Ⅲ族氮化物半导体发光器件.pdf

本发明涉及一种III族氮化物半导体发光器件，所述III族氮化物半导体发光器件包括：多个III族氮化物半导体层，其中设有通过电子和空穴的复合而发光的有源层；和设置有从所述p侧焊盘向所述n侧电极延伸的臂部和从所述臂部向所述n侧电极分叉的两个指状物的支电极。

1.  一种III族氮化物半导体发光器件，所述III族氮化物半导体发光器件包括：
衬底；
在所述衬底上外延生长的缓冲层；
在所述缓冲层上外延生长的n型氮化物半导体层；
在所述n型氮化物半导体层上外延生长的有源层；
在所述有源层上外延生长的p型氮化物半导体层；
在所述p型氮化物半导体层上形成的p侧电极；
在通过刻蚀所述p型氮化物半导体层和所述有源层而暴露的所述n型氮化物半导体层上形成的n侧电极；
与所述p侧电极电接触的p侧焊盘；和
设置有从所述p侧焊盘向所述n侧电极延伸的臂部和从所述臂部向所述n侧电极分叉的两个指状物的支电极。

2.  如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述支电极的所述两个指状物形成为以距所述n侧电极预定的距离围绕所述n侧电极。

3.  如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述发光器件为具有长边和短边的矩形，而所述臂部沿所述长边延伸。

4.  如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，通过刻蚀暴露所述n型半导体层的一部分，并且在所述n型半导体层的暴露部分上形成粗糙面。

5.  如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述两个指状物在所述p侧电极和所述n侧电极之间的中心处分叉。

