專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體地，涉及具有優(yōu)良電流分布和工作電壓特性以及提高了可靠性的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
近來(lái)，諸如使用III-V族的氮化物半導(dǎo)體(簡(jiǎn)言之，氮化物半導(dǎo)體)的發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光器件，被廣泛用作獲取藍(lán)和綠波長(zhǎng)范圍的光的光源。氮化物半導(dǎo)體是包括可以由化學(xué)式InxAlyGa(1-x-y)N(其中0≤x≤1，0≤y≤1且0≤x+y≤1)表示的合成物的化合物半導(dǎo)體。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件通常包括生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上的n型和p型氮化物半導(dǎo)體層。由于藍(lán)寶石襯底是絕緣體，因此將p電極和n電極設(shè)置在襯底的同側(cè)上(橫向結(jié)構(gòu))。在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的這種橫向結(jié)構(gòu)中，存在著一個(gè)問(wèn)題，就是電流被集中在n型氮化物半導(dǎo)體層的特定區(qū)域上，該特定區(qū)域是鄰近n電極的被臺(tái)面蝕刻的部分和剩余部分之間的邊界。
圖1是示出了傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。參照?qǐng)D1，發(fā)光器件50包括依次形成在藍(lán)寶石襯底11上的n型基于GaN的半導(dǎo)體層13、有源層15和p型基于GaN的半導(dǎo)體層17。p電極(p金屬)20設(shè)置在p型基于GaN的半導(dǎo)體層17上，且n電極(n金屬)30設(shè)置在通過(guò)臺(tái)面蝕刻露出的n型基于GaN的半導(dǎo)體層13的一部分上表面上。為形成這種臺(tái)面結(jié)構(gòu)，以幾千的深度M實(shí)施臺(tái)面蝕刻直到露出n型半導(dǎo)體層13。
當(dāng)將工作電壓施加到相互水平設(shè)置的p電極和n電極20和30上時(shí)，電流流過(guò)基于GaN的半導(dǎo)體的p-n結(jié)，從而在有源層中發(fā)生發(fā)光。假設(shè)將電流在發(fā)光器件50上流動(dòng)的路徑分為圖1中所示的A、B、和C的話，則有相對(duì)較大的電流通過(guò)并集中在路徑A中。這是因?yàn)槁窂紸具有比路徑B和路徑C更小的阻抗。也就是說(shuō)，在路徑A中，通過(guò)更小阻抗的p電極的電流的距離相對(duì)較長(zhǎng)，而通過(guò)更大阻抗的氮化物半導(dǎo)體層的電流的距離相對(duì)較短。因此，電流易于集中在更小阻抗的路徑A中。
如上所述，如果電流集中在特定的路徑(路徑A，其中，電流以最短的距離通過(guò)氮化物半導(dǎo)體)中，則有源層就不會(huì)被全部和均勻地使用。這就導(dǎo)致工作電壓的增加和亮度的降低。此外，如果電流集中在特定的部分中，就會(huì)在該特定部分產(chǎn)生大量的熱量，而且會(huì)降低器件的靜電放電(ESD)特性。因此降低了器件的可靠性。具有設(shè)置在襯底同側(cè)上的兩個(gè)電極的橫向結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件，不僅可以由氮化物半導(dǎo)體(基于GaN的)構(gòu)成而且可以由其他類型的化合物半導(dǎo)體(例如，基于AlGaAs或AlGaInP的半導(dǎo)體)構(gòu)成，可以被這種電流集中負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的前述問(wèn)題，因此本發(fā)明某些實(shí)施例的目的在于提供一種抑制電流集中在特定的路徑或其部分上，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的電流分布特性的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)該目的的本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括依次形成在襯底上的n型半導(dǎo)體層、有源層和p型半導(dǎo)體層；p電極，形成在p型半導(dǎo)體層上；以及n電極，形成在n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的上表面上，其中，n型半導(dǎo)體層具有形成在其中以防止電流集中的溝槽，且該溝槽以預(yù)定深度從n型半導(dǎo)體層的上表面或從襯底的下表面延伸至n型半導(dǎo)體層中。
優(yōu)選地，溝槽以n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/2或更少的深度延伸至n型半導(dǎo)體中。更優(yōu)選地，該溝槽以n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/6到1/2的深度延伸至n型半導(dǎo)體層。
