专利名称：基于氮化物的半导体发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于氮化物的半导体发光二极管(LED)，其能够通过提高电流扩散效率而以低驱动电压来驱动。
背景技术：
通常，基于氮化物的半导体是具有实验式AlXInYGal-X-YN(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤X+Y≤1)的族III-V半导体晶体。基于氮化物的半导体被广泛用作发出短波长光(范围从紫外光到绿光)，尤其是蓝光的LED。
基于氮化物的半导体LED形成在诸如蓝宝石衬底或SiC衬底的绝缘衬底上，这满足了晶体生长的晶格匹配条件。连接至p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层的两个电极具有平面结构。就是说，两个电极几乎水平地排列在发光结构(emission structure)上。
具有平面结构的基于氮化物的半导体LED被用作光源时，必需具有高亮度。为了获得高亮度，已制造了以高电流运行的大型基于氮化物的半导体LED。
然而，基于氮化物的半导体LED具有两个电极分别布置在发光结构的顶面和底面的纵向结构。与具有纵向结构的基于氮化物的半导体LED相比，具有平面结构的大型基于氮化物的半导体LED在整个发光区域中具有不均匀的电流。因而，用于发光的有效区域并非那么宽，以致于发光效率很低。
另外，当将高电流施加到具有平面结构的大型基于氮化物的半导体LED时，所施加的电流被转换成热，以使LED的温度升高。从而，使LED的驱动电压和特性均退化。
以下，将参考图1描述根据现有技术的具有平面结构的大型基于氮化物的半导体LED。
图1是示出了在根据现有技术的基于氮化物的半导体LED中的电极和有源区的布置的平面图。
参考图1，LED的顶面包括n型氮化物半导体层120、有源层、和p型氮化物半导体层(未示出)，将它们顺序形成在衬底上。
p电极160和n电极150形成在LED的顶面。P电极160和n电极150分别连接至p型氮化物半导体层(在某些情况下，反射电极170)和n型氮化物半导体层120。
n电极150包括两个电极焊盘155和从电极焊盘155延伸的多个分支电极150’和150”。n电极150和p电极160具有指状结构，以使它们彼此啮合。这里，通过n电极150的分支电极150’和150”，来分割p电极160，以分割发光区域。
即，两个n型电极焊盘155形成在n电极150上。当施加高电流时，所施加的电流被分散，并且通过将p电极160和从n电极150延伸的多个分支电极150’和150”排列成手指形状来改进电流扩布效率。因此，可以防止由于施加高电流而导致的器件故障。
在根据现有技术的大型基于氮化物的半导体LED中，通过两个n型电极焊盘来分散高电流，从而防止驱动电压和特性的退化。然而，因为两个n型电极焊盘均集中在LED的一侧上，所以，在改进电流扩布效率和降低LED的驱动电压方面会有限制。
因此，迫切需要一项技术，能够改进电流扩布效率并且降低在大型基于氮化物的半导体LED中的驱动电压。
发明内容
本发明的优点在于提供了一种氮化物半导体LED，其中，将三个以上的n型电极焊盘排列成均匀分布在大区域中，以使所施加的高电流有效分散。因此，可以提高电流扩布效率以及降低驱动电压。
本发明的总发明构思的其它方面和优点将部分地在随后的描述中阐述，并且部分地将通过描述而变得显而易见，或者可以通过总发明构思的实践而了解。
根据本发明的一个方面，基于氮化物的半导体LED包括衬底；n型氮化物半导体层，形成在衬底上，该n型氮化物半导体层具有被分成呈指状结构的第一区域和第二区域的顶面，从而使第一区域和第二区域彼此啮合；有源层，形成在n型氮化物半导体层的第二区域上；p型氮化物半导体层，形成在有源层上；反射电极，形成在p型氮化物半导体层上；p电极，形成在反射电极上；n电极，形成在n型氮化物半导体层的第一区域上；以及多个n型电极焊盘，形成在n电极上，使至少一个n型电极焊盘邻近n电极的不同侧面排列。
根据本发明的另一方面，第二区域相对于衬底的中心部分对称，以便在整个大型发光表面中发出均匀光。
根据本发明的另一方面，形成至少三个n型电极焊盘。n型电极焊盘排列成与形成在不同表面上的n型电极焊盘交叉。n型电极焊盘具有500μm或更小的宽度，以最小化发光表面的减小。
根据本发明的又一方面，n型电极包括第一n型分支电极，沿着n型氮化物半导体层的最外侧形成在第一区域上；以及第二n型分支电极，形成在第一区域上，在n型氮化物半导体层内具有指状结构。
根据本发明的又一方面，多个n型电极焊盘通过n电极的n型分支电极彼此电连接。第一n型分支电极具有比第二n型分支电极宽25％的宽度，以防止阻抗由于从n型电极焊盘所施加的电流的碰撞而增加。
根据本发明的再一方面，第二区域具有比第一区域面积更大的面积，以最大化发光表面。
