CN107210338B

CN107210338B - 发光二极管

Info

Publication number: CN107210338B
Application number: CN201580074569.5A
Authority: CN
Inventors: 青柳秀和; 荒木田孝博; 河崎孝彦; 伊藤胜利; 中岛真
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2035-10-22
Also published as: JP6652069B2; US10811562B2; CN107210338A; US20170358711A1; WO2016125344A1; JPWO2016125344A1

Abstract

提供了一种发光二极管，其包括：柱状层压结构，在所述柱状层压结构中，层压有第一化合物半导体层21、由化合物半导体形成的发光层23、和第二化合物半导体层的第一部分22A；以及第一电极31，所述第一电极31电连接至所述第一化合物半导体层21；以及第二电极32。在所述第二化合物半导体层的所述第一部分22A上形成所述第二化合物半导体层的第二部分22B，所述第二化合物半导体层的所述第二部分22B与所述第二化合物半导体层的所述第一部分22A的边缘部分22a₃隔开，至少在所述第二化合物半导体层的所述第二部分22B的顶表面上形成第二电极32，以及至少从所述第二化合物半导体层的所述第二部分22B的所述顶表面22b₁和侧表面22b₂输出光。

Description

发光二极管

技术领域

本公开涉及一种发光二极管(LED)。

背景技术

如在图7中的示意性横截面图中示出的，发光二极管(LED)通常包括：

柱状层压结构20，在该柱状层压结构20中，层压有第一化合物半导体层21、由化合物半导体形成的发光层23、和第二化合物半导体层22；

第一电极31，该第一电极31电连接至第一化合物半导体层21；以及

第二电极32，该第二电极32形成在第二化合物半导体层22上。注意，附图标记11表示衬底，并且附图标记33表示绝缘层。进一步地，近年来，已经认真地研究了应用于打印机或者显示器的发光二极管的小型化。在该领域中的发光二极管的发光层的面积为，例如，250μm2或者更小。

顺便提及，随着发光二极管的小型化发展，在靠近柱状层压结构20a中的发光层23的边缘部分的区域40中的非发光复合对发光效率存在较大的影响。此处，非发光复合是以下现象：空穴和电子被组合并且载流子在不发光的情况下产生热量，这种现象容易在靠近发光层23的端面的区域40中发生。非发光复合的发生是由于在制造步骤中损坏了发光层23的端面，或者由于发光层23本身包括的悬挂键或者发光层23的端面吸收到的杂质等。随着发光二极管的小型化，造成了以下问题：由于在靠近发光层23的端面的区域40中的非发光复合引起的非发光部分的面积的比率相对增加并且发光效率降低。

从JP 2013-110374A中已知有用于解决该问题的手段。在日本特开专利申请公开中公开的发光器件包括至少靠近发光层的端面设置的并且具有比发光层大的带隙的复合抑制结构。

引文列表

专利文献

专利文献1：JP 2013-110374A

发明内容

技术问题

在JP 2013-110374A中公开的技术是有效提高发光效率的手段。然而，存在要求以下步骤的问题：贯穿整个表面形成结晶膜并且使该结晶膜氧化；以及，在形成层压有第一化合物半导体层、由化合物半导体形成的发光层、和第二化合物半导体层的柱状层压结构之后，对结晶膜进行图案化。

因此，本发明的目的是提供一种发光二极管以使得能够提高发光效率，而不管利用简单的步骤来制造。

问题的解决方案

根据本公开，为了实现上述目的，提供了一种发光二极管，该发光二极管包括：柱状层压结构，在该柱状层压结构中，层压有第一化合物半导体层、由化合物半导体形成的发光层、和第二化合物半导体层的第一部分；以及第一电极，该第一电极电连接至第一化合物半导体层。在第二化合物半导体层的第一部分上形成第二化合物半导体层的第二部分，该第二化合物半导体层的第二部分与第二化合物半导体层的第一部分的边缘部分隔开，至少在第二化合物半导体层的第二部分的顶表面上形成第二电极，以及至少从第二化合物半导体层的第二部分的顶表面和侧表面输出光。

发明的有益效果

在本公开的发光二极管中，利用第二化合物半导体层的第二部分来配置所谓的台面结构，至少在第二化合物半导体的第二部分的顶表面上形成第二电极。因此，当电流在第二电极与第一电极之间流动时，电流在位于柱状层压结构的侧壁附近的层压结构的区域中不流动(或者几乎不流动)，并且在柱状层压结构中的发光层的边缘部分处不发生非发光复合(或者不常发生)，并且增强发光效率，而不管实现利用简单的步骤来制造。进一步地，在本公开的发光二极管中，至少从第二化合物半导体层的第二部分的顶表面和侧表面向外部输出光。因此，增加从发光二极管输出光的面积，并且因此，可以提供大大改进了光输出的发光二极管。注意，在描述中描述的效果仅仅是示例，而不是限制性的，并且可以存在附加效果。

附图说明

[图1]图1A和1B分别是第一实施例及其修改例的发光二极管的示意性横截面图。

[图2]图2是第二实施例的发光二极管的示意性横截面图。

[图3]图3是用于解释第一实施例的发光二极管的各种参数的示意性横截面图。

[图4]图4A是示意性地示出了通过使在图3中示出的距离L₁标准化而获得的值与发光二极管的亮度之间的关系的曲线图，并且图4B是示意性地示出了第二化合物半导体层的第一部分的厚度T₁与发光二极管的亮度之间的关系的曲线图。

[图5]图5是示意性地示出了第二电极的大小W₂与驱动电压之间的关系的曲线图。

[图6]图6是第三实施例及其修改例的发光二极管的示意性横截面图。

[图7]图7是过去的发光二极管的示意性横截面图，用于解释过去的发光二极管的问题。

具体实施方式

在下文中，参照附图基于实施例来描述本公开。然而，本公开不限于实施例，并且在实施例中的各种数值和材料是示例。注意，将按照以下顺序进行描述。

1.对本公开的发光二极管的描述和一般事项

2.第一实施例(本公开的发光二极管和具有第一配置的发光二极管)

