專(zhuān)利名稱(chēng)：高效發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，更具體地是，通過(guò)適當(dāng)改變發(fā)光二極管的P型電極的尺寸，增強(qiáng)其發(fā)光效應(yīng)(light emission)。
背景技術(shù)：
眾所周知，發(fā)光二極管作為一種器件，被應(yīng)用于光通訊領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)傳輸、壓縮磁盤(pán)播放器(CDPs)或數(shù)字通用光盤(pán)播放器(DVDPs)中的數(shù)據(jù)記錄和再現(xiàn)、以及室外顯示。
圖1是現(xiàn)有InGaN-AlGaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的橫截面圖。參考圖1，在一藍(lán)寶石襯底1上形成一n-GaN層3，在它們之間放置有一GaN緩沖層2。在n-GaN層3上形成一In0.06Ga0.94N有源層(active layter)5和一P-Al0.15Ga0.85N層6，其中從In0.06Ga0.94N有源層5中產(chǎn)生光線。順序沉積n-GaN層3、In0.06Ga0.94N、P-Al0.15Ga0.85N層6和P-GaN層7，將上述四層構(gòu)圖直到GaN層3的一定深度，然后將n型電極8貼附在n-GaN層3上。一P型電極9被設(shè)置在P-GaN層7上并通過(guò)焊接墊(bonding pad)10與外部電源(未顯示)電連接，焊接墊10被設(shè)置為與P-GaN層7的一個(gè)邊緣接觸。
大多數(shù)現(xiàn)有LEDs產(chǎn)生蘭色或紅色波長(zhǎng)范圍的光線，并通過(guò)透明P型電極向前方發(fā)射光線。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，如圖1所示，在整個(gè)P-GaN層7的表面上形成P型電極，以便通過(guò)更大的面積發(fā)射光線。當(dāng)P型電極9的尺寸增加時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓降低，從而實(shí)現(xiàn)在低電流密度下的穩(wěn)定發(fā)光。
圖2A和圖2B顯示現(xiàn)有發(fā)光二極管的P型電極、焊接墊以及n型電極被設(shè)置為不同圖形的例子。參考數(shù)字8a和8b表示n型電極，參考數(shù)字9a和9b表示P型電極，參考數(shù)字10a和10b表示焊接墊。如圖2A和圖2B中的照片所示，光線從P型電極9a和9b的整個(gè)表面上被發(fā)射，P型電極9a和9b占據(jù)了大部分發(fā)光二極管的表面積。
然而，在現(xiàn)有430nm或更低波長(zhǎng)的發(fā)光二極管中，隨著P型電極的面積增加，發(fā)光效應(yīng)降低。因此，有必要適當(dāng)調(diào)整發(fā)射這些波長(zhǎng)光線的發(fā)光二極管的P型電極的尺寸，以增強(qiáng)發(fā)光效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種發(fā)射430nm或更短波長(zhǎng)光線的發(fā)光二極管，通過(guò)在一預(yù)定范圍內(nèi)調(diào)整其P型電極的尺寸，能夠增強(qiáng)光線的輸出量。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種發(fā)光二極管，包括一襯底，一第一化合物半導(dǎo)體層，其被形成在襯底的上表面；一第一電極，其被形成在第一化合物半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域之上；一有源層，其被形成在第一化合物半導(dǎo)體層中除去第一電極層所占區(qū)域的其余區(qū)域之上，從這層發(fā)射430nm或更低波長(zhǎng)的光線；一第二化合物半導(dǎo)體層，其被形成在有源層上；一第二電極層，其被形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，其具有相對(duì)于襯底上表面面積20％-80％的填充率。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，從有源層中產(chǎn)生的光線是波長(zhǎng)為200～430nm的紫外光線(UV)。第二電極具有相對(duì)于襯底上表面面積30-50％范圍的填充率(filling ratio)。第一電極是一n型電極，第二電極是一P型電極。該發(fā)光二極管還包括位于第二化合物層上的焊接墊，該焊接墊將第二電極與外部電源連接。
第一化合物半導(dǎo)體層可以是一n型摻雜或未摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。第二化合物半導(dǎo)體層可以一是P型摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。有源層可由一n型摻雜或未摻雜的、InxAlyGa1-x-yN化合物半導(dǎo)體層構(gòu)成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及x+y≤1，有源層可具有一量子阱結(jié)構(gòu)或一多量子阱結(jié)構(gòu)。在本例中，發(fā)光二極管還可包括一位于有源層和第一化合物半導(dǎo)體層之間的第一覆蓋層，以及一位于有源層和第二化合物半導(dǎo)體層之間的第二覆蓋層，第一和第二覆蓋層的折射率比有源層的折射率小。
