CN1638162A - 发光装置及其制造方法 - Google Patents

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金根浩
宋基彰
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Abstract

本发明公开一种发光装置及其制造方法。在发光装置的衬底上形成有沟部，并且缓冲层、n－接触层和活性层被顺次地沉积在沟部，从而提高活性层的发光面积。因此，发光效率得到提高，并且以同样大小的衬底就可以获得高亮度的光，进而降低生产成本。

Description

发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光装置及其制造方法，尤其涉及一种通过增加沉积在衬底上表面上的活性层的发光面积，能够提高发光效率的发光装置及其制造方法。
背景技术
目前广泛使用的发光装置大体上可以被分为激光二极管(LD)和发光二极管(LED)。
LD在光通讯领域里被广泛地用作光源。近来，LD被用在诸如光盘(CD)重放设备和光盘记录-重放设备(CD-RW)，以及DVD重放设备、激光影碟(LD)重放设备、小盘(MD)重放设备等的光媒体领域里。
LED被用作普通的显示设备，也被用作发光设备或者LCD显示设备的背光源。
LED可以用相当低的电压驱动。而且，由于高能效使LED具有低发热值，并且具有颇长的预期使用寿命。因此，有关LED的技术可望成为替换大部分目前使用的发光装置，例如荧光灯、白炽灯、交通信号灯，车灯等的主要技术。
通过把LED排成阵列作为显示设备的背光源的研究正在积极进行之中。特别是，LED可望成为一种替换在薄膜晶体管(TFT)-LCD中使用的冷阴极荧光灯(CCFL)的背光光源。
由于薄膜生长技术和设备材料被开发出来，使用III～V族直接跃迁(direct transition)型化合物半导体材料的发光装置诸如LD或LED可实现各种颜色，如绿、蓝和紫外线。同时，由于具有高效能的白光(white ray)可以通过使用荧光材料或者通过颜色的组合来实现，所以该发光装置可具有广泛的用途。为了使该发光装置适应不同用处，低驱动电压和高亮度的光是必需的。
图1所示为常规技术的发光装置的纵断面视图。
如图所示，常规发光装置10由缓冲层12、n-接触层13、活性层14、以及p-接触层15通过化学汽相沉积(CVD)法顺次地沉积在诸如蓝宝石(sapphire)、n-GaAs等的衬底11的上表面上而形成。
感光性掩膜(未示出)在p-接触层15上形成图案。然后，进行曝光和蚀刻，直到n-接触层13的一部分13’通过光蚀刻工艺(photoetching process)和湿蚀刻工艺(wet etching process)(或干蚀刻工艺(dryetching process))被暴露，其后，感光性掩膜被移去。
然后，电流散布层16被沉积在p-接触层15上，并且电性连接到p-接触层15和电流散布层16上的p-电极17被形成在电流散布层16上。然后，n-电极18被形成在n-接触层13的暴露部分13’上。
该常规发光装置的工作原理说明如下：
当电压被施加到p-电极17和n-电极18上时，空穴和电子被分别注入进p-电极17和n-电极18。注入的空穴和电子被传入p-接触层15和n-接触层13，而后，在活性层14中重新结合。此时，多余的能量被转化成光并发射到衬底11的外面。
然而，在该常规发光装置中，因为缓冲层、n-接触层和活性层是顺次沉积在衬底的平的上表面上的，所以对形成较大的活性层发光面积存在限制。活性层是决定发光装置的发光效率的最重要的层。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通过在发光装置的衬底上形成沟部和通过在沟部上顺次地沉积缓冲层、n-接触层和活性层来增大活性层的发光面积，能够降低生产成本和能够提高发光效率的发光装置及其制造方法。
为了获得这些和其他优点并且按照本发明的目的，如这里被实例化的并被广泛说明的，提供的一种发光装置，包括：在其上表面上具有沟部的衬底；在衬底的沟部上形成的缓冲层；在缓冲层的上表面上形成的n-接触层；在n-接触层的上表面的一侧形成的活性层；在活性层的上表面上形成的p-接触层；在p-接触层的上表面上形成的电流散布层；在电流散布层的上表面上形成的p-电极，以致被电性地连接到活性层和p-接触层；和在n-接触层的上表面上的另一侧形成的n-电极，以致被电性地连接到n-接触层。