根據(jù)本發(fā)明，可以用絕緣材料填充溝槽。例如，可以用絕緣樹脂或氧化膜來(lái)填充溝槽。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，溝槽位于p電極和n電極之間，并可以從n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的上表面向下延伸。在這種情況下，優(yōu)選地，溝槽的深度為n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/2或更少，且更優(yōu)選地，深度為n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/6到1/2。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，溝槽可以從襯底的下表面向上延伸。在這種情況下，溝槽可以延伸至n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分。可選地，溝槽可以延伸至n型半導(dǎo)體層沒有被臺(tái)面蝕刻的部分。在這種情況中，溝槽的深度和襯底厚度之間的差是n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/2或更少，且更優(yōu)選地，是n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/6到1/2。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，n型半導(dǎo)體層、有源層、和p型半導(dǎo)體層由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。在這種情況中，p電極可以是透明電極或反射電極。另外，襯底可以是藍(lán)寶石襯底。
根據(jù)本發(fā)明，將溝槽設(shè)置為以預(yù)定深度延伸至n型半導(dǎo)體層中，從而防止電流集中(current concentrate)而且更均勻地分布電流。因此提高了發(fā)光效率、亮度、和工作電壓特性以及器件的可靠性。


結(jié)合附圖，通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其他目的、特征、以及其他優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是示出了傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖；以及圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以由許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且不應(yīng)該被理解為是對(duì)本文中所闡述的實(shí)施例的限制。相反地，提供這些實(shí)施例是為了公開更充分和徹底，以及向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。附圖中，為了清楚，可以放大形狀和尺寸，并且在全文中使用相同的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的部件。
本發(fā)明可以應(yīng)用于具有橫向結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光器件，橫向結(jié)構(gòu)經(jīng)常引起如上所述的電流集中的問(wèn)題。然而，本發(fā)明并不限制于此，也可以應(yīng)用于其他的具有橫向結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。參照?qǐng)D2，半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括依次形成在藍(lán)寶石襯底101上的n型氮化物半導(dǎo)體層103、有源層105和p型半導(dǎo)體層107。P電極120形成在p型氮化物半導(dǎo)體層107上。p電極120可以是透明電極或反射電極。例如，在光出射表面位于p電極120上的情況下，應(yīng)該將p電極120設(shè)置為透明電極。在光出射表面位于襯底101下的情況中，應(yīng)該將p電極120設(shè)置為反射電極。n電極130形成在通過(guò)臺(tái)面蝕刻露出的n型氮化物半導(dǎo)體層103的一部分上表面上。
如圖2所示，溝槽140形成在n型半導(dǎo)體層103中。溝槽140位于p電極120和n電極130之間。另外，溝槽140以預(yù)定深度從n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的上表面向下延伸至n型半導(dǎo)體層103中。溝槽140應(yīng)該形成為不完全穿透n型半導(dǎo)體層103。優(yōu)選地，溝槽140的深度t為n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度L的1/2或更少，且更優(yōu)選地，深度t為n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度L的1/6到1/2。
用于防止電流集中的溝槽140可以通過(guò)例如，諸如感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)離子蝕刻(ICP-RIE)的干蝕刻處理來(lái)形成。也就是說(shuō)，通過(guò)臺(tái)面蝕刻露出n型半導(dǎo)體層的一部分，然后如圖2中所示，可以通過(guò)ICP-RIE在n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分中形成溝槽140。除了干蝕刻處理以外，還可以通過(guò)例如激光處理來(lái)形成溝槽140。