3.第二实施例(第一实施例的修改例和具有第二配置的发光二极管)

4.第三实施例(第一实施例和第二实施例的修改例)

5.其它

<对本公开的发光二极管的描述和一般事项>

在本公开的发光二极管中，可以使用如下形式：从发光二极管的第二化合物半导体层侧向外部输出光。进一步地，在包括这种优选形式的本公开的发光二极管中，可以使用如下形式：从发光二极管的第一化合物半导体层侧向外部输出光。即，在本公开的发光二极管中，可以使用如下形式：从发光二极管的第二化合物半导体层侧向外部输出光、从第一化合物半导体层侧向外部输出光、以及从第二化合物半导体层侧和第一化合物半导体层侧向外部输出光。

在包括优选形式的本公开的发光二极管中，可以在第二化合物半导体层的第二部分的顶表面上设置第二电极，该第二电极与第二化合物半导体层的第二部分的顶表面的边缘部分隔开。注意，为了方便起见，将具有该配置的发光二极管称为‘具有第一配置的发光二极管’。进一步地，在具有第一配置的发光二极管中，当电流在第二电极与第一电极之间流动时，至少在靠近层压结构的侧壁的区域中不发出光。

可替代地，在包括优选形式的本公开的发光二极管中，

在第二化合物半导体层的第一部分的顶表面上形成绝缘层。

第二电极由透明的导电材料形成，并且形成为从顶表面延伸至第二化合物半导体层的第二部分的侧表面并且在绝缘层上。注意，为了方便起见，将具有这种配置的发光二极管称为具‘具有第二配置的发光二极管’。进一步地，在具有第二配置的发光二极管中，可以采用如下配置：第二化合物半导体层的第一部分设置有电阻增加效应结构。电阻增加效应结构指具有利用将在下面的(A)至(D)中描述的方法来形成的绝缘层(高电阻层)的结构。注意，同样在具有第二配置的发光二极管中，可以采用如下配置：当电流在第二电极与第一电极之间流动时，至少在靠近层压结构的侧壁的区域中不发出光。进一步地，可以采用如下配置：将电流引入布线连接至在绝缘层上的第二电极的一部分。

作为形成绝缘层的材料，可以列举出：基于SiO_X的材料、基于SiN_Y的材料、基于SiO_XN_Y的材料、Ta₂O₅、Z_rO₂、以及Al₂O₃。作为形成绝缘层的方法，此处可以列举出：PVD方法(诸如，真空汽相沉积法和溅射法)、或者CVD方法。进一步地，还可以在第二化合物半导体层的第一部分的表面或者内部形成绝缘层(或者高电阻层)。具体地，例如，可以使用以下方法。

(A)在形成第二化合物半导体层时形成绝缘层(高电阻层)。

(B)在形成第二化合物半导体层时形成导电类型与第二化合物半导体层的导电类型相反的层(绝缘层或者高电阻层)。

(C)通过基于由于对第二化合物半导体层的离子注入等而造成的晶体破坏实现绝缘(具有高电阻)来形成绝缘层(高电阻层)。

(D)通过对导电类型与第二化合物半导体层的导电类型相反的材料的离子注入或者扩散(气相扩散或者固体扩散)来形成绝缘层(高电阻层)。

进一步地，在包括优选形式和配置的本公开的发光二极管中，可以采用如下配置：在第二化合物半导体层的第一部分的顶表面上设置光提取增强效应结构。此处，光提取增强效应结构指通过向第二化合物半导体层的第一部分设置凹凸部分来提高从第二化合物半导体层的第一部分提取光的光提取效率的结构。第一部分的凹凸部分具有缩短第二化合物半导体层的电流路径并且增加第二化合物半导体层的第一部分的电阻以及光提取效率的效果。即，可以采用以下配置：电流不流过或者几乎不流过第一部分的凹凸部分，并且至少在靠近层压结构的侧壁的区域中不发出光。

在本公开的发光二极管中，当层压结构的厚度方向为Z方向时，在XY虚拟平面上的第二化合物半导体层的第二部分的横截面可以具有任何形状，并且例如，可以列举出：圆形、方形、矩形、和多边形。在XY虚拟平面上的柱状层压结构的横截面可以是方形或者矩形。作为在XY虚拟平面上的柱状层压结构的横截面面积，可以列举出：2.5×10³μm²或者更少，具体地，从1×10²μm²至2.5×10³μm²。

注意，根据基于另一表达的描述，本公开的发光二极管包括：

柱状层压结构单元，在该柱状层压结构单元中，层压有第一化合物半导体层、由化合物半导体形成的发光层、和第二化合物半导体层；

第一电极，该第一电极电连接至第一化合物半导体层；以及

第二电极，在该第二电极中，

层压结构单元具有台面结构，

通过在厚度方向上部分地去除第二化合物半导体层来形成台面结构，或者通过在厚度方向上选择性地形成第二化合物半导体层来形成台面结构，该台面结构与柱状层压结构单元的边缘部分隔开，以及

至少从形成台面结构的第二化合物半导体层的顶表面和侧表面输出光。

在下面的描述中，为了方便起见，将层压结构的位于第二化合物半导体层的第二部分下方的一部分称为‘层压结构的第二部分’，并且为了方便起见，将层压结构的位于层压结构的第二部分外部的一部分称为‘层压结构的第一部分’。

在包括上面提到的各种优选形式和配置的本公开的发光二极管中，当电流在第二电极与第一电极之间流动时，流过层压结构的第二部分的电流的电流密度为J₂，并且流过层压结构的第一部分的电流的电流密度为J₁，优选的是，满足0≤J₁/J₂≤0.5。

