CN116636023A - 发光二极管器件 - Google Patents

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Abstract

描述了发光二极管(LED)器件，其包括在同一晶片中的电致发光有源区和光致发光有源区的组合，以提供具有在外延生长后可调节的发射光谱的LED。LED器件包括多层阳极接触，该多层阳极接触包括反射金属和在该金属和p型层表面之间的至少一个透明导电氧化物层。对于用不同发射光谱制作的LED，透明导电氧化物层的厚度可以变化。

Description

发光二极管器件
技术领域
本公开的实施例总体上涉及发光二极管(LED)器件阵列及其制造方法。更特别地，实施例涉及包括光致发光量子阱和电致发光量子阱以及双层接触的发光二极管器件。
背景技术
发光二极管(LED)是一种半导体光源，当电流流过它时，其发射可见光。LED组合了p型半导体与n型半导体。LED通常使用III族化合物半导体。III族化合物半导体在比使用其他半导体的器件更高的温度下提供稳定的操作。III族化合物通常形成在由蓝宝石或碳化硅(SiC)形成的衬底上。
通常，LED晶片的发射光谱在外延生长后是固定的(不变的)。如果期望不同的光谱特性，则必须生长不同的晶片。作为外延生长后管芯制作工艺的一部分，具有调节LED晶片发射光谱的能力可能是有利的。例如，具有不同发射光谱的LED可以在同一晶片上彼此非常接近地制作。这种属性可以应用于显示器和相机闪光灯模块的制造，其中从不同的晶片(或者从给定晶片上的不同位置)拾取和放置LED到模块中是困难的和昂贵的。另一个优点是，可以补偿给定晶片内(或通过相同外延工艺生长的晶片之间)的无意色差，这有助于实现诸如晶片级磷光体集成的技术。
因此，需要在外延生长后能够调节发射光谱的LED器件。
发明内容
本公开的实施例针对LED器件和制造LED器件的方法。在一个或多个实施例中，发光二极管(LED)器件包括：台面阵列，其包括由沟槽分隔的第一台面和第二台面，第一台面和第二台面包括光致发光量子阱、光致发光量子阱上的n型层、n型层上的电致发光量子阱、和电致发光量子阱上的p型层，第一台面包括p型层上的多层接触并且第二台面包括p型层上的p型接触，沟槽具有至少一个侧壁并延伸到衬底上的n型电流扩散层。
本公开的其他实施例涉及一种发光二极管(LED)器件，包括：台面阵列，其包括由沟槽分隔的第一台面和第二台面，第一台面和第二台面包括光致发光量子阱、光致发光量子阱上的n型层、n型层上的电致发光量子阱、和电致发光量子阱上的p型层，第一台面包括p型层上的第一接触，第一接触包括在第一透明导电氧化物层上的第一反射金属层，第一透明导电氧化物层具有第一厚度，并且第二台面包括p型层上的第二接触，第二接触包括在第二透明导电氧化物层上的第二反射金属层，第二透明导电氧化物层具有第二厚度，并且沟槽具有至少一个侧壁并延伸到衬底上的n型电流扩散层。
一个或多个实施例针对一种制造LED器件的方法。在一个或多个实施例中，该方法包括：在衬底上形成成核层；在成核层上形成缺陷减少层；在缺陷减少层上形成n型电流扩散层；在n型电流扩散层上形成至少一个光致发光量子阱；在至少一个光致发光量子阱上形成n型层；在n型层上形成至少一个电致发光量子阱；在电致发光量子阱上形成p型层；蚀刻以形成由沟槽分隔的第一台面和第二台面，该沟槽具有至少一个侧壁并延伸到n型电流扩散层；在第一台面和第二台面上共形沉积电介质层；在第一台面和第二台面中形成接触孔；以及在第一台面上形成第一接触并在第二台面上形成第二接触。
附图说明
为便于详细理解本公开的上面列举的特征，可以参考实施例对上文简要概述的本公开进行更具体的描述，这些实施例中的一些在所附附图中说明。然而，要注意的是，所附附图仅示出了本公开的典型实施例，并因此不应被认为限制其范围，因为本公开可以容许其他等效的实施例。如本文所描述的实施例是通过示例而非限制的方式在附图的各图中示出的，在附图中，类似的附图标记指示相似的元件。
图1示出了根据一个或多个实施例的包括多个量子阱的LED器件的截面图；
图2示出了根据一个或多个实施例的包括多个量子阱的LED器件的截面图；
图3示出了根据一个或多个实施例的包括多个量子阱的LED器件的截面图；
图4示出了根据一个或多个实施例的包括多个量子阱的LED器件的截面图；
图5示出了根据一个或多个实施例的包括多个量子阱的LED器件的截面图；
图6A示出了根据一个或多个实施例的包括多个量子阱的LED器件的截面图；
图6B示出了根据一个或多个实施例的包括多个量子阱的LED器件的俯视图；
图7示出了根据一个或多个实施例的包括多个量子阱的LED器件的截面图；
图8为示出了针对由具有双层接触的p型层反射的辐射计算的GaN中的角辐射分布的图表；
图9为示出了近UV电致发光量子阱和阳极接触金属之间具有不同光程长度的LED的光谱的图表；以及
图10示出了根据一个或多个实施例的方法的工艺流程图。
为便于理解，在可能的场合，相同的附图标记已用于表示附图中公用的相同元件。附图不是按比例绘制的。例如，台面的高度和宽度没有按比例绘制。
具体实施方式
在描述本公开的几个示例性实施例之前，应理解本公开不限于以下描述中阐述的构造或工艺步骤的细节。本公开能够有其他实施例，并且能够以各种方式实践或执行。
