专利名称：半导体发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光器件，更具体地，涉及具有优良电流分布和工作电压特性以及提高了可靠性的半导体发光器件。
背景技术：
近来，诸如使用III-V族的氮化物半导体(简言之，氮化物半导体)的发光二极管(LED)的发光器件，被广泛用作获取蓝和绿波长范围的光的光源。氮化物半导体是包括可以由化学式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导体。氮化物半导体发光器件通常包括生长在蓝宝石衬底上的n型和p型氮化物半导体层。由于蓝宝石衬底是绝缘体，因此将p电极和n电极设置在衬底的同侧上(横向结构)。在氮化物半导体发光器件的这种横向结构中，存在着一个问题，就是电流被集中在n型氮化物半导体层的特定区域上，该特定区域是邻近n电极的被台面蚀刻的部分和剩余部分之间的边界。
图1是示出了传统氮化物半导体发光器件的剖视图。参照图1，发光器件50包括依次形成在蓝宝石衬底11上的n型基于GaN的半导体层13、有源层15和p型基于GaN的半导体层17。p电极(p金属)20设置在p型基于GaN的半导体层17上，且n电极(n金属)30设置在通过台面蚀刻露出的n型基于GaN的半导体层13的一部分上表面上。为形成这种台面结构，以几千的深度M实施台面蚀刻直到露出n型半导体层13。
当将工作电压施加到相互水平设置的p电极和n电极20和30上时，电流流过基于GaN的半导体的p-n结，从而在有源层中发生发光。假设将电流在发光器件50上流动的路径分为图1中所示的A、B、和C的话，则有相对较大的电流通过并集中在路径A中。这是因为路径A具有比路径B和路径C更小的阻抗。也就是说，在路径A中，通过更小阻抗的p电极的电流的距离相对较长，而通过更大阻抗的氮化物半导体层的电流的距离相对较短。因此，电流易于集中在更小阻抗的路径A中。
如上所述，如果电流集中在特定的路径(路径A，其中，电流以最短的距离通过氮化物半导体)中，则有源层就不会被全部和均匀地使用。这就导致工作电压的增加和亮度的降低。此外，如果电流集中在特定的部分中，就会在该特定部分产生大量的热量，而且会降低器件的静电放电(ESD)特性。因此降低了器件的可靠性。具有设置在衬底同侧上的两个电极的横向结构的发光器件，不仅可以由氮化物半导体(基于GaN的)构成而且可以由其他类型的化合物半导体(例如，基于AlGaAs或AlGaInP的半导体)构成，可以被这种电流集中负面影响。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的前述问题，因此本发明某些实施例的目的在于提供一种抑制电流集中在特定的路径或其部分上，从而实现优良的电流分布特性的半导体发光器件。
根据用于实现该目的的本发明的一个方面，提供了一种半导体发光器件，包括依次形成在衬底上的n型半导体层、有源层和p型半导体层；p电极，形成在p型半导体层上；以及n电极，形成在n型半导体层的台面蚀刻部分的上表面上，其中，n型半导体层具有形成在其中以防止电流集中的沟槽，且该沟槽以预定深度从n型半导体层的上表面或从衬底的下表面延伸至n型半导体层中。
优选地，沟槽以n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/2或更少的深度延伸至n型半导体中。更优选地，该沟槽以n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/6到1/2的深度延伸至n型半导体层。
根据本发明，可以用绝缘材料填充沟槽。例如，可以用绝缘树脂或氧化膜来填充沟槽。
根据本发明的实施例，沟槽位于p电极和n电极之间，并可以从n型半导体层的台面蚀刻部分的上表面向下延伸。在这种情况下，优选地，沟槽的深度为n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/2或更少，且更优选地，深度为n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/6到1/2。
根据本发明的另一个实施例，沟槽可以从衬底的下表面向上延伸。在这种情况下，沟槽可以延伸至n型半导体层的台面蚀刻部分。可选地，沟槽可以延伸至n型半导体层没有被台面蚀刻的部分。在这种情况中，沟槽的深度和衬底厚度之间的差是n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/2或更少，且更优选地，是n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/6到1/2。
根据本发明的优选实施例，n型半导体层、有源层、和p型半导体层由氮化物半导体构成。在这种情况中，p电极可以是透明电极或反射电极。另外，衬底可以是蓝宝石衬底。
根据本发明，将沟槽设置为以预定深度延伸至n型半导体层中，从而防止电流集中(current concentrate)而且更均匀地分布电流。因此提高了发光效率、亮度、和工作电压特性以及器件的可靠性。
结合附图，通过下面的详细说明将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征、以及其他优点，附图中图1是示出了传统半导体发光器件的剖视图；图2是示出了根据本发明的实施例的半导体发光器件的剖视图；图3是示出了根据本发明的另一实施例的半导体发光器件的剖视图；图4是示出了根据本发明的又一实施例的半导体发光器件的剖视图；以及图5是示出了根据本发明的再一实施例的半导体发光器件的剖视图。
