專(zhuān)利名稱(chēng)：基于氮化物的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于氮化物的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)。在基于氮化物的半導(dǎo)體 LED中，將優(yōu)先發(fā)光的ρ電極焊盤(pán)周?chē)拿娣e擴(kuò)大，以提高光提取效率，并且防止局部電流 擁擠(local currentcrowding)，以減小驅(qū)動(dòng)電壓。
背景技術(shù)：
由于諸如GaN的III-V族氮化物半導(dǎo)體具有良好的物理及化學(xué)特性，所以它們被 認(rèn)為是發(fā)光裝置(例如，發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD))的基本材料。由III-V族氮 化物半導(dǎo)體形成的LED或LD被廣泛地用在發(fā)光裝置中，用于獲取藍(lán)光或綠光。發(fā)光裝置應(yīng) 用于多種產(chǎn)品的光源，例如，家用電器、電子顯示板、以及照明裝置。通常，III-V族氮化物半 導(dǎo)體由基于氮化鎵(GaN)的材料構(gòu)成，該材料具有InxAlYGai_x_YN(0彡X，0彡Y，且X+Y彡1) 的組成式。下面，將參照?qǐng)D1和圖2詳細(xì)描述傳統(tǒng)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED。圖1是示出傳統(tǒng)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的截面圖，以及圖2是示出傳統(tǒng)的基 于氮化物的半導(dǎo)體LED的平面圖。如圖1所示，基于氮化物的半導(dǎo)體LED 100包括用于生長(zhǎng)基于氮化物半導(dǎo)體材料 的藍(lán)寶石基板101、n型氮化物半導(dǎo)體層102、有源層103、以及ρ型氮化物半導(dǎo)體層104，它 們順序地形成在藍(lán)寶石基板101上。通過(guò)臺(tái)面蝕刻工藝將ρ型氮化物半導(dǎo)體層104和有源 層103的一部分去除，使得部分地露出η型氮化物半導(dǎo)體層102。在未被臺(tái)面蝕刻工藝蝕刻的ρ型氮化物半導(dǎo)體層104上形成ρ電極焊盤(pán)106。在 η型氮化物半導(dǎo)體層102上形成η電極焊盤(pán)107。由于P型氮化物半導(dǎo)體層104具有大于η型氮化物半導(dǎo)體層102的特定電阻率， 所以P型氮化物半導(dǎo)體層104和η型氮化物半導(dǎo)體層102之間的電阻差減弱了電流擴(kuò)散效 應(yīng)。同樣地，當(dāng)電流擴(kuò)散效應(yīng)減弱時(shí)，光提取效率也隨之降低，從而氮化物半導(dǎo)體LED 100 的亮度減小。由此，為了提高相關(guān)技術(shù)中的電流擴(kuò)散效應(yīng)，在P型氮化物半導(dǎo)體層104上形 成透明電極105，以增大通過(guò)ρ電極焊盤(pán)106注入的電流的注入面積。在上述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED 100中，在ρ型氮化物半導(dǎo)體層104上還設(shè)置 有透明電極105，以獲得增強(qiáng)的電流擴(kuò)散效應(yīng)。然而，當(dāng)透明電極105和η型氮化物半導(dǎo)體 層102之間的表面電阻差很大時(shí)，電流擴(kuò)散效應(yīng)依然很弱。例如，當(dāng)將常用的ΙΤ0(氧化銦 錫)用作透明電極105時(shí)，由于ITO的高表面電阻，在ρ電極焊盤(pán)的附近(參看參考標(biāo)號(hào)
在基于氮化物的半導(dǎo)體LED 100中，ρ電極焊盤(pán)106盡可能地接近ρ型氮化物半 導(dǎo)體層104的外緣線(xiàn)而形成，該外緣線(xiàn)為臺(tái)面線(xiàn)。此外，ρ電極焊盤(pán)106和η電極焊盤(pán)107 彼此以最大距離隔開(kāi)，以確保其間的最大發(fā)光面積。隨后，期望增強(qiáng)光學(xué)輸出。然而，在這 種情況下，P電極焊盤(pán)106附近(A1)的局部電流擁擠增加，從而使二極管的可靠性降低。P電極焊盤(pán)106的附近(A1)為優(yōu)先發(fā)光的區(qū)域(下面，稱(chēng)為‘優(yōu)先發(fā)光區(qū)’)。當(dāng) P電極焊盤(pán)106接近臺(tái)面線(xiàn)而形成時(shí)，確保作為發(fā)光密度(luminous density)較高的優(yōu)先 發(fā)光區(qū)的P電極焊盤(pán)106附近(A1)的面積受到了限制。這種限制使得難以提高整個(gè)芯片 的光提取效率。同時(shí)，圖1的虛線(xiàn)表示電流路徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于提供了一種基于氮化物的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)。