注意，通过用于控制电气特性的各种参数来控制J₁/J₂的值，诸如：

[A]各个化合物半导体层的电阻率、载流子密度、和载流子迁移率以及第二化合物半导体层与发光层之间的比电阻差。

[B]第二化合物半导体层的第二部分的厚度与第一部分的厚度之比(关于第二化合物半导体层的第一部分和第二部分的厚度，参考图3中的T₁和T₂)。

[C]第二化合物半导体层的第二部分的边缘部分到第一部分的投影图像与第一部分的边缘部分之间的距离(参考图3中的L₁)。

[D]第二电极的边缘部分到第二化合物半导体层的第一部分的投影图像与第一部分的边缘部分之间的距离(参考图3中的L₂)。

[E]第二电极的大小(参考图3中的W₂)。

[F]通过向第二化合物半导体层的第一部分设置光提取增强效应结构或者电阻增加效应结构来使电流路径变窄，即，第二化合物半导体层的第一部分的高电阻。注意，可以基于任何一个参数来实现对J₁/J₂的值的控制，并且还可以通过组合多个参数(包括所有组合)来实现对J₁/J₂的值的控制。

作为在本公开的发光二极管中形成各种化合物半导体层的化合物半导体，此处可以列举出：基于GaN的化合物半导体(包括AlGaN混晶、AlInGaN混晶、或者InGaN混晶)、基于InN的化合物半导体、基于InP的化合物半导体、基于AlN的化合物半导体、基于GaAs的化合物半导体、基于AlGaAs的化合物半导体、基于AlGaInP的化合物半导体、基于AlGaInAs的化合物半导体、基于AlAs的化合物半导体、基于GaInAs的化合物半导体、基于GaInAsP的化合物半导体、基于GaP的化合物半导体、以及基于GaInP的化合物半导体。作为添加至化合物半导体层的n型杂质，例如有：硅(Si)、硒(Se)、锗(Ge)、锡(Sn)、碳(C)、以及钛(T)。作为p型杂质，例如有：锌(Zn)、镁(Mg)、铍(Be)、镉(Cd)、钙(Ca)、钡(Ba)、以及氧(O)。作为用于形成层的方法(薄膜形成方法)，存在金属有机化学汽相沉积法(MOCVD方法或者MOVPE方法)、金属有机分子束外延法(MOMBE方法)、卤素有助于过渡或者反应的氢化物汽相外延法(HVPE方法)、等离子体辅助物理汽相外延法(PPD方法)、以及LPE方法(液相外延法)。可以通过单个化合物半导体层来形成发光层，或者发光层可以具有单量子阱结构(SQW结构)或者多量子阱结构(MQW结构)。

作为在用于形成化合物半导体层的MOCVD方法中的材料，此处可以引用熟知的材料：诸如，三甲基镓(TMG)、三乙基镓(TEG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)、以及胂(AsH3)，并且该材料可以是例如，氨气和肼，作为氮源气体。此外，例如，作为n型杂质(n型掺杂剂)，在添加硅(Si)的情况下，可以使用甲硅烷(SiH₄)气体作为Si源。在添加硒(Se)的情况下，可以使用H₂Se作为Se源。另一方面，在添加镁(Mg)作为p型杂质(p型掺杂剂)的情况下，可以使用环戊二烯基镁、甲基环戊二烯基镁、或者双环戊二烯基镁(Cp₂Mg)作为Mg源。在添加锌(Zn)的情况下，可以使用二甲基锌(DMZ)作为Zn源。注意，作为n型杂质(n型掺杂剂)，除了Si和Se之外，此处还可以引用：Ge、Sn、C、以及Ti。作为p型杂质(p型掺杂剂)，除了Mg和Zn之外，还可以引用：Cd、Be、Ca、Ba、以及O。此外，在制造红光发光二极管的情况下，作为要使用的材料，此处可以列举出：三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)、三甲基镓(TMG)、三乙基镓(TEG)、三甲基铟(TMI)、三乙基铟(TEI)、膦(PH₃)、胂、二甲基锌(DMZ)、二乙基锌(DEZ)、H₂S、硒化氢(H₂Se)、以及双环戊烷二甲基锌。

作为用于制造发光二极管的衬底(用于制造的衬底)，此处可以引用：GaAs衬底、GaN衬底、SiC衬底、氧化铝衬底、蓝宝石衬底、ZnS衬底、ZnO衬底、AlN衬底、LiMgO衬底、LiGaO₂衬底、MgAl₂O₄衬底、InP衬底、Si衬底、Ge衬底、GaP衬底、AlP衬底、InN衬底、AlGaInN衬底、AlGaN衬底、AlInN衬底、GaInN衬底、AlGaInP衬底、AlGaP衬底、AlInP衬底、GaInP衬底，并且这些衬底中的每一个在其表面(主表面)上形成有底层或者缓冲层。首先，在用于制造的衬底上设置发光二极管。然而，作为发光二极管的最终形式，此处可以引用：在用于制造的衬底上形成发光二极管的形式、以及去除用于制造的衬底的形式。在后一种情况下，可以将发光二极管附接至支撑衬底(不管导电性、绝缘性能、以及半导体)，可以固定发光二极管或者接合发光二极管。

第一化合物半导体层具有第一导电类型，并且第二化合物半导体层具有与第一导电类型相反的第二导电类型。在第一导电类型是n型的情况下，第二导电类型为p型。在第一导电类型是p型的情况下，第二导电类型为n型。在本公开的发光二极管中，具体地，此处可以引用n型作为第一导电类型以及p型作为第二导电类型。

通过在形成层压有第一化合物半导体层、由化合物半导体形成的发光层、和第二化合物半导体层的层压结构之后，基于熟知的光刻技术和干法蚀刻技术或者湿法蚀刻技术的组合在厚度方向上蚀刻第二化合物半导体层的一部分来形成第二化合物半导体层的第二部分(台面结构的形成)。在蚀刻之后剩下的第二化合物半导体层的一部分是第二化合物半导体层的第一部分，并且未蚀刻的第二化合物半导体层的其余部分是第二化合物半导体层的第二部分。然而，第二化合物半导体层的第二部分的形成(台面结构的形成)不限于该方法。另外，例如，还可以通过在形成层压有第一化合物半导体层、由化合物半导体形成的发光层、和第二化合物半导体层的第一部分的层压结构之后，选择性地添加和形成第二化合物半导体层的第二部分来形成第二化合物半导体层的第二部分(台面结构的形成)。为了选择性地形成第二化合物半导体层的第二部分，可以通过熟知的光刻技术和干法蚀刻技术或者湿法蚀刻技术的组合以及剥离技术来在第二化合物半导体层的第一部分上形成晶体生长抑制层，诸如，SiO₂层，并且可以使要形成第二化合物半导体层的第二部分的第一部分暴露出来。然后，通过熟知的晶体生长方法来在要形成第二化合物半导体层的第二部分的暴露出来的第一部分上选择性地生长第二化合物半导体层，从而获得第二部分。

