CN103354956A - 具有光子晶体结构的发光二极管及其制造方法 - Google Patents
具有光子晶体结构的发光二极管及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103354956A CN103354956A CN2012800083747A CN201280008374A CN103354956A CN 103354956 A CN103354956 A CN 103354956A CN 2012800083747 A CN2012800083747 A CN 2012800083747A CN 201280008374 A CN201280008374 A CN 201280008374A CN 103354956 A CN103354956 A CN 103354956A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- layer
- light
- pattern
- emitting diode
- 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
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 title abstract 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 108
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 42
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 25
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 20
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 12
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 9
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004049 embossing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 173
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 21
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 21
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003124 biologic agent Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen(.) Chemical compound [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003016 phosphoric acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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 having potential barriers 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
- H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers 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 within the light emitting region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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 having potential barriers 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers 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 light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0083—Periodic patterns for optical field-shaping in or on the semiconductor body or semiconductor body package, e.g. photonic bandgap structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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 having potential barriers 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
公开了一种具有光子晶体结构的发光二极管（LED）及其制造方法。所述LED包括：支撑基底；下半导体层，位于支撑基底上；上半导体层，位于下半导体层之上；活性区域，位于下半导体层和上半导体层之间；光子晶体结构，嵌入在下半导体层中。光子晶体结构可以防止朝支撑基底行进的光的损失并提高光提取效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管（LED）及其制造方法，更具体地说，涉及一种具有光子晶体结构的LED及其制造方法。
背景技术