Ⅲ族氮化物半导体发光器件
技术领域
本发明涉及III族氮化物半导体发光器件，更具体而言，本发明涉及提供有用于改善电流扩展的电极的III族氮化物半导体发光器件。
所述III族氮化物半导体发光器件是指诸如包含由Al_(x)Ga_(y)In_(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)构成的化合物半导体层的发光二极管等发光器件，所述III族氮化物半导体发光器件可进一步包含由其他族的元素构成的材料(如SiC、SiN、SiCN和CN)以及由这些材料制成的半导体层。
背景技术
图1是描述传统III族氮化物半导体发光器件的一个实例的视图。所述III族氮化物半导体器件包括衬底10、在所述衬底10上外延生长的缓冲层20、在所述缓冲层20上外延生长的n型氮化物半导体层30、在所述n型氮化物半导体层30上外延生长的有源层40、在所述有源层40上外延生长的p型氮化物半导体层50、在所述p型氮化物半导体层50上形成的p侧电极60、在所述p侧电极60上形成的p侧焊盘70、在通过刻蚀所述p型氮化物半导体层50和所述有源层40而暴露的所述n型氮化物半导体层30上形成的n侧电极80和保护膜90。
在所述衬底10的情况下，GaN衬底也可用作同质衬底(homo-substrate)，而蓝宝石衬底、SiC衬底或Si衬底可用作异质衬底(hetero-substrate)。然而，氮化物半导体层可在其上生长的任何类型的衬底都可以使用。在使用所述SiC衬底的情况下，所述n侧电极80可形成在所述SiC衬底侧。
在所述衬底10上外延生长的所述氮化物半导体层通常通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长。
所述缓冲层20用以克服在所述异质衬底10和所述氮化物半导体层之间的晶格常数和热膨胀系数之间的差异。美国专利5,122,845公开了在380℃～800℃，在蓝宝石衬底上生长具有厚度的AIN缓冲层的技术。此外，美国专利5,290,393公开了在200℃～900℃，在蓝宝石衬底上生长具有厚度的Al_(x)Ga_(1-x)N(0≤x<1)缓冲层的技术。此外，公开号为WO/05/053042的PCT申请公开了在600℃～990℃生长SiC缓冲层(种子层)，并在其上生长In_(x)Ga_(1-x)N(0<x≤1)的技术。优选的是，在所述AIN缓冲层、Al_(x)Ga_(1-x)N(0≤x<1)缓冲层或SiC/In_(x)Ga_(1-x)N(0<x≤1)层上提供有具有1μm至数μm厚度的非掺杂GaN层。
在n型氮化物半导体层30中，至少所述n侧电极80形成区域(n型接触层)掺杂有掺杂剂。优选的是，所述n型接触层由GaN制成并掺杂有Si。美国专利5,733,796公开了通过调节Si和其他源材料的混合比例而以目标掺杂浓度掺杂n型接触层的技术。
所述有源层40通过电子和空穴的复合产生光量子(光)。通常，所述有源层40含有In_(x)Ga_(1-x)N(0<x≤1)并具有单量子阱层或多量子阱层。公开号为WO02/021121的PCT申请公开了掺杂多个量子阱层和阻挡层的某些部分的技术。
所述p型氮化物半导体层50掺杂有诸如Mg等的合适的掺杂剂，并通过激活过程而具有p型导电性。美国专利5,247,533公开了通过电子束辐射激活p型氮化物半导体层的技术。此外，美国专利5,306,662公开了通过在超过400℃退火而激活p型氮化物半导体层的技术。公开号为WO/05/022655的PCT申请公开了通过一起使用氨和肼类源材料作为用于生长所述p型氮化物半导体层的氮前体，无需激活过程而使p型氮化物半导体层具有p型导电性的技术。
设置所述p侧电极60以有利于向所述p型氮化物半导体层50提供电流。美国专利5,563,422公开了与形成在所述p型氮化物半导体层50的几乎整个表面并与所述p型氮化物半导体层50欧姆接触的由Ni和Au组成的透光电极(light transmitting electrode)相关的技术。此外，美国专利6,515,306公开了在p型氮化物半导体层上形成n型超晶格层，并在其上形成由ITO制成的透光电极的技术。
同时，所述透光电极60可以形成为厚至不透射光线而将光线反射向衬底10。该技术称为倒装芯片技术。美国专利6,194,743公开了与包括厚度超过20nm的Ag层、覆盖所述Ag层的扩散阻挡层和含有Au和Al的覆盖所述扩散阻挡层的结合层(bonding layer)的电极结构相关的技术。
设置所述p侧焊盘70和所述n侧电极80以用于电流供应和外部接线。美国专利5,563,422公开了用Ti和Al形成n侧电极的技术。
所述保护膜90可以由SiO₂制成，也可以被省略。
同时，所述n型氮化物半导体层30或所述p型氮化物半导体层50能构建为单层或多层。日前，提出了通过采用激光技术或湿法刻蚀将所述衬底10与所述氮化物半导体层相分离而制造垂直式发光器件的技术。
图2是描述在美国专利6,307,218中公开的发光器件的一个实例的视图，具体而言，在根据产品规格具有较大面积或者需要改变所述电极布置的III族氮化物半导体发光器件中，提供不同的指状电极14a和14b以平稳地供给电流。