当第一导电类型是n型并且第二导电类型是p型时，作为形成第二电极的透明导电材料，此处可以列举出：氧化铟、氧化铟锡(ITO，包括：掺杂有Sn的In₂O₃、晶体ITO、以及非晶ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、掺杂有铟的氧化锌镓(IGZO、In-GaZnO₄)、IFO(掺杂有F的In₂O₃)、氧化锡(SnO₂)、ATO(掺杂有Sb的SnO₂)、FTO(掺杂有F的SnO₂)、氧化锌(ZnO，包括：掺杂有Al的ZnO、掺杂有B的ZnO、以及掺杂有Ga的ZnO)、氧化锑、尖晶石型氧化物、以及具有YbFe₂O₄结构的氧化物。可替代地，作为第二电极，此处可以引用：具有诸如氧化镓、氧化钛、氧化铌、和氧化镍等母层的透明导电膜。作为形成第二电极的不透明导电材料，此处可以引用：选自由钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、金(Au)、和银(Ag)组成的组的至少一种金属。第二电极可以是单层配置或者多层配置(例如，Ti/Pt/Au)。第一电极优选地具有单层配置或者多层配置，该多层配置包括选自由金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)、钒(V)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、和铟(In)组成的组的至少一种金属(包括合金)。例如，此处可以列举出：Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、Ni/Au、AuGe/Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt、以及Ag/Pd。注意，在多层配置中的“/”的更靠前的一层更多地位于发光层侧。而且，在下面的描述中，这种情况是相似的。将第一电极电连接至第一化合物半导体层。可以在第一化合物半导体层上形成第一电极。当用于制造的衬底具有导电性能时，可以在用于制造的衬底上形成第一电极。针对第一电极或者第二电极(包括电极的延伸部分)，若需要，例如，可以提供具有层压配置的多层金属层(诸如，[粘附层(Ti层或者Cr层等)]/[势垒金属层(Pt层、Ni层、TiW层或者Mo层等)]/[具有高附着性的金属层(例如，Au层)])的连接部分(诸如，Ti层/Pt层/Au层)，或者接触部分(焊盘电极)。可替代地，接触部分(焊盘电极)优选地具有单层配置或者多层配置，该多层配置包括选自由钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、镍(Ni)、和钯(Pd)组成的组的至少一种金属(例如，Ti/Au多层配置、Ti/Pd/Au多层配置、Ti/Pd/Au多层配置、Ti/Ni/Au层结构、或者Ti/Ni/Au/Cr/Au)。可以通过各种PVD方法(诸如，真空汽相沉积法和溅射法)、各种CVD方法、和电镀方法来形成第一电极、第二电极、连接部分、和接触部分(焊盘电极)。

进一步地，在本公开的发光二极管中，可以通过以下内容的组合来增加光输出：

[a]表面纹理结构(用于提高在光输出表面上的光提取效率的结构，具体地，通过使光输出表面粗糙化来提高，更具体地，通过在形成在第二化合物半导体层的第一部分的顶表面上的绝缘层的表面上设置凹凸部分来提高)

[b]光反射结构(具体地，例如，用于在第一电极上形成反射电极层的结构)

[c]谐振腔结构(具体地，用于通过调整化合物半导体层的厚度和光反射率以形成包括发光层的谐振器结构来提高发光层的发光效率的结构)

[d]非反射涂层结构，或者，可以通过采用如下来进一步提高可靠性

[e]具有绝缘膜、树脂等的外涂层结构(具体地，用于将发光二极管与通过覆盖具有上面提到的绝缘层或者外涂层(聚酰亚胺层、聚酰胺层、或者丙烯酸树脂层)的发光二极管来引起发光二极管的劣化的水、液体(诸如，酸或者碱)、或者蒸汽隔离的结构。外涂层本身可以具有非反射涂层功能。)注意，非反射涂层结构是用于在光提取表面的前表面上抑制由发光二极管内部的折射率n₁与发光二极管外部的折射率n₂之差产生的光返回到发光二极管中的结构。具体地，添加基于光干涉效应的结构。即，绝缘层是具有由SiO₂、SiN等形成的高折射率控制性的透明层，并且控制绝缘层的厚度，从而提高在光输出表面上的光提取效率。假设绝缘层的厚度为d，绝缘层的折射率为n₁，由光输出表面的法线与行进光形成的角度为

自然数(包括0)为k，并且输出光的波长为λ₀，当绝缘层的厚度d满足

时，在传播光时产生干涉并且可以增加光的光辐射强度。

第一电极和第二电极中的每一个可以布置在发光二极管的上或者下面，或者第一电极和第二电极两者可以聚合并且形成在第一化合物半导体层侧和第二化合物半导体层侧中的任一个上。此时，可以采用能够从具有聚合了的电极的表面提取光的结构(面朝上结构)或者能够从不具有聚合了的电极的表面(即，在电极的相对侧上的表面)提取光的结构(倒装芯片结构或者面朝下结构)。在后一种情况下，至少从第二化合物半导体层的第二部分的顶表面和侧表面输出光，进一步地，经由第二电极。然而，可以采用以下结构：设置用于反射光的反射结构以反射光，从而将光从第一化合物半导体层侧向外输出。