GaN基发光二极管（LED）被广泛地用于显示元件和背光。此外，与传统的灯泡或荧光灯相比，这些LED具有较低的电能消耗和较长的寿命，从而它们的应用领域已经扩大到一般照明而代替传统的白炽灯和荧光灯。近来，已经开发出用于发射具有365nm或更短的波长的深紫外（DUV）光的DUVLED。DUV LED可以被广泛地应用于空气和水的消毒、表面污染物的去除、诸如生物剂检测器的光传感器、聚合物的UV固化、医学分析设备等。
通常，DUV LED具有下述结构：包括含有Al的GaN基阱层的多量子阱结构介于n型AlGaN层和p型AlGaN层之间，以发射短波长的光。同时，由于AlGaN层通常并不与金属欧姆接触，因此采用具有少量Al的四元AlInGaN或GaN的p型接触层。然而，由于p型接触层不是足够的透明以使DUV光透过，因此采用倒装芯片键合技术，使得UV光可以发射穿过透明基底。
由于在多量子阱结构中发射的大量的光在p型接触层中被吸收，因此DUV LED的光效率非常低。
发明内容
技术问题
因此，本发明被构思为解决上述问题。本发明的目的在于提供一种发光二极管（LED）及其制造方法，由此能够减小LED内的光的损失。
本发明的另一目的在于提供一种LED及其制造方法，适于提高DUVLED的光效率。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种发光二极管（LED），所述发光二极管（LED）包括：支撑基底；下半导体层，位于支撑基底上；上半导体层，位于下半导体层之上；活性区域，位于下半导体层和上半导体层之间；光子晶体结构，嵌入在下半导体层中。光子晶体结构可以防止朝支撑基底行进的光的损失，由此提高光提取效率。
下半导体层可以包括p型接触层，上半导体层可以包括n型接触层。活性区域可以包括AlGaN阱层，p型接触层可以是p型GaN层或p型AlInGaN层。LED可以通过AlGaN阱层发射具有240nm到365nm的波长的DUV光。根据本发明，光子晶体结构可以防止光由于p型接触层被吸收和损失，由此显著地提高光效率。此外，由于光子晶体结构嵌入在下半导体层中，因此可以在整个下半导体层的宽广的区域形成欧姆接触。
光子晶体结构可以包括沿支撑基底的表面排列的空隙的图案。每个空隙的宽度和高度可以在50nm到200nm的范围内，两个相邻的空隙之间的距离可以在50nm到1um的范围内。
下半导体层可以包括位于空隙和活性区域之间的至少一层AlGaN层。至少一层AlGaN层防止空隙到达活性区域。
下半导体层还可以包括位于空隙和支撑基底之间的p型接触层，以覆盖空隙。
在一些实施例中，上半导体层可以具有粗糙的表面。上半导体层可以包括凹入的图案。粗糙的表面不仅可以形成在凹入的外部，还可以形成在凹入的内部，因此，可以更大地提高通过上半导体层的表面的光提取效率。此外，上半导体层可以包括n型AlGaN层，粗糙的表面可以形成在n型AlGaN层的表面上。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造LED的方法，所述方法包括下述步骤：在生长基底上形成第一导电半导体层、活性区域和第二导电半导体层；通过局部地图案化第二导电半导体层形成空隙的图案；形成第二导电接触层，以覆盖空隙的图案；在第二导电接触层上形成欧姆接触层；在欧姆接触层上形成支撑基底；去除生长基底并暴露第一导电半导体层。由空隙的图案提供光子晶体结构，因此可以制造具有在支撑基底和活性区域之间的嵌入在下半导体层中的光子晶体结构。
在一些实施例中，形成空隙的图案的步骤可以包括：使用纳米压印技术在第二导电半导体层上形成光致抗蚀剂图案；使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模局部地蚀刻第二导电半导体层。
在其它实施例中，形成空隙的图案的步骤可以包括：在第二导电半导体层上形成金属图案；通过在金属图案和第二导电半导体层之间执行反应在金属图案之下对应于金属图案形成空隙的图案；去除剩余的金属图案。
金属图案可以包括从由Ta、Ti和Cr组成的组中选择的至少一种金属材料。这些金属材料与GaN基半导体层反应，从而空隙形成在半导体层中。
第二导电半导体层的最上层可以是p型AlGaN层、p型GaN层或p型AlInGaN层。
在一些实施例中，所述方法还可以包括在暴露的第一导电半导体层上形成粗糙的表面。因此，可以提高在活性区域中产生的光的提取效率。所述方法还可以包括在形成粗糙的表面之前通过图案化暴露的第一导电半导体层形成凹入的图案。因此，粗糙的表面形成在凹入的外部和内部，从而可以更大地提高光提取效率。
第一导电半导体层可以包括n型AlGaN层，粗糙的表面可以形成在n型AlGaN层上。
本发明的有益效果
根据本发明，形成了嵌入在支撑基底和活性区域之间的下半导体基底中的光子晶体结构，从而可以防止光在下半导体层中损失，由此提高光效率。具体地说，DUV LED可以防止大量的光因p型接触层而损失，由此提供高效率的DUV LED。此外，由于光子晶体结构嵌入在下半导体层中，因此欧姆接触可以形成在整个p型接触层的宽的区域。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的发光二极管（LED）的截面图。
图2a到图2g是示出根据本发明另一实施例的制造LED的方法的截面图。
图3a到图3d是示出根据本发明又一实施例的制造LED的方法的截面图。
图4是示出光子晶体结构的示意性平面图。
图5是示出根据本发明又一实施例的LED的截面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。提供下面的实施例仅出于说明性的目的，使得本领域技术人员可以完整地理解本发明的精神。因此，本发明不限于下面的实施例，而是可以以其它形式实施。在附图中，为了便于说明，夸大了元件的宽度、长度、厚度等。在整个说明书和附图中，相同的标号指示相同的元件。
图1是示出根据本发明实施例的发光二极管（LED）的截面图。
参照图1，LED包括支撑基底51、下半导体层29、31和35、活性区域27、上半导体层25以及光子晶体结构33v。LED还可以包括欧姆接触层37、保护层39、结合金属53和上电极57。
支撑基底51与用于生长化合物半导体层的生长基底不同，支撑基底51是附着到先前生长的化合物半导体层的基底。虽然支撑基底51可以是蓝宝石基底，但是本发明不限于此，支撑基底可以是另一种绝缘基底或导电基底。