具体实施例方式
下面将参照附图详细说明本发明的优选实施例。然而，本发明可以由许多不同的形式来实现，而且不应该被理解为是对本文中所阐述的实施例的限制。相反地，提供这些实施例是为了公开更充分和彻底，以及向本领域技术人员充分传达本发明的范围。附图中，为了清楚，可以放大形状和尺寸，并且在全文中使用相同的标号表示相同或类似的部件。
本发明可以应用于具有横向结构的氮化物发光器件，横向结构经常引起如上所述的电流集中的问题。然而，本发明并不限制于此，也可以应用于其他的具有横向结构的化合物半导体发光器件。
图2是示出根据本发明的一个实施例的半导体发光器件的剖视图。参照图2，半导体发光器件100包括依次形成在蓝宝石衬底101上的n型氮化物半导体层103、有源层105和p型半导体层107。P电极120形成在p型氮化物半导体层107上。p电极120可以是透明电极或反射电极。例如，在光出射表面位于p电极120上的情况下，应该将p电极120设置为透明电极。在光出射表面位于衬底101下的情况中，应该将p电极120设置为反射电极。n电极130形成在通过台面蚀刻露出的n型氮化物半导体层103的一部分上表面上。
如图2所示，沟槽140形成在n型半导体层103中。沟槽140位于p电极120和n电极130之间。另外，沟槽140以预定深度从n型半导体层的台面蚀刻部分的上表面向下延伸至n型半导体层103中。沟槽140应该形成为不完全穿透n型半导体层103。优选地，沟槽140的深度t为n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度L的1/2或更少，且更优选地，深度t为n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度L的1/6到1/2。
用于防止电流集中的沟槽140可以通过例如，诸如感应耦合等离子体反应离子蚀刻(ICP-RIE)的干蚀刻处理来形成。也就是说，通过台面蚀刻露出n型半导体层的一部分，然后如图2中所示，可以通过ICP-RIE在n型半导体层的台面蚀刻部分中形成沟槽140。除了干蚀刻处理以外，还可以通过例如激光处理来形成沟槽140。
如上所述，通过在n型半导体层103中形成沟槽140，延长了从邻近n电极130的p电极120的边缘部分到氮化物半导体层的路径(路径A)。也就是说，沟槽140起断开电流路径(例如，图1中的路径A)的作用，否则电流路径将会通过形成电流沟槽的氮化物半导体层的一部分，从而在发光器件的工作期间延长了整个电流路径。因此，减小了路径A的长度和路径B或C的长度之间的差。由于减小了通过氮化物半导体层的电流路径A、B和C的长度之间的差，因此，电流不会集中在某一区域中而是分布在器件的整个区域上。因此，沟槽140提供改善的电流分布效果。
图3是示出了根据本发明的另一个实施例的氮化物半导体发光器件的剖视图。除了在沟槽140中填充了绝缘材料145来防止电流集中以外，图3的氮化物半导体发光器件100′与前述的发光器件100完全相同。如上所述可以在沟槽140中填充绝缘材料145来防止不必要的短路或电流泄漏。对于绝缘材料145，例如绝缘树脂或氧化膜可以被填充在沟槽140中。
根据图3中的实施例，沟槽140或沟槽140中的绝缘材料145阻隔引起电流集中的短的电流路径(见图1中的路径A)。因此，类似于前面的实施例，抑制了在特定电流路径中的电流集中并且在该实施例中改善了电流分布特性。
图4是示出了根据本发明的又一实施例的氮化物半导体发光器件的剖视图。在图4中的半导体发光器件200中，用于防止电流集中的沟槽150从蓝宝石衬底101的下表面向上延伸。具体而言，沟槽150以预定深度延伸至n型氮化物半导体层103的台面蚀刻部分中。
如在前面的实施例中所述的，应该注意沟槽150形成为不完全穿透n型氮化物半导体层103。优选地，沟槽150以n型半导体层的厚度L的1/2或更少的深度t′延伸至n型半导体层103，且更优选地，以n型半导体层的厚度L的1/6到1/2的深度t′延伸。在该实施例中，沟槽150延伸至n型半导体层103中的深度t′等于沟槽150的整个深度和蓝宝石衬底101的厚度之间的差。因此，沟槽150的深度和衬底101的厚度之间的差优选地为n型半导体层103的台面蚀刻部分的厚度的1/2或更少，且更优选地，为n型半导体层103的台面蚀刻部分的厚度的1/6到1/2。
这样，由于以预定深度从蓝宝石衬底101下表面延伸至n型半导体层103中形成沟槽150，因此缩短了通过氮化物半导体层的电流路径B和C。因此，减小了路径A的长度和路径B或C的长度之间的差。由于路径A、B和C的长度之间的较小的差，所以电流不会集中在诸如路径A的特定区域中，而是在器件工作期间分布在器件的整个区域上。因此，沟槽150提高了的电流分布特性。
图5示出了不同于图4的发光器件200的氮化物半导体发光器件300。如图5所示，用于防止电流集中的沟槽160从蓝宝石衬底101的下表面延伸并可以延伸至n型半导体层103的没有被台面蚀刻的部分中。类似于前面的实施例，在该实施例中，沟槽160没有完全穿透n型半导体层103。沟槽160延伸至n型半导体层103中的深度，即沟槽160的全部深度与蓝宝石衬底101的厚度之间的差t′，优选地为n型半导体层103的台面蚀刻部分的厚度L的1/2或更少，且更优选地，为n型半导体层103的台面蚀刻部分的厚度L的1/6到1/2。