在該基于 氮化物的半導(dǎo)體LED中，將ρ電極焊盤(pán)周?chē)拿娣e擴(kuò)大，以提高光提取效率，并且防止局部 電流擁擠，以減小驅(qū)動(dòng)電壓，從而提高二極管的可靠性。本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在隨后的說(shuō)明中部分地闡述，并 且部分地從該說(shuō)明中將顯而易見(jiàn)、或者通過(guò)總的發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施而被理解。根據(jù)本發(fā)明的一方面，基于氮化物的半導(dǎo)體LED包括基板，該基板形成為矩形 形狀且寬度與長(zhǎng)度之比等于或大于1 1.5 ;n型氮化物半導(dǎo)體層，形成在基板上并且 由具有InxAlYGai_x_YN(0彡X，0彡Y，且X+Y彡1)組成式的η型半導(dǎo)體材料構(gòu)成；有源層 和P型氮化物半導(dǎo)體層，順序地形成在η型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域上，有源層由具有 InxAlyGa1^yN(0彡Χ，0彡Y，且Χ+Υ彡1)組成式的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并且ρ型氮化物半導(dǎo) 體層由具有InxAlYGai_x_YN(0 ( X，0 ( Y，且X+Y ( 1)組成式的ρ型半導(dǎo)體材料構(gòu)成；透明 電極，形成在P型氮化物半導(dǎo)體層上，以便與P型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線(xiàn)隔開(kāi)預(yù)定距離； P電極焊盤(pán)，形成在透明電極上，以便P電極焊盤(pán)與由具有InxAlYGai_x_YN(0彡X，0彡Y，且 X+Y ^ 1)組成式的P型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線(xiàn)隔開(kāi)50至200 μ m 的距離；以及η電極焊盤(pán)，形成在η型氮化物半導(dǎo)體層上。該基于氮化物的半導(dǎo)體LED進(jìn)一步包括緩沖層，該緩沖層形成在基板與η型氮化 物半導(dǎo)體層之間，且由AIN/GaN構(gòu)成?；迨撬{(lán)寶石基板。優(yōu)選地，η型氮化物半導(dǎo)體層是摻雜有選自由Si、Ge和Sn組成的組中的任一種η 型導(dǎo)電雜質(zhì)的GaN層或GaN/AlGaN層，ρ型氮化物半導(dǎo)體層是摻雜有選自由Mg、Zn和Be組 成的組中的任一種P型導(dǎo)電雜質(zhì)的GaN層或GaN/AlGaN層，并且有源層由具有多量子勢(shì)阱 (multi-quantum well)結(jié)構(gòu)的 InGaN/GaN 層構(gòu)成。優(yōu)選地，透明電極是ITO(氧化銦錫)材料。優(yōu)選地，ρ電極焊盤(pán)和η電極焊盤(pán)由Au或Au/Cr形成。當(dāng)ρ電極焊盤(pán)與ρ型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線(xiàn)隔開(kāi)50至200 μ m的距離時(shí)，可以
增強(qiáng)光學(xué)能量。當(dāng)ρ電極焊盤(pán)與ρ型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線(xiàn)隔開(kāi)大于200 μ m的距離時(shí)，可以降 低光學(xué)能量。


本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的這些和/或其它方面及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施 例的描述而變得顯而易見(jiàn)，并更易于理解，其中圖1是示出傳統(tǒng)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的截面圖；圖2是示出傳統(tǒng)的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的平面圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的截面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的平面圖；圖5A至圖5D是用于解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的制造方 法的截面圖；圖6是示出根據(jù)ρ電極焊盤(pán)的間距的Po (光強(qiáng)度)變化的曲線(xiàn)圖；圖7是示出根據(jù)ρ電極焊盤(pán)的間距的驅(qū)動(dòng)電壓變化的曲線(xiàn)圖；以及圖8是示出ρ電極焊盤(pán)與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)55 μ m的狀態(tài)的照片。