活性区域27可以由III-N-基化合物半导体（例如，(Al,Ga,In)N半导体）形成，活性区域27可以具有包括例如AlGaN阱层和AlGaN垒层的多量子阱结构或者单量子阱结构。具体地说，活性区域27可以包括AlGaN阱层，以发射深紫外（DUV）光。
同时，下半导体层位于活性区域27和支撑基底51之间，并且可以由多层组成。在本实施例中，下半导体层可以是掺杂有Mg的p型半导体层，并且可以包括p型接触层35、p型覆层31和电子阻挡层29。这里，电子阻挡层29和p型覆层31由具有带隙的半导体层形成，从活性区域27发射的光可以通过带隙透射，电子阻挡层29和p型覆层31可以是例如AlGaN层。p型接触层35可以是具有少量Al的GaN层或AlInGaN层，从而欧姆接触层37可以与p型接触层35欧姆接触。p型接触层35可以形成为具有大约200nm或更小的厚度。在本实施例中，下半导体层不限于上述的p型半导体层，下半导体层还可以包括其它功能层（未示出）。
同时，光子晶体结构包括沿支撑基底51的表面布置的空隙（void）33v的图案。提供了折射率通过空隙33v规律地变化的光子晶体结构。在下文中，将描述作为光子晶体结构33v的空隙33v的图案。
光子晶体结构33v嵌入在下半导体层中。即，光子晶体结构33v位于下半导体层内。如该图中所示，光子晶体结构33v可以形成在p型AlGaN层31中，并且可以利用p型接触层35覆盖。因此，光子晶体结构可以设置在p型接触层35和p型覆层31之间的界面附近。
如图4中所示，空隙33v可以按等边三角形的形状布置，但是本发明不限于此。即，空隙可以按各种形状（诸如正方形）规则地布置。每个空隙33v的宽度和高度小于在活性区域27中产生的光的波长的大约1/2，每个空隙33v的宽度和高度可以在例如从50nm到200nm的范围内。同时，两个相邻的空隙33v之间的距离Sp可以在从50nm到1um的范围内。
光子晶体结构33v形成在活性区域27中，然后反射朝支撑基底51行进的光。光子晶体结构还使得在半导体层内部引导的光朝着上半导体层25照射。
同时，上半导体层25位于活性区域27上。上半导体层25包括n型接触层25，还可以包括其它功能层（未示出）。n型接触层25可以例如是掺杂有Si的n型AlGaN层。上半导体层25的整体厚度可以是大约2um到4um。
上半导体层25的顶表面R可以形成为被粗糙化。凹入55a的图案还可以形成在上半导体层25的表面上，粗糙的表面R可以形成在凹入55a的内部和外部。上电极57可以位于上半导体层25上。
同时，欧姆接触层37与p型接触层35形成欧姆接触。欧姆接触层可以包括例如Ni/Au。欧姆接触层37还可以包括反射层，例如，Al层。此外，保护层39可以覆盖欧姆接触层37，以保护欧姆接触层37。保护层39可以例如由诸如Ni的金属层形成。同时，支撑基底51可以通过可以由例如AuSn制成的结合金属53结合到下半导体层（例如，保护层39）的一侧。
根据本实施例，光子晶体结构33v嵌入在下半导体层内，从而可以减小吸收到或损失于p型接触层35中的光，由此提高LED的光效率。具体地说，在DUV LED的情况下，因p型接触层35引起的光损失相当的大，从而如上所述的LED可以特别适于提高DUV LED的光效率。
同时，在本实施例中，如果支撑基底51是导电基底，则支撑基底51可以用作下电极，或者下电极可以形成在支撑基底51下面。另一方面，如果支撑基底51是绝缘基底，则下电极形成在支撑基底51上面，以电连接到欧姆接触层37。
图2a到图2g是示出根据本发明另一实施例的制造LED的方法的截面图。
参照图2a，在生长基底21上形成包括第一导电半导体层25、活性区域27和第二导电半导体层的外延层。第一导电半导体层25可以包括例如n型接触层25，第二导电半导体层可以包括电子阻挡层29和p型覆层31。
生长基底21不被具体地限制，只要GaN基半导体层可以在生长基底21上生长即可。生长基底可以是由例如由蓝宝石、SiC、尖晶石、Si、GaN、GaO、ZnO等制成的基底。
活性区域的组分可以根据光的所需波长来控制。例如，活性区域可以包括用于发射DUV光的AlGaN阱层。第一导电半导体层25可以包括n型AlGaN接触层，电子阻挡层29和p型覆层31可以由掺杂有Mg的AlGaN层形成。可以使用金属有机化学气相沉积（MOCVD）或分子束外延（MBE）技术形成外延层。
可以在第一导电半导体层25形成在生长基底上之前形成缓冲层23。缓冲层23可以由例如AlN形成。此外，可以在缓冲层23上形成超晶格结构的应变控制层（未示出）。
参照图2b，在第二导电半导体层中形成空隙33v的图案，例如，在p型覆层31中形成空隙33v的图案。可以通过使用纳米压印技术在p型覆层31上形成光致抗蚀剂图案并且使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模局部地蚀刻p型覆层31来形成空隙33v。例如，可以使用磷酸类溶液通过湿法蚀刻来蚀刻p型覆层31。在完成蚀刻之后，去除光致抗蚀剂图案。空隙33v可以局部地形成在p型覆层31中，以防止在形成空隙33v时活性区域27被损坏。虽然空隙33v可以以如图4中所示出的等边三角形的形状布置，但是本发明不限于此。即，空隙可以以诸如正方形的各种形状规则地布置。
参照图2c，在形成空隙33v的图案之后，通过再生长半导体层形成用于覆盖空隙的图案的第二导电接触层35。利用可以与金属形成欧姆接触的半导体层形成第二导电接触层35，其中，可以由例如p型GaN或p型AlInGaN形成第二导电接触层35。
参照图2d，在第二导电接触层35上形成欧姆接触层37和保护层39，并且通过结合金属53将支撑基底51结合到保护层。
欧姆接触层37可以由Ni/Au形成，欧姆接触层37可以包括诸如Al的反射层。保护层39形成为保护欧姆接触层37不受结合金属的影响，保护层39可以由例如Ni形成。结合金属53用于将基底51结合到保护层，结合金属53可以由AuSn形成。
参照图2e，在将支撑基底51结合到保护层之后，去除生长基底21，第一导电半导体层25（即，n型接触层25）被暴露。