类似于前面的实施例，在图5中所示的本实施例中，由于沟槽160而缩短了路径B和C，以及减少了路径A、B和C之间的差。由于通过氮化物半导体层的电流路径的长度之间的较小的差，因此电流不会集中在某一区域中，而是在器件工作期间分布在器件的整个区域上。因此，沟槽160提高了电流分布特性。类似于前面的实施例，在图4和图5所示的这些实施例中，诸如绝缘树脂的绝缘材料可以被填充在沟槽150、160中以防止短路或电流泄漏。
上述的实施例是以具有蓝宝石衬底的氮化物半导体发光器件来举例说明的，但本发明并不局限于此。本发明可以应用于其他类型的化合物半导体发光器件，例如，基于AlGaAs或基于AlGaInP的半导体发光器件。
根据上述的本发明，发光器件包括沟槽以减少通过半导体层的电流路径之间的差，从而防止电流集中以及更均匀地分布电流。因此，发光器件具有增加了的电流路径和减少了的总阻抗以及工作电压。此外，由于均匀的电流，该器件具有扩大了的电子空穴再结合区域，从而获得提高了的发光效率和亮度。此外，由于这种电流分布效果，该器件具有提高了的静电放电和热特性，最终导致提高了其可靠性。
尽管已经结合优选实施例示出和说明了本发明，但是显然，本领域技术人员可以做出各种变化和改变而不背离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种半导体发光器件，包括n型半导体层、有源层和p型半导体层，依次形成在衬底上；p电极，形成在所述p型半导体层上；以及n电极，形成在所述n型半导体层的台面蚀刻部分的上表面上，其中，所述n型半导体层具有形成在其中以防止电流集中的沟槽，并且其中，所述沟槽以预定深度从所述n型半导体层的上表面或从所述衬底的下表面延伸至所述n型半导体层中。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽以所述n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/2或更少的深度延伸至所述n型半导体层中。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽以所述n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/6到1/2的深度延伸至所述n型半导体层中。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽填充有绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽位于所述p电极和所述n电极之间，并且从所述n型半导体层的台面蚀刻部分的上表面向下延伸。
6.根据权利要求5所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽具有所述n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/2或更少的深度。
7.根据权利要求5所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽具有所述n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/6到1/2的深度。
8.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽从所述衬底的下表面向上延伸。
9.根据权利要求8所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽延伸至所述n型半导体层的台面蚀刻部分。
10.根据权利要求8所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽延伸至所述n型半导体层的没有被台面蚀刻的部分。
11.根据权利要求8所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽的深度与所述衬底的厚度之间的差为所述n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/2或更少。
12.根据权利要求8所述的半导体发光器件，其中，所述沟槽的深度与所述衬底的厚度之间的差为所述n型半导体层的台面蚀刻部分的厚度的1/6到1/2。
13.根椐权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述n型半导体层、所述有源层和所述p型半导体层由氮化物半导体构成，以及所述衬底包括蓝宝石衬底。
全文摘要
本发明涉及一种抑制电流集中的高质量半导体发光器件。该半导体发光器件包括依次形成在衬底上的n型半导体层、有源层和p型半导体层。半导体发光器件还包括形成在p型半导体层上的p电极和形成在n型半导体层的台面蚀刻部分的表面上的n电极。在n型半导体层中形成沟槽以防止电流集中。沟槽以预定深度从n型半导体层的台面蚀刻部分的上表面或从衬底的下表面延伸至n型半导体层中。
文档编号H01L33/00GK1964091SQ20061015046
公开日2007年5月16日 申请日期2006年10月31日 优先权日2005年11月7日
发明者高健维, 朴英豪, 闵垘基, 朴亨镇, 黄硕珉 申请人:三星电机株式会社