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將詳細(xì)地參照本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出，其中， 相同的參考標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。以下，通過(guò)參照附圖描述實(shí)施例解釋本發(fā)明總的發(fā) 明構(gòu)思。以下，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例?；诘锏陌雽?dǎo)體LED的結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D3和圖4，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED。圖3是示出基于氮化物的半導(dǎo)體LED的截面圖，以及圖4是示出基于氮化物的半 導(dǎo)體LED的平面圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED200包括用于生長(zhǎng)基于 氮化物的半導(dǎo)體材料的藍(lán)寶石基板201、緩沖層(未示出)、η型氮化物半導(dǎo)體層202、有源 層203、以及ρ型氮化物半導(dǎo)體層204，它們都順序地形成在藍(lán)寶石基板201上。通過(guò)臺(tái)面 蝕刻工藝將P型氮化物半導(dǎo)體層204和有源層203的一部分去除，使得部分地露出η型氮 化物半導(dǎo)體層202的上表面。緩沖層生長(zhǎng)在藍(lán)寶石基板201上，以增強(qiáng)藍(lán)寶石基板210和η型氮化物半導(dǎo)體層 202之間的點(diǎn)陣匹配(lattice matching) 0緩沖層可由AIN/GaN等形成。η型和ρ型氮化物半導(dǎo)體層202和204以及有源層203可由半導(dǎo)體材料形成，該材 料具有InxAlYGai_x_YN(這里，0彡Χ,Ο彡Y，且Χ+Υ彡1)的組成式。更具體地，η型氮化物半 導(dǎo)體層202可由摻雜有η型導(dǎo)電雜質(zhì)的GaN或GaN/AlGaN層形成。例如，η型導(dǎo)電雜質(zhì)可 為Si、Ge、Sn等，其中，優(yōu)選使用Si。此外，ρ型氮化物半導(dǎo)體層204可由摻雜有ρ型導(dǎo)電雜 質(zhì)的GaN或GaN/AlGaN層形成。例如，ρ型導(dǎo)電雜質(zhì)可為Mg、Zn、Be等，其中，優(yōu)選使用Mg。 有源層203可由具有多量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN層形成。在未被臺(tái)面蝕刻工藝去除的ρ型氮化物半導(dǎo)體層204上，由ITO材料形成透明電 極205。如圖3所示，透明電極205與ρ型氮化物半導(dǎo)體層204的外緣線(xiàn)隔開(kāi)預(yù)定距離。在 透明電極205上形成ρ型電極焊盤(pán)206，以與ρ型氮化物半導(dǎo)體層204的作為臺(tái)面線(xiàn)的外緣 線(xiàn)隔開(kāi)預(yù)定距離。在通過(guò)臺(tái)面蝕刻工藝露出的η型氮化物半導(dǎo)體層202上形成η型電極焊盤(pán)207。此時(shí)，考慮到通常的基于氮化物的半導(dǎo)體LED芯片的尺寸，優(yōu)選地形成ρ型電極焊 盤(pán)206，以與ρ型氮化物半導(dǎo)體層204的外緣線(xiàn)隔開(kāi)50至200 μ m。如圖4所示，基板201的平面形狀形成為矩形。在這種情況下，優(yōu)選地，矩形的寬 度與長(zhǎng)度比為1 1.5。其間，如上所述，當(dāng)將常用的ITO作為透明電極205時(shí)，由于ITO的高表面電阻，在 P型電極焊盤(pán)206的附近可產(chǎn)生局部電流擁擠。然而，在本實(shí)施例中，ρ型電極焊盤(pán)206與 臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)預(yù)定距離，這可減小局部電流擁擠。由此，可以提高二極管的可靠性(例如，可 以減小驅(qū)動(dòng)電壓)，并且擴(kuò)大作為優(yōu)先發(fā)光區(qū)(參看圖3的參考標(biāo)號(hào)‘A2’ )的ρ電極焊盤(pán) 206周?chē)拿娣e。因此，可以提高芯片的總體發(fā)光效率。同時(shí)，圖3的虛線(xiàn)表示電流路徑?；诘锏陌雽?dǎo)體LED的制造方法下面，將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氮化物的半導(dǎo)體LED的制造方法。圖5A至圖5D是示出基于氮化物的半導(dǎo)體LED的制造方法的截面圖。首先，如圖5A所示，在用于生長(zhǎng)基于氮化物的半導(dǎo)體材料的藍(lán)寶石基板201上順 序地形成緩沖層(未示出)、η型氮化物半導(dǎo)體層202、有源層203、以及ρ型氮化物半導(dǎo)體 層204?？梢允÷跃彌_層，并且η型氮化物半導(dǎo)體層202、有源層203、以及ρ型氮化物半導(dǎo) 體層204可由半導(dǎo)體材料形成，該材料具有InxAlYGai_x_YN(這里，0彡X，0彡Y，且X+Y彡1) 的組成式。