CN100490189C - 表面发射型发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面发射型发光二极管，该表面发射型发光二极管包括：基片；p-n结层，其设置在基片的一部分上用于发射光；以及第一隔离层，其形成在p-n结层的侧壁以及p-n结层的顶表面的除去该顶表面的中心区域以外的外围部分上。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面发射型发光二极管，具体涉及一种可通过仅从期望的表面发光来准确测量距离的表面发射型发光二极管。本发明还涉及一种用于制造该表面发射型发光二极管的方法。
背景技术
一般，发光二极管(LED)是一种用于以高效率把电能变换为光能从而以低电流获得高输出的装置。此外，该LED具有高的响应速度，并可实现高频率调制。并且，该LED被设计成使其光输出可容易由电流控制来改变，并且可由直流或交流来控制。
这种LED由于可设计成小型化、轻型化、耐久性长和耗电量低，因而可用于各种应用，例如传感装置和测距装置。特别是，该LED已在虹膜扫描系统内用作测距装置。
众所周知，虹膜扫描系统是一种用于对人员身份进行验证以便仅使经过验证的人员能进入限定区域或者能访问限定信息的安全系统。该虹膜扫描系统与指纹扫描系统相比，具有高的识别速度和准确度。
虹膜扫描系统对虹膜进行拍片，通过对拍片图像的典型图案进行图像处理来生成图像数据，并把该图像数据与预登记的虹膜数据进行比较，从而对人员身份进行验证。
在该虹膜扫描系统中，使用了用于对到用户的距离进行测量的位置敏感探测器(PSD)。该PSD具有发光部和光接收部。当从发光部发光时，光接收部接收从对象反射的光，以便使用三角测量对该对象与PSD之间的距离进行测量。然而，该PSD价格太高，以致无法用于应广泛使用且价格适中的虹膜扫描系统。此外，该PSD在测量距离时经常出错。
因此，开发了一种使用LED的低价格虹膜扫描系统，通过捕获在拍片图像上出现的LED的位置来测量距离。也就是说，通过把一种预先计算的算法安装在虹膜扫描系统内，并对在拍片图像上出现的LED的位置进行检测，可对到对象的距离进行准确和快速的测量。
然而，该常规表面发射型LED存在一个问题，该问题可结合图1予以说明，图1示出了常规表面发射型LED的侧发射问题。
也就是说，如图1所示，即使使用掩蔽处理，常规表面发射型LED100也设计成从外围发光区域120和期望的发光区域110发光。因此，在采用该常规表面发射型LED的虹膜扫描系统中，对象距离测量的准确度由于在外围发光区域120发光而降低。
发明内容
因此，本发明是针对一种可实质上消除由于相关技术的限制和缺点引起的一个或多个问题的表面发射型LED及其制造方法而作出的。
本发明的目的是提供一种可通过防止在外围表面区域发光来准确测量距离的表面发射型LED及其制造方法。
在以下说明中将部分地提出本发明的附加优点、目的和特点，其中，部分内容对于本领域的普通技术人员通过以下检验或者从本发明的实践中来领会时是显而易见的。本发明的目的和其他优点可采用在本申请文件以及附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目的和其他优点，并且根据本发明的目的，正如在本文中具体体现和广泛说明地那样，提供了一种表面发射型发光二极管，该表面发射型发光二极管包括：p-n结层，其设置(elevated)在基片的一部分上用于发光；隔离层，其形成在p-n结层的侧壁以及p-n结层的顶表面的外围部分上，除了该顶表面的中心区域以外；金属层，其形成在第一隔离层上；以及第二隔离层，其形成在所述金属层上。
在本发明的另一方面，提供了一种表面发射型发光二极管，该表面发射型发光二极管包括：基片；用于发光的p-n结层，该p-n结层具有：n型外延层，其设置在基片的一部分上，以及p型外延层，其形成在n型外延层的顶表面的中心区域上；以及隔离层，其形成在p-n结层的侧壁以及p-n结层的顶表面的外围部分上，除了该顶表面的中心区域以外；其中在不覆盖有隔离层的外延层的仅一部分上形成所述p型外延层。