根据一个或多个实施例，如本文中使用的术语“衬底”是指一种中间的或最终的、具有表面或表面的一部分的、工艺在其上进行的结构。另外，在一些实施例中，提及衬底也是指衬底的仅一部分，除非上下文清楚地以其他方式指示。此外，根据一些实施例，提及在衬底上沉积包括在裸衬底上沉积，或者在其上沉积或形成有一个或多个层、膜、特征或材料的衬底上沉积。
在一个或多个实施例中，“衬底”意味着在制作工艺期间在其之上进行膜加工的任何衬底或衬底上形成的材料表面。在示例性实施例中，取决于应用，在其上进行加工的衬底表面包括诸如以下的材料：硅、氧化硅、绝缘体上硅(SOI)、应变硅、非晶硅、掺杂硅、掺杂碳的氧化硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石、和任何其他合适的材料(诸如金属、金属氮化物、III族-氮化物(例如GaN、AlN、InN、和其他合金)、金属合金、和其他导电材料)。衬底包括而不限于发光二极管(LED)器件。在一些实施例中，衬底暴露于预处理工艺以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火、UV固化、电子束固化、和/或烘焙衬底表面。除了直接在衬底本身的表面上的膜加工之外，在一些实施例中，所公开的膜加工步骤中的任何一个也在衬底上形成的底层上进行，并且术语“衬底表面”旨在包括如上下文指示的这种底层。因此，例如，在膜/层或部分膜/层已经沉积到衬底表面上的场合，新沉积的膜/层的暴露表面成为衬底表面。
在本公开中，术语“晶片”和“衬底”将可互换使用。因此，如本文所用，晶片用作形成本文所述LED器件的衬底。
本文所述的实施例描述了LED器件和用于形成LED器件的方法。特别地，本公开描述了LED器件和制造LED器件的方法，该LED器件有利地在同一晶片中使用电致发光有源区和光致发光有源区的组合，以提供具有在外延生长后可调节的发射光谱的LED。在一个或多个实施例中，该调节是经由晶片制作工艺来实现的，这些晶片制作工艺可控制地改变在光致发光有源区中吸收的电致发光发射的份额。这些调节包括改变反射阳极接触和电致发光发射量子阱之间的光程长度，和/或通过将低损耗波长选择性反射器涂层施加到LED芯片的外表面。
在一个或多个实施例中，LED的发射光谱可以通过局限于芯片级的生长后晶片加工来改变，从而从同一LED晶片提供不同发射光谱的LED。在一个或多个实施例中，可以在同一晶片中构建具有彼此非常接近的不同发射光谱的LED阵列。有利地避免了生长多种(不同)类型的外延晶片的需要和操纵来自单独晶片的芯片以形成阵列的需要。
在一个或多个实施例中，氮化镓(GaN)基LED晶片在同一晶片中包含两组或更多组不同发射波长的量子阱。第一组电致发光量子阱(具有最短发射波长)可以位于p型层和第一n型层之间，该第一n型层与该p型层形成p-n结。具有更长发射波长的第二(以及第三或更多)组光致发光量子阱可以位于p-n结的n型层和n型GaN电流扩散层之间。这些量子阱在由第一组量子阱发射的电致发光的波长处具有不可忽略的吸收系数。
在一个或多个实施例中，LED器件包括多层阳极接触，该多层阳极接触包括反射金属以及介于该金属和p-GaN表面之间的至少一层透明导电氧化物层。对于用不同发射光谱制作的LED，透明导电氧化物层的厚度可以变化。
在一个或多个实施例中，LED器件包括抛光蓝宝石衬底的背侧上的可选光学涂层，其为成品LED芯片的一部分。与光致发光的(多个)波长相比，该涂层在电致发光的波长下具有低的光学损耗和较高的反射率。
通过附图描述了本公开的实施例，其说明了根据本公开的一个或多个实施例的器件(例如，晶体管)和形成器件的工艺。所示出的工艺仅仅是所公开的工艺的说明性的可能用途，并且本领域技术人员将认识到所公开的工艺不限于所示出的应用。
参考附图描述了本公开的一个或多个实施例。图1至图6A和图7示出了根据一个或多个实施例的器件100的截面图。图6B示出了根据一个或多个实施例的器件100的俯视图。本公开的一个方面涉及一种制造LED阵列的方法。参考图1，LED器件100由衬底102上的光致发光量子阱112和电致发光量子阱116制造。
在一个或多个实施例中，外延的第一部分涉及成核层104、缺陷减少层106和n型电流扩散层108的生长，并且可以与使用蓝宝石或其他适用生长衬底102的传统LED生长过程(growth run)中的相同。
衬底102可以为本领域技术人员已知的任何衬底，其被配置成在LED器件的形成中使用。在一个或多个实施例中，衬底102包括蓝宝石、碳化硅、二氧化硅(Si)、石英、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、尖晶石等中的一种或多种。在一个或多个实施例中，衬底102是透明衬底。在具体实施例中，衬底102包括蓝宝石。在一个或多个实施例中，在形成LED之前，衬底102没有被图案化。因此，在一些实施例中，衬底102没有被图案化，并且可以被认为是平坦的或基本平坦的。在其他实施例中，衬底102是图案化衬底。
