CN101855737B - 发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施方案，发光器件包括：第一导电型半导体层；在所述第一导电型半导体层上的有源层；在所述有源层上的第二导电型半导体层；和在所述第二导电型半导体层上的光提取层，所述光提取层的折射率小于或等于所述第二导电型半导体层的折射率。

Description

发光器件及其制造方法
技术领域
本公开涉及发光器件及其制造方法。
背景技术
近来，正在对发光二极管(LED)作为发光器件进行积极的研究。
LED包括第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层。当对第一导电型半导体层和第二导电型半导体层供电时，电子和空穴在有源层中复合产生光。
LED用于多种机械、电气和电子设备如显示装置、发光装置、移动通信终端和汽车。
发明内容
技术问题
实施方案提供发光器件及其制造方法。
实施方案还提供改进光提取效率的发光器件及其制造方法。
技术方案
在一个实施方案中，一种发光器件包括：第一导电型半导体层；在所述第一导电型半导体层上的有源层；在所述有源层上的第二导电型半导体层；和在所述第二导电型半导体层上的光提取层，所述光提取层的折射率小于或等于第二导电型半导体层的折射率。
在另一个实施方案中，一种制造发光器件的方法包括：形成第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层；在所述第二导电型半导体层上形成选择性图案化的掩模层；在其上未形成掩模层的第二导电型半导体层上形成光提取层并移除掩模层；围绕光提取层实施划片工艺；和选择性蚀刻第二导电型半导体层、有源层和第一导电型半导体层以向上暴露出第一导电型半导体层的一部分。
结合附图和下文描述对一个或多个实施方案的细节进行说明。其他特性根据说明书和附图以及权利要求书而变得明显。
有益效果
实施方案可提供发光器件及其制造方法。
实施方案可提供改进光提取效率的发光器件及其制造方法。
附图说明
图1是根据第一实施方案的发光二极管的立体图。
图2是根据第一实施方案的发光二极管沿着线I-I’的剖面图。
图3是根据第二实施方案的发光二极管的立体图。
图4是根据第二实施方案的发光二极管沿着线II-II’的剖面图。
图5～10是说明根据一个实施方案制造发光二极管的方法的视图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明公开的实施方案，其中实施例结合附图来说明。
在实施方案的说明中，应理解，当层(或膜)、区域、图案或结构称为在另一衬底、层(或膜)、区域、垫、或图案“上/下”时，其可以直接在所述另一衬底、层(或膜)、区域、垫、或图案上或下，或者也可以存在中间层。关于在各层“上”或“下”的描述基于附图进行。
在图中，为说明清楚起见，可将各个元件的尺寸放大，各个元件的尺寸可以与各个元件的实际尺寸不同。
下面，将参考附图描述发光器件及其制造方法。
图1是根据第一实施方案的发光二极管的立体图。图2是根据第一实施方案的发光二极管沿着线I-I’的剖面图。
参考图1和2，根据第一实施方案的发光二极管可包括：衬底10、缓冲层20、未掺杂的GaN层30、第一导电型半导体层40、有源层50和第二导电型半导体层60。
可在第一导电型半导体层40上形成第一电极层80，可在第二导电型半导体层60上形成第二电极层90。
尽管未示出，但是可以在第二导电型半导体层60上形成掺杂了第一导电型杂质的第三导电型杂质层。
根据第一实施方案的发光二极管可包括其中形成第一电极层80的开口110。开口110可通过选择性移除第二导电型半导体层60、有源层50和第一导电型半导体层40而形成。
第一导电型半导体层40的上侧可以通过开口110暴露，然后可以在第一导电型半导体层40上形成第一电极层80。
尽管未示出，但是第一电极层80和第二电极层90可以与外部电源电连接。另外，可以在第二导电型半导体层60和第二电极层90中间形成欧姆接触层。欧姆接触层可用透明电极形成。
光提取层70可以在第二导电型半导体层60上形成。
光提取层70可以在第二导电型半导体层60的外周部分上形成。因此，光提取层70可设置为围绕开口110和第二导电型半导体层60的暴露部分。
光提取层70可以在第二导电型半导体层60的全部外周部分上形成。
光提取层70的侧表面可以在与第二导电型半导体层60的侧表面相同的垂直平面上形成。
光提取层70可允许来自有源层50的光更有效地发射到外面。
光提取层70可形成为具有沿着第二导电型半导体层60的向上暴露方向倾斜的表面71。倾斜表面71可以以相对于第二导电型半导体层60的上表面约58度至约63度的角度倾斜。
光提取层70可形成为具有小于或等于第二导电型半导体层60的折射率的折射率。例如，第二导电型半导体层60可由GaN形成，并且可具有相对于约450nm的波长的光约2.33的折射率。光提取层70可由AlxGa1-xNy(0≤x ≤1)形成，并且可具有相对于约450nm的波长的光约2.12至约2.33的折射率。光提取层70可由AlGaN形成。
如图1中箭头所示，由于在第二导电型半导体层60上形成折射率小于或等于第二导电型半导体层60的折射率的光提取层70，所以增加了有源层50中产生的光通过第二导电型半导体层60的上表面反射并发射到外面而不再入射到内部的几率。尤其是，光提取层70的倾斜表面71可使得在向上方向更顺利地发光。
尽管未示出，但是可以在第二导电型半导体层60和光提取层70中间形成欧姆接触层。
图3是根据第二实施方案的发光二极管的立体图。图4是根据第二实施方案的发光二极管沿着线II-II’的剖面图。
参考图3和图4，根据第二实施方案的发光二极管可与第一实施方案中描述的发光二极管相似。
但是，一个区别在于根据第一实施方案的发光二极管形成为具有向上暴露第一导电型半导体层40以形成第一电极层80的开口110，而第二实施方案的发光二极管形成为使得图1的开口110在侧表面方向打开。
为此，可选择性移除第二导电型半导体层60、有源层50、第一导电型半导体层40和光提取层70。
第二实施方案的发光二极管具有的优势在于可以更容易实现通过导线将第一电极层80与外部电源电连接的过程。
图5～10是说明根据一个实施方案制造发光二极管的方法的视图。
参考图5，可在衬底10上形成缓冲层20、未掺杂的GaN层30、第一导电型半导体层40、有源层50和第二导电型半导体层60。可在第二导电型半导体层60上形成掩模层100以形成光提取层70。
例如，衬底10可由Al2O3、Si、SiC、GaAs、ZnO和MgO中至少一种形成。
缓冲层20可减少衬底10和在衬底上堆叠的氮化物层之间的晶格常数差，并且可形成为诸如AlInN/GaN、InxGa1-xN/GaN和AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN的材料的堆叠结构。
未掺杂的GaN层30可通过向腔室内注入包括NH3和TMGa的气体而形成。
第一导电型半导体层40可以是掺杂第一导电型杂质的氮化物半导体层。例如，第一导电型杂质可以是n型杂质。第一导电型半导体层40可由包括Si作为n型杂质的GaN层形成。
有源层50可形成为单量子阱结构或多量子阱结构。例如，有源层50可形成InGaN阱层/GaN势垒层的堆叠结构。
第二导电型半导体层60可以是掺杂第二导电型杂质的氮化物半导体层。例如，第二导电型杂质可以是p型杂质。第二导电型半导体层60可由包括Mg作为p型杂质的GaN层形成。
第三导电型半导体层(未示出)可以是掺杂第一导电型杂质的氮化物半导体层。例如，第一导电型杂质可包括n型杂质如Si。
掩模层100可由二氧化硅(SiO2)形成。根据一个实施方案，掩模层100可以图案化以形成光提取层70。
参考图6，在掩模层100形成之后，可在第二导电型半导体层60上形成光提取层70。
光提取层70可由AlxGa1-xNy(0≤x≤1)形成。例如，AlxGa1-xNy可通过在约800℃至约1000℃的温度下供给NH3、TMGa和TMAl而形成。例如光提取层70可由AlGaN形成。
在生长过程中，光提取层70可形成为具有倾斜表面71，以约58度至约63度的角度相对于第二导电型半导体层60的上表面倾斜。
可移除掩模层100，如图7中所示。
参考图8，可在光提取层70周围进行划片工艺。
划片工艺将半导体层分割为小片以产生多个发光器件。如图8中剖面图所示，半导体层可分割为类似立方体的形状，如图1和3所示。
因此，光提取层70可设置在第二导电型半导体层60的周边部分上。光提取层70的侧表面可在与第二导电型半导体层60的侧表面相同的垂直平面上形成。
此处，欧姆接触层(未示出)可在第二导电型半导体层60上形成，然后掩模层100可在欧姆接触层上形成。接着，光提取层70可在欧姆接触层上形成。
或者，在第二导电型半导体层60上形成光提取层70之后，欧姆接触层可以在未形成光提取层70的第二导电型半导体层60上形成。
参考图9，可在图8中描述的第二导电型半导体层60和光提取层70上形成掩模图案(未示出)，然后可选择性蚀刻第二导电型半导体层60、有源层50和第一导电型半导体层40，以形成如图1和2中所述的开口110。
或者，可沿着掩模图案选择性蚀刻光提取层70、第二导电型半导体层60、有源层50和第一导电型半导体层40，以形成图3和4中所述的开口。
参考图10，可在第一导电型半导体层40上形成第一电极层80，然后可在第二导电型半导体层60上形成第二电极层90。
因此，可制造如图1所述的发光二极管。
然后，实施将第一和第二电极层80和90与外部电源通过导线电连接的工艺，并且可以实施在第二导电型半导体层60和光提取层70上形成模制元件的工艺。
虽然已经参考大量说明性实施方案描述了实施方案，但是应理解本领域技术人员可设计很多的其它变化方案和实施方案，这些也将落入本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在说明书、附图和所附的权利要求的范围内，在本发明的组合排列的构件和/或结构中可能具有各种的变化和改变。除构件和/或结构的变化和改变之外，对本领域技术人员而言，可替代的用途也会是显而易见的。
工业应用性
本实施方案可应用于用作光源的发光器件。

Claims (14)

1.一种发光器件，包括：
第一导电型半导体层；
在所述第一导电型半导体层上的有源层；
在所述有源层上的第二导电型半导体层；和
在所述第二导电型半导体层上的光提取层，所述光提取层的折射率小于或等于所述第二导电型半导体层的折射率，所述光提取层在所述第二导电型半导体层的外周部分上形成。
2.根据权利要求1的发光器件，其中所述光提取层包括AlxGa1-xNy(0≤x≤1)。
3.根据权利要求1的发光器件，其中所述光提取层包括AlGaN。
4.根据权利要求1的发光器件，其中所述光提取层形成为沿着所述第二导电型半导体层的外周围绕所述第二导电型半导体层。
5.根据权利要求1的发光器件，其中所述光提取层在其内侧表面上具有倾斜表面。
6.根据权利要求5的发光器件，其中所述倾斜表面相对于所述第二导电型半导体层的上表面以58度至63度的角度倾斜。
7.根据权利要求1的发光器件，其中选择性蚀刻所述第二导电型半导体层、所述有源层和所述第一导电型半导体层以向上暴露出所述第一导电型半导体层的一部分，并且在所述第一导电型半导体层的向上暴露部分上形成第一电极层。
8.根据权利要求1的发光器件，其中选择性蚀刻所述第二导电型半导体层、所述有源层和所述第一导电型半导体层以向上和横向地暴露出所述第一导电型半导体层的一部分，并且在所述第一导电型半导体层的向上和横向暴露部分上形成第一电极层。
9.根据权利要求1的发光器件，其中所述光提取层、所述第二导电型半导体层、所述有源层和所述第一导电型半导体层的侧表面布置在相同垂直面上。
10.根据权利要求1的发光器件，包括在所述第二导电型半导体层上的第二电极层。
11.根据权利要求10的发光器件，包括在所述第二导电型半导体层和所述第二电极层之间的欧姆接触层。
12.根据权利要求1的发光器件，包括在所述第二导电型半导体层上的第三导电型半导体层，所述第三导电型半导体层掺杂有n型杂质。
13.一种制造发光器件的方法，包括：
形成第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层；
在所述第二导电型半导体层上形成选择性图案化的掩模层；
在其上未形成所述掩模层的第二导电型半导体层上形成光提取层，并移除所述掩模层；
围绕所述光提取层进行划片工艺；和
选择性蚀刻所述第二导电型半导体层、所述有源层和所述第一导电型半导体层以向上暴露出所述第一导电型半导体层的一部分。
14.根据权利要求13的方法，其中所述光提取层由AlxGa1-xNy(0≤x≤1)形成。
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