根据本发明又一方面，提供一种表面发射型发光二极管，包括：基片；p-n结层，它用于发光，该p-n结层具有：n型外延层，其设置在基片的一部分上；以及p型外延层，其形成在n型外延层的顶表面的中心区域上；第一隔离层，其形成在p-n结层的侧壁以及p-n结层的顶表面的除去该顶表面的中心区域以外的外围部分上；金属层，其形成在第一隔离层上；以及第二隔离层，其形成在所述金属层上。
在本发明的另一方面，提供了一种用于制造表面发射型发光二极管的方法。该方法包括以下步骤：在基片上淀积p-n结层；对p-n结层和基片进行蚀刻，以便把p-n结层划分为设置在基片上的具有矩阵形状的多个块；在p-n结层的侧壁以及p-n结层的顶表面的外围部分上形成隔离层，除了该顶表面的中心区域以外；以及切割这些块，以便提供多个发光二极管。
在本发明的另一方面，提供了一种用于制造表面发射型发光二极管的方法。该方法包括以下步骤：在基片上淀积n型外延层；对n型外延层和基片进行蚀刻，以便把n型外延层划分为设置在基片上的具有矩阵形状的多个块；除了该顶表面的中心区域之外，在n型外延层的侧壁以及n型外延层的顶表面的外围部分上形成隔离层；通过掺杂p型离子在n型外延层的顶表面上形成p型外延层来形成p-n结；以及切割这些块，以便提供多个发光二极管。
应理解的是，本发明的以上一般说明和以下详细说明都是示范性和说明性的，并都用于提供对本发明的进一步说明。
附图说明
附图是为了能进一步了解本发明而包含的，并且被纳入本说明书中构成本说明书的一部分，这些附图示出了本发明的实施例，并用于与本说明书一起对本发明的原理进行说明。在附图中：
图1是示出外围发光现象的常规表面发射型LED的示意图；
图2A～2C是示出根据本发明第一实施例的表面发射型LED的制造方法的图；
图3A～3D是示出根据本发明第二实施例的表面发射型LED的制造方法的图；
图4A～4D是示出根据本发明第三实施例的表面发射型LED的制造方法的图；以及
图5是示出根据本发明第四实施例的表面发射型LED的截面图。
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细说明，这些优选实施例的例子在附图中作了图示。
(第一实施例)
图2A～2C示出了根据本发明第一实施例的表面发射型LED的制造方法。
首先参照图2A，把外延层202首先淀积在基片201上，从而形成晶片。
此处，淀积在基片201上的外延层202是通过把n型包层、有源层和p型包层按该顺序进行分层而形成的p-n结层。尽管未在图中示出，然而还可以在基片201和外延层202之间形成缓冲层。
在此之后，对沉积有外延层202的晶片进行清洁，并按照图2B所示的预定图案对外延层202和基片201进行蚀刻。
更详细地说，在形成该图案之前，通过例如旋转涂敷处理，把光致抗蚀剂层按预定厚度淀积在晶片上。
在此之后，把具有期望的图案的掩模设置在光致抗蚀剂层上，并且通过照射紫外线来进行曝光处理。然后，使用显像溶液来进行显像处理，从而利用在曝光部分和非曝光部分之间的溶解度差别来使图案显像，之后，进行蚀刻处理，以获得图2B所示的图案。也就是说，对外延层202和基片201进行蚀刻，以便可在基片201上把外延层202划分为具有矩阵形状的多个块。
在此之后，如图2C所示，使用剥落处理(lift-off process)在外延层202的各块上形成隔离层203。
现对剥落处理进行简要说明，按照期望图案形成光致抗蚀剂层，并在光致抗蚀剂层上形成薄膜层。然后，把形成在光致抗蚀剂层上的薄膜层的一部分与光致抗蚀剂层一起除去，以使不形成在光致抗蚀剂层上的薄膜层的仅一部分得以保留，从而形成薄膜层的期望图案。由于该剥落处理在本领域是公知的，因而此处将省略对其详细说明。
现对如图2C所示的LED的形成处理作进一步说明，首先在基片201上设置的外延层202的各块的期望中心发光区域形成光致抗蚀剂层(未示出)，然后把隔离层203淀积成覆盖基片201、光致抗蚀剂层和外延层202。
此处，隔离层203采用诸如SiO2和Al2O3那样的氧化物或聚合物来形成，并且通过喷涂处理，按约1-30μm的厚度进行淀积。此时，隔离层203采用多个氧化物层根据所用氧化物的折射率形成为具有预定厚度。也就是说，该厚度被设定为约λ/4n(其中，λ表示从LED发射的光的波长，和n表示隔离层材料的折射率)。
在此之后，把形成在光致抗蚀剂层上的隔离层203的一部分与光致抗蚀剂层一起除去，从而获得图2C所示的隔离层203的期望图案。
然后，对具有采用矩阵形状的多个块的晶片进行切割，以获得多个LED。
如上所述制造的LED被设计成仅在外延层202的外露区域发光。因此，当虹膜扫描系统采用该LED时，可更准确地测量对象距离。
(第二实施例)
图3A～3D示出了根据本发明第二实施例的表面发射型LED的制造方法。
参照图3A，首先把外延层302淀积在基片301上，从而形成晶片。
此处，淀积在基片301上的外延层302是通过把n型包层、有源层和p型包层按该顺序进行分层而形成的p-n结层。尽管未在图中示出，然而，还可以在基片301和外延层302之间形成缓冲层。
在此之后，对沉积有外延层302的晶片进行清洁，并按照图3B所示的预定图案对外延层302和基片301进行蚀刻。也就是说，对外延层302和基片301进行蚀刻，以便可在基片301上把外延层302划分为具有矩阵形状的多个块。
然后，如图3C所示，使用剥落处理在外延层302的各块上形成隔离层303。
现对图3C所示的LED的形成处理作进一步说明，首先在比基片301上设置的外延层302的各块的期望中心发光区域略微大的部分上形成光致抗蚀剂层(未示出)，然后把隔离层303淀积成覆盖基片301、光致抗蚀剂层和外延层302。
此处，隔离层303采用诸如SiO2和Al2O3那样的氧化物或聚合物来形成，并且使用喷涂处理，按约1-30μm的厚度进行淀积。此时，隔离层303形成为根据所用氧化物的折射率的具有预定厚度的多个氧化物层。也就是说，该厚度被设定为约λ/4n(其中，λ表示从LED发射的光的波长，以及n表示隔离层材料的折射率)。
在此之后，把形成在光致抗蚀剂层上的隔离层303的一部分与光致抗蚀剂层一起除去，从而获得图3C所示的隔离层303的期望图案。
接下来，如图3D所示，通过剥离处理来形成金属层304。
也就是说，在基片301上设置的外延层302的期望中心发光区域上形成光致抗蚀剂层(未示出)，之后，把金属层304淀积成覆盖隔离层303、外延层302和光致抗蚀剂层。
此处，金属层304采用从由Au、Ti、Al和Ag构成的组中所选的一种材料或者诸如Ti/Pt/Au那样的一种组合来形成。金属层与引线具有相同特性，从而增强接触力。此时，金属层具有预定厚度，优选的是约1～30μm。
此后，把形成在光致抗蚀剂层上的金属层304的一部分与光致抗蚀剂层一起除去，从而获得图3D所示的图案。
在上述步骤之后，把基片301切割成具有矩阵形状的多个块，从而制造多个LED。
因此，具有上述结构的LED被设计成仅在外延层302的外露区域发光。因此，当虹膜扫描系统采用该LED时，可更准确地测量对象距离。
(第三实施例)
图4A～4D示出了根据本发明第三实施例的表面发射型LED的制造方法。
首先参照图4A，首先把n型外延层402淀积在基片401上，从而形成晶片。
此后，对沉积有n型外延层402的晶片进行清洁，并按照图4B所示的预定图案对n型外延层302和基片301进行蚀刻。也就是说，对n型外延层402和基片401进行蚀刻，以便可在基片401上把n型外延层402划分为具有矩阵形状的多个块。
此后，如图4C所示，通过剥落处理在外延层402的各块上形成隔离层403。
现对图4C所示的LED的形成处理作进一步说明，首先在基片401上设置的外延层402的各块的期望中心发光区域形成光致抗蚀剂层(未示出)，然后淀积隔离层403以覆盖基片401、光致抗蚀剂层和外延层402。
此处，隔离层303采用诸如SiO2和Al2O3那样的氧化物或聚合物来形成，并且使用喷涂处理，按约1～30μm的厚度进行淀积。此时，隔离层403根据所用氧化物的折射率形成为具有预定厚度的多个氧化物层。也就是说，该厚度被设定为约λ/4n(其中，λ表示从LED发射的光的波长，以及n表示隔离层材料的折射率)。
此后，把形成在光致抗蚀剂层上的隔离层403的一部分与光致抗蚀剂层一起除去，从而获得图4C所示的隔离层303的期望图案。
然后，如图4D所示，通过离子注入处理，在n型外延层402内掺杂p型离子。此时，隔离层403用作在外延层402内掺杂离子的掩模。结果，在不覆盖有隔离层403的外延层404的仅一部分内掺杂p型离子，从而把n型外延层402的预定的上部变为p型外延层404。此时，p型外延层404具有约10～30μm的厚度。
如上构成的LED被设计成仅在n型外延层402和p型外延层404的p-n结发光。
此后，把基片401切割成具有矩阵形状的多个块，从而制造多个LED。
因此，当虹膜扫描系统采用该LED时，可更准确地测量对象距离。
同时，根据晶片特性，掺杂离子可以是n型离子和p型离子中的一种。也就是说，当晶片是p型时，掺杂n型离子，当晶片是n型时，掺杂p型离子。
并且，当通过离子注入处理来形成n型外延层402和p型外延层404的p-n结时，通过对用于阻隔离子的掩模进行修改，可形成具有特定形状的发光区域。例如，当掩模形状采用杆形(stick-shape)或心形来设计时，通过掺杂p型离子形成的p型外延层404可采用杆形或心形来形成。结果，可实现一种被设计成用于发光的具有杆形或心形的LED。
(第四实施例)
众所周知，电极应形成为用于驱动表面发射型LED。在本发明中，该电极不形成在外延层502的整个顶表面上，而是形成在顶表面的有限的期望部分上。此处，该有限期望部分表示期望发光区域。
此外，淀积在基片501上的外延层502是通过把n型包层、有源层和p型包层按该顺序进行分层而形成的p-n结层。尽管未在图中示出，然而还可以在基片501和外延层502之间进一步形成缓冲层。
更详细地说，把欧姆性的金属层506淀积在外延层502的顶表面的预定部分上，并且在欧姆性的金属层506上形成接合金属层507。也就是说，欧姆性的金属层506不形成在外延层502的整个顶表面上，而是形成在外延层502的顶表面的预定期望部分上。因此，当在图5所示的部分中观察时，欧姆性的金属层以彼此隔开的多个块的形式出现。
当欧姆性的金属层形成在有限的期望区域上时，电流仅流经形成欧姆金属层506和接合金属层507的区域。也就是说，可把电流控制成使其仅流经期望区域，从而可能仅在期望的区域允许光被发射出来。
此外，为了防止侧向漏光，在外延层502的侧壁和顶表面的外围部分形成采用多层形成的光屏蔽层508。
也就是说，如图5所示，光屏蔽层508由第一隔离层503、反射层504和第二隔离层505构成。第一和第二隔离层503和505采用诸如SiO2那样的绝缘材料来形成，并且反射层504采用诸如TiO2那样的金属材料来形成。
此处，采用诸如TiO2那样的金属材料形成的反射层504可提高在第一和第二隔离层503和505之间的接合力，并且把光屏蔽层508形成得较厚，从而可有效防止从外延层502发射的光在侧向泄漏。
本领域技术人员应该理解，可对本发明进行各种修改和变动。这样，意图是使本发明涵盖对本发明的修改和变动，但条件是，这些修改和变动应在所附权利要求及其等效的范围内。
Claims (28)
1.一种表面发射型发光二极管，包括：
基片；
p-n结层，其设置在基片的一部分上用于发射光；
第一隔离层，其形成在p-n结层的侧壁以及p-n结层的顶表面的除去该顶表面的中心区域以外的外围部分上；
金属层，其形成在第一隔离层上；以及
第二隔离层，其形成在所述金属层上。
2.根据权利要求1所述的表面发射型发光二极管，其中，所述p-n结层是通过对p型包层、有源层和n型包层进行分层来形成的。
3.根据权利要求1所述的表面发射型发光二极管，其中，所述第一隔离层采用氧化物或聚合物来形成。
4.根据权利要求1所述的表面发射型发光二极管，其中，所述第一隔离层淀积成具有厚度λ/4n，这里，λ表示从LED发射的光的波长，n表示隔离层材料的折射率。
5.根据权利要求1所述的表面发射型发光二极管，其中，所述金属层采用从由Au、Ti、Al、Ag和Pt构成的组中所选的一种材料或一种组合来形成。
6.根据权利要求1所述的表面发射型发光二极管，其中，所述第一和第二隔离层采用SiO2形成，并且所述金属层采用TiO2形成。
7.根据权利要求1所述的表面发射型发光二极管，进一步包括：
欧姆性的金属层，其形成在外露的p-n结层的顶表面的预定部分上；以及
接合金属层，其形成在欧姆性的金属层上。
8.根据权利要求7所述的表面发射型发光二极管，其中，所述欧姆性的金属层采用特定形状形成，以便对p-n结层的发光区域进行调整。
9.一种用于制造表面发射型发光二极管的方法，该方法包括以下步骤：
在基片上淀积p-n结层；
对p-n结层和基片进行蚀刻，以便以矩阵形状把p-n结层划分为设置在基片上的多个块；
在p-n结层的侧壁以及p-n结层的顶表面的除去该顶表面的中心区域以外的外围部分上形成隔离层；以及
