[发明专利]氮化物系半导体发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物系半导体发光元件及其制造方法，尤其，涉及一种能够改善氮化物系半导体发光元件的静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)耐压特性的氮化物系半导体发光元件及其制造方法。

背景技术

基于Ⅲ族氮化物的发光二极管中，泄漏电流与元件的可靠性、寿命、高功率工作中的特性降低有关，从而对制造要求可靠性的元件来说非常重要。

众所周知，一般Ⅲ族氮化物系发光元件的静电放电特性比其他化合物发光元件差。这是因为基板与Ⅲ族氮化物半导体层之间的晶格失配而使生长在基板上的Ⅲ族氮化物半导体层上产生的结晶缺陷向Ⅲ族氮化物半导体层的生长方向传播并形成穿透位错。

这种结晶缺陷增加元件的泄漏电流，当流入外部静电时，具有很多结晶缺陷的发光元件的活性层被强电场破坏。众所周知，一般氮化镓(GaN)薄膜中存在10⁹～10¹¹/cm²左右的结晶缺陷(穿透位错)。

发光元件的静电放电破坏特性对GaN系发光元件的应用范围来说是非常重要的问题。尤其，以承受由发光元件的包装设备及操作者产生的静电放电的方式设计元件对改善最终的元件的收率来说是非常重要的变量。

尤其，近年来GaN系发光元件处于被应用于户外门牌及汽车照明等环境恶劣的条件的趋势，因此，静电放电特性被视为更重要。

一般来说，现有的GaN发光元件的静电放电(ElectrostaticDischarge，ESD)在人体放电模式(Human Body Mode，HBM)条件下，很难向顺时针方向承受数千伏特，或很难向逆时针方向承受数百伏特。其主要原因为如上所述的元件的结晶缺陷，并且，元件的电极设计也非常重要。尤其，GaN发光元件普遍采用作为非导体的蓝宝石基板，从而，在元件的结构上，n-电极和p-电极形成在同一面，当元件实际工作时，加重电流向n-电极周围聚集的现象并使ESD特性变得更差。

如上所述，进行各种通过引入多种方法来降低穿透位错的缺陷密度来提高发光元件及其他电子元件的特性的研究。

例如，授权专利公报第10-1164026号(公告日：2012年07月18日)、公开专利公报第10-2013-0061981号(公开日：2013年06月12日)及公开专利公报第10-2014-0145368号(公开日：2014年12月23日)中，引入生长技术而使每穿透位错(Threading dislocation)形成六边形(Hexagonal)V形凹坑(V-shaped pit)，并在活性层中也形成V形凹坑，则侧壁(sidewall)上形成的活性层的厚度薄并具有高带隙，从而增加势垒高度(barrier height)，使非发光再结合(non-radiative recombination)最小化，以增加内部量子效率。但是，在这种结构中，活性层中的V形凹坑区域不属于发光区域，因此，存在整体的发光面积减少且光输出减少的问题。

现有技术文献

[专利文献]

授权专利公报第10-1164026号(公告日：2012年07月18日)

公开专利公报第10-2013-0061981号(公开日：2013年06月12日)

公开专利公报第10-2014-0145368号(公开日：2014年12月23日)

[非专利文献]

“Suppression of Nonradiative Recombination by V-Shaped Pits in GaInN/GaN Quantum Wells Produces a Large Increase in the Light Emission Efficiency”；A.Hangleiter,F.Hitzel,C.Netzel,D.Fuhrmann,U.Rossow,G.Ade,and P.Hinze；PRL 95,127402(2005).

“Origin of forward leakage current in GaN-based light-emitting devices”；S.W.Lee,D.C.Oh,H.Goto,H.J.Lee,T.Hanada,M.W.Cho,and T.Yao；APPLIED PHYSICS LETTERS 89,132117(2006).