为了获得这些和其他优点并且按照本发明的目的，如这里被实例化的并被广泛说明的，提供的一种发光装置的制造方法，包括以下步骤：在衬底的上表面上形成沟部；在形成有沟部的衬底的上表面上形成缓冲层、n-接触层、活性层、p-接触层、和电流散布层；部分移去活性层、p-接触层和电流散布层，使得n-接触层可以被部分地暴露；在电流散布层的上表面上形成p-电极，以致被电性地连接到活性层和p-接触层；和在暴露的n-接触层的上表面上形成n-电极，以致被电性地连接到n-接触层。
从结合附图的本发明的下述详细说明中，本发明的上述和其他的目的、特征、方面和优点将会变得更加清晰。
附图说明
与说明书相结合、构成说明书的一部分、并且用来帮助进一步理解本发明的附图，图示本发明的实施例并且和说明书一起来解释本发明的原理。
在附图中：
图1所示为常规技术的发光装置的纵断面视图；
图2所示为本发明的第一实施例的发光装置的透视图；
图3-8所示为本发明的第一实施例的发光装置的制造方法的示意图；
图9所示为本发明的第二实施例的发光装置的透视图；和
图10-15所示为本发明的第二实施例的发光装置的制造方法的示意图。
具体实施方式
现在对本发明的优选实施方式进行详细说明，其实例图示在附图中。
以下是参照附图对发光装置及其制造方法的说明。
图2所示为本发明的第一实施例的发光装置的透视图。
如图所示，在按照本发明的第一实施例的发光装置100中，通过不完全坯件切割方法(half cut dicing method)在衬底110的上表面上形成具有’V’形截面的沟部111，而后通过在沟部111的上表面上形成半导体层190，活性层140的发光面积被增大，进而发光效率得到提高。
该按照本发明的第一实施例的发光装置100，包括：在其上表面上具有沟部111的衬底110；在衬底110的沟部111上形成的缓冲层120；在缓冲层120的上表面上形成的n-接触层130；在n-接触层130的上表面的一侧形成的活性层140；在活性层140的上表面上形成的p-接触层150；在p-接触层150的上表面上形成的电流散布层160；在电流散布层160的上表面上形成的p-电极170，以致被电性地连接到活性层140和p-接触层150；和在n-接触层130的上表面的另一侧形成的n-电极180，以致被电性地连接到n-接触层130。
半导体层190的缓冲层120和n-接触层130通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法、或液相外延(LPE)法形成。
沟部111可被形成在衬底110的整个上表面上，也可仅被形成在形成有MESA，即发光区的部分。
电流散布层160由具有高光透射率的透明材料形成。因而，从活性层140发出的光穿过电流散布层160，向上发射。
虽然没有示出，当衬底由透明材料形成时，电流散布层可以由反射材料的金属电极形成。此时，从活性层发出的光被发射向衬底的向下的方向。
较佳地，电流散布层160由Ni/Au或者ITO(铟锡氧化物)形成。
较佳地，衬底110由蓝宝石、砷化镓、硅、金刚砂、或氮化镓形成。
下文中，将对本发明的第一实施例的发光装置的工作原理进行说明。
当电压被施加到P-电极170和n-电极180上时，空穴和电子被分别注入p-电极170和n-电极180中。注入的空穴和电子被传入p-接触层150和n-接触层130，而后，在活性层140中重新结合。此时，多余的能量被转化成光并穿过电流散布层160，进而被发射到衬底110的上侧。
此时，因为活性层140的发光面积比常规发光装置中的更大，得以获得高亮度的光，从而提高发光效率并且降低生产成本。
图3-8所示为本发明的第一实施例的发光装置的制造方法的示意图。
本发明的第一实施例的发光装置的制造方法包括以下步骤：利用不完全坯件切割方法在衬底110的上表面的一部分上形成沟部111；在形成有沟部111的衬底110的上表面上形成缓冲层120、n-接触层130、活性层140、p-接触层150和电流散布层160；部分移去活性层140、p-接触层150和电流散布层160，使得n-接触层130可以被部分地暴露；在电流散布层160的上表面上形成p-电极170，以致被电性地连接到活性层140和p-接触层150；和在暴露的n-接触层130的上表面上形成n-电极180，以致被电性地连接到n-接触层130。
如图3和4中所示，通过在衬底110，即母衬底的上表面上按Z字型方向移动不完全坯件切割工艺中使用的切割刃B，在衬底110的上表面上形成沟部111。沟部111可以被形成在衬底110的整个上表面上，也可以仅被形成在形成有MESA，即发光区的部分。
沟部111的形状由切割刃B的形状决定。例如，当切割刃具有’V’形时，沟部具有’V’形，而当切割刃具有’U’形时，沟部具有’U’形。