切割这些块，以便提供多个发光二极管。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述p-n结层是通过对p型包层、有源层和n型包层进行分层来形成的。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述隔离层采用氧化物或聚合物来形成。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述隔离层被淀积成具有λ/4n的厚度，这里，λ表示从LED发射的光的波长，n表示隔离层材料的折射率。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述隔离层是通过剥落处理来形成的。
14.根据权利要求9所述的方法，该方法进一步包括在所述隔离层上形成金属层的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述金属层采用从由Au、Ti、Al、Ag和Pt构成的组中所选的一种材料或一种组合来形成。
16.一种表面发射型发光二极管，包括：
基片；
p-n结层，它用于发光，该p-n结层具有：n型外延层，其设置在基片的一部分上；以及p型外延层，其形成在n型外延层的顶表面的中心区域上；以及
隔离层，其形成在p-n结层的侧壁以及p-n结层的顶表面的除去该顶表面的中心区域以外的外围部分上；
其中仅在不覆盖有隔离层的外延层的一部分上形成所述p型外延层。
17.根据权利要求16所述的表面发射型发光二极管，其中，第一隔离层采用氧化物或聚合物来形成。
18.根据权利要求16所述的表面发射型发光二极管，其中，所述隔离层被淀积成具有λ/4n的厚度，这里，λ表示从LED发射的光的波长，以及n表示隔离层材料的折射率。
19.一种用于制造表面发射型发光二极管的方法，该方法包括以下步骤：
在基片上淀积n型外延层；
蚀刻n型外延层和基片，以便以矩阵形状把n型外延层划分为设置在基片上的多个块；
在n型外延层的侧壁以及n型外延层的顶表面的除去该顶表面的中心区域以外的外围部分上形成隔离层；
通过掺杂p型离子在n型外延层的顶表面上形成p型外延层来形成p-n结；以及
切割这些块，以便提供多个发光二极管。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述隔离层是由氧化物或聚合物来形成的。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述隔离层被淀积成具有λ/4n的厚度，这里，λ表示从LED发射的光的波长，n表示隔离层材料的折射率。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述隔离层是通过剥落处理来形成的。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，通过离子注入处理来掺杂p型离子。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，当通过离子注入处理来掺杂p型离子时，所述隔离层用作阻隔离子的掩模。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，当通过离子注入处理来掺杂p型离子时，通过以特定形状形成的掩模来形成具有特定形状的p型外延层。
26.一种表面发射型发光二极管，包括：
基片；
p-n结层，它用于发光，该p-n结层具有：n型外延层，其设置在基片的一部分上；以及p型外延层，其形成在n型外延层的顶表面的中心区域上；
第一隔离层，其形成在p-n结层的侧壁以及p-n结层的顶表面的除去该顶表面的中心区域以外的外围部分上；
金属层，其形成在第一隔离层上；以及
第二隔离层，其形成在所述金属层上。
27.根据权利要求26所述的表面发射型发光二极管，其中，第一隔离层采用氧化物或聚合物来形成。
28.根据权利要求26所述的表面发射型发光二极管，其中，所述隔离层被淀积成具有λ/4n的厚度，这里，λ表示从LED发射的光的波长，以及n表示隔离层材料的折射率。
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