例如，可以将本公开的发光二极管应用于用于接收和传输光信号的装置、设备、和部件。具体地，发光二极管可以用于光耦合器、感光鼓打印机的光源、扫描器的光源、光纤的光源、光盘的光源、光学遥控器、光学测量装置等。要安装在安装衬底上的发光二极管的数量为一个或者多个，并且可以根据具有发光二极管的装置所需的规格、应用、功能等来确定安装(布置)、间隔等。除了这些装置之外，作为通过将发光二极管安装在安装衬底上而获得的装置，例如，此处可以引用图像显示装置、背光源、以及照明装置。作为红光发光二极管、绿光发光二极管、和蓝光发光二极管，可以使用采用了基于氮化物的III-V族化合物半导体的二极管。作为红光发光二极管，还可以使用采用了基于AlGaInP的化合物半导体的二极管。进一步地，此处可以引用：用于运动传感器等的不可见区域的紫外发光二极管(由基于氮化物的III-V族化合物半导体形成)和红外发光二极管(由基于AlGaAs的或者基于GaAs的化合物半导体形成)。进一步地，还可以将在布置有多个显示装置单元的平铺形式的显示装置中的显示装置单元包括在通过将发光二极管安装在安装衬底上而获得的装置中。

作为安装衬底，此处可以列举出：半导体衬底、包括刚性印刷布线板和柔性印刷布线板的印刷衬底、以及引线框架。可替代地，作为安装衬底，此处可以引用：在玻璃衬底上形成布线的衬底和薄膜晶体管衬底(TFT衬底)(在该衬底上，形成有薄膜晶体管(TFT))。进一步地，可以通过例如，粘合剂、导电浆料、焊接、或者电镀来安装发光二极管。

[第一实施例]

第一实施例涉及本公开的发光二极管，并且具体地涉及具有第一配置的发光二极管。

第一实施例的发光二极管，如在图1A的示意性横截面图中示出的，包括：

柱状层压结构20，在该柱状层压结构20中，层压有第一化合物半导体层21、由化合物半导体形成的发光层(有源层)23、和第二化合物半导体层22的第一部分22A；以及

第一电极31，该第一电极31电连接至第一化合物半导体层21。

进一步地，在第二化合物半导体层22的第一部分22A上形成第二化合物半导体层22的第二部分22B，该第二化合物半导体层22的第二部分22B与第二化合物半导体层22的第一部分22A的边缘部分22a₃隔开。

至少在第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁上形成第二电极32。

至少从第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁和侧表面22b₂输出光。

可替代地，根据基于另一表达的描述，第一实施例的发光二极管包括：

柱状层压结构单元，在该柱状层压结构单元中，层压有第一化合物半导体层21、由化合物半导体形成的发光层(有源层)23、和第二化合物半导体层22；

第二电极32。

层压结构单元具有台面结构。

通过在厚度方向上去除第二化合物半导体层22的一部分或者通过在厚度方向上选择性地形成第二化合物半导体层22来形成台面结构，并且使台面结构与柱状层压结构单元的边缘部分隔开。

至少从形成台面结构的第二化合物半导体层22的顶表面和侧表面输出光。

第一化合物半导体层21具有第一导电类型(具体地，n型)，并且第二化合物半导体层22具有作为与第一导电类型相反的导电类型的第二导电类型(具体地，p型)。

在第一实施例的发光二极管中，从发光二极管的第二化合物半导体层侧向外部输出光。第二电极32由透明的导电材料形成，并且经由第二电极32来进一步输出光。在发光二极管上/下面布置第一电极31和第二电极32中的每一个。

在第一实施例的发光二极管中，当层压结构20的厚度方向为Z方向时，在XY虚拟平面上的第二化合物半导体层22的第二部分22B的截面形状为，例如，圆形。进一步地，在XY虚拟平面上的柱状层压结构20的横截面形状为一条边为L₀(例如，L₀＝50μm)的方形。在XY虚拟平面上的柱状层压结构20的横截面面积为50μm×50μm＝2500μm²。

进一步地，在第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁上设置第二电极32，该第二电极32与第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁的边缘部分22b₃隔开。当电流在第二电极32与第一电极31之间流动时，至少在位于层压结构20的侧壁20a附近的区域20b中不发出光。将电流引入布线连接至第二电极32，但是未示出电流引入接线。

当电流在第二电极32与第一电极31之间流动时，电流主要流过层压结构20的第二部分20B(层压结构20的位于第二化合物半导体层22的第二部分22B下方的一部分)。电流不流过或者少量电流流过层压结构20的第一部分20A(层压结构20的位于层压结构20的第二部分20B外部的一部分)。假设流过层压结构20的第二部分20B的电流的电流密度为J₂并且流过层压结构20的第一部分20A的电流的电流密度为J₁，则优选的是满足

0≤J₁/J₂≤0.5。

在附图中，通过空箭头来表示流过层压结构20的第二部分20B的电流。进一步地，通过黑色箭头来表示要输出到外部的光输出方向。

在第一实施例的发光二极管中，在由GaAs衬底形成的衬底11上形成由基于AlGaAs的化合物半导体形成的层压结构20。具体地，层压结构20等具有下面的表1的配置。

<表1>

第二电极ITO

第二化合物半导体层p-AlGaAs

发光层i-AlGaAs

第一化合物半导体层n-AlGaAs

衬底n-GaAs

第一电极AuGe/Ni/Au

此外，在第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁的一部分上、其侧表面22b₂上、第二化合物半导体层22的第一部分22A的顶表面22a₁上、以及层压结构20的侧壁20a上形成由厚度为250nm的SiN形成的绝缘层33。

在第一实施例的发光二极管中，基于熟知的MOCVD方法来将第一化合物半导体层21、发光层23、和第二化合物半导体层22按顺序设置在衬底11上。随后，在第二化合物半导体层22上形成抗蚀剂层，并且将该抗蚀剂层用作蚀刻掩模以基于熟知的光刻技术和干法蚀刻技术或者湿法蚀刻技术的组合来在厚度方向上部分地蚀刻第二化合物半导体层22，之后去除抗蚀剂层。因此，可以获得第二化合物半导体层22的第二部分22B(台面结构)。在蚀刻之后剩下的第二化合物半导体层22的一部分成为第二化合物半导体层22的第一部分22A。未蚀刻的第二化合物半导体层22的其余部分成为第二化合物半导体层22的第二部分22B。

