专利名称：氮化物基半导体发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氮化物基半导体发光二极管，其中对静电放电(在下文中，称之为ESD)具有较高的抵抗力的p-电极和n-电极具有横向结构。
背景技术：
一般来说，发光二极管(在下文中，称之为LED)是半导体元件，该半导体元件利用化合物半导体的特征(即，电子和空穴的重组)将电信号转换为红外线、可见光线、或光线，以便于发送和接收信号。
LED通常用在家庭用具、遥控装置、电子标识牌、显示器、各种自动化设备、光通信等等，并且被粗略分成为IRED(红外发射二极管)和VLED(可见光发射二极管)。
在LED中，待发射的光线的频率(或波长)是半导体元件中所使用的材料的带隙函数。当使用具有小带隙的半导体材料时，产生具有低能量和长波长的光子。当使用具有宽带隙的半导体材料时，产生具有短波长的光子。因此，根据待发射的光线的类型，而选择LED的半导体材料。
例如，在红色LED的情况下，使用AlGaInP。在蓝色LED的情况下，使用碳化硅(SiC)和III族氮化物基半导体(具体地，为氮化镓(GaN))。近来，就用作蓝色LED的氮化物基半导体来说，广泛使用具有(AlxIn1-x)yGa1-yN(这里，0≤x≤1，0≤y≤1，并且0≤x+y≤1)的组分分子式(compositional formula)的材料。
一般来说，这种氮化物基半导体LED可以在蓝宝石衬底(其为绝缘衬底)上生长。因此，p-电极和n-电极两者均应在晶体生长半导体层中水平地形成。在图1和图2中示意性地示出了传统氮化物基半导体LED的这样一种结构。
下面，将参照图1和图2详细描述传统氮化物基半导体LED。
图1是示出了传统氮化物基半导体LED的结构的平面图，图2是沿图1的II-II′线截取的横截面图。
参照图1和图2，传统氮化物基半导体LED包括由GaN形成的缓冲层110、n-型氮化物半导体层120、活性层(有源层，activelayer)130、以及p-型氮化物半导体层140，它们被顺序地层压在光学透明蓝宝石衬底100上。活性层130具有包含InGaN的单量子阱结构或包含InGaN的多量子阱结构。
通过台面蚀刻(mesa-etching)去除p-型氮化物半导体层140和活性层130的部分，以使得n-型氮化物半导体层120顶表面的一部分露出。在露出的n-型氮化物半导体层120上，形成n-电极150。在p-型氮化物半导体层140上，形成p-电极160。
传统氮化物基半导体LED具有这样的横向结构，即，n-电极150和p-电极160彼此平行地形成在从蓝宝石衬底100中晶体生长的半导体层中。因此，当p-电极160远离n-电极150，电流路径被延长，因而n-型氮化物半导体层120的电阻增加。因此，电流聚集在n-电极150附近，从而降低了电流扩散效应。
为了解决上述问题，n-电极150和p-电极160分别进一步包括n-型分支电极150a和p-型分支电极160a，它们中的每个均形成得沿一个方向从其延伸，如图3中所示。这样，n-电极150和p-电极160之间的距离保持一致，从而提高电流扩散效应。
从n-电极150延伸的n-型分支电极150a以及从p-电极160延伸的p-型分支电极160a彼此隔开，以使得n-电极150与p-电极160之间的距离(即，电流路径的长度)保持为一致的。因此，提高了电流扩散效应。然而，n-型和p-型分支电极150a和160a的端部均具有比n-电极150和p-电极160小的宽度。因此，当施加较大电流时，n-型和p-型分支电极150a和160a的端部(参见图3的“A”)可能被突然的浪涌电压或静电损坏，这是因为其端部对ESD具有较低的抵抗力。
因此，这样一种结构是导致氮化物基半导体LED的特征不稳定的主要原因，从而降低氮化物基半导体LED的可靠性和产量。
发明内容
本发明的优点在于，提供了一种高亮度氮化物基半导体LED，该氮化物基半导体LED可以优化电流扩散效应，并且同时，可以使得ESD影响最小化，从而使其在高静电下特征稳定。
在以下的描述中将部分地阐述本发明总发明构思的其它方面和优点，并且这些方面和优点将部分地通过所述描述而变得显而易见，或者可以通过总发明构思的实施而获知。