在一个或多个实施例中，n型电流扩散层108可以包括任何III-V族半导体，其包括镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)和氮(N)的二元、三元和四元合金，也称为III族氮化物材料。因此，在一些实施例中，n型电流扩散层108包括氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氮化镓铝(GaAlN)、氮化镓铟(GaInN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟(AlInN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟铝(InAlN)等中的一种或多种。在具体实施例中，n型电流扩散层108包括氮化镓(GaN)。在一个或多个实施例中，n型电流扩散层108掺杂有n型掺杂剂，例如硅(Si)或锗(Ge)。n型电流扩散层108可以具有足够显著的掺杂浓度，以承载横向通过该层的电流。
在一个或多个实施例中，通过溅射沉积、原子层沉积(ALD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、物理气相沉积(PVD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)中的一种或多种来沉积形成第一LED、第二LED和第三LED的III族氮化物材料层。
如本文所用的“溅射沉积”是指通过溅射进行薄膜沉积的物理气相沉积(PVD)方法。在溅射沉积中，例如III族氮化物的材料从作为源的靶喷射到衬底上。该技术基于对源材料(靶)的离子轰击。由于纯物理过程，即靶材料的溅射，离子轰击产生蒸汽。
根据本文的一些实施例所使用的，“原子层沉积”(ALD)或“循环沉积”是指用于在衬底表面上沉积薄膜的气相技术。ALD工艺涉及将衬底表面或衬底的一部分暴露于交替的前驱体，即两种或更多种反应性化合物，以在衬底表面上沉积一层材料。当衬底暴露于交替的前驱体时，前驱体被顺序或同时引入。将前驱体引入加工腔的反应区，并将衬底或衬底的一部分单独暴露于前驱体。
如本文根据一些实施例所使用的，“化学气相沉积”是指通过化学物质在衬底表面上的分解从气相沉积材料膜的过程。在CVD中，衬底表面同时或基本上同时暴露于前驱体和/或共试剂。LED制造中通常使用的CVD工艺的一个特定子集使用金属有机前驱体化学品，并且被称为MOCVD或金属有机气相外延(MOVPE)。如本文所用，“基本上同时”是指前驱体的大部分暴露共流或存在重叠。
如本文根据一些实施例所使用的，“等离子体增强原子层沉积(PEALD)”是指在衬底上沉积薄膜的技术。在相对于热ALD工艺的PEALD工艺的一些示例中，材料可以由相同的化学前驱体形成，但是以更高的沉积速率和更低的温度。在PEALD工艺中，一般来说，将反应物气体和反应物等离子体顺序引入到腔中具有衬底的处理腔中。第一反应物气体在处理腔中被脉冲，并被吸附到衬底表面上。此后，反应物等离子体被脉冲到处理腔中，并与第一反应物气体反应以形成沉积材料，例如衬底上的薄膜。类似于热ALD工艺，可以在每种反应物的输送之间进行清洗(purge)步骤。
如本文根据一个或多个实施例所使用的，“等离子体增强化学气相沉积(PECVD)”是指在衬底上沉积薄膜的技术。在PECVD工艺中，将气相或液相的源材料(诸如气相III族氮化物材料或液相III族氮化物材料的蒸汽)引入到PECVD腔中，所述气相或液相III族氮化物材料已经被夹带在载气中。等离子体引发的气体也被引入腔内。腔中等离子体的产生产生了受激的自由基。受激的自由基化学键合到位于腔内的衬底表面，在其上形成期望的膜。
在一个或多个实施例中，LED器件100通过将衬底102置于金属有机气相外延(MOVPE)反应器中进行制造，使得LED器件层外延生长。
在一个或多个实施例中，成核层104在缺陷减少层106之前形成于衬底102上。在一个或多个实施例中，成核层包括III族氮化物材料。在具体实施例中，成核层104包括氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)。
在一个或多个实施例中，多个光致发光发射量子阱112生长在电流扩散层108上，其中(多个)稀释铟浓度层110可选地生长在光致发光量子阱112之前。光致发光量子阱112可以用硅(Si)或锗(Ge)进行n型掺杂，以最小化跨光致发光量子阱112的电压降。
可以使用本领域技术人员已知的任何沉积技术形成光致发光量子阱112。光致发光量子阱112可以包括发射相同波长光的多个量子阱的序列。光致发光量子阱112可以包括不同的氮化铟镓(InGaN)和氮化镓(GaN)层。在一个或多个实施例中，光致发光量子阱112可以发射在约500nm至约650nm范围内的波长。发射颜色可以由InGaN层中铟(In)和镓(Ga)的相对摩尔分数和/或由多个量子阱的厚度来控制。在一些实施例中，更高摩尔分数的铟(In)可以导致更长的波长。
在一个或多个实施例中，光致发光量子阱112内的单个量子阱可以具有在从约0.5nm至约10nm范围内的InGaN厚度和在从约2nm至约100nm范围内的GaN势垒厚度。光致发光量子阱112中的量子阱的总数可以在从1至50的范围内。
在一个或多个实施例中，在光致发光量子阱112的生长之后，在光致发光量子阱112的顶表面上生长n型层114。n型层114可以非常薄，或者它可以厚得多，其厚度在几十或几百纳米。在一个或多个实施例中，n型层114可以具有对生长表面进行改性的属性，以有利地影响随后要生长的电致发光有源区的效率或正向电压。
在一个或多个实施例中，在生长n型层114后，使用本领域技术人员已知的沉积技术生长电致发光发射有源区或电致发光量子阱116，随后生长电子阻挡层和p型层118。在一个或多个实施例中，p型层118包括氮化镓(GaN)。在一些实施例中，p型层118的厚度可以与下面讨论的阳极接触层共同优化。