然后，通过进行蚀刻来将层压结构制成柱状。随后，在整个表面上形成绝缘层33。之后，去除顶表面的要在其上形成第二化合物半导体层22的第二部分22B的第二电极的这部分的绝缘层33，并且通过熟知的方法来形成第二电极32。进一步地，若需要，将衬底11制成薄衬底，并且在衬底11的未形成有层压结构20的表面侧上形成第一电极31。分别选择第二化合物半导体层22的第二部分22B到第一电极31的投影图像的大小和第一电极31的大小以获得电流集中效应。当从第二化合物半导体层侧输出光时，可以将附加金属(诸如，Ag、Al、Au、Pd、或者Cu)层或者布拉格反射结构(化合物半导体的多层膜或者具有不同折射率的透明材料)添加至第一电极31以反射朝向第一化合物半导体行进的光。

顺便提及，如上所述，当电流在第二电极32与第一电极31之间流动时，通过用于控制电气特性的各种参数(诸如，上面提到的[A]至[F])来控制电流密度J₂/J₂的值。图3示出了用于解释第一实施例的发光二极管的各种参数的示意性横截面图。

图4A示意性地示出了通过使第二化合物半导体层22的第二部分22B的边缘部分22b₃到第一部分22A的投影图像与第一部分22A的边缘部分22a₃之间的距离L₁标准化(按照前面提到的L₀)而获得的值(L₁/L₀)与发光二极管的亮度之间的关系。当L₁/L₀的值从L₁/L₀＝0的情况增加时，即，从仅由第二化合物半导体层22的第一部分22A形成整个第二化合物半导体层22的情况增加时，亮度增加。然而，当进一步增加L₁/L₀的值时，即，减小第二化合物半导体层22的第二部分22B的大小时，亮度降低。在第一实施例中，当亮度处于峰值时，L₁/L₀的值具体为0.1至0.4。

利用层压结构20的第一部分20A的电阻值与层压结构20的第二部分20B的电阻值之间的平衡来确定注入层压结构的第一部分20A的电流量。通过第二化合物半导体层22的第二部分22B的厚度与其第一部分22A的厚度之比、第二化合物半导体层22的载流子密度和载流子迁移率、第二化合物半导体层22与发光层23之间的比电阻差、由于离子注入量而引起的比电阻增加等，来确定电阻值的平衡。

图4B示意性地示出了第二化合物半导体层22的第一部分22A的厚度T₁与发光二极管的亮度之间的关系。图4B中的曲线图的右端示出了与在图7中的结构相同的结构。即，这意味着第二化合物半导体层22的第二部分22B不存在。当使第一部分22A的厚度T₁更薄时，第二化合物半导体层22A的第一部分22A的电阻增加，流过第一部分22A的电流减少，并且流向非发光部分的电流减少，从而提高亮度。随着第一部分22A的厚度T₁减小，发光二极管的亮度增加，并且在显示出最大值之后，亮度急剧降低，接近T₁＝0。T₁＝0意味着发光层23暴露于表面，即，使位于第二化合物半导体层22的第一部分22A下方的发光层23暴露出来，并且靠近端面重新形成非发光部分。因此，亮度降低。

图5示意性地示出了第二电极32的大小W₂与驱动电压之间的关系。通过第二电极32与第二化合物半导体层22之间的接触电阻率和接触面积以及第二化合物半导体层22的第二部分22B的体积电阻值来确定驱动电压的变化。当第二电极32由透明的导电材料形成时，第二电极32可以形成为几乎覆盖第二化合物半导体层22的整个第二部分22B。因此，通过第二化合物半导体层22的第二部分22B的面积来改变接触电阻值。通常，透明的导电材料具有较高的接触电阻率。因此，如在图5中示出的，当第二化合物半导体层22的第二部分22B的面积减小时，第二电极32的接触电阻分量无法忽略并且其急剧增加。

例如，在发光二极管的设计中，可以基于在图4A、图4B、和图5中示出的结果根据发光二极管的规格来适当地确定发光二极管的各种参数。

在第一实施例的发光二极管中，第二化合物半导体层22的第二部分22B形成台面结构。至少在第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁上形成第二电极32。因此，当电流在第二电极32与第一电极31之间流动时，电流不流过(或者几乎不流过)层压结构20的位于柱状层压结构20的侧壁20a附近的区域20b。在柱状层压结构20的边缘部分处不发生(或者不常发生)非发光复合。尽管利用简单的步骤来制造，但是可以提高发光效率。进一步地，至少从第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁和侧表面22b₂输出光，进一步地经由第二电极32。因此，从发光二极管将光输出的区域增加，从而为发光二极管提供了极大的光输出改善。注意，取决于具体的情况，还从与第二化合物半导体层22A的第二部分22B相邻的第一部分22A输出光。

取决于具体的情况，例如，第二电极32可以由不透明的导电材料(诸如，Ti/Pt/Au)形成。在这种情况下，在第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁上设置第二电极32，该第二电极32与第二化合物半导体层的第二部分22B的顶表面22b₁的边缘部分22b₃隔开。因此，从第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁的未被第二电极32覆盖的一部分和第二化合物半导体层22的第二部分22B的侧表面22b₂向外部输出光。

可替代地，可以通过去除层压结构20的第一部分20A的一部分并且使第一化合物半导体层21暴露出来，来在第一化合物半导体层21的暴露出来的部分上形成第一电极31。即，可以在第二化合物半导体层侧上聚合和形成第一电极31和第二电极32两者。在这种情况下的第一实施例发光二极管还具有以下结构(面朝上结构)：从具有聚合了的电极的表面(第二化合物半导体层侧)提取光。

