專利名稱：Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及in族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體而言，本發(fā)明涉及 提供有用于改善電流擴(kuò)展的電極的ni族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件是指諸如包含由Al(x)Ga(y)In(1.x.y)N (Ky^l, (Kx+y《l)構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體層的發(fā)光二極管等發(fā)光器 件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可進(jìn)一步包含由其他族的元素構(gòu)成 的材料(如SiC、 SiN、 SiCN和CN)以及由這些材料制成的半導(dǎo)體層。
背景技術(shù)：
圖i是描述傳統(tǒng)m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個(gè)實(shí)例的視圖。所
述in族氮化物半導(dǎo)體器件包括襯底10、在所述襯底10上外延生長的緩 沖層20、在所述緩沖層20上外延生長的n型氮化物半導(dǎo)體層30、在所 述n型氮化物半導(dǎo)體層30上外延生長的有源層40、在所述有源層40上 外延生長的p型氮化物半導(dǎo)體層50、在所述p型氮化物半導(dǎo)體層50上形 成的p側(cè)電極60、在所述p側(cè)電極60上形成的p側(cè)焊盤70、在通過刻 蝕所述p型氮化物半導(dǎo)體層50和所述有源層40而暴露的所述n型氮化 物半導(dǎo)體層30上形成的n側(cè)電極80和保護(hù)膜90。
在所述襯底10的情況下，GaN襯底也可用作同質(zhì)襯底 (homo-substrate),而藍(lán)寶石襯底、SiC襯底或Si襯底可用作異質(zhì)襯底 (hetero-substrate)。然而，氮化物半導(dǎo)體層可在其上生長的任何類型的襯 底都可以使用。在使用所述SiC襯底的情況下，所述n側(cè)電極80可形成 在所述SiC襯底側(cè)。
在所述襯底10上外延生長的所述氮化物半導(dǎo)體層通常通過金屬有 機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長。
所述緩沖層20用以克服在所述異質(zhì)襯底10和所述氮化物半導(dǎo)體層
3之間的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)之間的差異。美國專利5,122,845公開了在 380°C 800°C，在藍(lán)寶石襯底上生長具有100 A 500 A厚度的AIN緩沖 層的技術(shù)。此外，美國專利5,290,393公開了在200。C 90(TC,在藍(lán)寶石 襯底上生長具有10 A 5000 A厚度的Al(x)Ga(1-x)N ((^x4)緩沖層的技術(shù)。 此外，公開號為WO/05/053042的PCT申請公開了在600。C 99(TC生長 SiC緩沖層(種子層)，并在其上生長In(x)Ga(L"N((X"l)的技術(shù)。優(yōu)選 的是，在所述AIN緩沖層、AlwGa^)N((Kx〈l)緩沖層或SiC/InwGa(1_x)N ((Kx^l)層上提供有具有1 jam至數(shù)pm厚度的非摻雜GaN層。
在n型氮化物半導(dǎo)體層30中，至少所述n側(cè)電極80形成區(qū)域(n 型接觸層)摻雜有慘雜劑。優(yōu)選的是，所述n型接觸層由GaN制成并摻 雜有Si。美國專利5，733，796公開了通過調(diào)節(jié)Si和其他源材料的混合比 例而以目標(biāo)摻雜濃度摻雜n型接觸層的技術(shù)。
所述有源層40通過電子和空穴的復(fù)合產(chǎn)生光量子(光)。通常，所 述有源層40含有In(x)Ga(1_x)N ((Kx3)并具有單量子阱層或多量子阱層。公 開號為WO02/021121的PCT申請公開了摻雜多個(gè)量子阱層和阻擋層的某 些部分的技術(shù)。
所述p型氮化物半導(dǎo)體層50摻雜有諸如Mg等的合適的摻雜劑，并 通過激活過程而具有p型導(dǎo)電性。美國專利5,247,533公開了通過電子束 輻射激活P型氮化物半導(dǎo)體層的技術(shù)。此外，美國專利5,306,662公開了 通過在超過40(TC退火而激活p型氮化物半導(dǎo)體層的技術(shù)。公開號為 WO/05/022655的PCT申請公開了通過一起使用氨和肼類源材料作為用 于生長所述p型氮化物半導(dǎo)體層的氮前體，無需激活過程而使p型氮化 物半導(dǎo)體層具有P型導(dǎo)電性的技術(shù)。
設(shè)置所述p側(cè)電極60以有利于向所述p型氮化物半導(dǎo)體層50提供 電流。美國專利5,563,422公開了與形成在所述p型氮化物半導(dǎo)體層50 的幾乎整個(gè)表面并與所述p型氮化物半導(dǎo)體層50歐姆接觸的由Ni和Au 組成的透光電極(light transmitting electrode)相關(guān)的技術(shù)。此外，美國專利 6,515,306公開了在p型氮化物半導(dǎo)體層上形成n型超晶格層，并在其上 形成由ITO制成的透光電極的技術(shù)。同時(shí)，所述透光電極60可以形成為厚至不透射光線而將光線反射向 襯底10。該技術(shù)稱為倒裝芯片技術(shù)。美國專利6,194,743公開了與包括厚 度超過20 nm的Ag層、覆蓋所述Ag層的擴(kuò)散阻擋層和含有Au和Al 的覆蓋所述擴(kuò)散阻擋層的結(jié)合層(bondinglayer)的電極結(jié)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)。