在一个或多个实施例中，如上所述生长的晶片101用于制作LED芯片，其具有反射阳极接触，并在与阳极接触相反的方向上发射光。光致发光量子阱112中吸收的电致发光的份额取决于发射的电致发光的角辐射图案。在表面法线附近以小角度发射的辐射很有可能从芯片逃逸而不被吸收，而以大角度发射的辐射很有可能被光致发光量子阱112吸收并作为更长波长的光子重新发射。电致发光的角辐射图案又对从电致发光量子阱116到反射阳极接触的光程长度非常敏感。取决于特定的路径长度，相长干涉可能在更大或更小的角度出现。
在一个或多个实施例中，电致发光量子阱116发射具有第一波长的第一光，并且光致发光量子阱112吸收至少一部分第一光并发射具有比第一光更长波长的第二光。
参考图2，通过将第一台面105a和第二台面105b蚀刻到晶片101中，形成台面阵列105。在一个或多个实施例中，第一台面105a和第二台面105b被沟槽120分开。在一些实施例中，沟槽120可以使用传统的定向蚀刻工艺(例如干法蚀刻)形成。沟槽120可以是任何合适的深度，并且可以从p型层118的顶表面延伸穿过到n型电流扩散层108。沟槽120可以包括至少一个侧壁122和底表面124。在一个或多个实施例中，底表面124包括n型电流扩散层108。在一个或多个实施例中，沟槽120可以限定发射区域121。
图3示出了电介质层126在沟槽120中和p型层118上的形成。电介质层126可以使用传统的沉积技术形成，所述传统的沉积技术诸如例如CVD、PECVD、ALD、蒸发、溅射、化学溶液沉积、旋涂沉积、或其他类似的工艺。
如本文所用，术语“电介质”是指可以被施加的电场极化的电绝缘体材料。在一个或多个实施例中，电介质层126可以包括本领域技术人员已知的任何合适的电介质材料。在一些实施例中，电介质材料包括氮化硅(SiN)、氧化钛(TiOx)、氧化铌(NbOx)、氧化铝(AlOx)、氧化铪(HfOx)、氧化钽(TaOx)、氮化铝(AlN)、氧化硅(SiOx)和掺铪二氧化硅(HfSiOx)中的一种或多种。虽然术语“氧化硅”可以用于描述共形电介质层126，但是本领域技术人员将认识到本公开不限于特定的化学计量。例如，术语“氧化硅”和“二氧化硅”都可以用来描述具有任何合适化学计量比的硅原子和氧原子的材料。在一个或多个实施例中，电介质层126的厚度大于约300nm，或大于约500nm，或大于约1000nm。
在一个或多个实施例中，电介质层126是基本上共形的。如本文中所使用的，“基本上共形”的层是指厚度在各处(例如，在p型层118上、在至少一个侧壁122上、以及在沟槽120的底表面124上)大致相同的层。基本上共形的层的厚度变化小于或等于约5％、2％、1％或0.5％。
在一些实施例中，电介质层126形成于沟槽120的底表面124上。在其他实施例中，电介质层126不在沟槽120的底表面124上，并且n型电流扩散层108暴露在沟槽120的底表面124上。可以从沟槽120的底表面124去除电介质层126的各部分。可以使用传统的定向蚀刻工艺(例如干法蚀刻)来去除电介质层126的各部分。
图4示出了电介质层126中接触孔128的形成。在一些实施例中，第一接触孔128a形成在第一台面105a的电介质层126中。第二接触孔128b可以形成在第二台面105b的电介质层126中。接触孔128a、128b可以使用传统的定向蚀刻工艺(例如干法蚀刻)形成。
参考图5，透明导电氧化物(TCO)层130可以选择性沉积于第一台面105a的第一接触孔128a中，并且不是第二台面105b的第二接触孔128b中。在一个或多个实施例中，透明导电氧化物层130包括掺铟氧化锡、掺铝氧化锌、掺铟氧化镉、氧化铟、氧化锡、掺氟氧化锡、氧化铜铝、氧化锶铜、和掺锌氧化锡中的一种或多种。在一个或多个具体实施例中，透明导电氧化物层130包括氧化铟锡(ITO)、氧化镓(Ga2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)和氧化铟锌(InZnO)中的一种或多种。TCO层130可以由两个或更多个子层组成，其中一个子层表现出对p型GaN的较低电接触电阻的特性，并且(多个)其他子层表现出降低的光学吸收系数的特性。子层可以是选自上述列表的不同材料，或者它们可以是名义上相同材料的两层，只是沉积和/或退火工艺条件不同。在具体实施例中，透明导电氧化物层130包括氧化铟锡(ITO)。
参考图6A，阳极接触金属132沉积在第一台面105a上。在一个或多个实施例中，阳极接触金属132可以包括本领域技术人员已知的任何合适的材料。在一个或多个实施例中，阳极接触金属132包括选自铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)和钯(Pd)中的一种或多种的p接触材料。在具体实施例中，阳极接触金属132包括银(Ag)。在一些实施例中，附加的金属可以少量添加到阳极接触金属作为增粘剂。这种增粘剂包括但不限于镍(Ni)、钛(Ti)和铬(Cr)中的一种或多种。