如上面提到的，在本公开的发光二极管中，通过向发光二极管(LED)应用端面发光类型的脊条型半导体激光器件的结构来实现电流集中结构。尽可能抑制在发光二极管的层压结构的侧壁上的非发光载流子的消耗，从而改善光输出。根据过去的发光二极管，如在图7中示出的，电流均匀地分散在发光层中，并且整个发光二极管都发光。然而，根据本公开的发光二极管，如在图1A和图1B中示出的，第二化合物半导体层具有双层结构(即，使化合物半导体层的在光提取表面侧上的一部分的厚度变薄以靠近发光层)，仅在发光二极管的中心部分处的发光才是成功的。因此，即使具有相同的驱动电流，在第一实施例的发光二极管中，与在图7中示出的过去的发光二极管相比较，也能够成功获得大约两倍或者更多倍的光输出。

为了获得第二化合物半导体层的第二部分，只可以在厚度方向上蚀刻第二化合物半导体层。因此，可以使用用于制造普通发光二极管的器件或者工艺，而不管发光二极管的材料。即，可以利用在保持优选的生产率的同时改善光输出来制造发光二极管。

注意，如上面提到的各种配置还可以适当地应用于以下实施例。

[第二实施例]

第二实施例涉及具有第二配置的发光二极管，作为第一实施例的修改例。因为在图2中示出了示意性截面图，所以在第二实施例的发光二极管中，

在第二化合物半导体层22的第一部分22A的顶表面22a₁上形成绝缘层33，

第二电极32由透明的导电材料形成，并且形成为从第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁延伸至侧表面22b₂并且在所述绝缘层33上。进一步地，当电流在第二电极32与第一电极31之间流动时，至少在位于层压结构20的侧壁20a附近的区域20b中不发出光。将电流引入布线34连接至在绝缘层33上的第二电极32的一部分。在第二电极32中，可以在除了第二部分22B的用作主要光提取表面的顶表面22b₁之外的部分上设置接触部分(焊盘电极)。上面描述的结构还可以应用于在图1B中示出的第一实施例的发光二极管的修改例。

[第三实施例]

第三实施例是第一实施例至第二实施例的修改例。然而，因为在图6中示出了示意性横截面图，所以在第三实施例的发光二极管中，从发光二极管的第一化合物半导体层侧向外部输出光。

同样，在第三实施例的发光二极管中，第二化合物半导体层22由第一部分22A和第二部分22B(台面结构)形成。进一步地，在第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁的一部分上、侧表面22b₂上、第二化合物半导体层22的第一部分22A的顶表面22a₁上、以及层压结构20的侧壁20a上形成由厚度为250nm的SiN形成的绝缘层33。

同样，在第三实施例的发光二极管中，基于熟知的MOCVD方法来将第一化合物半导体层21、发光层23、和第二化合物半导体层22按顺序设置在衬底11上。针对基底11，使用对从发光层23输出的光透明的材料。接下来，在第二化合物半导体层22上形成抗蚀剂层，并且通过将抗蚀剂层用作蚀刻掩模来基于熟知的光刻技术和干法蚀刻技术或者湿法蚀刻技术的组合在厚度方向上蚀刻第二化合物半导体层22的一部分。之后，去除抗蚀剂层。因此，可以获得第二化合物半导体层22的第二部分22B(台面结构)。在蚀刻之后剩下的第二化合物半导体层22的一部分成为第二化合物半导体层22的第一部分22A，并且未蚀刻的第二化合物半导体层22的其余部分成为第二化合物半导体层22的第二部分22B。

之后，将层压结构蚀刻为具有柱状形状。随后，在整个表面上形成绝缘层33之后，去除要形成第二化合物半导体层22的第二部分22B的第二电极的顶表面的一部分的绝缘层33，并且利用熟知的方法来形成第二电极32。

此外，去除层压结构20的第一部分20A的一部分，从而使第一化合物半导体层21暴露出来，并且将第一电极31形成在第一化合物半导体层21的暴露出来的部分上。即，在第二化合物半导体层侧上聚合和形成第一电极31和第二电极32两者。因此，可以获得具有在图6中示出的结构的第三实施例的发光二极管。

注意，至少从第二化合物半导体层的第二部分22B的顶表面22b₁和侧表面22b₂输出光。然而，可以采用以下结构：通过设置用于反射光的反射结构来反射光并且经由第一化合物半导体层21来将光向外部输出。即，获得一种结构(倒装芯片结构或者面朝下结构)以从未聚合有第一电极31和第二电极32的一侧(第一化合物半导体层侧)提取光。第二电极32可以由透明的导电材料或者不透明的导电材料形成。在前一种情况下，经由第二电极32来进一步输出光。

此外，在未设置这种结构的情况下，不仅经由第一化合物半导体层21来向外部输出光，而且从第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶面22b₁及其侧表面22b₂向外部输出光。进一步地，在第二电极32由透明的导电材料形成的情况下，经由第二电极32来将光向外部输出。此外，取决于具体的情况，从与第二化合物半导体层22A的第二部分22B相邻的第一部分22A输出光。即，不仅从第一化合物半导体层侧输出在发光层23中产生的光，而且从第二化合物半导体层侧输出在发光层23中产生的光。

同样，在第三实施例的发光二极管中，第二化合物半导体层22的第二部分22B形成台面结构，并且第二电极32至少形成在第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁上。因此，当电流在第二电极32与第一电极31之间流动时，电流不流过(或者几乎不流过)层压结构20的位于柱状层压结构20的侧壁20a附近的区域20b。在柱状层压结构20中发光层23的边缘部分处不发生(或者不常发生)非发光复合。尽管利用简单的步骤来制造，但是可以改善对发光效率的提高。另外，至少从第二化合物半导体层22的第二部分22B的顶表面22b₁和侧表面22b₂输出光，进一步地，取决于具体的情况，经由第二电极32。因此，从发光二极管将光输出的区域增加，并且可以提供光输出得到极大改善的发光二极管。注意，取决于具体的情况，还从与第二化合物半导体层22A的第二部分22B相邻的第一部分22A输出光。