可以使用激光剥离（LLO）、使用利用金属缓冲层（诸如ZnO、ZrN、TiN、CrN或NbN）的化学剥离（CLO）或者使用利用热膨胀系数不同的基底分离技术去除生长基底21。可选择地，可以通过蚀刻基底或抛光基底来去除生长基底。
在去除生长基底21之后，还去除缓冲层23，使得n型接触层25的表面被暴露。
参照图2f，可以在暴露的n型接触层25上形成用于限定凹入区域的光致抗蚀剂图案55。接下来，如图2g中所示，使用光致抗蚀剂图案55作为蚀刻掩模局部地蚀刻n型接触层25，由此形成凹入55a。
接下来，可以使用诸如光电化学（PEC）湿法蚀刻的各向异性湿法蚀刻将其中形成有凹入55a的n型接触层25的表面R形成为被粗糙化。在n型接触层25上形成上电极57，由此完成图1中所示出的LED。
图3a到图3d是示出根据本发明又一实施例的制造LED的方法的截面图。这里，公开了另一种形成空隙33v的方法。
参照图3a，如参照图2a所描述的，在生长基底21上形成第一导电半导体层、活性区域27和第二导电半导体层。接下来，在第二导电半导体层（例如，p型AlGaN层31）上形成金属图案61。金属图案61由与GaN基半导体层反应而形成氮化物的金属形成。金属图案可以由例如包含从由Ta、Ti和Cr组成的组中选择的至少一种金属材料的金属或它们的合金形成。
参照图3b，在形成金属图案61之后，生长GaN层或AlInGaN层35a。例如，可以通过下述步骤生长p型层35a：将生长基底21装载到反应室中，将生长基底21的温度升高到用于生长GaN基半导体层的温度，然后将诸如NH3的氮源气体注入到反应室中。此时，通过金属图案61和p型覆层31中的氮之间的反应形成金属氮化物。由于金属氮化物在大约900℃或更高的温度下不稳定，因此金属氮化物被蒸发成气体。因此，在金属图案61下方形成空隙33。同时，在p型覆层31中已分解的Ga等与NH3气体反应，由此形成p型层35a。因此，可以在不供应诸如TMG的Ga源的情况下形成p型层35a。
在使金属图案61从其暴露的p型覆层31上生长p型层35a，以覆盖金属图案61的侧表面。p型层35a还可以覆盖金属图案61的顶表面的一部分。
参照图3c，在形成空隙33v之后，去除剩余的金属图案61。可以使用紫外清洁技术去除金属图案61。可选择地，可以在可以溶解金属图案61而不会溶解GaN基半导体层的溶液中使用超声清洁技术去除金属图案61。在这种情况下，溶液可以是例如水、盐酸、水和盐酸、硫酸、水和硫酸、硝酸、水和硝酸、氢氟酸、水和氢氟酸、水和氢氧化钠、水和氢氧化钾（水的组分比为0到90%）等。
参照图3d，形成p型接触层35b，以覆盖空隙33v。p型接触层35b可以利用GaN层或AlInGaN层形成，并且可以由与p型层35a相同的材料形成。
接下来，执行如参照图2d到图2g所描述的工艺，由此完成LED。
根据本实施例，由于使用金属图案61来形成空隙33v，因此空隙33v的图案可以被精确地形成，并且不必须使用湿法蚀刻来蚀刻半导体层。
图5是示出根据本发明又一实施例的LED的截面图。
参照图5，根据本实施例的LED基本上与参照图1描述的LED相同。然而，根据本实施例的LED与参照图1描述的LED的不同之处在于，空隙33v不是形成在p型覆层31（即，p型AlGaN层）中，而是形成在p型GaN层32中。虽然空隙33v可以与p型AlGaN层31接触，但是本发明不限于此，p型GaN层32的一部分可以位于p型AlGaN层31和空隙33v之间。
如参照图2b或图3b所描述的，根据本实施例的空隙33v可以通过如下工艺形成：在p型覆层31上形成p型GaN层32，然后在p型GaN层32中形成空隙33v。
根据本实施例，空隙形成在p型GaN层32中，而没有损坏传统的p型覆层31，由此使制造LED的工艺稳定。
虽然已经结合优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对此进行各种修改和变形。
Claims (19)
1.一种发光二极管，包括：
支撑基底；
下半导体层，位于支撑基底上；
上半导体层，位于下半导体层之上；
活性区域，位于下半导体层和上半导体层之间；
光子晶体结构，嵌入在下半导体层中。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中，下半导体层包括p型接触层，上半导体层包括n型接触层。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其中，活性区域包括AlGaN阱层，p型接触层是p型GaN层或p型AlInGaN层。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其中，光子晶体结构包括沿支撑基底的表面排列的空隙的图案。
5.如权利要求4所述的发光二极管，其中，每个空隙的宽度和高度在50nm到200nm的范围内，两个相邻的空隙之间的距离在50nm到1um的范围内。
6.如权利要求4所述的发光二极管，其中，下半导体层包括位于空隙和活性区域之间的至少一层AlGaN层。
7.如权利要求6所述的发光二极管，其中，下半导体层还包括位于空隙和支撑基底之间的p型接触层，以覆盖空隙。
8.如权利要求1所述的发光二极管，其中，上半导体层包括粗糙的表面。
9.如权利要求8所述的发光二极管，其中，上半导体层包括凹入的图案。
10.如权利要求8所述的发光二极管，其中，上半导体层包括n型AlGaN层，粗糙的表面形成在n型AlGaN层的表面上。
11.一种制造发光二极管的方法，所述方法包括下述步骤：
在生长基底上形成第一导电半导体层、活性区域和第二导电半导体层；
通过局部地图案化第二导电半导体层形成空隙的图案；
形成第二导电接触层，以覆盖空隙的图案；
在第二导电接触层上形成欧姆接触层；
在欧姆接触层上形成支撑基底；
去除生长基底并暴露第一导电半导体层。
12.如权利要求11所述的方法，其中，形成空隙的图案的步骤包括：
使用纳米压印技术在第二导电半导体层上形成光致抗蚀剂图案；
使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模局部地蚀刻第二导电半导体层。
13.如权利要求11所述的方法，其中，形成空隙的图案的步骤包括：
在第二导电半导体层上形成金属图案；