通过以下结合附图对实施例的描述，本发明的总发明构思的这些和/或其它方面和优点将变得显而易见，并更容易理解，附图中图1是示出了在根据现有技术的基于氮化物的半导体LED中的电极和有源区的布置的平面图；图2是示出了在根据本发明第一实施例的基于氮化物的半导体LED中的电极和有源区的布置的平面图；
图3是沿图2中线III-III’的截面图；图4是示出了在根据本发明第二实施例的基于氮化物的半导体LED中的电极和有源区的布置的平面图；图5是沿图4中线V-V’的截面图；以及图6示出了相对于根据本发明的基于氮化物的半导体LED中被分割的发光区域的驱动电压变化的仿真结果。
具体实施例方式
现在将详细描述本发明的总发明构思的实施例，其实例在附图中示出，在附图中，相同的参考标号表示相同的元件。为了解释本发明的总发明构思，以下参照附图来描述实施例。
以下，将参考附图详细描述根据本发明实施例的基于氮化物的半导体LED。
实施例1以下参考图2和图3详细描述根据本发明第一实施例的具有平面结构的大型基于氮化物的半导体LED。
图2是示出了根据本发明第一实施例的基于氮化物的半导体LED中的电极和有源区的布置的平面图，以及图3是沿图2中线III-III’的截面图。
参考图2和图3，缓冲层110和n型氮化物半导体层120顺序形成在光透射衬底100上。n型氮化物半导体层120被分成第一区域和第二区域。第一区域和第二区域具有指状结构，从而彼此啮合。
第二区域界定发光表面。因而，优选地，使第二区域的面积大于第一区域的面积，以改进LED的亮度特性。就是说，优选地，使第二区域的面积占到n型氮化物半导体层120整个面积的50％以上。另外，优选地，使第二区域相对于衬底100的中心部分对称，从而在大型发光表面上发出均匀光。
衬底100是适合于生长氮化物半导体单晶的衬底。优选地，衬底100由包括蓝宝石的透明材料形成。另外，衬底100可以由氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、和氮化铝(AlN)形成。
缓冲层110是用于在衬底100上形成n型氮化物半导体层120之前，改进与蓝宝石衬底100的晶格匹配的层。通常，缓冲层100由AlN/GaN形成。
N型氮化物半导体层120可以由具有实验式InXAlYGal-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的半导体材料形成。更具体地，n型氮化物半导体层120可以由掺杂有n型杂质的GaN层或GaN/AlGaN层形成。n型杂质的实例包括Si、Ge、和Sn。优选地，Si被广泛用作n型杂质。
有源层130和p型氮化物半导体层140顺序形成在n型氮化物半导体层120的第二区域上，从而形成发光结构。
有源层130可以由具有多量子势阱结构的InGaN/GaN层形成。
p型氮化物半导体层140可以由具有实验式InXAlYGal-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的半导体材料形成。更具体地，p型氮化物半导体层140可以由掺杂有p型杂质的GaN层或GaN/AlGaN层形成。优选地，Mg被广泛用作p型杂质。
n电极150形成在n型氮化物半导体层120的第一区域上。n电极150包括从其延伸的多个分支电极150’和150”，从而有效分散所施加的高电流。更具体地，n电极150包括在第一区域上所形成的第一n型分支电极150’，以均匀环绕n型氮化物半导体层120的最外侧，以及在第一区域上所形成的第二n型分支电极150”，其在n型氮化物半导体层120内具有指状结构，从而最小化局部电流集中现象。
多个n型电极焊盘155形成在n电极150上。至少一个或多个n型电极焊盘155邻近n电极150的不同侧面排列，以向发光表面的任何位置提供均匀电流。另外，这些n型电极焊盘155彼此交叉排列。
在这个实施例中，如图2所示，四个n型电极焊盘155形成在不同侧面，并且彼此交叉排列。这里，优选地，n型电极焊盘155具有小于500μm的宽度，以最小化发光表面的减小。
另外，由于n型电极焊盘155都通过n电极150的第一n型分支电极150’电连接，所以可以在大型基于氮化物的半导体LED中更加有效地分散电流。
在这种情况下，可以改进电流扩布效率，但是由于从n型电极焊盘155所施加的电流(由图2中的实线表示)在第一n型分支电极150’处碰撞，所以阻抗将会增加。
为了解决这个问题，第一n型分支电极150’形成为具有比第二n型分支电极150”的宽度宽25％的宽度。因此，可以防止当从n型电极焊盘155所施加的电流在第一n型分支电极150’碰撞时阻抗增加。
反射电极170形成在p型氮化物半导体层140上。
p电极160形成在反射电极170上。在本实施例中，p电极160被n电极150的第一和第二n型分支电极150’和150”分成四个部分，并且彼此电连接。因此，电流扩布特性能够被有效改进，并且可以降低驱动电压。
此外，多个p型电极焊盘165形成在p电极160上。
实施例2以下将参考图4和图5详细描述根据本发明第二实施例的具有平面结构的大型基于氮化物的半导体LED。为了简要，将省略与本发明第一实施例相同的部分。