然而，当提供用于平稳供给电流的所述指状电极14a和14b的数目增加时，所述III族氮化物半导体发光器件的发光面积减小。此外，所述指状电极14a和14b反射在所述发光器件中产生的光子(光)并由此降低外量子效率。
图3是描述在公开号为WO2004/061509的PCT申请中公开的发光器件的一个实例的视图，具体为具有在n型氮化物半导体层33上形成用以改善外量子效率的粗糙面11的III族氮化物半导体发光器件的视图。
然而，由于延伸自n侧电极的指状电极22形成在所述n型氮化物半导体层33上，因此所述指状电极22减小了形成在所述n型氮化物半导体层33上的粗糙面11的面积，从而降低了外量子效率。
发明内容
技术问题
因此，完成本发明以解决在现有技术中出现的上述问题，本发明的一个目的是提供一种能通过支电极(branch electrode)促进电流扩散从而改善电特性，通过所述支电极减少光反射从而改善光特性，并通过增加氮化物半导体层上的粗糙面的面积而改善外量子效率的III族氮化物半导体发光器件。
技术方案
为此，提供了一种III族半导体发光器件，其包括：衬底；在所述衬底上外延生长的缓冲层；在所述缓冲层上外延生长的n型氮化物半导体层；在所述n型氮化物半导体层上外延生长的有源层；在所述有源层上外延生长的p型氮化物半导体层；在所述p型氮化物半导体层上形成的p侧电极；在通过刻蚀所述p型氮化物半导体层和所述有源层而暴露的所述n型氮化物半导体层上形成的n侧电极；在所述p侧电极上形成的p侧焊盘；和设置有从所述p侧焊盘向所述n侧电极延伸的臂部和从所述臂部向所述n侧电极分叉的两个指状物的支电极。
在本发明的另一方面，所述支电极的所述两个指状物形成为以距所述n侧电极预定的距离围绕所述n侧电极。
在本发明的又一方面，所述发光器件为具有长边和短边的矩形，而所述臂部沿所述长边延伸。
在本发明的又一方面，通过刻蚀暴露所述n型半导体层的一部分，并且在所述n型半导体层的暴露部分上形成粗糙面。
在本发明的又一方面，所述两个指状物在所述p侧电极和所述n侧电极之间的中心处分叉。
有利效果
根据本发明，所述III族氮化物半导体发光器件能通过支电极促进电流扩散从而改善电特性，通过所述支电极减少光反射从而改善光特性，并通过增加在所述氮化物半导体层上的粗糙面的面积改善外量子效率。
附图说明
图1是描述传统III族氮化物半导体发光器件的一个实例的视图。
图2是描述在美国专利6,307,218中公开的发光器件的一个实例的视图。
图3是描述在公开号为WO2004/061509的PCT申请中公开的发光器件的一个实例的视图。
图4和图5是描述本发明的III族氮化物半导体发光器件的视图。
具体实施方式
下文将参考附图来详细描述本发明。
图4和图5是描述本发明的III族氮化物半导体发光器件的视图。所述III族氮化物半导体发光器件包括衬底100、在所述衬底100上外延生长的缓冲层200、在所述缓冲层200上外延生长的n型氮化物半导体层300、在所述n型氮化物半导体层300上外延生长的有源层400、在所述有源层400上外延生长的p型氮化物半导体层500、在所述p型氮化物半导体层500上形成的p侧电极600、在所述p侧电极600上形成的p侧焊盘700、在通过刻蚀所述p型氮化物半导体层500和所述有源层400而暴露的所述n型氮化物半导体层300上形成的n侧电极800，和与所述p侧焊盘700相连的支电极750。
所述支电极750包括从所述p侧焊盘700向所述n侧电极800延伸的臂部752，和从所述臂部752的末端向所述n侧电极800分叉的两个指状物754。此处，所述支电极750可形成在具有p侧焊盘700的p侧电极600上。
优选的是，所述臂部752从所述p侧焊盘700延伸至所述p侧焊盘700和所述n侧电极800之间的中心处。此外，优选所述两个指状物754形成为与所述n侧电极800相同的轮廓，并且以距所述n侧电极800预定的距离围绕所述n侧电极800。因此，电流在所述p侧焊盘700和所述n侧电极800之间均匀地扩展，同时电流通过所述臂部752均匀地扩展至所述发光器件的任一侧，因此，本发明特别适合于加长型发光器件或矩形发光器件。
此处，如果所述两个指状物754形成为偏离所述p侧焊盘700和所述n侧电极800之间的中心处而邻近所述p侧焊盘700，由于所述两个指状物754远离所述n侧电极800，正向偏压V_f会增大。相反，如果所述两个指状物754形成为偏离所述p侧焊盘700和所述n侧电极800之间的中心处而邻近所述n侧电极800，由于电流集中在所述两个指状物754和所述n侧电极800之间，发光区域会不利地集中在所述指状物754和所述n侧电极800之间，由此降低了量子效率。然而，本领域技术人员应当注意到，所述两个指状物754不需要位于中心处，可以根据上述对V_f和发射集中度的限制来调整位置。
优选的是，如图4所示，除所述n侧电极800之外，所述n型氮化物半导体层300还具有粗糙面350。通常，在所述发光器件中产生的一些光子(光)由于全反射而不能发射到所述发光器件之外。所述粗糙面350解决了这个问题并且提高了外量子效率。具体而言，由于在本发明中提供的支电极750仅仅形成在所述p侧焊盘700侧，所述n型半导体层300能确保所述粗糙面350具有足够的面积，由此提高了外量子效率。