CN102456799A

CN102456799A - 半导体发光器件及其制造方法

Info

Publication number: CN102456799A
Application number: CN2011103012628A
Authority: CN
Inventors: 金载润; 李进馥; 黄硕珉; 李守烈
Original assignee: Samsung LED Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: KR20120042500A; TWI472062B; US8969895B2; CN102456799B; US9105762B2; US20150140707A1; TW201220537A; US20120098009A1

Abstract

本发明公开了一种半导体发光器件及其制造方法，该半导体发光器件包括：光发射结构，其中依次地层叠有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；第一电极，形成在第一导电半导体层上；绝缘层，形成在第二导电半导体层上并由透明材料制成；反射单元，形成在绝缘层上并反射从有源层发射的光；第二电极，形成在反射单元上；以及透明电极，形成在第二导电半导体层上，透明电极与绝缘层和第二电极接触。

Description

半导体发光器件及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年10月25日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2010-0104215号的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种半导体发光器件，更具体地，涉及一种包括设置在光发射结构上的绝缘层和反射部件因而具有优良的光提取效率的半导体发光器件，还涉及一种制造该半导体发光器件的方法。

背景技术

发光二极管作为一种类型的半导体发光器件，它是一种当向其施加电流时能够根据p型和n型半导体结部分中的电子空穴复合(electron holerecombination)而产生各种颜色的光的半导体器件。与基于灯丝的发光器件相比，半导体发光器件具有多种优点，例如使用寿命长、低功耗、优良的初始驱动特性、高抗震性等，因此对这种半导体发光器件的需求继续增长。尤其是，近来一组能够发射短波长蓝光的III族氮化物半导体尤为突出。

在半导体发光器件中，电力被施加于n型半导体层和P型半导体层，使得电子和空穴在其结区域中复合以发射光。因此，为了将电力施加于n型半导体层和p型半导体层，在n型和p型半导体层上形成有n型和p型电极。但是，这种金属的n型和p型电极吸收光，而不是将光发射到外界，因此降低了发光器件的光提取效率。尤其是，当电极和半导体层的接触表面被扩展以改进电流分布特征时，这个问题变得更加严重。因此，需要一种考虑到设计一种既具有优良的电流分布特征又具有优良的光提取效率的半导体发光器件的方法。

发明内容

本发明的一个方面提供一种具有如下结构的半导体发光器件，在该结构中，反射单元和绝缘层形成在金属电极的下侧，因此改进了其电流分布特征和光提取效率。

根据本发明的一个方面，提供一种半导体发光器件，包括：光发射结构，其中依次地层叠有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；第一电极，形成在第一导电半导体层上；绝缘层，形成在第二导电半导体层上且由透明材料制成；反射单元，形成在绝缘层上并反射从有源层发射的光；第二电极，形成在反射单元上；以及透明电极，形成在第二导电半导体层上，透明电极与绝缘层和第二电极接触。

反射单元可形成在通过去除透明电极的一部分而形成的一区域中。

第二电极可具有比反射单元的面积更大的面积，以便覆盖反射单元。

绝缘层可具有比第二电极的面积更大的面积。

有源层可形成在第一导电半导体层的一个表面的一部分上，并且第一电极可形成在第一导电半导体层的一个表面的除其中形成有有源层的区域之外的一区域上。

第一电极可包括第一主电极和从第一主电极延伸的第一支电极，并且第二电极可包括第二主电极和从第二主电极延伸的第二支电极。

绝缘层的宽度可以是第二支电极的宽度的2至6倍(即，它们之间存在2∶1至6∶1的比例)。

第一电极和第二电极可由铬(Cr)和金(Au)中的至少一种制成。

反射单元可由铝(Al)和银(Ag)中的至少一种制成。

透明电极层可包括由选自以下物质组成的组中的一种氧化物制成的至少一层：氧化铟锡(ITO)、氧化铟(IO)、锡基氧化物(tin-based oxide(SnO₂))、氧化锌(ZnO)和氧化铟锌(IZO)。

