基於氮化物的半導體發光二極體的製作方法

2023-08-08 16:23:46 2

專利名稱：基於氮化物的半導體發光二極體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於氮化物的半導體發光二極體(LED)，其能夠在具有相同單元區域的LED晶片中實現低驅動電壓。
背景技術：
由於諸如GaN等的基於氮化物的半導體具有優良的物理和化學特性，所以將它們作為發光二極體(例如，發光二極體(LED)或雷射二極體)的基本材料。與基於氮化物的半導體一樣，具有結構式為InXAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的材料被廣泛使用。
通常，由正方形LED晶片組成基於氮化物的半導體LED，以提高電流擴散(current spreading)效率。然而，最近，在側視表面安裝封裝的情況下，晶片的X或Y軸的長度逐漸減小，從而形成矩形LED晶片。
然而，在矩形LED晶片中，由於X或Y軸長度的減小和接觸電阻的增加，所以對應於發射光所需的某個區域的發光區域減小了，從而增大了驅動電壓。
在下文中，將參考圖1詳細描述傳統的基於氮化物的半導體LED的問題。
圖1是用於說明傳統的基於氮化物的半導體LED的問題和用於隨著矩形LED晶片的尺寸變化而導致的驅動電壓的變化的示意圖。
參考圖1，傳統的基於氮化物的半導體LED被形成為隨著矩形LED晶片的X和Y軸的長度變化的各種形狀((A)至(D))。當LED晶片的尺寸從(D)變化到(A)，即，當矩形LED晶片的尺寸逐漸減小，驅動電壓(V)的大小逐漸增加。
具體而言，當相互比較分別具有相同的610μm的X軸長度和具有不同的210μm和300μm的Y軸長度的晶片(A)和(C)時，具有210μm的Y軸長度的晶片(A)的驅動電壓比具有300μm的Y軸長度的晶片(C)的驅動電壓大。
當相互比較分別具有不同的610μm和660μm的X軸長度和相同的300μm的Y軸長度的晶片(C)和(D)時，具有610μm的X軸長度的晶片(C)的驅動電壓比具有660μm的X軸長度的晶片(D)的驅動電壓大。
在傳統的矩形LED晶片中，當X或Y軸長度減小時，發光區域減小。即，當矩形LED晶片的尺寸減小時，驅動電壓增大。
所以，一直需要開發一種能夠提高矩形LED晶片的驅動電壓的技術。

發明內容
本發明的優點在於，提供了一種基於氮化物的半導體LED，其中，將p電極和n電極之間的距離保持一致，以提高電流擴散效率，從而在具有該單位區域的LED晶片中實現低驅動電壓。
本發明的其他方面和優點將部分地在下面的描述中闡述，並且部分地將從描述中變得明顯，或可以通過整體發明思想的實施的獲知。
根據本發明的一方面，基於氮化物的半導體LED包括襯底；形成在襯底上的n型氮化物半導體層；形成在n型氮化物半導體層的預定區域上的有源層(active layer，也稱活性層)；形成在有源層上的p型氮化物半導體層；形成在p型氮化物半導體層上的電流擴散層；形成在電流擴散層上的p電極，該p電極具有兩個p型分支電極(branch electrode)；以及形成在其上沒有形成有有源層的n型氮化物半導體層上的n電極，該n電極具有一個n型分支電極。將n型分支電極形成為插入兩個p型分支電極之間，並且從接近n電極的透明電極的最外側到p電極的距離在任何位置都相等。
根據本發明的另一方面，將p電極形成為與透明電極的最外側距離預定距離。


結合附圖，通過下列具體實施例的描述，本發明的總發明思想的上述和/或其他方面和優點將變得明顯且更容易理解，其中圖1是用於說明傳統的基於氮化物的半導體LED的問題的示意圖；
圖2是說明根據本發明的具體實施例的基於氮化物的半導體LED的結構的平面圖；圖3是沿著圖2的III-III′線的剖面圖；圖4是示出圖2所示的基於氮化物的半導體LED發光的照片；圖5是用於說明根據本發明的氮化物半導體LED的晶片尺寸的驅動電壓改變的示意圖；以及圖6是比較地示出根據本發明的基於氮化物的半導體LED的亮度和傳統的基於氮化物的半導體LED的亮度的圖表。
