CN106256026A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
这里公开的是一种包括包含氧化锌的多个突出的发光二极管以及一种用于制造所述发光二极管的方法。根据本公开的示例性实施例，发光二极管包括：基板；氮化物发光结构，布置在基板上；以及透明电极层，布置在氮化物发光结构上，其中，透明电极层包括多个突出，所述多个突出中的每个具有下区域和上区域，并且下区域的侧表面和上区域的侧表面具有不同的斜率。
Description
技术领域
本公开涉及一种发光二极管以及一种用于制造所述发光二极管的方法，所述发光二极管具有包括氧化锌的多个突出。
背景技术
发光二极管具有将电能转换成光能的特性。发光二极管能够通过控制化合物半导体的成分比来实现各种颜色。
当施加正向电压时，发光二极管通过n层的电子与p层的空穴的结合来发射与导带和价带之间的能隙对应的能量。能量主要以热或光的形式来发射。这里，对于发光二极管，能量以光的形式来发射。
例如，氮化物半导体具有高的热稳定性和宽的带隙能量。结果，氮化物半导体在光学器件和高输出电子器件的开发领域中已经受到了很多关注。具体地，使用氮化物半导体的蓝色发光二极管、绿色发光二极管、紫外(UV)发光二极管等已经被广泛地商业化。
目前的氮化物半导体具有电流注入不均匀、热发射效率低、光发射效率低等问题。因此，为了将包括氮化物半导体的发光二极管用作高效光源，用于最大化内量子效率、使欧姆电极的透明度高以及改善光提取的技术开发是非常重要的。现在，已经进行了通过改善光提取效率而改善外量子效率而不是通过改善内量子效率而改善外量子效率的研究。
已经进行了诸如改变发光二极管的表面结构来改善光提取效率的许多研究开发。作为最有代表性的方法，有表面粗化技术、光子晶体结构技术等。表面粗化技术包括使用干法蚀刻或湿法蚀刻等在发光二极管的表面上形成包括多个突出的粗糙图案的工艺。
作为现有技术的第10-0568830号韩国专利公开了通过在暴露的表面上形成具有粗糙度的突出能够增大发光器件的外量子效率的III族氮化物半导体发光器件。根据现有技术，通过使用包括ICP法等的干法蚀刻法，多个突出形成在III族氮化物半导体发光器件的暴露的表面上。然而，由于通过干法蚀刻法形成多个突出的工艺，发光二极管的表面可能由于离子轰击而损坏。此外，当发光二极管的表面由具有很容易受酸侵害的性能的材料形成时，通过湿法蚀刻法形成多个突出的工艺难以控制蚀刻的程度。
[现有技术文献]
(专利文献1)第10-0568830号韩国专利
公开内容
技术问题
公开的技术的一些实施方式提供了能够改善光提取效率的发光二极管以及用于制造所述发光二极管的方法。
公开的技术的一些实施方式提供了能够在形成多个突出时防止发光二极管的表面被损坏的发光二极管以及用于制造所述发光二极管的方法。
公开的技术的一些实施方式提供了能够有效地控制多个突出的形成的发光二极管以及用于制造所述发光二极管的方法。
公开的技术的一些实施方式提供了能够通过简单的工艺来有效地形成多个突出的发光二极管以及用于制造所述发光二极管的方法。
技术方案
根据本公开的示例性实施例，提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括：基板；氮化物发光结构，设置在基板上方；以及透明电极层，设置在氮化物发光结构上方，其中，透明电极层包括多个突出，所述多个突出均具有下部和上部，并且下部的侧部和上部的侧部具有不同的梯度。
透明电极层可包括氧化锌。
所述多个突出包括的下部的侧部可以是基本上垂直的表面。
所述多个突出包括的上部的侧部可相对于基本上垂直的表面具有20°至80°的梯度。
所述多个突出包括的上部的侧部可相对于基本上垂直的表面具有连续减小或增大的梯度。
所述多个突出包括的上部的水平宽度可小于下部的水平宽度。