在这种情况下，绝缘层的厚度可以在

至

的范围内。

根据本发明的一个方面，还提供一种制造半导体发光器件的方法，包括：在一衬底上依次地层叠第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；选择性地去除第二导电半导体层、有源层和第一导电半导体层的一部分；在通过去除第一导电半导体层的一部分而形成的区域中形成第一电极；在第二导电半导体层的一部分上形成绝缘层；在第二导电半导体层和绝缘层上形成透明电极；去除形成在绝缘层上的透明电极的一部分，以露出绝缘层的一部分；在露出绝缘层的区域中形成反射单元；以及在透明电极和反射单元上形成第二电极。

在选择性地去除第二导电半导体层、有源层和第一导电半导体层的一部分的步骤中，可台面蚀刻第二导电半导体层、有源层和第一导电半导体层的一部分，以露出第一导电半导体的一部分。

为了去除形成在绝缘层上的透明电极的一部分，可利用掩模来蚀刻透明电极的一部分。

在露出绝缘层的区域中形成反射单元的步骤中，可利用掩模来形成反射单元。

第二电极可具有比反射单元的面积更大的面积，以覆盖反射单元。

绝缘层可具有比第二电极的面积更大的面积。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本发明的上述和其他方面、特征以及其他优点，附图中：

图1是根据本发明一示例性实施方式的半导体发光器件的示意性截面图；

图2是图1中的半导体发光器件的从第二电极的上侧观察的平面图；

图3A至图3G是示出根据本发明一示例性实施方式的制造半导体发光器件的顺序工艺的截面图；

图4是示出根据本发明一示例性实施方式的从第二电极经透明电极流入光发射结构中的电流的示意图；

图5是示出在半导体发光器件中省去反射单元时从有源层产生的光的行进路径的示意图；以及

图6是示出在根据本发明一示例性实施方式的半导体发光器件中从有源层产生的光的行进路径的示意图。

具体实施方式

现在参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。

然而，本发明可以通过多种不同的形式体现出来，而不应该局限于在此阐述的实施方式来构造。相反，提供这些实施方式的目的在于使本公开更充分和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。附图中，为了清楚起见，可能放大了形状和尺寸，并且始终将使用相同的参考标号来表示相同或类似的部件。

图1是根据本发明一示例性实施方式的半导体发光器件的示意性截面图。

参照图1，半导体发光器件1包括衬底2、光发射结构6、绝缘层7、反射单元9、透明电极8、第一电极10和第二电极11。衬底2是设置成允许在其上生长氮化物半导体层的生长衬底，并且诸如蓝宝石衬底的绝缘衬底可用作衬底2。此外，导电衬底、诸如SiC、Si、GaN、AlN的金属衬底或镀覆层也可以用作衬底。

在衬底2上设置有光发射结构6，在该光发射结构中，第一导电半导体层3、有源层4和第二导电半导体层5依次地层叠。

第一导电半导体层3和第二导电半导体层5可构造为In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)半导体单层或多层。作为第一导电半导体层3和第二导电半导体层5，通过掺杂剂的掺杂而形成一n型或p型半导体层。n型掺杂剂可包括Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr等，并且p型掺杂剂可包括Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Ca等。

有源层4可构造为包括半导体多层、包含多量子阱结构的不同组成的基于III族氮化物的层。有源层4以光的形式发射当空穴和电子从第一导电半导体层3注入第二导电半导体层5中时产生的能量，其中第一导电半导体层和第二导电半导体层分别为n型或p型半导体层。有源层4形成在第一导电半导体层3的上表面的至少一部分上。

绝缘层7形成在第二导电半导体层5的上表面的至少一部分上。绝缘层7用来防止从第二电极11注入的电流集中在第二电极11正下方的一透明电极区域中。即，绝缘层7的存在防止从第二电极11注入的电流被引入绝缘层7正下方的第二导电半导体层中，并将电流分布到透明电极的整个区域，使得电流能够均匀地分布到有源层4。为了使有源层4发出的光被最少地吸收到绝缘层7中，优选地，绝缘层7由透明材料制成。