图4是示出了根据本发明第二实施例的基于氮化物的半导体LED中电极和有源区的布置的平面图，以及图5是沿图4中线V-V’的截面图。
参考图4和图5，根据本发明第二实施例的基于氮化物的半导体LED几乎与根据本发明第一实施例的基于氮化物的半导体LED一样，只是p电极160被n电极150的第一和第二n型分支电极150’和150”分成了五个部分。
在根据本发明第一实施例的基于氮化物的半导体LED中，提供了四个n型电极焊盘。另一方面，在根据本发明第二实施例的基于氮化物的半导体LED中，提供了三个n型电极焊盘。另外，在几乎相同的位置形成n型电极焊盘155，以最大化发光表面。这并不会明显影响LED的特性。
与本发明的第一实施例相同，根据本发明第二实施例的基于氮化物的半导体LED包括多个n型电极焊盘155和p电极160，该p电极被分成多个部分并且所有部分彼此电连接。因此，本发明的第二实施例可以获得与本发明第一实施例相同的操作和效果。
在本实施例中，p电极160比本发明第一实施例多分割一部分。因而，如图6所示，本发明第二实施例可以获得比本发明第一实施例更低的驱动电压。
图6示出了相对于在根据本发明的基于氮化物的半导体LED中被分割的发光区域的驱动电压变化的仿真结果。
在本发明的第一和第二实施例中，n型电极焊盘和p型电极焊盘分别由附图标记155和165表示。然而，n型电极焊盘和p型电机焊盘并不是真正存在的，但是它们表示通过辅助支架(sub mount)和隆起球(bump ball)与隆起球电连接地接触的区域。(n型电极焊盘和p型电机焊盘通过并不实际存在的辅助支架和隆起球电连接，在电连接时，隆起球表示接触的区域)。
如上所述，p电极被n电极的分支电极分割，并且所分割的所有区域彼此电连接。因此，可以以低驱动电压来驱动大型发光表面。
另外，多个n型电极焊盘设置在不同表面上，以使电流在整个发光表面上均匀分散。因此，在整个发光表面上实现了均匀发光，从而改进了LED的亮度。
因此，可以降低驱动电压，并且可以改进亮度，从而改进LED的特性和可靠性。
尽管已经示出和描述了本发明的总发明构思的几个实施例，但是本领域技术人员可以认识到，在不背离总发明构思所限定的原则和精神的前提下，可以对实施例做出更改，总发明构思的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种基于氮化物的半导体发光二极管(LED)，包括衬底；n型氮化物半导体层，形成在所述衬底上，所述n型氮化物半导体层具有被分成具有指状结构的第一区域和第二区域的顶面，从而使所述第一区域和所述第二区域彼此啮合；有源层，形成在所述n型氮化物半导体层的所述第二区域上；p型氮化物半导体层，形成在所述有源层上；反射电极，形成在所述p型氮化物半导体层上；p电极，形成在所述反射电极上；n电极，形成在所述n型氮化物半导体层的所述第一区域上；以及多个n型电极焊盘，形成在所述n电极上，所述n型电极焊盘中的至少一个邻近所述n电极的不同侧面布置。
2.根据权利要求1所述的基于氮化物的半导体LED，其中，所述第二区域关于所述衬底的中心部分对称。
3.根据权利要求1所述的基于氮化物的半导体LED，其中，形成至少三个n型电极焊盘。
4. 根据权利要求3所述的基于氮化物的半导体LED，其中，所述n型电极焊盘具有500μm或者更小的宽度。
5.根据权利要求1所述的基于氮化物的半导体LED，其中，所述n型电极焊盘布置为与形成在另一个表面上的n型电极焊盘交叉。
6.根据权利要求1所述的基于氮化物的半导体LED，其中，所述n型电极包括第一n型分支电极，沿着所述n型氮化物半导体层的最外侧面形成在所述第一区域上；以及第二n型分支电极，形成在所述第一区域上，在所述n型氮化物半导体层内具有指状结构。
7.根据权利要求6所述的基于氮化物的半导体LED，其中，所述第一n型分支电极具有比所述第二n型分支电极的宽度宽25％的宽度。
8.根据权利要求1所述的基于氮化物的半导体LED，其中，所述多个n型电极焊盘通过所述n电极的所述第一n型分支电极彼此连接。
9.根据权利要求1所述的基于氮化物的半导体LED，其中，所述第二区域具有比所述第一区域的面积更大的面积。
全文摘要
本发明提供了一种基于氮化物的半导体LED。在该基于氮化物的半导体LED中，n型氮化物半导体层形成在衬底上，该n型氮化物半导体层具有被分成具有指状结构的第一区域和第二区域的顶面，以便第一区域和第二区域彼此啮合。在n型氮化物半导体层的第二区域上形成有源层。p型氮化物半导体层形成在有源层上，然后在p型氮化物半导体层上形成反射电极。在反射电极上形成p电极，以及在n型氮化物半导体层的第一区域上形成n电极。在n电极上形成多个n型电极焊盘。至少一个n型电极焊盘邻近n电极的不同侧面布置。
文档编号H01L33/00GK1953224SQ20061015053
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月16日 优先权日2005年10月17日
发明者高健维, 黄硕珉, 朴亨镇 申请人:三星电机株式会社