在一个或多个实施例中，阳极接触金属132在第一台面105a上的沉积形成双层接触134。双层接触134包括透明导电氧化物层130和阳极接触金属132，例如反射金属层。在其他实施例中，阳极接触金属132在第一台面105a上的沉积形成多层接触。如本文所用，术语“多层接触”指的是介于TCO层130和阳极接触金属132之间的非导电电介质材料的情况。穿过电介质图案化多个通孔，从而允许金属触及TCO层。多层接触的优点在于，诸如氧化硅(SiO2)的非导电电介质材料往往比TCO材料具有更低的光学吸收系数。换句话说，多层接触可以提供与双层接触相同的光程差，但是由于吸收TCO材料的厚度减小，每次通过的吸收损耗更低。非导电电介质材料可以由具有不同折射率的一个或多个层组成，这一个或多个层选自包括但不限于氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氧化铌(Nb2O5)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)的组。
在一个或多个实施例中，第二阳极接触金属136沉积在第二台面105b上。在一个或多个实施例中，第二阳极接触金属136可以包括本领域技术人员已知的任何合适的材料。在一个或多个实施例中，第二阳极接触金属136包括选自铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)和钯(Pd)中的一种或多种的p接触材料。在具体实施例中，第二阳极接触金属136包括银(Ag)。在一些实施例中，附加的金属可以少量添加到第二阳极接触金属作为增粘剂。这种增粘剂包括但不限于镍(Ni)、钛(Ti)和铬(Cr)中的一种或多种。
在一个或多个实施例中，内部辐射图案对置于p型层118和阳极接触金属132之间的透明导电氧化物(TCO)层130的厚度的依赖性如图8中所示。具体地，图8示出了针对由p型层118/透明导电氧化物(TCO)层130/阳极接触金属132反射的辐射计算的p型层118中的角辐射分布。发射辐射具有大约445nm的质心波长，并且发射量子阱在距p型层118/透明导电氧化物(TCO)层130界面大约100nm的距离处。与较小厚度的透明导电氧化物(TCO)层130或没有透明导电氧化物(TCO)层130的辐射分布相比，与较厚的透明导电氧化物(TCO)层130相关联的辐射分布导致更多的445nm辐射在LED芯片内部被吸收。应该强调的是，上述结果特定于在发射QW和p-GaN/TCO界面之间具有大约100nm的距离的LED。通常，445nm辐射的吸收取决于TCO厚度和到所述界面的距离两者。
图9示出了以这种方式产生的不同光谱的实验示例。具体地，在图9中，示出了在近UV电致发光QW和阳极接触金属132之间具有不同光程长度的LED的实验光谱。对于Dc/Ln＝0.55，近UV发射的内部吸收增强。如本文所使用的，“Dc/Ln”是指阳极接触金属和发射量子阱之间的光程长度，其表示为波长的几分之一。较长波长(光致发光)的发射相对于p型层118具有较高的强度，并且透明导电氧化物(TCO)层130的厚度被配置为在相对于表面法线的大角度下使干涉最大化。图9示出了作为本发明基础的物理原理的证明，但是实验实施方式不同于本发明的一个或多个实施例。在图9中所示的实验中没有使用TCO层。对于图9，生长了两个p-GaN厚度不同的晶片，其模拟了本发明中公开的TCO层的存在。
在一个或多个实施例中，电子阻挡层(EBL)和p型层118的厚度通过外延生长固定，且该部分光程长度不能在生长后晶片制作工艺中改变。阳极接触金属132或p型接触的相移可以在生长后加工中通过选择不同的反射金属来进行接触来控制。然而，各种高反射率金属的相移差异相当小，并且可能不在LED芯片的发射光谱中产生足够大的差异。在一个或多个实施例中，为了控制生长后加工中的光程长度，使用受控厚度的透明导电氧化物(TCO)层130与p型层118进行接触，并且然后将反射金属(例如阳极接触金属132)放置在透明导电氧化物(TCO)层130的顶部上。在这种布置中，光程长度直接取决于透明导电氧化物(TCO)层130的厚度以及p型层的厚度。层130可以由具有低光学吸收损耗的多层导电和/或非导电层组成。如图6A和图6B中所示，通过使用透明导电氧化物(TCO)层130作为一些LED(例如，第一台面105a)的p接触，并且对于其他LED(例如，第二台面105b)制作直接到p型层118表面的阳极接触136，可以使晶片上彼此相邻的不同LED具有不同的发射光谱。在一个或多个实施例中，透明导电氧化物(TCO)层130可以将从电致发光量子阱116到阳极接触金属132的路径长度增加大约0.2个波长(这里指的是EL发射的质心波长)。在阳极接触金属132沉积之前，透明导电氧化物(TCO)层130可以用基于HCl的湿法蚀刻或干法蚀刻来图案化。
参考图6A，在一个或多个实施例中，阴极接触金属138或n型接触沉积在沟槽120中。因此，阵列中的LED可以共享如图6A中所描绘的公共n接触电极。在一个或多个实施例中，阴极接触金属138可以包括本领域技术人员已知的任何合适的材料。在一个或多个实施例中，阴极接触金属138包括选自铝(Al)、钛(Ti)和铬(Cr)中的一种或多种的n接触材料。
在一个或多个实施例中，也将可能不使用如图6A中所示的阳极接触136/p型层118和阳极接触金属132/透明导电氧化物(TCO)层130/p型层118LED的阵列，而是使用透明导电氧化物(TCO)层130厚度不同的阳极接触金属132/透明导电氧化物(TCO)层130/p型层118LED的阵列。假设p型层118的厚度已经结合两个透明导电氧化物(TCO)层厚度水平被共同优化，则这种方法可以产生与图6A中所示的方法相同的效果。图6A中所示的方法的优点在于，它可以用相对简单的蚀刻工艺和仅一个透明导电氧化物(TCO)层沉积步骤来实现。