通常，它們可通過(guò)諸如金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)的工藝形成。接下來(lái)，如圖5B所示，臺(tái)面蝕刻部分ρ型氮化物半導(dǎo)體層204、部分有源層203、以 及部分η型氮化物半導(dǎo)體層202，以部分地露出η型氮化物半導(dǎo)體層202。如圖5C所示，在ρ型氮化物半導(dǎo)體層204上形成透明電極205。通常，由ITO形成 透明電極205。如圖5D所示，在透明電極205上形成ρ電極焊盤(pán)206，其與ρ型氮化物半導(dǎo)體層 204的外緣線(xiàn)隔開(kāi)預(yù)定距離，以及在η型氮化物半導(dǎo)體層202上形成η電極焊盤(pán)207。P電 極焊盤(pán)206和η電極焊盤(pán)207可由諸如Au或Au/Cr的金屬形成。如上所述，由于用作透明電極205的ITO的高表面電阻，在ρ電極焊盤(pán)206的附近 產(chǎn)生電流擁擠。然而，在本實(shí)施例中，P電極焊盤(pán)206與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)預(yù)定距離，使得可減弱 局部電流擁擠。因此，可以減小驅(qū)動(dòng)電壓，并且可擴(kuò)大作為優(yōu)先發(fā)光區(qū)(參看圖5的參考標(biāo) 號(hào)‘A2’ )的ρ電極焊盤(pán)206周?chē)拿娣e，使得可以提高芯片的總體發(fā)光效率。圖6是示出根據(jù)ρ電極焊盤(pán)間距(s印aration distance)的Po (光強(qiáng)度)變化的 曲線(xiàn)圖，以及圖7是示出根據(jù)ρ電極焊盤(pán)間距的驅(qū)動(dòng)電壓變化的曲線(xiàn)圖。參照?qǐng)D6，當(dāng)ρ電極焊盤(pán)206與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)50至200 μ m，Po趨于增加。隨著ρ電 極焊盤(pán)206與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)200 μ m以上，Po降低。因此，最優(yōu)選地，ρ電極焊盤(pán)206與ρ型氮 化物半導(dǎo)體層204的作為臺(tái)面線(xiàn)的外緣線(xiàn)隔開(kāi)50至200 μ m。此外，參照?qǐng)D7，隨著ρ電極 焊盤(pán)206與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)預(yù)定距離，即，隨著ρ電極焊盤(pán)206和η電極焊盤(pán)207之間的距離減 小，驅(qū)動(dòng)電壓也隨之減小。圖8是示出當(dāng)ρ電極焊盤(pán)與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)55μπι時(shí)的發(fā)光狀態(tài)的照片。當(dāng)ρ電極焊盤(pán)206與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)55 μ m時(shí)，如圖8所示，可在整個(gè)芯片中獲取均勻 的發(fā)光效應(yīng)。此外，可以擴(kuò)大作為優(yōu)先發(fā)光區(qū)的P電極焊盤(pán)206周?chē)拿娣e，使得可以進(jìn)一 步提高芯片的總體發(fā)光效率。
優(yōu)選地，藍(lán)寶石基板201的平面形狀形成為矩形。這是由于，與藍(lán)寶石基板201 的平面形狀形成為正方形相比，當(dāng)藍(lán)寶石基板201為矩形時(shí)，有利地確保ρ電極焊盤(pán)206 可與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)的距離的容限(margin)。在這種情況下，優(yōu)選地，矩形的寬度與長(zhǎng)度比為 1 1.5。這是由于，當(dāng)矩形的寬度與長(zhǎng)度比小于1.5時(shí)，與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi)的ρ電極焊盤(pán)206 變得如此接近η電極焊盤(pán)207，可減弱電流擴(kuò)散效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的基于氮化物的半導(dǎo)體LED及其制造方法，ρ電極焊盤(pán)與臺(tái)面線(xiàn)隔開(kāi) 預(yù)定距離，并且將優(yōu)先發(fā)光的P電極焊盤(pán)周?chē)拿娣e擴(kuò)大，以提高芯片的光提取效率。此 外，減弱了局部電流擁擠，以減小驅(qū)動(dòng)電壓，從而提高了二極管的可靠性。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的原則和精神的條件下可以在這些實(shí)施例中作 出變化，本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物所限定。