設(shè)置所述p側(cè)焊盤70和所述n側(cè)電極80以用于電流供應(yīng)和外部接 線。美國專利5,563,422公開了用Ti和Al形成n側(cè)電極的技術(shù)。
所述保護(hù)膜90可以由Si02制成，也可以被省略。
同時(shí)，所述n型氮化物半導(dǎo)體層30或所述p型氮化物半導(dǎo)體層50 能構(gòu)建為單層或多層。日前，提出了通過采用激光技術(shù)或濕法刻蝕將所 述襯底10與所述氮化物半導(dǎo)體層相分離而制造垂直式發(fā)光器件的技術(shù)。
圖2是描述在美國專利6,307,218中公開的發(fā)光器件的一個(gè)實(shí)例的視 圖，具體而言，在根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格具有較大面積或者需要改變所述電極布 置的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，提供不同的指狀電極14a和14b以 平穩(wěn)地供給電流。
然而，當(dāng)提供用于平穩(wěn)供給電流的所述指狀電極14a和14b的數(shù)目
增加時(shí)，所述m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光面積減小。此外，所述
指狀電極14a和14b反射在所述發(fā)光器件中產(chǎn)生的光子(光)并由此降 低外量子效率。
圖3是描述在公開號為WO2004/061509的PCT申請中公開的發(fā)光 器件的一個(gè)實(shí)例的視圖，具體為具有在n型氮化物半導(dǎo)體層33上形成用 以改善外量子效率的粗糙面11的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的視圖。
然而，由于延伸自n側(cè)電極的指狀電極22形成在所述n型氮化物半 導(dǎo)體層33上，因此所述指狀電極22減小了形成在所述n型氮化物半導(dǎo) 體層33上的粗糙面11的面積，從而降低了外量子效率
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
因此，完成本發(fā)明以解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，本發(fā)明的 一個(gè)目的是提供一種能通過支電極(branch electrode)促進(jìn)電流擴(kuò)散從而改善電特性，通過所述支電極減少光反射從而改善光特性，并通過增加氮 化物半導(dǎo)體層上的粗糙面的面積而改善外量子效率的III族氮化物半導(dǎo)體
發(fā)光器件。
技術(shù)方案
為此，提供了一種in族半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括襯底；在所述襯 底上外延生長的緩沖層；在所述緩沖層上外延生長的n型氮化物半導(dǎo)體 層；在所述n型氮化物半導(dǎo)體層上外延生長的有源層；在所述有源層上 外延生長的p型氮化物半導(dǎo)體層；在所述p型氮化物半導(dǎo)體層上形成的p 側(cè)電極；在通過刻蝕所述p型氮化物半導(dǎo)體層和所述有源層而暴露的所 述n型氮化物半導(dǎo)體層上形成的n側(cè)電極；在所述p側(cè)電極上形成的p 側(cè)焊盤；和設(shè)置有從所述p側(cè)焊盤向所述n側(cè)電極延伸的臂部和從所述 臂部向所述n側(cè)電極分叉的兩個(gè)指狀物的支電極。
在本發(fā)明的另一方面，所述支電極的所述兩個(gè)指狀物形成為以距所 述n側(cè)電極預(yù)定的距離圍繞所述n側(cè)電極。
在本發(fā)明的又一方面，所述發(fā)光器件為具有長邊和短邊的矩形，而 所述臂部沿所述長邊延伸。
在本發(fā)明的又一方面，通過刻蝕暴露所述n型半導(dǎo)體層的一部分， 并且在所述n型半導(dǎo)體層的暴露部分上形成粗糙面。
在本發(fā)明的又一方面，所述兩個(gè)指狀物在所述p側(cè)電極和所述n側(cè) 電極之間的中心處分叉。
有利效果
根據(jù)本發(fā)明，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件能通過支電極促進(jìn)電 流擴(kuò)散從而改善電特性，通過所述支電極減少光反射從而改善光特性， 并通過增加在所述氮化物半導(dǎo)體層上的粗糙面的面積改善外量子效率。


圖1是描述傳統(tǒng)III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個(gè)實(shí)例的視圖。 圖2是描述在美國專利6,307,218中公開的發(fā)光器件的一個(gè)實(shí)例的視圖。
6圖3是描述在公開號為WO2004/061509的PCT申請中公開的發(fā)光
器件的一個(gè)實(shí)例的視圖。
圖4和圖5是描述本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的視圖。
具體實(shí)施例方式