透明电极8形成在绝缘层7上。透明电极8用作传递从第二电极11注入的电流的通道。透明电极8由透明材料制成，以允许有源层4发出的光从中透过。透明电极8可由选自以下物质组成的组中的材料制成：氧化铟锡(ITO)、氧化铟(IO)、锡基氧化物(SnO₂)、氧化锌(ZnO)和氧化铟锌(IZO)。

反射单元9形成在绝缘层7上。反射单元9可形成在绝缘层7上的通过从绝缘层7上去除透明电极8而形成的一部分上。反射单元9可反射有源层4产生的光，以减少第二电极11对光的吸收并提高发光效率。反射单元9可由Al和Ag中的任一种制成。

为了形成第一电极10，可选择性地去除包括第一导电半导体层3、有源层4和第二导电半导体层5的光发射结构6的一部分，然后，第一电极10可形成在光发射结构6的除形成有第一导电半导体层3的有源层4的区域之外的区域中。

第二电极11形成在反射单元9上。本示例性实施方式中，第二电极11设置成覆盖形成有反射单元9和透明电极8的区域的上部，并且在这种情况下，第二电极11形成为覆盖比反射单元9的面积更大的面积。

第一电极10和第二电极11可由铬(Cr)和金(Au)中的至少任一种制成。

图2是图1中的半导体发光器件的从第二电极11的上侧观察的平面图。参照图2，第一电极10可包括第一主电极10a和形成为沿第一导电半导体层3的表面从第一主电极10a延伸的第一支电极10b。第二电极11可包括第二主电极11a和形成为沿透明电极8的表面从第二主电极11a延伸的第二支电极11b。

更详细地，第一主电极10a形成为邻近第一导电半导体层3的上表面的一个角部。第一支电极10b沿第一导电半导体层3的上表面的一边从第一主电极10a朝向另一角部延伸。

第二主电极11a形成为在透明电极8上邻近与第一导电半导体层3的所述一个角部对角地相对的一角部。第二支电极11b沿与其中形成有第一支电极10b的所述一边相对的另一边形成。

同时，优选地，考虑到电流分布和光提取效率，绝缘层7的面积大于第二电极11的面积，并且第二电极11的面积大于反射单元9的面积。将参照下面示出的表以及图3A至图3G描述细节。

优选地，第一支电极10b和第二支电极11b可隔开一定距离，由此可提高第一电极10和第二电极11之间的电流分布和扩散均匀性。同时，根据本示例性实施方式的反射单元9可仅形成在与第二电极11的第二主电极11a对应的区域处。并且，在本示例性实施方式中，第一电极10和第二电极11成对地设置并布置为隔开，但本发明并不特别局限于此，而是任何有益于电流分布的结构都是适用的，例如第二电极11设置为基于第一电极10整体上水平对称的结构等。

为了均匀地分布电流，第二支电极的宽度W1和绝缘层7的宽度W2之间的关系很重要。第二支电极的宽度W1大约为5μm。下面的表示出了测量得到的根据绝缘层7的宽度W2变化的从有源层4提取的光的发射功率。

表1

W2	VF[V]	Po[mW]	比率
				14μm	3.18	30.50	1.021
24μm	3.19	30.57	1.024
				34μm	3.19	30.54	1.022
44μm	3.20	30.49	1.021
				参考(5μm)	3.18	29.87	1

在上面的表中，VF是第一电极和第二电极之间的电压差[V]，并且Po是从有源层提取的光的发射功率。

当使用绝缘层的宽度W2为5μm时获得的发射功率作为参考值时，绝缘层的宽度W2为24μm时获得的发射功率的大小与该参考值相比大约提高2.4％。为了有效地从有源层提取光，绝缘层的宽度W2优选地是第二支电极的宽度W1的2至6倍(即，它们之间可优选地存在2∶1至6∶1的比例)。