如上所述，通過(guò)在n型半導(dǎo)體層103中形成溝槽140，延長(zhǎng)了從鄰近n電極130的p電極120的邊緣部分到氮化物半導(dǎo)體層的路徑(路徑A)。也就是說(shuō)，溝槽140起斷開電流路徑(例如，圖1中的路徑A)的作用，否則電流路徑將會(huì)通過(guò)形成電流溝槽的氮化物半導(dǎo)體層的一部分，從而在發(fā)光器件的工作期間延長(zhǎng)了整個(gè)電流路徑。因此，減小了路徑A的長(zhǎng)度和路徑B或C的長(zhǎng)度之間的差。由于減小了通過(guò)氮化物半導(dǎo)體層的電流路徑A、B和C的長(zhǎng)度之間的差，因此，電流不會(huì)集中在某一區(qū)域中而是分布在器件的整個(gè)區(qū)域上。因此，溝槽140提供改善的電流分布效果。
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。除了在溝槽140中填充了絕緣材料145來(lái)防止電流集中以外，圖3的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件100′與前述的發(fā)光器件100完全相同。如上所述可以在溝槽140中填充絕緣材料145來(lái)防止不必要的短路或電流泄漏。對(duì)于絕緣材料145，例如絕緣樹脂或氧化膜可以被填充在溝槽140中。
根據(jù)圖3中的實(shí)施例，溝槽140或溝槽140中的絕緣材料145阻隔引起電流集中的短的電流路徑(見圖1中的路徑A)。因此，類似于前面的實(shí)施例，抑制了在特定電流路徑中的電流集中并且在該實(shí)施例中改善了電流分布特性。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。在圖4中的半導(dǎo)體發(fā)光器件200中，用于防止電流集中的溝槽150從藍(lán)寶石襯底101的下表面向上延伸。具體而言，溝槽150以預(yù)定深度延伸至n型氮化物半導(dǎo)體層103的臺(tái)面蝕刻部分中。
如在前面的實(shí)施例中所述的，應(yīng)該注意溝槽150形成為不完全穿透n型氮化物半導(dǎo)體層103。優(yōu)選地，溝槽150以n型半導(dǎo)體層的厚度L的1/2或更少的深度t′延伸至n型半導(dǎo)體層103，且更優(yōu)選地，以n型半導(dǎo)體層的厚度L的1/6到1/2的深度t′延伸。在該實(shí)施例中，溝槽150延伸至n型半導(dǎo)體層103中的深度t′等于溝槽150的整個(gè)深度和藍(lán)寶石襯底101的厚度之間的差。因此，溝槽150的深度和襯底101的厚度之間的差優(yōu)選地為n型半導(dǎo)體層103的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/2或更少，且更優(yōu)選地，為n型半導(dǎo)體層103的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/6到1/2。
這樣，由于以預(yù)定深度從藍(lán)寶石襯底101下表面延伸至n型半導(dǎo)體層103中形成溝槽150，因此縮短了通過(guò)氮化物半導(dǎo)體層的電流路徑B和C。因此，減小了路徑A的長(zhǎng)度和路徑B或C的長(zhǎng)度之間的差。由于路徑A、B和C的長(zhǎng)度之間的較小的差，所以電流不會(huì)集中在諸如路徑A的特定區(qū)域中，而是在器件工作期間分布在器件的整個(gè)區(qū)域上。因此，溝槽150提高了的電流分布特性。
圖5示出了不同于圖4的發(fā)光器件200的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件300。如圖5所示，用于防止電流集中的溝槽160從藍(lán)寶石襯底101的下表面延伸并可以延伸至n型半導(dǎo)體層103的沒有被臺(tái)面蝕刻的部分中。類似于前面的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，溝槽160沒有完全穿透n型半導(dǎo)體層103。溝槽160延伸至n型半導(dǎo)體層103中的深度，即溝槽160的全部深度與藍(lán)寶石襯底101的厚度之間的差t′，優(yōu)選地為n型半導(dǎo)體層103的臺(tái)面蝕刻部分的厚度L的1/2或更少，且更優(yōu)選地，為n型半導(dǎo)體層103的臺(tái)面蝕刻部分的厚度L的1/6到1/2。
類似于前面的實(shí)施例，在圖5中所示的本實(shí)施例中，由于溝槽160而縮短了路徑B和C，以及減少了路徑A、B和C之間的差。由于通過(guò)氮化物半導(dǎo)體層的電流路徑的長(zhǎng)度之間的較小的差，因此電流不會(huì)集中在某一區(qū)域中，而是在器件工作期間分布在器件的整個(gè)區(qū)域上。因此，溝槽160提高了電流分布特性。類似于前面的實(shí)施例，在圖4和圖5所示的這些實(shí)施例中，諸如絕緣樹脂的絕緣材料可以被填充在溝槽150、160中以防止短路或電流泄漏。
上述的實(shí)施例是以具有藍(lán)寶石襯底的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件來(lái)舉例說(shuō)明的，但本發(fā)明并不局限于此。本發(fā)明可以應(yīng)用于其他類型的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，例如，基于AlGaAs或基于AlGaInP的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