所述多个突出均可通常为圆盘形状或六方柱形状。
氮化物发光结构可包括第一导电型氮化物半导体层、有源层和第二导电型氮化物半导体层。
根据本公开的另一示例性实施例，提供了一种用于制造发光二极管的方法，所述方法包括下述步骤：在氮化物发光结构上形成种子层；在种子层上形成掩模图案；通过再生长种子层形成多个突出，其中，所述多个突出均具有下部和上部，并且下部的侧部和上部的侧部具有不同的梯度。
种子层和所述多个突出可形成透明电极。
透明电极可包括氧化锌。
下部的侧部可以是基本上垂直的表面。
上部的侧部可相对于基本上垂直的表面具有20°至80°的梯度。
上部的水平宽度可小于下部的水平宽度。
下部的高度可与掩模图案的厚度相同。
通过再生长种子层形成所述多个突出的步骤可包括通过热液合成法再生长。
热液合成法可使用锌盐和环六亚甲基四胺的混合溶液。
掩模图案可使用剥离技术形成。
掩模图案可由氧化物、氮化物、有机物和聚合物中的任何一种制成。
剥离工艺可包括在光致抗蚀剂图案上形成掩模层以及去除光致抗蚀剂图案，掩模层可使用热沉积法、电子束沉积法或溅射沉积法形成。
发明的效果
根据本公开的示例性实施例，发光二极管以及用于制造所述发光二极管的方法可通过在发光二极管的表面上形成多个突出来改善发光二极管的光提取效率。
根据本公开的示例性实施例，发光二极管以及用于制造所述发光二极管的方法可不使用干法蚀刻法或湿法蚀刻法来形成多个突出。因此，即使当发光二极管的表面包括具有容易受酸侵害的性能的材料时，也能够防止发光二极管的表面被损坏并且有效地控制多个突出的形成。
此外，根据本公开的示例性实施例，发光二极管以及用于制造所述发光二极管的方法可通过经济的简单工艺在发光二极管的表面上形成包括多个突出的图案。
附图说明
图1是示出根据本公开的示例性实施例的示例性发光二极管的剖视图。
图2是示出根据本公开的示例性实施例的用于制造示例性发光二极管的方法的流程图。
图3至图5是示出根据本公开的示例性实施例的根据用于制造发光二极管的方法的示例性发光二极管的剖视图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本公开的示例性实施例。将注意的是，在将附图标记赋予每个附图的组件时，即使同样的组件示出在不同的图中，同样的附图标记也表示同样的元件。此外，在描述本公开的示例性实施例时，当确定公知的功能或构造会不必要地模糊本公开的主旨时，将不对它们进行详细的描述。另外，虽然将在下面描述本公开的示例性实施例，本公开的范围不限于此，而可通过本领域技术人员进行各种修改。
图1是示出根据本公开的示例性实施例的示例性发光二极管的剖视图。
参照图1，发光二极管包括基板10、第一导电型氮化物半导体层20、有源层30、第二导电型氮化物半导体层40、第一电极60、透明电极层80和第二电极90。透明电极层80包括突出85。
第一导电型氮化物半导体层20、有源层30和第二导电型氮化物半导体层40可顺序地设置在基板10上。第一导电型氮化物半导体层20、有源层30和第二导电型氮化物半导体层40可形成氮化物发光结构。第一导电型氮化物半导体层20、有源层30和第二导电型氮化物半导体层40均可由氮化镓基化合物半导体材料(即，(Al、In、Ga)N)制成。具体地，有源层30具有发射所需波长的光(例如，紫外线或蓝光)的成分元素和成分比，第一导电型氮化物半导体层20和第二导电型氮化物半导体层40可由比有源层30的带隙大的带隙制成。
此外，第一导电型氮化物半导体层20、有源层30和第二导电型氮化物半导体层40可使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延、或氢化物气相外延(HVPE)技术等可控制地或连续地生长。包括生长的半导体层20、30和40的氮化物发光结构的厚度可在5μm至10μm的范围。