下文將參考附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖4和圖5是描述本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的視圖。所 述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底100、在所述襯底100上外延生 長的緩沖層200、在所述緩沖層200上外延生長的n型氮化物半導(dǎo)體層 300、在所述n型氮化物半導(dǎo)體層300上外延生長的有源層400、在所述 有源層400上外延生長的p型氮化物半導(dǎo)體層500、在所述p型氮化物半 導(dǎo)體層500上形成的p側(cè)電極600、在所述p側(cè)電極600上形成的p側(cè)焊 盤700、在通過刻蝕所述p型氮化物半導(dǎo)體層500和所述有源層400而暴 露的所述n型氮化物半導(dǎo)體層300上形成的n側(cè)電極800，和與所述p側(cè) 焊盤700相連的支電極750。
所述支電極750包括從所述p側(cè)焊盤700向所述n側(cè)電極800延伸 的臂部752，和從所述臂部752的末端向所述n側(cè)電極800分叉的兩個(gè)指 狀物754。此處，所述支電極750可形成在具有p側(cè)焊盤700的p側(cè)電極 600上。
優(yōu)選的是，所述臂部752從所述p側(cè)焊盤700延伸至所述p側(cè)焊盤 700和所述n側(cè)電極800之間的中心處。此外，優(yōu)選所述兩個(gè)指狀物754 形成為與所述n側(cè)電極800相同的輪廓，并且以距所述n側(cè)電極800預(yù) 定的距離圍繞所述n側(cè)電極800。因此，電流在所述p側(cè)焊盤700和所述 n側(cè)電極800之間均勻地?cái)U(kuò)展，同時(shí)電流通過所述臂部752均勻地?cái)U(kuò)展至 所述發(fā)光器件的任一側(cè)，因此，本發(fā)明特別適合于加長型發(fā)光器件或矩 形發(fā)光器件。
此處，如果所述兩個(gè)指狀物754形成為偏離所述p側(cè)焊盤700和所 述n側(cè)電極800之間的中心處而鄰近所述p側(cè)焊盤700，由于所述兩個(gè)指 狀物754遠(yuǎn)離所述n側(cè)電極800，正向偏壓Vf會(huì)增大。相反，如果所述兩個(gè)指狀物754形成為偏離所述p側(cè)焊盤700和所述n側(cè)電極800之間 的中心處而鄰近所述n側(cè)電極800,由于電流集中在所述兩個(gè)指狀物754 和所述n側(cè)電極800之間，發(fā)光區(qū)域會(huì)不利地集中在所述指狀物754和 所述n側(cè)電極800之間，由此降低了量子效率。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)注意到，所述兩個(gè)指狀物754不需要位于中心處，可以根據(jù)上述對 Vf和發(fā)射集中度的限制來調(diào)整位置。
優(yōu)選的是，如圖4所示，除所述n側(cè)電極800之外，所述n型氮化 物半導(dǎo)體層300還具有粗糙面350。通常，在所述發(fā)光器件中產(chǎn)生的一些 光子(光)由于全反射而不能發(fā)射到所述發(fā)光器件之外。所述粗糙面350 解決了這個(gè)問題并且提高了外量子效率。具體而言，由于在本發(fā)明中提 供的支電極750僅僅形成在所述p側(cè)焊盤700側(cè)，所述n型半導(dǎo)體層300 能確保所述粗糙面350具有足夠的面積，由此提高了外量子效率。
權(quán)利要求
1. 一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底；在所述襯底上外延生長的緩沖層；在所述緩沖層上外延生長的n型氮化物半導(dǎo)體層；在所述n型氮化物半導(dǎo)體層上外延生長的有源層；在所述有源層上外延生長的p型氮化物半導(dǎo)體層；在所述p型氮化物半導(dǎo)體層上形成的p側(cè)電極；在通過刻蝕所述p型氮化物半導(dǎo)體層和所述有源層而暴露的所述n型氮化物半導(dǎo)體層上形成的n側(cè)電極；與所述p側(cè)電極電接觸的p側(cè)焊盤；和設(shè)置有從所述p側(cè)焊盤向所述n側(cè)電極延伸的臂部和從所述臂部向所述n側(cè)電極分叉的兩個(gè)指狀物的支電極。
2. 如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述支電極的所述兩個(gè)指狀物形成為以距所述n側(cè)電極預(yù)定的距離圍繞所述n側(cè)電極。
3. 如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述發(fā)光器件為具有長邊和短邊的矩形，而所述臂部沿所述長邊延伸。
4. 如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，通過刻蝕暴露所述n型半導(dǎo)體層的一部分，并且在所述n型半導(dǎo)體層的暴露部分上形成粗糙面。
5. 如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述兩個(gè)指狀物在所述p側(cè)電極和所述n側(cè)電極之間的中心處分叉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體層，其中設(shè)有通過電子和空穴的復(fù)合而發(fā)光的有源層；和設(shè)置有從所述p側(cè)焊盤向所述n側(cè)電極延伸的臂部和從所述臂部向所述n側(cè)電極分叉的兩個(gè)指狀物的支電極。
文檔編號H01L33/38GK101478021SQ20081021262
公開日2009年7月8日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月31日
發(fā)明者南起煉, 金昌臺 申請人:艾比維利股份有限公司