權(quán)利要求
一種基于氮化物的半導(dǎo)體LED，包括基板，所述基板形成為矩形形狀，且所述基板是藍(lán)寶石基板；n型氮化物半導(dǎo)體層，形成在所述基板上，并且由具有InXAlYGa1 X YN(0≤X，0≤Y，且X+Y≤1)組成式的n型半導(dǎo)體材料構(gòu)成；有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層，順序地形成在所述n型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域上，所述有源層由具有InXAlYGa1 X YN(0≤X，0≤Y，且X+Y≤1)組成式的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并且所述p型氮化物半導(dǎo)體層由具有InXAlYGa1 X YN(0≤X，0≤Y，且X+Y≤1)組成式的p型半導(dǎo)體材料構(gòu)成；透明電極，形成在所述p型氮化物半導(dǎo)體層上，以便所述透明電極與所述p型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線(xiàn)隔開(kāi)預(yù)定距離；p電極焊盤(pán)，形成在所述透明電極上，以便所述p電極焊盤(pán)與由具有InXAlYGa1 X YN(0≤X，0≤Y，且X+Y≤1)組成式的p型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的所述p型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線(xiàn)隔開(kāi)50至200μm的距離；以及n電極焊盤(pán)，形成在所述n型氮化物半導(dǎo)體層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，進(jìn)一步包括緩沖層，所述緩沖層形成在所述基板與所述η型氮化物半導(dǎo)體層之間，且由AIN/GaN構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其中，所述η型氮化物半導(dǎo)體層是 摻雜有選自由Si、Ge和Sn組成的組中的任一種η型導(dǎo)電雜質(zhì)的GaN層或GaN/AlGaN層，所述P型氮化物半導(dǎo)體層是摻雜有選自由Mg、Zn和Be組成的組中的任一種ρ型導(dǎo)電 雜質(zhì)的GaN層或GaN/AlGaN層，并且所述有源層由具有多量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN層構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其中，所述透明電極是氧化銦錫材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其中，所述ρ電極焊盤(pán)和所述η電 極焊盤(pán)由Au或Au/Cr形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其中，當(dāng)所述ρ電極焊盤(pán)與所述ρ 型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線(xiàn)隔開(kāi)50至200 μ m的距離時(shí)，光學(xué)能量增強(qiáng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化物的半導(dǎo)體LED，其中，當(dāng)所述ρ電極焊盤(pán)與所述ρ 型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線(xiàn)隔開(kāi)大于200 μ m的距離時(shí)，光學(xué)能量降低。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于氮化物的半導(dǎo)體LED，包括基板；n型氮化物半導(dǎo)體層，形成在基板上；有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層，順序地形成在n型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域上；透明電極，形成在p型氮化物半導(dǎo)體層上；p電極焊盤(pán)，形成在透明電極上，該p電極焊盤(pán)與p型氮化物半導(dǎo)體層的外緣線(xiàn)隔開(kāi)50至200μm；以及n電極焊盤(pán)，形成在n型氮化物半導(dǎo)體層上。
文檔編號(hào)H01L33/42GK101916804SQ20101011100
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2006年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月7日
發(fā)明者李赫民, 申賢秀, 金東俊, 金顯炅 申請(qǐng)人:三星Led株式會(huì)社