如图5和6中所示，在形成半导体层的步骤中，缓冲层120、n-接触层130、活性层140、p-接触层150、和电流散布层160被形成在形成有沟部111的衬底110的整个上表面上。此时，半导体层190按照沟部111的形状弯曲地形成。因此，半导体层190的活性层140的发光面积变得较大，从而提高发光效率。
较佳地，缓冲层120和n-接触层130通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法、或液相外延(LPE)法形成。
如图7中所示，在台面(mesa)图案形成的步骤中，感光性掩膜(未示出)在p-接触层150上形成图案。然后，进行曝光和蚀刻，直到n-接触层130的一部分130’通过光蚀刻工艺和湿蚀刻工艺(或干蚀刻工艺)被暴露，其后，感光性掩膜被移去。
如图8中所示，在形成p-电极和n-电极的步骤中，p-电极170被形成在电流散布层160的上表面上，以致被电性地连接到活性层140和p-接触层150，而n-电极180被形成在暴露的n-接触层130’，即n-接触层130的一部分130’，的上表面上，从而制成发光装置100。P-电极170与电流散布层160和p-接触层150具有相同的电势，而n-电极180与n-接触层130具有相同的电势。
图9所示为本发明的第二实施例的发光装置的透视图。
如图9中所示，在按照本发明的第二实施例的发光装置200中，通过采用蚀刻掩膜203的蚀刻工艺，在衬底210的上表面上形成具有’V’形截面的沟部211，而后通过在沟部211的上表面上形成半导体层290，活性层240的发光面积被增大，进而发光效率得到提高。
该按照本发明的第二实施例的发光装置200，包括：在其上表面的一部分具有沟部211的衬底210；在衬底210的沟部211上形成的缓冲层220；在缓冲层220的上表面上形成的n-接触层230；在n-接触层230的上表面的一侧形成的活性层240；在活性层240的上表面上形成的p-接触层250；在p-接触层250的上表面上形成的电流散布层260；在电流散布层260的上表面上形成的p-电极270，以致被电性地连接到活性层240和p-接触层250；和在n-接触层230的上表面的另一侧形成的n-电极280，以致被电性地连接到n-接触层230。
下文中，将对本发明的第二实施例的发光装置的工作原理进行说明。
当电压被施加到P-电极270和n-电极280上时，空穴和电子被分别注入p-电极270和n-电极280中。注入的空穴和电子被传入p-接触层250和n-接触层230，而后，在活性层240中重新结合。此时，多余的能量被转化成光并被发射到衬底210的外面。
此时，因为活性层240的发光面积比常规发光装置中的更大，得以获得高亮度的光，从而提高发光效率并且降低生产成本。
半导体层290的缓冲层220和n-接触层230通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法、或液相外延(LPE)法形成。
图10-15所示为本发明的第二实施例的发光装置的制造方法的示意图。
本发明的第二实施例的发光装置的制造方法包括以下步骤：通过利用蚀刻掩膜203的蚀刻工艺，在衬底210的上表面的一部分上形成沟部211；在形成有沟部211的衬底210的上表面上形成缓冲层220、n-接触层230、活性层240、p-接触层250、和电流散布层260；部分移去活性层240、p-接触层250和电流散布层260，使得n-接触层230可以通过台面图案形成处理被部分地暴露；在电流散布层260的上表面上形成p-电极270，以致被电性地连接到活性层240和p-接触层250；和在暴露的n-接触层230的上表面上形成n-电极280，以致被电性地连接到n-接触层230。
如图10和11所示，在形成沟部211的步骤中，通过使用蚀刻工艺，蚀刻掩膜203在衬底210的上表面上形成图案，然后暴露的衬底210的一部分被蚀刻。
通过使用各项异性干蚀刻法、湿蚀刻法，或各项同性干蚀刻法，衬底被蚀刻。
如图12和13中所示，在形成半导体层的步骤中，缓冲层220、n-接触层230、活性层240、p-接触层250和电流散布层260被形成在形成有沟部211的衬底210的整个上表面上。此时，半导体层290按照沟部211的形状弯曲地形成。因此，半导体层290的活性层240的发光面积变得较比常规技术的大，从而提高了发光效率。
较佳地，缓冲层220和n-接触层230通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法、或液相外延(LPE)法形成。