根据本发明的一方面，氮化物基半导体LED包括衬底；n-型氮化物半导体层，形成在衬底上；活性层，形成在n-型氮化物半导体层的预定区域上；p-型氮化物半导体层，形成在活性层上；p-电极，形成在p-型氮化物半导体层上，该p-电极具有p-型分支电极；p-型ESD衬垫(pad)，形成在p-型分支电极的端部处，该p-型ESD衬垫具有大于p-型分支电极的端部的宽度；n-电极，形成在其上未形成活性层的n-型氮化物半导体层上，该n-电极具有n-型分支电极；以及n-型ESD衬垫，形成在n-型分支电极的端部处，该n-型ESD衬垫具有大于n-型分支电极的端部的宽度。
根据本发明的另一方面，n-型和p-型分支电极分别包括一条或多条线(line)，该线选自由直线、曲线、和环线组成的组。
根据本发明的又一方面，n-型和p-型分支电极形成为沿一个方向分别从n-电极和p-电极中延伸。
根据本发明的再一方面，n-电极和p-电极形成为选自由圆形、多边形、以及其角部形成为曲线的另一种多边形组成的组中的形状。
根据本发明的再一方面，n-型和p-型ESD衬垫形成为选自由圆形、多边形、以及其角部形成为曲线的另一种多边形组成的组中的形状。
根据本发明的再一方面，n-型和p-型ESD衬垫分别由与n-电极和p-电极相同的材料形成。
根据本发明的再一方面，n-型和p-型ESD衬垫分别由与n-电极和p-电极不同的材料形成。
根据本发明的再一方面，氮化物基半导体LED进一步包括透明导电层，该透明导电层形成在p-型氮化物半导体层与p-电极之间。透明导电层增加了待通过p-电极注入的电流的注入面积，从而提高电流扩散效应。
从下面结合附图的实施例描述中，本发明总发明构思的这些和/或其它方面和优点将变得显而易见且更容易理解，附图中图1是示出了传统氮化物基半导体LED结构的平面图；图2是沿图1的II-II′线截取的截面图；图3是示出了另一传统氮化物基半导体LED结构的平面图；图4是示出了根据本发明第一实施例的氮化物基半导体LED结构的平面图；图5是沿图4的V-V′线截取的截面图；图6A至6C是示出了根据本发明第一实施例的修改的氮化物基半导体LED结构的平面图；图7是示出了根据本发明第二实施例的氮化物基半导体LED结构的平面图；以及图8是示出了根据本发明实施例的氮化物基半导体LED的p-型分支电极的修改实例的平面图。
具体实施例方式
下面将详细地参照本发明总发明构思的实施例，附图中示出了这些实施例的实例，其中相同的参考标号始终表示相同的元件。为了解释本发明总发明构思，下面将参照附图描述这些实施例。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。
第一实施例首先，将参照图4和图5描述根据本发明第一实施例的氮化物基半导体LED。
图4是示出了根据本发明第一实施例的氮化物基半导体LED的结构的平面图，而图5是沿图4的V-V′线截取的截面图。
如图4和图5中所示，根据本发明第一实施例的氮化物基半导体LED包括光学透明衬底100和发光结构，其中缓冲层110、n-型氮化物半导体层120、活性层130、以及p-型氮化物半导体层140被顺序地层压在衬底100上。
衬底100可以是异质衬底，诸如蓝宝石衬底和碳化硅(SiC)衬底，或者是为均质衬底，诸如氮化物衬底，其适于生长氮化物半导体单晶体。
缓冲层110是用于在n-型氮化物半导体层120生长之前增强晶格(lattice)与衬底100匹配的层。一般来说，缓冲层110由GaN或包含Ga的氮化物形成，并且取决于二极管的特征或工艺条件可以省去缓冲层。
n-型氮化物半导体层120、活性层130、以及p-型氮化物半导体层140可以由具有组分分子式InXAlYGa1-X-YN(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤X+Y≤1)的半导体材料构成。更具体地，n-型氮化物半导体层120可以由掺杂有n-型导电杂质的GaN或GaN/AlGaN层形成。至于n-型导电杂质，使用Si、Ge、Sn等。优选地，主要使用Si。另外，p-型氮化物半导体层140可以由掺杂有p-型导电杂质的GaN或GaN/AlGaN层形成。至于p-型导电杂质，使用Mg、Zn、Be等。优选地，主要使用Mg。另外，活性层130可以由具有多量子阱结构的InGaN/GaN层形成。
通过台面蚀刻去除活性层130和p-型氮化物半导体层140的部分以使得n-型氮化物半导体层120顶表面的一部分露出。
在通过台面蚀刻而露出的n-型氮化物半导体层120的预定部分上，形成n-电极150。n-电极150由Cr/Au构成并可以被形成为圆形形状、多边形形状、或者其角部形成为曲线的另一种多边形形状。此外，取决于二极管的特征，可以形成一个或多个n-电极150。在本实施例中，示出了以矩形形状形成的n-电极150(参照图4)。
在通过台面蚀刻而露出的n-型氮化物半导体层120上，n-型分支电极150a形成为沿一个方向从n-电极150延伸。n-型分支电极150a由一条线形成，该n-型分支电极150a的端部的宽度小于n-电极150的端部的宽度。该线可以是选自由直线、曲线和环状曲线组成的组中的线。在本实施例中，示出了以直线形成的n-型分支电极150a。
然而，由于其一个端部的宽度小于n-电极150端部的宽度的n-型分支电极150a沿一个方向从n-电极150延伸，因此当施加大电流时，n-型分支电极150a的该端部可能被突然的浪涌电压或静电损坏。原因是n-型分支电极150a的端部对ESD具有较低的抵抗力。
因此，为了使n-型分支电极150a的端部对ESD具有较高的抵抗力，在n-型分支电极150a的端部形成n-型ESD衬垫150b，n-型ESD衬垫150b具有大于n-型分支电极150a的宽度。取决于二极管的特征和工艺条件，n-型ESD衬垫150b可以由与n-电极150相同的材料或与之不同的材料形成。
图6A至6C是示出了根据本发明第一实施例的修改的氮化物基半导体LED的结构的平面图。
在p-型氮化物半导体层140上，形成用于增加电流扩散效应的透明导电层170。透明导电层170可以由诸如ITO(氧化铟锡)的导电金属氧化物形成。此外，透明导电层170也可以由具有高导电性和低接触电阻的金属薄膜(如果该金属薄膜相对于LED的发射光波长具有高透射率的话)形成。
在透明导电层170上，形成p-电极160。
与上述n-电极150相似，p-电极160由Cr/Au构成。此外，P-电极160被形成为圆形形状、多边形形状、或者其角部以曲线形成的另一种多边形形状。取决于二极管的特征，可以形成一个或多个p-电极160。
p-型分支电极160a形成为沿一个方向从p-电极160延伸。p-型分支电极160a由一条线形成，该p-型分支电极160a的端部的宽度小于p-电极160的端部的宽度。优选地，该线可以选自由直线、曲线、和环线组成的组。更具体地，图4示出了以直线形成的p-型分支电极160a，而图8示出了形成为曲线的p-型分支电极160a。
p-型分支电极160a形成为沿一个方向从p-电极160延伸，p-型分支电极160a的端部的宽度小于p-电极160端部的宽度。因此，当施加较大电流时，p-型分支电极160a的对ESD具有较低的抵抗力的端部能被突然的浪涌电压或静电损坏。
因此，为了使p-型分支电极160a的端部对ESD具有较高的抵抗力，在p-型分支电极160a的端部设置p-型ESD衬垫160b，p-型ESD衬垫160b具有大于p-型分支电极160a端部的宽度。取决于二极管的特征和工艺条件，p-型ESD衬垫160b可以由与p-电极160相同的材料或与之不同的材料形成。
在本实施例中，示出了以矩形形状形成的n-型和p-型ESD衬垫150b和160b。然而，本发明不局限于此，n-型和p-型ESD衬垫150b和160b可以以圆形形状、多边形形状、或其角部以曲线形成的另一种多边形形状形成，如图6A至6C中所示。n-型和p-型ESD衬垫150b和160b分别具有大于n-型和p-型分支电极150a和160a的端部的宽度。
第二实施例下面，将参照图7详细描述根据本发明第二实施例的氮化物基半导体LED。然而，将省略第二实施例中与第一实施例相同的部件的描述。
图7是示出了根据第二实施例的氮化物基半导体LED的结构的平面图。
如图7中所示的，根据第二实施例的氮化物基半导体LED具有与根据第一实施例的氮化物基半导体LED几乎相同的结构。然而，在第二实施例中，n-电极150和p-电极160以半球形形成，而不是以矩形形状形成。此外，两个p-型分支电极160a设置成手指形状，以使得p-型分支电极160a相互平行。
与第一实施例相似，n-型和p-型ESD衬垫150b和160b分别形成在n-型和p-型分支电极150a和160a的端部，n-型和p-型ESD衬垫150b和160b具有大于n-型和p-型分支电极150a和160a的端部的宽度。因此，可实现相同的操作和效果。
在该实施例中，由于n-型和p-型分支电极150a和160a形成有指状结构，因此可提高大面积的氮化物基半导体LED(其需要大电流)的电流扩散效应。
如上所述的，具有大于n-型和p-型分支电极的端部宽度的ESD衬垫分别设置在n-型和p-型分支电极的端部，n-型和p-型分支电极形成为从n-电极和p-电极延伸。因此，可以提高电流扩散效应。同时，可以增强n-型和p-型分支电极的端部处对ESD的抵抗力，从而防止氮化物基半导体LED被突然的浪涌电压或静电损坏。
因此，可提供稳定抗ESD的高亮度氮化物基半导体LED。
尽管已经示出并描述了本发明总发明构思的几个实施例，但是对本领域技术人员来说很显然，在不背离本发明总发明构思(其范围在所附权利要求及其等同物中限定)的精神和原则前提下，可以对这些实施例进行变化。
权利要求
1.一种氮化物基半导体LED，包括衬底；n-型氮化物半导体层，形成在所述衬底上；活性层，形成在所述n-型氮化物半导体层的预定区域上；p-型氮化物半导体层，形成在所述活性层上；p-电极，形成在所述p-型氮化物半导体层上，所述p-电极具有p-型分支电极；p-型ESD衬垫，形成在所述p-型分支电极的端部处，所述p-型ESD衬垫具有大于所述p-型分支电极的所述端部的宽度；n-电极，形成在其上未形成所述活性层的所述n-型氮化物半导体层上，所述n-电极具有n-型分支电极；以及n-型ESD衬垫，形成在所述n-型分支电极的端部处，所述n-型ESD衬垫具有大于所述n-型分支电极的所述端部的宽度。
2.根据权利要求1所述的氮化物基半导体LED，其中，所述n-型和p-型分支电极分别包括一条或多条线，所述线选自由直线、曲线、和环线组成的组。
3.根据权利要求2所述的氮化物基半导体LED，其中，所述n-型和p-型分支电极形成为沿一个方向分别从所述n-电极和所述p-电极延伸。
4.根据权利要求1所述的氮化物基半导体LED，其中，所述n-电极和所述p-电极形成为选自由圆形、多边形、以及其角部形成为曲线的另一种多边形组成的组中的形状。
5.根据权利要求1所述的氮化物基半导体LED，其中，所述n-型和p-型ESD衬垫形成为选自由圆形、多边形、以及其角部形成为曲线的另一种多边形组成的组中的形状。
6.根据权利要求1所述的氮化物基半导体LED，其中，所述n-型和p-型ESD衬垫分别由与所述n-电极和所述p-电极相同的材料形成。
7.根据权利要求1所述的氮化物基半导体LED，其中，所述n-型和p-型ESD衬垫分别由与所述n-电极和所述p-电极不同的材料形成。
8.根据权利要求1所述的氮化物基半导体LED，进一步包括透明导电层，所述透明导电层形成在所述p-型氮化物半导体层与所述p-电极之间。
全文摘要
一种氮化物基半导体LED，包括衬底；n－型氮化物半导体层，形成在衬底上；活性层，形成在n－型氮化物半导体层的预定区域上；p－型氮化物半导体层，形成在活性层上；p－电极，形成在p－型氮化物半导体层上，该p－电极具有p－型分支电极；p－型ESD衬垫，形成在p－型分支电极的端部处，该p－型ESD衬垫具有大于p－型分支电极的端部的宽度；n－电极，形成在其上未形成活性层的n－型氮化物半导体层上，该n－电极具有n－型分支电极；以及n－型ESD衬垫，形成在n－型分支电极的端部处，该n－型ESD衬垫具有大于n－型分支电极的端部的宽度。
文档编号H01L33/32GK101075656SQ20071009745
公开日2007年11月21日 申请日期2007年4月29日 优先权日2006年5月16日
发明者高健维, 吴邦元, 黄硕珉, 金制远, 朴亨镇, 金东佑 申请人:三星电机株式会社