这里，第一导电型氮化物半导体层20和第二导电型氮化物半导体层40均为N型和P型或者P型或N型。在氮化镓基化合物半导体层中，N型半导体层可通过掺杂杂质(例如，硅(Si))来形成，P型半导体层可通过掺杂杂质(例如，镁(Mg))来形成。
第一导电型氮化物半导体层20和/或第二导电型氮化物半导体层40可具有如上所述的单层结构，然而也可具有多层结构。此外，有源层30可具有单量子阱结构或多层量子阱结构。
此外，在形成第一导电型氮化物半导体层20之前，缓冲层(未示出)可设置在半导体层20、30和40与基板10之间。可形成缓冲层以减轻基板10与将形成在其上的第一导电型氮化物半导体层20之间的晶格失配。
透明电极层80可形成在第二导电型氮化物半导体层40上。透明电极层80包括多个突出85。透明电极层80和透明电极层80包括的多个突出85可包括氧化锌。包括在透明电极层80中的多个突出85可通过热液合成法再生长，将在下面描述其详细的制造方法。
多个突出85中的每个可包括下部和上部。包括在突出85中的下部的侧部和上部的侧部可具有不同的梯度。包括在突出85中的下部的侧部可以是基本上垂直的表面。即，在这种情况下，包括在突出85中的下部的侧部相对于基本上垂直的表面不具有梯度。基本上垂直的表面可意味着与透明电极层80的下表面或第二导电型氮化物半导体层40的上表面基本上垂直的表面。此外，包括在突出85中的上部的侧部可相对于基本上垂直的表面具有20°至80°的范围的梯度。包括在突出85中的下部的水平宽度可小于上部的水平宽度。即，当上部的侧部具有梯度且下部的侧部为基本上垂直的表面时，包括在突出85中的上部的水平宽度可小于下部的水平宽度。当从顶部观察突出85时，突出85可以是圆形形状或多边形形状。此外，突出85可通常具有圆盘形状或包括六方柱形状的多边形棱柱形状。然而，突出85的形状不限于此，其他实施方式也是可能的。
根据本公开的示例性实施例，当从侧部观察突出85时，下部被观察为矩形形状，上部被观察为三角形形状，但包括在突出85中的下部和上部的形状不限于此，其他实施方式也是可能的。因此，突出85的上部可以是包括平坦上表面的梯形形状。
此外，包括在突出85中的上部的侧部可相对于基本上垂直的表面具有连续增大或减小的梯度。即，虽然未示出，但是当包括在突出85中的上部的整体形状为半球形形状时，上部的侧部可相对于基本上垂直的表面具有连续增大的梯度，直到到达上部的顶部上端区域为止。然而，突出85的形状不限于此，而是可包括在突出85中包括的上部的侧部的至少一部分相对于基本上垂直的表面为弯曲表面的情况。
多个突出85可形成预定图案。多个突出85可具有与透明电极层80相同的晶体结构。
根据本公开的示例性实施例的发光二极管通过包括在透明电极层80中的多个突出85来散射从有源层30发射的光，由此改善光提取效率。
第一电极60可形成在第一导电型氮化物半导体层20的一个区域上。第二电极90可设置在透明电极层80的一个区域上。第一电极60和第二电极90用于供应电流且引线接合到外部，并且可由Ti、Al、Cr、Ni、Au、Ag、Rd和Ru中的至少一种制成或者由它们中的至少两种的组合制成。
图2是示出根据本公开的示例性实施例的用于制造示例性发光二极管的方法的流程图。图3至图5是示出根据用于制造发光二极管的方法的示例性发光二极管的剖视图。
参照图2，用于制造发光二极管的方法包括在氮化物发光结构上形成种子层(S10)、在种子层上形成掩模图案(S30)以及再生长种子层(S50)。