如图14中所示，在台面图案形成的步骤中，感光性掩膜(未示出)在p-接触层250上形成图案。然后，进行曝光和蚀刻，直到n-接触层230的一部分230’通过光蚀刻工艺和湿蚀刻工艺(或干蚀刻工艺)被暴露，其后，感光性掩膜被移去。
如图15中所示，在形成p-电极和n-电极的步骤中，p-电极270被形成在电流散布层260的上表面上，以致被电性地连接到活性层240和p-接触层250，而n-电极280被形成在暴露的n-接触层230’，即n-接触层230的一部分230’，的上表面上，从而制成发光装置200。P-电极270与电流散布层260和p-接触层250具有相同的电势，而n-电极280与n-接触层230具有相同的电势。
如上所述，在按照本发明的发光装置及其制造方法中，沟部被形成在发光装置的衬底上，然后，缓冲层、n-接触层和活性层被顺次沉积在沟部上。因此，活性层的发光面积增大，得以获得高亮度的光，从而提高发光效率和降低生产成本。
由于在不脱离本发明的精神和实质特征的条件下，本发明可以有几种形式的实施方式，所以应该理解，上述实施方式不局限于上述描述的任何细节，除非另有说明，而应该在所附权利要求书所定义的它的精神和范围内做广义地解释，因此，落在该权利要求的边界内，或者这种边界的等同范围内的任何变化和修改都被包含在所附的权利要求内。

Claims (23)

1、一种发光装置，包括：
在其上表面上具有沟部的衬底；
在衬底的沟部上形成的缓冲层；
在缓冲层的上表面上形成的n-接触层；
在n-接触层的上表面的一侧形成的活性层；
在活性层的上表面上形成的p-接触层；
在p-接触层的上表面上形成的电流散布层；
在电流散布层的上表面上形成的p-电极，以致被电性地连接到活性层和p-接触层；和
在n-接触层的上表面上的另一侧形成的n-电极，以致被电性地连接到n-接触层。
2、权利要求1的装置，其特征在于，所述沟部形成在衬底的上表面的一部分。
3、权利要求1的装置，其特征在于，所述沟部形成在衬底的上表面的全部。
4、权利要求1的装置，其特征在于，所述沟部具有’V’字形的截面。
5、权利要求1的装置，其特征在于，所述沟部具有’U’字形的截面。
6、权利要求1的装置，其特征在于，所述电流散布层由透明材料形成。
7、权利要求1的装置，其特征在于，所述电流散布层由产生反射的不透明材料形成。
8、一种发光装置，包括：
在其上表面上具有沟部的衬底；
在衬底上形成的半导体层；
在半导体层的电流散布层的上表面上形成的p-电极；和
在半导体层的n-接触层的上表面上形成的n-电极。
9、权利要求8的装置，其特征在于，所述沟部具有’V’字形的截面。
10、权利要求8的装置，其特征在于，所述沟部具有’U’字形的截面。
11、权利要求8的装置，其特征在于，所述电流散布层由透明材料形成。
12、权利要求8的装置，其特征在于，所述电流散布层由Ni/Au或ITO形成。
13、权利要求8的装置，其特征在于，所述电流散布层由产生反射的不透明材料形成。
14、权利要求8的装置，其特征在于，所述衬底由蓝宝石、砷化镓、硅、金刚砂、或氮化镓形成。
15、一种发光装置的制造方法，包括以下步骤：
在衬底的上表面上形成沟部；
在形成有沟部的衬底的上表面上形成缓冲层、n-接触层、活性层、p-接触层和电流散布层；
通过台面图案形成工艺部分地除去活性层、p-接触层和电流散布层，使得n-接触层可以被部分地暴露；
在电流散布层的上表面上形成p-电极，以致被电性地连接到活性层和p-接触层；和
在暴露的n-接触层的上表面上形成n-电极，以致被电性地连接到n-接触层。
16、权利要求15的方法，其特征在于，所述沟部形成在衬底的上表面的全部。
17、权利要求15的方法，其特征在于，所述沟部形成在衬底的上表面的一部分。
18、权利要求15的方法，其特征在于，所述沟部通过不完全坯件切割工艺形成在衬底的上表面上。
19、权利要求15的方法，其特征在于，所述沟部具有’V’字形的截面。
20、权利要求15的方法，其特征在于，所述沟部具有’U’字形的截面。
21、权利要求15的方法，其特征在于，所述缓冲层和n-接触层由下列方法之一形成：金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法、或液相外延(LPE)法形成。
22、权利要求15的方法，其特征在于，在形成沟部的步骤中，蚀刻掩膜在衬底的上表面上形成图案，然后进行蚀刻处理。
23、权利要求22的方法，其特征在于，所述蚀刻处理采用下列方法之一进行：各项异性干蚀刻法、湿蚀刻法，和各项同性干蚀刻法。
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