一般而言，蚀刻表面(沟槽120)可以具有高达45度的倾斜角，且不必完全垂直，如图6A的简化图中所示。虽然图6A中所示的阵列包括相等数量的仅阳极接触LED和相等尺寸的阳极接触/透明导电氧化物(TCO)层LED的规则图案，但是本公开不限于所示类型的阵列。一些实施方式的特征可以是不同尺寸的LED、两种类型的阳极接触的不相等的数量、和/或随机的空间布置。另一种实施方式可以包括具有不同发射光谱的分立LED(不是阵列的一部分)。
在一个或多个实施例(未图示)中，与图2至图6A中所示实施例相对的替代加工实施例为台面蚀刻(沟槽120)一直延伸至衬底102，且阴极接触138形成于台面105a、105b的侧面、而非如图6A中所示的n型电流扩散层108的暴露水平表面上。
图7示出了施加到器件100的与阳极接触132/136相反的一侧的外部波长选择性反射器涂层142的形成。在一个或多个实施例中，外部波长选择性反射器涂层142是衬底102的底表面上的二向色反射器或二向色反射镜。二向色反射镜可以包括折射率差异大的电介质层(例如氧化铌(Nb2O5)和氧化硅(SiO2))的多层堆叠。在一个或多个实施例中，外部波长选择性反射器涂层142包括利用薄膜干涉效应的多层电介质涂层，该多层电介质涂层被设计成在较短波长下相对于较长波长具有更高的反射率，相对于没有施加外部涂层的LED芯片，进一步修改已经施加了外部涂层的LED芯片的发射光谱。在一个或多个实施例中，外部波长选择性反射器涂层142具有窄光谱宽度和对入射角的低灵敏度。在一些实施例中，外部波长选择性反射器涂层142适用于EL和PL发射峰值在波长上具有大的分隔的情况。
图10示出了根据一个或多个实施例的制造LED器件的方法500的工艺流程图。在一个或多个实施例中，制造发光二极管(LED)器件的方法开始于操作502，其中半导体层沉积或生长在衬底上。在一个或多个实施例中，半导体层包括衬底102、成核层104、缺陷减少层106、n型电流扩散层108、稀释铟浓度层110、光致发光量子阱112、n型层114、电致发光量子阱116和p型层118中的一个或多个。在操作504，半导体层被蚀刻以形成至少第一台面105a和第二台面105b，它们被沟槽120分隔并具有顶表面和至少一个侧壁122。在一些实施例中，侧壁可以限定具有深度和底表面124的沟槽。在操作506，电介质层126沉积在半导体表面上。在一个或多个实施例中，在操作508，形成接触孔128。
在操作510，在第一台面105a上的接触孔128中形成双层第一阳极接触。双层第一阳极接触包括透明导电氧化物层130和阳极接触层132。在操作512，在第二台面105b上形成第二阳极接触136。
在操作514，在沟槽120中沉积阴极接触金属138。因此，阵列中的LED可以共享公共n接触电极。
在一些实施例中，方法500在操作516处进一步包括形成外部波长选择性反射器涂层142，其施加到器件100的与阳极接触132/136相反的一侧。在一个或多个实施例中，外部波长选择性反射器涂层142是衬底102的底表面上的二向色反射镜。
本公开的另一方面涉及电子系统。在一个或多个实施例中，电子系统包括本文所述的LED器件和阵列以及被配置为向一个或多个p接触层提供独立电压的驱动器电路。在一个或多个实施例中，电子系统选自由基于LED的灯具、发光条带、发光片、光学显示器、和microLED显示器组成的组。
实施例
以下列出了各种实施例。将理解，下面列出的实施例可以与根据本发明的范围的所有方面和其他实施例相组合。
实施例(a)。一种发光二极管(LED)器件，包括：台面阵列，其包括由沟槽分隔的第一台面和第二台面，第一台面和第二台面包括光致发光量子阱、光致发光量子阱上的n型层、n型层上的电致发光量子阱、和电致发光量子阱上的p型层，第一台面包括p型层上的多层接触并且第二台面包括p型层上的p型接触，沟槽具有至少一个侧壁并延伸到衬底上的n型电流扩散层。
实施例(b)。根据实施例(a)所述的LED器件，还包括衬底上的成核层和成核层上的缺陷减少层。
实施例(c)。根据实施例(a)至(b)所述的LED器件，其中所述多层接触是包括透明导电氧化物层上的反射金属层的双层接触。
实施例(d)。根据实施例(a)至(c)所述的LED器件，其中反射金属层包括银(Ag)、镍(Ni)、铝(Al)和钛(Ti)中的一种或多种。
实施例(e)。根据实施例(a)至(d)所述的LED器件，其中透明导电氧化物层包括氧化铟锡(ITO)、氧化镓(Ga2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)和氧化铟锌(InZnO)中的一种或多种。
实施例(f)。根据实施例(a)至(e)所述的LED器件，其中电致发光量子阱发射具有第一波长的第一光，并且光致发光量子阱吸收第一光的至少一部分并发射具有比第一光更长波长的第二光。
实施例(g)。根据实施例(a)至(f)所述的LED器件，还包括在n型电流扩散层上的沟槽中的n型接触。
实施例(h)。根据实施例(a)至(g)所述的LED器件，其中电致发光量子阱包括发射相同波长光的多个量子阱。
实施例(i)。根据实施例(a)至(h)所述的LED器件，其中光致发光量子阱包括发射相同波长光的多个量子阱。
实施例(j)。根据实施例(a)至(i)所述的LED器件，其中衬底是透明衬底。
实施例(k)。根据实施例(a)至(j)所述的LED器件，还包括在衬底上的与n型电流扩散层相反的二向色反射器。
实施例(l)。一种发光二极管(LED)器件，包括：台面阵列，其包括由沟槽分隔的第一台面和第二台面，第一台面和第二台面包括光致发光量子阱、光致发光量子阱上的n型层、n型层上的电致发光量子阱、和电致发光量子阱上的p型层，第一台面包括p型层上的第一接触，第一接触包括在第一透明导电氧化物层上的第一反射金属层，第一透明导电氧化物层具有第一厚度，并且第二台面包括p型层上的第二接触，第二接触包括在第二透明导电氧化物层上的第二反射金属层，第二透明导电氧化物层具有第二厚度，并且沟槽具有至少一个侧壁并延伸到衬底上的n型电流扩散层。
实施例(m)。根据实施例(l)所述的LED器件，进一步包括衬底上的成核层和成核层上的缺陷减少层。
实施例(n)。根据实施例(l)至(m)所述的LED器件，其中第一反射金属层和第二反射金属层独立地包括银(Ag)、镍(Ni)、铝(Al)和钛(Ti)中的一种或多种。
实施例(o)。根据实施例(l)至(n)所述的LED器件，其中第一透明导电氧化物层和第二透明导电氧化物层独立地包括氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)和氧化铟锌(InZnO)中的一种或多种。
实施例(p)。根据实施例(l)至(o)所述的LED器件，其中第一厚度和第二厚度之差在从40nm至60nm的范围内。
实施例(q)。根据实施例(l)至(p)所述的LED器件，其中电致发光量子阱发射具有第一波长的第一光，并且光致发光量子阱吸收第一光的至少一部分并发射具有比第一光更长波长的第二光。
实施例(r)。根据实施例(l)至(q)所述的LED器件，还包括在n型电流扩散层上的沟槽中的n型接触。
实施例(s)。根据实施例(l)至(r)所述的LED器件，还包括在衬底上的与n型电流扩散层相反的二向色反射器。
实施例(t)。一种制造LED器件的方法，该方法包括：在衬底上形成成核层；在成核层上形成缺陷减少层；在缺陷减少层上形成n型电流扩散层；在n型电流扩散层上形成至少一个光致发光量子阱；在至少一个光致发光量子阱上形成n型层；在n型层上形成至少一个电致发光量子阱；在电致发光量子阱上形成p型层；蚀刻以形成由沟槽分隔的第一台面和第二台面，该沟槽具有至少一个侧壁并延伸到n型电流扩散层；在第一台面和第二台面上共形沉积电介质层；在第一台面和第二台面中形成接触孔；以及在第一台面上形成第一接触并在第二台面上形成第二接触。
在描述本文所讨论的材料和方法的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)，术语“一”和“一个”和“该”以及类似指称的使用应被解释为涵盖单数和复数两者，除非本文中以其他方式指示或者与上下文明显矛盾。除非本文中以其他方式指示，否则本文中值的范围的叙述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独值都被结合到本说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。除非本文中以其他方式指示或与上下文以其他方式明显矛盾，否则本文描述的所有方法都可以以任何合适的顺序执行。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明材料和方法，并且除非以其他方式要求保护，否则不对范围构成限制。本说明书中的任何语言都不应该被解释为指示任何未要求保护的元件对于实践所公开的材料和方法是必不可少的。
遍及本说明书，提及术语第一、第二、第三等可以在本文中用来描述各种元件，并且这些元件不应该被这些术语所限制。这些术语可以用于区分一个元件与另一个元件。
遍及本说明书，提及层、区域或衬底在另一个元件“上”或延伸到另一个元件“上”，意味着它可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在中间元件。当一个元件被称为“直接在”另一个元件上或“直接延伸到”另一个元件上时，可能没有中间元件的存在。此外，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件和/或经由一个或多个中间元件连接或耦合到另一个元件。当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，在该元件和另一个元件之间没有中间元件的存在。将理解，除了各图中描绘的任何取向之外，这些术语旨在涵盖元件的不同取向。
诸如“下方”、“上方”、“上边”、“下边”、“水平”或“垂直”的相对术语在本文中可以用于描述一个元件、层或区域相对于另一个元件、层或区域的关系，如各图中所图示的。将理解，除了各图中描绘的取向之外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。