除了上述点之外，第三实施例的发光二极管的配置和结构与在第一实施例至第二实施例中描述的发光二极管的配置和结构相似。因此，省略具体描述。

上面根据优选实施例描述了本公开。然而，本公开不限于这些实施例。在实施例中描述的发光二极管的配置和结构以及发光二极管的制造方法是示例，并且可以适当地改变。

例如，在第二实施例中描述的发光二极管中，可以在第二化合物半导体层22的第一部分22A的整个表面上或者一部分上设置电阻增加效应结构来代替绝缘层33。该电阻增加效应结构可以具有通过在上面提到的(A)至(D)中描述的方法形成的绝缘层(高电阻层)。

可替代地，在第一实施例至第二实施例中描述的发光二极管中，可以在第二化合物半导体层22的第一部分22A的顶表面22a₁的整个表面上或者一部分上设置光提取增强效应结构。具体地，可以贯穿从第二化合物半导体层22的第一部分22A的顶表面22a₁开始的深度设置凹凸部分。可替代地，可以贯穿从第一部分22A的顶表面22a₁开始的深度在二化合物半导体层22的第一部分22A的顶表面22a₁的整个表面上或者一部分上设置大量凹陷部分(非通孔)。

此外，本技术还可以如下配置。

[A01]<<发光二极管>>

一种发光二极管，其包括：

柱状层压结构，在该柱状层压结构中，层压有第一化合物半导体层、由化合物半导体形成的发光层、和第二化合物半导体层的第一部分；以及

第一电极，该第一电极电连接至第一化合物半导体层，

其中，在第二化合物半导体层的第一部分上形成第二化合物半导体层的第二部分，该第二化合物半导体层的第二部分与第二化合物半导体层的第一部分的边缘部分隔开，

至少在第二化合物半导体层的第二部分的顶表面上形成第二电极，以及

至少从第二化合物半导体层的第二部分的顶表面和侧表面输出光。

[A02]根据[A01]的发光二极管，

其中，从发光二极管的第二化合物半导体层侧向外部输出光。

[A03]根据[A01]或者[A02]的发光二极管，

其中，从发光二极管的第一化合物半导体层侧向外部输出光。

[A04]根据[A01]至[A03]中任一项的发光二极管，

其中，第二电极设置在第二化合物半导体层的第二部分的顶表面上，与第二化合物半导体层的第二部分的顶表面的边缘部分隔开。

[A05]根据[A01]至[A04]中任一项的发光二极管，

其中，在第二化合物半导体层的第一部分的顶表面上形成绝缘层，以及

第二电极由透明的导电材料形成，并且形成为从顶表面延伸至第二化合物半导体层的第二部分的侧表面并且在绝缘层上。

[A06]根据[A05]的发光二极管，

其中，第二化合物半导体层的第一部分设置有电阻增加效应结构。

[A07]根据[A05]或者[A06]的发光二极管，

其中，将电流引入布线连接至在绝缘层上的第二电极的一部分。

[A08]根据[A01]至[A07]中任一项的发光二极管，

其中，在第二化合物半导体层的第一部分的顶表面上设置光提取增强效应结构。

[A08]根据[A01]至[A08]中任一项的发光二极管，

其中，当电流在第二电极与第一电极之间流动时，至少在靠近层压结构的侧壁的区域中不发出光。

[A10]根据[A01]至[A09]中任一项的发光二极管，

其中，当层压结构的厚度方向为Z方向时，在XY虚拟平面上的第二化合物半导体层的第二部分的横截面形状为圆形、方形或者矩形。

附图标记列表

11 衬底

20 层压结构

20a 层压结构的侧壁

20b 层压结构的位于层压结构的侧壁附近的区域

20A 层压结构的第一部分

20B 层压结构的第二部分

21 第一化合物半导体层

22 第二化合物半导体层

22A 第二化合物半导体层的第一部分

22a₁ 第二化合物半导体层的第一部分的顶表面

22a₃ 第二化合物半导体层的第一部分的边缘部分

22B 第二化合物半导体层的第二部分

22b₁ 第二化合物半导体层的第二部分的顶表面

22b₂ 第二化合物半导体层的第二部分的侧表面

22b₃ 第二化合物半导体层的第二部分的顶表面的边缘部分

23 发光层(有源层)

31 第一电极

32 第二电极

33 绝缘层

34 电流引入布线

40 靠近发光层的端面的区域。

Claims

1.一种发光二极管，其包括：

柱状层压结构，在所述柱状层压结构中，层压有第一化合物半导体层、由化合物半导体形成的发光层、和第二化合物半导体层的第一部分；以及

第一电极，所述第一电极电连接至所述第一化合物半导体层，其中，在所述第二化合物半导体层的所述第一部分上形成所述第二化合物半导体层的第二部分，所述第二化合物半导体层的所述第二部分与所述第二化合物半导体层的所述第一部分的边缘部分隔开，

至少在所述第二化合物半导体层的所述第二部分的顶表面上形成第二电极，以及

至少从所述第二化合物半导体层的所述第二部分的所述顶表面和侧表面输出光，

其中，所述第一电极包括布拉格反射结构，所述布拉格反射结构反射朝向第一化合物半导体行进的光；

其中，在所述第二化合物半导体层的所述第一部分的顶表面上形成绝缘层，以及所述第二电极由透明的导电材料形成，并且形成为从所述顶表面延伸至所述第二化合物半导体层的所述第二部分的侧表面并且在所述绝缘层上；

其中，在所述第二化合物半导体层的所述第一部分的顶表面上设置光提取增强效应结构。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，

其中，从所述发光二极管的所述第二化合物半导体层侧向外部输出光。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，

其中，从所述发光二极管的所述第一化合物半导体层侧向外部输出光。

4.根据权利要求1所述的发光二极管，

其中，所述第二电极设置在所述第二化合物半导体层的所述第二部分的所述顶表面上，与所述第二化合物半导体层的所述第二部分的所述顶表面的边缘部分隔开。

5.根据权利要求1所述的发光二极管，

其中，所述第二化合物半导体层的所述第一部分设置有电阻增加效应结构。