具體實施例方式
現在將詳細參考本發明的總的發明思想的具體實施例及附圖中所闡述的實例，其中，貫穿整個說明書，相同的參考標號表示相似的元件。下面參考附圖描述具體實施例，以說明本發明的總的發明思想。
在下文中將參考附圖詳細描述根據本發明的具體實施例的基於氮化物的半導體LED。
參考圖2至圖4，詳細描述基於氮化物的半導體LED的結構。
圖2是示出根據本發明的具體實施例的基於氮化物的半導體LED的結構的平面圖，圖3是沿著圖2的III-III′線的剖面圖，以及圖4是示出圖2所示的基於氮化物的半導體LED發光的照片。
參考圖2和圖3，根據本發明的基於氮化物的半導體LED包括光學透明襯底100(optically-transparent substrate)和發光結構，其中，在襯底100上依次層壓緩衝層110、n型氮化物半導體層120、有源層130、以及p型氮化物半導體層140。
襯底100適於生長氮化物半導體單晶。優選地，用包括藍寶石的透明材料形成襯底100。除了藍寶石外，還可以由氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)、以及氮化鋁(ALN)形成襯底100。
緩衝層110是用於在襯底100上生長n型氮化物半導體層120之前，增強與藍寶石襯底100的晶格匹配的層。緩衝層110由AlN/GaN形成。
n型和p型半導體層120和140、以及有源層130可以由具有化合物InXAlYGa1-X-YN(此處，0≤X，0≤Y，且X+Y≤1)的半導體材料形成。更具體地，n型氮化物半導體層120可以由摻雜有n型導電雜質的GaN或GaN/AlGaN層形成。例如，n型導電雜質可以是Si、Ge、Sn等，其中，優選地使用Si。另外，p型氮化物半導體層140可以由摻雜有p型導電雜質的GaN或GaN/AlGaN層形成。例如，p型導電雜質可以是Mg、Zn、Be等，其中，優選地使用Mg。有源層130可以由具有多量子勢阱結構的InGaN/GaN層形成。
有源層130可以由單量子勢阱層或雙異質(double-hetero)結構。
而且，通過臺面蝕刻去除有源層130和p型氮化物半導體層140的部分，使得形成在底面上的n型氮化物半導體層120的上表面部分露出。
在露出的n型氮化物半導體層120上形成n電極160。根據本實施例的n電極160具有一個用於增強電流擴散效應的n型分支電極160′。
在p型氮化物半導體140上形成透明電極170。在這種情況下，如果金屬薄膜具有與LED的發射波長相關的高投射率，透明電極170可以由具有高導電率和低接觸電阻的金屬薄膜或諸如ITO(氧化錫銦)的導電金屬氧化物形成。
當透明電極170由金屬薄膜形成時，優選地將金屬薄膜的厚度保持在小於50μm，以保證透射率。例如，透明電極170可以具有這樣的結構依次層壓具有10μm厚度的Ni層和具有40μm厚度的Au層。
在透明電極170上形成p電極150。根據本實施例的p電極150具有兩個用於增強電流擴散效應的p型分支電極150′。
沿著透明電極170的最外側形成兩個p型分支電極150′，以使當透明電極170的表面電阻Rs大於n型氮化物半導體層120的表面電阻時發生的局部電流擁擠(local current crowding)最小化。此時，p型分支電極150′與n型分支電極160′之間的位置關係為在兩個p型分支電極150′間插入n型分支電極160′。
在本實施例中，從接近n電極160的透明電極170的最外側到p型電極150的距離在p電極150的任何位置處都相等，以使由於透明電極150和n型氮化物半導體層120之間的表面電阻Rs之間的差而發生的局部電流擁擠最小化。例如，如圖2所示，優選地，距離a、b、c、d相等。
結果，提高了根據本發明的基於氮化物的半導體LED的電流擴散效率。因此，可以降低隨著矩形LED晶片的尺寸減小而增大的LED的驅動電壓，從而保證出色的驅動電壓特性。當降低驅動電壓時，功率消耗也降低。從而，當驅動基於氮化物的半導體LED時，可以降低產生的不必要的熱，從而有可能使LED的劣化最小化。