遍及本说明书，提及“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征、结构、材料或特性包含在本公开的至少一个实施例中。因此，诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”之类的短语在遍及本说明书各处的出现不一定指代本公开的同一实施例。在一个或多个实施例中，特定的特征、结构、材料或特性以任何合适的方式组合。
尽管已经参考特定实施例描述了本公开，但是应理解，这些实施例仅仅是本公开的原理和应用的说明。对于本领域技术人员来说，将清楚的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开的方法和装置进行各种修改和变化。因此，意图是本公开包括在所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。

Claims (20)

1.一种发光二极管(LED)器件，包括：
台面阵列，其包括由沟槽分隔的第一台面和第二台面，所述第一台面和所述第二台面包括光致发光量子阱、所述光致发光量子阱上的n型层、所述n型层上的电致发光量子阱、和所述电致发光量子阱上的p型层，所述第一台面包括所述p型层上的多层接触并且所述第二台面包括所述p型层上的p型接触，所述沟槽具有至少一个侧壁并延伸到衬底上的n型电流扩散层。
2.根据权利要求1所述的LED器件，还包括所述衬底上的成核层和所述成核层上的缺陷减少层。
3.根据权利要求1所述的LED器件，其中所述多层接触是包括透明导电氧化物层上的反射金属层的双层接触。
4.根据权利要求3所述的LED器件，其中所述反射金属层包括银(Ag)、镍(Ni)、铝(A1)和钛(Ti)中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的LED器件，其中所述透明导电氧化物层包括氧化铟锡(ITO)、氧化镓(Ga2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)和氧化铟锌(InZnO)中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的LED器件，其中所述电致发光量子阱发射具有第一波长的第一光，并且所述光致发光量子阱吸收所述第一光的至少一部分并发射具有比所述第一光更长波长的第二光。
7.根据权利要求1所述的LED器件，还包括在所述n型电流扩散层上的所述沟槽中的n型接触。
8.根据权利要求6所述的LED器件，其中所述电致发光量子阱包括发射相同波长光的多个量子阱。
9.根据权利要求6所述的LED器件，其中所述光致发光量子阱包括发射相同波长光的多个量子阱。
10.根据权利要求1所述的LED器件，其中所述衬底为透明衬底。
11.根据权利要求10所述的LED器件，还包括在所述衬底上的与所述n型电流扩散层相反的二向色反射器。
12.一种发光二极管(LED)器件，包括：
台面阵列，其包括由沟槽分隔的第一台面和第二台面，所述第一台面和所述第二台面包括光致发光量子阱、所述光致发光量子阱上的n型层、所述n型层上的电致发光量子阱、和所述电致发光量子阱上的p型层，所述第一台面包括所述p型层上的第一接触，所述第一接触包括在第一透明导电氧化物层上的第一反射金属层，所述第一透明导电氧化物层具有第一厚度，并且所述第二台面包括所述p型层上的第二接触，所述第二接触包括在第二透明导电氧化物层上的第二反射金属层，所述第二透明导电氧化物层具有第二厚度，并且所述沟槽具有至少一个侧壁并延伸到衬底上的n型电流扩散层。
13.根据权利要求12所述的LED器件，还包括所述衬底上的成核层和所述成核层上的缺陷减少层。
14.根据权利要求12所述的LED器件，其中所述第一反射金属层和所述第二反射金属层独立地包括银(Ag)、镍(Ni)、铝(Al)和钛(Ti)中的一种或多种。
15.根据权利要求12所述的LED器件，其中所述第一透明导电氧化物层和所述第二透明导电氧化物层独立地包括氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)和氧化铟锌(InZnO)中的一种或多种。
16.根据权利要求12所述的LED器件，其中所述第一厚度和所述第二厚度之差在从40nm至60nm的范围内。
17.根据权利要求12所述的LED器件，其中所述电致发光量子阱发射具有第一波长的第一光，并且所述光致发光量子阱吸收所述第一光的至少一部分并发射具有比所述第一光更长波长的第二光。
18.根据权利要求12所述的LED器件，还包括在所述n型电流扩散层上的所述沟槽中的n型接触。
19.根据权利要求18所述的LED器件，还包括在所述衬底上的与所述n型电流扩散层相反的二向色反射器。
20.一种制造LED器件的方法，所述方法包括：
在衬底上形成成核层；
在所述成核层上形成缺陷减少层；
在所述缺陷减少层上形成n型电流扩散层；
在所述n型电流扩散层上形成至少一个光致发光量子阱；
在所述至少一个光致发光量子阱上形成n型层；
在所述n型层上形成至少一个电致发光量子阱；
在电致发光量子阱上形成p型层；
蚀刻以形成由沟槽分隔的第一台面和第二台面，所述沟槽具有至少一个侧壁并延伸到所述n型电流扩散层；
在所述第一台面和所述第二台面上共形沉积电介质层；
在所述第一台面和所述第二台面中形成接触孔；以及
在所述第一台面上形成第一接触并在所述第二台面上形成第二接触。
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