第一覆蓋層可以是一P型摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層，第二覆蓋層可以是一n型摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。發(fā)光二極管還可包括一位于有源層和第一覆蓋層之間的第一波導(dǎo)層，以及一位于有源層和第二覆蓋層之間的第二波導(dǎo)層，第一和第二波導(dǎo)層的折射率分別大于第一和第二覆蓋層的折射率。在本例中，第一和第二波導(dǎo)層是以GaN為基的氮化物化合物半導(dǎo)體層。
本發(fā)明還提供一種具有倒裝芯片(flip-chip)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其由倒裝芯片體構(gòu)成，該倒裝芯片體包括一傳播光線的襯底；一第一化合物半導(dǎo)體層，其被形成在襯底的上表面；一第一電極，其被形成在第一化合物半導(dǎo)體的一個(gè)區(qū)域之上；一有源層，其被形成在第一半導(dǎo)體層中除去第一電極層所占區(qū)域的其余區(qū)域之上；從有源層中產(chǎn)生430nm或更短波長(zhǎng)的光線；一第二化合物半導(dǎo)體層，其被形成在有源層上；一第二電極層，其被形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，第二電極層具有相對(duì)于襯底上表面的面積20-80％的填充率。除了倒裝芯片實(shí)體，發(fā)光二極管還包括一子安裝板，通過(guò)低溫焊接將倒裝芯片實(shí)體的第一和第二電極貼附在子安裝板上，一形成在子安裝板上的焊接墊，該焊接墊將第一和第二電極與外部電源連接。
根據(jù)本發(fā)明具有倒裝芯片結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的具體實(shí)施例，在有源層中產(chǎn)生的光線是波長(zhǎng)為200-430nm的UV光線。第二電極具有相對(duì)于襯底上表面面積30％-50％范圍的填充率。第一電極是一n型電極，第二電極是一P型電極。第一化合物半導(dǎo)體層是一n型摻雜或未摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。第二化合物半導(dǎo)體層是一P型摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。有源層由一n型摻雜或未摻雜的、InxAlyGa1-x-yN化合物半導(dǎo)體層形成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及x+y≤1。
具有倒裝芯片結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管還可包括一位于有源層和第一化合物半導(dǎo)體層之間的第一覆蓋層，以及一位于有源層和第二化合物半導(dǎo)體層之間的第二覆蓋層，第一和第二覆蓋層的折射率小于有源層的折射率。在本例中，第一覆蓋層是一P型摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層，第二覆蓋層是一n型摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。發(fā)光二極管還可包括一位于有源層和第一覆蓋層之間的第一波導(dǎo)層，以及一位于有源層和第二覆蓋層之間的第二波導(dǎo)層，第一和第二波導(dǎo)層的折射率分別大于第一和第二覆蓋層的折射率。第一和第二波導(dǎo)層是以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。


參考附圖將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)變得更加明顯，其中圖1是現(xiàn)有InGaN-AlInGaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管(LED)橫截面圖；
圖2A和圖2B是現(xiàn)有發(fā)光二極管的實(shí)施例的照片，其中P型電極、焊接墊和n型電極被設(shè)置為不同的圖形；圖3顯示不同尺寸P型電極的實(shí)施例；圖4是一曲線圖，顯示了在圖3的發(fā)光二極管中，電壓和發(fā)光效應(yīng)的變化與施加在發(fā)光二極管電極上的電流的關(guān)系，該發(fā)光二極管發(fā)射384nm和393nm的光線。
圖5是一曲線圖，顯示電流為20mA時(shí)，發(fā)光效應(yīng)與圖3中各種電極的填充率的關(guān)系，其從圖4的曲線推導(dǎo)而來(lái)。