通过在金属图案和第二导电半导体层之间执行反应在金属图案之下对应于金属图案形成空隙的图案；
去除剩余的金属图案。
14.如权利要求13所述的方法，其中，金属图案包括从由Ta、Ti和Cr组成的组中选择的至少一种金属材料。
15.如权利要求11所述的方法，其中，第二导电半导体层的最上层是p型AlGaN层。
16.如权利要求11所述的方法，其中，第二导电半导体层的最上层是p型GaN层或p型AlInGaN层。
17.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括在暴露的第一导电半导体层上形成粗糙的表面。
18.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括在形成粗糙的表面之前通过图案化暴露的第一导电半导体层形成凹入的图案。
19.如权利要求17所述的方法，其中，第一导电半导体层包括n型AlGaN层，粗糙的表面形成在n型AlGaN层上。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2011-0012300 | 2011-02-11 | ||
| KR1020110012300A KR20120092325A (ko) | 2011-02-11 | 2011-02-11 | 광 결정 구조를 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 |
| PCT/KR2012/000373 WO2012108627A2 (en) | 2011-02-11 | 2012-01-17 | Light emitting diode having photonic crystal structure and method of fabricating the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103354956A true CN103354956A (zh) | 2013-10-16 |
| CN103354956B CN103354956B (zh) | 2016-09-14 |
Family
ID=46639017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201280008374.7A Active CN103354956B (zh) | 2011-02-11 | 2012-01-17 | 具有光子晶体结构的发光二极管及其制造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9224917B2 (zh) |
| KR (1) | KR20120092325A (zh) |
| CN (1) | CN103354956B (zh) |
| WO (1) | WO2012108627A2 (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105409905A (zh) * | 2014-07-24 | 2016-03-23 | 首尔伟傲世有限公司 | 采用紫外发光二极管灯的捕虫器 |
| CN105934833A (zh) * | 2014-03-06 | 2016-09-07 | 丸文株式会社 | 深紫外led及其制造方法 |
| CN107240628A (zh) * | 2017-07-14 | 2017-10-10 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种垂直结构AlGaInP基发光二极管及其制造方法 |
| US9929311B2 (en) | 2013-07-17 | 2018-03-27 | Marubun Corporation | Semiconductor light emitting element and method for producing the same |
| US9929317B2 (en) | 2015-01-16 | 2018-03-27 | Marubun Corporation | Deep ultraviolet LED and method for manufacturing the same |
| US10056526B2 (en) | 2016-03-30 | 2018-08-21 | Marubun Corporation | Deep ultraviolet LED and method for manufacturing the same |
| US10680134B2 (en) | 2015-09-03 | 2020-06-09 | Marubun Corporation | Deep ultraviolet LED and method for manufacturing the same |
| US11309454B2 (en) | 2018-01-26 | 2022-04-19 | Marubun Corporation | Deep ultraviolet LED and method for producing the same |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5315513B2 (ja) | 2011-07-12 | 2013-10-16 | 丸文株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
| TWI546979B (zh) * | 2012-03-05 | 2016-08-21 | 晶元光電股份有限公司 | 對位接合之發光二極體裝置與其製造方法 |
| KR102059030B1 (ko) * | 2012-09-24 | 2019-12-24 | 엘지이노텍 주식회사 | 자외선 발광 소자 |
| TWI597863B (zh) * | 2013-10-22 | 2017-09-01 | 晶元光電股份有限公司 | 發光元件及其製造方法 |