根據(jù)上述的本發(fā)明，發(fā)光器件包括溝槽以減少通過(guò)半導(dǎo)體層的電流路徑之間的差，從而防止電流集中以及更均勻地分布電流。因此，發(fā)光器件具有增加了的電流路徑和減少了的總阻抗以及工作電壓。此外，由于均勻的電流，該器件具有擴(kuò)大了的電子空穴再結(jié)合區(qū)域，從而獲得提高了的發(fā)光效率和亮度。此外，由于這種電流分布效果，該器件具有提高了的靜電放電和熱特性，最終導(dǎo)致提高了其可靠性。
盡管已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例示出和說(shuō)明了本發(fā)明，但是顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出各種變化和改變而不背離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括n型半導(dǎo)體層、有源層和p型半導(dǎo)體層，依次形成在襯底上；p電極，形成在所述p型半導(dǎo)體層上；以及n電極，形成在所述n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的上表面上，其中，所述n型半導(dǎo)體層具有形成在其中以防止電流集中的溝槽，并且其中，所述溝槽以預(yù)定深度從所述n型半導(dǎo)體層的上表面或從所述襯底的下表面延伸至所述n型半導(dǎo)體層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽以所述n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/2或更少的深度延伸至所述n型半導(dǎo)體層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽以所述n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/6到1/2的深度延伸至所述n型半導(dǎo)體層中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽填充有絕緣材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽位于所述p電極和所述n電極之間，并且從所述n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的上表面向下延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽具有所述n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/2或更少的深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽具有所述n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/6到1/2的深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽從所述襯底的下表面向上延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽延伸至所述n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽延伸至所述n型半導(dǎo)體層的沒有被臺(tái)面蝕刻的部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽的深度與所述襯底的厚度之間的差為所述n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/2或更少。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述溝槽的深度與所述襯底的厚度之間的差為所述n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的厚度的1/6到1/2。
13.根椐權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述n型半導(dǎo)體層、所述有源層和所述p型半導(dǎo)體層由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，以及所述襯底包括藍(lán)寶石襯底。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抑制電流集中的高質(zhì)量半導(dǎo)體發(fā)光器件。該半導(dǎo)體發(fā)光器件包括依次形成在襯底上的n型半導(dǎo)體層、有源層和p型半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體發(fā)光器件還包括形成在p型半導(dǎo)體層上的p電極和形成在n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的表面上的n電極。在n型半導(dǎo)體層中形成溝槽以防止電流集中。溝槽以預(yù)定深度從n型半導(dǎo)體層的臺(tái)面蝕刻部分的上表面或從襯底的下表面延伸至n型半導(dǎo)體層中。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1964091SQ20061015046
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者高健維, 樸英豪, 閔垘基, 樸亨鎮(zhèn), 黃碩珉 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社