这里，将描述以下情况获得的优点：其中第二电极11包括形成有反射单元9的区域并覆盖反射单元9的上部，使得比该上部更大的区域被覆盖。

图3A至图3G是示出根据本发明一示例性实施方式的制造半导体发光器件的顺序工艺的截面图。具体地，图3A至图3G是示出形成图1中的半导体发光器件的反射单元和第二电极的顺序工艺的截面图。这里，为了帮助理解本发明，仅示出了与半导体发光器件1的第二主电极11a对应的位置处的竖直剖面。参照图3A，可在衬底2上依次地层叠第一导电半导体层3、有源层4和第二导电半导体层5。第一导电半导体层3和第二导电半导体层5(每层都由III族氮化物基半导体单晶体形成)以及有源层4可通过利用MOCVB(金属有机化学气相沉积)、MBE(分子束外延)、HVPE(氢化物气相外延)生长，或者通过溅射法、PLD(脉冲激光沉积)等形成。

参照图3B，可选择性地去除第二导电半导体层5、有源层4和第一导电半导体层3的一部分。例如，可台面蚀刻第二导电半导体层5、有源层4和第一导电半导体层3的一部分，以露出第一导电半导体层3的一部分。

参照图3C至图3E，在通过去除第一导电半导体层3的一部分而形成的区域中形成第一电极10，可在第二导电半导体层5的一区域中形成绝缘层7，并且可在第二导电半导体层5和绝缘层7上形成透明电极8。

参照图3F，可去除绝缘层7上方的透明电极8的一部分。为此，可利用掩模(未示出)来蚀刻绝缘层7上方的透明电极8的一部分。优选地，在蚀刻过程之后，可利用相同的掩模(未示出)来形成反射单元9。在这种情况下，在反射单元9和透明电极8之间形成了电隔离它们的预期外的间隙15。在这种情况下，如果第二电极11形成为使得它具有比反射单元9的面积更小的面积，即，当第二电极11仅形成在反射单元9上时，则第二电极11和透明电极8不能电连接。因此，如图3G所示，第二电极11形成为覆盖透明电极8的一部分，包括其中形成有反射单元9的区域。因此，虽然反射单元9和透明电极8之间形成有间隙，但是因为第二电极11与透明电极8相互直接接触，所以它们能够电连接。

图4是示出根据本发明一示例性实施方式的从第二电极经透明电极流入光发射结构中的电流的示意图。参照图4，绝缘层7设置在反射单元9和透明电极8的一部分的下方。由此，可防止从第二电极注入的电流集中在第二电极11正下方的光发射结构6中。因此，由于从第二电极11注入的电流经透明电极8均匀地分布到光发射结构6中，所以光提取效率可提高。

图5是示出在半导体发光器件中省去反射单元时从有源层产生的光的行进路径的示意图。图6是示出在根据本发明一示例性实施方式的半导体发光器件中从有源层产生的光的行进路径的示意图。

更详细地，参照图5，半导体发光器件包括衬底52、第一导电半导体层53、有源层54、第二导电半导体层55、绝缘层57、透明电极58、第一电极60和第二电极61。从半导体发光器件的有源层54产生的光L1没有确定的方向性地分布在半导体发光器件的整个表面上，并且在普通的半导体发光器件的情况下，因为有源层54形成得更靠近上侧，所以相对较大量的光发射到上侧。但是，在半导体发光器件的向上方向上发射的光首先被绝缘层57吸收而部分地损失(L2)，然后被透明电极58第二次吸收而部分地损失(L3)。已经部分损失的光(L3)被第二电极61第三次吸收而损失。从第二电极61反射的没有被吸收的光(L3)被透明电极58第三次吸收(L4)。结果，吸收过程之后剩余的光(L5)比第一次产生的光(L1)弱，因此这种光损失导致整体光提取效率的降低。

参照图6，根据本发明一示例性实施方式的半导体发光器件包括衬底2、第一导电半导体层3、有源层4、第二导电半导体层5、绝缘层7、透明电极8、第一电极10、第二电极11和反射单元9。具有较低光吸收率的反射单元9设置在第二电极11下方，因此从有源层4产生的光(L6)被绝缘层7部分地吸收(L7)，但是所述光被反射，与没有反射单元9的器件相比，损失了较少量的光。在这种情况下，反射的光(L8)可经过半导体发光器件的侧面被放出(或发射)到外界，或者当形成透光衬底2时，所述光(L8)可经过衬底2被放出，或者所述光(L8)可被直接从界面放出，或者可通过反射等提取到外界。

当绝缘层7设置在反射单元9下面时，从有源层4产生之后被反射单元9反射的光的反射系数(或反射率)更高。为了获得高反射系数，优选地，当反射单元9由铝(Al)制成并且绝缘层7由二氧化硅(SiO₂)制成时，绝缘层7的厚度可以在至

的范围内，优选地，在至

的范围内。

如上所述，根据本发明的示例性实施方式，在半导体发光器件中，由于电极包括主电极和支电极，所以可改进电流分布特征。此外，由于反射单元设置在去除透明电极的一部分之后的一区域上，所以从有源层发射的光可以被反射并向外放出，而不是被电极吸收。并且，由于经电极注入的电流均匀地分布在光发射结构上，所以可提高光提取效率。

尽管已经结合示例性实施方式示出并描述了本发明，但是，对于本领域普通技术人员来说很显然，在不背离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可做出变型和修改。

Claims

1.一种半导体发光器件，包括：

光发射结构，所述光发射结构中依次地层叠有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；

第一电极，形成在所述第一导电半导体层上；

绝缘层，形成在所述第二导电半导体层上并由透明材料制成；

反射单元，形成在所述绝缘层上并反射从所述有源层发射的光；

第二电极，形成在所述反射单元上；以及

透明电极，形成在所述第二导电半导体层上，所述透明电极与所述绝缘层和所述第二电极接触。

2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述反射单元形成在通过去除所述透明电极的一部分而形成的一区域中。

3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第二电极具有比所述反射单元的面积更大的面积，以便覆盖所述反射单元。

4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述绝缘层具有比所述第二电极的面积更大的面积。

5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述有源层形成在所述第一导电半导体层的一个表面的一部分上，并且所述第一电极形成在所述第一导电半导体层的所述一个表面的除其中形成有所述有源层的区域之外的一区域上。

6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一电极包括第一主电极和从所述第一主电极延伸的第一支电极，并且所述第二电极包括第二主电极和从所述第二主电极延伸的第二支电极。

7.根据权利要求6所述的器件，其中，所述绝缘层的宽度是所述第二支电极的宽度的2至6倍。

8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一电极和所述第二电极由铬和金中的至少一种制成。

9.根据权利要求1所述的器件，其中，所述反射单元由铝和银中的至少一种制成。

10.根据权利要求1所述的器件，其中，所述透明电极包括由选自以下物质组成的组中的一种氧化物制成的至少一层：氧化铟锡、氧化铟、锡基氧化物、氧化锌和氧化铟锌。

11.根据权利要求1所述的器件，其中，所述绝缘层的厚度在至

的范围内。

12.一种照明装置，包括根据权利要求1至10中任一项所述的半导体发光器件。

13.一种制造半导体发光器件的方法，包括：

在一衬底上依次地层叠第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；

选择性地去除所述第二导电半导体层、所述有源层和所述第一导电半导体层的一部分；

在通过去除所述第一导电半导体层的一部分而形成的区域中形成第一电极；

在所述第二导电半导体层的一部分上形成绝缘层；

在所述第二导电半导体层和所述绝缘层上形成透明电极；

去除形成在所述绝缘层上的所述透明电极的一部分，以露出所述绝缘层的一部分；

在露出所述绝缘层的区域中形成反射单元；以及

在所述透明电极和所述反射单元上形成第二电极。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在选择性地去除所述第二导电半导体层、所述有源层和所述第一导电半导体层的一部分的步骤中，台面蚀刻所述第二导电半导体层、所述有源层和所述第一导电半导体层的一部分，以露出所述第一导电半导体层的一部分。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，为了去除形成在所述绝缘层上的所述透明电极的一部分，利用掩模来蚀刻所述透明电极的一部分。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，在露出所述绝缘层的区域中形成反射单元的步骤中，利用掩模来形成所述反射单元。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二电极具有比所述反射单元的面积更大的面积，以覆盖所述反射单元。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述绝缘层具有比所述第二电极的面积更大的面积。