在氮化物发光结构上形成种子层(S10)时，首先，在基板上形成第一导电型氮化物半导体层20、有源层30和第二导电型氮化物半导体层40。氮化物发光结构可包括第一导电型氮化物半导体层20、有源层30和第二导电型氮化物半导体层40。可在第二导电型氮化物半导体层40上形成种子层50。种子层50可包括氧化锌(ZnO)。种子层50可通过沉积工艺或涂覆工艺来形成。详细地，氧化锌粉末可被蒸发以沉积在第二导电型氮化物半导体层40上或者可直接涂覆在第二导电型氮化物半导体层40上，从而形成种子层50。此外，种子层50可通过热沉积法、脉冲激光沉积法、热分解法、旋转涂覆法、热液合成法、有机金属沉积法或使用电子束的真空沉积法来形成。
在种子层上形成掩模图案(S30)时，参照图3，可在种子层50上形成掩模图案70。掩模图案70可通过使用剥离技术来形成。即，掩模图案70可通过光刻工艺和沉积工艺来形成。例如，在种子层50上的光致抗蚀剂图案上形成掩模层，可通过去除光致抗蚀剂图案来形成掩模图案70。
种子层50的一部分可暴露在掩模图案70的各个掩模元件之间。考虑到将再生长在其的一部分被暴露的种子层50上的氧化锌结构的形状和尺寸，包括在掩模图案70中的每个掩模元件可具有各种形状。因此，掩模图案70的种子层50被暴露的区域可具有岛状图案等。
在形成掩模图案70时，沉积工艺可以是使用旋转涂覆、热沉积法、电子束蒸发法、溅射沉积法等的工艺。掩模图案70可由氧化物、氮化物、有机物或聚合物形成。掩模图案70可由Al2O3、MgO、NiO、ITO或SiO2形成。
在再生长种子层(S50)时，参照图4，可通过再生长其的表面未形成有掩模图案70的种子层50来形成多个突出85。多个突出85可通过热液合成法来生长。即，当具有形成在其表面上的掩模图案70的种子层50浸泡在包括Zn离子和O离子的水溶液中时，Zn离子和O离子可吸附到暴露的种子层50以执行成核和生长。即，其的表面未形成有掩模图案70的种子层50可用作生长多个突出85的种子。多个生长的突出85可沿种子层50的晶体结构生长。
多个突出85的形状、直径和长度可通过在热液合成的执行期间改变温度、时间、水溶液的量、摩尔比、pH等的条件来控制。因此，具有各种直径、形状、高度等的突出85可根据目的来形成。此外，多个形成的突出85可形成预定的图案。此外，热液合成水溶液包括去离子水、锌盐和环六亚甲基四胺，其中，锌盐和环六亚甲基四胺的摩尔比可保持在2:1至1:2。环六亚甲基四胺用作催化剂以帮助快速形成突出85并且可连续供应OH-离子等。除了环六亚甲基四胺以外，可使用尿素、氨等。
此外，在热液合成水溶液当中，锌盐和环六亚甲基四胺的水溶液的摩尔浓度可在0.0001M至1M的范围。当摩尔浓度低于0.0001M时，难以控制锌盐的含量且突出85未很好地形成，当摩尔浓度超过1M时，用于生长突出85的原料消耗量增大并因此难以控制突出85的形状和尺寸。锌盐可以是六水合硝酸锌。
参照图5，在在掩模图案70之间充分地生长多个突出85之后，可去除掩模图案70。根据本公开的示例性实施例的突出85可生长在暴露于掩模图案70之间的种子层50上。生长的突出85和种子层50形成透明电极层。因此，根据按照本公开的示例性实施例的发光二极管和用于制造所述发光二极管的方法，突出85图案可通过不使用干法或湿法蚀刻工艺的简单工艺而有效地形成在发光二极管的表面上。因此，可防止发光二极管的表面的损坏并且可容易地控制形成在表面上的突出85的生长和形状。此外，生长的突出85与种子层50结合以形成透明电极层85，因此工艺比单独形成透明电极层并接着在其上形成精细图案的工艺更简单和经济。
包括在多个突出85的每个中并且具有不同的梯度的下部的侧部和上部的侧部可通过去除掩模图案70来暴露。即，突出85的与掩模图案70相邻地生长的下部具有基本上垂直的表面的侧部，突出85的超过掩模图案70的厚度生长的上部具有倾斜的侧部。即，突出85的下部的高度可取决于掩模图案70的厚度。
突出85的上部的侧部可具有向内倾斜的梯度。在这种情况下，突出85的下部的水平宽度可大于上部的水平宽度。
