CN1953225A - 基于氮化物的半导体发光二极管 - Google Patents

基于氮化物的半导体发光二极管 Download PDF

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Abstract

一种基于氮化物的半导体LED包括：衬底；在衬底上形成的n型氮化物半导体层；在n型氮化物半导体层的预定区域上形成的有源层；形成在有源层上的p型氮化物半导体层；在p型氮化物半导体层上形成的电流扩散层；在电流扩散层上形成的p电极，该p电极具有两个p型分支电极；以及在其上没有形成有源层的n型氮化物半导体层上形成的n电极，该n电极具有一个n型分支电极。n型分支电极形成为***在两个p型分支电极之间，并且从接近n电极的透明电极的最外侧到p电极的距离在任何位置处都相等。

Description

基于氮化物的半导体发光二极管
相关申请的交叉参考
本申请要求于2005年10月17日提交到韩国知识产权局的第2005-97412号韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
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)，其能够在具有相同单元区域的LED芯片中实现低驱动电压。
背景技术
由于诸如GaN等的基于氮化物的半导体具有优良的物理和化学特性，所以将它们作为发光二极管(例如，发光二极管(LED)或激光二极管)的基本材料。与基于氮化物的半导体一样，具有结构式为InXAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的材料被广泛使用。
通常，由正方形LED芯片组成基于氮化物的半导体LED，以提高电流扩散(current spreading)效率。然而，最近，在侧视表面安装封装的情况下，芯片的X或Y轴的长度逐渐减小，从而形成矩形LED芯片。
然而，在矩形LED芯片中，由于X或Y轴长度的减小和接触电阻的增加，所以对应于发射光所需的某个区域的发光区域减小了，从而增大了驱动电压。
在下文中，将参考图1详细描述传统的基于氮化物的半导体LED的问题。
图1是用于说明传统的基于氮化物的半导体LED的问题和用于随着矩形LED芯片的尺寸变化而导致的驱动电压的变化的示意图。
参考图1，传统的基于氮化物的半导体LED被形成为随着矩形LED芯片的X和Y轴的长度变化的各种形状((A)至(D))。当LED芯片的尺寸从(D)变化到(A)，即，当矩形LED芯片的尺寸逐渐减小，驱动电压(V)的大小逐渐增加。
具体而言，当相互比较分别具有相同的610μm的X轴长度和具有不同的210μm和300μm的Y轴长度的芯片(A)和(C)时，具有210μm的Y轴长度的芯片(A)的驱动电压比具有300μm的Y轴长度的芯片(C)的驱动电压大。
当相互比较分别具有不同的610μm和660μm的X轴长度和相同的300μm的Y轴长度的芯片(C)和(D)时，具有610μm的X轴长度的芯片(C)的驱动电压比具有660μm的X轴长度的芯片(D)的驱动电压大。
在传统的矩形LED芯片中，当X或Y轴长度减小时，发光区域减小。即，当矩形LED芯片的尺寸减小时，驱动电压增大。
所以，一直需要开发一种能够提高矩形LED芯片的驱动电压的技术。
发明内容
本发明的优点在于，提供了一种基于氮化物的半导体LED，其中，将p电极和n电极之间的距离保持一致，以提高电流扩散效率，从而在具有该单位区域的LED芯片中实现低驱动电压。
本发明的其他方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得明显，或可以通过整体发明思想的实施的获知。
根据本发明的一方面，基于氮化物的半导体LED包括：衬底；形成在衬底上的n型氮化物半导体层；形成在n型氮化物半导体层的预定区域上的有源层(active layer，也称活性层)；形成在有源层上的p型氮化物半导体层；形成在p型氮化物半导体层上的电流扩散层；形成在电流扩散层上的p电极，该p电极具有两个p型分支电极(branch electrode)；以及形成在其上没有形成有有源层的n型氮化物半导体层上的n电极，该n电极具有一个n型分支电极。将n型分支电极形成为***两个p型分支电极之间，并且从接近n电极的透明电极的最外侧到p电极的距离在任何位置都相等。
根据本发明的另一方面，将p电极形成为与透明电极的最外侧距离预定距离。
附图说明
结合附图，通过下列具体实施例的描述，本发明的总发明思想的上述和/或其他方面和优点将变得明显且更容易理解，其中：
图1是用于说明传统的基于氮化物的半导体LED的问题的示意图；
图2是说明根据本发明的具体实施例的基于氮化物的半导体LED的结构的平面图；
图3是沿着图2的III-III′线的剖面图；
图4是示出图2所示的基于氮化物的半导体LED发光的照片；
图5是用于说明根据本发明的氮化物半导体LED的芯片尺寸的驱动电压改变的示意图；以及
图6是比较地示出根据本发明的基于氮化物的半导体LED的亮度和传统的基于氮化物的半导体LED的亮度的图表。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的总的发明思想的具体实施例及附图中所阐述的实例，其中，贯穿整个说明书，相同的参考标号表示相似的元件。下面参考附图描述具体实施例，以说明本发明的总的发明思想。
在下文中将参考附图详细描述根据本发明的具体实施例的基于氮化物的半导体LED。
参考图2至图4，详细描述基于氮化物的半导体LED的结构。
图2是示出根据本发明的具体实施例的基于氮化物的半导体LED的结构的平面图，图3是沿着图2的III-III′线的剖面图，以及图4是示出图2所示的基于氮化物的半导体LED发光的照片。
参考图2和图3，根据本发明的基于氮化物的半导体LED包括光学透明衬底100(optically-transparent substrate)和发光结构，其中，在衬底100上依次层压缓冲层110、n型氮化物半导体层120、有源层130、以及p型氮化物半导体层140。
衬底100适于生长氮化物半导体单晶。优选地，用包括蓝宝石的透明材料形成衬底100。除了蓝宝石外，还可以由氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、以及氮化铝(ALN)形成衬底100。
缓冲层110是用于在衬底100上生长n型氮化物半导体层120之前，增强与蓝宝石衬底100的晶格匹配的层。缓冲层110由AlN/GaN形成。
n型和p型半导体层120和140、以及有源层130可以由具有化合物InXAlYGa1-X-YN(此处，0≤X，0≤Y，且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型导电杂质的GaN或GaN/AlGaN层形成。例如，n型导电杂质可以是Si、Ge、Sn等，其中，优选地使用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。例如，p型导电杂质可以是Mg、Zn、Be等，其中，优选地使用Mg。有源层130可以由具有多量子势阱结构的InGaN/GaN层形成。
有源层130可以由单量子势阱层或双异质(double-hetero)结构。
而且，通过台面蚀刻去除有源层130和p型氮化物半导体层140的部分，使得形成在底面上的n型氮化物半导体层120的上表面部分露出。
在露出的n型氮化物半导体层120上形成n电极160。根据本实施例的n电极160具有一个用于增强电流扩散效应的n型分支电极160′。
在p型氮化物半导体140上形成透明电极170。在这种情况下，如果金属薄膜具有与LED的发射波长相关的高投射率，透明电极170可以由具有高导电率和低接触电阻的金属薄膜或诸如ITO(氧化锡铟)的导电金属氧化物形成。
当透明电极170由金属薄膜形成时，优选地将金属薄膜的厚度保持在小于50μm，以保证透射率。例如，透明电极170可以具有这样的结构：依次层压具有10μm厚度的Ni层和具有40μm厚度的Au层。
在透明电极170上形成p电极150。根据本实施例的p电极150具有两个用于增强电流扩散效应的p型分支电极150′。
沿着透明电极170的最外侧形成两个p型分支电极150′，以使当透明电极170的表面电阻Rs大于n型氮化物半导体层120的表面电阻时发生的局部电流拥挤(local current crowding)最小化。此时，p型分支电极150′与n型分支电极160′之间的位置关系为在两个p型分支电极150′间***n型分支电极160′。
