CN102569578A - 半导体发光元件 - Google Patents

半导体发光元件 Download PDF

Info

Publication number
CN102569578A
CN102569578A CN2011102667143A CN201110266714A CN102569578A CN 102569578 A CN102569578 A CN 102569578A CN 2011102667143 A CN2011102667143 A CN 2011102667143A CN 201110266714 A CN201110266714 A CN 201110266714A CN 102569578 A CN102569578 A CN 102569578A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
light
conduction type
support substrates
luminescent layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011102667143A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102569578B (zh
Inventor
山崎宏德
古木胜义
西川幸江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN102569578A publication Critical patent/CN102569578A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102569578B publication Critical patent/CN102569578B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers

Abstract

本发明公开一种半导体发光元件。根据一个实施例，所述半导体发光元件包括发光层、第一导电类型的电流扩散层以及焊盘电极。所述发光层能够发射光。所述电流扩散层具有第一表面和第二表面。所述发光层设置在所述第一表面的一侧。在所述第二表面中包括具有三角形截面形状的凸起结构的光提取表面以及作为晶体生长平面的平坦表面。所述焊盘电极提供在所述平坦表面上。所述凸起结构的一个底角为90度或者更大。

Description

半导体发光元件
本申请基于2010年12月13日递交的在先日本专利申请No.2010-276839并且要求享有该申请的优先权；在此以引用的方式结合该申请的全部内容。
技术领域
在此描述的实施例总体上涉及半导体发光元件。
背景技术
对于在照明设备、显示设备、交通信号等中使用的半导体发光元件而言，需要高的光提取效率(将从发光层发出的光提取到半导体发光元件外侧的效率)。
通过在具有堆叠结构的半导体发光元件中的发光层下方提供反射层，可以增加半导体发光元件的光提取效率。此外，通过在经发光层提供在与反射层相对的一侧上的光提取表面上形成精细的不平坦表面，可以进一步增加光提取效率。然而，利用该不平坦表面难以充分地增加光提取效率。
发明内容
本发明的实施例增加光提取效率。
一般而言，根据一个实施例，一种半导体发光元件包括发光层、第一导电类型的电流扩散层以及焊盘电极。所述发光层能够发射光。所述电流扩散层具有第一表面和第二表面。所述发光层提供在所述第一表面的一侧。在第二表面中包括具有三角形截面形状的凸起结构的光提取表面以及作为晶体生长平面的平坦表面。所述焊盘电极提供在所述平坦表面上。所述凸起结构的一个底角为90度或者更大。
根据本发明的实施例，可以增加光提取效率。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的半导体发光元件的示意性截面图；
图2A是光提取表面的示意性透视图，并且图2B是沿着线K-K提取的具有三角形截面形状的凸起(convex)结构的示意图；
图3A是沿着光提取表面的线K-K(方向DC)提取的截面的SEM照片，图3B是从光提取表面正上方(方向DU)观看的SEM照片，图3C是在前侧DF40上倾斜地沿40度向上方向观看的SEM照片，以及图3D是在横向侧DS40上倾斜地沿40度向上方向观看的SEM照片；
图4A是示出在凸起结构的底角(base angle)均为锐角时光提取方向的示意图，并且图4B是示出在凸起结构的底角为钝角的第一实施例的情况下光提取方向的示意图；
图5是根据第一实施例的变型的半导体发光元件的示意性截面图；
图6A是根据第二实施例的半导体发光元件的凸起结构的截面SEM照片，图6B是在形成凸起结构之前的示意性截面图，图6C是在形成凸起结构部分之后的示意性截面图，以及图6D是在形成柱状部之后的示意性截面图；
图7A是示出根据第三实施例的半导体发光元件的电流扩散层的结构的示意性截面图，图7B是形成凸起结构之后的示意性截面图，以及图7C是形成柱状部之后的示意性截面图；以及
图8A是第三实施例的第一变型，图8B是其第二变型，并且图8C是其第三变型。
具体实施方式
以下，将参照附图描述本发明的实施例。
图1是根据本发明第一实施例的半导体发光元件的示意性截面图。
半导体发光元件提供有焊盘电极42、由半导体制成的第一堆叠结构30、发光层40、由半导体制成的第二堆叠结构20以及支撑衬底10。
在图1中，尽管包括第一堆叠结构30、发光层40和第二堆叠结构20的半导体堆叠结构由以化合物分子式Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤x≤1并且0≤y≤1)表示的InAlGaP基材料制成，但是该材料并不局限于此，并且可以利用以化合物分子式AlxGa1-xAs(0≤x≤1)表示的AlGaAs基材料，以化合物分子式Inx(AlyGa1-y)1-xAszP1-z(0≤x≤1，0≤y≤1并且0≤z≤1)表示的InGaAlAsP基材料，以及以化合物分子式InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1)表示的InGaAlN基材料，或者这些材料的组合制成。
第一堆叠结构30具有第一导电类型并且包括由In0.5Al0.5P制成的覆盖(cladding)层31、电流扩散层32和由GaAs制成的接触层39。尽管在该实施例中第一导电类型为n型，但是本发明并不局限于此。
通过配置发光层40以具有包括由Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤x≤1并且0≤y≤1)制成的阱层和势垒层的MQW(多量子阱)结构，可以增加发射光的内部量子效率并且还可以具有可见光的波长范围。
第二堆叠结构20具有第二导电类型并且提供在发光层40和支撑衬底10之间。第二堆叠结构20按照自支撑衬底10的一侧的顺序包括由GaP，AlGaAs等制成的接触层21、由InGaAlP等制成的中间层24以及由In0.5Al0.5P等制成的覆盖层25。
支撑衬底10包括由Si等制成的衬底11、提供在衬底11的上部中的接合(bonding)金属层12、提供在衬底11的后表面上的下电极18、提供在接合金属层12上的ITO(铟锡氧化物)膜14以及选择性提供在ITO膜14上的由诸如SiO2的绝缘体制成的电流阻挡层15。从发光层40向下发出的光由接合金属层12、电流阻挡层15等反射，并且容易从光提取表面提取该光。
在此，第一堆叠结构30、发光层40和第二堆叠结构20例如通过外延生长技术形成在GaAs衬底上。随后，通过光刻构图，诸如SiO2的绝缘膜形成在接触层12的表面上并且残留在位于焊盘电极42下方的区域中以及作为电流阻挡层15的用于阻挡电流流动的部分中。ITO膜14和诸如Au的金属层12a形成在已构图的介电膜上。表面上具有金属层12a的GaAs衬底侧以及表面上具有包括Au等的金属膜12b的衬底11表面彼此面对，并且加热和加压以将两个衬底接合为一个晶圆(wafer)状态，并且因而，形成接合金属层12。在此，虚线表明接合的界面。
电流扩散层32包括第一表面32a和第二表面并且具有第一导电类型。发光层40提供在电流扩散层32的第一表面32a的一侧。而且，第二表面包括具有许多凸起结构的光提取表面32d以及作为晶体生长平面的表面的平坦表面32b。在此，焊盘电极42经接触层39提供在电流扩散层32的平坦表面32b上。
图2A是从上方倾斜地观看光提取表面的示意性透视图，并且图2B是沿着线K-K提取的示意性截面图。
提供在电流扩散层32上的具有三角形截面形状的凸起结构32c沿着线K-K突出并且具有第一侧表面32e和第二侧表面32f。相对于与作为凸起结构32c的底部的晶体生长平面平行的平面，第一侧表面32e具有角度α并且第二侧表面32f具有角度β。将角度α和角度β定义为凸起结构的“底角”。在第一实施例中，两个底角α和β中的一个为90度或者更大。在图2A和2B所示的实施例中，底角β为90度或者更大。通过适当地使用倾斜衬底并且选择蚀刻方案，可以形成凸起结构32c的这样截面。以下将详细解释其形成方法。
图3A是沿着光提取表面的线K-K(方向DC)的截面的SEM照片，图3B是从光提取表面正上方(方向DU)观看的SEM照片，图3C是在前侧DF40上倾斜地沿40度向上方向观看的SEM照片，并且图3D是在横向侧DS40上倾斜地沿40度向上方向观看的SEM照片。
在图3A到3D中，晶体生长平面从(-100)平面朝向[011]方向倾斜15度。即，图3A示出从图2A的方向DC观看的凸起结构32的截面，并且与图2B的示意性截面图相对应。图3A的截面是(011)平面。而且，图3B示出从光提取表面正上方(方向DU)观看的光提取表面，图3C示出在前侧(DF40)上倾斜地从40度方向观看的凸起结构32c，并且图3D示出就在横向侧(DS40)上倾斜地从40度方向的凸起结构32c。
图4A是示出在底角均具有锐角时光提取方向的示意图，并且图4B是示出在第一实施例的情况下光提取方向的示意图。
在图4A中，来自发光层的发射光g1沿入射角θi1进入凸起结构132的第二侧表面132b。在入射角θi1小于临界角θc时，生成透射光g1t和反射光g1r。在入射角θi1大于临界角θc时，发生全反射。在反射光g1r进入第一侧表面132a并且入射角θi2小于临界角θc时，生成透射光g1rt和反射光g1rr。在入射角θi2大于临界角θc时，由于全反射而变得难以进一步更多地提取发射光。在将没有凸起结构情况下的光提取效率定义为100％时，在提供图4A的凸起结构的情况下光提取效率为130％。在此，在假设电流扩散层32的折射率为3.2并且覆盖发光元件表面的密封层的折射率为1.4时，临界角θc为大致26度。
在图4B中，来自发光层的发射光G1进入凸起结构32c的第一侧表面32d，并且在入射角θi1小于临界角θc时，生成透射光G1t和反射光G1r。在此，在入射角θi1大于临界角θc时，发生全反射。在反射光G1r进入第二侧表面32e并且入射角θi2小于临界角θc时，生成透射光G1rt和反射光G1rr。进而，在反射光G1rr进入第一侧表面32d并且入射角θi3小于临界角θc时，透射出反射光G1rr。
在第一实施例中，由于能够增加凸起结构32c的表面面积，凸起结构32c内反射的数量大于图4A所示的形状的情况，并且因而能够提取更多的发射光。因此，能够增加光提取效率。在具有如图4B所示的凸起结构32c的半导体发光元件中，光提取效率为145％。而且，发明人经过实验已经发现，在将第一侧平面32d的底角α的范围设定为从35度或者更大到45度或者更小的范围时，与具有没有凸起结构的平坦的光提取表面的发光元件的光提取效率相比较，能够将光提取效率增加到150％。
在光提取表面由Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤x≤1并且0≤y≤1)，AlxGa1-xAs(0≤x≤1)，Inx(AlyGa1-y)1-xAszP1-z(0≤x≤1，0≤y≤1并且0≤z≤1)，以及InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1)中的一种制成时，通过设定从{100}平面以10度和20度之间的角度倾斜的晶体生长平面，容易形成具有≥90度底角的凸起结构32c。而且，更加优选的是，将从{100}平面的倾斜方向设定为作为(111)III族平面的A平面方向或者作为(111)V族平面的B平面方向。应注意，{100}平面包括由(100)、(010)、(001)、(-100)、(0-10)或者(00-1)代表的等效平面。
在具有上述这样倾斜角度的晶圆表面上，能够通过使用湿蚀刻方法形成图2B所示的具有≥90度底角的凸起结构32c。它们是所谓的结霜(frost)凹凸结构。与诸如RIE(反应离子蚀刻)的干蚀刻工艺相比较，通过湿蚀刻工艺抑制了晶体降级。因而，利用由湿蚀刻工艺形成的凸起结构，即使在长期操作中也容易保持高亮度。在此，优选的是将凸起结构32c的高度设定为等于或者大于例如20nm等。对于湿蚀刻方案，可以使用例如包含盐酸、乙酸和氢氟酸等的水溶液。
电流扩散层32能够在发光层40的平面中扩散从焊盘电极42注入的载流子。提供在电流扩散层32和焊盘电极42之间的接触层39由GaAs制成。仅在形成凸起结构32c以提供期望的光提取表面32d的区域中从电流扩散层32的第二表面去除接触层39。使用接触层39作为结霜掩模蚀刻电流扩散层32以形成具有凸起结构32c的结霜。在图1中，尽管接触层39保留在焊盘电极42下方，但是焊盘电极42能够通过去除GaAs层而直接形成在平坦的电流扩散层32上。
而且，在具有例如10μm或者更小宽度的窄线(narrow-line)电极提供在焊盘电极42周围时，该窄线电极能够提供在GaAs层上。可选地，能够采用在GaAs层上对窄线电极进行构图并且然后通过使用该窄线电极作为掩模蚀刻GaAs的自对准结构。在这种情况下，可以接近窄线电极附近均匀地形成结霜凹凸结构并且能够进一步更多地增加光提取效率。
图5是根据第一实施例的变型的半导体发光元件的示意性截面图。
半导体发光元件提供有焊盘电极42、由半导体制成的第一堆叠结构30、发光层40、由半导体制成的第二堆叠结构20以及支撑衬底10。
第一堆叠结构30具有第一导电类型并且包括由In0.5Al0.5P制成的覆盖层31、电流扩散层32和由GaAs制成的接触层39。尽管该第一导电类型为n型，但是本发明并不局限于此。通过配置发光层40以具有包括由Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤x≤1并且0≤y≤1)制成的阱层和势垒层的MQW结构，能够增加发射光的内部量子效率并且还能够在可见光范围中任意设定波长。第二堆叠结构20具有第二导电类型，并且在衬底12上形成由In0.5Al0.5P等制成且提供在发光层40和由GaAs制成的衬底12之间的覆盖层25以及作为由InGaAlP，GaAlAs等制成的多层膜并且选择性反射具有来自发光层40的发射光的波长的光的分布式布拉格反射器(DBR)层23。从发光层40向下发出的光由DBR层23反射并且能够从上方提取。而且，衬底12的后表面提供有下电极18。
电流扩散层32包括第一表面32a和第二表面32b，并且具有第一导电类型。发光层40提供在电流扩散层32的第一表面32a一侧。而且第二表面包括具有多个凸起结构的光提取表面32d以及作为晶体生长平面的平坦表面32b。在此，例如经接触层39在电流扩散层32的平坦表面32b上提供焊盘电极42。也可以采取通过在焊盘电极42和接触层39之间提供电流阻挡层而使电流不在焊盘电极42正下方流动的结构。而且在该变型中，对于电流扩散层32的光提取表面，通过形成如图4B所示的凸起结构32c，与不形成凸起结构的情况相比较，能够将光提取效率增加高达145％。而且，发明人通过试验已经发现，在将第一侧平面32d的底角α设定在35度和45度之间时，与具有不具有凸起结构的平坦光提取表面的半导体发光元件相比较，能够将光提取效率增加到150％。在光提取表面由Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤y≤1并且0≤y≤1)制成时，对于衬底12，通过使用从{100}平面以10度和20度之间的角度范围倾斜的GaAs衬底，容易形成凸起结构32c。而且，更加优选的是，将从{100}平面的倾斜方向设定为(111)III族平面方向或者(111)V族平面方向。
图6A是根据第二实施例的半导体发光元件的凸起结构的截面SEM照片，图6B是在形成凸起结构之前的示意性截面图，图6C是在形成凸起结构之后的示意性截面图，并且图6D是在形成柱状部之后的示意性截面图。
电流扩散层32包括第一表面和第二表面并且具有第一导电类型。发光层提供在第一表面侧。在第二表面上，提供有包括柱状部34a、提供在柱状部34a上的凸起结构33a以及提供在柱状部34a周围的底部34b的光提取表面，以及具有晶体生长平面的表面的平坦表面。凸起结构33a的底部表面33b的至少一部分沿横向方向从柱状部34a的侧壁34c突出。在具有如图6A所示的凸起结构33a的半导体发光元件中，光提取效率为140％。从柱状部34a突出的包括凸起结构33a的底部表面33b的头部具有类似键头(keyhead)部的形状并且实现由硅树脂等制成的密封层和电流扩散层32彼此互锁的高粘合强度。在凸起结构33a未提供有具有键形状的头部时，密封层会容易从电流扩散层剥离并且光输出由于光输出方向偏移而降低。
在提供在第一层33中的凸起结构33a的底部，第一侧表面33e和第二侧表面33f相对于与晶体生长平面平行的平面分别具有角度α和β。将角度α和角度β定义为“底角”。
如图6B所示，电流扩散层32包括通过在倾斜衬底上的晶体生长而形成的第一层33，以及第二层34，并且通过Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤x≤1并且0≤y≤1)表示化合物分子式。第一层33具有0.3的Al组分比y。而且，第二层34具有高于第一层33的组分比y的0.7的Al组分比y。假设第一层33的蚀刻速率比第二层34的蚀刻速率大大致五倍。在图6B所示的正在蚀刻的状态下，突出部分33a具有类似锯齿的截面。通过如图6D所示在具有较高蚀刻速率的第二层34中的附加蚀刻来形成柱状部34a，并且在柱状部34a具有自底部34b的底部平面34f的期望高度时完成该蚀刻。按照这种方式，对于电流扩散层32提供具有键形状的凸起结构33a，并且因而可以改善半导体发光元件的表面和密封层之间的粘结性。
在第二实施例中，凸起结构33a和柱状部34a增加光提取表面32d的表面面积以增加光反射的数量，并且因而，能够增加光提取效率。而且，发明人通过试验已经发现，在电流扩散层32的Al组分比y具有0.7的较高值时，能够增加亮度。因此，利用具有0.7的较高Al组分比y的第二层34配置除了凸起结构33a之外的部分。
图7A是示出根据第三实施例的半导体发光元件的电流扩散层的结构的示意性截面图，图7B是在形成凸起结构之后的示意性截面图，并且图7C是形成柱状部之后的示意性截面图。
在第三实施例中，电流扩散层32包括第一层33、第二层34、第三层35和第四层36。第一层33具有0.3的Al组分比y以及600nm的厚度。第二层34具有0.7的Al组分比y以及400nm的厚度。第三层35具有0.3的Al组分比y以及500nm的厚度。而且，第四层36具有0.7的Al组分比y。在此，优选地，第一层33具有600nm±200nm的厚度，第二层34具有400nm±200nm的厚度，并且第三层35具有500nm±200nm的厚度。而且，优选地，第一层33的Al组分比y为0.3±0.15，第二层34的Al组分比y为0.7±0.15，并且第三层35的Al组分比y为0.3±0.15。
首先，如图7B所示，在蚀刻600nm深度之后，在第一层33中形成凸起结构33a。随后，通过附加的蚀刻，由于第二层34的蚀刻速率比第一层33的蚀刻速率高五倍，因此形成具有大致600nm高度的柱状部34a。由于第三层35的蚀刻速率比第二层34的蚀刻速率低大致五分之一，第三层35的表面用作蚀刻停止层，并且因而能够精确而稳定地保持柱状部34a的高度。通过提供具有0.7的高Al组分比y的第四层36，能够提高亮度。
图8A、图8B和图8C分别是第三实施例的第一变型、第二变型和第三变型的光提取表面的示意性截面图。
在图8A中，沿着深度方向，第二层34的Al组分比y从0.3渐增到0.7。结果，柱状部34a在更深的部分中变得更细。因此，改善了密封层和电流扩散层32之间的粘合性。
在图8B中，沿着深度，第二层34的Al组分比y从0.7降低到0.3。结果，柱状部34a沿着深度变得更厚。在这种情况下，光G11进入柱状部34a的侧壁34d后被全反射，并且然后变为自凸起结构33a的输出光G11a。而且，光G13在由侧壁34d全反射之后进入侧壁34e并且生成透射光G13a和反射光。反射光生成输出光G13b以及自侧壁34d的反射光。按照这种方式，重复反射和透射，并且能够增加光提取效率。而且，也能够从第三层35的暴露表面35a输出光G12。
图8C示出具有如第二实施例中的锯齿形状截面的凸起结构33a。即，在凸起结构33a由Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤x≤1并且0≤y≤1)制成时，例如使用从{100}平面以10度和20度之间的角度倾斜的平面作为晶体生长平面。此外，更加优选地，从{100}平面的倾斜角度是(111)III族平面方向或者(111)V族平面方向。
而且，将凸起结构33a的底角β配置为90度或者更大。在发射光中，通过柱状部34a并且进入凸起结构33a的光G10进入第一侧表面33b并且分支为朝向外侧的透射光G10a和反射光。反射光进入第二侧表面33c并且生成透射光G10b和反射光。第二侧表面33c处的反射光再次进入第一侧表面33b并且变为透射光G10c和反射光。从第二侧表面33c提取反射光作为透射光G10d。按照这种方式，反射和透射重复多次并且因而能够增加光提取效率。而且，从柱状部34a内侧进入侧壁的光进入凸起结构33a并且在重复透射和反射之后能够被提取到外侧。因此，与没有凸起结构的情况相比较，能够将光提取效率增加高达145％。进而，发明人通过试验已经发现，在凸起结构33a的另一底角α在35度和45度之间时，与具有没有凸起结构的平坦的光提取表面的发光元件的光提取效率相比较，能够将光提取效率提高到150％。
如上所述，根据第一到第三实施例以及相关变型，可以通过控制凸起结构的形状来提供具有改善的光提取效率的半导体发光元件。这些发光元件能够广泛用于照明设备、显示设备、交通信号等等。
尽管已经描述了一些实施例，但是这些实施例仅作为示例提供，并且并不旨在限制本发明的范围。实际上，可以按照各种其它形式实现在此描述的新颖的实施例；而且，可以在不偏离本发明的精神的情况下对在此描述的实施例的形式做出各种省略、替代和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本发明的范围和精神内的这样的形式或者修改。

Claims (18)

1.一种半导体发光元件，包括：
能够发射光的发光层；
第一导电类型的电流扩散层，所述电流扩散层具有第一表面和第二表面，所述发光层提供在所述第一表面的一侧，所述第二表面包括光提取表面以及作为晶体生长平面的平坦表面，所述光提取表面具有三角形截面形状的凸起结构；以及
提供在所述平坦表面上的焊盘电极，
所述凸起结构的一个底角为90度或者更大。
2.根据权利要求1所述的元件，其中所述晶体生长平面从{100}平面以10度和20度之间的角度倾斜。
3.根据权利要求2所述的元件，还包括：
支撑衬底，所述支撑衬底提供在所述发光层的与所述电流扩散层相对的一侧；
第二导电类型的层，所述第二导电类型的层提供在所述发光层和所述支撑衬底之间；以及
反射层，所述发射层提供在所述支撑衬底和所述第二导电类型的层之间并且反射来自所述发光层的发射光，
从所述光提取表面提取由所述反射层反射的光的一部分。
4.根据权利要求1所述的元件，其中
所述发光层和所述电流扩散层包括由III族元素和V族元素制成的化合物半导体，并且
所述化合物半导体包括Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤x≤1并且0≤y≤1)、AlxGa1-xAs(0≤x≤1)、Inx(AlyGa1-y)1-xAszP1-z(0≤x≤1，0≤y≤1并且0≤z≤1)、以及InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1)中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的元件，其中所述晶体生长平面从{100}平面朝向(111)III族平面或者(111)V族平面倾斜。
6.根据权利要求4所述的元件，还包括：
支撑衬底，所述支撑衬底提供在所述发光层的与所述电流扩散层相对的一侧；
第二导电类型的层，所述第二导电类型的层提供在所述发光层和所述支撑衬底之间；以及
反射层，所述发射层提供在所述支撑衬底和所述第二导电类型的层之间并且反射来自所述发光层的发射光，
从所述光提取表面提取由所述反射层反射的光的一部分。
7.根据权利要求1所述的元件，还包括：
支撑衬底，所述支撑衬底提供在所述发光层的与所述电流扩散层相对的一侧；
第二导电类型的层，所述第二导电类型的层提供在所述发光层和所述支撑衬底之间；以及
反射层，所述发射层提供在所述支撑衬底和所述第二导电类型的层之间并且反射来自所述发光层的发射光，
从所述光提取表面提取由所述反射层反射的光的一部分。
8.根据权利要求1所述的元件，其中所述凸起结构的另一底角在35度和45度之间。
9.一种半导体发光元件，包括：
能够发射光的发光层；
第一导电类型的电流扩散层，所述电流扩散层具有第一表面和第二表面，所述发光层提供在所述第一表面的一侧，所述第二表面包括光提取表面以及作为晶体生长平面的平坦表面，所述光提取表面具有三角形截面形状的凸起结构，所述晶体生长平面的晶体取向从{100}平面以10度和20度之间的角度倾斜；以及
提供在所述平坦表面上的焊盘电极，
所述发光层和所述电流扩散层包括由III族元素和V族元素制成的化合物半导体，并且
所述化合物半导体包括Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤x≤1并且0≤y≤1)、AlxGa1-xAs(0≤x≤1)、Inx(AlyGa1-y)1-xAszP1-z(0≤x≤1，0≤y≤1并且0≤z≤1)、以及InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1)中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的元件，还包括：
支撑衬底，所述支撑衬底提供在所述发光层的与所述电流扩散层相对的一侧；
第二导电类型的层，所述第二导电类型的层提供在所述发光层和所述支撑衬底之间；以及
反射层，所述发射层提供在所述支撑体和所述第二导电类型的层之间并且反射来自所述发光层的发射光，
从所述光提取表面提取由所述反射层反射的光的一部分。
11.根据权利要求9所述的元件，其中所述晶体生长平面从{100}平面朝向(111)III族平面或者(111)V族平面倾斜。
12.根据权利要求10所述的元件，其中所述凸起结构的另一底角在35度和45度之间。
13.一种半导体发光元件，包括：
能够发射光的发光层；
第一导电类型的电流扩散层，所述电流扩散层具有第一表面和第二表面，所述发光层提供在所述第一表面的一侧，所述第二表面包括光提取表面以及作为晶体生长平面的平坦表面，所述光提取表面具有柱状部、提供在所述柱状部上的凸起结构以及提供在所述柱状部周围的底部；以及
提供在所述平坦表面上的焊盘电极，
所述凸起结构的底部的至少一部分从所述柱状部的侧壁突出。
14.根据权利要求13所述的元件，其中所述晶体生长平面从{100}平面以10度和20度之间的角度倾斜。
15.根据权利要求14所述的元件，其中
所述发光层和所述电流扩散层由包括III族元素和V族元素的化合物半导体制成，并且
所述化合物半导体包括Inx(AlyGa1-y)1-xP(0≤x≤1并且0≤y≤1)、AlxGa1-xAs(0≤x≤1)、Inx(AlyGa1-y)1-xAszP1-z(0≤x≤1，0≤y≤1并且0≤z≤1)、以及InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1)中的至少一种。
16.根据权利要求15所述的元件，还包括：
支撑衬底，所述支撑衬底提供在所述发光层的与所述电流扩散层相对的一侧；
第二导电类型的层，所述第二导电类型的层提供在所述发光层和所述支撑衬底之间；以及
反射层，所述发射层提供在所述支撑衬底和所述第二导电类型的层之间并且反射来自所述发光层的发射光，
从所述光提取表面提取由所述反射层反射的光的一部分。
17.根据权利要求15所述的元件，其中所述晶体生长平面从{100}平面朝向(111)III族平面或者(111)V族平面倾斜。
18.根据权利要求17所述的元件，还包括：
支撑衬底，所述支撑衬底提供在所述发光层的与所述电流扩散层相对的一侧；
第二导电类型的层，所述第二导电类型的层提供在所述发光层和所述支撑衬底之间；以及
反射层，所述发射层提供在所述支撑体和所述第二导电类型的层之间并且反射来自所述发光层的发射光，
从所述光提取表面提取由所述反射层反射的光的一部分。
CN201110266714.3A 2010-12-13 2011-09-07 半导体发光元件 Active CN102569578B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010276839A JP5087672B2 (ja) 2010-12-13 2010-12-13 半導体発光素子
JP276839/2010 2010-12-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102569578A true CN102569578A (zh) 2012-07-11
CN102569578B CN102569578B (zh) 2015-11-25

Family

ID=46198454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110266714.3A Active CN102569578B (zh) 2010-12-13 2011-09-07 半导体发光元件

Country Status (4)

Country Link
US (2) US9287448B2 (zh)
JP (1) JP5087672B2 (zh)
CN (1) CN102569578B (zh)
TW (1) TWI463698B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113251331A (zh) * 2016-05-04 2021-08-13 Lg伊诺特有限公司 照明模块

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5087672B2 (ja) * 2010-12-13 2012-12-05 株式会社東芝 半導体発光素子
EP2528114A3 (en) * 2011-05-23 2014-07-09 LG Innotek Co., Ltd. Light emitting device, light emitting device package, and light unit
TWI458122B (zh) 2011-11-23 2014-10-21 Toshiba Kk 半導體發光元件
JP5661660B2 (ja) 2012-02-07 2015-01-28 株式会社東芝 半導体発光素子
JP2014120695A (ja) * 2012-12-19 2014-06-30 Rohm Co Ltd 半導体発光素子
TWI664746B (zh) * 2015-06-17 2019-07-01 晶元光電股份有限公司 半導體發光元件
JP6826395B2 (ja) * 2016-08-26 2021-02-03 ローム株式会社 半導体発光素子
US10833222B2 (en) * 2016-08-26 2020-11-10 The Penn State Research Foundation High light extraction efficiency (LEE) light emitting diode (LED)
JP2018050070A (ja) * 2017-11-21 2018-03-29 ローム株式会社 半導体発光素子
JP7364376B2 (ja) * 2018-10-12 2023-10-18 ローム株式会社 半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法
US11114822B2 (en) * 2019-08-27 2021-09-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical semiconductor element

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1652367A (zh) * 2001-06-25 2005-08-10 株式会社东芝 面发光型半导体发光元件
CN1947270A (zh) * 2004-04-27 2007-04-11 信越半导体株式会社 发光元件的制造方法及发光元件
CN101075652A (zh) * 2006-09-05 2007-11-21 武汉迪源光电科技有限公司 粗化电极用于高亮度正装led芯片和垂直led芯片的制作工艺
CN100481541C (zh) * 2004-04-27 2009-04-22 信越半导体株式会社 发光元件的制造方法及发光元件
JP2010074182A (ja) * 2009-12-17 2010-04-02 Mitsubishi Chemicals Corp 窒化物半導体発光素子
WO2010131680A1 (ja) * 2009-05-13 2010-11-18 株式会社 東芝 パターン形成用樹脂組成物、パターン形成方法、及び発光素子の製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020041431A (ko) * 2000-07-11 2002-06-01 미우라 아키라 면 광원 장치
EP1667241B1 (en) * 2003-08-19 2016-12-07 Nichia Corporation Semiconductor light emitting diode and method of manufacturing the same
US7615798B2 (en) * 2004-03-29 2009-11-10 Nichia Corporation Semiconductor light emitting device having an electrode made of a conductive oxide
JP4835377B2 (ja) 2006-10-20 2011-12-14 日立電線株式会社 半導体発光素子
US7692203B2 (en) 2006-10-20 2010-04-06 Hitachi Cable, Ltd. Semiconductor light emitting device
US8026115B2 (en) 2006-11-17 2011-09-27 3M Innovative Properties Company Optical bonding composition for LED light source
JP2009206265A (ja) 2008-02-27 2009-09-10 Hitachi Cable Ltd 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
JP2010067903A (ja) 2008-09-12 2010-03-25 Toshiba Corp 発光素子
JP2011249510A (ja) 2010-05-26 2011-12-08 Toshiba Corp 発光素子
JP2012028547A (ja) 2010-07-23 2012-02-09 Toshiba Corp 半導体素子およびその製造方法
JP5087672B2 (ja) * 2010-12-13 2012-12-05 株式会社東芝 半導体発光素子

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1652367A (zh) * 2001-06-25 2005-08-10 株式会社东芝 面发光型半导体发光元件
CN1947270A (zh) * 2004-04-27 2007-04-11 信越半导体株式会社 发光元件的制造方法及发光元件
CN100481541C (zh) * 2004-04-27 2009-04-22 信越半导体株式会社 发光元件的制造方法及发光元件
CN101075652A (zh) * 2006-09-05 2007-11-21 武汉迪源光电科技有限公司 粗化电极用于高亮度正装led芯片和垂直led芯片的制作工艺
WO2010131680A1 (ja) * 2009-05-13 2010-11-18 株式会社 東芝 パターン形成用樹脂組成物、パターン形成方法、及び発光素子の製造方法
JP2010074182A (ja) * 2009-12-17 2010-04-02 Mitsubishi Chemicals Corp 窒化物半導体発光素子

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113251331A (zh) * 2016-05-04 2021-08-13 Lg伊诺特有限公司 照明模块
CN113251331B (zh) * 2016-05-04 2023-05-30 Lg伊诺特有限公司 照明模块

Also Published As

Publication number Publication date
US9991418B2 (en) 2018-06-05
JP2012129234A (ja) 2012-07-05
US20120146072A1 (en) 2012-06-14
JP5087672B2 (ja) 2012-12-05
TW201228030A (en) 2012-07-01
US20160149081A1 (en) 2016-05-26
US9287448B2 (en) 2016-03-15
TWI463698B (zh) 2014-12-01
CN102569578B (zh) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102569578A (zh) 半导体发光元件
US7476902B2 (en) Semiconductor light-emitting device with faceted surfaces and interstice
JP7079106B2 (ja) 画像表示素子、及び画像表示素子の製造方法
US8877529B2 (en) Radiation-emitting body and method for producing a radiation-emitting body
CN106816505A (zh) 发光装置和包括其的显示装置
US11289634B2 (en) Image display element
TWI821312B (zh) 包括發光二極體的光電裝置
JP4876319B2 (ja) 表示装置およびその製造方法
KR20230039630A (ko) 반도체 소자, 표시패널, 표시장치 및 표시패널 제조방법
CN107210341A (zh) 高效led以及制造方法
CN103098239B (zh) 高效发光二极管
JP5150367B2 (ja) 発光装置及びその製造方法
CN102315349B (zh) 发光器件及其制造方法
CN104752454B (zh) 发光元件
TWI693725B (zh) 發光元件及發光元件的製造方法
CN114788003A (zh) 形成单片发光二极管前驱体的方法
CN101673787B (zh) 半导体发光装置及其封装结构
US20210020807A1 (en) Semiconductor device
JP4890419B2 (ja) 窒化物半導体発光素子及び製造方法
CN114664981A (zh) 包含微型led的光电子器件的制造方法
CN107681035A (zh) 一种透明导电层及其制作方法、发光二极管
CN105098010A (zh) 半导体发光元件及其制造方法
KR102370021B1 (ko) 나노구조 반도체 발광소자 제조 방법
CN102903832A (zh) 半导体发光装置及其封装结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant