導體層的步驟；以及在所露出的上述第一半導體層的上部形成第一延伸電極的步驟。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體發光二極體的製造方法，其特徵在於，上述蝕刻活性層及第二半導體層的步驟，包括：在上述第二電極接觸層的一部分區域上形成上部絕緣層的步驟；透過蝕刻，貫通上述上部絕緣層、上述第二電極接觸層、上述第二半導體層及上述活性層，以形成使上述第一半導體層露出的電流擴散用接通孔的步驟；在上述電流擴散用接通孔的各個內壁形成側面絕緣層的步驟。
- 如申請專利範圍第12項所述之半導體發光二極體的製造方法，其特徵在於，在所露出的上述第一半導體層的上部形成第一延伸電極的步驟中，於上述電流擴散用接通孔的各個內部及上述上部絕緣體上形成第一延伸電極。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體發光二極體的製造方法，其特徵在於，在上述第二半導體層的上部形成第二電極接觸層的步驟中，於除了上述第二半導體層的一部分區域的區域形成第二電極接觸層；在上述蝕刻活性層及第二半導體層的步驟中，包括：在沒有形成有上述第二電極接觸層的第二半導體層上形成上部絕緣層 的步驟，透過蝕刻，貫通上述上部絕緣層、上述第二半導體層及上述活性層，以形成使上述第一半導體層露出的電流擴散用接通孔的步驟，上述電流擴散用接通孔的各個內壁形成側面絕緣層的步驟。
- 如申請專利範圍第14項所述之半導體發光二極體的製造方法，其特徵在於，在所露出的上述第一半導體層的上部形成第一延伸電極的步驟中，於上述電流擴散用接通孔的各個內部及上述上部絕緣體上形成第一延伸電極。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體發光二極體製造方法，其特徵在於，還包括：形成與上述第一延伸電極電連接的第一電極片的步驟；以及形成與上述第二延伸電極電連接的第二電極片的步驟。
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