在本实施例中，从接近n电极160的透明电极170的最外侧到p型电极150的距离在p电极150的任何位置处都相等，以使由于透明电极150和n型氮化物半导体层120之间的表面电阻Rs之间的差而发生的局部电流拥挤最小化。例如，如图2所示，优选地，距离a、b、c、d相等。
结果，提高了根据本发明的基于氮化物的半导体LED的电流扩散效率。因此，可以降低随着矩形LED芯片的尺寸减小而增大的LED的驱动电压，从而保证出色的驱动电压特性。当降低驱动电压时，功率消耗也降低。从而，当驱动基于氮化物的半导体LED时，可以降低产生的不必要的热，从而有可能使LED的劣化最小化。
在下文中，将参考图5和图6描述根据本发明的n电极160和p电极150。
图5是说明随着本发明的氮化物半导体LED的芯片尺寸而改变的驱动电压的图表，以及图6是比较地示出根据本发明的基于氮化物的半导体LED的亮度和传统的基于氮化物的半导体LED的亮度的图表。
参考图5，当矩形LED芯片的X轴和Y轴长度变化时，根据本发明的基于氮化物的半导体LED可以形成从(E)至(H)的多种形状。随着LED芯片的尺寸从(H)变到(E)，即，随着LED的尺寸逐渐减小，驱动电压(V)的大小逐渐增大。
然而，具有一个电极***另一个电极的结构的基于氮化物的半导体LED的驱动电压小于具有相同芯片尺寸的传统的基于氮化物的半导体LED(参考图1)的驱动电压。
同样地，当驱动电压的幅度减小时，电流扩散效率也提高，使得基于氮化物的半导体LED的亮度变得很好。
图6是比较地示出根据本发明的基于氮化物的半导体LED的亮度和传统的基于氮化物的半导体LED的亮度的图表。在图6中，相互比较分别具有660μm的X轴长度和270μm的Y轴长度的芯片(B)和(F)的亮度、具有610μm的X轴长度和300μm的Y轴长度的芯片(C)和(G)的亮度、以及具有660μm的X轴长度和300μm的Y轴长度的芯片(D)和(H)的亮度。此时，芯片(B)、(C)、和(D)是传统的基于氮化物的半导体LED，以及芯片(F)、(G)、和(H)是根据本发明的基于氮化物的半导体LED。
参考图6可以发现，根据本发明的基于氮化物的半导体LED的亮度比传统的基于氮化物的半导体LED的亮度更高。
根据本发明，沿着透明电极的最外侧，将p电极的分支电极置于透明电极上，从而最小化由于透明电极和n型氮化物半导体层之间的表面阻抗的差而导致发生的局部电流拥挤。
另外，为了提高电流扩散效率，将n电极***p电极的分支电极之间，以使p电极的分支电极相互隔开，并将p电极和n电极之间的距离保持为在任意位置处都相等，从而提高电流扩散效率。从而，有可能提供一种能够在相同芯片尺寸中实现低驱动电压的基于氮化物的半导体LED。
因此，能够提高氮化物半导体LED的亮度，并且防止了氮化物半导体LED的劣化，使得增强LED的特性和可靠性成为可能。
尽管描述和示出了本发明的总发明思想的多个具体实施例，但是本领域的技术人员将明白的是，在不脱离总发明思想的原则和精神以及所附权利要求及其等价物限定的范围的情况下，可以对本发明进行各种修改。

Claims (2)

1.一种基于氮化物的半导体LED，包括：
衬底；
在所述衬底上形成的n型氮化物半导体层；
在所述n型氮化物半导体层的预定区域上形成的有源层；
在所述有源层上形成的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电流扩散层；
在所述电流扩散层上形成的p电极，所述p电极具有两个p型分支电极；以及
在其上没有形成所述有源层的所述n型氮化物半导体层上形成的n电极，所述n电极具有一个n型分支电极，
其中，所述n型分支电极形成为插在两个所述p型分支电极之间，且从接近所述n电极的透明电极的最外侧到所述p电极的距离在任何位置都相等。
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p电极形成为与所述透明电极的最外侧间隔预定距离。
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