在下文中，將參考圖5和圖6描述根據本發明的n電極160和p電極150。
圖5是說明隨著本發明的氮化物半導體LED的晶片尺寸而改變的驅動電壓的圖表，以及圖6是比較地示出根據本發明的基於氮化物的半導體LED的亮度和傳統的基於氮化物的半導體LED的亮度的圖表。
參考圖5，當矩形LED晶片的X軸和Y軸長度變化時，根據本發明的基於氮化物的半導體LED可以形成從(E)至(H)的多種形狀。隨著LED晶片的尺寸從(H)變到(E)，即，隨著LED的尺寸逐漸減小，驅動電壓(V)的大小逐漸增大。
然而，具有一個電極插入另一個電極的結構的基於氮化物的半導體LED的驅動電壓小於具有相同晶片尺寸的傳統的基於氮化物的半導體LED(參考圖1)的驅動電壓。
同樣地，當驅動電壓的幅度減小時，電流擴散效率也提高，使得基於氮化物的半導體LED的亮度變得很好。
圖6是比較地示出根據本發明的基於氮化物的半導體LED的亮度和傳統的基於氮化物的半導體LED的亮度的圖表。在圖6中，相互比較分別具有660μm的X軸長度和270μm的Y軸長度的晶片(B)和(F)的亮度、具有610μm的X軸長度和300μm的Y軸長度的晶片(C)和(G)的亮度、以及具有660μm的X軸長度和300μm的Y軸長度的晶片(D)和(H)的亮度。此時，晶片(B)、(C)、和(D)是傳統的基於氮化物的半導體LED，以及晶片(F)、(G)、和(H)是根據本發明的基於氮化物的半導體LED。
參考圖6可以發現，根據本發明的基於氮化物的半導體LED的亮度比傳統的基於氮化物的半導體LED的亮度更高。
根據本發明，沿著透明電極的最外側，將p電極的分支電極置於透明電極上，從而最小化由於透明電極和n型氮化物半導體層之間的表面阻抗的差而導致發生的局部電流擁擠。
另外，為了提高電流擴散效率，將n電極插入p電極的分支電極之間，以使p電極的分支電極相互隔開，並將p電極和n電極之間的距離保持為在任意位置處都相等，從而提高電流擴散效率。從而，有可能提供一種能夠在相同晶片尺寸中實現低驅動電壓的基於氮化物的半導體LED。
因此，能夠提高氮化物半導體LED的亮度，並且防止了氮化物半導體LED的劣化，使得增強LED的特性和可靠性成為可能。
儘管描述和示出了本發明的總發明思想的多個具體實施例，但是本領域的技術人員將明白的是，在不脫離總發明思想的原則和精神以及所附權利要求及其等價物限定的範圍的情況下，可以對本發明進行各種修改。
權利要求
1.一種基於氮化物的半導體LED，包括襯底；在所述襯底上形成的n型氮化物半導體層；在所述n型氮化物半導體層的預定區域上形成的有源層；在所述有源層上形成的p型氮化物半導體層；在所述p型氮化物半導體層上形成的電流擴散層；在所述電流擴散層上形成的p電極，所述p電極具有兩個p型分支電極；以及在其上沒有形成所述有源層的所述n型氮化物半導體層上形成的n電極，所述n電極具有一個n型分支電極，其中，所述n型分支電極形成為插在兩個所述p型分支電極之間，且從接近所述n電極的透明電極的最外側到所述p電極的距離在任何位置都相等。
2.根據權利要求1所述的基於氮化物的半導體LED，其中，所述p電極形成為與所述透明電極的最外側間隔預定距離。
全文摘要
一種基於氮化物的半導體LED包括襯底；在襯底上形成的n型氮化物半導體層；在n型氮化物半導體層的預定區域上形成的有源層；形成在有源層上的p型氮化物半導體層；在p型氮化物半導體層上形成的電流擴散層；在電流擴散層上形成的p電極，該p電極具有兩個p型分支電極；以及在其上沒有形成有源層的n型氮化物半導體層上形成的n電極，該n電極具有一個n型分支電極。n型分支電極形成為插入在兩個p型分支電極之間，並且從接近n電極的透明電極的最外側到p電極的距離在任何位置處都相等。
文檔編號H01L33/14GK1953225SQ20061015060
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月17日 優先權日2005年10月17日
發明者李赫民, 片仁俊, 樸炫柱, 金顯炅, 金東俊, 申賢秀 申請人:三星電機株式會社