圖6是圖4中A區(qū)域的放大圖；圖7是一曲線圖，顯示在384nm、393nm和465nm的LEDs中，無(wú)效電流(dead current)與P型電極填充率的關(guān)系；圖8是一曲線圖，顯示在384nm、393nm和465nm的LEDs中，發(fā)光效應(yīng)與P型電極填充率的關(guān)系；圖9是根據(jù)發(fā)明第一實(shí)施例的LED的透視圖；圖10是根據(jù)發(fā)明第二實(shí)施例的LED的橫截面圖；圖11是一對(duì)比曲線圖，顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的現(xiàn)有465nm、384nm和393nm LED中，驅(qū)動(dòng)電壓與P型電極填充率的關(guān)系；以及圖12是一曲線圖，顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的384nm和393nm LEDs中，能量轉(zhuǎn)換效率(power conversion efficiency)的變化與P型電極填充率的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
下面將描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管的實(shí)施例。
圖3顯示不同尺寸P型電極的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例，在給定電流下，當(dāng)P型電極的尺寸改變時(shí)，使用這些實(shí)施例來(lái)測(cè)量384nm發(fā)光二極管的發(fā)光效應(yīng)的變化。圖3(a)顯示一發(fā)光二極管(LED)，其具有直徑為80μm的圓形P型電極39a，圖3(b)顯示一LED，其具有直徑為100μm的圓形P型電極39b，圖3(c)顯示一LED，其具有直徑為120μm的圓形P型電極39c，圖3(d)顯示一LED，其具有面積為100×100μm2的矩形P型電極39d，圖3(e)顯示一LED，其具有面積為150×100μm2的矩形P型電極39e，圖3(f)顯示一LED，其具有面積為200×100μm2的矩形P型電極39f，圖3(g)顯示一LED，其具有面積為250×100μm2的矩形P型電極39g，圖3(h)顯示一LED，其具有P型電極39h，該電極占據(jù)二極管芯片表面積上除去n型電極38和焊接墊40之外的面積。參考數(shù)字35表示LED的臺(tái)面結(jié)構(gòu)(mesa structure)的一個(gè)刻蝕邊(etched side)。
圖4是一曲線圖，顯示了在圖3的發(fā)光二極管中，電壓和發(fā)光效應(yīng)的變化與施加在發(fā)光二極管電極上的電流的關(guān)系，該發(fā)光二極管發(fā)射384nm和393nm的光線。參考圖4，曲線g1、g2、g3、g4、g5、g6、g7和g8顯示電壓變化與施加在393nm LEDs上的電流的關(guān)系，該LEDs分別具有圖3中的P型電極39a、39b、39c、39d、39e、39f、39g和39h，曲線f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7和f8顯示發(fā)光效應(yīng)變化與施加在各發(fā)光二極管上的電流的關(guān)系。對(duì)于384nm光線，電壓和發(fā)光效應(yīng)的變化與電流的關(guān)系與圖4中顯示的關(guān)系有相似的圖形。
隨著電流增加，發(fā)光效應(yīng)線性增加。但是，在給定的電流水平下，如f1和g1所示，具有最小面積P型電極39a的LED的發(fā)光效應(yīng)和電壓最大，隨著電極尺寸增加，發(fā)光效應(yīng)和電壓逐漸下降，如f8和g8所示，具有最大面積P型電極39h的LED的發(fā)光效應(yīng)和電壓最低。這與在現(xiàn)有發(fā)射更長(zhǎng)波長(zhǎng)光線的LEDs中，發(fā)射效應(yīng)和電極尺寸間的關(guān)系相反。
圖5是一曲線圖，顯示電流為20mA時(shí)，發(fā)光效應(yīng)與圖3中各種電極填充率的關(guān)系，其從圖4的曲線推導(dǎo)而來(lái)。這里，“填充率”的意義是P型電極的面積與襯底上表面面積的比率。在圖5中，曲線F代表384nm LEDs，而曲線G代表393nm LEDs。
如圖5所示，隨著填充率增加，發(fā)光效應(yīng)降低。但是，當(dāng)填充率的范圍是10％～40％時(shí)，發(fā)光效應(yīng)波動(dòng)，而不是線性下降。
圖6是圖4中A區(qū)域的放大圖。參考圖6，在所有曲線f1～f8中，有一區(qū)域C，在電流小于0.5mA的范圍內(nèi)，不產(chǎn)生發(fā)光效應(yīng)，這在現(xiàn)有發(fā)射更長(zhǎng)波長(zhǎng)的LEDs中從未出現(xiàn)過(guò)。區(qū)域C中的電流被稱(chēng)為無(wú)效電流。在384nm和393nm LEDs中，當(dāng)P型電極的填充率增加時(shí)，這個(gè)無(wú)效電流被認(rèn)為可能促使發(fā)光效應(yīng)降低。
