CN101807645A

CN101807645A - 半导体发光器件

Info

Publication number: CN101807645A
Application number: CN201010121577A
Authority: CN
Inventors: 丁焕熙
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2010-02-20
Publication date: 2010-08-18
Also published as: EP2219239B1; US8421098B2; KR20100093342A; EP2219239A2; US20100207151A1; EP2219239A3; KR100992749B1

Abstract

公开了一种半导体发光器件。半导体发光器件包括：包括第一导电半导体层、在第一导电半导体层下的有源层、和在有源层下的第二导电半导体层的发光结构；在发光结构下的沟道层，其中沟道层的内部部分沿发光结构的外周部分设置，沟道层的外部部分延伸到发光结构之外；和发光结构下的第二电极层。

Description

半导体发光器件

技术领域

实施方案涉及半导体发光器件及其制造方法。

背景技术

III～V族氮化物半导体由于它们的物理和化学特性而被广泛用作发光器件如发光二极管(LED)或者激光二极管(LD)的主要材料。例如，III～V族氮化物半导体包括组成式为In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料。

LED是能够利用化合物半导体的特性通过将电信号转化成红外线或光从而发射和接收信号的半导体器件。LED也用作光源。

利用氮化物半导体材料的LED或LD主要用于发光器件以提供光。例如，LED或LD用作各种产品例如移动电话的键盘的发光部分、电子显示板或其他发光器件的光源。

发明内容

实施方案提供一种半导体发光器件及其制造方法，其能够改善发光结构的侧向的光提取角。

实施方案提供一种半导体发光器件及其制造方法，其能够通过在发光结构的外表面上形成粗糙结构来改善在发光结构的侧向发出的光的光提取角。

根据一个实施方案的半导体发光器件包括：包括第一导电半导体层、第一导电半导体层下的有源层和有源层下的第二导电半导体层的发光结构；发光结构下的沟道层，其中沟道层的内部部分沿发光结构的外周部分设置，沟道层的外部部分延伸到发光结构之外；和发光结构下的第二电极层。

根据一个实施方案的半导体发光器件包括：包括第一导电半导体层、第一导电半导体层下的有源层、和有源层下的第二导电半导体层的发光结构；发光结构下的沟道层，其中沟道层的内部部分沿发光结构的外周部分设置，沟道层的外部部分延伸到发光结构之外，在沟道层的顶表面的外部部分上形成的粗糙结构；发光结构上的第一电极层；和发光结构下的第二电极层。

一种制造根据实施方案的半导体发光器件的方法包括：利用多个化合物半导体层形成发光结构；在发光结构的外表面上形成粗糙结构；在发光结构的顶表面的外部部分和粗糙结构上形成沟道层；在沟道层和发光结构上形成第二电极层，通过台面蚀刻移除发光结构的外周部分来暴露沟道层的外部部分。

实施方案可改善侧向的发光效率。

实施方案可改善发光器件的光提取角。

实施方案可改善外部发光效率。

附图说明

图1是显示根据一个实施方案的半导体发光器件的侧截面图；和

图2到9是说明制造根据所述实施方案的半导体发光器件的步骤的视图。

具体实施方式

在实施方案的描述中，应理解，应理解当层(或膜)、区域、图案或者结构称为在衬底、各层(或膜)、区域、垫或者图案“上”或“下”时，其可以直接在所述衬底、各层(或膜)、区域、垫或者图案上或下，或者也可存在一个或更多个中间层。因此，其含义应该根据本公开的精神来判断。参考附图描述层的位置。

附图中所示的每个元件的厚度和尺度可以放大、省略或示意性绘制以清楚说明。元件的尺寸可以不是完全反映实际尺寸。

此后，将参考附图描述实施方案。

图1是显示根据一个实施方案的半导体发光器件侧截面图。

参考图1，根据该实施方案的半导体发光器件100包括发光结构110、具有粗糙结构125的沟道层、第二电极层130和导电支撑构件140。

发光结构110包括第一导电半导体层111、有源层113和第二导电半导体层115。有源层113置于第一导电半导体层111和第二导电半导体层115之间。

第一导电半导体层111可以包括至少一个掺杂有第一导电掺杂剂的半导体层。第一导电半导体层111可以包括III-V族化合物半导体。例如，第一导电半导体层111可以由选自GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的至少一种形成。如果第一导电半导体层111是N型半导体层，则第一导电掺杂剂是N型掺杂剂。例如，N型掺杂剂可选自V族元素。

第一电极119设置在第一导电半导体层111的顶表面上。粗糙结构可以形成在第一导电半导体层111的顶表面的部分或整个区域上。

有源层113形成在第一导电半导体层111下。有源层113具有单量子阱结构或多量子阱结构(MQW)。有源层113可具有由III-V族化合物半导体材料形成的包括阱层和势垒层的堆叠结构.例如，有源层113具有InGaN阱层/GaN势垒层或AlGaN阱层/GaN势垒层的堆叠结构。

有源层113由根据待发出的光的波长的带隙能的材料制成。例如，在波长为460到470nm的蓝光的情况下，有源层113具有包括InGaN阱层/GaN势垒层的单量子阱结构或多量子阱结构。有源层113可包括能够提供可见光波段的光如蓝光、红光和绿光的材料。

导电覆层可形成在有源层113上和/或下。导电覆层可包括AlGaN层。

第二导电半导体层115设置在有源层113下。第二导电半导体层115包括至少一个掺杂有第二导电掺杂剂的半导体层。第二导电半导体层115可包括III-V族化合物半导体。例如，第二导电半导体层115可由选自GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的至少一种形成。如果第二导电半导体层115是P型半导体层，则第二导电掺杂剂是P型掺杂剂。例如，P型掺杂剂可选自III族元素。

第三导电半导体层(未显示)可形成在第二导电半导体层115上。如果第一导电半导体层111是P型半导体层，则第二导电半导体层115是N型半导体层。第三导电半导体层可以掺杂有第一导电掺杂剂。发光结构110可包括N-P结结构、P-N结结构、N-P-N结结构和P-N-P结结构中的一种。

沟道层120和第二电极130在第二导电半导体层115下排列。

沟道层的内部部分(内侧部分)120沿第二导电半导体层115的外周部分设置在第二导电半导体层115下。沟道层的外部部分(外侧部分)120延伸到第二导电半导体层115之外，使得沟道层130在发光结构110的外周区域118处暴露出。

沟道层120可以由具有透光性的导电材料或绝缘材料形成。沟道层120制备为框的形式，并设置在第二导电半导体层115和第二电极层130之间。

沟道层120可包括选自ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO和ATO的导电材料。另外，沟道层120可包括选自SiO₂、SiO_x、SiO_xN_y、Si₃N₄、Al₂O₃和TiO₂的绝缘材料。在沟道层120包含绝缘材料时，第二电极层130和发光结构110之间的间隙可以变宽。另外，沟道层120可改善相对于第二导电半导体层115的粘附性能。

由于在之后进行台面蚀刻时沟道层120通过隔离蚀刻工艺而暴露，所以沟道层120可称为隔离层。另外，由于沟道层120在隔离蚀刻工艺期间作为蚀刻停止层，所以沟道层120可称为蚀刻停止层。

粗糙结构125形成在沟道层120上。粗糙结构125可具有各种截面形状，例如锥形、三角形、多边形、凸透镜形或随机形状。粗糙结构125涉及非平面或非平坦表面。粗糙结构125可包括通过图案化工艺形成的突出结构。粗糙结构125可包括规则地或无规地突出的多个凸起，并可以相对于垂直线倾斜。

如果粗糙结构125由绝缘材料形成，则粗糙结构125可与发光结构110的外表面接触。另外，如果粗糙结构125由导电材料形成，则粗糙结构125与发光结构间隔开预定距离。

沟道层120的粗糙结构125可设置为对应于发光结构110的一侧、两个相反侧或所有的侧面。另外，沟道层120的粗糙结构125可以设置为对应于具有不对称尺寸和形状的发光结构110的两侧(例如，左侧和右侧和/或前侧和后侧)。

沟道层120的粗糙结构125可以突出预定高度D2。例如，预定高度D2为50nm以上。粗糙结构125的顶表面的位置比有源层113的顶表面的位置高。

沟道层120和粗糙结构125可改变在发光结构110的侧向发出的或由第二电极层130反射的光的入射角，从而改善外部发光效率。

第二电极层130形成在第二导电半导体层115和沟道层120下。第二电极层130可由包含选自Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及其组合的至少一种的至少一个层形成。

具有预定图案的欧姆层(未显示)可以形成在第二电极层130和第二导电半导体层115之间。欧姆层可具有矩阵图案、交叉图案、多边形图案或圆形图案。欧姆层可以由选自ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)、IZTO(氧化铟锌锡)、IAZO(氧化铟铝锌)、IGZO(氧化铟镓锌)、IGTO(氧化铟镓锡)、AZO(氧化铝锌)和ATO(氧化锑锡)的至少一种形成。

导电支撑构件140形成在第二电极层130下。导电支撑构件140可以由选自铜、金、和载体晶片(例如，Si、Ge、GaAs、ZnO和SiC)的材料形成。

图2到9是示出制造根据一个实施方案的半导体发光器件的方法的视图。

参考图2，第一导电半导体层111形成在衬底101上，有源层113形成在第一导电半导体层111上。第二导电半导体层115形成在有源层113上。

衬底101可以由选自Al₂O₃、GaN、SiC、ZnO、Si、GaP、InP和GaAs的材料形成。在衬底101上可以形成预定的凸凹图案。可以在衬底101上形成其它的半导体层，比如缓冲层和/或未掺杂的半导体层，而没有限制。

如果第一导电半导体层111是N型半导体层，则第二导电半导体层115是P型半导体层。相反，如果第一导电半导体层111是P型半导体层，则第二导电半导体层115是N型半导体层。在衬底101和第一导电半导体层111之间可以形成其它的半导体层，例如缓冲层和/或未掺杂的半导体层。该半导体层在薄膜生长之后移除或分离。

参考图3，粗糙结构116形成在第二导电半导体层115的顶表面的外部部分上。粗糙结构116沿第二导电半导体层115的外部部分的上部形成预定的深度D2。预定的深度D2为500nm以上。另外，第一导电半导体层111的预定部分可以因粗糙结构116而暴露。

第二导电半导体层115中粗糙结构116的宽度D1必须设定为使得可以实现粗糙结构功能，而对发光区域没有影响。例如，粗糙结构116的宽度D1为

到

粗糙结构116涉及非平坦表面。粗糙结构116可包括通过图案化工艺形成的突出结构。粗糙结构116可以通过干蚀刻第二导电半导体层115形成。在其中具有预定形状的掩模图案已经形成在第二导电半导体层115上的状态下进行干蚀刻。另外，可以在其中已经在第二导电半导体层115上形成无规则层的状态下进行干蚀刻。无规则层可包括光刻胶层或金属层。

粗糙结构116可具有各种截面形状，例如反锥形、多边形、凸透镜形或随机形状。可以规则地或不规则地提供多个粗糙结构116。

粗糙结构116在单个芯片之间的边界区域处形成。例如，粗糙结构116可以设置为对应于发光结构110的一个顶侧、两个相反顶侧或所有顶侧，而没有限制。另外，粗糙结构116可以设置为对应于具有不对称尺寸和形状的发光结构110的两侧(例如，左侧与右侧和/或前侧与后侧)。

参考图3和4，沟道层120形成在第二导电半导体层115的顶表面的外周部分上。沟道层120可以由选自ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO、SiO₂、SiO_x、SiO_xN_y、Si₃N₄、Al₂O₃和TiO₂的材料形成。

沟道层120形成为具有粗糙结构125，粗糙结构125的形状对应于粗糙结构116的形状。粗糙结构125形成在第二导电半导体层115、有源层113和第一导电半导体层111的外周部分上。

沟道层120制备为框的形式并设置在单个芯片的第二导电半导体层115的外周部分上。沟道层120和粗糙结构125可以通过使用相同的材料或两种不同的材料形成。

参考图5和6，第二电极层130形成在沟道层130和第二导电半导体层115上，导电支撑构件140形成在第二电极层130上。

第二电极层130和导电支撑构件140是作为第二电极的导电层。具有预定图案的欧姆层(未显示)可以形成在第二导电半导体层115和第二电极层130之间。

第二电极层130可以由包含选自Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及其组合中的至少一种的至少一个层形成。导电支撑构件140可以通过使用选自铜、金和载体晶片(例如，Si、Ge、GaAs、ZnO和SiC)的材料形成为具有预定厚度。

参考图6和7，设置在第一导电半导体层111下的衬底101通过激光剥离(LLO)技术除去。即，如果具有预定波长的激光照射到衬底101上，则热能集中在衬底101和第一导电半导体层111之间的界面表面上，使得衬底101与第一导电半导体层111分离。衬底101可以通过其它技术除去。例如，如果其它半导体层如缓冲层存在于衬底101和第一导电半导体层111之间，则将湿蚀刻剂注入缓冲层，以移除缓冲层，从而移除衬底101。

在移除衬底101之后，通过ICP/RIE(感应耦合等离子体/反应性离子蚀刻)技术抛光第一导电半导体层111的底表面。

参考图7和8，在移除衬底101之后，进行台面蚀刻以在芯片边界区暴露出沟道层120的外围下部。台面蚀刻可以为干蚀刻或湿蚀刻。

如果沟道层120包括导电材料，则由于沟道层120的欧姆特性导致可以提高发光效率。如果沟道层120包括绝缘材料，则第二电极层130和第二导电半导体层115之间的间隙可变宽。

粗糙结构125沿沟道层120的外部部分下部处的发光结构110的外部部分而暴露。粗糙结构125突出，使得粗糙结构125可以在发光结构110的层叠方向暴露。

具有预定图案的第一电极119可以形成在第一导电半导体层111下。粗糙结构可以形成在第一导电半导体层111的底表面上。在形成第一电极119之前或之后，可以进行切割工艺，以提供单个芯片。

根据实施方案的半导体发光器件110，粗糙结构125在沟道层120的外部部分的下部处在发光结构110的层叠方向上沿发光结构110的外周区域118突出。粗糙结构125可以改变从发光结构110发出的或从形成在沟道层120下的第二电极层130反射的光的入射角，从而提高外部发光效率。

尽管参考多个说明性实施方案描述了一些实施方案，但是应理解本领域技术人员可知道的多个其它变化和实施方案在本公开原理的精神和范围内。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，对象组合布置的构件和/或布置中能够有多种变化和改变。除了构件和/或布置中的变化和改变之外，可替代的用途对于本领域技术人员而言也是明显的。

实施方案可应用于发光器件以提供光。

Claims

1.一种半导体发光器件，包括：

包括第一导电半导体层、在所述第一导电半导体层下的有源层和在所述有源层下的第二导电半导体层的发光结构；

在所述发光结构下的沟道层，其中所述沟道层的内部部分沿所述发光结构的外周部分设置，所述沟道层的外部部分延伸到所述发光结构之外；和

在所述发光结构下的第二电极层。

2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述沟道层包括选自ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO、SiO₂、SiO_x、SiO_xN_y、Si₃N₄、Al₂O₃、和TiO₂的材料。

3.根据权利要求1所述的半导体发光器件，还包括形成在所述沟道层的外部部分上的粗糙结构。

4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述沟道层包括粗糙结构，所述粗糙结构形成在暴露于所述发光结构之外的沟道层的部分上。

5.根据权利要求1所述的半导体发光器件，还包括在所述第二电极层下的导电支撑构件。

6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，还包括在所述发光结构上的第一电极。

7.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其中所述粗糙结构从所述沟道层突出至少50nm。

8.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其中所述粗糙结构具有锥形、多边形和凸起形中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述沟道层包括透光导电材料。

10.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述沟道层包括绝缘材料。

11.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其中所述粗糙结构的顶表面比所述有源层的顶表面高。

12.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述第二电极层包括包含选自Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及其组合的材料的至少一个层。

13.一种半导体发光器件，包括：

在所述发光结构下的沟道层，其中所述沟道层的内部部分沿所述发光结构的外周部分设置，所述沟道层的外部部分延伸到所述发光结构之外，和在所述沟道层的顶表面的外部部分上形成粗糙结构；

在所述发光结构上的第一电极；和

在所述发光结构下的第二电极层。

14.根据权利要求13所述的半导体发光器件，其中所述沟道层包括选自ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO、SiO₂、SiO_x、SiO_xN_y、Si₃N₄、Al₂O₃、和TiO₂的材料。

15.根据权利要求13所述的半导体发光器件，还包括在所述第二电极层下的导电支撑构件。

16.根据权利要求13所述的半导体发光器件，其中所述粗糙结构从所述沟道层突出至少50nm。

17.根据权利要求13所述的半导体发光器件，其中所述粗糙结构具有锥形、多边形和凸起形中的至少一种。

18.根据权利要求13所述的半导体发光器件，其中所述沟道层包括透光的导电材料或绝缘材料。

19.根据权利要求13所述的半导体发光器件，其中所述粗糙结构的顶表面比所述有源层的顶表面高。

20.根据权利要求13所述的半导体发光器件，其中所述第二电极层包括包含选自Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及其组合的材料的至少一个层。