返回参照图1，在去除掩模图案70之后，可在第一氮化物半导体层20的一个区域上形成第一电极60并且可在透明电极层80的其上未形成有多个突出85的一个区域上形成第二电极90。
根据本公开的示例性实施例的包括在发光二极管中的透明电极层包括多个突出。因此，散射发生在透明电极层中以改善从有源层产生的光的外部提取效率。
仅通过上文中的示例的方式已经描述了本公开的精神，在不脱离本公开的基本特征的情况下，本公开可以通过本公开所属领域的技术人员进行各种修改、改变和代替。因此，本公开中的公开的示例性实施例以及附图不限制而是描述本公开的精神，本公开的范围不受示例性实施例和附图限制。本公开的范围应该通过上面的权利要求来解释，并且应该解释的是，与上面的权利要求等效的所有精神落入本公开的范围内。
附图标记
10：基板
20：第一导电型氮化物半导体层
30：有源层
40：第二导电型氮化物半导体层
50：种子层
60：第一电极
70：掩模图案
80：透明电极层
85：多个突出
90：第二电极
Claims (20)
1.一种发光二极管，所述发光二极管包括：
基板；
氮化物发光结构，设置在基板上方；以及
透明电极层，设置在氮化物发光结构上方，
其中，透明电极层包括多个突出，
所述多个突出均具有下部和上部，并且
下部的侧部和上部的侧部具有不同的梯度。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中，透明电极层包括氧化锌。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其中，下部的侧部是基本上垂直的表面。
4.如权利要求3所述的发光二极管，其中，上部的侧部相对于基本上垂直的表面具有20°至80°的梯度。
5.如权利要求4所述的发光二极管，其中，上部的侧部相对于基本上垂直的表面具有连续减小或增大的梯度。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其中，上部的水平宽度小于下部的水平宽度。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述多个突出均为圆盘形状或六方柱形状。
8.如权利要求1所述的发光二极管，其中，氮化物发光结构包括第一导电型氮化物半导体层、有源层和第二导电型氮化物半导体层。
9.一种用于制造发光二极管的方法，所述方法包括下述步骤：
在氮化物发光结构上形成种子层；
在种子层上形成掩模图案；
通过再生长种子层形成多个突出，
其中，所述多个突出均具有下部和上部，并且
下部的侧部和上部的侧部具有不同的梯度。
10.如权利要求9所述的方法，其中，种子层和所述多个突出形成透明电极。
11.如权利要求10所述的方法，其中，透明电极包括氧化锌。
12.如权利要求9所述的方法，其中，下部的侧部是基本上垂直的表面。
13.如权利要求12所述的方法，其中，上部的侧部相对于基本上垂直的表面具有20°至80°的梯度。
14.如权利要求9所述的方法，其中，上部的水平宽度小于下部的水平宽度。
15.如权利要求9所述的方法，其中，下部的高度与掩模图案的厚度相同。
16.如权利要求9所述的方法，其中，通过再生长种子层形成所述多个突出的步骤包括通过热液合成法再生长。
17.如权利要求16所述的方法，其中，热液合成法使用锌盐和环六亚甲基四胺的混合溶液。
18.如权利要求9所述的方法，其中，掩模图案使用剥离技术形成。
19.如权利要求18所述的方法，其中，掩模图案由氧化物、氮化物、有机物和聚合物中的任何一种制成。
20.如权利要求18所述的方法，其中，剥离工艺包括在光致抗蚀剂图案上形成掩模层以及去除光致抗蚀剂图案，
掩模层使用热沉积法、电子束沉积法或溅射沉积法形成。
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