| CN104966769B (zh) * | 2015-05-28 | 2018-03-20 | 东南大学 | 一种具有双光子晶体结构的量子点发光二极管 |
| CN105428493B (zh) * | 2016-01-06 | 2018-06-26 | 重庆大学 | 一种GaN基LED及其制备方法 |
| CN109962134B (zh) * | 2019-04-10 | 2022-02-18 | 福建省南安市清信石材有限公司 | 一种氮化物半导体发光二极管 |
| KR20240042113A (ko) * | 2021-08-13 | 2024-04-01 | 루미레즈 엘엘씨 | 근접장 표면-격자-공진 반사기를 갖는 반도체 발광 디바이스 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101257077A (zh) * | 2008-04-08 | 2008-09-03 | 中山大学 | 具有光子晶体高反射层的半导体发光二极管器件 |
| CN101308890A (zh) * | 2007-05-17 | 2008-11-19 | 晶元光电股份有限公司 | 发光二极管元件及其制造方法 |
| CN101783382A (zh) * | 2009-01-21 | 2010-07-21 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050205886A1 (en) * | 2002-11-29 | 2005-09-22 | Sanken Electric Co., Ltd. | Gallium-containing light-emitting semiconductor device and method of fabrication |
| US6885034B1 (en) * | 2003-05-09 | 2005-04-26 | Winston Vaughan Schoenfeld | Light emitting diode having multiple pits |
| US7256483B2 (en) * | 2004-10-28 | 2007-08-14 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Package-integrated thin film LED |
| US7854505B2 (en) * | 2006-03-15 | 2010-12-21 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Passive and active photonic crystal structures and devices |
| US7879631B2 (en) * | 2006-10-24 | 2011-02-01 | Hong Jim T | Systems and methods for on-die light sensing with low leakage |
| JP2008117902A (ja) | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物半導体素子の製造方法 |
| KR20080058722A (ko) | 2006-12-22 | 2008-06-26 | 서울옵토디바이스주식회사 | 다수의 절연층이 적층된 산란 중심을 구비하는 발광 소자제조방법 및 그 발광 소자 |
| KR100878979B1 (ko) | 2007-01-18 | 2009-01-14 | 광주과학기술원 | 광결정 구조를 가지는 발광 다이오드 |
| KR101459754B1 (ko) | 2007-09-06 | 2014-11-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| CN101911317B (zh) * | 2007-12-28 | 2012-06-06 | 日亚化学工业株式会社 | 半导体发光元件及其制造方法 |
| JP5047013B2 (ja) * | 2008-03-12 | 2012-10-10 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| US20100117070A1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-05-13 | Lumenz Llc | Textured semiconductor light-emitting devices |
| US20120072931A1 (en) * | 2009-06-05 | 2012-03-22 | Masahiro Imada | Surface emitting semiconductor laser, optical recording head, and optical recording apparatus |
| CN104795314B (zh) * | 2009-08-26 | 2018-02-09 | 首尔伟傲世有限公司 | 制造发光装置的方法 |
| US8642368B2 (en) * | 2010-03-12 | 2014-02-04 | Applied Materials, Inc. | Enhancement of LED light extraction with in-situ surface roughening |
| US8154052B2 (en) * | 2010-05-06 | 2012-04-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Light emitting device grown on wavelength converting substrate |
