CN103069584A - Uv发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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吴德焕
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Abstract

本发明提供了一种UV发光二极管及其制造方法。UV发光二极管包括：第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，顺序地形成在基底上；电极，形成在第二导电类型半导体层上；以及开口，通过去除第一导电类型半导体层、有源层、第二导电类型半导体层、反射结构和透明电极中的至少部分形成，以穿过所述开口来暴露部分第一导电类型半导体层。在UV发光二极管中，UV光从有源层发射，穿过开口，然后传播到外部。

Description

UV发光二极管及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种紫外发光二极管及其制造方法。更详细地说，本公开涉及一种允许在有源层中产生的UV光被发射穿过通过蚀刻半导体层而形成的图案化部分的UV发光二极管及其制造方法。
背景技术
近年来，利用氮化物半导体的高亮度白色发光二极管作为照明装置备受关注并被认为拥有相当大的经济潜力。有三种用于实现这样的高亮度白色发光二极管的一般方法。
首先，白色发光二极管可以通过结合三种不同颜色的发光二极管来实现，即，红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管。为了使用这种方法制造单个高亮度的白色发光二极管，则必须单独控制这三种发光二极管的发光特性(例如，温度或装置寿命)，因此难于实现白色光源。
其次，白色发光二极管可以通过使用蓝色发光二极管作为光源激发黄色磷光体来实现。通过这种方法制造的白色发光二极管展现出良好的发光效率。但是，由于通过这种方法制造的白色发光二极管的显色指数(CRI)低并根据电流密度变化，因此难于实现可以发射接近日光的光谱的白光的高亮度白色发光二极管。
最后，白色发光二极管可以通过利用UV发光二极管作为光源激发三原色的磷光体来实现。这种方法提供了良好的发光效率和高显色指数，因此使得能够实现可以发射具有接近于日光的光谱的白光的高亮度白色发光二极管。但是，在这种方法中，增加UV发光二极管的效率是一个很重要的问题。
在韩国专利第0608929号(制造III-V族氮化合物半导体紫外发光装置的方法，在2006年7月27日登记)和韩国专利第0709058号(紫外发光装置，在2007年4月12日登记)中公开了与UV发光二极管相关的技术。
已经使用两种方法来提高发光二极管的效率。第一种方法是通过控制晶体质量和外延层结构来增加内部量子效率。第二种方法是通过重视在发光二极管中产生的大量光在被发射到外部过程中损失的事实来增加光提取效率。
发明内容
技术问题
本公开提供了一种在UV波段内展现出优异光学效率的UV发光二极管及其制造方法。
技术方案
根据本公开的一个方面，UV发光二极管包括：第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，顺序地形成在基底上；电极，形成在第二导电类型半导体层上；以及开口，通过去除第一导电类型半导体层、有源层、第二导电类型半导体层和电极中的至少部分形成，以穿过所述开口来暴露部分第一导电类型半导体层，其中，UV光从有源层穿过开口发射到外部。
电极可以包含反射UV光的材料。
电极可以包括形成在第二导电类型半导体层上的透明电极。
透明电极可以包括Ni/Au、ITO、ZnO、SnO、NiO和GaO中的至少一种。
电极还可以包括形成在透明电极上的反射结构。
电极还可以包括形成在透明电极和第二导电类型半导体层之间的反射结构。
反射结构可以包含铝(A1)。
有源层可以包含能够发射峰波长在1nm～400nm范围内的UV光的化合物半导体。
有源层可以具有能够发射峰波长在200nm～350nm范围内的UV光的化合物半导体组成。
开口可以形成为岛的阵列图案、复数线图案或网状图案。
UV发光二极管还可以包括形成在开口的底表面上的反射结构。
形成在开口的底表面上的反射结构可以是分布式布拉格反射器。
根据本公开的另一方面，一种制造UV发光二极管的方法包括：在基底上形成半导体层，所述半导体层包括第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；在第二导电类型半导体层上形成电极；以及通过去除第一导电类型半导体层、有源层、第二导电类型半导体层和电极中的至少部分来形成穿过其暴露部分第一导电类型半导体层的开口，其中，UV光从有源层穿过开口被发射到外部。
电极可包含反射UV光的材料。
电极可包括形成在第二导电类型半导体层上的透明电极。
透明电极可以包括Ni/Au、ITO、ZnO、SnO、NiO和GaO中的至少一种。
电极还可以包括形成在透明电极上的反射结构。
电极还可以包括形成在透明电极和第二导电类型半导体层之间的反射结构。
反射结构可以包含铝(Al)。
所述方法还可以包括在开口的底表面上形成反射结构。
形成在开口的底表面上的反射结构可以是分布式布拉格反射器。
技术效果
根据一个实施例，在发射UV波段中的光的UV发光二极管中，通过蚀刻部分地去除第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，所以通过有源层产生的UV波段中的光发射穿过通过部分地去除第一导电类型半导体层、有源层、第二导电类型半导体层和电极而形成的开口，从而减少通过有源层产生的UV光由于第二导电类型半导体层导致的光学损失。
附图说明
图1是根据本公开的一个示例性实施例的UV发光二极管的侧面剖视图；
图2是根据本公开的另一示例性实施例的UV发光二极管的侧面剖视图；
图3是根据本公开的另一示例性实施例的UV发光二极管的侧面剖视图；
图4至图6是根据本公开的一个示例性实施例的制造UV发光二极管的方法的侧面剖视图。
具体实施方式
将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。通过示出的方式给出了以下实施例以向本领域技术人员提供对本发明的彻底理解。因此，应该理解的是其他实施例基于本公开将是明显的，在不脱离本公开的范围的情况下可以进行系统、工艺或机械的改变。同样地，应该注意到的是，附图不是精确地按照比例绘制的，为清晰地描述附图，夸大了诸如宽度、长度、厚度等的一些尺寸。贯穿说明书和附图，同样的元件用同样的标号来表示。
图1是根据本公开的一个示例性实施例的UV发光二极管的侧面剖视图。
参照图1，根据实施例的UV发光二极管包括在基底51上的包括第一导电类型半导体层55、有源层57、第二导电类型半导体层59的化合物半导体层和电极70。
基底51指的是用于制造氮化物基发光装置的晶片。基底51可以利用但不限于蓝宝石(Al2O3)或碳化硅(SiC)来形成。基底可以是适用于氮化物半导体层在其上生长的诸如硅(Si)、砷化镓(GaAs)或尖晶石的异质基底或者诸如GaN的均质基底。
第一导电类型半导体层55可以是n型氮化物半导体层。通常，第一导电类型半导体层55可以由GaN形成，但不限于此。可选择地，第一导电类型半导体层55可以是(Al、In、Ga)N基的二元(binary)至四元(quaternary)的氮化物半导体。另外，第一导电类型半导体层55可以是单层或多层并包括超晶格层。
有源层57具有能够发射峰波长在1nm～400nm范围内的UV光的化合物半导体组成。在一个实施例中，有源层57可具有能够发射峰波长在200nm～350nm范围内的UV光的化合物半导体组成。有源层57可具有单量子阱结构或多量子阱结构。有源层57由具有Ga1-x-yInxAlyN(0≤x，y≤1，x+y＜1)的组成的化合物半导体层构成。在这种情况下，有源层57的组成可变化以调节峰波长。
第二导电类型半导体层59可以是p型氮化物半导体层。通常，第二导电类型半导体层59可以由GaN形成，但不限于此。可选择地，第二导电类型半导体层59可以是(Al、In、Ga)N基的二元至四元的氮化物半导体。另外，第二导电类型半导体层59可以用Mg作为掺杂剂来形成。
电极70位于第二导电类型半导体层59上。电极70可包含反射有源层57中产生的在UV波段内的光的材料。例如，电极70可包含铝(Al)。电极70可以是透明电极70。即，电极70位于反射结构60上，并由诸如Ni/Au的透明金属层或诸如ITO、ZnO、SnO、NiO和GaO的导电透明层形成。特别地，GaO在UV波段内展现出优异的透射率。电极70可由单层或多层构成。
开口80通过部分地蚀刻第一导电类型半导体层55、有源层57和第二导电类型半导体层59来形成。根据这个实施例，在有源层57中产生的UV光穿过通过部分地去除第一导电类型半导体层55、有源层57和第二导电类型半导体层59形成的开口80发射到外部。
反射结构81形成在开口80的底表面上。因此，当在有源层57中产生的UV光直接朝向开口80的底表面时，UV光可被位于开口80的底表面上的反射结构81反射，然后向上射出。反射结构81可包含从Al、Si、Ti、Ta、Nb、In和Sn中选择的至少一种。另外，反射结构81可通过交替地堆叠从SixOyNz、TixOy、TaxOy和NbxOy中选择的至少两层来形成，反射结构81可以是分布式布拉格反射器(DBR)。分布式布拉格反射器(DBR)可以通过调节交替地堆叠在彼此顶部上的高折射率层和低折射率层的光学厚度来使针对特定波长范围内的光的反射率最大化。因此，通过形成根据在有源层57中产生的光的波长展现最佳化的反射率的分布式布拉格反射器，能够形成针对例如UV光展现高反射率的反射结构81。
同时，电极70可包括形成在第二导电类型半导体层59上的反射结构60和形成在反射结构60上的透明电极61，如图2所示。
反射结构60可由铝(Al)构成。Al在UV波段内(即，1nm～400nm)展现出高反射率。相反，Ag或Au在UV波段内展现出相当低的反射率。此外，反射结构60可由钯(Pd)、铑(Rh)或包括这些元素中的至少一种的金属材料构成。反射结构60反射在有源层57中产生的UV光。因此，由反射结构60反射的UV光可穿过开口80发射到外部。
透明电极61位于反射结构60上，并由诸如Ni/Au的透明金属层或诸如ITO、ZnO、SnO、NiO和GaO的导电透明层形成。特别地，GaO在UV波段内展现出优异的透射率。透明电极61可由单层或多层构成。另外，透明电极61形成在反射结构上以防止反射结构60的氧化，从而它可以保护反射结构60。透明电极61可加强电流扩展。同时，如图3所示，电极70可包括形成在第二导电类型半导体层59上的透明电极61和形成在透明电极61上的反射结构60。
透明电极61位于第二导电类型半导体层59上，并由诸如Ni/Au的透明金属层或诸如ITO、ZnO、SnO、NiO和GaO的导电透明层形成。特别地，GaO在UV波段内展现出优异的透射率。透明电极61可由单层或多层构成。另外，透明电极61形成在反射结构60和第二导电类型半导体层59之间以加强与第二导电半导体的欧姆特性，并加强电流扩展。
反射结构60形成在透明电极61上，并由铝(Al)构成。Al在UV波段内(即，1nm～400nm)展现出高反射率。相反，Ag或Au在UV波段内展现出相当低的反射率。另外，反射结构60可由钯(Pd)、铑(Rh)或包含这些元素中的至少一种的金属材料构成。反射结构60反射在有源层57中产生的UV光。因此，由反射结构60反射的UV光可穿过开口80发射到外部。
图4至图6是制造如图1所示的根据一个示例性实施例的UV发光二极管的方法的侧面剖视图。
参照图4，在基底51上形成化合物半导体层。基底51可以是蓝宝石基底，但不限于此。例如，基底51可以从其他异质基底中选择。这里，化合物半导体层包括第一导电类型半导体层55、有源层57和第二导电类型半导体层59。化合物半导体层是III-V族化合物半导体层，并可通过诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)等的工艺来生长。术语第一导电类型和第二导电类型分别表示N型和P型，反之亦然。
同时，可在形成化合物半导体层之前形成缓冲层53。采用缓冲层53来减少基底51和化合物半导体层之间的晶格失配。通常，缓冲层可以是GaN基材料层。
参照图5，通过沉积将电极70形成在第二导电类型半导体层59上。电极70可以是透明电极，即诸如Ni/Au的透明金属层或诸如ITO、ZnO、SnO、NiO和GaO的导电透明层。特别地，GaO在UV波段内展现出优异的透射率。
参照图6，在沉积电极70之后，通过光刻法部分地蚀刻电极70、第二导电类型半导体层59、有源层57和第一导电类型半导体层55来形成开口80的图案，使得第一导电类型半导体层55通过开口80被部分地暴露。在这种情况下，开口80可以形成为岛的阵列图案、复数线图案或网状图案。这里，根据光提取效率可适当地调节由通过蚀刻形成的开口80所占据的区域与没有经过蚀刻的区域的比。
在通过蚀刻电极70、第二导电类型半导体层59、有源层57和第一导电类型半导体层55形成开口80之后，通过沉积在开口80的底表面上形成反射结构81，从而提供如图1所示的UV发光二极管。然后，在第一导电类型半导体层55的暴露部分上形成下电极(未示出)。反射结构81可包含从Al、Si、Ti、Ta、Nb、In和Sn中选择的至少一种元素。另外，可通过交替地堆叠从SixOyNz、TixOy、TaxOy和NbxOy中选择的至少两层来形成反射结构81，反射结构81可以是分布式布拉格反射器(DBR)。分布式布拉格反射器(DBR)可以通过调节交替地堆叠在彼此顶部上的高折射率层和低折射率层的光学厚度来将针对特定波长范围内的光的反射率最大化。因此，通过形成根据在有源层57中产生的光的波长展现最佳化的反射率的分布式布拉格反射器，能够形成针对例如UV光展现高反射率的反射结构81。
尽管在本公开中已经描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，仅通过示出的方式给出了这些实施例，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种修改、变形和改变。本公开的范围应该仅通过权利要求及其等同物限制。

Claims (19)

1.一种UV发光二极管，所述UV发光二极管包括：
第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，顺序地形成在基底上；
电极，形成在第二导电类型半导体层上；以及
开口，通过去除第一导电类型半导体层、有源层、第二导电类型半导体层和电极中的至少部分形成，以穿过所述开口来暴露部分第一导电类型半导体层，
其中，UV光从有源层穿过所述开口发射到外部。
2.如权利要求1所述的UV发光二极管，其中，所述电极包含反射UV光的材料。
3.如权利要求1所述的UV发光二极管，其中，所述电极包括形成在第二导电类型半导体层上的透明电极。
4.如权利要求1所述的UV发光二极管，其中，所述透明电极包括Ni/Au、ITO、ZnO、SnO、NiO和GaO中的至少一种。
5.如权利要求1所述的UV发光二极管，其中，所述电极还包括形成在所述透明电极上的反射结构。
6.如权利要求1所述的UV发光二极管，其中，所述电极包括形成在所述透明电极和第二导电类型半导体层之间的反射结构。
7.如权利要求5或权利要求6所述的UV发光二极管，其中，反射结构包含铝。
8.如权利要求1所述的UV发光二极管，其中，有源层具有能够发射峰波长在1nm～400nm范围内的UV光的化合物半导体组成。
9.如权利要求8所述的UV发光二极管，其中，有源层具有能够发射峰波长在200nm～350nm范围内的UV光的化合物半导体组成。
10.如权利要求1所述的UV发光二极管，其中，所述开口可形成为岛的阵列图案、复数线图案或网状图案。
11.如权利要求1所述的UV发光二极管，所述UV发光二极管还包括形成在所述开口的底表面上的反射结构。
12.如权利要求11所述的UV发光二极管，其中，形成在所述开口的底表面上的反射结构是分布式布拉格反射器。
13.一种制造UV发光二极管的方法，所述方法包括：
在基底上形成半导体层，所述半导体层包括第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；
在第二导电类型半导体层上形成电极；以及
通过去除第一导电类型半导体层、有源层、第二导电类型半导体层和电极中的至少部分来形成穿过其暴露部分第一导电类型半导体层的开口，
其中，UV光从有源层穿过所述开口被发射到外部。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述电极包含反射UV光的材料。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述电极包括形成在第二导电类型半导体层上的透明电极。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述电极还包括形成在所述透明电极上的反射结构。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述电极包括形成在透明电极和第二导电类型半导体层之间的反射结构。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述透明电极包括Ni/Au、ITO、ZnO、SnO、NiO和GaO中的至少一种。
19.如权利要求13所述的方法，所述方法还包括在所述开口的底表面上形成反射结构。
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