總之，有源層作為一半導(dǎo)體層被形成，尤其是一種具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層，其包括無(wú)數(shù)缺陷，其消耗電子和空穴結(jié)合時(shí)產(chǎn)生的能量，產(chǎn)生熱能，而不是允許LED使用所有的能量來(lái)產(chǎn)生光線。但是，在現(xiàn)有以氮化物為基為基的、發(fā)射更長(zhǎng)波長(zhǎng)光線的LEDs中，由于構(gòu)成LED的材料的性質(zhì)，在有源層中的缺陷不會(huì)阻礙光線的發(fā)射，因此，在一低的驅(qū)動(dòng)電壓下，通過(guò)增加P型電極的尺寸，可以施加更大電流以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)光效應(yīng)。這些原理也適用于以氮化物為基的、發(fā)射蘭色波長(zhǎng)光線的LEDs。然而，在發(fā)射比蘭色光線更短波長(zhǎng)的LEDs中，如紫色光(400-450nm)或UV光(200-400nm)，隨著P型電極尺寸增加，發(fā)光效應(yīng)降低，如上所述，表明上述原理不適用于這些類(lèi)型的LEDs。當(dāng)P型電極尺寸越大時(shí)，有源層具有更多缺陷，包括位錯(cuò)，盡管它們的密度與更小面積P型電極的缺陷密度一樣。因此，在發(fā)射430nm或更短波長(zhǎng)光線的LEDs中，當(dāng)注入更大的電流時(shí)，熱損耗更大，引起一無(wú)效電流，從而降低LED的發(fā)光效應(yīng)。
圖7是一曲線圖，顯示在384nm，393nm和465nm的LEDs中，無(wú)效電流的變化與P型電極填充率的關(guān)系。
參考圖7，465nm LED具有接近零的無(wú)效電流，與電極的填充率無(wú)關(guān)。然而，參考如上所述的附圖，在384nm和393nm LEDs中，隨著填充率增加，無(wú)效電流增加。
圖8是一曲線圖，顯示在384nm，393nm和465nmLEDs中，發(fā)光效應(yīng)與P型電極的填充率的關(guān)系。如圖8所示，隨著填充率增加，465nm LED的發(fā)光效應(yīng)增加，然而，隨著填充率增加，384nm和393nm LED的發(fā)光效應(yīng)減小。
如上所述，與465nm LEDs不同，當(dāng)P型電極的填充率減小時(shí)，384nm和393nm LEDs的發(fā)光效應(yīng)增加。因此，根據(jù)本發(fā)明的、發(fā)射430nm或更短波長(zhǎng)光線的LEDs被制造為具有尺寸減小的P型電極。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的LED的透視圖。圖9LED的上視圖等效于圖3A。
參考圖9，在襯底41的上表面順序沉積一第一化合物半導(dǎo)體層42、一有源層44和一第二化合物半導(dǎo)體層46，在第一化合物半導(dǎo)體層42和有源層44之間有一第一覆蓋層43，在有源層44和第二化合物半導(dǎo)體層46之間有一第二覆蓋層45。一第一電極48被貼附在第一化合物半導(dǎo)體層42的一個(gè)刻蝕階梯角上。具體地，在襯底41上順序沉積第一化合物半導(dǎo)體層42、第一覆蓋層43、有源層44、第二覆蓋層45和第二化合物半導(dǎo)體層，通過(guò)光刻在疊層上形成一圖案；使用該圖案將形成的疊層刻蝕至第一化合物半導(dǎo)體層42的一定深度。在第二化合物半導(dǎo)體層46的上表面上形成一第二電極49和一焊接墊50。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二電極49具有20％-80％的填充率。如上所述，在發(fā)射430nm或更短波長(zhǎng)光線的LEDs中，隨著P型電極的填充率減小，發(fā)光效應(yīng)增加。
襯底41由一耐用物質(zhì)形成，大多數(shù)情況下是一藍(lán)寶石襯底。然而，Si、SiC和GaN襯底可被用作襯底41。
第一化合物半導(dǎo)體層42是一以GaN為基的III-V氮化物半導(dǎo)體層，其能夠發(fā)射光線，更具體地，是一直接轉(zhuǎn)換類(lèi)型。在一種情況下，在第一化合物半導(dǎo)體層42中摻入導(dǎo)電雜質(zhì)，優(yōu)選的第一化合物半導(dǎo)體層42是一GaN層。在另一種情況下，優(yōu)選地，第一化合物半導(dǎo)體層42由與第二化合物半導(dǎo)體層46相同的材料形成。第一覆蓋層43被形成在第一化合物半導(dǎo)體層42的上表面上。優(yōu)選地，第一覆蓋層43可由一具有預(yù)定折射率的n-AlGaN/GaN層構(gòu)成。然而，第一覆蓋層43可由與n-AlGaN/GaN層不同的、能夠發(fā)射光線的任意化合物半導(dǎo)體層構(gòu)成。
第二化合物半導(dǎo)體層46是一以GaN為基的III-V氮化物半導(dǎo)體層，優(yōu)選地，是一直接轉(zhuǎn)換類(lèi)型，摻雜有P型導(dǎo)電雜質(zhì)，最優(yōu)選地，是一P-GaN層。-GaN層、或分別含有預(yù)定比率的Al或In的-AlGaN層或InGaN層，可被用作第二化合物半導(dǎo)體層46。
當(dāng)?shù)谝桓采w層43是一n型化合物半導(dǎo)體層時(shí)，第二覆蓋層45由一P型化合物半導(dǎo)體層構(gòu)成，當(dāng)?shù)谝桓采w層43是一P型化合物半導(dǎo)體層時(shí)，第二覆蓋層45由一n型化合物半導(dǎo)體層構(gòu)成。例如，當(dāng)?shù)谝桓采w層43由一n-AlInGaN層構(gòu)成，第二覆蓋層45由一P-AlInGaN層構(gòu)成。
有源層44被形成在第一覆蓋層43的上表面上。有源層44是一材料層，其通過(guò)電子和空穴的復(fù)合產(chǎn)生光線。優(yōu)選地，有源層44是一以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層，其具有多量子阱(MQW)的結(jié)構(gòu)。更具體地，有源層由一InxAlyGa1-x-yN形成并具有MQW的結(jié)構(gòu)，其中0≤x≤1，0≤y≤1，和x+y≤1。
而且，第一和第二波導(dǎo)層(未顯示)可被分別形成在有源層44之上和之下，分別用來(lái)放大從有源層44發(fā)射的光線和從LED中發(fā)射的強(qiáng)度增加的光線。第一和第二波導(dǎo)層由一種折射率比有源層44更小的材料形成，優(yōu)選地，例如是一以GaN為基的III-V化合物半導(dǎo)體層。例如，第一波導(dǎo)層可由一n-GaN層形成，第二波導(dǎo)層可由一P-GaN層形成。有源層可由任意能夠發(fā)射激光的材料形成，優(yōu)選地，一種具有優(yōu)良內(nèi)量子效率的材料。優(yōu)選地，有源層44由一含有預(yù)定比率的In和Al的InAlGaN層形成。
電子經(jīng)由第一電極48被注入到第一化合物半導(dǎo)體層42中，第一電極48是一n型電極，空穴經(jīng)由第二電極49被注入到第二化合物半導(dǎo)體層46中，第二電極49是一P型電極。注入的電子和空穴結(jié)合在一起并消失在有源層44中，振蕩出短波長(zhǎng)波段的光線。發(fā)射光線的顏色隨波長(zhǎng)波段而變化。光線的波長(zhǎng)波段由能量寬度決定，該能量寬度是用于形成激光發(fā)光二極管的材料的價(jià)帶與導(dǎo)帶間的能量寬度。
在根據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)射430nm或更短波長(zhǎng)光線的LED中，第二電極49的填充率被確定在20％-80％的范圍內(nèi)以增強(qiáng)發(fā)光效應(yīng)。如果第二電極49的填充率小于20％，構(gòu)成的LED存在可靠性問(wèn)題，將產(chǎn)生過(guò)熱而不是發(fā)射光線。如果第二電極49的填充率超過(guò)80％，發(fā)光效應(yīng)變得太小。因此，第二電極49的填充率被確定在20％～80％的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，是30％-50％。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的LED的橫截面圖，在這個(gè)實(shí)施例中，LED由一GaN半導(dǎo)體材料形成并具有倒裝芯片的結(jié)構(gòu)。
參考圖10，一對(duì)與外部電源連接的焊接墊59被安裝在一子安裝板55的上表面上。一倒裝芯片實(shí)體52被設(shè)置為與子安裝板55相對(duì)。倒裝芯片實(shí)體52包括一襯底51和一被形成在襯底51上的化合物半導(dǎo)體層54。這個(gè)化合物半導(dǎo)體層54包括一第一化合物半導(dǎo)體層、一第一覆蓋層、一有源層、一第二覆蓋層、一第二化合物半導(dǎo)體層，所有這些層均未顯示，與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例LED中的相同。一第一電極57被形成在第一化合物半導(dǎo)體層的一個(gè)刻蝕階梯區(qū)域，一第二電極58被形成在第二化合物半導(dǎo)體層的表面上。電子經(jīng)由第一電極57被注入到有源層中，空穴經(jīng)由第二電極58被注入到有源層中，其中注入的電子和空穴在有源層中結(jié)合并產(chǎn)生光線。
第一電極57和第二電極58通過(guò)低溫焊接被貼附在子安裝板上。在圖10中，顯示了作為連接器的焊料凸點(diǎn)53。通過(guò)形成在子安裝板55的兩個(gè)邊緣上的焊接墊59，第一和第二電極57和58與外部電源連接。
在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的一種LED中，第一電極可被形成為一n型電極，第二電極58可被形成為一P型電極，其中第二電極58具有20％-80％的填充率，因此能夠在有源層中產(chǎn)生密度增加的、430nm或更短波長(zhǎng)的光線。優(yōu)選地，第二電極58具有30％-50％的填充率。
圖11是一比較曲線圖，顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的現(xiàn)有465nm、384nm和393nm的LEDs中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流為20mA時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓與P型電極的填充率的關(guān)系。如圖11所示，隨著P型電極的填充率減小，驅(qū)動(dòng)電壓稍稍增加，表明在根據(jù)本發(fā)明的LEDs中，通過(guò)減小P型電極的尺寸，可以增加發(fā)光效應(yīng)的可能性。
圖1 2是一曲線圖，顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的384nm和393nm的LEDs中，能量轉(zhuǎn)換效率的變化與P型電極的填充率的關(guān)系。這里，“能量轉(zhuǎn)換效率”的意義是輸出光線與輸入電氣的比率。
在圖12中，當(dāng)填充率的范圍是20％～40％時(shí)，能量轉(zhuǎn)換效率較高。盡管這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果隨LED發(fā)射光線的波長(zhǎng)而變化，在大多數(shù)發(fā)射各種光線的LEDs中，包括根據(jù)本發(fā)明的384nm和393nm LEDs，當(dāng)P型電極的填充率在20％-80％的范圍內(nèi)時(shí)，可期望達(dá)到一峰值發(fā)光效應(yīng)。因此，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的384nm和393nm LEDs的P型電極具有20％-80％的填充率。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射430nm或更短波長(zhǎng)光線的LED中，通過(guò)形成一P型電極，其具有相對(duì)于襯底面積20％-80％的填充率，可以增強(qiáng)發(fā)光效應(yīng)。
參考具體實(shí)施例，已經(jīng)具體顯示和描述了本發(fā)明。應(yīng)了解的是，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不背離本發(fā)明的精神和范圍下，可作各種形式和細(xì)節(jié)的改變，本發(fā)明的精神和范圍以下述權(quán)利要求書(shū)界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括一襯底；一第一化合物半導(dǎo)體層，其被形成在襯底的上表面；一第一電極層，其被形成在第一化合物半導(dǎo)體層的一區(qū)域之上；一有源層，其被形成在第一化合物半導(dǎo)體層中除了第一電極層所占區(qū)域的其余區(qū)域之上，其中產(chǎn)生430nm或更短波長(zhǎng)的光線；一第二化合物半導(dǎo)體層，其被形成在有源層上；以及一第二電極層，其被形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，并具有相對(duì)于襯底上表面面積20％-80％的填充率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中從有源層中產(chǎn)生的光線是波長(zhǎng)為200-430nm的UV光線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中第二電極具有相對(duì)于襯底上表面面積的30％-50％范圍的填充率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中第一電極是一n型電極，第二電極是一P型電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，還包括一位于第二化合物半導(dǎo)體層上的焊接墊，該焊接墊將第二電極與外部電源連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中第一化合物半導(dǎo)體層是一n型摻雜或未摻雜的、以GaN為基的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)光二極管，其中第二化合物半導(dǎo)體層是一P型摻雜的、以GaN為基的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)光二極管，其中有源層由一n型摻雜或未摻雜的、InxAlyGa1-x-yN化合物半導(dǎo)體層形成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，和x+y≤1。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)光二極管，其中有源層具有一量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)光二極管，還包括一位于有源層和第一化合物半導(dǎo)體層之間的第一覆蓋層，以及一位于有源層和第二化合物半導(dǎo)體層之間的第二覆蓋層，第一和第二覆蓋層的折射率比有源層的折射率小。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)光二極管，其中第一覆蓋層是一P型摻雜的、以GaN為基的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，第二覆蓋層是一n型摻雜的、以GaN為基的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)光二極管，還包括一位于有源層和第一覆蓋層之間的第一波導(dǎo)層，以及一位于有源層與第二覆蓋層之間的第二波導(dǎo)層，第一和第二波導(dǎo)層的折射率分別比第一和第二覆蓋層的折射率大。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的發(fā)光二極管，其中第一和第二波導(dǎo)層是一以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。
14.一種具有倒裝芯片結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，包括一倒裝芯片實(shí)體，包括一傳播光線的襯底，一第一化合物半導(dǎo)體層，其被形成在襯底的上表面上；一第一電極，其被形成在第一化合物半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域之上；一有源層，其被形成在第一化合物半導(dǎo)體層中除去第一電極層所占區(qū)域的其余區(qū)域之上，從有源層中發(fā)射430nm或更短波長(zhǎng)的光線；一第二化合物半導(dǎo)體層，其被形成在有源層上；以及一第二電極，其被形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，并具有相對(duì)于襯底上表面面積20％-80％的填充率；一子安裝板，通過(guò)低溫焊接，將倒裝芯片實(shí)體的第一和第二電極貼附在子安裝板上；以及形成在子安裝板上的焊接墊，該焊接墊將第一和第二電極與外部電源連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)光二極管，其中在有源層中產(chǎn)生波長(zhǎng)為200-430nm的UV光線。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)光二極管，其中第二電極具有相對(duì)于襯底上表面面積的30％-50％范圍內(nèi)的填充率。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)光二極管，其中第一電極是一n型電極，第二電極是一P型電極。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)光二極管，其中第一化合物半導(dǎo)體層是一n型摻雜或未摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的發(fā)光二極管，其中第二化合物半導(dǎo)體層是一P型摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的發(fā)光二極管，其中有源層由一n型摻雜或未摻雜的、InxAlyGa1-x-yN化合物半導(dǎo)體層形成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，和x+y≤1。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的發(fā)光二極管，其中有源層具有一量子阱或多量子阱的結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的發(fā)光二極管，還包括一位于有源層和第一化合物半導(dǎo)體層之間的第一覆蓋層，以及一位于有源層與第二化合物半導(dǎo)體層之間的第二覆蓋層，第一和第二覆蓋層的折射率小于有源層的折射率。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)光二極管，其中第一覆蓋層是一P型摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層，第二覆蓋層是一n型摻雜的、以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)光二極管，還包括一位于有源層和第一覆蓋層之間的第一波導(dǎo)層，以及一位于有源層與第二覆蓋層之間的第二波導(dǎo)層，第一和第二波導(dǎo)層的折射率分別大于第一和第二覆蓋層的折射率，但小于有源層的折射率。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的發(fā)光二極管，其中第一和第二波導(dǎo)層是一以GaN為基的III-V氮化物化合物半導(dǎo)體層。
全文摘要
提供一種高效發(fā)光二極管。該發(fā)光二極管包括一襯底；一第一化合物半導(dǎo)體，其被形成在襯底的上表面；一第一電極層，其被形成在第一化合物半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域之上；一有源層，其被形成在第一化合物半導(dǎo)體層中除去第一電極層所占區(qū)域的其余區(qū)域之上，從有源層中產(chǎn)生430nm或更短波長(zhǎng)的光線；一第二化合物半導(dǎo)體層，其被形成在有源層上；一第二電極層，其被形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，并具有相對(duì)于襯底上表面面積的20％－80％的填充率。通過(guò)在20％－80％的范圍內(nèi)調(diào)整P型第二電極的尺寸，可以增強(qiáng)發(fā)射波長(zhǎng)為430nm或更短波長(zhǎng)光線的發(fā)光二極管的發(fā)光效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01L33/32GK1482687SQ0313682
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2003年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月9日
發(fā)明者趙濟(jì)熙, 吳惠晶 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社