| US20120018755A1 (en) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | The Regents Of The University Of California | Light emitting devices with embedded void-gap structures through bonding of structured materials on active devices |
| US20130200391A1 (en) * | 2010-09-28 | 2013-08-08 | North Carolina State University | Gallium nitride based structures with embedded voids and methods for their fabrication |
| US8154034B1 (en) * | 2010-11-23 | 2012-04-10 | Invenlux Limited | Method for fabricating vertical light emitting devices and substrate assembly for the same |
| KR20120092326A (ko) * | 2011-02-11 | 2012-08-21 | 서울옵토디바이스주식회사 | 광 결정 구조를 갖는 비극성 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 |
| JP5059205B2 (ja) * | 2011-03-03 | 2012-10-24 | 株式会社東芝 | ウェーハ及び結晶成長方法 |
| JP5612516B2 (ja) * | 2011-03-11 | 2014-10-22 | スタンレー電気株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
| US8785904B2 (en) * | 2011-04-20 | 2014-07-22 | Invenlux Corporation | Light-emitting device with low forward voltage and method for fabricating the same |
| JP5743806B2 (ja) * | 2011-08-23 | 2015-07-01 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光装置、及び窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
2011
- 2011-02-11 KR KR1020110012300A patent/KR20120092325A/ko not_active Application Discontinuation
-
2012
- 2012-01-17 CN CN201280008374.7A patent/CN103354956B/zh active Active
- 2012-01-17 WO PCT/KR2012/000373 patent/WO2012108627A2/en active Application Filing
- 2012-01-17 US US13/984,147 patent/US9224917B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101308890A (zh) * | 2007-05-17 | 2008-11-19 | 晶元光电股份有限公司 | 发光二极管元件及其制造方法 |
| CN101257077A (zh) * | 2008-04-08 | 2008-09-03 | 中山大学 | 具有光子晶体高反射层的半导体发光二极管器件 |
| CN101783382A (zh) * | 2009-01-21 | 2010-07-21 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9929311B2 (en) | 2013-07-17 | 2018-03-27 | Marubun Corporation | Semiconductor light emitting element and method for producing the same |
| CN105934833A (zh) * | 2014-03-06 | 2016-09-07 | 丸文株式会社 | 深紫外led及其制造方法 |
| CN105934833B (zh) * | 2014-03-06 | 2017-09-15 | 丸文株式会社 | 深紫外led及其制造方法 |
| CN105409905A (zh) * | 2014-07-24 | 2016-03-23 | 首尔伟傲世有限公司 | 采用紫外发光二极管灯的捕虫器 |
| US9929317B2 (en) | 2015-01-16 | 2018-03-27 | Marubun Corporation | Deep ultraviolet LED and method for manufacturing the same |
| US10680134B2 (en) | 2015-09-03 | 2020-06-09 | Marubun Corporation | Deep ultraviolet LED and method for manufacturing the same |
| US10950751B2 (en) | 2015-09-03 | 2021-03-16 | Marubun Corporation | Deep ultraviolet LED and method for manufacturing the same |
| US10056526B2 (en) | 2016-03-30 | 2018-08-21 | Marubun Corporation | Deep ultraviolet LED and method for manufacturing the same |
| CN107240628A (zh) * | 2017-07-14 | 2017-10-10 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种垂直结构AlGaInP基发光二极管及其制造方法 |
| US11309454B2 (en) | 2018-01-26 | 2022-04-19 | Marubun Corporation | Deep ultraviolet LED and method for producing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2012108627A2 (en) | 2012-08-16 |
| WO2012108627A3 (en) | 2012-10-11 |
| KR20120092325A (ko) | 2012-08-21 |
| CN103354956B (zh) | 2016-09-14 |
| US9224917B2 (en) | 2015-12-29 |
| US20130320301A1 (en) | 2013-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103354956B (zh) | 具有光子晶体结构的发光二极管及其制造方法 | |
| US8735185B2 (en) | Light emitting device and fabrication method thereof | |
| KR100631981B1 (ko) | 수직구조 ３족 질화물 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| TWI423473B (zh) | 形成具有排熱結構的垂直結構發光二極體的方法 | |
| US8716723B2 (en) | Reflective layer between light-emitting diodes | |
| US8198645B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same | |
| KR101891777B1 (ko) | 유전체 리플렉터를 구비한 발광소자 및 그 제조방법 | |
| US9166105B2 (en) | Light emitting device | |
| US7781242B1 (en) | Method of forming vertical structure light emitting diode with heat exhaustion structure | |
| US20130026531A1 (en) | Non-polar light emitting diode having photonic crystal structure and method of fabricating the same | |
| EP2940741B1 (en) | Reversely-installed photonic crystal led chip and method for manufacturing same | |
| US20130009167A1 (en) | Light emitting diode with patterned structures and method of making the same | |
| JP2012114407A (ja) | 垂直型発光素子の製造方法およびその発光素子用の基板モジュール | |
| KR100780175B1 (ko) | 발광 다이오드의 제조방법 | |
| US8455276B2 (en) | Light emitting element and a production method therefor | |
| JP2008140918A (ja) | 発光素子の製造方法 | |
| JP2011176093A (ja) | 発光素子用基板および発光素子 | |
| KR101126300B1 (ko) | 탄소나노튜브가 채워진 홀패턴을 구비하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| CN104205369A (zh) | 在硅衬底上生长的发光器件 | |
| JP2006147787A (ja) | 発光素子及びその製造方法 | |
| JP5165668B2 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| CN107591463B (zh) | 发光组件及发光组件的制造方法 | |
| KR20100044403A (ko) | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
| KR101154510B1 (ko) | 고효율 발광 다이오드 | |
| TWI250666B (en) | Method to produce a radiation-emitting semiconductor-chip and said produced semiconductor-chip |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: South Korea Gyeonggi Do Anshan City Applicant after: Seoul Weiaoshi Co., Ltd. Address before: South Korea Gyeonggi Do Anshan City Applicant before: Seoul OPTO Device Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: SEOUL OPTO DEVICE CO., LTD. TO: SEOUL WEIAOSHI CO., LTD. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |